步態(tài)分析在臨床骨科與康復(fù)中的應(yīng)用

古恩鵬，劉愛峰，金鴻賓，吳 思

步態(tài)是人類步行的行為特征。步行是人類生存的基礎(chǔ)，是人類與其他動(dòng)物區(qū)別的關(guān)鍵特征之一。步行是全身肌肉參與,包括人體質(zhì)量心移位,骨盆傾斜旋轉(zhuǎn),髖、膝、踝關(guān)節(jié)伸屈及內(nèi)外旋展等,使人體位移的一種復(fù)雜的隨意運(yùn)動(dòng)。正常步行是不需要思考的，然而步行的控制十分復(fù)雜，包括中樞命令，身體平衡和協(xié)調(diào)控制，涉及足、踝、膝、髖、軀干、頸、肩、臂的肌肉和關(guān)節(jié)協(xié)同運(yùn)動(dòng)。任何環(huán)節(jié)的失調(diào)都可能影響步態(tài)。步態(tài)分析方法已發(fā)展成為臨床工作中治療與康復(fù)評(píng)定的重要組成部分，對(duì)于因患神經(jīng)系統(tǒng)或運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)疾病而可能影響到行走能力的病人，有必要進(jìn)行步態(tài)分析，以揭示有無異常步態(tài)，以及步態(tài)異常的性質(zhì)和程度，為進(jìn)行行走功能評(píng)定和矯治異常步態(tài)提供必要的客觀依據(jù)。

目前，步態(tài)分析己被廣泛運(yùn)用于骨骼肌肉系統(tǒng)疾病的診斷以及治療的規(guī)劃與評(píng)估。步態(tài)分析在骨科生物力學(xué)、康復(fù)工程與醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域一直扮演著重要的角色，其未來的發(fā)展勢(shì)必對(duì)這些領(lǐng)域有積極且正面的影響。在骨科，步態(tài)分析可以作為骨科疾病治療前后的診測(cè)及評(píng)估依據(jù)。用在康復(fù)上，它可以作為治療診斷、治療評(píng)估及恢復(fù)狀態(tài)衡量的參考標(biāo)準(zhǔn)。在義肢上，也可作為協(xié)助設(shè)計(jì)、測(cè)試及評(píng)價(jià)義肢或輔具適應(yīng)程度的標(biāo)準(zhǔn)。步態(tài)分析應(yīng)該被視為一個(gè)診斷病情的工具，就如同放射線檢查或生化檢查一樣，其所提供的資料足以協(xié)助定義一種特殊的疾病狀態(tài)。

1 人類正常的行走模式

所謂正常步態(tài)，是指當(dāng)一個(gè)健康成人用自我感覺最自然、最舒坦的姿態(tài)行進(jìn)時(shí)的步態(tài),它具有3個(gè)特點(diǎn)[1]:身體平穩(wěn)、步長(zhǎng)適當(dāng)、耗能最少。正常步態(tài)應(yīng)該是髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)的靈活運(yùn)動(dòng),身體良好的平衡能力以及頭、軀干、四肢協(xié)調(diào)、流暢的配合運(yùn)動(dòng)[2]。正常步態(tài)很流暢的原因，是重心最小限度地定位于骨盆,加上適宜的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)和適宜的力量,如果不能保證這些,就會(huì)出現(xiàn)異常步態(tài)。Grabiner等[3]認(rèn)為，正常步態(tài)的必須條件是:⑴支撐期良好的穩(wěn)定性。⑵擺動(dòng)期足部放松。⑶足夠的步長(zhǎng)。⑷膝關(guān)節(jié)在支撐期吸收震蕩并且蓄積能量,在擺動(dòng)期帶動(dòng)小腿和足部運(yùn)動(dòng)。為完成這一作用,膝關(guān)節(jié)必須在支撐期完全伸直,在擺動(dòng)期屈曲大約60°。正常步態(tài)應(yīng)該是雙側(cè)對(duì)稱的,雖然有些人受左利或右利的影響，會(huì)在行走時(shí)偏重于一側(cè)肢體,造成輕微的步態(tài)不對(duì)稱,但這種不對(duì)稱如果相差超過8%～10%,則應(yīng)視為異常[4]。在正常行走過程中,從一側(cè)腳跟著地開始到該腳跟再次著地，構(gòu)成1個(gè)步態(tài)周期。對(duì)指定的下肢而言,1個(gè)步態(tài)周期的活動(dòng)可分為支撐時(shí)相和擺動(dòng)時(shí)相。支撐時(shí)相又分為腳跟著地、趾著地、支撐中期、腳跟離地、蹬離期和趾離地諸動(dòng)作階段。擺動(dòng)時(shí)相分為加速期、擺動(dòng)期和減速期。常速行走時(shí),支撐時(shí)相約占整個(gè)步態(tài)周期的60%～65%。因此,當(dāng)一側(cè)下肢進(jìn)入支撐時(shí)相時(shí),另側(cè)下肢尚未離地,兩下肢同時(shí)負(fù)重稱為雙肢負(fù)重期。雙肢負(fù)重期約占全周期的28.8%,占支撐時(shí)相的44.8%,支撐時(shí)相的其他時(shí)間為單肢負(fù)重期。隨著年齡的增長(zhǎng),單、雙支撐時(shí)相占步態(tài)周期的比例也隨之增加。不同性別和身高的人,其支撐時(shí)相和擺動(dòng)時(shí)相所占的比例無明顯差異[5]。

2 步態(tài)分析在臨床骨科中的應(yīng)用

2.1 在掌握病情嚴(yán)重程度方面 孫魯?shù)萚6]應(yīng)用足底壓力步態(tài)分析系統(tǒng)對(duì)跟骨骨折33例進(jìn)行了步態(tài)分析，結(jié)果隨著損傷的加重,患足較健側(cè)足的站立相時(shí)間逐漸延長(zhǎng),足弓指數(shù)升高,足跟旋后,距下關(guān)節(jié)的靈活性下降。江曉峰等[7]通過采集了30例偏癱患者和年齡、身高、體質(zhì)量匹配的30例正常人的行走影像,應(yīng)用美國(guó)peak運(yùn)動(dòng)解析系統(tǒng)進(jìn)行步態(tài)分析，通過分析偏癱患者膝關(guān)節(jié)角度,可以幫助確定偏癱步態(tài)基本特征的嚴(yán)重程度,為分析步態(tài)異常原因并制定針對(duì)性的步態(tài)矯正方案提供依據(jù)。Siegel等[8]從時(shí)間-距離參數(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)、動(dòng)力學(xué)參數(shù)、肌電圖、步態(tài)不對(duì)稱性等方面對(duì)偏癱步態(tài)特征作了詳細(xì)的分析,并確定了一些評(píng)定了偏癱步態(tài)異常的客觀指標(biāo)。通過對(duì)患有嚴(yán)重膝骨性關(guān)節(jié)炎的患者作對(duì)稱性平衡性等三維步態(tài)分析,然后將所得運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)、動(dòng)力學(xué)參數(shù)、肌電活動(dòng)參數(shù)指標(biāo)與年齡匹配的正常人對(duì)比結(jié)果顯示,其步態(tài)異常與步行站立相中膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)有關(guān),此結(jié)論對(duì)患者的臨床治療和康復(fù)有重要影響[9]。

2.2 判斷治療效果方面 權(quán)伍成[10]運(yùn)用步態(tài)分析儀對(duì)膝骨性關(guān)節(jié)炎患者治療前后的足底壓力變化進(jìn)行測(cè)量，針刀組在改善步態(tài)和膝關(guān)節(jié)評(píng)分上均優(yōu)于電針組。Madsen用步態(tài)分析比較了髓關(guān)節(jié)置換手術(shù)的切口對(duì)步態(tài)的影響，通過步態(tài)分析改良Mallory前外側(cè)切口和后外側(cè)切口發(fā)現(xiàn)，全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后6個(gè)月時(shí)，相對(duì)于后外側(cè)切口，采用前外側(cè)切口的患者行走時(shí)髖關(guān)節(jié)有更大的軀干傾斜角，髖關(guān)節(jié)在矢狀面上的活動(dòng)度范圍更小、更加突出的負(fù)重不對(duì)稱。因此，相比較而言，采用后外側(cè)切口患者步態(tài)更接近于正常人[11]。于靈云等[12]運(yùn)用步態(tài)分析技術(shù)得出，中醫(yī)尤其是針灸能明顯改善偏癱步態(tài),增加步行時(shí)的穩(wěn)定性和對(duì)稱性,改善患者的步行能力,減少能量消耗。汪光曄等[13]利用步態(tài)分析系統(tǒng)結(jié)合三維有限元對(duì)髖臼后壁骨折ATMFS固定進(jìn)行評(píng)價(jià)，表明髖臼后壁骨折ATMFS固定牢固可靠,能有效地降低頭臼間的接觸應(yīng)力,增加接觸面積,維持骨折斷面接近正常生理載荷的記憶應(yīng)力,有效促進(jìn)骨折愈合。郭林等[14]利用三維步態(tài)分析對(duì)全膝關(guān)節(jié)置換前后的病人進(jìn)行分析，置換后行走速度、步頻、步長(zhǎng)及患肢站立相均有明顯改善，總結(jié)出全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的良好療效。王常海等[15]具體到膝骨性關(guān)節(jié)炎,測(cè)量的肌肉為股中肌、股外側(cè)肌、腘繩肌及腓腸肌等,觀察它們的肌電強(qiáng)度、收縮時(shí)間所占步態(tài)周期的比例及發(fā)生的時(shí)相,從中可以知道,病變發(fā)生在哪些肌肉,主要是哪一塊，這些肌肉發(fā)生病變的因果關(guān)系怎樣。通過和正常人比較,可以得出膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的一些規(guī)律。通過治療,這些部位就應(yīng)該接近恢復(fù)正常。所以,上述方法不僅可用于膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)病的診斷,還可用于療效的評(píng)定。

人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中對(duì)髕骨是否置換存在爭(zhēng)議。周欣等[16]比較行髕骨置換及髕骨未置換患者的步態(tài),通過術(shù)前步態(tài)分析及HSS評(píng)分可見,髕骨未置換組術(shù)前各步態(tài)參數(shù)及HSS評(píng)分明顯優(yōu)于髕骨置換組。但術(shù)后3個(gè)月,兩者的步態(tài)參數(shù)無明顯差異,髕骨置換組與髕骨未置換組術(shù)后1年步態(tài)無明顯差異。并有研究證實(shí),運(yùn)用三維步態(tài)分析對(duì)行全髖置換術(shù)的患者進(jìn)行功能量化評(píng)價(jià),可以更為準(zhǔn)確地了解髖關(guān)節(jié)的生物力學(xué)變化,進(jìn)而探索最佳的治療手段和手術(shù)后的康復(fù)方法[17]。

3 步態(tài)分析在康復(fù)應(yīng)用

3.1 評(píng)價(jià)與指導(dǎo)康復(fù)治療 跟骨骨折術(shù)后遺留的后遺癥,常有跟骨的內(nèi)外翻畸形,外觀上不易看出,通過足底應(yīng)力分布測(cè)試,分析足底應(yīng)力分布,找出步態(tài)的異同點(diǎn)。通過足底應(yīng)力和步態(tài)分析,來判斷SandersⅢ、Ⅳ跟骨骨折術(shù)后跟骨變寬和高度丟失的程度。還可以推斷膝關(guān)節(jié)內(nèi)、外翻與跟骨內(nèi)外翻的關(guān)系,依據(jù)足底應(yīng)力分布和步態(tài)的分析結(jié)果,制定合適的功能活動(dòng)和運(yùn)動(dòng)方法,對(duì)患者進(jìn)行訓(xùn)練,是康復(fù)醫(yī)療的一種最基本和最重要的措施[18]。趙政偉等[19]應(yīng)用單側(cè)斜孔多功能外固定器固定治療股骨粗隆間骨折，并應(yīng)用自行研制的下肢骨折步態(tài)分析系統(tǒng)對(duì)傷肢進(jìn)行步態(tài)測(cè)試以掌握骨折愈合及行走步態(tài)的穩(wěn)定性，為功能鍛煉提供準(zhǔn)確依據(jù)，結(jié)果骨折均愈合，無髖內(nèi)翻發(fā)生。

骨關(guān)節(jié)炎以關(guān)節(jié)軟骨變性為特征，是一種全關(guān)節(jié)病變[20]。骨關(guān)節(jié)炎為中老年人的常見病，屬中醫(yī)“骨痹”“膝痹”的范疇[21]。疼痛是膝骨性關(guān)節(jié)炎主要癥狀,也是引發(fā)代償動(dòng)作導(dǎo)致力矩增大、軟骨損害的重要原因。王常海等[22]指出，步態(tài)分析對(duì)于疼痛治療具有重要的應(yīng)用價(jià)值，因?yàn)樘弁幢厝话榘l(fā)肌肉動(dòng)作的不協(xié)調(diào),并加劇這種不協(xié)調(diào),步態(tài)分析可以測(cè)出這樣的異常并給予康復(fù)調(diào)整。侯來永等[23]對(duì)已形成異常步態(tài)模式的腦卒中患者進(jìn)行針對(duì)性步態(tài)訓(xùn)練，分別在治療前、治療4周后、8周后對(duì)患者下肢運(yùn)動(dòng)功能、患側(cè)下肢平衡下負(fù)重能力、步態(tài)和步行速度進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明針對(duì)性步態(tài)訓(xùn)練可以改善相對(duì)固定的異常步態(tài)。趙春華[24]將100例有行走障礙的患者隨機(jī)分為觀察組和對(duì)照組各50例，觀察組在計(jì)算機(jī)輔助步態(tài)分析系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指導(dǎo)下進(jìn)行步行能力訓(xùn)練,對(duì)照組則不依據(jù)步態(tài)分析檢查結(jié)果進(jìn)行訓(xùn)練。結(jié)果康復(fù)治療3個(gè)月后,觀察組異常步態(tài)具有明顯改善,兩組比較具有顯著性差異。表明計(jì)算機(jī)步態(tài)分析系統(tǒng)指導(dǎo)步行訓(xùn)練可有效地矯正或改善偏癱步態(tài)。使用韌帶重建后外復(fù)合體可以有效控制患者外旋角度，外旋撥號(hào)試驗(yàn)和步態(tài)分析均可測(cè)量患者后外旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性,且兩者測(cè)量外旋角度之間存在較強(qiáng)的直線相關(guān)關(guān)系[25]。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)假肢或支具 李峰等[26]對(duì)30名健康北京擊劍隊(duì)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行步態(tài)檢測(cè),在弓步出劍時(shí),足跟落地緩沖階段的極短時(shí)間內(nèi)足部出現(xiàn)過度內(nèi)翻、外翻的轉(zhuǎn)換,由此產(chǎn)生的扭力可能為擊劍運(yùn)動(dòng)員慢性膝損傷的原因之一。李艷霞等[27]通過分析肥胖青年人平地自然行走過程中左右雙足平均峰力值、受力間期、沖量等參數(shù)特征，得出肥胖人群足底各區(qū)域所受地面反作用力的沖量大，所以其鞋的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能增大與腳的接觸面積，進(jìn)而增加足與地面的接觸時(shí)間，以達(dá)到減小沖擊力值的目的。周大偉等[28]運(yùn)用步態(tài)分析技術(shù)對(duì)制作帶聚乙烯基內(nèi)襯套的PTK小腿假肢和帶鎖硅膠襯套小腿假肢進(jìn)行比較，結(jié)果表明，帶鎖硅膠假肢比PTK小腿假肢具有更好的懸吊穩(wěn)定性。楊義勇等[29]通過對(duì)步態(tài)測(cè)量、分析健康人體下肢結(jié)構(gòu)構(gòu)形與步態(tài)模式特征,利用相似性原理,對(duì)下肢假肢機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)，為康復(fù)工程產(chǎn)品的更新?lián)Q代和擬人機(jī)器人設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

4 展望

步態(tài)分析方法在臨床診斷與治療中的應(yīng)用已趨于廣泛。深入的實(shí)驗(yàn)研究證明，臨床步態(tài)分析法為臨床骨科多種疾病引起的異常步態(tài)進(jìn)行評(píng)估提供了科學(xué)量化的客觀依據(jù)。當(dāng)然，醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展終究必須以服務(wù)患者為依歸。因此，如何將這些技術(shù)用在疾病診斷以及治療的規(guī)劃與評(píng)估上，則有待臨床醫(yī)師、康復(fù)醫(yī)師與科研工作者的密切合作與共同努力。相信隨著新技術(shù)的發(fā)展，步態(tài)分析系統(tǒng)將更客易操作，分析所得資料將更精確、更完整、更方便判斷，在臨床工作中將得到更廣泛應(yīng)用。

[1]Gelat T,Pellec AL,Breniere Y.Evidence for a common process in gait initiation and stepping on to a new level to reach gait velocity[J].ExpBrain Res 2006，170(3):336.

[2]Chiu MC,Wang MJ.The effect of gait speed and gender on per?ceived exertion,muscle activity,joint motion of lower extremity,groundreaction force and heart rate during normal walking[J].Gait Posture,2006,35(3):28.

[3]Grabiner MD,Troy KL.Attention demanding tasks during treadmill walking reduce step width variability in young adults[J].J Neuro?engineering Rehabil 2005(2):25.

[4]Thorpe DE,Dusing SC,Moore CG.Repeatability of temporospatial gait measures in children using the GAITRite electronic walkway[J].Arch Phys Med Rehabil,2005,86(12):2342.

[5]王嵐,王婷,王勁松,等.人體步態(tài)規(guī)律測(cè)量分析與研究 [J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào),2008,29(6):589.

[6]孫魯,王明喜,王增濤,等.足底壓力步態(tài)分析在跟骨骨折術(shù)后療效評(píng)價(jià)中的作用 [J].山東醫(yī)藥，2007，47(20):70.

[7]江曉峰,胡雪艷.偏癱步態(tài)膝關(guān)節(jié)角度分析[J].中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2007,22(10):918.

[8]Siegel KL,Kepple TM,Stanhop SJ.Joint moment control of mechani?cal energy flow during normal gait[J].Gait Posture,2004,19(15):69.

[9]Bortolami SB,DiZio P,Rabin E,et al.Analysis of human postural re?sponses to recoverable falls[J].Exp Brain Res,2004,151(11):387.

[10]權(quán)伍成，張秀芬，蔣均遠(yuǎn).等.針刀治療膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的足底壓力分析[J].成都中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào),2008,31(3):6.

[11]Miehae1 S，Madsen，Merrill A，et al.The effect of total hip Arthro?plasty surgical approaeh on gait[J].J ournal of Orthopaedie Re-search,2004,22(5):44.

[12]于靈云,于濤.運(yùn)用三維步態(tài)分析評(píng)價(jià)中醫(yī)治療偏癱步態(tài)的療效[J].現(xiàn)代中西醫(yī)結(jié)合雜志,2010,19(13):1564.

[13]汪光曄,張春才,禹寶慶,等.4種步態(tài)負(fù)載下髖臼記憶內(nèi)固定系統(tǒng)治療髖臼后壁骨折的三維有限元分析[J].中國(guó)骨傷，2007，20(7):448.

[14]郭林,崔大平.全膝關(guān)節(jié)置換前后的三維步態(tài)分析 [J].中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù),2008,12(13):2417.

[15]王常海,李峰,施延昭,等.步態(tài)分析在膝骨性關(guān)節(jié)炎針刀治療中的應(yīng)用思路[J].遼寧中醫(yī)雜志,2007,34(3):287.

[16]周欣,蔣垚,王琦.人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)患者的步態(tài)分析 [J].中國(guó)骨與關(guān)節(jié)損傷雜志,2007,22(8):644.

[17]趙德偉,崔大平.全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)前后三維步態(tài)分析[J].中華外科雜志,2009,47(2):17.

[18]李西成,張英澤,陳占法,等.F-Scan足底應(yīng)力步態(tài)分析在跟骨骨折術(shù)后康復(fù)中的應(yīng)用[J].河北醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),2007,28(4):288.

[19]趙政偉，金軍，鐘聲.老年股骨粗隆間骨折的治療及步態(tài)分析系統(tǒng)測(cè)試[J].遼寧中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào),2008,10(6):146.

[20]馬德庫，武宏，王增立，等.骨關(guān)節(jié)炎相關(guān)危險(xiǎn)因素研究 [J].中國(guó)中西醫(yī)結(jié)合外科雜志，2007,13(6):583.

[21]邢國(guó)勝，金鴻賓，王志彬，等.痹祺膠囊對(duì)兔骨性關(guān)節(jié)炎軟骨破壞的干預(yù)作用[J].中國(guó)中西醫(yī)結(jié)合外科雜志，2009,15(5):547.

[22]王常海,李峰,張蓉,等.步態(tài)分析技術(shù)在膝骨性關(guān)節(jié)炎康復(fù)中的應(yīng)用[J].中國(guó)康復(fù)理論與實(shí)踐,2007,13(7):686.

[23]侯來永，謝欲曉，孫啟良.腦卒中患者偏癱步態(tài)矯正訓(xùn)練的臨床療效分析[J].中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2007,22(2):155.

[24]趙春華.計(jì)算機(jī)輔助步態(tài)分析系統(tǒng)在偏癱患者行走功能康復(fù)中的作用[J].中國(guó)康復(fù)理論與實(shí)踐,2007,13(3):291.

[25]張晉,馮華,洪雷,等.外旋撥號(hào)試驗(yàn)和步態(tài)分析評(píng)估膝關(guān)節(jié)后外旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定[J].中華骨科雜志，2010,30(3):5.

[26]李峰,李珩,文靜，等.基于步態(tài)分析的擊劍運(yùn)動(dòng)員膝損傷原因探討[J].中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2008,23(3):254.

[27]李艷霞,劉穎,韓濤,等.肥胖青年平地自然行走時(shí)足底壓力分析與步態(tài)特征[J].中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù),2008,12(15):2870.

[28]周大偉,徐晴巖,方新.懸吊方式和步速對(duì)小腿假肢懸吊的影響[J].中國(guó)康復(fù)理論與實(shí)踐,2007,13(10):992.

[29]楊義勇,王人成,王延利,等.下肢假肢機(jī)構(gòu)的仿生構(gòu)形設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),2007,26(4):459.