慣性步態(tài)設備評估腦卒中患者6分鐘步行試驗中的步態(tài)參數

賈勝男 王寒明 楊傲然 郄淑燕 譚 建

首都醫(yī)科大學附屬北京康復醫(yī)院，北京 100144

腦卒中是一種急性腦血管疾病，亦是世界范圍內成年人致死、致殘的主要原因［1］。腦卒中患者可能存在多種功能障礙，其中步態(tài)異常是卒中后最常見的運動改變之一［2］。卒中后步態(tài)障礙對患者生活質量、功能及心理均會造成嚴重不良影響，有效恢復和改善卒中后患者步態(tài)成為當前物理治療實踐強調的重要目標之一［3-4］。6 分鐘步行試驗（6 minutes walking test，6MWT）在近年來被用于腦卒中患者的步行能力及有氧耐力評估，該試驗與常用的功能評價（如定時步行測試、10米步行測試及樓梯升降測試等）具有較強的關聯性，其結果與下肢力量、Berg 平衡量表評分呈正相關［5-7］。但截至目前，6MWT 所能提供的信息仍然十分有限，少有針對卒中患者在6MWT 中步態(tài)參數變化方面的研究，絕大部分步態(tài)試驗需要在基于視覺等復雜步態(tài)分析實驗室環(huán)境中進行，而這一復雜的實驗過程可能會導致受試者步態(tài)模式偏離自然步態(tài)［8］。此外，高額的儀器購置及測試費用也降低了這些設備在門診或病房使用的廣泛性。

近年來，以慣性測量單元為主的便攜式步態(tài)設備以其輕便、高適應性及較高的成本效益在臨床研究中得到越來越多的應用［9］，有報道稱該技術可用于指導下肢手術患者術后的康復訓練，并顯示出令人滿意的準確性水平［10-11］。本研究擬通過便攜式慣性步態(tài)設備探討腦卒中患者6MWT 中步態(tài)參數的變化并挖掘其與Berg 平衡量表評分之間的潛在聯系。

1 對象與方法

1.1 對象回顧性選取北京康復醫(yī)院康復醫(yī)學科病房的腦卒中患者30 例，年齡（67.1±9.7）歲；男19 例，女11 例；患側：左17 例，右13 例；發(fā)病時間6（1，35）個月。納入標準：符合《中國腦血管疾病分類2015》的標準［12］；首次發(fā)病的腦卒中患者，并經頭顱CT 或MRI 檢查證實；站立平衡≥Ⅱ級；生命體征穩(wěn)定，意識清晰，認知功能良好，能夠理解試驗目的與步驟；無嚴重心肺功能不全、老年性失智癥等；本人自愿參加研究并簽署知情同意書。排除標準：多次腦卒中；嚴重心肌缺血、嚴重高血壓及臨床診斷運動禁忌證者；簡易精神狀態(tài)檢查量表（mini-mental state examination，MMSE）評分＜23分［13］；存在其他嚴重影響運動功能的疾病。

1.2 便攜式步態(tài)設備使用可穿戴慣性傳感器系統IDEEA3（MiniSun Ltd.，Fresno，CA）測量和分析。IDEEA3 硬件是由主記錄儀、副記錄儀及一些配件組成［14］。主記錄儀在實驗過程中佩戴在受試者腰間或由患者手持，其外延3 個傳感器，分別貼于大腿和胸口。副記錄儀佩戴于腳踝外側上方，該模塊集成了一個微控制器、三軸加速度計、陀螺儀和電池，數據將通過無線發(fā)送到主記錄儀。IDEEA3 在測量之前不需要進行過多的調整校準，其算法是利用站立姿勢時從加速度計檢測到的垂直重力軸估計垂直方向，通過最大限度地提高行走時的俯仰角速度估計方位角方向，其準確性已在既往文獻［15-17］中報道。

1.3 步態(tài)測試實驗測量于北京康復醫(yī)院進行，所有受試者準確填寫基本信息，包括年齡、身高、體質量及鞋碼尺寸。使用6MWT 和Berg 平衡量表評價患者的步行能力。6MWT按照美國胸科協會指導共識［18］，由兩名資深治療師負責并在同一病房中的長30 米走廊上進行，開始及轉彎處用顏色鮮亮的膠帶標記。測試前每名受試者會佩戴設備并進行1～2 min 的自適應訓練以熟悉實驗流程并緩解情緒。在測試過程中，每名受試者均按照要求佩戴IDEEA3并以自適應步速進行實驗，記錄整個測試期間的步態(tài)。測試時一名治療師在后方提供必要指令并避免干擾患者正常步行，同時確保整個實驗過程中受試者安全。記錄患者在實驗過程中所產生的不適（頭暈、胸痛及氣短等），如受試者無法繼續(xù)進行時立刻停止實驗。

1.4 評價指標步態(tài)參數的主要結果參數為步速、步頻、對稱性、步幅、支撐相持續(xù)時間（單支撐相及雙支撐相持續(xù)時間）。使用IDEEA GaitReport（MiniSun Ltd.，Fresno，CA）對受試者的步態(tài)進行分析，該軟件與IDEEA3配套，能夠將受試者的步速、對稱性、步行距離等基本參數輸出為Excel文件。為避免受試者總步行距離不同對步態(tài)分析帶來的偏倚，選擇患者在實驗開始時的第一圈（T1）及實驗結束前的最后一圈（T2）的步態(tài)參數進行分析。使用Berg平衡量表評估患者當前身體狀態(tài)平衡能力，Berg 平衡量表在腦卒中患者中具有良好的內在信度和同時效度，最高分56分，分數越高表示平衡功能越好［19］。由同一名康復治療師對患者進行Berg平衡量表評估并進行記錄。

1.5 統計學方法采用SPSS 22.0 進行統計學分析。根據Shapiro-Wilk正態(tài)性檢驗結果，正態(tài)分布數據以±s 表示，不同時間、不同側別步態(tài)參數的比較使用獨立樣本t 檢驗；非正態(tài)數據以M（P25，P75）表示。采用Pearson 相關分析Berg 平衡量表與通過慣性傳感器獲得的步態(tài)參數之間的關系。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

所有受試者均完成測試，Berg 平衡量表評分（38.5±5.6）分，6MWT 為（277.3±84.4）m。T1 與T2 步態(tài)參數差異無統計學意義（P＞0.05），患側下肢支撐相時長（%）與單支撐相時長（%）均小于非患側，差異有統計學意義（P＜0.01）。見表1。6MWT、步速與步長與Berg 平衡量表之間呈高度相關性（r=0.610～0.695，P＜0.01），見表2。

表1 6MWT T1與T2的步態(tài)數據 （n=30，±s）Table 1 T1 and T2 gait data of 6MWT （n=30，±s）

表1 6MWT T1與T2的步態(tài)數據 （n=30，±s）Table 1 T1 and T2 gait data of 6MWT （n=30，±s）

步時參數步速步頻跨步長T1 T2 t值P值0.90±0.35 0.96±0.39 0.63 0.533 106.0±15.5 105.4±16.3 0.15 0.884 1.06±0.24 1.12±0.33 0.81 0.424患側1.20±0.18 1.19±0.18 0.22 0.830非患側1.20±0.19 1.19±0.19 0.20 0.839 t值0.999 0.999 P值＜0.01＜0.01支撐相百分比/%患側66.58±3.69 66.86±4.24 0.27 0.786非患側70.14±5.07 69.22±4.74 0.73 0.471 t值3.11 2.03 P值0.003 0.047雙支撐相百分比/%患側18.87±2.16 17.75±2.26 1.96 0.055非患側18.94±2.46 18.42±2.49 0.81 0.419 t值0.12 1.09 P值0.907 0.280單支撐相百分比/%患側29.92±5.47 30.73±4.69 0.62 0.541非患側33.21±4.17 33.25±3.49 0.04 0.968 t值2.62 2.36 P值0.011 0.021

表2 Berg平衡量表與步態(tài)參數之間的相關性Table 2 Correlation between Berg balance scale and gait parameters

3 討論

本研究表明，腦卒中患者在6MWT 測試中開始與結束的步態(tài)參數無顯著變化，但患側的支撐相時長與非患側存在統計學差異，而6MWT步行距離、步速及步長與臨床Berg平衡量表之間高度相關。

運動功能障礙是腦卒中患者最常見的功能障礙，其往往存在步行及平衡能力下降、活動強度受限及有氧耐力降低等情況，顯著限制了患者的日常生活和社會參與能力，并可能對心理狀態(tài)產生負面影響［20-21］。本研究中腦卒中患者6MWT 結果與既往傳統方法測得的腦卒中患者人群步態(tài)特征一致［22-23］。腦卒中患者步態(tài)的時空參數表現為顯著的卒中步態(tài)，包括步速降低、步長縮小、步頻降低、患側單支撐相降低、雙支撐相延長典型特征，同時步行距離顯著降低［24］，這一結果從側面證實了慣性步態(tài)測試設備具有一定的可靠性。

6MWT 是評估患者有氧耐力標準的最佳測試之一，步行距離曲線與其最大耗氧量結果一致。為更進一步獲取6MWT 中的信息，便攜式慣性步態(tài)設備因其簡便易行且較為客觀的特性可能是一種有效的補充手段。目前，研究者已經開發(fā)出數種基于慣性傳感器的步態(tài)分析系統，這些系統中的慣性測量單元通常包括加速度計及陀螺儀，根據設計的不同，其傳感器的配置位置可包括實驗對象的足背、踝關節(jié)或利用鞋墊置于鞋中［11］。這些步態(tài)分析系統將慣性測量單元采集的數據導入電腦或云端進行計算后，檢測出相應的步態(tài)事件點，并最終計算出相應的時間及空間參數［25-26］。本研究使用的可穿戴式傳感器IDEEA3是一種便攜、成本較低且易于使用的時空步態(tài)分析設備［27］。其準確性及一致性已在早期研究中描述，與步態(tài)分析的金標準視覺動態(tài)捕捉系統（Vicon MX T40-S，Vicon motion Systems，Oxford，UK）沒有區(qū)別。

既往步態(tài)研究指出，腦卒中患者的患側肢體與非患側肢體之間步態(tài)存在統計學差異，本研究提示，健側肢體支撐相與單支撐相均顯著高于患側，表明在進行重心轉移的支撐相階段，更依賴于健側，與既往使用傳統視覺捕捉系統的研究報道一致，并體現了便攜式慣性步態(tài)設備在臨床應用中的可靠性［28-30］。此外，本研究通過Pearson 相關性分析發(fā)現，應用便攜慣性步態(tài)設備獲得的6MWT 步行距離、步速及步長與臨床BBS 之間存在高度相關性。BBS 是康復中使用最廣泛的平衡評估工具之一［19］，既往回顧性隊列研究發(fā)現BBS可以預測腦卒中患者出院后步行改善程度［31］，能否在6MWT中完成＞205米的距離更適合判斷患者是否具有在社區(qū)內步行的能力［32］。步行速度和步長亦是卒中后患者重要的步態(tài)參數，其與步行能力、平衡感及肌肉力量等密切相關，并可作為卒中后預后的獨立預測因素。一項前瞻性觀察研究指出，步態(tài)時空參數的改善與卒中后3個月內患者的平衡感及步行能力改善相關［33］。本研究中，通過便攜慣性步態(tài)設備獲得的步態(tài)數據與BBS之間展現出較好的相關性（r=0.610～0.695），高于既往部分研究結果［29-30］，再次提示慣性步態(tài)設備在6MWT的實際臨床環(huán)境中具有一定的應用潛能。與傳統動態(tài)視覺捕捉步態(tài)系統Vicon相比，慣性傳感器步態(tài)設備易于使用且價格較低，患者無需脫衣固定反光Marker，僅需按要求佩戴于鞋面即可進行?？紤]到腦卒中患者的運動功能、有氧耐力、步行及平衡能力均低于正常人群，這一簡便易行且客觀的評估手段可能更適合卒中患者的步態(tài)評估。

本研究中腦卒中患者6MWT T1與T2的時空和運動學參數未發(fā)生變化，這與既往一些研究不同［34］。部分研究指出，在6MWT測試期間，患者在開始測試時會由于緊張而導致步態(tài)出現變化，在測試末期會由于疲勞而導致步速與足趾離地高度出現降低［35-43］。導致差異的原因可能是測試前讓受試者進行了適應練習，以緩解受試者的心情并熟悉接下來的實驗過程。本研究中所有受試者在整個測試期間沒有休息，實驗設計要求受試者采用自適應步速而非強制性行走，受試者可能未達到高水平的疲勞程度以至于需要休息，這可能是本研究結果與既往部分研究結果存在差異的原因。在未來的研究中可考慮引用Borg PRE 或Borg-CR10 量表以評估受試者的疲勞程度并探討其與步態(tài)參數之間的潛在聯系［44-47］。

便攜式慣性步態(tài)設備在腦卒中患者6MWT中可以進行步態(tài)參數的評價，其中步行距離、步速及步長與BBS具有良好的相關性。便攜式慣性步態(tài)設備可能作為評估腦卒中患者步行功能的一種有效補充。