一 步態(tài)分析研究的歷史
行走是人類最基本的運(yùn)動(dòng)，行走的姿態(tài)可分為不同的類型。步態(tài)分析是一門有關(guān)人行走過程中, 體態(tài), 骨骼間 (關(guān)節(jié)) ，肌肉與肢體，以及肢體與外界物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，力學(xué)關(guān)系的分析方法。步態(tài)分析是固體力學(xué)在生物系統(tǒng)應(yīng)用 (即生物力學(xué))的典型范例。
人類對(duì)動(dòng)物及自身姿態(tài)及運(yùn)動(dòng)的興趣和研究起源可以上溯到公元前三個(gè)多世紀(jì)的亞里士多德。他的‘動(dòng)物的行走’被廣泛認(rèn)為是人類有關(guān)包括自身在內(nèi)的動(dòng)物行走研究的最早專著。文藝復(fù)興時(shí)期的藝術(shù)家達(dá)分奇被認(rèn)為是生物力學(xué)的先驅(qū)之一，因?yàn)樗状卧诹W(xué)環(huán)境下研究人的骨骼解剖結(jié)構(gòu)。十七世紀(jì)的法國物理家勒內(nèi)·笛卡爾最早提出人和所有動(dòng)物的行走都遵循統(tǒng)一的力學(xué)法則，他的這一思想對(duì)促進(jìn)和推動(dòng)生物力學(xué)的持續(xù)發(fā)展起到了重要作用。同一時(shí)期的意大利物理家喬瓦尼·阿方索·博雷利接受了這一思想，并對(duì)鳥和魚等走，跑、跳、飛和游等動(dòng)作進(jìn)行了研究，他甚至在力學(xué)框架內(nèi)研究了心臟的活塞運(yùn)動(dòng)。確定人體重心的位置，測(cè)量出吸和呼的空氣量，并指出吸氣是肌肉收縮造成，而呼氣是由于身體組織彈性造成。博雷利首次闡明骨肌系統(tǒng)的杠桿結(jié)構(gòu)對(duì)運(yùn)動(dòng)而不是力本身的放大作用。肌肉必須產(chǎn)生足以克服運(yùn)動(dòng)阻力的力才能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。受伽利略影響，他在牛頓三大定律發(fā)表前便建立了直觀了解關(guān)節(jié)靜力平衡規(guī)律的方法。
運(yùn)動(dòng)是生物力學(xué)的重要組成部分，有關(guān)動(dòng)物運(yùn)動(dòng)及人類步態(tài)的研究隨著工業(yè)革命的開始得到進(jìn)一步發(fā)展，首先，著名的德國愛德華·韋伯和威廉·韋伯兄弟正式系統(tǒng)地對(duì)人類行走進(jìn)行了研究，1836年合著了‘人類行走力學(xué)’。隨后, 相機(jī)的發(fā)明對(duì)生物運(yùn)動(dòng)學(xué)產(chǎn)生了巨大推動(dòng)作用。該時(shí)期的法國生理學(xué)家艾蒂安·朱爾斯·馬雷在專著‘動(dòng)物機(jī)械原理’中，提出了動(dòng)物，人和機(jī)器都遵守同一物理法則，人體僅是有生命的機(jī)器的理論。他利用自己發(fā)明的步槍式連拍照相機(jī)成功記錄了鵜鶘等多種鳥，動(dòng)物及人的動(dòng)作。英國人愛德華·邁布瑞奇(與其同齡,同與1904去世)幾乎于同一時(shí)期在美國利用多架相機(jī)，成功捕捉了奔馬連續(xù)動(dòng)作的多幅照片，不僅證明馬在奔跑的過程中會(huì)產(chǎn)生四蹄離地的瞬間，而且證明了法國人馬雷理論的正確性。這二位開創(chuàng)性的工作使得他們被后人尊為生物力學(xué)的先驅(qū)。他們采用的聯(lián)系動(dòng)作連拍攝影的方法到目前為止還是步態(tài)分析的重要組成部分。
上個(gè)世紀(jì)四十年代，二戰(zhàn)造成的眾多傷殘人員對(duì)假肢的大量需求促進(jìn)了步態(tài)分析的研究。當(dāng)時(shí)的假肢無論在設(shè)計(jì)和臨床應(yīng)用都沒有成熟的步態(tài)生物力學(xué)理論可尋。每個(gè)殘疾人的假肢都是經(jīng)多次重復(fù)試驗(yàn)確定，不僅設(shè)計(jì)匹配無優(yōu)化，而且耗時(shí)。美國的骨科醫(yī)生維恩·托馬斯·茵曼和結(jié)構(gòu)工程師出身的著名假肢設(shè)計(jì)師的霍華德·戴維斯·艾博哈特(初為茵曼的截肢病人)共同開展了大量針對(duì)人類行走生物力學(xué)的系統(tǒng)研究1,2,3,4。不僅確定了各個(gè)肢體在每個(gè)步態(tài)周期的運(yùn)動(dòng)，而且測(cè)得了著地足的地面支反力以及肌肉在收縮時(shí)的肌電信號(hào)。力和肌電信號(hào)的引入極大地推動(dòng)了步態(tài)生物力學(xué)的發(fā)展。他們發(fā)現(xiàn)的決定健康正常行走的諸多要素為假肢的設(shè)計(jì)，以及后來的步態(tài)分析臨床應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
電子及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，使得基于紅外線攝影的數(shù)字化運(yùn)動(dòng)捕捉和分析系統(tǒng)在過去的三十多年間逐步發(fā)展成為廣為應(yīng)用的臨床步態(tài)分析工具。步態(tài)分析已經(jīng)從圖像觀察為主的文字描述模式發(fā)展成了精確的三維數(shù)字報(bào)告模式。目前，一份綜合步態(tài)試驗(yàn)結(jié)果可以包括多平面同步錄相，運(yùn)動(dòng)，地面支反力，足底壓力，肌電信號(hào)及能耗(耗氧)量的詳細(xì)記錄。通過生物力學(xué)分析軟件處理，一份包括步態(tài)時(shí)空變量 (步寬，步(跨)長，步頻和線性速度)，三維關(guān)節(jié)角度 (可以是非相鄰肢體間相對(duì)轉(zhuǎn)角)，角速度，角加速度，關(guān)節(jié)力，力矩和功率，以及肌腱長度變化和肌腱力的步態(tài)分析報(bào)告可以在步態(tài)試驗(yàn)后迅速形成。步態(tài)分析的準(zhǔn)確性和全面性使其在臨床診斷和科研中得到了越來越多應(yīng)用。
二 步態(tài)試驗(yàn)室的基本構(gòu)成
目前的運(yùn)動(dòng)捕捉及分析設(shè)備分為傳感器式和光標(biāo)信號(hào)式兩種。傳感器式的運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)是以測(cè)量加速度和角轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(陀螺儀)為基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)定位方法。其特點(diǎn)是價(jià)格相對(duì)便宜，運(yùn)動(dòng)信號(hào)的測(cè)量不需參考坐標(biāo)系，方便用于試驗(yàn)室(戶)外。但存在零飄和信號(hào)誤差積累的問題?；诠鈽?biāo)信號(hào)的運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)又分為主動(dòng)光標(biāo)式和被動(dòng)光標(biāo)式。典型的被動(dòng)發(fā)光光標(biāo)產(chǎn)品系列有瑞典的QUAULISYS系統(tǒng),英國的VICON系統(tǒng)，美國的MOTIONANALYSIS和OptiTrack系統(tǒng)，這些系統(tǒng)以其靈活簡單的布光標(biāo)方便性在步態(tài)及運(yùn)動(dòng)分析試驗(yàn)室得到廣泛應(yīng)用。此外，也有功能相同但以主動(dòng)光標(biāo)為特點(diǎn)的主動(dòng)型運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，如英國的CODA和加拿大的NDI系統(tǒng)。這些運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)與測(cè)力設(shè)備，表面肌電測(cè)試等系統(tǒng)一起構(gòu)成一個(gè)現(xiàn)代步態(tài)試驗(yàn)室。
一個(gè)現(xiàn)代步態(tài)分析試驗(yàn)室(圖1)的主要設(shè)備及軟件：
· 一個(gè)寬敞的實(shí)驗(yàn)室(行走步道長度應(yīng)在６米以上， 以保障采集的步態(tài)周期均勻，穩(wěn)定)；
· 兩個(gè)攝相機(jī) (用于從前面和側(cè)面對(duì)患者的步態(tài)試驗(yàn)錄相)；
· 一套三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)(一般至少要８個(gè)攝像頭，增加鏡頭數(shù)，可以提高運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)質(zhì)量)；
· 一至兩個(gè)嵌入實(shí)驗(yàn)室行走地板中的測(cè)力板 (兩個(gè)以上的測(cè)力板會(huì)提高力數(shù)據(jù)采集的效率)；
· 一套體表肌電測(cè)量系統(tǒng) (常用８－１６通道，即監(jiān)測(cè)８－１６塊肌肉活動(dòng)度)，；
· 一套足底壓力測(cè)量系統(tǒng) (可選)；
· 一套耗氧測(cè)量系統(tǒng) (可選)；
· 步態(tài)分析軟件，如美國CMOTION 的VISUAL3D 軟件等。
圖1: 英國曼徹斯特索爾福德大學(xué)健康學(xué)院
三 步態(tài)分析的基本方法
臨床步態(tài)分析的關(guān)鍵是相關(guān)醫(yī)生與生物力學(xué)工程師對(duì)人體行走生物力學(xué)的正常規(guī)律和參數(shù)的全面掌握5。這包括標(biāo)準(zhǔn)健康人正常自然行走的速度，步頻，步(跨)長，著地足在支撐相所用時(shí)間，擺腿相所用時(shí)間以及支撐相在一個(gè)步態(tài)周期所占的百分比。標(biāo)準(zhǔn)健康人正常行走時(shí)每一塊肌肉收縮的時(shí)序和持續(xù)時(shí)間。標(biāo)準(zhǔn)健康人正常行走時(shí)地面支反力在三個(gè)平面(矢狀面，冠狀面和水平面)分量的變化規(guī)律和變化范圍。標(biāo)準(zhǔn)健康人正常行走時(shí)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)在三個(gè)平面分量的變化規(guī)律和角度變化范圍。標(biāo)準(zhǔn)健康人正常行走時(shí)關(guān)節(jié)力矩和機(jī)械功率在三個(gè)平面分量的變化規(guī)律和變化范圍。標(biāo)準(zhǔn)健康人指的身體健康，體重身高在標(biāo)準(zhǔn)正常范圍，足踝，下肢及神經(jīng)系統(tǒng)無缺陷，殘疾和運(yùn)動(dòng)疾病病史的人。測(cè)試者以自己常用的均勻速度和步態(tài)行走被認(rèn)為是正常自然行走。
基于標(biāo)準(zhǔn)正常數(shù)據(jù)庫，臨床步態(tài)分析報(bào)告可以通過病態(tài)步態(tài)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)正常數(shù)據(jù)的對(duì)比而產(chǎn)生(圖2)。步態(tài)分析的結(jié)果可以確定步態(tài)畸形患者的各個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，受力異常情況，肌肉功能以及相關(guān)肌肉是否存在痙攣或神經(jīng)控制紊亂等問題。到目前為止，標(biāo)準(zhǔn)健康人正常行走時(shí)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)果已經(jīng)在國際生物力學(xué)界的多年科研中取得共識(shí)。不同步態(tài)試驗(yàn)室公布和采用的正常數(shù)據(jù)和生物力學(xué)變量在一個(gè)步態(tài)周期的正常變化曲線都十分接近。然而，由于系統(tǒng)誤差，步態(tài)試驗(yàn)操作中布光標(biāo)的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，步態(tài)試驗(yàn)室采集空間大小，系統(tǒng)設(shè)置，標(biāo)定質(zhì)量以及對(duì)行走速度掌控的嚴(yán)格程度都會(huì)影像正常數(shù)據(jù)曲線的變化范圍和誤差，各個(gè)臨床步態(tài)試驗(yàn)室多在自己的試驗(yàn)室建立標(biāo)準(zhǔn)健康人正常行走的步態(tài)數(shù)據(jù)庫。并在建庫過程中通過和其他步態(tài)試驗(yàn)室數(shù)據(jù)對(duì)比并對(duì)自己試驗(yàn)設(shè)備的調(diào)整減少誤差，提高數(shù)據(jù)的精確性和可靠性。
以運(yùn)動(dòng)捕捉信號(hào)，地面支反力為基礎(chǔ)的生物力學(xué)(步態(tài))分析技術(shù)已經(jīng)在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)，骨科臨床、神經(jīng)外科臨床，康復(fù)醫(yī)學(xué)、假肢及矯形臨床，體育訓(xùn)練以及健康足具開發(fā)等領(lǐng)域的服務(wù)和科研中得到廣泛應(yīng)用。尤其是在診治腦癱及評(píng)估治療效果方面發(fā)揮著重要作用，給腦癱患者帶來跨越步態(tài)障礙的新希望。具體的步態(tài)試驗(yàn)并不復(fù)雜，患者在布好光標(biāo)后會(huì)在醫(yī)務(wù)人員的指導(dǎo)下在步態(tài)實(shí)驗(yàn)室里以自然姿態(tài)行走數(shù)次，利用步態(tài)分析軟件繪制出病人的步態(tài)曲線。根據(jù)這個(gè)測(cè)量結(jié)果，醫(yī)務(wù)人員可以確定是否某關(guān)節(jié)的屈不夠，或者是伸不夠，屈或伸受哪幾塊肌肉影響，屈或伸不夠可能由哪幾個(gè)原因?qū)е?，結(jié)合病人行走中存在的問題，得出診斷意見給相關(guān)醫(yī)生。
四 臨床步態(tài)分析適用的病人群體和主要臨床應(yīng)用
臨床步態(tài)(運(yùn)動(dòng))分析試驗(yàn)已經(jīng)在以下具有骨骼，肌肉，關(guān)節(jié)及神經(jīng)異常癥狀患者的診斷中得到應(yīng)用:
· 截肢患者；
· 腦損傷及相關(guān)神經(jīng)外傷 引起的行動(dòng)異?；颊?；
· 腦癱患者；
· 復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)障礙患者；
· 腳趾行走 患者；
· 手和上肢運(yùn)動(dòng)障礙患者；
· 肢體不等長，四肢差異 患者；
· 錯(cuò)骨骼及肢體錯(cuò)位和足體畸形患者；
· 脊柱裂 患者；
· 骨關(guān)節(jié)炎患者；
· 中風(fēng)患者；
· 帕金森患者；
· 運(yùn)動(dòng)損傷患者
1.步態(tài)分析在假肢臨床中的應(yīng)用
步態(tài)分析在假肢的開發(fā)早期，便得到了醫(yī)生和假肢設(shè)計(jì)工程師的重視。茵曼和艾博哈特等在這一領(lǐng)域作了很多開創(chuàng)性研究。為臨床步態(tài)奠定了基礎(chǔ)1。在過去很長的一個(gè)時(shí)期，步態(tài)分析僅僅在假肢的研發(fā)中廣為應(yīng)用。而在假肢的臨床匹配，安裝中用得較少，主要以目測(cè)，病人試用反饋?zhàn)鳛檎{(diào)整依據(jù)。這不僅不科學(xué)，而且很難克服主觀判斷產(chǎn)生的誤差。近年來，隨著三維步態(tài)試驗(yàn)的自動(dòng)化程度提高，越來越多的假肢及矯形臨床匹配服務(wù)都采用了臨床步態(tài)分析。臨床匹配的目標(biāo)清晰直觀，即，假肢或矯形器具的采用應(yīng)使各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)最大程度地接近正常健康步態(tài)曲線。由于數(shù)據(jù)結(jié)果可以立刻在計(jì)算機(jī)屏幕再現(xiàn)，臨床匹配服務(wù)中對(duì)假肢或矯形器的調(diào)整更具有科學(xué)性，而效果可以立刻通過步態(tài)曲線進(jìn)行評(píng)估。臨床步態(tài)的應(yīng)用可以大大提高假肢和矯形匹配質(zhì)量，縮短新患者的調(diào)整適用期。近幾年發(fā)展起來的動(dòng)力型假肢更是大量依賴步態(tài)試驗(yàn)分析結(jié)果。典型的例子是麻省理工學(xué)院的仿生設(shè)計(jì)師修·賀教授在他在成功開發(fā)動(dòng)力假腳BIOM過程中對(duì)步態(tài)的研究和應(yīng)用7。在他為２０１３年因波士頓恐怖襲擊爆炸中失去左腳的舞蹈家哈斯賴特－戴維斯配裝動(dòng)力假腳時(shí)，運(yùn)用了大量健康舞步步態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，使得匹配非常成功，哈斯賴特－戴維斯女士在失去左腳２００天后重返舞臺(tái)。舞步恢復(fù)如初。
2.步態(tài)分析在兒童骨科康復(fù)的臨床應(yīng)用
人的吞咽，語言，面部表情，肢體及行走動(dòng)作，都是由肌肉收縮產(chǎn)生。而完成動(dòng)作的兩個(gè)關(guān)鍵是神經(jīng)信號(hào)和健康的肌肉功能。小兒癱癱是幼兒在出生前，出生過程中或出生后(至３歲)早期內(nèi)腦發(fā)育不成熟造成的非漸進(jìn)性的永久性行中樞神經(jīng)障礙綜合征。它造成運(yùn)動(dòng)神經(jīng)紊亂，使身體運(yùn)動(dòng)功能受損。病因在腦，但表現(xiàn)為四肢動(dòng)作的不正常，并常伴有智力低下、癲癇、精神，舉止異常及視、聽覺、語言障礙等癥狀。絕大多數(shù)腦癱患者無法以正常步態(tài)行走，即左右兩腿動(dòng)作失調(diào)，行走過程中單腿或雙腿多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)畸形。如蹲伏步態(tài)，即患者以過于彎曲的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)角曲腿步行；趾步態(tài)，及雙腳腳跟翹起以腳尖著地行走;內(nèi)(外)八字步態(tài)，即患者的單或雙腳以超常大的內(nèi)(外)旋角與地面作用完成行走。隨著患者的發(fā)育生長,特別是體重的增加，這些畸形步態(tài)會(huì)對(duì)下肢肢體以及諸關(guān)節(jié)產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害,最終，嚴(yán)重的后果會(huì)是喪失行走能力，所以這些腦癱病人需要盡早進(jìn)行治療。
在過去相當(dāng)長一個(gè)時(shí)期，腦癱被認(rèn)為是不治之癥?；颊呒彝ザ喾艞壷委?。目前尚無根治腦癱的方法。然而，一個(gè)多世紀(jì)的臨床實(shí)踐證明，手術(shù)，藥物，矯形及康復(fù)等綜合措施可以改善患者的行走和其他行為能力。目前，該病醫(yī)治主要是盡可能地恢復(fù)患者的行走和自理能力。由于，人體的行走是軀干及下肢的協(xié)調(diào)動(dòng)作，在任何一塊肌肉或神經(jīng)出現(xiàn)障礙時(shí)，異常運(yùn)動(dòng)不僅反應(yīng)在其直接相關(guān)關(guān)節(jié)。其它所有關(guān)節(jié)都會(huì)有影響。在引入數(shù)字化步態(tài)分析前，多通過目測(cè)，CT及核磁共振影像和經(jīng)驗(yàn)判定并確定治療方案。效果并不理想。美國圣保羅的吉列兒童?？漆t(yī)院的杰姆斯·蓋治醫(yī)生8曾感慨地指出，過去腦癱兒童的治療結(jié)果顯示，雖然治療后很多腦癱兒童的狀況變好，但幾乎一樣多的腦癱兒童治療后反爾變得更糟。和患者家長交談也會(huì)發(fā)現(xiàn)，他們對(duì)治療效果并不滿意，腦癱兒童在手術(shù)治療前行走質(zhì)量很差，然而，術(shù)后他們僅僅是換了一種同樣糟的步態(tài)行走，根本談不上步態(tài)的改進(jìn)。蓋治是最早在腦癱診治中應(yīng)用步態(tài)分析技術(shù)的。1981年在美國康涅迪克州紐翁頓兒童醫(yī)院建立了美國的第一個(gè)現(xiàn)代步態(tài)試驗(yàn)室。1987年他又在圣保羅的吉列兒童專科醫(yī)院建立了全美第二個(gè)全自動(dòng)的數(shù)字化步態(tài)試驗(yàn)室。通過步態(tài)分析，可以準(zhǔn)確地知道患者在行走中具體關(guān)節(jié)角度變化，受力狀況和每個(gè)肌肉的活動(dòng)度以及作用順序，從而，診斷出影響行走的關(guān)鍵原因?；诓綉B(tài)分析結(jié)果，醫(yī)生可以更有信心地確定治療方案。目前，即使具有豐富臨床經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生，在具體骨肌系統(tǒng)改造手術(shù)方案的確定上，仍需要以步態(tài)分析結(jié)果確認(rèn)，以減少誤判，增加手術(shù)效果9。步態(tài)分析技術(shù)的最大特點(diǎn)是它能夠給出任何某個(gè)時(shí)刻肢體，關(guān)節(jié)和肌肉的運(yùn)動(dòng)和受力狀況，這種動(dòng)態(tài)結(jié)果可以補(bǔ)償靜態(tài)獲取的CT，核磁共振影像的缺陷。它可以清晰顯示患者的每一關(guān)節(jié)在一個(gè)步態(tài)周期內(nèi)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)和受力變化曲線以及和健康曲線間的差異。在蓋治醫(yī)生的腦癱診治臨床實(shí)踐中，大量引進(jìn)了步態(tài)分析技術(shù)，取得了良好效果。對(duì)于178位腦癱兒童術(shù)后跟蹤調(diào)查和步態(tài)試驗(yàn)評(píng)估中發(fā)現(xiàn)，所有腦癱兒童術(shù)后的行走都有了顯著改善。蓋治的工作對(duì)現(xiàn)代臨床步態(tài)分析在兒童骨科康復(fù)起到了重要推動(dòng)作用。他的‘腦癱患者步態(tài)問題的確診與治療’8一書更是成為腦癱臨床步態(tài)之經(jīng)典。
3.步態(tài)分析在骨科的臨床應(yīng)用
雖然骨科疾病直接影響到行走步態(tài)，然而，在腦癱和假肢外的骨外科手術(shù)中，步態(tài)分析的臨床應(yīng)用推廣得相對(duì)慢。有些骨科醫(yī)生對(duì)步態(tài)分析的臨床指導(dǎo)意義持懷疑態(tài)度。他們認(rèn)為基于臨床經(jīng)驗(yàn)的骨科足可以服務(wù)于患者，并不需要步態(tài)分析。也有部分骨科醫(yī)生認(rèn)為病人在試驗(yàn)室的步態(tài)并不代表他們的生活中的真實(shí)步態(tài)，因而步態(tài)數(shù)據(jù)的指導(dǎo)意義值得懷疑。隨著步態(tài)分析技術(shù)的發(fā)展和普及，越來越多的骨科醫(yī)生認(rèn)識(shí)到了其作用。不僅骨科的治療效果可以利用臨床步態(tài)評(píng)估，初診結(jié)論和初定的治療方案也可以通過步態(tài)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和推敲。以關(guān)節(jié)炎等病變導(dǎo)致的關(guān)節(jié)置換手術(shù)為例，盡管全膝關(guān)節(jié)置換技術(shù)已經(jīng)很成熟，但不同廠家的人工關(guān)節(jié)材質(zhì)結(jié)構(gòu)上略有不同，手術(shù)的操作也有差異，然而，什么是最佳匹配并無共識(shí)。另一例子是全膝關(guān)節(jié)置換中后十字交叉腱保留與否, 術(shù)后對(duì)步態(tài)有何影響的爭議，可能只有步態(tài)試驗(yàn)分析解決。
除關(guān)節(jié)置換外的膝關(guān)節(jié)炎其它治療方法10(鎮(zhèn)痛劑除外)，都是以改善關(guān)節(jié)受力工況為目的。高位脛骨截骨手術(shù)(HTO)就是通過改善徑骨和股骨在冠狀面的同軸性，減小地反力對(duì)徑骨產(chǎn)生的內(nèi)翻力矩來減少膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)壓力。膝關(guān)節(jié)減荷支具是通過借助徑骨和股骨施加使徑骨外翻的反力矩來減少膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)壓力。而外楔形矯形鞋墊是通過使足底壓力中心外移而減小內(nèi)翻力臂，即力矩，來減少膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)壓力。因?yàn)槊恳换颊叩墓趋澜Y(jié)構(gòu)，步態(tài)規(guī)律都有差異，這些治療措施的實(shí)施和效果驗(yàn)證都要依靠步態(tài)分析。
由于步態(tài)分析技術(shù)的應(yīng)用，上述療法在近幾年得到迅速發(fā)展。步態(tài)分析在其它關(guān)節(jié)疾病的治療中也同樣得到廣泛應(yīng)用，尤其在足踝外科。由于醫(yī)學(xué)上，對(duì)由２６塊骨頭構(gòu)成的足體內(nèi)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)尚沒有清晰而統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，足弓畸形，足骨間關(guān)節(jié)炎及肌腱病變等足外科問題仍是骨科的難題，因此，在步態(tài)試驗(yàn)室環(huán)境下，對(duì)健康足，病足的針對(duì)性研究成為人體生物力學(xué)的一個(gè)關(guān)注重點(diǎn)。此外，針對(duì)足體本身病狀或下肢行走障礙的臨床矯形主要以步態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)依據(jù)。
足踝關(guān)節(jié)因嚴(yán)重關(guān)節(jié)炎和其它癥狀而經(jīng)融合手術(shù)后，患者要長期穿鞋底為曲面的特制鞋，而這種鞋的設(shè)計(jì)和選配需要步態(tài)分析提供依據(jù)。
4.步態(tài)分析在神經(jīng)損傷及中風(fēng)病人康復(fù)治療中的臨床應(yīng)用
腦或神經(jīng)損傷以及中風(fēng)病人的普遍癥狀是行走功能的部分或全部喪失。隨著人口老齡化的日趨嚴(yán)重，這類患者在世界各地都不斷增加。目前康復(fù)醫(yī)療的最主要的目的是使神經(jīng)損傷或中風(fēng)患者最大程度地恢復(fù)獨(dú)立行走和自理能力。然而這類病人無法正常行走的原因是復(fù)雜的。用目測(cè)觀察，通常無法準(zhǔn)確地診斷出問題的關(guān)健，并確定最佳康復(fù)方案。目前，國外很多康復(fù)中心都將步態(tài)分析引入臨床11。首先，在病人開始康復(fù)治療之前進(jìn)行步態(tài)分析，通過對(duì)行走的步態(tài)時(shí)空參數(shù)，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，足底地面支反力的幅值，變化模式以及肌電信號(hào)的測(cè)量，確定步態(tài)異常的原因。由于步態(tài)不穩(wěn)，擺腿遲緩，關(guān)節(jié)剛度下降和運(yùn)動(dòng)范圍減少即可能是神經(jīng)控制功能障礙造成，也可能是某一肌肉萎縮產(chǎn)生。所用，通常上述運(yùn)動(dòng)，力和電信號(hào)都需要在步態(tài)試驗(yàn)中同步測(cè)量。從而確定影響行走步態(tài)的主要相關(guān)因素，確定最佳康復(fù)方案。在開始康復(fù)療程后的一段時(shí)間后，通過重復(fù)步態(tài)試驗(yàn)對(duì)康復(fù)療效進(jìn)行評(píng)估，并及時(shí)調(diào)整治療方案。在康復(fù)治療中應(yīng)用臨床步態(tài)分析可以提高康復(fù)方案的及時(shí)性和科學(xué)性。尤其在確定新的治療儀器設(shè)備的控制量，康復(fù)藥物的療效上有準(zhǔn)確步態(tài)數(shù)據(jù)可依。近年來發(fā)展起來的針對(duì)中風(fēng)病人的功能電刺激康復(fù)療法的應(yīng)用大多都借助臨床步態(tài)分析結(jié)果對(duì)儀器設(shè)置及調(diào)整。和步態(tài)分析類似的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)試驗(yàn)也在中風(fēng)病人的上肢康復(fù)中得到應(yīng)用。例如，采用不同功能電刺激幫助中風(fēng)病人恢復(fù)抓取動(dòng)作的過程，多需要以各個(gè)肢體的運(yùn)動(dòng)范圍，速度和加速度作為調(diào)試和評(píng)估依據(jù)。
五 步態(tài)分析未來發(fā)展
雖然步態(tài)分析技術(shù)及報(bào)告并不會(huì)為醫(yī)生提供治療方案。但作為一個(gè)動(dòng)態(tài)檢驗(yàn)和評(píng)估的方法，它發(fā)揮著越來越重要的作用。它不僅通過利用動(dòng)態(tài)步態(tài)分析結(jié)果對(duì)行走質(zhì)量診斷，也可以對(duì)臨床治療效果進(jìn)行全面評(píng)估。步態(tài)分析檢測(cè)報(bào)告提供的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，受力數(shù)據(jù)，以及出結(jié)論性診斷意見。對(duì)形成或調(diào)整治療方案提供主要科學(xué)依據(jù)。由于治療方案的制定是醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)，患者及其家庭的態(tài)度，倫理觀念，患者體況及其家庭經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)能力的綜合結(jié)果，所以，期待步態(tài)試驗(yàn)分析結(jié)果產(chǎn)生出唯一的治療方案并不現(xiàn)實(shí)。
臨床步態(tài)試驗(yàn)已經(jīng)在歐美發(fā)達(dá)國家得到很廣泛的應(yīng)用。尤其在兒童腦癱等疾病的診治過程中，應(yīng)用更為普遍。許多骨科，神經(jīng)外科，康復(fù)科以及假肢與矯形科的醫(yī)生逐步學(xué)會(huì)利用步態(tài)分析或運(yùn)動(dòng)分析的方法來提高自己的診治水平。當(dāng)然，這需要一個(gè)過程，因?yàn)樯锪W(xué)，運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)醫(yī)生來說畢竟是新的學(xué)科。其涉及的方法只有在不斷的學(xué)習(xí)和實(shí)踐中才能逐步掌握?，F(xiàn)在我國國內(nèi)很多醫(yī)院已經(jīng)引進(jìn)了先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)分析設(shè)備，并陸續(xù)建立了各自的步態(tài)分析試驗(yàn)室。但到目前為止，臨床應(yīng)用水平還不高。最基本的人體生物力學(xué)參數(shù)，步態(tài)參數(shù)和健康人體各關(guān)節(jié)的正常動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)范圍對(duì)很多相關(guān)的醫(yī)生來說還是空白，急需相關(guān)的深造和培訓(xùn)。在這種情況下,即使步態(tài)分析得出患者的病態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)果，也無法確定某一關(guān)節(jié)是否正常，如果異常，更無法確定病態(tài)程度如何。更不能深入到是哪個(gè)肌肉或骨骼，確定關(guān)節(jié)異常的原因。
步態(tài)分析技術(shù)屬于復(fù)雜的醫(yī)工交叉學(xué)科。涉及很多肢體和關(guān)節(jié)的三維轉(zhuǎn)角、三維受力的復(fù)雜生物力學(xué)問題。通常需要一個(gè)專門軟件處理才能得到需要的結(jié)果。有些參數(shù)，例如人體關(guān)節(jié)間的互相作用力。肌肉操縱關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)的肌力，只能是根據(jù)運(yùn)動(dòng)、地面支反力和肢體的質(zhì)量用逆向動(dòng)力學(xué)的方法計(jì)算來得出。這些技術(shù)屬于工科，而非醫(yī)學(xué)學(xué)科的范疇。所以步態(tài)分析試驗(yàn)室的工作通常是由醫(yī)生和工科背景的步態(tài)分析人員組成的團(tuán)隊(duì)共同完成。當(dāng)然，醫(yī)生通過進(jìn)一步的相關(guān)學(xué)習(xí)單獨(dú)進(jìn)行步態(tài)分析并直接將結(jié)果用于臨床實(shí)踐的例子也很多。
隨著測(cè)量設(shè)備功能的進(jìn)一步完善和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以及人體生物力學(xué)模型的更加科學(xué)嚴(yán)密，未來融生物力學(xué)知識(shí)，人體解剖知識(shí)和各種病理知識(shí)為一體的專家?guī)煨蛯Ｓ门R床步態(tài)自動(dòng)分析軟件可能隨著步態(tài)分析的普及而誕生！
《世界康復(fù)工程與器械》 12 · 2014
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