基于足底动力学测试的步态分析

目的：分析连续步态的特征参数,研究一个完整步态周期所对应的垂直反作用力变化以及能量消耗变化,为扩展和完善步态分析系统提供依据。方法：采用德国zebrisFDM步态测试系统测得173名正常人自然行走过程中足底压力数据,根据连续信号和时相对称性指标进行两次数据筛选,最终选取了23名（相对称性指数〉0．95）较适宜的步态数据,分别导人SPSS软件进行统计分析及matlab软件进行编程画图。结果：通过分析步速的影响因素得出步速与跨步长,身高的相关性最高（r=．884）,而与步态周期、站立相时间高度负相关;编程实现了一个完整步态周期中均值与标准差同时显示的左右脚压力曲线,峰值定量化得出第一峰值约为体重的1．05—1．08倍,出现在步态周期的14％左右,第二峰值约为体重的1．13～1．16倍,出现在步态周期的47％左右;独立样本检验得出能量消耗指数与时相对称性指数用于正常人步态检验无显著差异（P〉0．05）。结论：人在自然行走时其步速与跨步长／身高高度相关,其垂直反作用力与体重高度相关：并且能量消耗指数在评定正常人步态功能方面是可行的。     

人体步态质量主元量化评定方法的研究

人体步态功能的评定在临床医学、康复工程等领域中有着重要作用。本文提出了一种步态质量的主元量化评定方法。评定步骤为,将步态检测得到的原始数据分类形成指标体系,按照主元分析方法将指标进行归一化量化处理、计算,提出综合评定指标,然后用公式和图表方式表达步态功能的量化评定结果。实例研究表明主元量化评定方法能有效评价步态治疗的恢复情况。     

随机森林非对称步态质量评价模型的敏感因子分析

背景:非对称步态质量评价对康复训练有指导作用,但步态质量与步态运动学动力学参数关联尚不清楚。目的:构建基于步态参数的机器学习步态质量评价模型,提取非对称步态参数的质量敏感因子,探讨步态参数与步态质量的关系,用于指导非对称步态相关的训练和康复。方法:设置非对称因子,建立非对称步态模型数据库。开展步态试验采集8位青年和8位老年受试者(均为男性,右侧优势人群)的运动学、动力学数据,依据对称性指标对每组试验数据进行步态质量分析,建立步态参数-步态质量数据集;通过随机森林学习建立步态质量评价模型,使用因子重要性分析方法识别步态质量关键影响因子;使用关键因子更新步态质量评价模型。经10折交叉验证评估模型表现,使用交叉验证数据集来验证模型的评价效果。结果与结论:①设计了非对称步态质量梯度试验,得到梯度步态质量数据库,其中759组最优步态质量数据,329组次优数据,133组中间质量数据,125组较差步态质量数据;②探讨了随机森林算法在步态质量评价方面的应用方法,建立了步态质量与步态参数的关系模型,随机森林步态质量模型预测精度为95.99%;③对随机森林模型进行特征重要性排序,得到影响非对称步态质量的13个主要参数;④对上述13个主要参数进行步态质量敏感因子分析,筛选出5个步态质量敏感因子,使用敏感性因子建立的随机森林模型预测精度为94.20%。     

三维步态分析系统在儿童运动功能评价中的运用

背景：三维步态分析系统是一组通过网络将运动分析系统,动态体表肌电图和压力板连接起来的系统。 目的：利用三维步态分析提供的实时力学等数据,对步态进行运动学和动力学方法定量评定,为异常运动儿童患者提供相关客观依据。 方法：应用计算机检索1991-01/2010-02PubMed数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed),检索词为“Three-dimensional gait analysis,children”。检索文献量总计136篇,选择三维步态分析系统在儿童运动功能评价中科研及其临床应用方面的文献,排除陈旧及重复实验文章,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志的文章,最终纳入28篇符合标准的文献。 结果与结论：三维步态分析系统的可靠性优于视觉步态分析。可诊断并分析异常运动,作治疗前评价,治疗后的效果评价和预后评价。在国外科研和成人运动功能评估中运用广泛,但在儿童运动功能评价中的运用还不是很成熟。     

步态生物力学大数据分析研究进展

目的 研究目前步态生物力学大数据分析的前沿进展。方法 以2011～2020年步态生物力学大数据分析相关的科技文献为研究对象,运用内容分析法,从主题结构、层级水平、模型类型和分析技术4个方面进行分析与讨论,并在此基础上对步态生物力学大数据分析的未来研究进行展望。结果 大数据分析在步态生物力学的应用领域主要有5个层面,分别为干预和康复、运动训练、假肢设计和评估、了解病因和诊断、了解人移动的特点;步态生物力学领域大数据分析分为3个层级水平,其中描述性分析是使用最多的类型,约占41%;系统回顾步态生物力学领域大数据分析的模型和具体技术;拓扑数据分析是一个非常有前途的大数据探索工具。结论 大数据技术在步态生物力学和临床医学研究中具有巨大潜力。     

三维步态分析的研究进展

正常步态是由正常的肌肉骨骼系统、神经系统、视觉、本体感觉、认知和心血管系统等多系统相互作用的结果,任一系统的缺损均可能导致步态异常。三维步态分析可对步长、步宽、步速、步频、步行周期等多种步态指标进行定量分析,有助于临床工作者和科研人员来发现问题、制定训练方案和评价疗效。本文对三维步态分析的基本方法、临床应用、优势、局限及研究发展进行综述。     

假肢步态实验平台设计

背景：目前对于假肢的评价还停留在主观感受,缺乏一套客观的评价系统,建立模拟人体运动的在线假肢参数检测系统对于假肢性能的评价、假肢研究设计具有重要意义。 目的：实现假肢的多种步态运动,并通过运动学、动力学数据的比对,评价其仿真程度。 方法：根据仿生学原理,将下肢假肢简化成四杆四轴的力学模型,利用采集得到的多种步态模式,驱动下肢假肢运动,并搭建动态力学测试平台,实时测量假肢运动的地面垂直反力和前后剪力。 结果与结论：假肢步态运动,髋膝关节的变化曲线与正常步态数据相一致,而其地面垂直反力与前后剪力也与正常人体相接近。提示假肢步态实验平台模拟了下肢假肢步态运动,并实时采集假肢运动的多项运动学、动力学参数,具备较高的仿真程度。     

正常成人步态与偏瘫步态的比较与分析

本文首先介绍了步态分析的基本概念，正常步态与偏瘫步态进行的比较分析在临床上具有重要意义。步态分析系统对正常受试者和偏瘫患者进行检测。给出了人体下肢关节，地面反作用力等参数的测试结果，并对下沉成人与偏瘫患者的测试结果进行比较和分析，得出了初步结论。     

双任务介入对社区脑卒中患者步态参数及其对称性的影响

目的 对比社区脑卒中患者单任务步行与不同类型和不同负荷双任务步行时步态参数及其对称性的差异。方法 利用 Simi Motion 三维动作分析系统采集 20 名处于慢性恢复期的社区脑卒中患者在单任务步行及不同负荷认知双任务步行和运动双任务步行时步态参数,并间接计算出其对称指数。 采用单因素重复测量方差分析对比单任务步行与不同双任务步行时步态参数及其对称性差异。 结果 与单任务步行相比,社区脑卒中患者在高低负荷认知任务介入时步速、患侧步长、健侧摆动相占比均降低,困难认知任务介入时健侧步宽和健侧、患侧支撑相占增加、健侧步长和患侧摆动相占比降低,摆动相占比对称指数减小(P<0. 05)。 结论 社区脑卒中患者主要通过降低步速、缩减步长、降低摆动相占比、增加步宽和支撑相占比,改变步态模式来应对认知任务干扰,对于步态稳定性,高负荷认知任务的介入,会增加社区脑卒中患者摆动相占比的不对称性程度,降低其步态稳定性。     

一种足压检测结合Azure Kinect系统的步态信号采集与参数表征方法

步态采集系统可用来进行步态分析。传统的可穿戴式步态采集系统由于传感器佩戴位置不同会导致步态参数出现较大误差。基于标记法的步态采集系统设备成本高昂且需要结合测力系统在康复医师的指导下使用，由于操作复杂，临床应用不便。本文设计了一种足压检测与Azure Kinect系统结合的步态采集系统，组织15名受试者参与步态试验、采集相关数据，提出了步态时空参数与关节角度参数计算方法，并将步态分析结果与摄像机标记法所得结果进行了一致性分析和误差分析。结果表明，本文设计的步态采集系统和作为对照的摄像机系统所获得参数具有较好的一致性（皮尔逊相关系数r≥0.9,P <0.05）且具有较小误差（步态参数的均方根误差低于0.1，关节角度的均方根误差低于6）。综上，本文所提步态采集系统及其参数提取方法可为临床医疗上的步态特征分析提供可靠的数据采集结果，可作为理论分析的依据。     

Quantification of gait abnormalities on the basis of continuous foot-force measurement: correlation between quantitative indices and visual rating

Although various methods have been proposed for quantitative evaluation of pathological gait, they are not yet widely used as routine clinical tools. The reasons are that measuring systems are too expensive and complicated and that the validity of the methods has not been fully examined in a statistical manner. In this paper, the validity of a new evaluation method based on a simple foot-force measuring device is investigated in terms of the correlation between quantitative indices and visually-rated grades. Forty-eight hemiparetic patients secondary to cerebral vascular accident walked on a 15 m straight level floor. Four people independently evaluated each subject in eight gait characteristics or items on a scale of 1–4 grades on the basis of visual inspection. These items include symmetry, variation, fluctuation, and dependence on the cane. At the same time, the vertical ground-reaction forces exerted on the right and left feet and on the cane were measured, and then quantitative indices representing these eight items were derived. All but one index shows a reasonably good correlation with the mean of the grades of the four observers. Thus, the feasibility of these indices is demonstrated. Statistical analysis also reveals several problems inherent in visual rating, such as inconsistency in the interpretation of evaluation criteria among observers, and a degradation of the independence of items owing to the observer’s subjectivity.     

臀肌挛缩症患者三维步态特征分析

目的：探讨臀肌挛缩症患者步态的功能量化指标为该疾病的诊断提供参考与依据。方法：2011年8月-2011年11月,选取臀肌挛缩症患者16例作为研究组,同期选取健康自愿者16例作为对照组,应用三维步态系统对两组进行三维步态对比分析。结果：①步态周期时间参数：研究组在常速、快速行走时步态周期较对照组明显延长（P〈0．01）,步幅、步速较对照组均明显减小（P〈0．01）。②下肢关节角度特征：与对照组比较,研究组在常速、快速行走时髋关节摆动期最大屈曲角度及研究组快速行走时髋关节屈伸角度变化范围均减小（P〈0．05）;研究组常速、快速行走时膝关节冠状面角度变化范围均增大（P〈0．05）,而膝关节支撑相最大屈曲角度和膝关节屈伸角度范围均减小（P〈0．01）;研究组常速行走时重心左、右位移增大（P〈0．05）,快速行走时重心上、下位移减小（P〈0．05）。结论：应用三维步态分析系统对臀肌挛缩症患者进行功能量化评价,可以更为准确地观察臀肌挛缩症患者步态的生物力学变化,为患者的诊断提供了参考和依据。     

Comparison between passive vision-based system and a wearable inertial-based system for estimating temporal gait parameters related to the GAITRite electronic walkway

Quantitative gait analysis allows clinicians to assess the inherent gait variability over time which is a functional marker to aid in the diagnosis of disabilities or diseases such as frailty, the onset of cognitive decline and neurodegenerative diseases, among others. However, despite the accuracy achieved by the current specialized systems there are constraints that limit quantitative gait analysis, for instance, the cost of the equipment, the limited access for many people and the lack of solutions to consistently monitor gait on a continuous basis. In this paper, two low-cost systems for quantitative gait analysis are presented, a wearable inertial system that relies on two wireless acceleration sensors mounted on the ankles; and a passive vision-based system that externally estimates the measurements through a structured light sensor and 3D point-cloud processing. Both systems are compared with a reference clinical instrument using an experimental protocol focused on the feasibility of estimating temporal gait parameters over two groups of healthy adults (five elders and five young subjects) under controlled conditions. The error of each system regarding the ground truth is computed. Inter-group and intra-group analyses are also conducted to transversely compare the performance between both technologies, and of these technologies with respect to the reference system. The comparison under controlled conditions is required as a previous stage towards the adaptation of both solutions to be incorporated into Ambient Assisted Living environments and to provide continuous in-home gait monitoring as part of the future work.     

基于LMCD的步态信号复杂度分析

目的步态信号的研究是现今生物医学研究的重点。对不同步态信号的分析,有助于进行临床诊断和医学研究。方法采用Lopez—Mancini—CalbetDivergence（LMCD）的复杂度分析方法,对老年人、年轻人和帕金森患者各10例的步态信号分别计算复杂度,并对实验数据进行方差分析。结果3种步态信号的复杂度差异显著性,年轻人的步态信号复杂度最大,老年人次之,帕金森患者的复杂度最小。结论基于LMCD的步态信号复杂度分析可以得出人的步态信号随机性的强弱。     

GaitaBase: Web-based repository system for gait analysis

The need to share gait analysis data to improve clinical decision support has been recognised since the early 1990s. GaitaBase has been established to provide a web-accessible repository system of gait analysis data to improve the sharing of data across local and international clinical and research community. It is used by several clinical and research groups across the world providing cross-group access permissions to retrieve and analyse the data. The system is useful for bench-marking and quality assurance, clinical consultation, and collaborative research. It has the capacity to increase the population sample size and improve the quality of ‘normative’ gait data. In addition the accumulated stored data may facilitate clinicians in comparing their own gait data with others, and give a valuable insight into how effective specific interventions have been for others.     

Methodology of surface electromyography in gait analysis: review of the literature

Gait analysis is a significant diagnostic procedure for the clinicians who manage musculoskeletal disorders. Surface electromyography (sEMG) combined with kinematic and kinetic data is a useful tool for decision making of the appropriate method needed to treat such patients. sEMG has been used for decades to evaluate neuromuscular responses during a range of activities and develop rehabilitation protocols. The sEMG methodology followed by researchers assessed the issues of noise control, wave frequency, cross talk, low signal reception, muscle co-contraction, electrode placement protocol and procedure as well as EMG signal timing, intensity and normalisation so as to collect accurate, adequate and meaningful data. Further research should be done to provide more information related to the muscle activity recorded by sEMG and the force produced by the corresponding muscle during gait analysis.