曾思漾，陳玉霞，劉 苑，肖 農(nóng)

膝爬運動上肢關節(jié)運動軌跡及表面肌電圖研究①

曾思漾，陳玉霞，劉 苑，肖 農(nóng)

目的將關節(jié)運動軌跡捕捉與表面肌電圖技術運用于評估嬰幼兒爬行運動中。方法2015年12月至2016年6月，對12例正常嬰幼兒和13例運動發(fā)育遲緩嬰幼兒，采用三維步態(tài)分析系統(tǒng)采集膝爬運動中上肢主要關節(jié)的運動軌跡，記錄主要活動肌肉的表面肌電信號。結(jié)果運動發(fā)育遲緩嬰幼兒右側(cè)肩關節(jié)活動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)論關節(jié)運動軌跡和表面肌電圖運用于運動發(fā)育遲緩嬰幼兒膝爬運動，可以為制定個性化早期合理的康復訓練提供依據(jù)。

運動發(fā)育遲緩；膝爬運動；關節(jié)運動軌跡；表面肌電圖

兒童運動發(fā)育遲緩，又稱精神運動發(fā)育遲緩，常用來描述運動或智力技能的落后，達不到正常發(fā)育里程碑所要求的內(nèi)容[1]。運動發(fā)育遲緩多發(fā)生于嬰兒期，主要表現(xiàn)在粗大運動和精細動作方面，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。運動發(fā)育遲緩對于腦癱的早期診斷具有重要價值[2-3]。Hwang等[4]經(jīng)過多中心隨訪研究，提出早期有計劃的康復治療比傳統(tǒng)的家訪計劃治療對存在發(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)運動發(fā)育問題，絕大多數(shù)能夠從各項臨床檢查中找出病因，為后續(xù)治療提供線索。這意味著需要準確且全面的早期評估，發(fā)現(xiàn)2歲以內(nèi)兒童存在的運動發(fā)育問題。

爬行運動是兒童發(fā)育過程中的一個重要標志。通過觀察爬行運動中四肢的協(xié)調(diào)和擺動、關節(jié)活動范圍和肌肉收縮活動等，可以在早期了解其肌肉及關節(jié)活動特點[6]。過渡性運動技能(坐、爬等)需要通過軀干和骨盆的力量訓練來掌握，而它與嬰幼兒獲得復雜運動經(jīng)驗有密切聯(lián)系[7]。運動發(fā)育遲緩兒童因運動發(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引起肌肉活動及關節(jié)運動出現(xiàn)差異[8-9]。

通過三維步態(tài)分析捕捉關節(jié)運動軌跡和表面肌電信號的記錄，能夠動態(tài)反映運動過程中關節(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)對比，能對目標測試對象進行療效評價[10]。

本研究觀察正常及運動發(fā)育遲緩嬰幼兒膝爬運動中上肢關節(jié)運動軌跡及表面肌電信號特點，為三維步態(tài)分析拓展應用至兒童的膝爬運動評估提供參考。

1 對象和方法

1.1 研究對象

2015年12月至2016年6月在重慶醫(yī)科大學附屬兒童醫(yī)院康復中心門診就診，確診為運動發(fā)育遲緩并進行隨訪的嬰幼兒13例為運動發(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)運動發(fā)育落后于同齡兒，遂至門診就診。

診斷標準：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])，總運動能評分(包括粗大運動和精細運動)＜85分，且粗大運動發(fā)育月齡小于實際年齡。

納入標準：能連續(xù)完成3～5個膝爬周期的膝爬運動(四爬位)。

排除標準：①并發(fā)心、肺、神經(jīng)、骨骼、肌肉等影響膝爬運動的急性及慢性疾??；②已診斷為腦癱；③膝爬運動停頓，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動發(fā)育遲緩時實際月齡≤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動經(jīng)驗但發(fā)育月齡還未跟上實際月齡時入組進行檢測；若嬰幼兒實際年齡已達15月齡，但僅有膝爬運動經(jīng)驗尚未獲得獨走運動能力，立即入組進行檢測；若嬰幼兒實際月齡達9月齡但運動發(fā)育月齡僅7月齡，尚未獲得膝爬運動經(jīng)驗，待其獲得膝爬運動經(jīng)驗但發(fā)育月齡還未跟上實際月齡時入組檢測。

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

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

入組時兩組嬰幼兒均能熟練完成連續(xù)膝爬運動(四爬位)。兩組入組時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

本試驗倫理及知情同意書經(jīng)重慶醫(yī)科大學附屬兒童醫(yī)院倫理委員會批準并備案(065/2011)，受試者法定監(jiān)護人簽署知情同意書，自愿加入本實驗，并允許對病歷和數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

1.2 方法

1.2.1 關節(jié)運動軌跡采集

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)肘關節(jié)鷹嘴、雙側(cè)腕關節(jié)橈骨小頭和右側(cè)肩胛岡粘貼7個反光標記球，引導受試者在爬行墊上進行往返膝爬運動。以右側(cè)腕關節(jié)處標記球第一次觸地作為膝爬周期起始，當其再次觸地時為膝爬周期結(jié)束。各個標記球的位移通過6個高速紅外攝像頭進行捕捉，通過LabVIEW平臺建立的膝爬運動分析軟件進行數(shù)據(jù)分析。

1.2.2 表面肌電圖

膝爬運動主要由上肢肌肉參與。選擇活動較強的雙側(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)。引導受試者在爬行墊上進行往返膝爬運動，采集表面肌電信號，用MegaWin軟件進行處理，計算左右側(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。整個采集過程在爬行軟墊上進行，家長與嬰幼兒互動，保持其心情愉悅，膝爬運動積極。嬰幼兒完成5 m長步道的膝爬運動，采集3次，每次包括連續(xù)3～5個膝爬周期，中途無停頓且保持直行方向，中途無標記球或電極片脫落視為有效。

1.3 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進行分析。計量資料均符合正態(tài)分布，采用(xˉ±s)表示，采用獨立樣本t檢驗；基線資料中計數(shù)資料采用χ2檢驗中Fisher確切概率法。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

膝爬運動軌跡和表面肌電信號全部采集成功，進入結(jié)果分析。

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

2.1 肘關節(jié)運動軌跡

正常組左側(cè)肘關節(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)肘關節(jié)為(105.6±27.1)°～(152.9±20.7)°。運動發(fā)育遲緩組左側(cè)肘關節(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)肘關節(jié)t=0.460,P=0.646；右側(cè)肘關節(jié)(t=1.661,P=0.098)。見圖1。

2.2 肩關節(jié)運動軌跡

正常組左側(cè)肩關節(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)肩關節(jié)為(49.4±15.4)°～(98.6±21.0)°。運動發(fā)育遲緩組左側(cè)肩關節(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)肩關節(jié)無顯著性差異(t= 0.930,P=0.354)，右側(cè)肩關節(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)，與運動發(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)，與運動發(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)肘關節(jié)膝爬周期中運動角度變化

圖2 雙側(cè)肩關節(jié)膝爬周期中運動角度變化

3 討論

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

Patrick等[14-15]研究36例嬰幼兒的爬行運動，發(fā)現(xiàn)嬰幼兒的爬行運動存在多種模式，最普遍的為四爬位的膝爬運動；每種爬行運動模式下，四肢表面肌電活動與上下肢活動各有不同特征，這反映神經(jīng)系統(tǒng)在嬰幼兒期可能對四肢運動協(xié)調(diào)存在限制[14,16]。

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

肱三頭肌連接肩關節(jié)和肘關節(jié)，收縮與舒張時能屈伸肘關節(jié)。運動發(fā)育遲緩嬰幼兒肱三頭肌RMS左右不對稱；右側(cè)肩關節(jié)運動異常也體現(xiàn)了兩組嬰幼兒上肢運動協(xié)調(diào)能力存在差異。這種差異可通過關節(jié)運動軌跡和表面肌電活動檢測獲得。

三維步態(tài)分析已廣泛應用于臨床康復，可為康復治療提供量化的依據(jù)，將治療目標定位至靶關節(jié)及肌肉，并對其進行療效評價[18-20]。引起嬰幼兒運動發(fā)育遲緩的因素眾多，如早產(chǎn)、出生時大腦輕度缺氧缺血，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)運動發(fā)育落后問題并給予相應的干預十分重要[21]。早期干預能促進嬰幼兒的運動控制能力與協(xié)調(diào)能力，促進嬰幼兒粗大運動發(fā)育[22-23]。

Meta分析顯示，在早產(chǎn)兒3月齡時針對性運動訓練干預比一般的干預能取得更好效果與預后[24]。早期合理的干預和康復離不開準確地評估嬰幼兒的生長發(fā)育情況。本研究采用關節(jié)運動軌跡和表面肌電圖，發(fā)現(xiàn)肩關節(jié)與肱三頭肌運動異常，可以為制定針對性運動康復計劃和關節(jié)肌肉的靶向訓練提供依據(jù)。

有研究表明，在嬰兒早期發(fā)現(xiàn)的運動發(fā)育遲緩問題，可能預示其他功能發(fā)育落后，甚至是運動功能障礙如腦癱，此時早期發(fā)現(xiàn)和干預顯得尤為重要[24]。大量研究從大腦的可塑性和干預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，還可為其在膝爬運動階段提供早期康復所需的量化評估依據(jù)，有助于早期制定更為合理有效的康復方案。

本研究將三維步態(tài)分析中的關節(jié)運動軌跡和表面肌電信號檢測的分析原理和技術應用至嬰幼兒的膝爬運動分析中，也為將其應用于步行以外的運動形式提供可能的參考。

本研究通過四肢關節(jié)運動軌跡和表面肌電信號檢測，對運動發(fā)育遲緩嬰幼兒和發(fā)育正常嬰幼兒進行對比，發(fā)現(xiàn)兩組間在右側(cè)肩關節(jié)活動和雙側(cè)肱三頭肌收縮對稱性方向存在差異，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。下肢關節(jié)、肌肉和軀干運動是否存在類似差異，還需進一步研究。這對臨床評估、指導臨床康復都具有重要意義。

[1]李明,武元.運動發(fā)育遲緩的早期識別與診斷[J].中國實用兒科雜志,2016,31(10):743-747.

[2]Brown L,Burns YR,Watter P,et al.Motor performance,postural stability and behaviour of non-disabled extremely preterm or extremely low birth weight children at four to five years of age[J].Early Hum Dev,2015,91(5):309-315.

[3]Taborda A,Oliveira G.Neurodevelopmental outcomes of very preterm or very low birth weigth infants:comparison of monochorionic and dichorionic twins with singletons[J].Acta Med Port,2016,29(11):702-710.

[4]Hwang AW,Chao MY,Liu SW.A randomized controlled trial of routines-based early intervention for children with or at risk for developmental delay[J].Res Dev Disabil,2013,34(10): 3112-3123.

[5]Hatakenaka Y,Kotani H,Yasumitsu-Lovell K,et al.Infant motor delay and early symptomatic syndromes eliciting neurodevelopmental clinical examinations in Japan[J].Pediatr Neurol, 2016,54:55-63.

[6]Kulkarni S,Ramakrishnan U,Dearden KA,et al.Greater length-for-age increases the odds of attaining motor milestones in Vietnamese children aged 5-18 months[J].Asia Pac J Clin Nutr,2012,21(2):241-246.

[7]Looper J,Talbot S,Link A,et al.The relationship between transitional motor skills and locomotion[J].Infant Behav Dev, 2015,38:37-40.

[8]Eek MN,Himmelmann K.No decrease in muscle strength after Botulinum neurotoxin-A injection in children with cerebral palsy[J].Front Hum Neurosci,2016,10:506.

[9]Huang HW,Ju MS,Lin CC.Flexor and extensor muscle tone evaluated using the quantitative pendulum test in stroke and parkinsonian patients[J].J Clin Neurosci,2016,27:48-52.

[10]?unpuu S.Gait analysis is a viable tool for the assessment oftransverse plane motion in children with cerebral palsy[J]. Dev Med Child Neurol,2013,55(10):878-879.

[11]杜文威.語言發(fā)育遲緩兒童學齡前期的隨訪研究[D].重慶:重慶醫(yī)科大學,2015.

[12]Piek JP,Dawson L,Smith LM,et al.The role of early fine and gross motor development on later motor and cognitive ability[J].Hum Mov Sci,2008,27(5):668-681.

[13]Gajewska E,Sobieska M.Qualitative elements of early motor development that influence reaching of the erect posture.A prospective cohort study[J].Infant Behav Dev,2015,39:124-130.

[14]Patrick SK,Noah JA,Yang JF.Developmental constraints of quadrupedal coordination across crawling styles in human infants[J].J Neurophysiol,2012,107(11):3050-3061.

[15]Patrick SK,Noah JA,Yang JF.Interlimb coordination in human crawling reveals similarities in development and neural control with quadrupeds[J].J Neurophysiol,2009,101(2): 603-613.

[16]Maclellan MJ,Ivanenko YP,Cappellini G,et al.Features of hand-foot crawling behavior in human adults[J].J Neurophysiol,2012,107(1):114-125.

[17]Kubicek C,Jovanovic B,Schwarzer G.The relation between crawling and 9-month-old infants'visual prediction abilities in spatial object processing[J].J Exp Child Psychol,2017,158: 64-76.

[18]Bourseul JS,Lintanf M,Saliou P,et al.Effect of ankle-foot orthoses on gait in children with cerebral palsy:A meta-analysis[J].Ann Phys Rehabil Med,2016,59S:e6.

[19]Attias M,Bonnefoy-Mazure A,De Coulon G,et al.Feasibility and reliability of using an exoskeleton to emulate muscle contractures during walking[J].Gait Posture,2016,50:239-245.

[20]Domagalska M,Szopa A,Syczewska M,et al.The relationship between clinical measurements and gait analysis data in children with cerebral palsy[J].Gait Posture,2013,38(4): 1038-1043.

[21]黃小玲,丁建英,廖金生,等.早期干預對精神運動發(fā)育遲緩預后的影響[J].中國醫(yī)學創(chuàng)新,2012,9(18):30-31.

[22]Ward DS,Welker E,Choate A,et al.Strength of obesity prevention interventions in early care and education settings:a systematic review[J].Prev Med,2017,95S:S37-S52.

[23]陳彬.兒童精神運動發(fā)育遲緩50例臨床分析[J].中國實用神經(jīng)疾病雜志,2011,14(16):51-52.

[24]HughesAJ,Redsell SA,Glazebrook C.Motor development interventions for preterm infants:a systematic review and meta-analysis[J].Pediatrics,2016,138(4):e20160147.

[25]Harris SR.Early identification of motor delay:Family-centred screening tool[J].Can Fam Physician,2016,62(8):629-632.

[26]Vuillerot C,Dinomais M,Marret S,et al.Recommendations for clinical practice after neonatal arterial ischemic stroke:Clinical monitoring and early rehabilitation intervention[J].Ann Phys Rehabil Med,2016,59S:e1.

[27]張琦.腦性癱瘓高危兒的早期物理治療[J].中國康復理論與實踐,2014,20(11):1035-1040.

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.膝爬運動上肢關節(jié)運動軌跡及表面肌電圖研究[J].中國康復理論與實踐,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)科大學附屬兒童醫(yī)院康復中心，兒童發(fā)育疾病研究教育部重點實驗室，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.兒科學重慶市重點實驗室，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。通訊作者：肖農(nóng)，男，教授，主任醫(yī)師。E-mail:xiaonongwl@163.com。