膝爬運(yùn)動(dòng)上肢關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡及表面肌電圖研究①

曾思漾，陳玉霞，劉 苑，肖 農(nóng)

膝爬運(yùn)動(dòng)上肢關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡及表面肌電圖研究①

曾思漾，陳玉霞，劉 苑，肖 農(nóng)

目的將關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡捕捉與表面肌電圖技術(shù)運(yùn)用于評(píng)估嬰幼兒爬行運(yùn)動(dòng)中。方法2015年12月至2016年6月，對(duì)12例正常嬰幼兒和13例運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩嬰幼兒，采用三維步態(tài)分析系統(tǒng)采集膝爬運(yùn)動(dòng)中上肢主要關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡，記錄主要活動(dòng)肌肉的表面肌電信號(hào)。結(jié)果運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩嬰幼兒右側(cè)肩關(guān)節(jié)活動(dòng)角度范圍高于正常嬰幼兒(t=2.576,P＜0.05)，左右側(cè)肱三頭肌表面肌電均方根差值大于正常嬰幼兒(t=2.448,P＜0.05)。結(jié)論關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡和表面肌電圖運(yùn)用于運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩嬰幼兒膝爬運(yùn)動(dòng)，可以為制定個(gè)性化早期合理的康復(fù)訓(xùn)練提供依據(jù)。

運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩；膝爬運(yùn)動(dòng)；關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡；表面肌電圖

兒童運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩，又稱精神運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩，常用來描述運(yùn)動(dòng)或智力技能的落后，達(dá)不到正常發(fā)育里程碑所要求的內(nèi)容[1]。運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩多發(fā)生于嬰兒期，主要表現(xiàn)在粗大運(yùn)動(dòng)和精細(xì)動(dòng)作方面，病因多為缺氧缺血性腦病、早產(chǎn)或極低/低出生體質(zhì)量兒。運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩對(duì)于腦癱的早期診斷具有重要價(jià)值[2-3]。Hwang等[4]經(jīng)過多中心隨訪研究，提出早期有計(jì)劃的康復(fù)治療比傳統(tǒng)的家訪計(jì)劃治療對(duì)存在發(fā)育遲緩等問題的嬰幼兒有更好的作用。Hatakenaka等[5]的研究結(jié)果表明，2歲以前的嬰幼兒出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)發(fā)育問題，絕大多數(shù)能夠從各項(xiàng)臨床檢查中找出病因，為后續(xù)治療提供線索。這意味著需要準(zhǔn)確且全面的早期評(píng)估，發(fā)現(xiàn)2歲以內(nèi)兒童存在的運(yùn)動(dòng)發(fā)育問題。

爬行運(yùn)動(dòng)是兒童發(fā)育過程中的一個(gè)重要標(biāo)志。通過觀察爬行運(yùn)動(dòng)中四肢的協(xié)調(diào)和擺動(dòng)、關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍和肌肉收縮活動(dòng)等，可以在早期了解其肌肉及關(guān)節(jié)活動(dòng)特點(diǎn)[6]。過渡性運(yùn)動(dòng)技能(坐、爬等)需要通過軀干和骨盆的力量訓(xùn)練來掌握，而它與嬰幼兒獲得復(fù)雜運(yùn)動(dòng)經(jīng)驗(yàn)有密切聯(lián)系[7]。運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩兒童因運(yùn)動(dòng)發(fā)育落后，常出現(xiàn)肌張力升高或降低等異常；許多疾病中肌力或肌張力的異常也會(huì)引起肌肉活動(dòng)及關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)差異[8-9]。

通過三維步態(tài)分析捕捉關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡和表面肌電信號(hào)的記錄，能夠動(dòng)態(tài)反映運(yùn)動(dòng)過程中關(guān)節(jié)的屈伸、收展、旋轉(zhuǎn)，與肌肉的收縮與舒張；通過治療前后數(shù)據(jù)對(duì)比，能對(duì)目標(biāo)測試對(duì)象進(jìn)行療效評(píng)價(jià)[10]。

本研究觀察正常及運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩嬰幼兒膝爬運(yùn)動(dòng)中上肢關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡及表面肌電信號(hào)特點(diǎn)，為三維步態(tài)分析拓展應(yīng)用至兒童的膝爬運(yùn)動(dòng)評(píng)估提供參考。

1 對(duì)象和方法

1.1 研究對(duì)象

2015年12月至2016年6月在重慶醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院康復(fù)中心門診就診，確診為運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩并進(jìn)行隨訪的嬰幼兒13例為運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩組。根據(jù)家長描述，該組嬰幼兒有早產(chǎn)史1例，出生時(shí)存在輕度缺氧缺血2例，輕度營養(yǎng)不良史1例，其余無特殊既往史或胎產(chǎn)史，家長發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)發(fā)育落后于同齡兒，遂至門診就診。

診斷標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)Gesell發(fā)育量表(北京兒童保健所1986年5月修訂《0-6歲兒童智力發(fā)育診斷量表》[11])，總運(yùn)動(dòng)能評(píng)分(包括粗大運(yùn)動(dòng)和精細(xì)運(yùn)動(dòng))＜85分，且粗大運(yùn)動(dòng)發(fā)育月齡小于實(shí)際年齡。

納入標(biāo)準(zhǔn)：能連續(xù)完成3～5個(gè)膝爬周期的膝爬運(yùn)動(dòng)(四爬位)。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①并發(fā)心、肺、神經(jīng)、骨骼、肌肉等影響膝爬運(yùn)動(dòng)的急性及慢性疾病；②已診斷為腦癱；③膝爬運(yùn)動(dòng)停頓，不連續(xù)靈活；④拖爬、單腿爬行等爬行姿勢；⑤易激惹、哭鬧不止。

該組嬰幼兒診斷為運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩時(shí)實(shí)際月齡≤8月齡2例，＞8～12月齡7例，＞12月齡4例。本院門診隨訪，在嬰幼兒獲得膝爬運(yùn)動(dòng)經(jīng)驗(yàn)但發(fā)育月齡還未跟上實(shí)際月齡時(shí)入組進(jìn)行檢測；若嬰幼兒實(shí)際年齡已達(dá)15月齡，但僅有膝爬運(yùn)動(dòng)經(jīng)驗(yàn)尚未獲得獨(dú)走運(yùn)動(dòng)能力，立即入組進(jìn)行檢測；若嬰幼兒實(shí)際月齡達(dá)9月齡但運(yùn)動(dòng)發(fā)育月齡僅7月齡，尚未獲得膝爬運(yùn)動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，待其獲得膝爬運(yùn)動(dòng)經(jīng)驗(yàn)但發(fā)育月齡還未跟上實(shí)際月齡時(shí)入組檢測。

在重慶市公開招募受試者，選取性別、年齡與運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩組相匹配的嬰幼兒12例為正常組，總運(yùn)動(dòng)能評(píng)分≥85分，粗大運(yùn)動(dòng)發(fā)育月齡與實(shí)際年齡相符；能連續(xù)完成3～5個(gè)膝爬周期的膝爬運(yùn)動(dòng)(四爬位)。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①有心、肺、神經(jīng)、骨骼、肌肉等影響膝爬運(yùn)動(dòng)的急性及慢性疾??；②拖爬、單腿爬行等爬行姿勢；③易激惹、哭鬧不止。

入組時(shí)兩組嬰幼兒均能熟練完成連續(xù)膝爬運(yùn)動(dòng)(四爬位)。兩組入組時(shí)一般資料無顯著性差異(P＞0.05)。見表1。

表1 兩組一般資料比較

本試驗(yàn)倫理及知情同意書經(jīng)重慶醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)并備案(065/2011)，受試者法定監(jiān)護(hù)人簽署知情同意書，自愿加入本實(shí)驗(yàn)，并允許對(duì)病歷和數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.2 方法

1.2.1 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡采集

采用三維步態(tài)分析系統(tǒng)(Motion Analysis公司)，在受試者雙側(cè)肩峰、雙側(cè)肘關(guān)節(jié)鷹嘴、雙側(cè)腕關(guān)節(jié)橈骨小頭和右側(cè)肩胛岡粘貼7個(gè)反光標(biāo)記球，引導(dǎo)受試者在爬行墊上進(jìn)行往返膝爬運(yùn)動(dòng)。以右側(cè)腕關(guān)節(jié)處標(biāo)記球第一次觸地作為膝爬周期起始，當(dāng)其再次觸地時(shí)為膝爬周期結(jié)束。各個(gè)標(biāo)記球的位移通過6個(gè)高速紅外攝像頭進(jìn)行捕捉，通過LabVIEW平臺(tái)建立的膝爬運(yùn)動(dòng)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

1.2.2 表面肌電圖

膝爬運(yùn)動(dòng)主要由上肢肌肉參與。選擇活動(dòng)較強(qiáng)的雙側(cè)肱二頭肌、肱三頭肌，保持其表面皮膚干燥；在肌肉肌腹處皮膚上粘貼一次性電極片，兩電極片中心相距2 cm，連接ME6000T8表面肌電儀(MEGAELECTRONICS公司)。引導(dǎo)受試者在爬行墊上進(jìn)行往返膝爬運(yùn)動(dòng)，采集表面肌電信號(hào)，用MegaWin軟件進(jìn)行處理，計(jì)算左右側(cè)表面肌電均方根值(root mean square, RMS)差值。

1.2.3 數(shù)據(jù)采集

采集中室溫控制在30℃左右，嬰幼兒皮膚溫暖，干燥無汗。整個(gè)采集過程在爬行軟墊上進(jìn)行，家長與嬰幼兒互動(dòng)，保持其心情愉悅，膝爬運(yùn)動(dòng)積極。嬰幼兒完成5 m長步道的膝爬運(yùn)動(dòng)，采集3次，每次包括連續(xù)3～5個(gè)膝爬周期，中途無停頓且保持直行方向，中途無標(biāo)記球或電極片脫落視為有效。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。計(jì)量資料均符合正態(tài)分布，采用(xˉ±s)表示，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；基線資料中計(jì)數(shù)資料采用χ2檢驗(yàn)中Fisher確切概率法。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

膝爬運(yùn)動(dòng)軌跡和表面肌電信號(hào)全部采集成功，進(jìn)入結(jié)果分析。

往返膝爬運(yùn)動(dòng)是在矢狀面方向上的位移活動(dòng)。本研究只分析肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)在一個(gè)膝爬周期矢狀面中的數(shù)據(jù)。

2.1 肘關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡

正常組左側(cè)肘關(guān)節(jié)在膝爬周期中矢狀面平均角度變化范圍為(123.6±29.4)°～(156.4±23.1)°，右側(cè)肘關(guān)節(jié)為(105.6±27.1)°～(152.9±20.7)°。運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩組左側(cè)肘關(guān)節(jié)為(111.5±33.1)°～(161.3±11.6)°，右側(cè)為(102.5± 29.1)°～(158.9±12.4)°。兩組間無顯著性差異(左側(cè)肘關(guān)節(jié)t=0.460,P=0.646；右側(cè)肘關(guān)節(jié)(t=1.661,P=0.098)。見圖1。

2.2 肩關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡

正常組左側(cè)肩關(guān)節(jié)在膝爬周期中矢狀面平均角度變化范圍為(58.2±21.1)°～(92.6±23.2)°，右側(cè)肩關(guān)節(jié)為(49.4±15.4)°～(98.6±21.0)°。運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩組左側(cè)肩關(guān)節(jié)為(50.5±11.0)°～(99.0±17.2)°，右側(cè)為(54.2±28.1)°～(105.9±18.3)°。兩組間左側(cè)肩關(guān)節(jié)無顯著性差異(t= 0.930,P=0.354)，右側(cè)肩關(guān)節(jié)有顯著性差異(t=2.576, P=0.011)。見圖2。

2.3 表面肌電圖

正常組肱二頭肌左右側(cè)RMS差值(14.04±15.25)，與運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩組(30.62±43.85)無顯著性差異(t= 1.240,P=0.227)；正常組肱三頭肌左右側(cè)RMS差值(10.92±9.62)，與運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩組(42.73±43.99)有顯著性差異(t=2.448,P=0.022)。

圖1 雙側(cè)肘關(guān)節(jié)膝爬周期中運(yùn)動(dòng)角度變化

圖2 雙側(cè)肩關(guān)節(jié)膝爬周期中運(yùn)動(dòng)角度變化

3 討論

嬰幼兒粗大運(yùn)動(dòng)發(fā)育過程由抬頭、翻身、穩(wěn)坐、爬行，直至行走，大運(yùn)動(dòng)發(fā)育從手支撐逐步發(fā)育至下肢支撐整個(gè)身體重量。早期運(yùn)動(dòng)能力的發(fā)育情況對(duì)嬰幼兒隨后的運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知能力發(fā)育都有重要影響，早期運(yùn)動(dòng)能力表現(xiàn)能夠反映嬰幼兒的預(yù)后[12-13]。

Patrick等[14-15]研究36例嬰幼兒的爬行運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)嬰幼兒的爬行運(yùn)動(dòng)存在多種模式，最普遍的為四爬位的膝爬運(yùn)動(dòng)；每種爬行運(yùn)動(dòng)模式下，四肢表面肌電活動(dòng)與上下肢活動(dòng)各有不同特征，這反映神經(jīng)系統(tǒng)在嬰幼兒期可能對(duì)四肢運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)存在限制[14,16]。

本組運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩嬰幼兒行走運(yùn)動(dòng)發(fā)育里程碑出現(xiàn)延遲，停留在爬行階段。在膝爬運(yùn)動(dòng)中，爬行最初動(dòng)作始于上肢，主要涉及肩關(guān)節(jié)與肘關(guān)節(jié)，肌肉為肱二頭肌和肱三頭肌[17]。本研究顯示，膝爬運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩嬰幼兒右側(cè)肩關(guān)節(jié)矢狀面上平均角度變化范圍存在差異；同時(shí)肱三頭肌左右側(cè)RMS差值也存在差異。

肱三頭肌連接肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)，收縮與舒張時(shí)能屈伸肘關(guān)節(jié)。運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩嬰幼兒肱三頭肌RMS左右不對(duì)稱；右側(cè)肩關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)異常也體現(xiàn)了兩組嬰幼兒上肢運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)能力存在差異。這種差異可通過關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡和表面肌電活動(dòng)檢測獲得。

三維步態(tài)分析已廣泛應(yīng)用于臨床康復(fù)，可為康復(fù)治療提供量化的依據(jù)，將治療目標(biāo)定位至靶關(guān)節(jié)及肌肉，并對(duì)其進(jìn)行療效評(píng)價(jià)[18-20]。引起嬰幼兒運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩的因素眾多，如早產(chǎn)、出生時(shí)大腦輕度缺氧缺血，或生長發(fā)育過程中存在營養(yǎng)不良等，但早期診斷往往困難，早期發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)發(fā)育落后問題并給予相應(yīng)的干預(yù)十分重要[21]。早期干預(yù)能促進(jìn)嬰幼兒的運(yùn)動(dòng)控制能力與協(xié)調(diào)能力，促進(jìn)嬰幼兒粗大運(yùn)動(dòng)發(fā)育[22-23]。

Meta分析顯示，在早產(chǎn)兒3月齡時(shí)針對(duì)性運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練干預(yù)比一般的干預(yù)能取得更好效果與預(yù)后[24]。早期合理的干預(yù)和康復(fù)離不開準(zhǔn)確地評(píng)估嬰幼兒的生長發(fā)育情況。本研究采用關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡和表面肌電圖，發(fā)現(xiàn)肩關(guān)節(jié)與肱三頭肌運(yùn)動(dòng)異常，可以為制定針對(duì)性運(yùn)動(dòng)康復(fù)計(jì)劃和關(guān)節(jié)肌肉的靶向訓(xùn)練提供依據(jù)。

有研究表明，在嬰兒早期發(fā)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩問題，可能預(yù)示其他功能發(fā)育落后，甚至是運(yùn)動(dòng)功能障礙如腦癱，此時(shí)早期發(fā)現(xiàn)和干預(yù)顯得尤為重要[24]。大量研究從大腦的可塑性和干預(yù)效果方面都支持腦癱兒童的早期治療[26-27]。本研究發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)性控制發(fā)育差異，也可為尚未確診的腦癱嬰幼兒早期出現(xiàn)的四肢肌張力異常提供診斷與治療線索，還可為其在膝爬運(yùn)動(dòng)階段提供早期康復(fù)所需的量化評(píng)估依據(jù)，有助于早期制定更為合理有效的康復(fù)方案。

本研究將三維步態(tài)分析中的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡和表面肌電信號(hào)檢測的分析原理和技術(shù)應(yīng)用至嬰幼兒的膝爬運(yùn)動(dòng)分析中，也為將其應(yīng)用于步行以外的運(yùn)動(dòng)形式提供可能的參考。

本研究通過四肢關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡和表面肌電信號(hào)檢測，對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩嬰幼兒和發(fā)育正常嬰幼兒進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩組間在右側(cè)肩關(guān)節(jié)活動(dòng)和雙側(cè)肱三頭肌收縮對(duì)稱性方向存在差異，這可能反映出兩組嬰幼兒神經(jīng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)性控制上的發(fā)育差異。下肢關(guān)節(jié)、肌肉和軀干運(yùn)動(dòng)是否存在類似差異，還需進(jìn)一步研究。這對(duì)臨床評(píng)估、指導(dǎo)臨床康復(fù)都具有重要意義。

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Kinematics and Surface Electromyography of Upper Limbs in Motor-delayed Children and Normal Children in Crawling Stage

ZENG Si-yang,CHEN Yu-xia,LIU Yuan,XIAO Nong
1.Department of Rehabilitation Center,Children's Hospital of Chongqing Medical University,Ministry of Education Key Laboratory of Child Development and Disorders,Chongqing 400014,China;2.China International Science and Technology Cooperation Base of Child Development and Critical Disorders,Chongqing 400014,China;3.Chongqing Key Laboratory of Pediatrics,Chongqing 400014,China

XIAO Nong.E-mail:xiaonongwl@163.com

Objective To detect kinematics and surface electromyography(sEMG)of upper limbs in normal children and motor-delayed children for clinical assessment.Methods From December,2015 to June,2016,twelve healthy children and thirteen children with motor developmental delay less than two years old were analyzed kinematics with Motion Analysis system and sEMG.Results The angle of motion of right shoulder was more in the motor-delayed children than in the normal children(t=2.576,P＜0.05).The difference of root mean square values of bilateral triceps brachii was more in the motor-delayed children than in the normal ones(t=2.448,P＜0.05).Conclusion Detecting kinematics and sEMG may supply information for early personalized treatment strategy.

motor developmental delay;crawling;kinematics;surface electromyography

R742.3

A

1006-9771(2017)05-0567-05

2016-10-24

2017-03-15)

10.3969/j.issn.1006-9771.2017.05.016

[本文著錄格式]曾思漾，陳玉霞，劉苑，等.膝爬運(yùn)動(dòng)上肢關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡及表面肌電圖研究[J].中國康復(fù)理論與實(shí)踐,2017, 23(5):567-571.

CITED AS:Zeng SY,Chen YX,Liu Y,et al.Kinematics and surface electromyography of upper limbs in motor-delayed children and normal children in crawling stage[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2017,23(5):567-571.

1.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院康復(fù)中心，兒童發(fā)育疾病研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶市400014；2.兒童發(fā)育重大疾病國家國際科技合作基地，重慶市400014；3.兒科學(xué)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶市400014。作者簡介：曾思漾(1991-)，女，漢族，重慶市人，碩士，醫(yī)師，主要研究方向：兒童神經(jīng)康復(fù)。通訊作者：肖農(nóng)，男，教授，主任醫(yī)師。E-mail:xiaonongwl@163.com。