步态分析在临床骨科与康复中的应用

2011-02-09古恩鹏刘爱峰金鸿宾

中国中西医结合外科杂志 2011年3期

古恩鹏，刘爱峰，金鸿宾，吴思

步态是人类步行的行为特征。步行是人类生存的基础，是人类与其他动物区别的关键特征之一。步行是全身肌肉参与,包括人体质量心移位,骨盆倾斜旋转,髋、膝、踝关节伸屈及内外旋展等,使人体位移的一种复杂的随意运动。正常步行是不需要思考的，然而步行的控制十分复杂，包括中枢命令，身体平衡和协调控制，涉及足、踝、膝、髋、躯干、颈、肩、臂的肌肉和关节协同运动。任何环节的失调都可能影响步态。步态分析方法已发展成为临床工作中治疗与康复评定的重要组成部分，对于因患神经系统或运动系统疾病而可能影响到行走能力的病人，有必要进行步态分析，以揭示有无异常步态，以及步态异常的性质和程度，为进行行走功能评定和矫治异常步态提供必要的客观依据。

目前，步态分析己被广泛运用于骨骼肌肉系统疾病的诊断以及治疗的规划与评估。步态分析在骨科生物力学、康复工程与医学工程等领域一直扮演着重要的角色，其未来的发展势必对这些领域有积极且正面的影响。在骨科，步态分析可以作为骨科疾病治疗前后的诊测及评估依据。用在康复上，它可以作为治疗诊断、治疗评估及恢复状态衡量的参考标准。在义肢上，也可作为协助设计、测试及评价义肢或辅具适应程度的标准。步态分析应该被视为一个诊断病情的工具，就如同放射线检查或生化检查一样，其所提供的资料足以协助定义一种特殊的疾病状态。

1 人类正常的行走模式

所谓正常步态，是指当一个健康成人用自我感觉最自然、最舒坦的姿态行进时的步态,它具有3个特点[1]:身体平稳、步长适当、耗能最少。正常步态应该是髋关节、膝关节、踝关节的灵活运动,身体良好的平衡能力以及头、躯干、四肢协调、流畅的配合运动[2]。正常步态很流畅的原因，是重心最小限度地定位于骨盆,加上适宜的关节运动和适宜的力量,如果不能保证这些,就会出现异常步态。Grabiner等[3]认为，正常步态的必须条件是:⑴支撑期良好的稳定性。⑵摆动期足部放松。⑶足够的步长。⑷膝关节在支撑期吸收震荡并且蓄积能量,在摆动期带动小腿和足部运动。为完成这一作用,膝关节必须在支撑期完全伸直,在摆动期屈曲大约60°。正常步态应该是双侧对称的,虽然有些人受左利或右利的影响，会在行走时偏重于一侧肢体,造成轻微的步态不对称,但这种不对称如果相差超过8%～10%,则应视为异常[4]。在正常行走过程中,从一侧脚跟着地开始到该脚跟再次着地，构成1个步态周期。对指定的下肢而言,1个步态周期的活动可分为支撑时相和摆动时相。支撑时相又分为脚跟着地、趾着地、支撑中期、脚跟离地、蹬离期和趾离地诸动作阶段。摆动时相分为加速期、摆动期和减速期。常速行走时,支撑时相约占整个步态周期的60%～65%。因此,当一侧下肢进入支撑时相时,另侧下肢尚未离地,两下肢同时负重称为双肢负重期。双肢负重期约占全周期的28.8%,占支撑时相的44.8%,支撑时相的其他时间为单肢负重期。随着年龄的增长,单、双支撑时相占步态周期的比例也随之增加。不同性别和身高的人,其支撑时相和摆动时相所占的比例无明显差异[5]。

2 步态分析在临床骨科中的应用

2.1 在掌握病情严重程度方面孙鲁等[6]应用足底压力步态分析系统对跟骨骨折33例进行了步态分析，结果随着损伤的加重,患足较健侧足的站立相时间逐渐延长,足弓指数升高,足跟旋后,距下关节的灵活性下降。江晓峰等[7]通过采集了30例偏瘫患者和年龄、身高、体质量匹配的30例正常人的行走影像,应用美国peak运动解析系统进行步态分析，通过分析偏瘫患者膝关节角度,可以帮助确定偏瘫步态基本特征的严重程度,为分析步态异常原因并制定针对性的步态矫正方案提供依据。Siegel等[8]从时间-距离参数、运动学参数、动力学参数、肌电图、步态不对称性等方面对偏瘫步态特征作了详细的分析,并确定了一些评定了偏瘫步态异常的客观指标。通过对患有严重膝骨性关节炎的患者作对称性平衡性等三维步态分析,然后将所得运动学参数、动力学参数、肌电活动参数指标与年龄匹配的正常人对比结果显示,其步态异常与步行站立相中膝关节不稳有关,此结论对患者的临床治疗和康复有重要影响[9]。

2.2 判断治疗效果方面权伍成[10]运用步态分析仪对膝骨性关节炎患者治疗前后的足底压力变化进行测量，针刀组在改善步态和膝关节评分上均优于电针组。Madsen用步态分析比较了髓关节置换手术的切口对步态的影响，通过步态分析改良Mallory前外侧切口和后外侧切口发现，全髋关节置换术后6个月时，相对于后外侧切口，采用前外侧切口的患者行走时髋关节有更大的躯干倾斜角，髋关节在矢状面上的活动度范围更小、更加突出的负重不对称。因此，相比较而言，采用后外侧切口患者步态更接近于正常人[11]。于灵云等[12]运用步态分析技术得出，中医尤其是针灸能明显改善偏瘫步态,增加步行时的稳定性和对称性,改善患者的步行能力,减少能量消耗。汪光晔等[13]利用步态分析系统结合三维有限元对髋臼后壁骨折ATMFS固定进行评价，表明髋臼后壁骨折ATMFS固定牢固可靠,能有效地降低头臼间的接触应力,增加接触面积,维持骨折断面接近正常生理载荷的记忆应力,有效促进骨折愈合。郭林等[14]利用三维步态分析对全膝关节置换前后的病人进行分析，置换后行走速度、步频、步长及患肢站立相均有明显改善，总结出全膝关节置换术的良好疗效。王常海等[15]具体到膝骨性关节炎,测量的肌肉为股中肌、股外侧肌、腘绳肌及腓肠肌等,观察它们的肌电强度、收缩时间所占步态周期的比例及发生的时相,从中可以知道,病变发生在哪些肌肉,主要是哪一块，这些肌肉发生病变的因果关系怎样。通过和正常人比较,可以得出膝关节骨性关节炎的一些规律。通过治疗,这些部位就应该接近恢复正常。所以,上述方法不仅可用于膝关节骨性关节病的诊断,还可用于疗效的评定。

人工膝关节置换术中对髌骨是否置换存在争议。周欣等[16]比较行髌骨置换及髌骨未置换患者的步态,通过术前步态分析及HSS评分可见,髌骨未置换组术前各步态参数及HSS评分明显优于髌骨置换组。但术后3个月,两者的步态参数无明显差异,髌骨置换组与髌骨未置换组术后1年步态无明显差异。并有研究证实,运用三维步态分析对行全髋置换术的患者进行功能量化评价,可以更为准确地了解髋关节的生物力学变化,进而探索最佳的治疗手段和手术后的康复方法[17]。

3 步态分析在康复应用

3.1 评价与指导康复治疗跟骨骨折术后遗留的后遗症,常有跟骨的内外翻畸形,外观上不易看出,通过足底应力分布测试,分析足底应力分布,找出步态的异同点。通过足底应力和步态分析,来判断SandersⅢ、Ⅳ跟骨骨折术后跟骨变宽和高度丢失的程度。还可以推断膝关节内、外翻与跟骨内外翻的关系,依据足底应力分布和步态的分析结果,制定合适的功能活动和运动方法,对患者进行训练,是康复医疗的一种最基本和最重要的措施[18]。赵政伟等[19]应用单侧斜孔多功能外固定器固定治疗股骨粗隆间骨折，并应用自行研制的下肢骨折步态分析系统对伤肢进行步态测试以掌握骨折愈合及行走步态的稳定性，为功能锻炼提供准确依据，结果骨折均愈合，无髋内翻发生。

骨关节炎以关节软骨变性为特征，是一种全关节病变[20]。骨关节炎为中老年人的常见病，属中医“骨痹”“膝痹”的范畴[21]。疼痛是膝骨性关节炎主要症状,也是引发代偿动作导致力矩增大、软骨损害的重要原因。王常海等[22]指出，步态分析对于疼痛治疗具有重要的应用价值，因为疼痛必然伴发肌肉动作的不协调,并加剧这种不协调,步态分析可以测出这样的异常并给予康复调整。侯来永等[23]对已形成异常步态模式的脑卒中患者进行针对性步态训练，分别在治疗前、治疗4周后、8周后对患者下肢运动功能、患侧下肢平衡下负重能力、步态和步行速度进行评价，结果表明针对性步态训练可以改善相对固定的异常步态。赵春华[24]将100例有行走障碍的患者随机分为观察组和对照组各50例，观察组在计算机辅助步态分析系统的评价指导下进行步行能力训练,对照组则不依据步态分析检查结果进行训练。结果康复治疗3个月后,观察组异常步态具有明显改善,两组比较具有显著性差异。表明计算机步态分析系统指导步行训练可有效地矫正或改善偏瘫步态。使用韧带重建后外复合体可以有效控制患者外旋角度，外旋拨号试验和步态分析均可测量患者后外旋转稳定性,且两者测量外旋角度之间存在较强的直线相关关系[25]。

3.2 优化设计假肢或支具李峰等[26]对30名健康北京击剑队运动员进行步态检测,在弓步出剑时,足跟落地缓冲阶段的极短时间内足部出现过度内翻、外翻的转换,由此产生的扭力可能为击剑运动员慢性膝损伤的原因之一。李艳霞等[27]通过分析肥胖青年人平地自然行走过程中左右双足平均峰力值、受力间期、冲量等参数特征，得出肥胖人群足底各区域所受地面反作用力的冲量大，所以其鞋的设计应尽可能增大与脚的接触面积，进而增加足与地面的接触时间，以达到减小冲击力值的目的。周大伟等[28]运用步态分析技术对制作带聚乙烯基内衬套的PTK小腿假肢和带锁硅胶衬套小腿假肢进行比较，结果表明，带锁硅胶假肢比PTK小腿假肢具有更好的悬吊稳定性。杨义勇等[29]通过对步态测量、分析健康人体下肢结构构形与步态模式特征,利用相似性原理,对下肢假肢机构进行仿生设计，为康复工程产品的更新换代和拟人机器人设计提供依据。

4 展望

步态分析方法在临床诊断与治疗中的应用已趋于广泛。深入的实验研究证明，临床步态分析法为临床骨科多种疾病引起的异常步态进行评估提供了科学量化的客观依据。当然，医疗技术的发展终究必须以服务患者为依归。因此，如何将这些技术用在疾病诊断以及治疗的规划与评估上，则有待临床医师、康复医师与科研工作者的密切合作与共同努力。相信随着新技术的发展，步态分析系统将更客易操作，分析所得资料将更精确、更完整、更方便判断，在临床工作中将得到更广泛应用。

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