《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》：Methodology for three-dimensional analysis of asymmetries in joint moments in cycling
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这篇综述系统评估了业余骑行者在三种功率负荷下下肢关节力矩的三维不对称性。研究创新性地结合归一化对称指数(NSI)、互相关系数(CCC)和骑行不对称指数(ADC)分析方法，揭示不对称性源于力矩幅值差异、时序差异或两者共同作用。发现额状面和横断面不对称性更显著，且随功率增加而减小，为骑行损伤预防和运动表现优化提供了新视角。
背景与引言
下肢关节力矩不对称性评估对骑行表现和损伤预防至关重要。传统研究多集中于矢状面分析，而额状面和横断面的不对称性同样影响运动表现和健康。本研究首次对十名业余骑行者进行三种功率条件(170W、240W、310W)下的三维关节力矩不对称性综合分析，采用改进的归一化对称指数(NSI)、互相关系数(CCC)和新提出的骑行不对称指数(ADC)等多指标评估体系。
材料与方法
参与者特征
10名男性业余骑行者参与研究，平均年龄26.87±4.97岁，身高1.74±0.07米，体重67.89±11.34公斤，体重指数22.33±3.18公斤/米2。入选标准包括：年龄≥18岁、下肢长度差异≤5毫米、身体尺寸与测试自行车兼容。排除专业运动员和存在运动系统疾病者。
实验方案
使用十二摄像头三维运动捕捉系统(Vicon)采集数据，采样频率100Hz。通过定制测力踏板记录踏板反力，测量误差<4%。采用七刚体段模型(骨盆、大腿、小腿和足部)进行逆向动力学分析，计算髋、膝、踝关节在三个解剖平面内的力矩。
不对称性分析方法
研究对传统NSI计算方法进行重要改进，提出新的归一化变量JMGNi(t)定义：
JMGNi(t) = [JMi(t) - JMgmin] / [JMgmax- JMgmin] + 1
其中JMgmax和JMgmin分别代表一个骑行周期中双肢的最大和最小绝对值。此法有效避免原有方法在力矩值接近零时出现的奇点问题。
同时采用CCC评估时序相似性，定义相位差τlag为互相关系数最大值(CCCmax)对应的时间延迟。新提出的ADC指数量化不对称性超过10%阈值的时间占比：
ADC = [t|NSI|>10%/T] × 100%
结果分析
不对称性特征
踝关节在所有解剖平面显示最高CCCmax值(>0.9)，表明模式高度相似。髋关节不对称性最显著，特别是髋关节内旋力矩CCCmax仅0.79。相位分析显示，髋关节屈曲力矩呈现最大相位差(τlag= -22°)，表明双肢活动存在明显时序差异。
功率负荷影响
随着功率从170W增至310W，髋膝关节屈曲力矩的ADC显著降低(髋：68.41%→48.90%，p=0.029；膝：46.52%→28.61%，p=0.022)。膝关节屈曲力矩的CCCmax随功率增加显著提高(p<0.001)，踝关节内翻力矩的CCCmax也明显改善(p=0.034)。髋关节内收力矩的τlag从-42.79°变为5.66°(p=0.031)，反映双肢主导关系随功率改变。
讨论
方法学创新
本研究通过改进的NSI计算方法和多指标联合分析，解决了传统方法在力矩过零点和符号反转时的局限性。矢量分析方法可识别不对称性的生物力学起源(幅值差异、时序差异或模式差异)，为个性化训练方案制定提供依据。
临床应用价值
髋关节作为不对称性的主要补偿部位，其异常力矩模式与髂胫束综合征和腰痛风险相关。额状面和横断面的不对称性评估对过度使用损伤预防具有重要意义。建议业余骑行者通过适当增加功率负荷并结合生物力学反馈，优化骑行技术，降低不对称性。
结论
三维关节力矩不对称性分析揭示，业余骑行者的不对称性具有多因素起源的特点。功率增加可改善矢状面对称性，但可能增加非矢状面的协调难度。综合应用NSI、CCC和ADC指标，可实现不对称性的精准评估，为骑行损伤预防和表现优化提供量化依据。
