临床三维步态分析系统的组成、原理及其临床应用

1、三维步态分析系统的组成、原理及其临床应用-三维步态分析系统的组成、原理及其临床应用-孟殿怀、励建安 PAGE PAGE 6三维步态分析系统的组成、原理及其临床应用孟殿怀、励建安南京医科大学第一附属医院康复医学科步行是人类的基本功能，任何神经、肌肉及管关节疾患均可能导致步行功能障碍。步态分析对人体行走方式进行客观记录并对步行功能进行系统评价。步态分析分为定性（目测）分析和定量分析两大类。前者是由医务人员通过19 世纪末，早期主要是借助一些简单的设备（尺、秒表等）20 70 代以后定量步态分析发展较快，80 年代以后转向采用高速摄像设备的三维步态分析。目前常用的临床步态分析系统进行定量步态分析的频

2、率已经达到每秒 1 毫米。1、步态分析的主要内容 定量步态分析所用参数大致可归纳为如下几类：时间-期、支撑相时间、摆动相时间等。运动学参数，是指步行中髋、膝、踝等关节的运动规律（角度、位移、速度、加速度等，骨盆倾斜和旋转、身体重心位置的变化规律等。动力学参数，指引起运动的力学参数，包括地板反力、功与功率等。肌电活动参数，指步行过程中下肢主要肌肉的电生理活动指标。能量代谢参数，指人体运动过程中的能量代谢情况。2、组成及原理（1）（2）测力平板；3）（4）气体代谢分析仪。步态分析仪步态分析仪的功能主要是摄取人体在步行过程中各个关节点的运动轨迹，通过模型分析的方式进行三维重建，从而获得人体运动时的各

3、种运动学参数。从步态分析检测的媒介角度，可以将现有的步态分析仪分为三种类型：摄像型、红外光型和超声波型。视频摄像型通过视频设备（CCD 摄像头）将人体行走过程摄取下来，然后逐帧、逐点间分析的精确度得不到保证。红外光型备价格相对较贵，在一定程度上限制了其推广。超声波型测力平板测力平板可以对人体站立或行走时足底与支撑面之间的压力（前后三个方向的力Carlet 1872 年设计了一个鞋底充气袋，首先记录了行走时足-力。而对作用于足上的动力学参数的最早的精确测量是由Elftman1938 力板实现的。后来的测量方式的发展基本上都是基于这一“力板”的原理。国内最早有记载的是上海第九人民医院于 1986

4、年研制了S9-1 型步态分析系统，可以显示三维足-地作用力等信息。后来张潇等人对此也做了多项研究，并自行研制了一种测力台系统。与制成面之间的力的作用情况。动态体表肌电图仪肌电信号（EMG）是中枢神经系统支配肌肉活动时伴随的电变化。体表肌电因其无创测量的优点而在康复医学工程界倍受重视。其主要原理是利用贴在体表的表面电极实时接收了人体题面肌电信号的变化，经过放大、滤波及模/数（A/D）转换，形成量化的肌电波形。气体代谢分析仪肺氧气）和二氧化碳）交换是人体的一个动态生理过程。耗氧量被22Energy Expenditure 以一定速率步行时的心率变化为基础进行测量；另一种是步行时气体代谢分析仪的主要

5、原理是利用氧气和二氧化碳传感器测量人体呼出和吸入的氧气和二氧化碳含量，进而分析人体运动时的能量代谢状况。步态分析中常用的能量分析的指标称为氧价（Oxygen Cost，OC），是一种mlkg-1m-1。3、临床应用步态分析系统在假肢、支具和矫形器等康复器械研发中的应用虽然我国康复医学工程技术发展比较迅速，假肢、支具和矫形器等产品的质为假肢的仿生设计提供了有效的工具，是假肢设计目标参数获取的重要途径。步态分析系统在假肢、支具和矫形器装配和训练中的应用要想获得理想的装配效果，必须由康复医师、装配技师及患者三方面协作， 42 例下肢假肢患者进行了步态分析后认为，利用步态分析步态分析系统在矫形外科中的

6、应用张伟等认为，由于步态分析可将矫形外科检查中沿用已久的定性分析和直观描述转换为客观、精确的定量评价，因此，其在矫形外科的应用将越来越广。步态分析系统在临床骨科的应用57 31 患程度、治疗效果的定量指标。另外，骨关节手术或关节置换术的效果，也可以通过患者术前、术后步态分3 个月改善达到最高水平。步态分析系统在手外科的应用54%制定、术前功能预测、术后功能判断等带来了一定程度的影响。80 检测的研究逐渐得到发展，为临床手外科临床诊疗和科研提供了工具。步态分析系统在康复科的应用步态分析在脑瘫、儿麻后遗症诊断与治疗中已得到广泛关注。同时，在确定治疗方案（包括康复训练、神经肌肉阻滞、外科手术等）依然有着不可替代的作用，其主要作用如下：评定肢体残存的功能水平辅助诊疗、协助制定康复治疗方案评价康复治疗效果结果显示正确使用踝足矫形器可以显著提高步速、矫正肢体畸形、稳定踝关节、防止膝过伸，从而改善步态。步态分析系统在体育科学中的应用