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步态分析 襄阳市中心医院康复医学科雷德宝 1 主要内容 概述 正常步态 异常步态 评定方法 2 第一部分 概述 一 步态分析的定义 步态分析 是利用力学原理和人体解剖学 生理学知识对人类步行进行对比分析的一种研究方法 包括定性分析和定量分析 步态 是指人体步行时的姿势 是人类步行的行为特征 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 包括步行和跑两种状态 3 二 步态分析的目的 4 三 步态分析的临床意义 1 是重要的日常生活活动能力之一 2 评估患者是否存在异常步态以及步态异常的性质和程度 3 为分析异常步态原因和矫正异常步态 制订治疗方案提供必要的依据 4 为制定康复治疗计划和评定康复疗效提供客观依据 5 四 步态分析的适应症和禁忌症 1 适应症中枢神经系统损伤骨关节疾病与外伤下肢肌力损伤其他 疼痛 2 禁忌症严重心肺疾病下肢骨折未愈合检查不配合者不宜进行步态分析 A B 6 第二部分正常步态 一 正常步态的基本要素 一 定义正常步态 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 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 7 二 正常步态的要点 1 合理的步长 步宽 步频 2 上身姿势稳定 3 最佳能量消耗 8 三 正常步态的控制 正常步行并不需要思考 然而步行的控制十分复杂 1 中枢命令 皮层 脊髓 步行中枢2 身体平衡和协调控制3 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的稳定性 而某些异常也有可能被代偿或掩盖 9 四 正常步态的特性 1 稳定性2 周期性3 方向性4 协调性5 个体差异性 10 五 正常步态的维持 正常步态必须完成三个过程 1 支持体重2 单腿支撑3 摆动相迈步行走时双下肢必须交替支撑和摆动 下肢各关节也在不断屈伸 身体的重心沿一复杂的螺旋形曲线向前运动 维持正常步态的必须条件是 支撑期良好的稳定性 摆动期足部放松 足够的步长 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 11 二 正常步态的基本构成 一 时空参数1 一 步频与步数 1 步频 步数 min 单位时间内行走的步数 正常人平均自然步频约为95 125步 min 2 步速 m s 单位时间内行走的距离 正常人平均自然步速约为65 95m min 12 2 二 步长与步幅 1 步长 steplength 行走时左右足跟或足尖先后着地时两点间的纵向直线距离 又称单步长 正常人的步长约为50 80cm 偏瘫患者 健侧步长缩短 患侧步长延长 2 步幅 stridelength 指同一侧足跟前后连续两次着地点间的纵向直线距离 相当于左右两个步长相加 约100 160cm 又称跨步长 13 1 步宽 stridewidth 指左右两足间的横向距离 通常以足跟中点为测量点 2 足偏角 toeout 指贯穿一侧足底的中心线与前进方向所成的夹角 三 步宽与足偏角 14 15 二 步行周期 步行周期 行走过程中一侧足跟着地至该侧足跟再次着地所经过的时间 由支撑相和摆动相构成 支撑相 包括足跟着地 全足底着地 支撑中期 支撑末期 包括单支撑相和双支撑相 摆动相 包括摆动前期 摆动初期 摆动中期和摆动末期 16 支撑相 双支撑相 20 一侧足跟着地至对侧足趾离地前双腿与地面接触的时期 每一个步行周期中 有两个双支撑相 即负荷反应期和站立末期 单支撑相 40 只有一条腿与地面接触 它以对侧足跟着地为标志而结束 17 18 步行周期 19 1 首次着地指足跟或足底的其他部位第一次与地面接触的瞬间 此时骨盆旋前5度 髋关节屈曲30度 膝和踝关节中立位 正常人首次着地方式为足跟着地 病理步态时表现各异 脑瘫患儿可出现脚掌着地 脚后跟疼痛患者可见足底外侧缘或内侧缘着地 步行周期的分期 20 2 负荷反应期 承重期 双支撑期指足跟着地后至足底与地面全面接触的一段时间 即一侧足跟着地后至对侧足趾离地前 此时 膝关节屈曲达到站立相的最大值 3 站立中期指从对侧下肢离地至躯干位于支撑腿正上方 21 4 站立末期指从支撑腿足跟离地到对侧下肢足跟着地 5 摆动前期 双支撑期 指从对侧下肢足跟着地到支撑腿足趾离地之前的一段时间 6 摆动初期从支撑腿离地至该侧膝关节达到最大屈曲时 7 摆动中期从膝关节最大屈曲摆动到小腿与地面垂直时 8 摆动末期指与地面垂直的小腿向前摆动至该侧足跟再次着地之前 22 步行时主要关节活动及肌肉 正常步行周期中骨盆和下肢各关节的角度变化及参与的肌群 正常步态的维持 应为髋关节前屈30 后伸10 膝关节充分伸展 屈曲60 踝关节跖屈20 背伸15 左右 23 骨盆 主要是重心的移动 正常人重心位于第二骶椎前面1 上下运动 正弦曲线 2次 周期 震幅4 5cm 最高点 支撑中期 最低点 足跟着地 支撑前期 2 左右运动 正弦曲线 2次 周期 震幅3cm 最大移动度位于左右足处于支撑中期 3 旋转运动 水平面沿垂直轴 单侧4 最大内旋位 足跟着地后期 最大外旋位 摆动早期4 倾斜运动 矢状面沿冠状轴 约5 支撑中期处于摆动相的骨盆倾斜最大 24 25 26 髋关节 1 屈伸运动 最大屈 摆动相中期约30 最大伸 足跟离地约20 2 内收 外展 最大外展 足跟离地约6 最大内收 足底着地月4 3 内外旋 外旋 足趾离地到足跟着地的摆动期约4 内旋 足跟着地到足跟离地的摆动期约4 27 膝关节 1 屈伸运动 最大屈 摆动相中期约65 最大伸 足跟着地约0 2 内外旋 最大外旋 足跟离地的摆动期约4 最大内旋 摆动期中期约12 踝关节 1 屈伸运动 最大跖屈 足尖离地约20 最大背伸 足跟离地约15 2 旋转运动 外旋8 内旋2 内外翻 内翻12 外翻3 28 上肢 主要是肩关节 最大伸 足跟着地时约21 1 最大屈 足跟离地时约17 4 肘关节 双支撑相时 最大伸 约 0 4 最大屈 约38 9 头颈部 与重心移动一致 上下振幅约5 6cm 左右移动振幅约5 6cm 29 主要肌肉活动 作用 保持平衡 吸收震荡 加速 减速和推动肢体运动的功能 1 竖脊肌 作用 脊柱后伸 头后仰 保持直立姿势 支撑相初期和末期 活动达高峰 2 臀大肌 起点 髂骨翼外面和骶骨背面止点 臀肌粗隆及髂径束作用 伸髋及髋外旋 支撑相 稳定骨盆 控制躯干向前维持髋关节伸展位摆动相后期 使向前摆动的大腿减速 30 3 髂腰肌髂肌 起点 髂窝止点 股骨小转子腰大肌 起点 腰锥体侧面和横突作用 髋关节前屈和外旋 下肢固定时 使躯干和骨盆前屈 支撑中期至足趾离地 离心收缩 使髋关节由伸转为屈摆动相初期 使髋关节屈曲 摆动下肢向前摆动 4 股四头肌 起点 髂前下棘 股直肌 股骨粗线内 外侧唇 股骨体的前面止点 经髌骨及髌韧带止于胫骨粗隆作用 伸膝 股直肌有屈髋作用活动于摆动末期至支撑相中期 屈髋提起下肢进入摆动期 伸膝限制和控制小腿在摆动相初 中期向后的摆动 使下肢向前摆动成为可能 31 32 5 缝匠肌 起点 髂前上棘 止点 胫骨上端内侧面作用 屈髋和屈膝 使已屈的膝关节旋内支撑末期 摆动初期 屈髋 屈膝摆动末期 支撑初期 膝关节旋内 6 腘绳肌 包括股二头肌 半膜肌 半腱肌 股二头肌 长头起于坐骨结节 短头起于股骨粗线 止点 腓骨头作用 在屈膝时 可使小腿旋外 伸髋半腱肌 起点 坐骨结节 止点 胫骨上端内侧半膜肌 起点 坐骨结节止点 胫骨内侧髁的后面作用 屈膝 伸髋 使小腿旋内屈膝摆动相末期 屈膝 离心收缩使小腿向前摆动减速足跟着地后 协助伸髋 稳定骨盆 防止躯干前倾 33 34 7 胫骨前肌 起点 胫腓骨上端和骨间膜内侧止点 楔骨和第一跖骨的足底面作用 背屈 足内翻足跟着地 离心收缩控制跖屈度 防止足前部拍地 足趾离地 控制跖屈度 保证足趾离地动作完成 8 小腿三头肌 包括腓肠肌和比目鱼肌 腓肠肌 起点 股骨内 外侧髁后面止点 会合成跟腱止于跟骨结节比目鱼肌 起点 胫骨比目鱼肌线和腓骨后面 止点 会合成跟腱止于跟骨结节作用 屈踝 屈膝关节 腓肠肌在活动中提供推动力 富含红肌纤维 35 36 支撑相下肢各关节的变化 摆动相下肢各关节的变化 37 人体在行走过程中承受着来自地面的垂直反作用力和力矩 地面反作用力 指人在站立 行走及奔跑中足底触及地面产生作用于地面的力量时 地面因此而产生的一个大小相等 方向相反的力 地反应力分为垂直分力 前后分力和侧向分力 其中垂直分力最大 地反力包括 垂直分力 反应行走过程中支撑下肢的负重和离地能力 前后分力 反应支撑腿的驱动与制动能力 内外分力 反应侧方负重能力与稳定在每个步态周期转折点垂直分力出现极值 足跟着地时有一极大值 随足部逐渐放平 受力面积逐渐增大 力值也减小 足部完全放平时力值达最小 至足跟离地 足趾蹬地时出现另一极大值 正常步态的垂直分力的特征 步态周期中会出现两个高峰和一个低谷 三 正常步态的动力学变化 38 第一个高峰 步行周期的12 对侧足离地瞬间 支撑相中期 单足支撑力达到第一个高峰 即对侧足离地瞬间使体重迅速转到支撑足 且重心升高 且有向上的加速度 才出现第一高峰值 步速越快 冲量越大 峰值越高 低谷 周期的30 足跟离地前 随着身体前移膝关节伸直使身体重心提到最高点且通过支撑腿但此时向上的加速度为零则地面反应力等于体重然后重心开始降低有向下的加速度使地面反应力降低直至出现低谷 约为体重的75 第二高峰 周期的50 对侧腿足跟着地前 然后重心虽然继续降低但向下的加速度没有了 所以垂直力开始增加 随着身体前移 支撑腿的足跟离地及前足蹬地 使重心提高出现向上的加速度造成第二个高峰 然后垂直力迅速降低到足趾离地时的零 两个高峰一个低谷 39 步行中的能量消耗与身体重心的转移幅度 心肺功能 患者的心情和温度 气候等因素有关 常用生理能耗指数 PCI 衡量 正常为0 2 0 55b min 四 步行中的能量消耗 生理能耗指数 PCI 步行心率 静息心率 步行速度 m min 40 步态终止是步态周期中由动态平衡到静态平衡的中间过渡阶段 对身体姿势的稳定性要求较高 步态终止能力下降与跌倒发生有密切关系 关注步态终止时身体姿势稳定性变化具有非常重要的意义 五 步态终止 41 一 步态终止的机制 完成步态终止后 要求整个身体质量中心位于双足支撑面 向前方向的动量和身体动能为零 处于平衡状态 行进过程中 为有效完成步态终止 身体主要动用三种机制 第一 驱动腿通过伸肌协同作用 增加制动力 尾随腿通过屈肌协同作用 减小推进力 第二 身体启用保护性伸展反应 通过踮起脚尖 伸膝 伸髋 抬高上臂等伸展反应以抬高整个身体质量中心 有利于动能转换为势能 或者是通过微微抬起脚趾 使前后方向的动量转移到其它方向 第三 跨步反应 一步反应 指终止信号给出后 尾随腿向前跨一步完成步态终止 或两步反应 指终止信号给出后 在尾随腿向前跨一步后 驱动腿再向前跨一步完成步态终止 42 1 前庭觉和本体感觉 1 去除视觉输入信息导致身体质量中心开始减速的时间延迟 步态终止时最后一步步长增加 2 去除足底皮肤感觉后 步态终止时两步反应策略中第一步足的位置变化较大 第二步跨步长较大 最后两步的负荷增加 3 同时去除视觉和足底皮肤感觉 在步态终止时步行者不能有效控制身体姿势 2 步行速度 影响步态终止时运动策略的选择 当步行速度增加 一步反应策略减小 两步反应策略增加 步态终止时 随着步行速度增加 下肢肌肉动员速度加快 募集时间缩短 综上所述 步态终止时 足底压力 下肢肌肉活动 终止运动策略等发生变化 这是身体适应性变化的结果 目的是使身体不平衡状态最小化 避免跌倒 有效完成步态终止 二 步态终止的影响因素 43 为了维持身体姿势的稳定 在步态终止过程中可以观察到一系列代偿性策略 多以健侧腿为驱动腿产生制动力 延长制动力产生的时间 减小步态终止的速度 身体重量分布以健侧腿为主等 三 步态终止的代偿策略 44 1 现有研究主要关注步态终止时维持身体姿势的机制以及相关影响因素 步态终止能力下降是引起老年人群 中风患者和帕金森病患者跌倒的一个主要因素 在临床康复中 如何改善步态终止时身体姿势稳定性 增加对步态终止的生物力学研究 特别是神经肌肉控制的研究和了解将有利于发展和制定有效的康复计划 改善患者的协调和放摔倒能力 2 步态终止还可应用于工效学领域评估鞋底材料对身体平衡控制能力影响的研究 以及康复工程领域用于评估截瘫患者假肢的性能等 四 步态终止的应用 45 一 定性分析1 定义 通过目测观察病人行走过程 按照一定的观察项目逐项评价得出结果 做出步态分析的结论 其结果属于定性分析性质 第三节步态分析 46 第一阶段 观察步行环境记录步行路径及步行地点 检查使用辅助器具情况 T字拐 腋拐 义肢第二阶段 观察整体活动观察步行时的对称性 观察头部 躯干 骨盆的左右移动 上肢的摆动 并观察步态的流畅性 观察法 47 第三阶段 观察局部一边将各关节运动与正常做对比 一边观察 从前 后 左 右来观察 检查骨盆 旋转 前后 左右的倾斜 髋关节 膝关节 踝关节 上肢 头部运动 左右 前后 尤其要注意的是 髋关节的外展 支撑后半程的伸展 膝关节在支撑中期的轻度屈曲 摆动期的屈曲角度 踝关节在足跟着地期最早着地的部位 48 是由美国加州RanchoLosAmigos康复医院的步态分析实验室提出的 它在传统步态时相分期的基础上 利用步态分析棍图处理技术全面 系统阐述了视觉观察分析技术 如在一个步行周期中求出八个典型动作姿位点 即支撑前期 支撑初期 支撑中期 支撑末期 摆动前期 摆动初期 摆动中期 摆动末期 常用方法 RLA八分法 49 RLA八分法的特点 1 观察内容 包括了47种常见的异常步态表现 检查者可以根据每一个关节或部位在步行周期中表现对照表中提示的内容逐一分析 发现患者在步行中存在何种表现以及出现异常的时相 2 观察顺序 由远端到近端 即从足 踝关节观察开始 依次评定膝关节 髋关节 骨盆及躯干 先观察矢状面 再从冠状面观察患者的行走特征 在观察一个具体关节或部位时 应将首次着地作为评定的起点 按照步行周期发生的顺序进行仔细观察 A B 50 3 定性分析的优缺点 优点不需要价格昂贵的设备 可获得有关步态的特征性资料 缺点结果具有一定的主观性步态分析受患者的精力和体力的限制检查者难以在短时间内完成多部位 多环节的分析 51 1 观察场地面积不能太小 至少6m 8m 测试场地内光线要充足 2 被检查者应尽量少穿衣服以便于真实表现的观察 3 被检查者要以自然 习惯的姿势和速度行走 在矢状面观察被试者步态时应分别从两侧 左侧和右侧 进行观察 4 如果行走时出现疼痛则应观察疼痛出现的时间 注意事项 52 步态的定量分析是是一种直观描述步行过程中肢体运动的量化检查与分析手段 为临床评定下肢功能状态提供了一些有效的途径 通过器械或专门的设备获得的客观数据对步态进行分析的方法 所用的器械或设备可以非常简单 如卷尺 秒表 量角器等测量工具以及能留下足印的设备 也可以是较为复杂 如利用电子角度计 肌电图 录像 高速摄影 甚至步态分析仪等设备 通过运动学参数 动力学参数 肌电活动参数及能量参数进行这项工作 二 定量分析 53 定量分析方法 1 时 空参数分析 步行的时 空变量可以通过足印法得到 即在被测者脚底涂上墨汁 在铺上白纸的步行通道 一般为4 6m 上走过 也可以在撒上石灰粉的通道上留下足印 用秒表记录步行时间 通过足迹得到步长 步幅 步宽等步行变量 特点 足印法虽然简单 定量 但精确性不足 且测试过程繁琐 电子步垫法是一种较新颖的步态分析技术 它可实时记录步长 步幅 步宽 单 双足支撑时间 摆动时间 步速等时 空参数 具有良好的信度 效度 54 足底传感器步态分析系统 55 2 运动学分析 运动学分析 kinematicsanalysis 通过在身体关节表面粘贴反光标志点 用4 6台摄像机获取人在行走时标志点的运动轨迹 得到髋 膝 踝以及骨盆的运动角度 运动学参数通常包括 骨盆倾斜和旋转角度 髋关节的屈曲 外展和内收角度 膝关节屈曲 外展角度 踝关节背伸 跖屈角度 以及趾关节活动范围缺点 操作复杂而且费时 较少单独应用于临床 56 57 动力学分析 包括运动过程中的压力分析和负荷分析 利用2块测力板测量足底的压力分布及行走时支撑阶段的地面反作用力 包括垂直压力 水平和侧向剪力以及足底受力面积 此外 有一种安装有内置感受器的特制鞋 能够测得足底不同部位所承受的压力 缺点 这种方法不能获得步行时的空间变量 3 动力学分析 58 动态肌电图 是一种检测步行时肌肉活动的方法 可以分析步行时肌肉的活动情况 并记录肌肉活动的时间和强度 表浅肌肉采用表面电极 深部肌肉采用植入式线电极 这种方法针对性强 用于分析判断步态异常的神经 肌肉原因有重要参考价值 4 动态肌电图 59 氧耗分析 分析人行走时的能量消耗 被测者佩戴便携式氧分析仪 步行的同时采集呼出的气体 进行耗氧量分析 结果再与步行距离相除 氧价越低 说明步行运动的能量消耗越少 任何步行训练效果的金标准就是减低耗氧量 因此氧耗分析可作为评定康复疗效的敏感指标 5 氧耗分析 60 超声波步态分析系统 足底传感器步态分析系统 红外发射标志点步态分析系统 61 异常步态的特征1 有过度异常运动2 左右及重心移动是不对称的3 步行速度上升后会加重异常 第四节异常步态 62 常见的病理步态的原因及表现 异常步态的原因1 神经系统的异常原因导致步行节奏 平衡机能 自主性控制等的异常 由不自主运动 痉挛性瘫及弛缓性瘫而产生异常步态 2 肌肉系统的异常而产生肌肉功能衰竭 即肌力下降 3 骨关节系统异常 骨发育不全所致骨缩短 关