老年正常壓力腦積水患者與腦卒中患者三維步態參數的差異性研究

李勇，方旭昊，毛仁玲，張杰，段林茹，曲冰，鄭潔皎

1.復旦大學附屬華東醫院康復醫學科，上海200040；2.復旦大學附屬華東醫院神經外科，上海200040

老年正常壓力腦積水患者與腦卒中患者三維步態參數的差異性研究

李勇1，方旭昊2，毛仁玲2，張杰1，段林茹1，曲冰1，鄭潔皎1

1.復旦大學附屬華東醫院康復醫學科，上海200040；2.復旦大學附屬華東醫院神經外科，上海200040

目的通過三維運動采集與分析系統對老年正常壓力腦積水患者和腦卒中后偏癱患者步態參數差異性進行研究。方法選取9例老年正常壓力腦積水患者和8例腦卒中后偏癱患者進行三維步態數據采集,并分析對比2種步態的差異。結果相對于腦卒中患者，正常壓力腦積水患者表現出更小的步幅（<0.05）且步態周期總時間、支撐相時間、擺動相時間均減小（<0.05）；運動學參數中髖關節最大伸展角度、最大外展角度以及髖關節矢狀面活動范圍均減小（<0.05），正常壓力腦積水患者觸地瞬間膝關節屈角小于腦卒中患者（<0.05），而膝關節最大外翻角度、最大外旋角度以及冠狀面活動范圍均大于腦卒中患者（<0.05）。動力學參數中腦卒中患者表現出更大的垂直力峰值（<0.05）和膝關節外翻力矩峰值（<0.05），而踝關節跖屈力矩峰值、內翻力矩峰值小于正常壓力腦積水患者（<0.05）。結論正常壓力腦積水患者與腦卒中患者三維步態參數的差異性主要體現在時空參數，髖、膝關節的運動學參數和踝關節動力學參數。相對于腦卒中患者，正常壓力腦積水患者步態異常的雙側性、時空參數的異常以及踝關節力矩的差異可能是其失衡跌倒發生率較高的原因。

正常壓力腦積水；腦卒中；三維步態參數差異性

大腦在人體姿勢控制中起主要作用，任何腦部損傷或疾病都會直接影響姿勢控制和肢體功能。正常壓力腦積水是由多種原因所致的臨床綜合征，步態異常、認知障礙和尿失禁是其三聯征。正常壓力腦積水在老年人中發病率較高，且早期不易被發現。相對于腦外傷、腦出血等腦部疾病，老年正常壓力腦積水患者的失衡跌倒率較高。步態異常是正常壓力腦積水的首發癥狀，有研究[1]指出50%以上的腦卒中患者存在不同程度的運動功能障礙，而步態異常也可能是造成2種疾病患者失衡跌倒的重要原因之一。目前對正常壓力腦積水患者步態障礙的研究大部分集中在發生機制上，而缺乏對于異常步態影響姿勢控制致失衡跌倒的研究，且研究多集中在正常人與患者的步態差異，而缺乏不同疾病患者步態異常的差異性研究。本研究旨在對正常壓力腦積水患者以及腦卒中患者進行異常步態的三維定量評價，一方面為正常壓力腦積水的發現與診斷提供依據，另一方面比較正常壓力腦積水患者與腦卒中患者步態的差異性，進而為其失衡跌倒發生機制提供一定的參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2017年1月—2017年7月復旦大學附屬華東醫院收治的老年正常壓力腦積水患者9例（實驗組一）以及腦卒中后偏癱患者8例（實驗組二）。實驗組一：男性8例，女性1例，年齡60～85歲，平均（70.8±8.3）歲，優勢側均為右側；實驗組二：男性6例（其中2例左側為患側），女性2例（其中1例左側為患側），年齡62～71歲，平均（65.9±3.2）歲。2組患者年齡、性別等基本資料無統計學差異（>0.05），具有可比性。

1.2 納入標準 實驗組一：（1）患者頭顱MRI顯示腦室擴大，且Evans比率>30%，未進行任何外科手術；（2）能獨立行走10 m以上，且無其他影響步態的神經系統及骨科疾病；（3）患者及家屬知情同意。實驗組二：（1）符合全國第四屆腦血管病會議所設定卒中標準[2]，首次發病，病程<30 d，且大腦半球病變；（2）可獨立行走10 m以上，生活自理；（3）近兩年無外科手術史；（4）簡易精神狀態檢查（MMSE）>22分；（5）患者及家屬知情同意。

1.3 排除標準 （1）血壓不穩定或存在明顯的高/低血壓者；（2）存在全身性疾病者（心、肺、腎、肝等疾病）；（3）腦部病變前存在肢體障礙者；（4）存在認知障礙者。

1.4 實驗方法 利用Qualisys三維運動采集與分析系統對患者進行步態數據采集。（1）調試實驗儀器，記錄患者基本信息，同時告知患者動作要求，使其熟練掌握，指導患者更換衣物，著運動緊身背心進行三維步態數據的采集；（2）專業人員為受試者粘貼Marker點，Marker點粘貼位置為受試者全身的主要骨性標志點以及身體環節跟蹤點；（3）Marker點粘貼完畢后，患者進行適應性訓練，適應之后患者以自己最舒適行走姿勢裸足沿著采集系統（內含地板平面相同高度的2塊三維測力臺）中央8m長的步行通道步行，正常擺臂走路，患者步行時連續的2步落在測力臺上即為有效數據；（4）采集患者10次完整有效的數據，實驗數據備份，整理實驗儀器，實驗結束。

1.5 數據采集與分析 實驗過程中的運動學數據利用三維紅外運動捕捉與分析系統（采樣頻率100Hz）采集粘貼于實驗受試者骨性標志處的Marker點的三維坐標得到。動力學數據是利用三維測力臺（采樣頻率1 500 Hz）實時采集地面反作用力，利用相關軟件根據標準逆向動力學計算得到。二者同步采集。

關節角度定義：身體遠端環節相對于近端環節旋轉的歐拉角，關節力矩均為關節內力矩。關節角度方向定義：（1）矢狀面：髖關節屈為正（伸為負）、膝關節伸為負（屈為正）、踝關節跖屈為負（背屈為正）；（2）冠狀面：髖關節外展為負（內收為正）、膝關節外翻為負（內翻為正）、踝關節外翻為負（內翻為正）。關節力矩的方向定義：（1）矢狀面：髖關節伸為負（屈為正）膝關節伸為正（屈為負）、踝關節背屈為正（跖屈為負）；（2）冠狀面：髖關節外展為負（內收為正）、膝關節外翻為負（內翻為正）、踝關節外翻為負（內翻為正）。

力值用體重（body weight，BW）標準化，力矩用身體質量（bodymass，BM）標準化，時間標準化區間即完整步態周期為足跟著地到足跟再次著地。選取的數據為正常壓力腦積水患者優勢側以及腦卒中后偏癱患者患側。

1.6 統計學分析 采用Excel2013和SPSS21.0軟件進行研究數據的整理與統計學分析，數據進行正態分布檢驗，符合正態分布的數據以均數±標準差（±s）表示，采用獨立樣本 檢驗；不符合正態分布的數據以[Me（P25，P75）]表示，采用非參數檢驗，<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 2組患者步態的時空參數比較2組患者完整步態周期的時空參數結果顯示步幅、步態周期中的支撐相時間和擺動相時間差異有統計學意義(<0.05）。見表1。

2.2 2組患者步態的運動學參數比較2組患者完整步態周期的運動學參數結果顯示髖關節最大伸展角度、最大外展角度以及髖關節矢狀面活動范圍差異有統計學意義（<0.05）。見表2。膝關節觸地瞬間角度、最大外翻角度、最大外旋角度以及冠狀面活動范圍差異有統計學意義（<0.05）。見表3。2組患者踝關節運動學有差異但無統計學意義。見表4。

表1 完整步態周期的時空參數結果

表2 完整步態周期髖關節運動學結果

表3 完整步態周期膝關節運動學結果

表4 完整步態周期踝關節運動學結果

2.3 2組患者步態的動力學參數比較2組患者完整步態周期的動力學參數結果顯示步態周期支撐相垂直力峰值、膝關節外翻力矩峰值、踝關節跖屈力矩峰值、踝關節內翻力矩峰值差異有統計學意義（<0.05）。見表5。

表5 完整步態周期動力學結果

3 討論

步行是人類最基本的運動功能之一，也是日常生活的重要基礎。步態是步行的行為特征，在一定程度上能反應大腦的神經調控以及肌骨系統的狀態。而步態分析是利用先進的手段以及力學原理結合解剖、生理等知識對人體步行狀態進行分析。三維運動捕捉技術的發展為步態分析提供了更科學的手段。在國外三維步態分析運用于臨床運動評價中，進行異常步態的分析、確定康復方案、指導康復、手術方案確定以及規范矯形器的使用[3-5]。步態異常是正常壓力腦積水患者的明顯特征，但是其異常的原因尚不明確，有研究指出腦脊液的沖擊[6]與額葉功能的異常[7]可能是其主要原因。有學者對正常壓力腦積水患者與正常人步態進行對比[8-9]，結果顯示患者步幅、步速和步高降低，在本研究中也得到相似的結果。

正常壓力腦積水與腦卒中后偏癱患者均有步態異常，但步態異常的機制以及特點存在較大差異。本研究的結果顯示正常壓力腦積水患者的步態周期支撐相時間以及擺動相時間均減少，這可能與偏癱患者的健側代償機制[10]有一定關系。腦卒中后偏癱患者由于健側肢體的運動功能基本正常可以代償患側的一部分功能，而正常壓力腦積水患者的步態為雙側異常，步態異常的雙側性可能會增加患者失衡跌倒的發生。本研究結果表明正常壓力腦積水患者的步幅減小，同時步速也出現一定程度的減緩，而質心在冠狀面的位移實驗組一（0.09±0.02）與實驗組二（0.10±0.02）相差不大，說明如果在相同步幅、步速的條件下，正常壓力腦積水患者可能會表現出更大的質心冠狀面位移，即其步態穩定性下降，比偏癱患者更容易造成失衡跌倒。

三維步態分析不僅能描述異常步態的時空參數，還可以獲得運動學參數，并且配合三維測力臺獲得動力學參數。通過對2種異常步態的運動學數據分析，正常壓力腦積水患者與腦卒中后偏癱患者完整步態周期的髖關節、膝關節活動存在差異。正常壓力腦積水患者髖關節矢狀面、冠狀面活動范圍均較小，而偏癱患者外展角度較大，這與偏癱患者髖膝功能障礙有密切關系。在步態周期的觸地瞬間，偏癱患者膝關節屈角大于正常壓力腦積水患者，而在冠狀面正常壓力腦積水患者的最大外翻角度大于偏癱患者，且最大外旋角度也大于偏癱患者，由于偏癱患者患側肌肉痙攣等因素，在完整步態周期中不僅矢狀面活動受限，冠狀面以及水平面活動也受到一定限制。而在踝關節，正常壓力腦積水患者與偏癱患者并沒有顯著的差異，但是患者的踝關節力矩卻表現出不同。雖然偏癱患者的垂直力峰值高于正常壓力腦積水患者，但是正常壓力腦積水患者踝關節的跖屈力矩峰值和內翻力矩峰值均高于偏癱患者，這可能與正常壓力腦積水患者維持身體平衡的踝策略有一定的關系。為了維持身體平衡需要更大的關節力矩，從踝關節力矩的差異性也表現出正常壓力腦積水患者的步態穩定性更差，更容易出現跌倒風險。

綜上所述，正常壓力腦積水患者與腦卒中患者三維步態參數的差異性主要體現在時空參數，髖、膝關節的運動學參數及踝關節動力學參數，正常壓力腦積水患者步態異常的雙側性、時空參數的異常以及踝關節力矩的差異可能是其失衡跌倒發生率較高的原因。鑒于本研究的發現，對于老年正常壓力腦積水患者應介入早期的、雙側的康復治療干預，加強雙側平衡訓練以及認知功能訓練并及時糾正異常步態，減少跌倒的發生率，最大程度提高運動功能并改善生活質量。

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Differenceof 3-dimensionalGaitParametersbetween the Elderly Patientsw ith Normal Pressure Hydrocephalusand the Patientsw ith Hemiplegiaafter Stroke

LiYong1,Fang Xuhao2,Mao Renling2,Zhang Jie1,Duan Linru1,Qu Bing1,Zheng Jiejiao1*
1.DepartmentofRehabilitationMedicine;2.DepartmentofNeurosurgery;Huadong HospitalA ffiliated to Fudan University,Shanghai, 200040,P.R.China

Objective To study the difference in gaitparametersbetween the elderly patientsw ith normal pressure hydrocephalusand the patientsw ith hem iplegiaafterstrokeby 3-dimensionalmotion analysissystem.Methods 3-dimensionalgait data of 9 elderly patientsw ith normalpressure hydrocephalusand 8 patientsw ith hem iplegia after strokewere collected and the differencebetween the2 gaitswasanalyzed.Results Compared w ith the stroke patients,the patientsw ith normalpressurehydrocephalusshowed smallerstride(<0.05)and decreased totalgaitcycle time,supportphase,sw ing phase time(<0.05); themaximalextension angle of the hip joint,themaximum abduction angle and the sagittal ROM of hip reduced significantly (<0.05);thekneeanglesof initialcontactreduced significantly(<0.05)while themaximum abduction angleofkneeand the maximum external rotationangleofkneeand the frontalROM ofknee increased significantly(<0.05);in dynam ic parameters, the patientsw ith stroke showed greater vertical force peak(<0.05)and the peak value of the abduction of the knee joint (<0.05);thepeak valueof theplantar flexion torquesand thepeak valueof thevarus torquesweresignificantly lower than those of theelderly patientsw ithnormalpressurehydrocephalus(<0.05).Conclusions Differencesof three-dimensionalgaitanalysis between elderly patientsw ith normalpressure hydrocephalusand patientsw ith hemiplegiaafter strokemainly existin temporalspatialparametersand kinematicparametersof thehip and kneewhilein kineticparameters,forpatientsw ith stroke,thebilateral gaitabnormity,abnormity of temporal-spatialparametersand thedifferenceofankle jointtorquemay be thecause for imbalances and high occurrence of fall.

normalpressure hydrocephalus;stroke;3-dimensionalgaitparameter difference

2017-06-21）

（本文編輯：鄧春光）

上海市衛生系統重要薄弱學科（康復醫學）（2015ZB0402）；上海申康醫院發展中心上海市市級醫院新興前沿技術聯合攻關項目（SHDCI2014126）

鄭潔皎，電子信箱：zjjcss@163.com

*Corresponding author：Zheng Jiejiao,E-mail：zjjcss@163.com