脊髓损伤恒河猴后肢三维步态数据处理软件包的设计和实现

目的基于Matlab建立一套可用于脊髓损伤非人灵长类恒河猴的三维步态数据处理的软件包,实现原始数据读入、步态周期自动划分、多种步态参数计算和绘图等功能。方法使用Vicon系统对健康及脊髓损伤后6周的恒河猴后肢三维步态数据进行采集,获取双后肢连续步进的运动学数据。基于Matlab开发三维步态数据处理软件,进行步态周期划分及140种步态参数计算。结果该软件包成功读取恒河猴的原始三维步态数据,完成对正常与异常(脊髓损伤后)后肢步态周期的自动划分,报告并生成相应的曲线图。结论本研究建立的软件包扩展了Vicon数据的通用性,实现步态周期的自动划分及良好的人机交互,计算多种步态参数并实现结果的可视化。     

脊髓损伤恒河猴下肢残留跨步能力的评估

目的 观察评估脊髓损伤后恒河猴的下肢残留跨步能力。方法 成年雌性恒河猴4只,胸椎T_7-9右半侧切除脊髓组织1 cm。分别在脊髓损伤前、脊髓损伤后6周和12周,采用VICON系统进行双下肢步态测试,获取动物在跑步机上连续跨步中的双下肢步态周期时长,步长、步高、膝/踝关节角度幅值以及联动参数比值,并量化分析。结果 脊髓损伤后,恒河猴双下肢的协调性破坏,右下肢明显拖拽;左下肢步态周期时长显著增加(P < 0.001),膝/踝关节角度屈曲/伸展的幅值均显著增大( P < 0.001)。联动参数比值在脊髓损伤前后均无显著性差异( P > 0.05)。左下肢步态周期时长与步长( r= 0.838, P = 0.001)、步高(r= 0.726, P = 0.007)和踝关节角度变化幅值(r= 0.766, P = 0.004)均相关,踝关节角度变化幅值与步长呈正相关(r= 0.627, P = 0.029)。结论 脊髓损伤后恒河猴健侧肢体步态模式发生改变。健侧下肢代偿性调整运动策略,以适应患侧下肢功能的缺失。     

减重步行训练机器人步态规划方法的研究

目的:探讨减重步行训练机器人的步态规划方法。方法:设计了3组健康人步态分析实验,包括步长不变、改变步频行走实验、步频不变、改变步长行走实验和电动跑步机与平地行走对比实验,并对7名健康实验者的步态轨迹数据进行对比分析。结果:将髋膝关节角度曲线对步态周期进行归一化处理后,通过对比分析得出如下规律:步长不变、改变步频时步态轨迹不发生改变;步频不变、增大步长时步态轨迹中髋膝关节角度曲线随之呈非线性增大;电动跑步机与平地行走时步态轨迹基本相同,可用平地步态轨迹对减重步行训练机器人进行步态规划。结论:可以利用一组标准参考步态轨迹来进行减重步行机器人的步态规划,通过改变有关参数来产生不同步频和步长的运动轨迹,从而满足康复训练的要求。     

青少年特发性脊柱侧凸患者步态运动学及足底压力特征分析

目的 探讨青少年特发性脊柱侧凸(AIS)是否对患者跑台运动过程中步态运动学及足底压力分布产生影响.方法 共选取18例青少年特发性脊柱侧凸患者纳入AIS组,同时选取18例脊柱发育正常的同龄青少年纳入正常组.采用三维运动捕捉系统及足底压力鞋垫系统采集2组对象在不同跑台速度(包括6 km/h、8 km/h及10km/h)下的步态运动学及足底压力分布数据.结果 AIS患者在三种速度跑台运动中,其两侧下肢关节在矢状面内的运动及躯干在额状面及横截面内的运动均未出现左右不对称现象.与正常组不同,AIS组患者在运动中其足底压力表现出双侧不平衡现象,以主弯凹侧下肢支撑时的足底最大压力[以6 km/h运动时为(0.128±0.01) N/cm2·kg,以8 km/h运动时为(0.168±0.02)N/cm2·kg,以10 km/h运动时为(0.190±0.03) N/cm2·kg]明显高于以主弯凸侧下肢支撑时的足底最大压力[以6 km/h运动时为(0.115±0.01) N/cm2·kg,以8 km/h运动时为(0.152±0.02) N/cm2·kg,以10 km/h运动时为(0.181±0.03)N/cm2·kg](P＜0.05).结论 与步态运动学指标比较,足底压力指标对于评估AIS患者运动对称性具有更佳敏感性.     

便携式步态分析与实验室步态分析时空参数的一致性研究

目的 探讨便携式步态分析与实验室步态分析时空参数的一致性.方法 选取15例健康青年人,在同一天内分别进行便携式步态分析(Gait Watch步态分析)和实验室步态分析(Motion Analysis三维运动分析),记录其步频、步幅、步速、步长等时空参数,采用组内相关系数(ICC)、Bland-Altman散点图等方法评定两种步态分析的一致性及差异.结果 便携式步态分析两次测量所得的时空参数之间比较,差异无统计学意义(P＞0.05);便携式步态分析两次测量所得时空参数的ICC均较高,为0.80～0.98,重测信度好.通过Bland-Altman法一致性检验,两种步态分析所得时空参数间的一致性较好,且步幅、步速、左步长、右步长间的差异具有统计学意义(P＜0.05),超过了最小可测变化(MDC)(步幅=0.05 m、步速=0.12 m/s、左步长=0.03 m、右步长=0.04 m).结论便携式步态分析与实验室步态分析所得步频、步幅、步速、步长等时空参数的一致性较好,在临床步态评估中均具有重要意义.     

帕金森病患者步态测量与定量分析

摘要 目的：提取帕金森病患者步态运动学和时空参数,通过实验分析找到可以作为步态量化评估的特征参数,为医生提供康复评估的依据。 方法：本文采用基于刚体的虚拟标识点方法在受试者下肢解剖学关键点设置标识点获取其步态信息。受试者被分为开机组(DBS ON),关机组(DBS OFF)和对照组(Control),运动捕捉仪记录受试者多个步态周期的虚拟标识点三维坐标。提取包括关节角度、支撑相比率、双支撑相比率、步态周期时间、步频、步长和步速等在内的步态运动学及时空参数。对三组步态特征参数进行单因素一元方差分析。 结果：各组间下肢各关节角度变化范围、支撑相比率、双支撑相比率、步长和步速差异均有显著性(P<0.01),且随受试者症状的减轻,关节角度变化范围、步长和步速有显著递增趋势 (DBS OFFDBS ON>Control)。 结论：基于刚体的虚拟标识点可以准确测量人体步态。提取出的关节角度变化范围、支撑相比率、双支撑相比率,步长和步速均可作为帕金森病患者康复评估的依据。     

基于步态轮廓评分分析青年慢性非特异性腰痛患者的步态模式

目的 通过研究步态轮廓评分（GPS）和运动分析剖面图（MAP）来量化青年慢性非特异性腰痛（chronic nonspecific low back pain, CNLBP）患者和健康青年人步态周期中的运动学变化。 方法 采用3D光学运动捕捉系统（Qualisys,Gothenburg,Sweden）采集CNLBP组和健康组受试者各11例的步态运动学数据,将其导入索尔福德大学Richard Baker教授编写的Excel文件并计算出GPS和MAP分数,并进行统计学分析。 结果 右膝关节膝关节屈曲和伸展GVS值CNLBP组为（5.66±1.83）°,健康组为（3.64±1.13）°,组间比较,差异有统计学意义（P＜0.01）,2组受试者其余各项GVS变量和GPS组间比较,差异均无统计学意义（P>0.05）。 结论 青年CNLBP患者存在步态异常,GPS和MAP在青年CNLBP患者的步态评估中具有一定的适用性。     

认知任务干扰脑卒中步态的前驱研究

目的:通过步态分析手段,探讨认知任务对脑卒中患者步态的影响,比较不同认知任务对步态影响的区别。方法:15例脑卒中患者参与本项研究。要求所有患者分别进行两种步行:自然状态下直线步行20m;步行的同时分别执行定向、记忆、计算和言语任务。采用Gaitwatch步态分析系统收集5次步行时的步态参数,包括步频、步幅、步速、双支撑相百分比和健侧摆动相百分比。结果:5组步频无显著性差异(F=1.972,P=0.169),5组步幅(F=13.142,P0.01)、步速(F=11.445,P=0.001)、双支撑相百分比(F=13.142,P0.01)和健侧摆动相百分比(F=11.000,P0.01)有显著性差异。与自然步行相比,4种认知任务时的步幅均显著降低,双支撑相百分比显著提高,定向任务和计算任务时的步速和健侧摆动相百分比显著降低。与计算任务相比,定向任务时的步幅、步速提高,双支撑相百分比降低;记忆任务时步幅、步速和健侧摆动相百分比提高,双支撑相百分比降低;言语任务时步幅和步速提高。结论:认知任务会降低脑卒中患者的步幅、步速和健侧摆动相百分比,延长双支撑相百分比,不同类型认知任务对步态的干扰不同。     

一种动力型髋离断假肢控制系统研究

目的 探讨一种动力型髋离断假肢控制方法提升佩戴者步态对称性的可行性。 方法 通过九轴姿态传感器采集健康人体下肢步态运动学信息,使用BP神经网络建立穿戴髋离断假肢截肢者健侧-假肢侧运动学映射模型。将截肢者健侧腿的运动学信息实时传入该映射模型,生成髋离断假肢运动的目标轨迹,结合下肢假肢动力学模型,通过PID算法控制髋离断假肢电机运动,实现截肢者的实时步态分析和假肢的实时控制。记录截肢者穿戴动力髋离断假肢行走实验中的步长、步频及最大髋关节角度等数据,并结合步态对称性指标SⅠ、RⅠ、RⅡ对假肢控制效果进行评估。 结果 BP神经网络建立的截肢者健侧和假肢侧的运动学映射模型,综合关联度达到98.7%。相对于传统髋离断假肢,动力髋离断假肢髋关节的最大屈曲角度提升了105.5%,截肢者的步态对称性指标SⅠ和RⅡ分别提升了74.2%和72.2%。 结论 动力型髋离断假肢控制系统能提高假肢穿戴者的步态对称性。     

应用三维运动解析技术定量观测步态变化

目的：总结目前研究中步态分析参数的应用、步态分析的主要方法及分析的方式。方法：应用计算机检索中国期刊全文数据库1993-01/2007-05的相关文章,限定文章语言种类为中文,检索词“步态分析”。应用计算机检索Pubmed Central中的相关文章,检索词“gait analysis”。 结果：多种神经肌肉、骨关节疾病可引起步态的异常。步态分析主要分为运动学分析和动力学分析、能量代谢分析等,方法主要包括目测法和定量分析法（包括足印法、动态肌电图、三维步态解析系统）。三维运动解析技术提供了精确的定量化研究方法,实现了运动学分析与动力学分析的统一,将其与动态肌电图结合运用,实时反映步态周期中不同时相的肌肉功能变化,确定产生病理步态的关键因素。 结论：三维运动解析技术代表了步态分析的先进水平,有着广阔应用前景。     

正常成人步态特征研究

目的 研究不同年龄段正常成人的步态特征。方法正常成人90名，分为20～39岁组、40～59岁组、60～70岁组，每组各30名。应用基于数字视频和图像处理的步态分析系统进行步态分析，得到时夺参数、运动学参数。比较3组被试的步态参数差异，对步速与其他步态参数进行Pearson相关性分析，以判定影响步速的相关因素。结果 3组正常成人的部分步忿参数之间存在显著性差异，步速与步频、跨步长／身高、跨步周期、站立相时间、迈步相髋关节、膝关节最大屈曲角度有明娃相关性。结论 应用基于数字视频和图像处理的步态分析系统建立的国内不同年龄段正常成人步态的运动学特征模型，可供临床步态分析参考使用。     

一种便携式步态分析系统的信度研究

目的:探讨一种便携式步态分析系统在时空参数、多关节角度值的信度。方法:选取30例健康青年,由2名评估者进行便携式步态分析,记录步频、步幅、步速、步长等时空参数和行走时矢状面、水平面和冠状面各关节活动角度的最大值,采用相关系数进行重测信度和测量者间信度的比较,评估其测量信度。结果:时空参数、矢状面最大角度值组内相关系数(ICC)均0.75,信度良好;水平面、冠状面最大角度值ICC无显著性差异或信度差。结论:该便携式步态分析系统分析时空参数、矢状面最大角度值信度良好,可良好地反映步行功能,有较好的评估价值;水平面及冠状面关节角度值信度较低,应用时需谨慎。     

A review of gait disorders in the elderly and neurological patients for robot-assisted training

Abstract

Purpose: Ambulation is an important objective for people with pathological gaits. Exoskeleton robots can assist these people to complete their activities of daily living. There are exoskeletons that have been presented in literature to assist the elderly and other pathological gait users. This article presents a review of the degree of support required in the elderly and neurological gait disorders found in the human population. This will help to advance the design of robot-assisted devices based on the needs of the end users.

Methods: The articles included in this review are collected from different databases including Science Direct, Springer Link, Web of Science, Medline and PubMed and with the purpose to investigate the gait parameters of elderly and neurological patients. Studies were included after considering the full texts and only those which focus on spatiotemporal, kinematic and kinetic gait parameters were selected as they are most relevant to the scope of this review. A systematic review and meta-analysis were conducted.

Results: The meta-analysis report on the spatiotemporal, kinematic and kinetic gait parameters of elderly and neurological patients revealed a significant difference based on the type and level of impairment. Healthy elderly population showed deviations in the gait parameters due to age, however, significant difference is observed in the gait parameters of the neurological patients.

Conclusion: A level of agreement was observed in most of the studies however the review also noticed some controversies among different studies in the same group. The review on the spatiotemporal, kinematics and kinetic gait parameters will provide a summary of the fundamental needs of the users for the future design and development of robotic assistive devices.

• Implications for rehabilitation

• The support requirements provide the foundation for designing assistive devices.

• The findings will be crucial in defining the design criteria for robot assistive devices.

     

Evaluation of the effectiveness of a novel gait trainer in increasing the functionality of individuals with motor impairment: A case series

Regaining the ability to independently ambulate following a physical disability can increase functional ability and participation of patients in daily life. Gait trainers are assistive devices that enable body support and provide safety during gait. However, most conventional gait trainers are pre-configured to a constant position, therefore not suitable for practicing sit-to-stand function, and require assistance from a caregiver in order to mount the device from a sitting position. We therefore evaluated the effectiveness of a dynamically-adjusting gait trainer, designed to provide independence and safety during gait and various activities, in both lab setting and at home in four subjects (one female, three males, ages 32–79 years) with limited ambulation. Spatiotemporal parameters and gait symmetry were recorded, as well as activity levels, actual use of device, and satisfaction. Although gait parameters and physical activity levels were not notably improved, and in one case were worsened, three subjects reported positive experience with the gait trainer. The new gait trainer may have advantages in supporting users with limited mobility during walking and various functions and decrease the risk for falls. A longer practice time and individual fitting process are recommended for better accommodation to the new possibilities.     

智能型临床步态分析系统指导下脑卒中偏瘫步态患者康复的疗效观察

目的探讨“智能型临床步态分析系统”指导下的康复训练在矫正脑卒中患者偏瘫步态及提高步行能力方面的作用。方法60 例脑卒中患者分为观察组30 例和对照组30 例。对照组采用常规康复训练,观察组采用智能型临床步态分析系统指导下康复训练。于治疗前、治疗6 周后分别用智能型临床步态分析系统进行评定。结果治疗后,各组步行功能较治疗前提高(P<0.05);观察组优于对照组(P<0.05)。结论智能型临床步态分析系统可指导脑卒中偏瘫患者步行功能的康复训练。     

人体起步过程的实验研究——平地行走的起步步态特征

目的：研究人体平地行走的起步过程步态特征,方法：使用基于CCD和三维测力平台的人体运动分析系统,研究正常人水平地面起步过程的步态特征,结果：描述,分析了完整起步过程各步相的特征以及地面对足的三维反作用力规律,结论：／起步过程在第二次摆动腿触地时结束,开始进入稳定步行状态,起步时支撑腿对起步驱动力贡献最大。     

虚拟现实技术对脑卒中患者偏瘫步态训练的临床研究

摘要 目的：探讨临床中应用虚拟现实（VR）技术对脑卒中患者行走及平衡功能的影响。 方法：选择病程为8个月内的脑卒中偏瘫患者30例,随机分配到实验组（VR+基本药物+常规康复治疗）和对照组（基本药物+常规康复治疗）,采用三维步态分析仪记录两组患者治疗前及治疗2周后的步速、步宽、支撑相百分比、膝关节活动度等步态参数。 结果：治疗2周后,两组患者的步速明显提高、步宽缩小,患健侧支撑相比值、步态不对称性指数、髋关节最大伸展角度、膝关节最大屈曲角度等参数于治疗前后有显著差异（P＜0.05）;治疗后两组间相比,实验组的治疗效果明显优于对照组（P＜0.05）。 结论：通过VR技术能明显改善脑卒中偏瘫患者的步态时空参数和步行中关节活动角度,对提高步态稳定性、改善步行能力、提高运动功能康复有积极的治疗效果。     

中国正常成人步行时空参数分析

目的:探讨中国正常成人的步行特征,为临床步态分析提供科学参考依据。方法:365名正常受试者,按性别、年龄分为20—29岁组、30—39岁组、40—49岁组、50—59岁组、60—75岁组共10组。应用人体步态垫测量与分析系统,测试受试者自由行走时的步速、步长、步幅、步长时间、摆动时间、支撑时间、单足支撑时间、双足支撑时间等时空参数,并对每位受试者的身高、体重进行测试。结果:年龄组内平均步速,除30—39岁组、60—75岁组外,男性均大于女性(P<0.05),50岁以后,男、女步速均减慢,与50岁以前相比差异具有显著性(P<0.01);各年龄组步长,男性均大于女性(P<0.05),女性步长在50岁以后减小,与50岁以前相比差异具有显著性(P<0.01),男性步长在60岁以后减小,明显小于60岁以前步长(P<0.01)。结论:应用人体步态垫测量与分析系统,首次建立中国正常成人步行时空参数值参考范围,初步揭示中国正常成人的步行时空特征。     

脑卒中偏瘫患者步行训练的临床体验

目的：总结脑卒中偏瘫患者步行训练的临床体验。方法：应用以促通技术为主的神经肌肉再训练法治疗脑卒中５０ 例,于治疗前后采用Ｂｒｕｎｎｓｔｒｏｍ 分期进行康复评价。结果：训练后下肢Ｂｒｕｎｎｓｔｒｏｍ 分期Ⅳ－ Ⅵ级比率由４０％ 提高到９６％ ,其中能独立步行的比例由原来的２６％ 提高到９２％ ,步态优良率达８４％ ,训练前后两者存在显著性差异（Ｐ＜ ０．０５） 。结论：通过提高髋膝踝关节肌肉控制能力,可以提高步行能力和步行质量。     

The need for revision of the ICIDH: an example — problems in gait

Summary

In this article a proposal is formulated for adjustment of the Classification of Impairments and the Classification of Disabilities of the International Classification of Impairments, Disabilities, and Handicaps (ICIDH).¹ This proposal is a product of a project from the Dutch National Institute of Research and Postgraduate Education in Physical Therapy. This project is conducted in close cooperation with the professional national organizations of five health professions. To give an indication of the kind of changes proposed, the disabilities and impairments necessary for classifying the complaints, the examination findings, the treatment goals and the treatment results in patients with gait problems are discussed.