导语: 近期, 团队提出了一种基于数据驱动的轮椅太极拳动作模式分类方案, 研究表明16式轮椅太极拳基于其生物力学特征相似性及各自的功能益处，能够被划分为强化运动, 协调运动以及柔韧运动三种模式。此外, 高位和低位脊髓损伤患者在轮椅太极拳训练中的重点有所不同。相关成果已被Biomedical Signal Processing and Control在线发表。
研究背景:
太极拳被视为一种成本效益高的干预手段, 团队在十余年的临床实践中总结改编了十六式轮椅太极拳 (Wheelchair Tai Chi, WCTC)，应用于脊髓损伤（Spinal Cord Injury, SCI）运动康复。前期临床研究已证实，WCTC在改善脊髓损伤患者的静态坐位平衡和臀部重心转移能力方面成效显著，有助于降低压疮和跌倒风险。该康复模式通过中残联“希望之家”项目推广，培训了近3000名患者练习。团队也多次组织轮椅太极拳比赛，进行科普宣讲，发表学术论文20余篇，多次获得中国康复医学会科学技术奖、上海康复医学科技奖等奖项。
不过, 运动模式的复杂性以及患者病情的多样性使WCTC更为精准的临床应用面临困难。相关研究尝试提取太极拳动作的有效成分, 简化训练模式, 发现某些动作可能提供特定的益处, 但是部分动作的治疗效果可能不够明确。此外, 高位（High level injury, HL-SCI）和低位（Low level injury, LL-SCI）损伤患者在坐位姿势控制策略上存在显著差异。
研究概述
本研究旨在基于生物力学数据的相似性, 提出一种基于数据驱动的WCTC动作模式分类方案, 并探究不同损伤节段患者在不同动作模式分类下的坐位姿势控制策略差异。招募36名SCI患者（17名HL-SCI患者和19名LL-SCI患者）。所有患者都参与至少为期一个月的轮椅太极拳专业训练。采集患者在进行WCTC运动时的肩部运动学数据, 全身动力学数据以及肩胛带表面肌电数据。基于自组织映射网络算法(Self-organizing Map, SOM)对所有特征值进行聚类分析。
本研究发现WCTC能够被分为以下三种运动模式：
在动作聚类1中, 患者表现出显著更高的肌肉激活水平。其中, 上斜方肌激活增高, 有助于维持头部的中立位, 通过更为准确的感觉输入来保持身体的直立。为弥补患者骨盆和躯干下部的不稳定性, 三角肌在坐位姿势控制中也存在更高的激活。因此, 该动作聚类被命名为强化运动组(Strengthening Motion Group).
在动作聚类2中, 患者表现出显著更低的肌肉激活水平以及更高的前后方向压力中心位移及速度变化, 提示患者采用较少的肌肉参与即可维持相对灵活的运动表现。结合第二类动作中广泛存在的对称以及交替动作成分, 该动作聚类被命名为协调运动组(Coordination Motion Group). 对称的双侧活动被认为能在两个半球之间形成相似的神经网络, 最小化半球间抑制, 增强半球间连接。这表明协调运动组能够一定程度上提升上肢及躯干肌肉之间的神经肌肉控制效率。
在动作聚类3中, 患者表现出显著增加的肩关节活动度。结合第三类动作中广泛存在的对角线运动, 该动作聚类被命名为柔韧运动组(Flexibility Motion Group)。在身体的扭转以及头部的旋转中, 前庭系统接收来自头部位置、运动方向和视觉输入的持续变化的刺激信息，通过整合这些多样的输入信息，前庭系统可以更好地调节肌肉张力和姿势控制，提升运动活动范围。
对于不同损伤节段的患者来说, 本研究的结果也提供了一些相关的训练建议：
HL-SCL患者在强化运动组中的肩关节冠状面以及水平面活动度更小，这表明他们采用了更为僵硬的姿势控制策略，以满足强化运动组对姿势控制的要求。运动控制的柔韧性和复杂性是SCI康复的重要目标, 帮助患者适应不断变化的环境和意外挑战。基于此，不建议HL-SCI患者参与强化运动组，以避免进一步固化其僵硬的控制模式。
LL-SCI 患者在协调运动组中表现出了更高的肱三头肌激活。基于交叉皮质脊髓促进理论，支配上肢和躯干肌肉的神经通路之间存在一定的交互。上肢肌肉的自愿激活能够提高躯干肌肉的皮质脊髓兴奋性。因此，LL-SCI患者可能会更多地从协调运动组的训练中受益。
研究意义
这一分类为未来SCI康复中的WCTC应用提供了更为精确的指导。首先, 需要根据功能水平和康复目标选择合适的运动模式。其次, 训练关注点应该是循序渐进的。此外, 这种针对于运动有效成分的提取方法能够为其他的运动训练提供参考, 从而进一步增加复杂运动训练的接受度和采用率。
Shan MJ, Wang ST, Xie HX, Gao YJ, Chen XP, Shen C, Gao HY, Shi DL, Yang CHR, Qi Y, Niu WX, Intelligent motion pattern classification: An in-depth analysis of seated balance in spinal cord injury patients during 16-form wheelchair Tai Chi, 2024, Biomedical signal processing and control, 2025, 102: 107351.
https://doi.org/10.1016/j.bspc.2024.107351