臨床三維步態(tài)分析系統(tǒng)的組成、原理及其臨床應(yīng)用

1、三維步態(tài)分析系統(tǒng)的組成、原理及其臨床應(yīng)用-三維步態(tài)分析系統(tǒng)的組成、原理及其臨床應(yīng)用-孟殿懷、勵建安 PAGE PAGE 6三維步態(tài)分析系統(tǒng)的組成、原理及其臨床應(yīng)用孟殿懷、勵建安南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科步行是人類的基本功能，任何神經(jīng)、肌肉及管關(guān)節(jié)疾患均可能導(dǎo)致步行功能障礙。步態(tài)分析對人體行走方式進(jìn)行客觀記錄并對步行功能進(jìn)行系統(tǒng)評價。步態(tài)分析分為定性（目測）分析和定量分析兩大類。前者是由醫(yī)務(wù)人員通過19 世紀(jì)末，早期主要是借助一些簡單的設(shè)備（尺、秒表等）20 70 代以后定量步態(tài)分析發(fā)展較快，80 年代以后轉(zhuǎn)向采用高速攝像設(shè)備的三維步態(tài)分析。目前常用的臨床步態(tài)分析系統(tǒng)進(jìn)行定量步態(tài)分析的頻

2、率已經(jīng)達(dá)到每秒 1 毫米。1、步態(tài)分析的主要內(nèi)容 定量步態(tài)分析所用參數(shù)大致可歸納為如下幾類：時間-期、支撐相時間、擺動相時間等。運(yùn)動學(xué)參數(shù)，是指步行中髖、膝、踝等關(guān)節(jié)的運(yùn)動規(guī)律（角度、位移、速度、加速度等，骨盆傾斜和旋轉(zhuǎn)、身體重心位置的變化規(guī)律等。動力學(xué)參數(shù)，指引起運(yùn)動的力學(xué)參數(shù)，包括地板反力、功與功率等。肌電活動參數(shù)，指步行過程中下肢主要肌肉的電生理活動指標(biāo)。能量代謝參數(shù)，指人體運(yùn)動過程中的能量代謝情況。2、組成及原理（1）（2）測力平板；3）（4）氣體代謝分析儀。步態(tài)分析儀步態(tài)分析儀的功能主要是攝取人體在步行過程中各個關(guān)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡，通過模型分析的方式進(jìn)行三維重建，從而獲得人體運(yùn)動時的各

3、種運(yùn)動學(xué)參數(shù)。從步態(tài)分析檢測的媒介角度，可以將現(xiàn)有的步態(tài)分析儀分為三種類型：攝像型、紅外光型和超聲波型。視頻攝像型通過視頻設(shè)備（CCD 攝像頭）將人體行走過程攝取下來，然后逐幀、逐點(diǎn)間分析的精確度得不到保證。紅外光型備價格相對較貴，在一定程度上限制了其推廣。超聲波型測力平板測力平板可以對人體站立或行走時足底與支撐面之間的壓力（前后三個方向的力Carlet 1872 年設(shè)計(jì)了一個鞋底充氣袋，首先記錄了行走時足-力。而對作用于足上的動力學(xué)參數(shù)的最早的精確測量是由Elftman1938 力板實(shí)現(xiàn)的。后來的測量方式的發(fā)展基本上都是基于這一“力板”的原理。國內(nèi)最早有記載的是上海第九人民醫(yī)院于 1986

4、年研制了S9-1 型步態(tài)分析系統(tǒng)，可以顯示三維足-地作用力等信息。后來張瀟等人對此也做了多項(xiàng)研究，并自行研制了一種測力臺系統(tǒng)。與制成面之間的力的作用情況。動態(tài)體表肌電圖儀肌電信號（EMG）是中樞神經(jīng)系統(tǒng)支配肌肉活動時伴隨的電變化。體表肌電因其無創(chuàng)測量的優(yōu)點(diǎn)而在康復(fù)醫(yī)學(xué)工程界倍受重視。其主要原理是利用貼在體表的表面電極實(shí)時接收了人體題面肌電信號的變化，經(jīng)過放大、濾波及模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換，形成量化的肌電波形。氣體代謝分析儀肺氧氣）和二氧化碳）交換是人體的一個動態(tài)生理過程。耗氧量被22Energy Expenditure 以一定速率步行時的心率變化為基礎(chǔ)進(jìn)行測量；另一種是步行時氣體代謝分析儀的主要

5、原理是利用氧氣和二氧化碳傳感器測量人體呼出和吸入的氧氣和二氧化碳含量，進(jìn)而分析人體運(yùn)動時的能量代謝狀況。步態(tài)分析中常用的能量分析的指標(biāo)稱為氧價（Oxygen Cost，OC），是一種mlkg-1m-1。3、臨床應(yīng)用步態(tài)分析系統(tǒng)在假肢、支具和矯形器等康復(fù)器械研發(fā)中的應(yīng)用雖然我國康復(fù)醫(yī)學(xué)工程技術(shù)發(fā)展比較迅速，假肢、支具和矯形器等產(chǎn)品的質(zhì)為假肢的仿生設(shè)計(jì)提供了有效的工具，是假肢設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)獲取的重要途徑。步態(tài)分析系統(tǒng)在假肢、支具和矯形器裝配和訓(xùn)練中的應(yīng)用要想獲得理想的裝配效果，必須由康復(fù)醫(yī)師、裝配技師及患者三方面協(xié)作， 42 例下肢假肢患者進(jìn)行了步態(tài)分析后認(rèn)為，利用步態(tài)分析步態(tài)分析系統(tǒng)在矯形外科中的

6、應(yīng)用張偉等認(rèn)為，由于步態(tài)分析可將矯形外科檢查中沿用已久的定性分析和直觀描述轉(zhuǎn)換為客觀、精確的定量評價，因此，其在矯形外科的應(yīng)用將越來越廣。步態(tài)分析系統(tǒng)在臨床骨科的應(yīng)用57 31 患程度、治療效果的定量指標(biāo)。另外，骨關(guān)節(jié)手術(shù)或關(guān)節(jié)置換術(shù)的效果，也可以通過患者術(shù)前、術(shù)后步態(tài)分3 個月改善達(dá)到最高水平。步態(tài)分析系統(tǒng)在手外科的應(yīng)用54%制定、術(shù)前功能預(yù)測、術(shù)后功能判斷等帶來了一定程度的影響。80 檢測的研究逐漸得到發(fā)展，為臨床手外科臨床診療和科研提供了工具。步態(tài)分析系統(tǒng)在康復(fù)科的應(yīng)用步態(tài)分析在腦癱、兒麻后遺癥診斷與治療中已得到廣泛關(guān)注。同時，在確定治療方案（包括康復(fù)訓(xùn)練、神經(jīng)肌肉阻滯、外科手術(shù)等）依然有著不可替代的作用，其主要作用如下：評定肢體殘存的功能水平輔助診療、協(xié)助制定康復(fù)治療方案評價康復(fù)治療效果結(jié)果顯示正確使用踝足矯形器可以顯著提高步速、矯正肢體畸形、穩(wěn)定踝關(guān)節(jié)、防止膝過伸，從而改善步態(tài)。步態(tài)分析系統(tǒng)在體育科學(xué)中的應(yīng)用