步态分析的临床应用和进展

步态分析的临床应用和进展第1页/共100页2步行中枢？正常步行并不需要思考然而步行的控制十分复杂：中枢命令：皮层？脊髓？步行中枢？身体平衡和协调控制足、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，而某些异常也有可能被代偿或掩盖。

第2页/共100页3自然步态的要点(1)合理的步长、步宽、步频。(2)上身姿势稳定。

(3)最佳能量消耗。

第3页/共100页4自然步态的生物力学因素具备控制肢体前向运动的肌力或机械能。可以在足触地时有效地吸收机械能，以减小撞击，并控制身体的前向进程。支撑相有合理的肌力及髋膝踝角度(重力方向)，以及充分的支撑面(足的位置)。摆动相有足够的推进力、充分的下肢地面廓清和合理的足触地姿势控制。

第4页/共100页5临床步态分析临床步态分析旨在通过生物力学和运动学手段，揭示步态异常的关键环节和影响因素。协助康复评估和治疗。协助临床诊断、疗效评估、机理研究等。第5页/共100页6步行周期支撑相（Stancephase)早期中期末期摆动相(Swingphase)早期中期末期第6页/共100页7步行模式第7页/共100页8步行时的躯干旋转第8页/共100页9肌肉的参与第9页/共100页10第10页/共100页11运动中的肌肉活动第11页/共100页12早期(earlystance)包括首次触地和承重反应，正常步速时大约为步行周期的10%~12%。第12页/共100页13首次触地指足跟接触地面的瞬间，使下肢前向运动减速，落实足在支撑相的位置。首次触地的部位为足跟。参与的肌肉主要包括胫前肌、臀大肌、腘绳肌。首次触地异常是造成支撑相异常的最常见原因之一。第13页/共100页14承重反应指首次触地之后重心由足跟向全足转移的过程，骨盆运动在此期间趋向稳定。参与的肌肉包括股四头肌、臀中肌、腓肠肌。支撑足首次触地及承重反应期相当于对侧足的减重反应和足离地。由于此时双足均在地面，又称之为双支撑相。第14页/共100页15承重反应期的骨盆倾斜和臀大肌作用第15页/共100页16胫骨在支撑相的前倾趋向第16页/共100页17小腿三头肌对胫骨前倾的控制第17页/共100页18双支撑相双支撑相的时间与步行速度成反比。跑步时双支撑相消失，表现为双足腾空。首次触地时GRF一般相当于体重和加速度的综合，正常步速时为体重的120%~140%。步速越快，GRF越高。下肢承重能力降低时可以通过减慢步速，减少肢体首次触地负荷。缓慢步态的GRF等于体重。

第18页/共100页19中期(midstance)支撑足全部着地，对侧足处于摆动相，是唯一单足支撑全部重力的时相，正常步速时大约为步行周期的38%~40%。主要功能是保持膝关节稳定，控制胫骨前向惯性运动，为下肢前进做准备。参与的肌肉主要为腓肠肌和比目鱼肌。下肢承重力小于体重或身体不稳定时此期缩短，以将重心迅速转移到另一足，保持身体平衡。

第19页/共100页20第20页/共100页21末期(terminalstance)指下肢主动加速蹬离(pushoff)的阶段，开始于足跟抬起，结束于足离地。身体重心向对侧下肢转移，又称为摆动前期。在缓慢步行时可以没有蹬离，而只是足趾离开地面，称之为足趾离地(toeoff)。对侧足处于支撑相早期，属于双支撑相，约为步行周期的10%~12%。参与的肌肉主要为腓肠肌和比目鱼肌(等长收缩)、股四头肌和髂腰肌(向心性收缩)。

第21页/共100页22第22页/共100页23摆动相足在空中向前摆动的时相占步行周期的40%第23页/共100页24早期(initialswing)主要的动作为足廓清地面和屈髋带动屈膝，加速肢体前向摆动，占步行周期13%~15%。参与的肌肉主要为胫前肌、髂腰肌、股四头肌。如果廓清地面障碍(如足下垂)，或加速障碍(髂腰肌和股四头肌肌力不足)，将影响下肢前向摆动，导致步态异常。

第24页/共100页25中期(midswing)足廓清仍然是主要任务，占步行周期的10%。参与的肌肉主要为胫前肌，保持踝关节背屈。

第25页/共100页26末期(terminalswing)主要任务是下肢前向运动减速，准备足着地的姿势，占步行周期的15%。参与的肌肉包括腘绳肌、臀大肌、胫前肌、股四头肌。

第26页/共100页27跖筋膜的作用第27页/共100页28足趾的作用第28页/共100页29关节挛缩对步行能量消耗的影响第29页/共100页30踝关节屈曲踝关节跖屈首次触地障碍能量消耗增加支撑末期屈髋屈膝增加第30页/共100页31膝关节屈曲第31页/共100页32髋关节屈曲髋后伸受限运动能量消耗增加第32页/共100页33下肢关节融合对步行效率的影响第33页/共100页34EadweardMuybridge1830-1904第34页/共100页35FatherofGaitAnalysis(inUS)1872第35页/共100页36FirstMotionPictures1870s第36页/共100页37FalconAnalogCameraIntroducedin1996SPECIFICATIONSFPS Resolution60 640x480120 640x480240 640x240第37页/共100页38SPECIFICATIONSFPS Resolution1-200Frames/secondPoE:PoweroverEthernetPortablesystemshawk-iDigitalCameraIntroducedin2005第38页/共100页39第39页/共100页40

SimplifyGaitGraphs:ColorNormalBars?第40页/共100页41江苏省人民医院临床生物力学实验室第41页/共100页42第42页/共100页43第43页/共100页44第44页/共100页45第45页/共100页46运动学分析运动学(Kinematics)是步行时肢体运动时间和空间变化规律的研究方法，主要包括：步行时间与空间测定肢体节段性运动方向测定

第46页/共100页47节段性运动测定节段性运动测定是指对步行时特定关节或运动中心的多维动态分析，即步行时关节各方向活动角度的动态变化及其与步行时相之间的关系，从而可以剖析运动障碍的具体环节和部位，以及各环节之间的关系。进行节段性分析必须要能够分解受试者的动作，并同时从多维方向进行观察，因此必须使用必要的仪器。

第47页/共100页48时间/空间参数测定足印法：是步态分析最早期和简易的方法之一。在足底涂上墨汁，在步行通道（一般为4~6m）铺上白纸。受试者走过白纸，留下足迹，便可以测量距离。也可以在黑色通道上均匀撒上白色粉末，让患者赤足通过通道，留下足迹。步行同时用秒表记录时间。这种方式不需要复杂设备，但是十分耗时。第48页/共100页49第49页/共100页50电子步态测定装置4-6米10万个压力传感器瞬时测定所有步行时间/空间参数第50页/共100页51主要参数步长：指一足着地至对侧足着地的平均距离。步长时间步幅：一足着地至同一足再次着地的距离。步行周期：指平均步幅时间(stridetime)。步频：指平均步数（步/min）。步速：指步行的平均速度(m/s)

。步宽：两脚跟中心点或重力点之间的水平距离。足偏角：足中心线与同侧步行直线之间的夹角。第51页/共100页52运动学分析-Kinematics第52页/共100页53第53页/共100页54步动力学数据第54页/共100页55第55页/共100页56

SimplifyGaitGraphs:ColorNormalBars?第56页/共100页57动力学分析动力学(kenetics)分析是对步行时作用力、反作用力强度、方向和时间的研究方法。牛顿第三定律（作用力=反作用力）是动力学分析的理论基础。

第57页/共100页58步行动力学特征第58页/共100页59第59页/共100页60足底压力第60页/共100页61第61页/共100页623-D运动分析和关节活动模拟第62页/共100页63动态肌电图动态肌电图指在活动状态同步测定多块肌肉电活动，揭示肌肉活动与步态关系的肌肉电生理研究，是临床步态分析必不可少的环节。

第63页/共100页64动态肌电图第64页/共100页65肘关节屈伸肌电比较（主缩肌/拮抗肌）主动屈曲主动伸展FlexorsExtensorsFlexorsExtensorsAgonistAgonistAntagonistAntagonist第65页/共100页66诊断性阻滞利多卡因运动点或神经干注射注射前后运动生物力学分析第66页/共100页67第67页/共100页68Musclelengthofgasandsoleus第68页/共100页69气体代谢测量第69页/共100页70OxygenCost氧价（OxygenCost，OC）是一种定量评估运动能量消耗的指标，以运动时单位体重、单位距离消耗的氧气量来表示，单位为ml/(kg·m)。OC=VO2/Kg/meter

VO2（ml/min）第70页/共100页71下肢运动控制障碍

下肢运动功能的核心是步行恢复步行是大多数患者最迫切的需求第71页/共100页72足内翻+下垂足内翻是中枢神经损伤患者最常见的下肢病理姿势，表现为足下垂和向内倾斜。经常合并有足趾卷屈。患者常合并足外侧疼痛，特别是在第五蹠骨基底部。步行时足初触地部位由正常的足后跟改变为足前部，重力主要由足外侧缘承担。足内翻通常在步态的支撑相持续存在，导致踝关节不稳，并进而影响全身平衡。第72页/共100页73足内翻+下垂支撑相早期和中期由于踝背伸障碍，导致胫骨前向移动受限，从而促使支撑相末期膝关节过伸，以代偿胫骨前移不足。由于膝关节过伸，足前进推动力量降低，使关节做功显著下降。摆动相常导致患肢地面廓清能力降低。第73页/共100页74足内翻+下垂闭链运动体系远端关节对整个体系的影响最大踝关节的改变将影响膝、髋、腰、头，甚至肩的姿态。因此对足内翻和下垂患者，纠正此问题是改善步态的第一要素。第74页/共100页75足内翻+下垂相关肌肉：胫前肌、胫后肌、趾长屈肌、腓肠肌、比目鱼肌、拇趾长伸肌和腓骨长肌。腓肠肌、比目鱼肌和趾长屈肌活动时间延长与足下垂关系最为密切。腓肠肌和比目鱼肌并非总是表现一致，治疗时要加以注意。第75页/共100页76足内翻+下垂通常由于胫前肌和胫后肌以及腓肠肌和比目鱼肌过分活跃所致。有时与拇趾长伸肌过度活动也有关联。如果胫前肌和胫后肌都与足内翻有关，治疗时必须要明确何为主要因素。第76页/共100页77足内翻+下垂注意治疗时如果只缓解腓肠肌和比目鱼肌痉挛，使踝关节背伸增加，而趾长屈肌仍然保持痉挛状态，就有可能加重足趾屈曲畸形。蹠屈肌痉挛矫正之后，随着患者步行增加，有可能合并蹠筋膜炎。第77页/共100页78单纯足下垂主要见于脊髓损伤、儿麻和外周神经损伤。常见病因：胫前肌无活动或活动时相异常。表现：摆动相踝关节背屈不足，导致足摆动相廓清障碍。代偿机制：摆动相增加同侧屈髖、屈膝（跨门槛步态），或下肢划圈行进，躯干向对侧倾斜（划圈步态）。踝足矫形器是主要治疗。第78页/共100页79足外翻步行时足向外侧倾斜，支撑相足内侧触地。可以导致舟骨部位胼胝生成和足内侧疼痛。步行时身体重心主要落在踝内侧。踝背伸往往受限，同样影响胫骨前向移动，增加外翻。常见于骨骼发育尚未成熟的年轻患者。第79页/共100页80足外翻相关肌肉：腓骨长肌、腓骨短肌、趾长屈肌、腓肠肌、比目鱼肌过度活跃或痉挛。胫前肌、胫后肌活动降低或肌力下降也可以有关。治疗：肉毒毒素注射。腓骨短肌运动点酚注射。腓骨长肌一般不采用酚注射，以免注射时损伤腓神经（感觉运动混合神经）。第80页/共100页81拇趾过伸患者步行时脚拇趾背伸，常伴有足内翻。动态肌电图可显示腓肠肌群过度活跃，而胫前肌活动减弱。摆动相拇趾长伸肌加强活动，以代偿足下垂。酚注射拇趾长伸肌运动点，或肉毒毒素注射。第81页/共100页82拇趾屈曲拇趾长屈肌松解拇趾长屈肌转移第82页/共100页83膝关节僵直膝关节僵直指步态摆动前相和摆动初期的关节屈曲角度<40度（正常为60度），同时髋关节屈曲程度及时相均延迟。摆动相膝关节屈曲是由髋关节屈曲带动，髋关节屈曲减少将减少膝关节屈曲度，从而减少其摆动相力矩。结果导致拖足。患者往往在摆动相采用患肢划圈步态、尽量抬髋或对侧下肢踮足（过早提踵）来代偿。第83页/共100页84膝关节僵直动态EMG显示股直肌、股中间肌、股内肌和股外肌过分活跃，髂腰肌活动降低，有时臀大肌活动增加。如果同时存在足内翻，将加重膝关节僵直。第84页/共100页85膝过伸膝过伸很常见，但一般是代偿性改变，多见于支撑相早期。治疗的关键在于纠正原发病因。第85页/共100页86膝过伸常见诱因：一侧膝关节无力导致对侧代偿膝过伸；蹠屈肌痉挛或挛缩导致膝过伸；膝塌陷步态时采用膝过伸代偿；支撑相伸膝肌痉挛；躯干前屈时重力线落在膝关节中心前方，促使膝关节后伸以保持平衡。第86页/共100页87膝关节屈曲患者在支撑相和摆动相都保持屈膝姿势。患者在支撑相时必须使用代偿机制以稳定膝关节。由于患者在摆动相末期不能伸膝，致使步长缩短。腘绳肌、股四头肌、腓肠肌、比目鱼肌的动态肌电图常显示腘绳肌内侧头比外侧头活跃，腓肠肌通常过分活跃，特别是在摆动相。第87页/共100页88膝关节屈曲步态动力学研究常可见伸膝受限伴髋关节屈曲增加。第88页/共100页89膝关节屈曲-治疗酚注射坐骨神经运动支和腘绳肌运动点。肉毒毒素注射也可以应用，但由于肌肉较大，所以注射的剂量需要较大。腓肠肌运动点酚或肉毒毒素注射比较容易。第89页/共100页90膝塌陷小腿三头肌（比目鱼肌为主）无力时，胫骨在支撑相中期和后期前向行进过分，导致踝关节不稳或膝塌陷步态。患者膝关节过早屈曲，同时伴有对侧步长缩短，同侧足推进延迟，如果患者采用增加股四头肌收缩的方式避免膝关节过早屈曲，并稳定膝关节，将导致同侧膝关节在支撑相末期屈曲延迟，最终导致伸膝肌过用综合症。第90页/共100页91膝塌陷患者在不能维持膝关节稳定时，必须使用上肢支持膝关节，以进行代偿。相关肌肉：腓肠肌-比目鱼肌和股四头肌。股四头肌肌电活动可延长和过度活跃。第91页/共100页92髋关节内收（剪刀步态）摆动相时髋关节内收，导致剪刀样步态。足支撑面积缩小，致使平衡困难，同时影响摆动相地面廓清和肢体前向运动。必须要明确原因在于原发机制（内收肌痉挛）