步態(tài)分析在骨科與物理康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展

周萌 黃強(qiáng) 蔣協(xié)遠(yuǎn) 孫志堅

步態(tài)分析是綜合人體解剖學(xué)、生理學(xué)與力學(xué)相關(guān)知識對人體行走功能和狀態(tài)進(jìn)行分析的一種生物力學(xué)研究方法。人類的行走是由身體各個部分運(yùn)動協(xié)同配合完成。步態(tài)研究可以通過對受試者行走過程每個動作細(xì)節(jié)進(jìn)行定量和定性分析來完成。步態(tài)分析的發(fā)展史可以追溯到17世紀(jì)初，Giovanni Borelli首次提出應(yīng)用力學(xué)和幾何學(xué)原理探討運(yùn)動時骨骼肌肉系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律。20世紀(jì)50年代，業(yè)內(nèi)開始對步態(tài)進(jìn)行客觀準(zhǔn)確的測量。而后經(jīng)過Perry[1-2]與Sutherland和Hagy[3-4]以及其他研究者的努力，將肌肉功能與關(guān)節(jié)運(yùn)動和步態(tài)關(guān)聯(lián)起來，展示了步態(tài)分析重要的臨床價值。進(jìn)而有研究者根據(jù)步態(tài)分析結(jié)果對神經(jīng)肌肉疾病患者的手術(shù)治療方法進(jìn)行改進(jìn)，顯著改善了患者的步態(tài)，使步態(tài)分析逐漸成為一個真正可用的臨床工具。在骨科與物理康復(fù)的臨床工作中，步態(tài)分析得到了廣泛的應(yīng)用，通過采集患者各時期的步態(tài)參數(shù)并與正?；€值或患者自身進(jìn)行比較，可以實(shí)現(xiàn)對患者的病情和治療效果的客觀評價。現(xiàn)對相關(guān)內(nèi)容綜述如下。

一、步態(tài)分析的基本概念

正常步態(tài)是指當(dāng)一個健康成人用自我感覺最自然最舒適的姿態(tài)行走時的步態(tài)，具有如下3個特點(diǎn)：身體平穩(wěn)、步長適當(dāng)、耗能最少[5]。正常步態(tài)需要中樞神經(jīng)系統(tǒng)、周圍神經(jīng)系統(tǒng)及骨骼肌肉的動態(tài)整合，是通過骨盆、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)和足趾的一系列活動完成的，而軀干則基本保持在兩足之間的支撐面上[6]。正常步態(tài)是髖、膝和踝關(guān)節(jié)的靈活運(yùn)動，可以體現(xiàn)身體良好的平衡能力以及頭、軀干和四肢協(xié)調(diào)流暢的配合運(yùn)動[7]。正常步態(tài)之所以很流暢，是由于步行者將重心以移動的最小限度定位于骨盆，同時結(jié)合適宜的關(guān)節(jié)運(yùn)動和適宜的力量；如果失去這些因素，則會導(dǎo)致異常步態(tài)的產(chǎn)生。

步態(tài)參數(shù)包括步態(tài)周期、運(yùn)動學(xué)參數(shù)、動力學(xué)參數(shù)、肌電活動參數(shù)和能量代謝參數(shù)等，其中基本參數(shù)包括步幅、步速、步長、步頻、步寬、步態(tài)周期和身體各個大關(guān)節(jié)的運(yùn)動角度等[8]。行走中從一側(cè)足跟接地到同側(cè)足跟再次接地的過程稱為一個步行周期，由支撐相和擺動相構(gòu)成。支撐相是指腳與地面相接的時期，包括足跟接地、足掌接地、支撐中期、足跟離地和足趾離地5個時段；擺動相為腳離開地面的時期，由加速期、擺動中期和減速期構(gòu)成。在一個正常人感覺較舒適的步行周期中，支撐相占60%，其中大約有 10%為雙支撐相，擺動相占40%。隨著步行速度的變化，各相所占比例會發(fā)生很大的變化。加快步行速度時單支撐相的時間會延長，雙支撐相的時間會縮短。步行時身體重心做上下約5°的移動，骨盆做幅度為8°左右的前后旋轉(zhuǎn)。正常步態(tài)的維持，應(yīng)為髖關(guān)節(jié)前屈30°，后伸10°；膝關(guān)節(jié)充分伸展，屈曲60°；踝關(guān)節(jié)跖屈20°，背伸15°左右[9]。

二、臨床步態(tài)分析的方法與步驟

1．足印法：此方法比較原始，測量項目十分有限，目前已很少應(yīng)用。測試時在受試者足底涂上染料，使受試者以自然速度走過鋪在地面上固定長度的白紙，留下足印，由此測量距離、步長和步寬等數(shù)據(jù)。

2．目測步態(tài)分析法(定性分析法)：由測試者通過攝像、錄像或目測的方法觀察受試者行走時的步態(tài)特點(diǎn)，然后按照相應(yīng)的條目逐條進(jìn)行分級評分，最后通過測試者的主觀經(jīng)驗得出結(jié)論。測試者需要對受試者行走時關(guān)節(jié)、肌肉、骨盆以及全身姿勢協(xié)調(diào)性進(jìn)行觀察。由于無法提供量化信息，并且由于人步行速度的變化以及三維空間的變化等原因，此方法有很多局限性，僅作為一種輔助方法應(yīng)用于臨床。

3.三維動態(tài)分析：是針對特定關(guān)節(jié)或運(yùn)動中心的三維動態(tài)分析，目前被廣泛應(yīng)用于骨科、神經(jīng)內(nèi)科、物理康復(fù)科和兒科等領(lǐng)域。通過三維步態(tài)分析可以獲得各個大關(guān)節(jié)在行走時的角度、步態(tài)周期及其與時間的關(guān)系。三維步態(tài)分析作為一種客觀量化的評價工具，有效彌補(bǔ)了功能評分主觀性強(qiáng)和影像學(xué)評估靜態(tài)性的不足。

4.應(yīng)用關(guān)節(jié)角度計：關(guān)節(jié)角度計是可以佩戴在大關(guān)節(jié)上的一種儀器，可以測定關(guān)節(jié)實(shí)時角度，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并可利用計算機(jī)重建步態(tài)。此方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡便，特別是對上肢檢查十分方便；缺點(diǎn)是難以正確記錄關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)和傾斜活動。

5.應(yīng)用便攜式步態(tài)分析儀：自20世紀(jì)90年代開始，研究者嘗試使用加速度儀、陀螺儀和力傳感器等便攜的步態(tài)測量儀器進(jìn)行步態(tài)分析[10-15]。但是在之前的一段時間內(nèi)這些儀器只能識別個別的時空參數(shù)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足臨床應(yīng)用的需求。隨著近些年來圖像處理技術(shù)和傳感技術(shù)的發(fā)展，使用便攜式步態(tài)分析儀能夠解釋更多的臨床問題。

6.標(biāo)準(zhǔn)步態(tài)分析實(shí)驗室應(yīng)具備的條件：標(biāo)準(zhǔn)步態(tài)分析實(shí)驗室應(yīng)配置運(yùn)動捕捉系統(tǒng)、三維力平臺以及動態(tài)肌電采集設(shè)備等。運(yùn)動捕捉系統(tǒng)由至少6個攝像機(jī)組成，均勻分布在整個空間；三維力平臺安裝于地面上。除了通過運(yùn)動捕捉系統(tǒng)和三維力平臺收集運(yùn)動信號和地面反應(yīng)力信號外，還可以使用肌電測試儀同步獲得肌肉活動信號，以便進(jìn)行進(jìn)一步分析。在數(shù)據(jù)收集過程中，將反光球和電極片安放在受試者身上，在受試者運(yùn)動過程中同時記錄反射球的空間位置、地面反應(yīng)力和肌肉電流信號。

7.步態(tài)分析的過程與步驟：(1)校準(zhǔn)測量空間后，根據(jù)所選的粘點(diǎn)方案將反射標(biāo)記點(diǎn)粘貼到受試者軀干面，然后進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)動作數(shù)據(jù)收集，收集的原始數(shù)據(jù)包括所有反射標(biāo)記點(diǎn)和地面反應(yīng)力的坐標(biāo)。(2)計算相關(guān)參數(shù)，如接頭中心和鏈路質(zhì)量等。(3)建立三維坐標(biāo)系的鏈路，通過矩陣變換，獲取每個坐標(biāo)軸周圍每個鏈路的旋轉(zhuǎn)角度。(4)通過反向運(yùn)動學(xué)獲得鏈路旋轉(zhuǎn)的歐拉角后，根據(jù)地面反應(yīng)力進(jìn)行逆動力學(xué)計算，由此獲得接頭扭矩和功率等指標(biāo)。目前，許多運(yùn)動采集系統(tǒng)都配備相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件，可以幫助用戶直接獲得結(jié)果，使測試者無需掌握復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算方法。

三、步態(tài)分析在脊柱外科的應(yīng)用

目前對脊柱相關(guān)疾病療效的評估，主要依賴影像學(xué)資料和醫(yī)生主觀評分。所有的評分系統(tǒng)都會摻雜主觀性，無法保證結(jié)果的客觀性。

1.步態(tài)分析在頸椎病診療中的應(yīng)用：由于各種原因?qū)е碌念i椎管容積減小被統(tǒng)稱為脊髓型頸椎病。由于上位神經(jīng)包括頸髓在控制肢體運(yùn)動中所起的重要作用，脊髓型頸椎病的臨床表現(xiàn)通常以頸肩痛為主，合并雙上肢的感覺異常和肌力下降，有時甚至可以有雙下肢肌無力或痙攣，進(jìn)而引起異常步態(tài)[10-15]。目前步態(tài)已經(jīng)成為評估脊髓型頸椎病的一個重要指標(biāo)[16-17]。脊髓型頸椎病患者在行走過程中通過改變行走速度、下肢關(guān)節(jié)角度、步長和步頻等以適應(yīng)下肢無力和感覺異常的狀態(tài)。Lee等[18]發(fā)現(xiàn)脊髓型頸椎病患者通過增大步長、延長支撐相時間、改變膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)行進(jìn)中的角度來適應(yīng)步速的減慢。Ienaga等[19]對脊髓型頸椎病患者進(jìn)行了研究，其中存在共濟(jì)失調(diào)的患者步態(tài)是腳跟和腳趾同時接觸地面，之后足部的壓力迅速消失，無法傳導(dǎo)至腿，而正常人在行走時腳底中心的壓力在腳跟接觸地面后迅速傳遞到腿。

目前業(yè)內(nèi)對頸椎病的手術(shù)治療時機(jī)的選擇還存在爭議。Singh等[20]采用步態(tài)分析方法對接受手術(shù)治療和非手術(shù)治療的2組頸椎病患者的治療效果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)患者運(yùn)動功能的改善與手術(shù)時機(jī)相關(guān)，手術(shù)越早恢復(fù)越好，并且術(shù)前功能越差術(shù)后獲益越大，且效果與年齡無關(guān)。這與之前報道的對超過60歲患者行手術(shù)減壓后患者運(yùn)動功能改善不明顯的結(jié)果不同[21]。Yukawa等[22]通過10秒步行試驗發(fā)現(xiàn)，術(shù)后患者的步行數(shù)量得到了明顯的改善。曹師鋒等[23]通過對患者行走進(jìn)行研究的結(jié)果表明，疾病持續(xù)時間≥6個月、脊髓功能得分低的患者下肢行走能力較差，術(shù)后改善較少。

2．步態(tài)分析在下腰痛診療中的應(yīng)用：下腰痛在臨床腰椎疾病中相當(dāng)常見。有學(xué)者對下腰痛患者進(jìn)行步態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)步速減慢、步長縮短，并且雙側(cè)步長不對稱，當(dāng)要求患者加快步速時，患者僅僅提高了步頻，而其他指標(biāo)并沒有改變[24-25]。有學(xué)者認(rèn)為這是一種自身的保護(hù)機(jī)制，通過減輕腰部所受的來自地面的沖擊進(jìn)而減輕疼痛，機(jī)體在步行中通過特殊的步態(tài)減少支撐相的地面反作用力[26-27]。正常人在行走緩慢時骨盆和胸軀框架大多處于相同的活動水平，但隨著行走速度的加快，兩者的活動大多處于非相位狀態(tài)；而腰痛患者快速行走時這種變化并不明顯，為了減少脊柱活動的程度，腰痛患者的胸腔活動和骨盆活動呈同軸性[28-30]。Scholtes等[31]對人腰椎和骨盆的活動進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在屈膝屈髖外旋時腰腿痛患者的骨盆和腰椎較早發(fā)生旋轉(zhuǎn)并且角度增大。Cimolin等[32]發(fā)現(xiàn)腰腿痛對步態(tài)的影響與體質(zhì)量相關(guān)，肥胖患者的站立相時間更長，同時在整個步態(tài)周期中步長減小，骨盆和髖關(guān)節(jié)在冠狀面上的活動度減小。吳建賢等[33]利用步態(tài)分析儀評估腰椎間盤突出癥患者的步態(tài)，發(fā)現(xiàn)患者腰椎在矢狀面上的活動幅度及速度明顯降低，坐-站運(yùn)動能力降低，患側(cè)肢體在各個方位的活動能力降低；之前Whitehurst等[34]與Shum等[35]通過對坐-站活動中腰和髖的研究也得出了相似的結(jié)論。毛晶和吳建賢[36]對腰椎間盤突出癥患者術(shù)后療效的評估結(jié)果顯示，單腿支撐時間和治療后雙腿支撐時間縮短，地面支撐階段中地面的沖擊力增大，速度加快。

四、步態(tài)分析在創(chuàng)傷骨科的應(yīng)用

1．步態(tài)分析在跟骨骨折患者康復(fù)中的應(yīng)用：在足部骨折中，跟骨骨折占很大一部分，其中大多數(shù)是由跌倒損傷引起的關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，無論是保守治療還是手術(shù)治療，在后期往往導(dǎo)致功能障礙，所造成的社會負(fù)擔(dān)十分繁重。跟骨骨折患者有必要及早進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。在相當(dāng)長一段時期，對跟骨骨折后康復(fù)訓(xùn)練效果的評價主要基于患者的臨床癥狀、身體情況和影像學(xué)表現(xiàn)，缺乏客觀的定量指標(biāo)。足部壓力步態(tài)分析系統(tǒng)是利用計算機(jī)技術(shù)在人站立或行走過程中系統(tǒng)地觀察其與地面接觸面的壓力分布，具有較好的實(shí)用性、可操作性和可重復(fù)性，已成為對跟骨骨折患者康復(fù)效果進(jìn)行定量分析的首選工具。陳占法[37]等利用足部壓力步態(tài)分析方法對采用自制跟骨板治療的跟骨骨折病例行系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化康復(fù)訓(xùn)練和常規(guī)訓(xùn)練的有效性進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)通過早期的康復(fù)訓(xùn)練跟骨骨折患者可以更早恢復(fù)運(yùn)動能力，應(yīng)用足部掃描系統(tǒng)可以對跟骨骨折患者的術(shù)后康復(fù)效果進(jìn)行定量評價。

2．步態(tài)分析在髖骨折患者診療中的應(yīng)用：老年髖骨折是骨質(zhì)疏松性骨折中常見且嚴(yán)重的一類，致死率和致殘率高，醫(yī)療費(fèi)用也高。近年來，國內(nèi)外多項指南均強(qiáng)調(diào)患者應(yīng)在術(shù)后盡早開始活動，在允許的范圍內(nèi)進(jìn)行患肢負(fù)重。那么如何量化患者的術(shù)后康復(fù)效果進(jìn)而反饋修改康復(fù)方案，一直是骨科醫(yī)生和康復(fù)科醫(yī)生探討的話題之一。Pfeufer等[38]應(yīng)用足底傳感器對41名股骨轉(zhuǎn)子間骨折患者在術(shù)后第5天進(jìn)行足底應(yīng)力測試，研究結(jié)果表明老年髖骨折患者有可能因為不適當(dāng)?shù)呢?fù)重限制導(dǎo)致活動能力下降，從而影響康復(fù)效果。該團(tuán)隊還應(yīng)用同款足底傳感器對接受人工髖關(guān)節(jié)置換的股骨頸骨折患者和接受髓內(nèi)釘固定的轉(zhuǎn)子間骨折患者進(jìn)行比較，結(jié)果表明接受人工髖關(guān)節(jié)置換的患者患肢可以更早負(fù)重，這可能是由手術(shù)方式導(dǎo)致的，但是術(shù)后的鎮(zhèn)痛治療也應(yīng)得到重視?？偠灾?，老年患者的治療目標(biāo)應(yīng)該是在負(fù)重的情況下盡早運(yùn)動[39]。

五、步態(tài)分析在小兒骨科中的應(yīng)用

馬蹄內(nèi)翻足的復(fù)發(fā)一直是困擾小兒骨科醫(yī)生的難題。一些研究結(jié)果表明，行Ponseti治療后的馬蹄內(nèi)翻足復(fù)發(fā)率為11%～41%。目前對馬蹄內(nèi)翻足復(fù)發(fā)的診斷主要基于臨床檢查和醫(yī)生的主觀經(jīng)驗，缺乏系統(tǒng)性客觀評價指標(biāo)。步態(tài)的改變可能與馬蹄內(nèi)翻足復(fù)發(fā)相關(guān)。有研究者應(yīng)用步態(tài)分析技術(shù)發(fā)現(xiàn)馬蹄內(nèi)翻足復(fù)發(fā)的微小影響因素，并能檢測復(fù)發(fā)的潛在風(fēng)險，然后針對這些危險因素進(jìn)行治療，防止疾病進(jìn)展從而避免復(fù)發(fā)。三維步態(tài)分析技術(shù)在支持運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)證據(jù)方面起著關(guān)鍵作用。Asperheim等[40]報道了馬蹄內(nèi)翻足患者在手術(shù)治療后存在各種殘余畸形的步態(tài)特征，腳趾內(nèi)收可伴有足部0°～30°內(nèi)旋和(或)脛前肌肉活動異常增加，部分患者殘留跟骨外翻，可有膝關(guān)節(jié)過屈和踝關(guān)節(jié)過伸。Smith等[41]對15位佩戴有鉸鏈和無鉸鏈矯形支具的馬蹄內(nèi)翻足患兒進(jìn)行了研究。患兒平均年齡為7.5歲，且有雙側(cè)癱瘓。研究者發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用矯形支架可以顯著提高患兒的步長和步速，降低步幅頻率，增加支撐階段結(jié)束時的最大踝關(guān)節(jié)背伸角度，糾正擺動階段足下垂，提高足部功能，同時減小踝關(guān)節(jié)運(yùn)動范圍。研究者還發(fā)現(xiàn)，在早期支撐階段使用矯形支具可進(jìn)一步校正腳踝肌跖屈力矩，同時對關(guān)節(jié)活動沒有影響。但是上述數(shù)據(jù)結(jié)果的差異并無統(tǒng)計學(xué)意義。美國梅奧診所(Mayo Clinics)使用步態(tài)分析技術(shù)對佩戴經(jīng)過修正的膝-踝-足支具(knee-ankle-foot orthoses,KAFO)患者的行走功能進(jìn)行評估。KAFO的行走時空參數(shù)主要是步速、步頻、膝下平面彎曲和延伸活動及其彎曲和延伸力矩，同時對膝關(guān)節(jié)運(yùn)動和剛度的補(bǔ)償活動程度進(jìn)行評價，進(jìn)而對支具的佩戴進(jìn)行優(yōu)化。

目前我國三維步態(tài)分析系統(tǒng)在小兒骨科臨床評價和診斷中的應(yīng)用尚處于起步階段，其中更多是用于評價非手術(shù)治療的效果。未來我國小兒骨科可能應(yīng)用更多的立體步態(tài)分析技術(shù)，這將極大地促進(jìn)我國兒童步態(tài)疾病的診斷和治療。

六、步態(tài)分析在矯形骨科中的應(yīng)用

1.髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良患者的步態(tài)特征：髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良是指因髖臼發(fā)育不良減少了對股骨頭的覆蓋，引起異常應(yīng)力刺激，進(jìn)而影響股骨頭的發(fā)育，常常伴隨著股骨頸干角和前傾角的異常改變，最終發(fā)展為髖關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎[42]。Romanò等[43]對髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良患者進(jìn)行步態(tài)分析后發(fā)現(xiàn)，這些患者傾向于以短步和緩慢步伐行走，在整個步態(tài)周期中，從冠狀面觀察，患者骨盆健側(cè)高于患側(cè)，癥狀的程度與關(guān)節(jié)退變程度成正比。在動力學(xué)方面，患側(cè)髖關(guān)節(jié)伸髖受限，內(nèi)外旋減少，支撐相和擺動相患側(cè)膝關(guān)節(jié)屈曲活動減少，踝關(guān)節(jié)跖屈減少，以補(bǔ)償髖關(guān)節(jié)的步態(tài)變化。髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的動態(tài)變化與患者Harris髖關(guān)節(jié)功能評分有顯著相關(guān)性。Marangoz等[44]應(yīng)用步態(tài)分析對髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良患者的手術(shù)效果進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)患者術(shù)后患側(cè)髖關(guān)節(jié)活動度得到明顯改善。然而，接受骨水泥固定的人工髖關(guān)節(jié)置換患者可能出現(xiàn)術(shù)后行走時髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)異常屈曲，出現(xiàn)類似于膝關(guān)節(jié)強(qiáng)直的步態(tài)。Endo等[45]對應(yīng)用髖臼旋轉(zhuǎn)截骨術(shù)治療髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良患者的效果進(jìn)行了評價，術(shù)后患者步態(tài)分析結(jié)果表明髖關(guān)節(jié)活動度得到了明顯改善，同時步速和步幅也有明顯提高。

2.髖關(guān)節(jié)脫位患者的步態(tài)特征：先天性髖關(guān)節(jié)脫位是一種常見的髖關(guān)節(jié)畸形，通常合并腰痛或髖關(guān)節(jié)疼痛以及髖關(guān)節(jié)活動受限。其臨床癥狀明顯，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量[46]。Lai等[47]對女性Crowe Ⅳ型髖關(guān)節(jié)脫位患者進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)單側(cè)或雙側(cè)髖關(guān)節(jié)完全脫位的患者與正常人相比行走速度明顯降低，同時由于下肢縮短，使步幅降低、骨盆前傾減少、髖關(guān)節(jié)彎曲和內(nèi)部旋轉(zhuǎn)不足。單側(cè)髖關(guān)節(jié)完全脫位患者由于雙下肢不等長，骨盆向患側(cè)傾斜，力矩顯著降低，而健側(cè)髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的最大內(nèi)收力矩增加，以保證行走。因此，下肢縮短和髖關(guān)節(jié)脫位造成的雙下肢長度不均是影響疾病轉(zhuǎn)歸的重要因素。Lai等[48]隨后對由矯正側(cè)髖關(guān)節(jié)脫位導(dǎo)致下肢長度不均引起的步態(tài)變化進(jìn)行了進(jìn)一步研究，結(jié)果顯示接受人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后患者的步態(tài)與正常人步態(tài)參數(shù)差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義。

3.步態(tài)分析在髖關(guān)節(jié)矯形治療中的應(yīng)用：Chang等[49]采用Pemberton截骨術(shù)治療青年女性發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良患者。術(shù)后步態(tài)分析結(jié)果表明，與對照組相比，患者雙下肢各關(guān)節(jié)的垂直應(yīng)力峰值增加，髖關(guān)節(jié)負(fù)荷率也顯著增加，可作為術(shù)后是否發(fā)生股骨壞死的預(yù)測因素之一；同時，截骨術(shù)后髖關(guān)節(jié)壓力明顯增加可能是術(shù)后發(fā)生髖關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)炎的最初原因。因此，在手術(shù)中應(yīng)盡量恢復(fù)股骨頭和髖臼的對合關(guān)系，增加髖臼的覆蓋率。Chang等[50]報道了11名嬰幼兒截骨矯形術(shù)后患者的殘余步態(tài)偏差?；純航邮躊emberton截骨術(shù)年齡為(1.6±0.5)歲，長大后接受步態(tài)分析研究。結(jié)果顯示，患者骨盆在行走時向前傾斜，并旋轉(zhuǎn)到健側(cè)，表現(xiàn)出不對稱的步態(tài)；同時，患側(cè)冠狀面活動均減少，而膝后伸展減少，通過增加髖關(guān)節(jié)后伸、膝關(guān)節(jié)彎曲和踝關(guān)節(jié)彎曲滿足行走的需要。

4.膝內(nèi)翻與膝外翻患者的步態(tài)特征：相關(guān)研究結(jié)果表明，大部分膝關(guān)節(jié)畸形患者的步長縮短、步速減低。膝外翻患者足偏角與正常人相近，而膝內(nèi)翻患者足偏角明顯增大[51,52]。Stief等[52]對無骨關(guān)節(jié)炎的膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻患者的步態(tài)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其時間和距離參數(shù)基本與正常人相同，在運(yùn)動學(xué)方面，在支撐相時，膝內(nèi)翻和膝外翻患者在擺動相早期趨于正常，在動力學(xué)方面，與正常人相比，支撐相結(jié)束時膝關(guān)節(jié)最大扭矩降低，膝關(guān)節(jié)最大內(nèi)旋扭矩增加，矢狀面的彎曲和力矩也不同程度減小。

5.步態(tài)分析在膝關(guān)節(jié)矯形治療中的應(yīng)用：在膝內(nèi)翻和膝外翻患者中，膝關(guān)節(jié)力線的改變會增加相應(yīng)間室的應(yīng)力，導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨損傷[53]。有研究結(jié)果顯示，膝內(nèi)翻每增加1°，內(nèi)側(cè)間室負(fù)荷就會增加5%，膝關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩沖量則增加0.1%[54]。因此，通過手術(shù)可以糾正膝關(guān)節(jié)的異常力線，延緩膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎的進(jìn)展。膝內(nèi)翻所造成的下肢力線異常可以通過脛骨高位截骨術(shù)進(jìn)行改善。術(shù)后步態(tài)分析結(jié)果表明，可以通過改善膝關(guān)節(jié)的內(nèi)翻應(yīng)力進(jìn)而改善應(yīng)力分布。McClelland等[55]采用截骨術(shù)加外固定架治療膝內(nèi)翻畸形患者，長期隨訪發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)負(fù)荷恢復(fù)令人滿意，表明采用外固定可以更溫和更準(zhǔn)確地校正膝關(guān)節(jié)力線，臨床療效優(yōu)于其他研究結(jié)果。相關(guān)研究結(jié)果表明，當(dāng)膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻角度<7°時，內(nèi)收扭矩占主導(dǎo)地位，當(dāng)膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻角度≥7°時，膝關(guān)節(jié)外展扭矩占主導(dǎo)地位。膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻會增加發(fā)生骨關(guān)節(jié)炎的風(fēng)險，但膝外翻一般不會。

七、步態(tài)分析在足踝外科的應(yīng)用

1.扁平足患者的步態(tài)特征：扁平足常被認(rèn)為是由關(guān)節(jié)周圍軟組織松弛引起的。單純的扁平足雖然對足外形沒有很大影響，但是往往會影響患者晚期的步態(tài)，需要以動態(tài)步態(tài)分析結(jié)合靜態(tài)影像學(xué)分析來進(jìn)行整體評價。Hunt和Smith[56]對扁平足患者的步態(tài)周期特征進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)腳離地時，扁平足患者前足內(nèi)收和后足背伸比正常人小，這表明扁平足患者在行走時足踝運(yùn)動范圍比正常人小。Bertani等[57]對兒童扁平足患者進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在支撐相末期踝關(guān)節(jié)的跖屈因為后足極度旋前而受限。Franco[58]發(fā)現(xiàn)扁平足患者步態(tài)在支撐相末期，因踝關(guān)節(jié)過度背伸引起中足活動度增加。Lee等[59]對扁平足患者的臨床評價數(shù)據(jù)、靜態(tài)成像評價和步態(tài)分析評價結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)患者的跟距角度與踝關(guān)節(jié)最大內(nèi)旋活動度呈正相關(guān)。

2.步態(tài)分析在足踝畸形治療中的應(yīng)用：足踝畸形的主要原因包括骨骼發(fā)育異常、韌帶和肌肉不平衡以及創(chuàng)傷等。在臨床工作中通常根據(jù)造成畸形的原因制定治療方案，例如對軟組織畸形可以通過石膏或者支具進(jìn)行治療，而對更嚴(yán)重的骨性畸形可能需要進(jìn)行手術(shù)治療。Theologis等[60]描述了20例馬蹄內(nèi)翻足患兒的術(shù)后步態(tài)，在行走過程中髖外翻補(bǔ)償了足內(nèi)旋，中足背伸明顯改善，前足內(nèi)收可能仍然存在，同時足可能下垂，跖屈力量可能下降。El-Hawary等[61]對采用物理治療和Ponseti方法治療馬蹄內(nèi)翻足后患者的步態(tài)差異進(jìn)行了比較，兩組患者術(shù)后步態(tài)均有明顯改善，采用物理療法更容易殘留畸形，而采用Ponseti方法更容易出現(xiàn)過度矯正。Karol等[62]對馬蹄內(nèi)翻足的物理療法及手術(shù)松解的效果進(jìn)行了比較，術(shù)后步態(tài)分析結(jié)果顯示手術(shù)組患者由于過度的軟組織松解，術(shù)后易出現(xiàn)持續(xù)性的足內(nèi)旋。Leung等[63]的研究結(jié)果表明，矯形鞋可顯著改善馬蹄內(nèi)翻足患者距下關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的位置和位移，從而減少站立時下肢異常的出現(xiàn)，減少足底韌帶的張力，減少步態(tài)周期內(nèi)脛骨的異常旋轉(zhuǎn)。

八、步態(tài)分析在運(yùn)動醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

在膝關(guān)節(jié)運(yùn)動損傷類疾病中，前交叉韌帶(anterior cruciate ligament,ACL)損傷非常常見，目前的臨床共識為ACL損傷多需要手術(shù)干預(yù)，為了使患者能夠盡早回歸社會，恢復(fù)日常活動甚至運(yùn)動，預(yù)防軟骨損傷以及遠(yuǎn)期骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生，多為患者進(jìn)行ACL重建。由于ACL損傷患者與正常人相比運(yùn)動能力下降且代償功能減低，近年來越來越多的學(xué)者開始關(guān)注ACL重建后患者的步態(tài)參數(shù)變化，以期通過ACL重建獲得功能的顯著改善。Stephen等[64]使用步態(tài)分析系統(tǒng)對40 例接受完全單側(cè)ACL重建后6個月的患者與匹配的37例健康受試者的步態(tài)進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)相對于健康受試者，ACL重建后患者的步長明顯變長，雙下肢的支撐相縮短，膝關(guān)節(jié)活動角度減小。Erhart-Hledik等[65]應(yīng)用運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)系統(tǒng)對17名接受單側(cè)ACL重建患者于術(shù)后2年和8年進(jìn)行雙側(cè)步態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)隨著時間的推移，伸展扭矩的第一峰值和第二峰值減小，膝關(guān)節(jié)彎曲扭矩峰值增加，站立期屈膝角和脛骨外旋轉(zhuǎn)角度增加，平均股骨前位移減小。與健康受試者相比，ACL重建患者下肢伸展扭矩第一峰值顯著增加，外部旋轉(zhuǎn)扭矩和膝關(guān)節(jié)彎曲扭矩的峰值顯著降低。

有學(xué)者利用三維運(yùn)動分析系統(tǒng)研究不同手術(shù)治療方式對患者術(shù)后的影響，發(fā)現(xiàn)重建移植物的選擇與ACL重建術(shù)后的膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)特性以及運(yùn)動中的力矩有直接相關(guān)性。Abourezk等[66]應(yīng)用三維運(yùn)動分析系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，接受自體肌腱移植ACL重建患者行走速度減低，并且在三維動態(tài)分析中可見脛骨內(nèi)旋減少，在運(yùn)動中的擺動相初期表現(xiàn)出膝關(guān)節(jié)屈伸力矩減低。因此得出結(jié)論，接受以自體腘繩肌腱作為移植物的ACL重建手術(shù)患者，由于雙下肢肌力不對稱，最終可發(fā)生步態(tài)變化。此外，有研究結(jié)果表明，患者接受ACL重建術(shù)后的步態(tài)變化可能與移植物固定方式相關(guān)。通過對不同術(shù)式ACL重建術(shù)后的步態(tài)參數(shù)進(jìn)行比較，可以了解術(shù)后患者的恢復(fù)情況和治療效果。

九、步態(tài)分析在物理康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用

在物理康復(fù)領(lǐng)域，步態(tài)分析可作為診療、療效評價和恢復(fù)狀態(tài)評價的參考標(biāo)準(zhǔn)，目前在腦癱、中風(fēng)和小兒麻痹癥后遺癥患者的診斷和治療中得到了廣泛的應(yīng)用。定量步態(tài)分析在確定康復(fù)治療方案過程中發(fā)揮著不可替代的作用。主要功能包括(1)評估肢體的功能水平；(2)協(xié)助診斷、治療以及康復(fù)治療計劃的制定；(3)評估人工關(guān)節(jié)和假肢的有效性和舒適性；(4)評估康復(fù)治療的有效性。通過對步速、步長、步態(tài)周期、關(guān)節(jié)角、地面反應(yīng)曲線、肌電圖和能量消耗等步態(tài)參數(shù)的測量與分析，可以對患者的行走功能進(jìn)行客觀的評價，進(jìn)而為患者制定個性化康復(fù)治療方案。Al-Zahrani等[67]從時間距離參數(shù)、運(yùn)動參數(shù)、動態(tài)參數(shù)和肌電活動等方面對偏癱患者的步態(tài)特征進(jìn)行了詳細(xì)分析，對患者步態(tài)異常的機(jī)制進(jìn)行了客觀闡述，詳細(xì)介紹了偏癱患者的康復(fù)治療方案。Gravante 等[68]對嚴(yán)重膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎患者進(jìn)行了三維步態(tài)分析，將獲得的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)和肌電活動等各項參數(shù)與年齡匹配的正常人進(jìn)行了比較，結(jié)果表明膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定尤其是行走中的不穩(wěn)定會對患者的步態(tài)產(chǎn)生很大影響，根據(jù)患者站立相和擺動相步態(tài)參數(shù)可以制定個性化康復(fù)治療方案，從而提升治療效果。

十、總結(jié)與展望

隨著近些年科研投入的增加，越來越多的科研成果及方法成功得到了轉(zhuǎn)化并應(yīng)用于臨床。步態(tài)分析技術(shù)在臨床的應(yīng)用使疾病的診斷、治療方案的制定、患者康復(fù)計劃的優(yōu)化以及治療效果的評估等方面取得了很大的進(jìn)步。目前，我國許多醫(yī)療和科研單位都引進(jìn)了運(yùn)動捕捉系統(tǒng)，并開展了步態(tài)分析的臨床科研工作。經(jīng)過近50年的發(fā)展，三維步態(tài)分析系統(tǒng)在國際上已得到廣泛應(yīng)用?？赏ㄟ^利用該系統(tǒng)對步態(tài)參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確評估，從而提高臨床診斷的精準(zhǔn)性和治療的有效性。我國步態(tài)分析研究工作開展相對較晚，雖然部分機(jī)構(gòu)已經(jīng)配備了相應(yīng)的設(shè)備，但是仍有很大改進(jìn)余地。隨著我國康復(fù)事業(yè)的發(fā)展，強(qiáng)調(diào)滿足患者個性化需求的精確醫(yī)療體系將得到進(jìn)一步完善。