《Frontiers in Neuroscience》：Characterization of head movement patterns in patients with bilateral and unilateral vestibulopathy during functional mobility tasks
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本综述通过惯性测量单元(IMU)量化分析双侧前庭病(BV)与单侧前庭病(UV)患者在执行10项功能性活动时的头部角速度(deg/s)和角加速度(deg/s2)，揭示患者采用头部僵硬策略（角速度范围8-12?deg/s）的代偿机制，为前庭康复治疗和前庭植入物(Vestibular Implant)参数优化提供生态学依据。
1 引言
前庭系统通过半规管(Semicircular Canals)感知角加速度，通过耳石器官(Otolith Organs)感知线性加速度，其在双侧或单侧前庭功能损伤时会导致慢性平衡障碍。传统前庭-眼反射(VOR)测试虽能评估外周前庭功能，但无法反映患者在日常生活活动中的功能性限制。本研究通过半标准化环境下的功能性活动任务，首次系统量化比较BV、UV患者与健康受试者(HS)的头部运动动力学特征。
2 方法
2.1 参与者
59名参与者（19名BV患者、20名UV患者、20名HS）纳入研究。BV诊断依据Bárány Society标准（双侧水平半规管VOR增益降低），UV纳入标准为患侧VOR增益<0.6且对侧>0.8。所有受试者在日内瓦大学医院康复步道完成10项功能性活动（如步行、负重行走、U型转弯等），头部佩戴采样频率128Hz的惯性测量单元(IMU)记录三维角速度。
2.2 数据处理
原始角速度信号经4阶巴特沃斯低通滤波（截止频率6Hz）后计算矢量模，再通过时间微分推导角加速度。采用分布直方图的众数(Mode)表征各组典型运动模式，以线性混合效应模型分析组间差异，并计算角速度-角加速度的Q1-Q3分布面积（单位：deg2/s3）量化运动范围。
3 结果
3.1 头部运动模式分化
BV组表现出最显著的头部运动限制：角速度众数集中于8-12?deg/s，角加速度为85-150?deg/s2，仅U型转弯任务时角速度升高至35?deg/s。UV组呈现中等值但变异度大（角加速度118-159?deg/s2），而HS组显示任务特异性适应（角速度10-60?deg/s，角加速度90-358?deg/s2）。Q1-Q3分布面积依次为HS组5.97?deg2/s3、UV组3.58?deg2/s3、BV组2.69?deg2/s3。
3.2 任务特异性调节
U型转弯任务在HS组引发最高角速度（60?deg/s），而BV组该任务角速度增幅显著低于HS（p<0.05）。楼梯任务使HS组角速度升至25?deg/s，但角加速度保持稳定。线性混合模型显示BV组角速度显著低于HS（估计值-5.62，95%CI[-8.99,-2.26]），而UV组仅呈下降趋势（p=0.073）。
3.3 主客观评价分离
61%BV患者认为平衡木任务困难，但其角加速度值与HS无显著差异。角速度与角加速度众数相关性微弱（r<0.123），提示二者受独立调控机制影响。任务完成时间分析表明，患者通过延长执行时间维持角加速度水平，体现谨慎运动策略。
4 讨论
4.1 代偿机制解析
BV患者采用头-躯干固定策略（En Bloc策略）降低运动复杂度，这与既往研究发现的头部空间稳定性丧失现象一致。UV患者保留部分任务适应性，提示单侧前庭功能足以支撑基础动态平衡。角加速度的相对保留表明患者运动生成能力未受损，但整体运动幅度受限。
4.2 技术应用前景
研究提出的"前庭图(Vestibulogram)"可为前庭植入物提供关键参数：日常活动多数任务角加速度<200?deg/s2，而U型转弯等高风险任务需支持最高60?deg/s角速度。这为植入物传感器量程设计和刺激参数优化提供生态学依据。
4.3 局限与展望
未控制前庭康复史、年龄等因素可能引入变异，且UV诊断标准缺乏国际共识。未来需结合六维头脉冲测试(vHIT)和耳石功能评估，并在完全自然环境下通过可穿戴设备长期监测运动模式演化。
5 结论
前庭功能障碍引发特征性头部运动模式重构，BV患者表现为全局性运动幅度压缩，UV患者呈现任务依赖性代偿。这种量化运动谱可为个性化前庭康复提供基准参数，并推动前庭植入物技术向生理性刺激范式发展。
