老年正常压力脑积水患者与脑卒中患者三维步态参数的差异性研究

李勇，方旭昊，毛仁玲，张杰，段林茹，曲冰，郑洁皎

1.复旦大学附属华东医院康复医学科，上海200040；2.复旦大学附属华东医院神经外科，上海200040

老年正常压力脑积水患者与脑卒中患者三维步态参数的差异性研究

李勇1，方旭昊2，毛仁玲2，张杰1，段林茹1，曲冰1，郑洁皎1

1.复旦大学附属华东医院康复医学科，上海200040；2.复旦大学附属华东医院神经外科，上海200040

目的通过三维运动采集与分析系统对老年正常压力脑积水患者和脑卒中后偏瘫患者步态参数差异性进行研究。方法选取9例老年正常压力脑积水患者和8例脑卒中后偏瘫患者进行三维步态数据采集,并分析对比2种步态的差异。结果相对于脑卒中患者，正常压力脑积水患者表现出更小的步幅（<0.05）且步态周期总时间、支撑相时间、摆动相时间均减小（<0.05）；运动学参数中髋关节最大伸展角度、最大外展角度以及髋关节矢状面活动范围均减小（<0.05），正常压力脑积水患者触地瞬间膝关节屈角小于脑卒中患者（<0.05），而膝关节最大外翻角度、最大外旋角度以及冠状面活动范围均大于脑卒中患者（<0.05）。动力学参数中脑卒中患者表现出更大的垂直力峰值（<0.05）和膝关节外翻力矩峰值（<0.05），而踝关节跖屈力矩峰值、内翻力矩峰值小于正常压力脑积水患者（<0.05）。结论正常压力脑积水患者与脑卒中患者三维步态参数的差异性主要体现在时空参数，髋、膝关节的运动学参数和踝关节动力学参数。相对于脑卒中患者，正常压力脑积水患者步态异常的双侧性、时空参数的异常以及踝关节力矩的差异可能是其失衡跌倒发生率较高的原因。

正常压力脑积水；脑卒中；三维步态参数差异性

大脑在人体姿势控制中起主要作用，任何脑部损伤或疾病都会直接影响姿势控制和肢体功能。正常压力脑积水是由多种原因所致的临床综合征，步态异常、认知障碍和尿失禁是其三联征。正常压力脑积水在老年人中发病率较高，且早期不易被发现。相对于脑外伤、脑出血等脑部疾病，老年正常压力脑积水患者的失衡跌倒率较高。步态异常是正常压力脑积水的首发症状，有研究[1]指出50%以上的脑卒中患者存在不同程度的运动功能障碍，而步态异常也可能是造成2种疾病患者失衡跌倒的重要原因之一。目前对正常压力脑积水患者步态障碍的研究大部分集中在发生机制上，而缺乏对于异常步态影响姿势控制致失衡跌倒的研究，且研究多集中在正常人与患者的步态差异，而缺乏不同疾病患者步态异常的差异性研究。本研究旨在对正常压力脑积水患者以及脑卒中患者进行异常步态的三维定量评价，一方面为正常压力脑积水的发现与诊断提供依据，另一方面比较正常压力脑积水患者与脑卒中患者步态的差异性，进而为其失衡跌倒发生机制提供一定的参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2017年1月—2017年7月复旦大学附属华东医院收治的老年正常压力脑积水患者9例（实验组一）以及脑卒中后偏瘫患者8例（实验组二）。实验组一：男性8例，女性1例，年龄60～85岁，平均（70.8±8.3）岁，优势侧均为右侧；实验组二：男性6例（其中2例左侧为患侧），女性2例（其中1例左侧为患侧），年龄62～71岁，平均（65.9±3.2）岁。2组患者年龄、性别等基本资料无统计学差异（>0.05），具有可比性。

1.2 纳入标准 实验组一：（1）患者头颅MRI显示脑室扩大，且Evans比率>30%，未进行任何外科手术；（2）能独立行走10 m以上，且无其他影响步态的神经系统及骨科疾病；（3）患者及家属知情同意。实验组二：（1）符合全国第四届脑血管病会议所设定卒中标准[2]，首次发病，病程<30 d，且大脑半球病变；（2）可独立行走10 m以上，生活自理；（3）近两年无外科手术史；（4）简易精神状态检查（MMSE）>22分；（5）患者及家属知情同意。

1.3 排除标准 （1）血压不稳定或存在明显的高/低血压者；（2）存在全身性疾病者（心、肺、肾、肝等疾病）；（3）脑部病变前存在肢体障碍者；（4）存在认知障碍者。

1.4 实验方法 利用Qualisys三维运动采集与分析系统对患者进行步态数据采集。（1）调试实验仪器，记录患者基本信息，同时告知患者动作要求，使其熟练掌握，指导患者更换衣物，着运动紧身背心进行三维步态数据的采集；（2）专业人员为受试者粘贴Marker点，Marker点粘贴位置为受试者全身的主要骨性标志点以及身体环节跟踪点；（3）Marker点粘贴完毕后，患者进行适应性训练，适应之后患者以自己最舒适行走姿势裸足沿着采集系统（内含地板平面相同高度的2块三维测力台）中央8m长的步行通道步行，正常摆臂走路，患者步行时连续的2步落在测力台上即为有效数据；（4）采集患者10次完整有效的数据，实验数据备份，整理实验仪器，实验结束。

1.5 数据采集与分析 实验过程中的运动学数据利用三维红外运动捕捉与分析系统（采样频率100Hz）采集粘贴于实验受试者骨性标志处的Marker点的三维坐标得到。动力学数据是利用三维测力台（采样频率1 500 Hz）实时采集地面反作用力，利用相关软件根据标准逆向动力学计算得到。二者同步采集。

关节角度定义：身体远端环节相对于近端环节旋转的欧拉角，关节力矩均为关节内力矩。关节角度方向定义：（1）矢状面：髋关节屈为正（伸为负）、膝关节伸为负（屈为正）、踝关节跖屈为负（背屈为正）；（2）冠状面：髋关节外展为负（内收为正）、膝关节外翻为负（内翻为正）、踝关节外翻为负（内翻为正）。关节力矩的方向定义：（1）矢状面：髋关节伸为负（屈为正）膝关节伸为正（屈为负）、踝关节背屈为正（跖屈为负）；（2）冠状面：髋关节外展为负（内收为正）、膝关节外翻为负（内翻为正）、踝关节外翻为负（内翻为正）。

力值用体重（body weight，BW）标准化，力矩用身体质量（bodymass，BM）标准化，时间标准化区间即完整步态周期为足跟着地到足跟再次着地。选取的数据为正常压力脑积水患者优势侧以及脑卒中后偏瘫患者患侧。

1.6 统计学分析 采用Excel2013和SPSS21.0软件进行研究数据的整理与统计学分析，数据进行正态分布检验，符合正态分布的数据以均数±标准差（±s）表示，采用独立样本 检验；不符合正态分布的数据以[Me（P25，P75）]表示，采用非参数检验，<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 2组患者步态的时空参数比较2组患者完整步态周期的时空参数结果显示步幅、步态周期中的支撑相时间和摆动相时间差异有统计学意义(<0.05）。见表1。

2.2 2组患者步态的运动学参数比较2组患者完整步态周期的运动学参数结果显示髋关节最大伸展角度、最大外展角度以及髋关节矢状面活动范围差异有统计学意义（<0.05）。见表2。膝关节触地瞬间角度、最大外翻角度、最大外旋角度以及冠状面活动范围差异有统计学意义（<0.05）。见表3。2组患者踝关节运动学有差异但无统计学意义。见表4。

表1 完整步态周期的时空参数结果

表2 完整步态周期髋关节运动学结果

表3 完整步态周期膝关节运动学结果

表4 完整步态周期踝关节运动学结果

2.3 2组患者步态的动力学参数比较2组患者完整步态周期的动力学参数结果显示步态周期支撑相垂直力峰值、膝关节外翻力矩峰值、踝关节跖屈力矩峰值、踝关节内翻力矩峰值差异有统计学意义（<0.05）。见表5。

表5 完整步态周期动力学结果

3 讨论

步行是人类最基本的运动功能之一，也是日常生活的重要基础。步态是步行的行为特征，在一定程度上能反应大脑的神经调控以及肌骨系统的状态。而步态分析是利用先进的手段以及力学原理结合解剖、生理等知识对人体步行状态进行分析。三维运动捕捉技术的发展为步态分析提供了更科学的手段。在国外三维步态分析运用于临床运动评价中，进行异常步态的分析、确定康复方案、指导康复、手术方案确定以及规范矫形器的使用[3-5]。步态异常是正常压力脑积水患者的明显特征，但是其异常的原因尚不明确，有研究指出脑脊液的冲击[6]与额叶功能的异常[7]可能是其主要原因。有学者对正常压力脑积水患者与正常人步态进行对比[8-9]，结果显示患者步幅、步速和步高降低，在本研究中也得到相似的结果。

正常压力脑积水与脑卒中后偏瘫患者均有步态异常，但步态异常的机制以及特点存在较大差异。本研究的结果显示正常压力脑积水患者的步态周期支撑相时间以及摆动相时间均减少，这可能与偏瘫患者的健侧代偿机制[10]有一定关系。脑卒中后偏瘫患者由于健侧肢体的运动功能基本正常可以代偿患侧的一部分功能，而正常压力脑积水患者的步态为双侧异常，步态异常的双侧性可能会增加患者失衡跌倒的发生。本研究结果表明正常压力脑积水患者的步幅减小，同时步速也出现一定程度的减缓，而质心在冠状面的位移实验组一（0.09±0.02）与实验组二（0.10±0.02）相差不大，说明如果在相同步幅、步速的条件下，正常压力脑积水患者可能会表现出更大的质心冠状面位移，即其步态稳定性下降，比偏瘫患者更容易造成失衡跌倒。

三维步态分析不仅能描述异常步态的时空参数，还可以获得运动学参数，并且配合三维测力台获得动力学参数。通过对2种异常步态的运动学数据分析，正常压力脑积水患者与脑卒中后偏瘫患者完整步态周期的髋关节、膝关节活动存在差异。正常压力脑积水患者髋关节矢状面、冠状面活动范围均较小，而偏瘫患者外展角度较大，这与偏瘫患者髋膝功能障碍有密切关系。在步态周期的触地瞬间，偏瘫患者膝关节屈角大于正常压力脑积水患者，而在冠状面正常压力脑积水患者的最大外翻角度大于偏瘫患者，且最大外旋角度也大于偏瘫患者，由于偏瘫患者患侧肌肉痉挛等因素，在完整步态周期中不仅矢状面活动受限，冠状面以及水平面活动也受到一定限制。而在踝关节，正常压力脑积水患者与偏瘫患者并没有显著的差异，但是患者的踝关节力矩却表现出不同。虽然偏瘫患者的垂直力峰值高于正常压力脑积水患者，但是正常压力脑积水患者踝关节的跖屈力矩峰值和内翻力矩峰值均高于偏瘫患者，这可能与正常压力脑积水患者维持身体平衡的踝策略有一定的关系。为了维持身体平衡需要更大的关节力矩，从踝关节力矩的差异性也表现出正常压力脑积水患者的步态稳定性更差，更容易出现跌倒风险。

综上所述，正常压力脑积水患者与脑卒中患者三维步态参数的差异性主要体现在时空参数，髋、膝关节的运动学参数及踝关节动力学参数，正常压力脑积水患者步态异常的双侧性、时空参数的异常以及踝关节力矩的差异可能是其失衡跌倒发生率较高的原因。鉴于本研究的发现，对于老年正常压力脑积水患者应介入早期的、双侧的康复治疗干预，加强双侧平衡训练以及认知功能训练并及时纠正异常步态，减少跌倒的发生率，最大程度提高运动功能并改善生活质量。

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[2]李勇，郑洁皎，段林茹，等．言语训练结合心理支持对卒中后构音障碍的疗效研究[J]．老年医学与保健，2017，23（3）：165-166．

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Differenceof 3-dimensionalGaitParametersbetween the Elderly Patientsw ith Normal Pressure Hydrocephalusand the Patientsw ith Hemiplegiaafter Stroke

LiYong1,Fang Xuhao2,Mao Renling2,Zhang Jie1,Duan Linru1,Qu Bing1,Zheng Jiejiao1*
1.DepartmentofRehabilitationMedicine;2.DepartmentofNeurosurgery;Huadong HospitalA ffiliated to Fudan University,Shanghai, 200040,P.R.China

Objective To study the difference in gaitparametersbetween the elderly patientsw ith normal pressure hydrocephalusand the patientsw ith hem iplegiaafterstrokeby 3-dimensionalmotion analysissystem.Methods 3-dimensionalgait data of 9 elderly patientsw ith normalpressure hydrocephalusand 8 patientsw ith hem iplegia after strokewere collected and the differencebetween the2 gaitswasanalyzed.Results Compared w ith the stroke patients,the patientsw ith normalpressurehydrocephalusshowed smallerstride(<0.05)and decreased totalgaitcycle time,supportphase,sw ing phase time(<0.05); themaximalextension angle of the hip joint,themaximum abduction angle and the sagittal ROM of hip reduced significantly (<0.05);thekneeanglesof initialcontactreduced significantly(<0.05)while themaximum abduction angleofkneeand the maximum external rotationangleofkneeand the frontalROM ofknee increased significantly(<0.05);in dynam ic parameters, the patientsw ith stroke showed greater vertical force peak(<0.05)and the peak value of the abduction of the knee joint (<0.05);thepeak valueof theplantar flexion torquesand thepeak valueof thevarus torquesweresignificantly lower than those of theelderly patientsw ithnormalpressurehydrocephalus(<0.05).Conclusions Differencesof three-dimensionalgaitanalysis between elderly patientsw ith normalpressure hydrocephalusand patientsw ith hemiplegiaafter strokemainly existin temporalspatialparametersand kinematicparametersof thehip and kneewhilein kineticparameters,forpatientsw ith stroke,thebilateral gaitabnormity,abnormity of temporal-spatialparametersand thedifferenceofankle jointtorquemay be thecause for imbalances and high occurrence of fall.

normalpressure hydrocephalus;stroke;3-dimensionalgaitparameter difference

2017-06-21）

（本文编辑：邓春光）

上海市卫生系统重要薄弱学科（康复医学）（2015ZB0402）；上海申康医院发展中心上海市市级医院新兴前沿技术联合攻关项目（SHDCI2014126）

郑洁皎，电子信箱：zjjcss@163.com

*Corresponding author：Zheng Jiejiao,E-mail：zjjcss@163.com