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光学标记运动捕捉技术在人脊柱研究中的应用：研究设计与结果的范围综述

作者及机构
本研究由墨西哥Tecnologico de Monterrey工程与科学学院的Claudia F. Romero-Flores、Rogelio Bustamante-Bello、Marcos Moya Bencomo、Erick Axel Martinez-Ríos和Luis Montesinos合作完成，发表于2024年7月的《Annals of Biomedical Engineering》期刊（卷52，页码2373-2387），DOI编号10.1007/s10439-024-03567-0。

研究主题
该论文通过范围综述（scoping review）方法，系统分析了1997至2023年间56篇关于光学标记运动捕捉（optical marker-based motion capture）技术应用于人脊柱生物力学研究的文献，旨在回答五个核心问题：（1）标记集（marker sets）的使用现状；（2）多节段分析协议；（3）可测量参数；（4）研究活动类型；（5）受试者特征。

主要观点与论据

1. 标记集标准化缺失与Plug-in-Gait的主导地位
研究发现，Plug-in-Gait标记集（含4个后侧、2个前侧和5个骨盆标记）是使用最广泛的方案（21.43%文献），但其设计初衷仅针对步行分析，可能不适用于脊柱曲率变化显著的活动（如体操）。其他标记集如IFB（5.36%文献）和Crewe（1.79%文献）虽在脊柱布置更多标记，却未被用于多节段分析。支持证据包括：
- 文献[44]指出Plug-in-Gait在非步行活动中准确性受限；
- 文献[25]通过跑步实验证明，增加脊柱标记数量可提升模型精度。
这一发现揭示了当前标记集选择缺乏活动特异性指导的问题。

2. 腰椎研究偏好与颈椎研究空白
56篇文献中，腰椎因高活动性和承重功能成为焦点（如文献[28][39][49]），而颈椎仅占少数（文献[37][64]）。作者认为，颈椎研究不足可能源于技术限制——文献[24]指出光电系统在颈椎测量中并非主流。具体数据包括：
- 80.36%研究涉及日常活动（如行走、站立），但仅16.07%关注旋转动作；
- 仅3.57%文献采用网格状标记策略（mesh strategy）研究胸椎变形（文献[51][52]）。

3. 运动参数测量的局限性
71.43%文献报告角度参数（如屈伸角FE/flexion-extension），但动力学参数（如椎间压力）仅占10.71%（文献[38][59]）。关键限制包括：
- 皮肤标记与骨骼运动的差异（文献[18][19]验证其相关性，但误差仍存）；
- 仅文献[55]通过骨钉直接标记脊椎，提供了高精度数据参照。

4. 活动类型与人群覆盖偏差
研究活动以日常动作为主（图3），运动和工作相关活动研究不足（分别占28.57%和16.07%）。例如：
- 行走是最常见研究场景（37.5%文献），而投掷（文献[35]）、划船（文献[45]）等专项动作稀少；
- 受试者年龄分布显示，青少年（<18岁）女性样本量（103人）显著高于男性（43人），源于脊柱侧凸研究（文献[30][36]）的疾病性别倾向。

方法论创新与不足
作者采用PRIMA-ScR框架（PRISMA Extension for Scoping Reviews）完成文献筛选，通过Scopus和Web of Science数据库初选142篇文献，最终纳入56篇。创新点包括：
- 首次系统比较标记集、节段划分与活动类型的关联性；
- 提出多节段分析（multi-segmental analysis）对理解脊柱内部载荷的意义（文献[6][8]）。
局限性在于未纳入PubMed等医学数据库，且仅限英文文献。

学术价值与应用意义
1. 标准化指导：为脊柱运动捕捉研究提供标记集选择、参数测量和活动设计的参考框架；
2. 临床启示：强调腰椎生物力学与下背痛（low back pain）的关联（文献[83][84]），呼吁优化康复方案；
3. 技术展望：指出需开发非侵入性椎间载荷预测模型（如文献[88]的OpenSim应用）。

亮点总结
- 揭示了Plug-in-Gait标记集在非步行活动中的潜在误差风险；
- 首次量化脊柱研究中的活动类型与人群覆盖偏差；
- 提出“网格标记策略”和“骨钉直接测量”作为高精度研究的替代方案。

该综述为脊柱生物力学研究的标准化奠定了基础，并为运动医学、康复工程等领域提供了方法学优化方向。