Sensors：步态分析中基于无标记相机的3D动作捕捉系统与基于标记的3D动作捕捉系统的准确性、有效性和可靠性的对比研究

步态分析是对人体步态的系统研究，近几十年来发展迅速。在许多研究领域，步态分析被视为临床设置的基础资源。三维运动捕捉系统是医学步态分析的重要工具，并且正在进一步发展以尽可能高效地应用于医学领域。全身3D步态扫描提供了运动学、动力学和时空参数的有用信息。从该分析中提取的信息可用于诊断、步态错误分析和功能障碍检测。此外，使用定性运动分析设备的研究也提供了对步态模式的大量见解。

在3D运动捕捉系统中，可以考虑一些因素来创建运动学模型(数字人体模型)。一方面，MBS(基于标记的运动捕捉系统)由光电摄像机组成，使用附着在身体部位的标记记录全身运动，被认为是步态分析的黄金标准。然而，一些限制包括时间和成本，皮肤运动伪影，与患者的近距离接触以及限制用户性能的不舒服情况。这可能被认为是对患者的侵入性操作，也可能影响运动的自然性，使其难以在临床步态评估实验室中使用。为了追求更高效、更少干扰的运动捕捉技术，基于无标记摄像机的系统已经成为传统3D标记方法的有前途的替代品。这些无标记系统，包括3D(静态)和4D(动态，作为3D +时间)扫描仪，允许捕获受试者的全身形状，比基于标记的同行提供了几个优势，解决了关键限制，并为运动捕获和分析开辟了新的途径。

无标记系统的一个显著优势是它们有可能减轻基于标记的方法的耗时和昂贵的性质。通过消除将标记附加到身体部分的需要，无标记系统简化了设置过程，减少了设置时间和相关成本。这种简化的工作流程在效率和成本效益至关重要的临床环境中尤其有利。此外，无标记系统减少了与基于标记的方法中固有的皮肤运动伪影相关的误差。由于无标记系统直接从对象的表面几何形状捕获运动，因此它们不易受到标记运动或滑动引起的不准确性的影响。这种提高的准确性可以带来更可靠的运动捕捉数据，这对于步态分析和生物力学研究等应用至关重要。

此外，无标记系统为基于标记的方法提供了一种非侵入性替代方案，消除了与患者身体接触的需要。这种非侵入性不仅提高了患者的舒适度，而且在数据采集过程中保持了运动的自然性。通过减少不适和促进自然运动，无标记系统可以产生更生态有效的运动数据，更好地反映现实世界的场景。这些系统的一个基本方面是，它们必须捕获准确、有效和可靠的数据，特别是在我们评估步态分析以识别和监测早期疾病(例如神经系统疾病)的医学。然而，目前在文献中，对于步态分析中无标记系统的准确性、有效性和可靠性还没有明确的共识。

在这个系统回顾和荟萃分析中，心理测量属性(准确性、有效性和可靠性)的定义对于正确理解所研究的内容是必要的，因为一些心理测量属性可能根据上下文具有不同的含义，或者可能被用作彼此的同义词。准确度指的是给定系统的值与测量它所依据的标准的接近程度。在这种情况下，准确性指的是绝对一致，因为我们正在寻找已经测量过的差异。本系统综述的效度为并发效度，即在测量变量间关系时同时比较两种方法。计算了两种方法之间的相关性，两种系统之间的高相关性证实了并发有效性。在这里，有效性指的是相对一致。本系统综述中使用了三种不同的可靠性定义。考虑了试验间可靠性、试验间可靠性和会话内/会话内可靠性。

方法:根据PRISMA指南于2024年2月7日在Pubmed(1339)和WoS(708)两个不同的数据库中系统检索2047篇论文。使用cosmin工具和EBRO指南评估偏倚风险和证据水平。

PubMed中的数据库搜索策略

Web of Science中的数据库检索策略

符合PICO方法的资格标准

研究流程图

内部信度和并发效度的数据(ICC)

基于COSMIN工具的偏倚风险评估总结，(I =不足，D =怀疑，A =足够，V =非常好)。

结果:经全文筛选，共纳入22篇论文。时空参数的准确性、效度和信度总体较好。对于运动学变量，髋关节和膝关节在系统之间表现出中等到极好的一致性，而对于踝关节，测量到的并发效度和信度较差。行走速度的准确性和同时效度在所有情况下都被认为是优秀的，只有很小的偏差。对步行速度、步数和步长的组间信度和并发效度进行meta分析，结果显示组内相关系数(ICC)为优至优(0.81;0.98)。

讨论与结论:在时空参数方面，MCBS与MBS在准确性、并发效度和信度方面具有可比性。此外，矢状面髋关节和膝关节的运动学参数被认为是最有效和可靠的，但在横切面和正切面缺乏有效和准确的测量结果。定制和标准化的方法程序是必要的，以便在临床环境中充分比较方案的未来研究，更多地关注患者群体。

原始出处：

Sofia, Scataglini;  Eveline, Abts;  Cas, Van Bocxlaer;Accuracy, Validity, and Reliability of Markerless Camera-Based 3D Motion Capture Systems versus Marker-Based 3D Motion Capture Systems in Gait Analysis: A Systematic Review and Meta-Analysis.Sensors (Basel) 2024 Jun 6;24(11)