137 名术后全髋置换患者执行日常活动的动作捕捉数据集

为什么日常动作在髋关节手术后至关重要

对于每年接受人工髋关节的数十万人来说，成功的标准最终不仅在于 X 光片或门诊检查，而在于他们能否舒适地行走、爬楼梯、从椅子上起身或为爱好和运动跪下。本文介绍了一个新的开放获取动作捕捉数据集，包含 137 名接受全髋置换术的患者在执行各种日常动作时的记录。通过将他们的动作转换为精确的三维数据，该数据集为研究人员、临床医生和工程师提供了一个强大的工具，用以改进康复、以更逼真的方式测试植入物并构建更智能的人体数字模型。

跟踪真实人在真实情境下的动作

该研究汇集了一组相对较大的单一患者群体，这些患者在一至五年前接受了髋关节置换，且无疼痛或其他重大关节或神经问题。志愿者平均年龄约七十出头，他们来到一个专门的步态实验室，动作由一圈十台红外相机和嵌入地面的两块力感应板捕捉。放置在骨盆、腿部和足部关键点的反光标记使相机能够重建每个骨段的三维运动，而力板则测量每只脚对地面的受力及其随时间的变化。

对日常动作进行系统测试

与许多仅关注平地行走或单一转换动作（如起立）的现有数据集不同，本数据集覆盖八种不同的日常活动。参与者以舒适的速度和其最快的安全速度沿通道行走，上下短段仪器化楼梯，从可调节椅子上起立与坐下，并执行使髋关节接近屈曲极限的深蹲和弓步。每项任务都记录了若干质量良好的试验，并对动作何时开始与结束以及如何从标记和力信号中定义关键时刻（如脚跟着地、足尖离地或深蹲最低点）制定了严格规则。

从原始运动到可重用的数字资源

作者将数据以一种标准的生物力学格式 C3D 存储，该格式被多种分析程序和肌肉骨骼建模软件广泛支持。每个试验文件捆绑了三维标记轨迹、地面反作用力和力矩、重要运动事件的时序以及基本参与者信息，如年龄、性别、体质指数、接受手术的髋侧及手术距今的时间。为进一步降低数据使用门槛，他们还将相同信息导出为纯文本文件，并提供描述试验类型、每位参与者重复次数及详细人口统计数据的独立电子表格。该结构使研究人员能够将这些动作直接输入高级计算模型，以估算关节角度、关节内部接触力甚至单个肌肉力量。

受控环境中的可靠测量

在对每位受试者进行测试前，实验室遵循严格的校准与质量控制程序，使用带发光二极管的活动指棒来对齐相机并定义锚定于地面和力板的一致坐标系。动作捕捉系统及其安装的精度已在先前工作中得到记录，团队使用成熟的方法对标记和力信号进行了滤波与清理。已有利用该数据集的已发表研究报告的髋关节活动范围和关节负载，与其他研究组测量到的数值（包括来自植入传感器的直接测量）高度一致，支持了在行走、上下楼梯及更具挑战性的动作（如弓步）中记录的可靠性。

为更好的护理和更优植入物打开大门

通过向公众发布这一丰富的数据集，作者旨在加速若干方面的进展：对新型髋关节植入物进行更逼真的测试、更好地理解老年置换患者在真实生活情境中的运动方式，以及开发能够从简单测量识别运动模式或预测关节负载的机器学习工具。对患者而言，长期回报可能是针对日常生活实际需求量身定制的康复方案、经受人们在爬楼梯或从低椅起身时所遇到力的测试与工程化的植入物，以及帮助临床医生在术后多年监测恢复的数字孪生。简言之，该数据集将髋置换患者的日常步伐、弯曲与起身转化为一个共享的科学资源，有助于让未来的患者安全且自立地继续活动。

引用: Lunn, D.E., De Pieri, E., Chapman, G.J. et al. Motion capture dataset of 137 post-operative total hip replacement patients performing activities of daily living. Sci Data 13, 616 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06925-w

关键词: 全髋置换, 动作捕捉, 步态分析, 日常活动, 生物力学数据集