膝爬运动上肢关节运动轨迹及表面肌电图研究①

曾思漾，陈玉霞，刘 苑，肖 农

膝爬运动上肢关节运动轨迹及表面肌电图研究①

曾思漾，陈玉霞，刘 苑，肖 农

目的将关节运动轨迹捕捉与表面肌电图技术运用于评估婴幼儿爬行运动中。方法2015年12月至2016年6月，对12例正常婴幼儿和13例运动发育迟缓婴幼儿，采用三维步态分析系统采集膝爬运动中上肢主要关节的运动轨迹，记录主要活动肌肉的表面肌电信号。结果运动发育迟缓婴幼儿右侧肩关节活动角度范围高于正常婴幼儿(t=2.576,P＜0.05)，左右侧肱三头肌表面肌电均方根差值大于正常婴幼儿(t=2.448,P＜0.05)。结论关节运动轨迹和表面肌电图运用于运动发育迟缓婴幼儿膝爬运动，可以为制定个性化早期合理的康复训练提供依据。

运动发育迟缓；膝爬运动；关节运动轨迹；表面肌电图

儿童运动发育迟缓，又称精神运动发育迟缓，常用来描述运动或智力技能的落后，达不到正常发育里程碑所要求的内容[1]。运动发育迟缓多发生于婴儿期，主要表现在粗大运动和精细动作方面，病因多为缺氧缺血性脑病、早产或极低/低出生体质量儿。运动发育迟缓对于脑瘫的早期诊断具有重要价值[2-3]。Hwang等[4]经过多中心随访研究，提出早期有计划的康复治疗比传统的家访计划治疗对存在发育迟缓等问题的婴幼儿有更好的作用。Hatakenaka等[5]的研究结果表明，2岁以前的婴幼儿出现运动发育问题，绝大多数能够从各项临床检查中找出病因，为后续治疗提供线索。这意味着需要准确且全面的早期评估，发现2岁以内儿童存在的运动发育问题。

爬行运动是儿童发育过程中的一个重要标志。通过观察爬行运动中四肢的协调和摆动、关节活动范围和肌肉收缩活动等，可以在早期了解其肌肉及关节活动特点[6]。过渡性运动技能(坐、爬等)需要通过躯干和骨盆的力量训练来掌握，而它与婴幼儿获得复杂运动经验有密切联系[7]。运动发育迟缓儿童因运动发育落后，常出现肌张力升高或降低等异常；许多疾病中肌力或肌张力的异常也会引起肌肉活动及关节运动出现差异[8-9]。

通过三维步态分析捕捉关节运动轨迹和表面肌电信号的记录，能够动态反映运动过程中关节的屈伸、收展、旋转，与肌肉的收缩与舒张；通过治疗前后数据对比，能对目标测试对象进行疗效评价[10]。

本研究观察正常及运动发育迟缓婴幼儿膝爬运动中上肢关节运动轨迹及表面肌电信号特点，为三维步态分析拓展应用至儿童的膝爬运动评估提供参考。

1 对象和方法

1.1 研究对象

2015年12月至2016年6月在重庆医科大学附属儿童医院康复中心门诊就诊，确诊为运动发育迟缓并进行随访的婴幼儿13例为运动发育迟缓组。根据家长描述，该组婴幼儿有早产史1例，出生时存在轻度缺氧缺血2例，轻度营养不良史1例，其余无特殊既往史或胎产史，家长发现运动发育落后于同龄儿，遂至门诊就诊。

诊断标准：根据Gesell发育量表(北京儿童保健所1986年5月修订《0-6岁儿童智力发育诊断量表》[11])，总运动能评分(包括粗大运动和精细运动)＜85分，且粗大运动发育月龄小于实际年龄。

纳入标准：能连续完成3～5个膝爬周期的膝爬运动(四爬位)。

排除标准：①并发心、肺、神经、骨骼、肌肉等影响膝爬运动的急性及慢性疾病；②已诊断为脑瘫；③膝爬运动停顿，不连续灵活；④拖爬、单腿爬行等爬行姿势；⑤易激惹、哭闹不止。

该组婴幼儿诊断为运动发育迟缓时实际月龄≤8月龄2例，＞8～12月龄7例，＞12月龄4例。本院门诊随访，在婴幼儿获得膝爬运动经验但发育月龄还未跟上实际月龄时入组进行检测；若婴幼儿实际年龄已达15月龄，但仅有膝爬运动经验尚未获得独走运动能力，立即入组进行检测；若婴幼儿实际月龄达9月龄但运动发育月龄仅7月龄，尚未获得膝爬运动经验，待其获得膝爬运动经验但发育月龄还未跟上实际月龄时入组检测。

在重庆市公开招募受试者，选取性别、年龄与运动发育迟缓组相匹配的婴幼儿12例为正常组，总运动能评分≥85分，粗大运动发育月龄与实际年龄相符；能连续完成3～5个膝爬周期的膝爬运动(四爬位)。

排除标准：①有心、肺、神经、骨骼、肌肉等影响膝爬运动的急性及慢性疾病；②拖爬、单腿爬行等爬行姿势；③易激惹、哭闹不止。

入组时两组婴幼儿均能熟练完成连续膝爬运动(四爬位)。两组入组时一般资料无显著性差异(P＞0.05)。见表1。

表1 两组一般资料比较

本试验伦理及知情同意书经重庆医科大学附属儿童医院伦理委员会批准并备案(065/2011)，受试者法定监护人签署知情同意书，自愿加入本实验，并允许对病历和数据进行统计分析。

1.2 方法

1.2.1 关节运动轨迹采集

采用三维步态分析系统(Motion Analysis公司)，在受试者双侧肩峰、双侧肘关节鹰嘴、双侧腕关节桡骨小头和右侧肩胛冈粘贴7个反光标记球，引导受试者在爬行垫上进行往返膝爬运动。以右侧腕关节处标记球第一次触地作为膝爬周期起始，当其再次触地时为膝爬周期结束。各个标记球的位移通过6个高速红外摄像头进行捕捉，通过LabVIEW平台建立的膝爬运动分析软件进行数据分析。

1.2.2 表面肌电图

膝爬运动主要由上肢肌肉参与。选择活动较强的双侧肱二头肌、肱三头肌，保持其表面皮肤干燥；在肌肉肌腹处皮肤上粘贴一次性电极片，两电极片中心相距2 cm，连接ME6000T8表面肌电仪(MEGAELECTRONICS公司)。引导受试者在爬行垫上进行往返膝爬运动，采集表面肌电信号，用MegaWin软件进行处理，计算左右侧表面肌电均方根值(root mean square, RMS)差值。

1.2.3 数据采集

采集中室温控制在30℃左右，婴幼儿皮肤温暖，干燥无汗。整个采集过程在爬行软垫上进行，家长与婴幼儿互动，保持其心情愉悦，膝爬运动积极。婴幼儿完成5 m长步道的膝爬运动，采集3次，每次包括连续3～5个膝爬周期，中途无停顿且保持直行方向，中途无标记球或电极片脱落视为有效。

1.3 统计学分析

采用SPSS 17.0统计软件进行分析。计量资料均符合正态分布，采用(xˉ±s)表示，采用独立样本t检验；基线资料中计数资料采用χ2检验中Fisher确切概率法。显著性水平α=0.05。

2 结果

膝爬运动轨迹和表面肌电信号全部采集成功，进入结果分析。

往返膝爬运动是在矢状面方向上的位移活动。本研究只分析肘关节、肩关节在一个膝爬周期矢状面中的数据。

2.1 肘关节运动轨迹

正常组左侧肘关节在膝爬周期中矢状面平均角度变化范围为(123.6±29.4)°～(156.4±23.1)°，右侧肘关节为(105.6±27.1)°～(152.9±20.7)°。运动发育迟缓组左侧肘关节为(111.5±33.1)°～(161.3±11.6)°，右侧为(102.5± 29.1)°～(158.9±12.4)°。两组间无显著性差异(左侧肘关节t=0.460,P=0.646；右侧肘关节(t=1.661,P=0.098)。见图1。

2.2 肩关节运动轨迹

正常组左侧肩关节在膝爬周期中矢状面平均角度变化范围为(58.2±21.1)°～(92.6±23.2)°，右侧肩关节为(49.4±15.4)°～(98.6±21.0)°。运动发育迟缓组左侧肩关节为(50.5±11.0)°～(99.0±17.2)°，右侧为(54.2±28.1)°～(105.9±18.3)°。两组间左侧肩关节无显著性差异(t= 0.930,P=0.354)，右侧肩关节有显著性差异(t=2.576, P=0.011)。见图2。

2.3 表面肌电图

正常组肱二头肌左右侧RMS差值(14.04±15.25)，与运动发育迟缓组(30.62±43.85)无显著性差异(t= 1.240,P=0.227)；正常组肱三头肌左右侧RMS差值(10.92±9.62)，与运动发育迟缓组(42.73±43.99)有显著性差异(t=2.448,P=0.022)。

图1 双侧肘关节膝爬周期中运动角度变化

图2 双侧肩关节膝爬周期中运动角度变化

3 讨论

婴幼儿粗大运动发育过程由抬头、翻身、稳坐、爬行，直至行走，大运动发育从手支撑逐步发育至下肢支撑整个身体重量。早期运动能力的发育情况对婴幼儿随后的运动和认知能力发育都有重要影响，早期运动能力表现能够反映婴幼儿的预后[12-13]。

Patrick等[14-15]研究36例婴幼儿的爬行运动，发现婴幼儿的爬行运动存在多种模式，最普遍的为四爬位的膝爬运动；每种爬行运动模式下，四肢表面肌电活动与上下肢活动各有不同特征，这反映神经系统在婴幼儿期可能对四肢运动协调存在限制[14,16]。

本组运动发育迟缓婴幼儿行走运动发育里程碑出现延迟，停留在爬行阶段。在膝爬运动中，爬行最初动作始于上肢，主要涉及肩关节与肘关节，肌肉为肱二头肌和肱三头肌[17]。本研究显示，膝爬运动中，运动发育迟缓婴幼儿右侧肩关节矢状面上平均角度变化范围存在差异；同时肱三头肌左右侧RMS差值也存在差异。

肱三头肌连接肩关节和肘关节，收缩与舒张时能屈伸肘关节。运动发育迟缓婴幼儿肱三头肌RMS左右不对称；右侧肩关节运动异常也体现了两组婴幼儿上肢运动协调能力存在差异。这种差异可通过关节运动轨迹和表面肌电活动检测获得。

三维步态分析已广泛应用于临床康复，可为康复治疗提供量化的依据，将治疗目标定位至靶关节及肌肉，并对其进行疗效评价[18-20]。引起婴幼儿运动发育迟缓的因素众多，如早产、出生时大脑轻度缺氧缺血，或生长发育过程中存在营养不良等，但早期诊断往往困难，早期发现运动发育落后问题并给予相应的干预十分重要[21]。早期干预能促进婴幼儿的运动控制能力与协调能力，促进婴幼儿粗大运动发育[22-23]。

Meta分析显示，在早产儿3月龄时针对性运动训练干预比一般的干预能取得更好效果与预后[24]。早期合理的干预和康复离不开准确地评估婴幼儿的生长发育情况。本研究采用关节运动轨迹和表面肌电图，发现肩关节与肱三头肌运动异常，可以为制定针对性运动康复计划和关节肌肉的靶向训练提供依据。

有研究表明，在婴儿早期发现的运动发育迟缓问题，可能预示其他功能发育落后，甚至是运动功能障碍如脑瘫，此时早期发现和干预显得尤为重要[24]。大量研究从大脑的可塑性和干预效果方面都支持脑瘫儿童的早期治疗[26-27]。本研究发现的神经系统协调性控制发育差异，也可为尚未确诊的脑瘫婴幼儿早期出现的四肢肌张力异常提供诊断与治疗线索，还可为其在膝爬运动阶段提供早期康复所需的量化评估依据，有助于早期制定更为合理有效的康复方案。

本研究将三维步态分析中的关节运动轨迹和表面肌电信号检测的分析原理和技术应用至婴幼儿的膝爬运动分析中，也为将其应用于步行以外的运动形式提供可能的参考。

本研究通过四肢关节运动轨迹和表面肌电信号检测，对运动发育迟缓婴幼儿和发育正常婴幼儿进行对比，发现两组间在右侧肩关节活动和双侧肱三头肌收缩对称性方向存在差异，这可能反映出两组婴幼儿神经系统协调性控制上的发育差异。下肢关节、肌肉和躯干运动是否存在类似差异，还需进一步研究。这对临床评估、指导临床康复都具有重要意义。

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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

[本文著录格式]曾思漾，陈玉霞，刘苑，等.膝爬运动上肢关节运动轨迹及表面肌电图研究[J].中国康复理论与实践,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.重庆医科大学附属儿童医院康复中心，儿童发育疾病研究教育部重点实验室，重庆市400014；2.儿童发育重大疾病国家国际科技合作基地，重庆市400014；3.儿科学重庆市重点实验室，重庆市400014。作者简介：曾思漾(1991-)，女，汉族，重庆市人，硕士，医师，主要研究方向：儿童神经康复。通讯作者：肖农，男，教授，主任医师。E-mail:xiaonongwl@163.com。