腦卒中患者靜態平衡的足底壓力分析

林強，鄭煜欣，廖婉晨，羅志偉，黎婉穎，歐海寧,,4，梁俊杰,,3

1.廣州醫科大學附屬第五醫院，廣東廣州市 510700；2.廣州醫科大學，廣東廣州市 511436；3.廣州醫科大學康復實驗室，廣東廣州市 510700；4.廣州市加速康復腹部外科重點實驗室，廣東廣州市510700

腦卒中后平衡障礙是影響功能恢復的主要因素之一[1]，造成患者步行功能障礙、活動減少和社會參與減少[2-3]，對患者日常生活獨立程度及整體恢復有一定影響。平衡障礙影響站立、姿勢控制和步行的安全進行，因此，準確、定量評估平衡功能，研究平衡障礙的類型、程度和機制，有利于預防跌倒事件發生，提高康復療效。

現階段國內外常用傳統平衡功能評估手段為Berg平衡量表、Tinetti 評分、計時起立行走測試等；近年來，平衡訓練系統、測力臺、運動分析系統、足底壓力分析等測試儀器已用于平衡評估[4-10]。足底壓力分析能直觀地評估平衡調控時雙側下肢運動學和動力學參數的變化[11-13]，可用于多種臨床疾病平衡功能評估[14-20]，而國內足底壓力研究主要以步行狀態為主[21-23]，對于靜態平衡的研究暫未有相關報道。

本研究采用橫斷面研究方式，采集腦卒中患者的足底壓力運動學和動力學數據，并計算對稱性指數(symmetry index,SI)、對稱性角度(symmetry angle,SA)和Romberg 商(Romberg quotient,RQ)，分析視覺和下肢對稱性對平衡功能的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

招募2019年7月至12月于廣州醫科大學附屬第五醫院康復醫學科住院的腦卒中患者，診斷標準符合全國第四次腦血管病學術會議制訂的腦卒中診斷標準[24]，經顱腦CT或MRI證實。

納入標準：①腦卒中導致單側下肢功能障礙，且不使用助行器下可站立1 min 以上；②Brunnstrom 分期Ⅲ～Ⅴ期；③簡易精神狀態檢查(Mini-Mental State Examination,MMSE)≥10 分；④能配合完成試驗；⑤自愿簽署知情同意書。

排除標準：①嚴重失語；②病情不穩定；③并發嚴重心、肺、肝、腎等重要臟器疾病；④嚴重精神障礙疾病；⑤存在下肢疼痛、腰痛、下肢骨折既往史或糖尿病足等影響足底壓力測試情況；⑥存在耳鳴或頭暈癥狀，或并發前庭相關疾病。

剔除標準：①試驗過程中無法耐受；②試驗期間出現病情變化，影響試驗結果；③試驗數據采集不完成，未能有效分析。

最終招募腦卒中患者13 例，其中1 名部分數據缺失，予剔除，最終有效受試者12 例，其中腦出血4例，腦梗死8 例，均為幕上病變。同時招募正常年輕人30例為對照組，優勢側均為右側。兩組年齡、體質量和體質量指數均有顯著性差異(P＜0.001)。見表1。

本研究已通過廣州醫科大學附屬第五醫院倫理委員會審查(No.KY01-2019-06-20)。所有受試者自愿加入研究并簽署知情同意書。

1.2 足底壓力分析

1.2.1 測試前準備

房間準備：實驗室安靜，光線明亮，足底壓力分析測試板放置于距離空白墻壁約1.5 m 處，墻上外置“+”標示物。

設備準備：實驗設備為FreeMed 足底壓力分析測試板(SensorMedica，意大利)，傳感面積為1600×400 mm，傳感器密度為4/cm2，傳感器數量為25 600 個。足底壓力分析測試板中央粘貼站立足印標識，引導受試者站立于相同位置。

受試者準備：測試時赤腳，完全暴露踝關節；囑受試者在測力臺上適當活動，以適應測力臺硬度并減緩緊張情緒。

1.2.2 測試

受試者站立于測力臺中央標示位置，雙腳平放，雙手自然垂于身體兩側。待受試者站穩后，測試者按前、后、左、右4 個方向擺動受試者骨盆，使受試者雙腳壓力均勻分布。

采集睜眼狀態足底壓力數據：調整紅色“+”標示物位置，與受試者眼睛持平，指示受試者目視正前方1.5 m 處“+”，待受試者正常自然站穩后，開始記錄足底壓力數據10 s；

采集閉眼狀態足底壓力數據：指示受試者閉眼，經過5 s左右穩定期后，開始記錄足底壓力數據10 s。

試驗全程由一名治療師在背后防護，避免跌倒事件發生。

1.2.3 足底壓力數據處理

使用系統自帶Freestep 軟件對采集的數據進行處理，生成運動學參數、RQ、足底壓力參數(動力學參數SI 和SA)和足底壓力中心(center of pressure,CoP)[18,25-28]。

1.2.3.1 運動學參數

運動學參數包括球長度、橢圓面積、平均速度、平均X、平均Y、橢圓傾斜角、橢圓偏心角、最大擺動和最小擺動。平均X 和平均Y 分別代表左-右和前-后方向的運動軌跡。

1.2.3.2 RQ

X為運動學參數中球長度和橢圓面積[29-31]。

1.2.3.3 足底壓力參數

足底壓力參數包括動力學參數SI和SA[25,29]。動力學參數包括左右雙側下肢的最大壓強、平均壓強、面積、前足面積、后足面積、負荷、整體負荷、前足負荷和后足負荷。

Ⅴ為運動學和動力學參數。SI 接近0 時代表雙側肢體完全對稱。

SA接近0時代表雙側肢體完全對稱。

以上兩個公式中，V1在對照組中為非優勢側，在腦卒中組為患側；V2在對照組中為優勢側，在腦卒中組為健側。

1.2.3.4 CoP

根據平均X和平均Y進一步定位CoP[32]。

1.3 統計學分析

采用SPSS 22.0 進行統計分析，Graphpad 繪制數據結果圖。計量資料以(±s)表示，進行正態性檢驗，符合正態分布采用配對t檢驗，偏態分布采用Wilcoxon 秩和檢驗。組內比較以配對t檢驗或兩相關樣本Wilcoxon 秩和檢驗；組間比較采用兩獨立樣本t檢驗或Wilcoxon秩和檢驗。顯著性水平α=0.05。

表1 兩組一般資料比較

2 結果

2.1 運動學參數

與睜眼狀態比較，閉眼狀態下，對照組平均Y 明顯變大(P＜0.01)，最大擺動明顯增加(P＜0.01)；腦卒中組球長度明顯增加(P＜0.01)，平均速度增快(P＜0.05)，最大擺動增大(P＜0.05)。見表2。

與對照組比較，腦卒中組在睜、閉眼兩種狀態時均表現為橢圓面積顯著增大(P＜0.001)，平均X 增大(P＜0.05)，而在閉眼狀態時最大擺動明顯增大(P＜0.01)。見表2。

2.2 RQ

腦卒中組球長度RQ 明顯大于對照組(P＜0.01)。見表2。

2.3 足底壓力參數

兩組在睜眼和閉眼兩種狀態下所有參數SI比較均無顯著性差異(P＞0.05)。與對照組比較，腦卒中組在兩種狀態時均表現為負荷SI、整體負荷SI、前足負荷SI、面積SI和前足面積SI負值增加(P＜0.05)。見表3。

兩組在睜眼和閉眼兩種狀態下所有參數SA 比較均無顯著性差異(P＞0.05)。與對照組比較，腦卒中組在兩種狀態時均表現為負荷SA、整體負荷SA、前足負荷SA、面積SA、前足面積SA 增大(P＜0.05)，后足負荷SA 僅在睜眼時增大，后足面積SA 僅在閉眼時增大(P＜0.05)。見表4。

2.4 CoP分布散點圖

對照組在睜、閉眼兩種狀態下CoP 主要分布在Y軸的負值方向，而腦卒中組CoP 相對離散分布，在X軸上分布較對照組明顯。見圖1。

表2 兩組運動學參數比較

圖1 CoP分布散點圖

3 討論

平衡控制主要取決于視覺、前庭覺和本體感覺。視覺輸入、足底本體感覺輸入和下肢運動對平衡調控起關鍵作用[34]。已有大量研究證明下肢力量減少與平衡障礙和跌倒風險相關[18,35]。姿勢控制和視覺刺激也是跌倒事件的重要影響因子[4]。

在睜、閉眼試驗范式下，模擬視覺剝奪，發現正常人擺動幅度增大，而腦卒中患者除了擺動幅度增大外，擺動的速度和擺動范圍也明顯增大，說明正常人和腦卒中患者平衡調控需要視覺參與；對比正常人，腦卒中患者在睜、閉眼兩種狀態下橢圓面積變大，X軸活動(左-右)增加，說明視覺剝奪對中樞神經受損引起的平衡障礙影響更明顯。Rahimzadeh Khiabani 等[14]對腦卒中患者進行睜、閉眼下站立足底壓力分析，發現視覺剝奪時CoP 的擺動范圍和擺動速度均顯著增大，說明中樞受損引起的平衡功能障礙在閉眼狀態下平衡控制更差，也提示視覺系統在腦卒中患者的平衡控制中起重要作用，與本研究結果基本一致。Giagazoglou 等[35]對正常人和盲人睜、閉眼站立進行足底壓力分析，發現盲人在X 軸和Y 軸上的平衡控制能力都較正常人差，而正常人在視覺剝奪狀態下CoP 擺動明顯增加，說明視力是姿勢控制的關鍵因素，可能比下肢力量更重要。

RQ 是與視覺依賴性相關的指數，RQ 與姿勢控制的視覺依賴呈正相關[18,26]。在閉眼狀態時擺動幅度增大，腦卒中患者的橢圓面積RQ 也比正常人高，提示受損的神經中樞對于視覺依賴可能更明顯。Kalron[26]采集多發性硬化后平衡障礙患者的睜、閉眼足底壓力分析并調查他們的跌倒事件，發現橢圓面積RQ 高的患者出現跌倒事件更多，表明橢圓面積RQ 可以作為跌倒事件發生的預測因子。對于RQ 異常患者需加強日常生活期間防跌倒宣教、環境改造和應對措施。

表3 兩組足底壓力參數SI比較

表4 兩組足底壓力參數SA比較

本研究中采用的動力學參數主要為足底負荷和足底接觸面積，由于研究所納入的腦卒中患者均為單側偏癱，使用SI、SA 公式處理原始數據，消除個體化差異同時把健側和患側下肢數據合并為對稱性系數SI和SA。本研究中發現，睜眼和閉眼兩種狀態之間足底壓力動力學參數的SI 和SA 均無差異，說明視覺剝奪對于雙側足底的負荷和面積沒有明顯影響，并非通過調整足底負重或接觸面積而調控平衡。原因可能為：①在正常人和腦卒中患者的睜、閉眼站立平衡評估中，足底壓力分析的動力學參數不如運動學參數敏感；②腦卒中患者樣本量較小。

本研究顯示，兩組被試在睜、閉眼兩種狀態下站立的SI 和SA 均未有差異，表明視覺剝奪并不改變雙下肢偏側化狀態；而組間比較時，腦卒中患者的SI、SA 呈現明顯偏側化，主要體現在負荷和面積分布相關參數，由于入組患者均為單側偏癱，研究結果與腦卒中后單側偏癱表現吻合，說明足底壓力分析可通過SI、SA的計算準確評估腦卒中患者站立狀態時下肢的對稱性，負荷和面積參數對于腦卒中后偏癱化臨床表現敏感。根據本研究結果所述，視覺剝奪對于平衡維持的運動學指標敏感，但對于SI、SA 不敏感，說明腦卒中患者并非通過調控雙側下肢負重或足底接觸面積達到調整平衡功能的目的。結合散點圖結果，提示腦卒中患者CoP 在X 軸分布較正常人明顯，說明腦卒中患者在站立位時以一側負重為主，可應用于臨床中采用重心轉移相關訓練的依據和評估。Portnoy等[36]發現，CoP 在X 軸(左-右)的運動軌跡比Y 軸(前-后)能更好預測跌倒事件，且研究結果表明壓力分析可應用于臨床平衡評估。

綜上所述，腦卒中偏癱患者平衡控制對視覺有一定依賴性；CoP、足底負荷和面積參數對于腦卒中后偏癱化評估敏感；足底壓力分析系統可對腦卒中患者的平衡功能進行有效、客觀評估，且簡單易行，易于推廣。下一步可進行加強視覺反饋對平衡功能的縱向研究。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。