三維步態(tài)分析比較健康大學(xué)生與下肢運(yùn)動損傷大學(xué)生步態(tài)特征的差異

劉會平 何俊 李佳

【摘要】? 目的? ? 應(yīng)用三維步態(tài)分析系統(tǒng)比較健康大學(xué)生和下肢運(yùn)動損傷大學(xué)生步行時步態(tài)特征的差異，為下肢運(yùn)動損傷大學(xué)生的康復(fù)或預(yù)康復(fù)提供相關(guān)科學(xué)依據(jù)。方法? ? 選取2019年10月—2020年4月期間因運(yùn)動損傷后下肢功能障礙的大學(xué)生30例為研究組，健康大學(xué)生30例為對照組，采用三維步態(tài)分析系統(tǒng)對2組受試者分別行三維步態(tài)檢測。結(jié)果? ? 研究組步長、步頻、步速、雙足支撐時間小于對照組（P<0.05），步行周期長于對照組（P<0.05）；研究組足跟觸地期屈膝角度大于對照組（P<0.05），承重反應(yīng)期最大屈膝角度、支撐相中期最大伸膝角度、擺動相最大屈膝角度小于對照組（P<0.05）；研究組患側(cè)矢狀面和冠狀面踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)運(yùn)動幅度均小于對照組，其中踝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角幅值，膝關(guān)節(jié)矢狀面轉(zhuǎn)角幅值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），膝關(guān)節(jié)冠狀面轉(zhuǎn)角幅值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。結(jié)論? ? 三維步態(tài)分析系統(tǒng)用于下肢運(yùn)動損傷患者的臨床診斷、康復(fù)治療及療效評價具有客觀、量化的特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣泛。

【關(guān)鍵詞】? 運(yùn)動損傷；三維步態(tài)分析系統(tǒng)；步態(tài)分析；時空參數(shù)；運(yùn)動學(xué)參數(shù)

Comparison of gait characteristics between healthy college students and college students with lower limb movement injury using three-dimensional gait analysis

Liu Huiping 1，He Jun 2，Li Jia 2. 1 The College of Sports and Health Management of Changzhou Vocational Institute of Engineering，Changzhou，Jiangsu? 213160; 2 The Dean Hospital，Changzhou，Jiangsu? 213100

【Abstract】? Objective? ? The three-dimensional gait analysis system was used to compare the difference of gait characteristics between healthy college students and college students with lower limb movement injury，and to provide relevant scientific basis for the rehabilitation or pre-rehabilitation of college students with lower limb movement injury.Methods? ? 30 college students with lower limb movement injury were selected as the study group from October 2019 to April 2020，and another 30 healthy college students were recruited as the control group．Results? ? Compared with the normal control group，step length，step frequency，step speed and foot support time in sports injury group were less than those in healthy group（P<0.05）.The walking cycle was longer than that of healthy group（P<0.05）.The knee bend angle of the sports injury group was higher than that of the healthy group（P<0.05）.The maximum knee bend angle，the maximum knee extension angle and the maximum knee bend angle in the middle support phase were lower than those in the healthy control group（P<0.05）.The motion amplitude of ankle joint，knee joint and hip joint decreased in the two groups in sagittal plane and coronal plane，and the amplitude of angle of ankle joint and hip joint decreased，the difference was statistically significant（P<0.05）.The coronal angle amplitude decreased，and the difference was not statistically significant（P>0.05）.Conclusion? ? The three-dimensional gait analysis system is an objective and quantitative evaluation system for the clinical diagnosis，rehabilitation and efficacy evaluation of the patients with lower limb movement injury，and has a wide application prospect.

【Key Words】? Sports injury；Three-dimensional gait analysis system；Gait analysis；Spatio-temporal parameters；Kinematic parameter

中圖分類號：R493? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? 文章編號：1672-1721（2023）07-0001-04

DOI：10.19435/j.1672-1721.2023.07.001

隨著“健康中國”戰(zhàn)略的大力度推進(jìn)，“健康”成了全國人民最關(guān)注的話題之一。在全民健身的時代背景下，尤其當(dāng)今大學(xué)生群體，除了注重知識的積累，越來越重視身體素質(zhì)的增強(qiáng)，體育鍛煉成了大學(xué)生課余生活中非常重要的部分，參加的項(xiàng)目、形式也逐漸多樣化。但在進(jìn)行體育活動過程中引發(fā)的運(yùn)動損傷呈高發(fā)態(tài)勢。運(yùn)動損傷是指體育運(yùn)動過程中發(fā)生的機(jī)體器官或組織解剖結(jié)構(gòu)破壞或生理功能紊亂。在一項(xiàng)調(diào)查鄭州市600名大學(xué)生運(yùn)動損傷情況的報告中，發(fā)生率為32.8%[1]，男生發(fā)生率顯著高于女生，尤其高發(fā)于球類運(yùn)動中。從運(yùn)動損傷的部位來看，損傷比例較高的是踝關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)[2]。陳咸等[3]在一項(xiàng)關(guān)于高校大學(xué)生的運(yùn)動損傷調(diào)查問卷中發(fā)現(xiàn)，發(fā)生率高達(dá)40.58%，平均每人受傷0.57次，受傷部位頻率較高的依次為踝關(guān)節(jié)（23.92%）、膝關(guān)節(jié)（18.10%）。探究其原因，主要與下肢解剖結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要承受全身重量及運(yùn)動量，以及當(dāng)代大學(xué)生缺乏體育鍛煉，運(yùn)動不當(dāng)，下肢力量明顯不足等因素有關(guān)。一般下肢關(guān)節(jié)受傷情況大多是通過受傷者主觀描述，或者受傷關(guān)節(jié)影像學(xué)檢查和臨床相關(guān)量表評分等來評估其功能[4]。為了更準(zhǔn)確、客觀地量化大學(xué)生下肢關(guān)節(jié)受傷情況，臨床引入了三維步態(tài)分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要用來研究步行規(guī)律，以及分析步態(tài)異常的環(huán)節(jié)及影響因素，從而進(jìn)一步指導(dǎo)調(diào)整康復(fù)治療方案[5]，逐步成為運(yùn)動損傷康復(fù)和神經(jīng)性疾病康復(fù)的重要評估方法[6]。本研究選取常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院2019年10月—2020年4月期間因運(yùn)動損傷后下肢功能障礙的大學(xué)生30例為研究組，健康大學(xué)生30例為對照組，通過對比2組行走時的時空、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)參數(shù)，進(jìn)一步指導(dǎo)制定康復(fù)治療方案，報告如下。

1? ? 資料與方法

1.1? ? 一般資料? ? 共納入60例受試者，研究組30例，其中男21例，女9例；膝關(guān)節(jié)損傷14例，踝關(guān)節(jié)損傷16例。對照組30例，其中男19例，女11例。2組受試者基線資料差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），具有可比性，見表1。

1.2? ? 納入標(biāo)準(zhǔn)? ? （1）年齡18～25周歲；（2）研究組運(yùn)動損傷后存在膝關(guān)節(jié)或踝關(guān)節(jié)損傷，能夠獨(dú)立完成三維步態(tài)分析檢測；（3）受試者自愿參加此次測試，簽署知情同意書；（4）本研究項(xiàng)目已經(jīng)醫(yī)學(xué)倫理委員會備案。

1.3? ? 排除標(biāo)準(zhǔn)? ? （1）既往存在可能引起步態(tài)異常的骨骼肌肉疾病，功能障礙者或既往下肢骨折；（2）存在嚴(yán)重的其他系統(tǒng)疾病者，如惡性腫瘤、嚴(yán)重感染等；（3）長期規(guī)律的中、高強(qiáng)度有氧運(yùn)動（過去1年運(yùn)動≥3次/周，≥150 min/周）；（4）身體結(jié)構(gòu)存在明顯異常者（如X、O形腿，足弓異常等 ）；（5）對醫(yī)用膠布及醫(yī)用酒精過敏者。

1.4? ? 退出和終止標(biāo)準(zhǔn)? ? 受試者研究期間提出退出要求。

1.5? ? 方法

1.5.1? ? 測試儀器及原理? ? 意大利TecnoBody Walker-view，運(yùn)用抗干擾高速紅外攝像系統(tǒng)，實(shí)時捕捉步行機(jī)奔跑中全身關(guān)節(jié)的角度變化情況，包括：軀干屈伸及側(cè)彎，髖關(guān)節(jié)，膝關(guān)節(jié)及踝關(guān)節(jié)等，同時在額狀面、矢狀面及水平面內(nèi)監(jiān)測，并可進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)整體觀察。同步大型靈敏壓力感應(yīng)跑臺，實(shí)時記錄身體壓力中心變化，步長，步寬，觸地時間及負(fù)重對稱性等基本步態(tài)分析數(shù)據(jù)。將動作及步態(tài)數(shù)據(jù)整合分析，通過前方47英寸屏幕實(shí)時反饋給使用者，包括關(guān)節(jié)活動角度（全生理范圍，左右對比），代償情況（肩部對稱性，脊柱彎曲以及骨盆對稱性），步態(tài)等數(shù)據(jù)，指導(dǎo)訓(xùn)練及改進(jìn)。一體化設(shè)計(jì)，主要操作于15英寸觸摸面板進(jìn)行，跑臺扶手兩側(cè)另增設(shè)速度及坡度實(shí)體按鈕，方便調(diào)節(jié)。

1.5.2? ? 測試方法? ? 受試者均由同一位康復(fù)治療師采集三維步態(tài)分析數(shù)據(jù)。開機(jī)后站在跑臺上，將緊急開關(guān)的夾子夾在衣服上，點(diǎn)擊“快速開始”按鈕，逐漸增加至適合的速度，待受試者熟悉后，記下速度值S后停止；點(diǎn)擊“步態(tài)分析”按鈕，速度設(shè)置為S，測試時間為30 s，完成后保存結(jié)果。測試結(jié)果包括：雙側(cè)平均步長、步行時雙側(cè)髖、膝關(guān)節(jié)的最大屈曲角度等。各進(jìn)行3次有效測試，測力臺截取左右足各一個周期分析，計(jì)算3次取均值作為該組數(shù)據(jù)。

1.6? ? 觀察指標(biāo)? ? 時間，空間指標(biāo)（步頻、步長、步速、步行周期、雙足支撐時間等），動力學(xué)指標(biāo)（足跟觸地期屈膝角度、承重反應(yīng)期最大屈膝角度、支撐相中期最大伸膝角度、擺動相最大屈膝角度），患側(cè)髖、膝、踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角幅值。

1.7? ? 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法? ? 應(yīng)用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示，行t檢驗(yàn)，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2? ? 結(jié)果

2.1? ? 2組受試者時間-空間參數(shù)指標(biāo)比較? ? 研究組步長、步頻、步速、雙足支撐時間小于對照組，步行周期長于健康組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），見表2、圖1。

2.2? ? 2組受試者運(yùn)動學(xué)參數(shù)指標(biāo)比較? ? 研究組足跟觸地期屈膝角度大于對照組，承重反應(yīng)期最大屈膝角度、支撐相中期最大伸膝角度、擺動相最大屈膝角度小于對照組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），見表3、圖2。

2.3? ? 2組受試者患側(cè)髖、膝、踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角幅值比較? ? 研究組患側(cè)矢狀面和冠狀面踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)運(yùn)動幅度均小于對照組，其中踝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角幅值，膝關(guān)節(jié)矢狀面轉(zhuǎn)角幅值，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），膝關(guān)節(jié)冠狀面轉(zhuǎn)角幅值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），見表4。

3? ? 討論

隨著人體生物工程學(xué)、電子信息學(xué)的飛速發(fā)展，在國外關(guān)于三維步態(tài)分析系統(tǒng)的研究已日趨成熟。其可以幫助臨床診療、分析運(yùn)動損傷，評估損傷嚴(yán)重程度，制定康復(fù)方案，評價療效及優(yōu)化治療方案，還可用于體育科學(xué)等諸多領(lǐng)域。其由肌電遙測系統(tǒng)、三維光電跟蹤系統(tǒng)、足底壓力采集測量系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)組成[7]，通過對步態(tài)內(nèi)容中時間空間參數(shù)、運(yùn)動學(xué)參數(shù)、動力學(xué)參數(shù)、肌電活動參數(shù)、能量消耗參數(shù)等進(jìn)行綜合、客觀、定量地評估，總結(jié)步態(tài)規(guī)律，可以早期明確損傷的發(fā)生及進(jìn)展程度，盡早采取相應(yīng)的干預(yù)及治療措施，制定康復(fù)方案，避免誘發(fā)創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎，改善運(yùn)動損傷患者的遠(yuǎn)期預(yù)后[8]。

在本次研究中發(fā)現(xiàn)，下肢運(yùn)動損傷與步態(tài)異常存在密切關(guān)系，下肢運(yùn)動損傷者步頻、步幅、步長、步速、雙足支撐相時間均小于健康對照組，而步行周期長于健康對照組（P<0.05）。時間空間參數(shù)是在受試者行走時評估下肢運(yùn)動功能的指標(biāo)，在步態(tài)時間空間參數(shù)中，機(jī)體步行的效率主要與步長和步速這兩個參數(shù)有關(guān)，步頻可以看出受試者步行的節(jié)奏及身體穩(wěn)定性，平衡能力主要取決于雙足支撐期時間和跛行指數(shù)，故下肢運(yùn)動損傷者主要表現(xiàn)為步長變小，步速減慢，雙足支撐期時間縮短，即“疼痛步態(tài)”[9]。其實(shí)就是通過減少踝、膝關(guān)節(jié)運(yùn)動的方式，減少關(guān)節(jié)內(nèi)壓力和沖擊力，避免關(guān)節(jié)疼痛的一種自我保護(hù)機(jī)制[10]。運(yùn)動學(xué)參數(shù)主要是在站立位，通過屈伸下肢關(guān)節(jié)來檢測的相關(guān)指標(biāo)。本研究結(jié)果顯示，運(yùn)動損傷者和健康受試者相比，足跟觸地期屈膝角度、承重反應(yīng)期最大屈膝角度、支撐相中期最大伸膝角度、擺動相最大屈膝角度均存在一定程度下降（P<0.05）。研究組患側(cè)矢狀面和冠狀面踝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角幅值，膝關(guān)節(jié)矢狀面轉(zhuǎn)角幅值較健康受試者減小（P<0.05）。人類的步行運(yùn)動包括髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)及脊柱，可以看做是一條動作鏈，當(dāng)人體下肢發(fā)生運(yùn)動損傷后，為了避免疼痛機(jī)體會本能地對其步行狀態(tài)進(jìn)行微調(diào)整，即：通過下肢其他運(yùn)動關(guān)節(jié)活動進(jìn)行代償，比如當(dāng)髖、踝關(guān)節(jié)運(yùn)動幅度減小時，一般可能通過膝關(guān)節(jié)代償，步幅縮短。因此，與對照組相比，運(yùn)動損傷組膝關(guān)節(jié)冠狀面轉(zhuǎn)角幅值無明顯差異（P>0.05）。有研究發(fā)現(xiàn)[11]，踝關(guān)節(jié)外側(cè)副韌帶損傷時患者踝關(guān)節(jié)多呈跖屈位，考慮可能為失去韌帶支持重力作用所致，也可能通過跖屈增加踝穴空間，來減輕壓力引起的疼痛。國外一項(xiàng)研究[12]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)踝關(guān)節(jié)損傷時，患者通常通過減少髖關(guān)節(jié)活動范圍、縮短步長、維持踝關(guān)節(jié)輕度跖屈位等途徑來減輕踝關(guān)節(jié)疼痛，但是久而久之，包括健康關(guān)節(jié)在內(nèi)的其他關(guān)節(jié)也可能會出現(xiàn)病理變化。膝關(guān)節(jié)作為機(jī)體下肢運(yùn)動與負(fù)重支持力學(xué)系統(tǒng)中的重要關(guān)節(jié)，一旦受累，可能累及髖關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)或脊柱的穩(wěn)定性。因此當(dāng)膝關(guān)節(jié)周圍肌力減退，屈伸角度不夠時，跌倒風(fēng)險顯著增加。

本研究尚存在不足之處，納入的樣本量較少，導(dǎo)致臨床結(jié)果不夠客觀全面。在今后的臨床工作中期待建立更廣泛的步態(tài)數(shù)據(jù)，并且以此為依據(jù)，建立更加完整、科學(xué)的康復(fù)及預(yù)康復(fù)體系。

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（收稿日期：2022-12-10）