前交叉韧带断裂三维不对称度步态分析初探

目的步态分析对于下肢损伤部位及程度描述具有重要作用,而对称度是步态特征的重要指标。本研究将在三维空间定量描述步态信息及其不对称度,深入挖掘步态信息,完善疾病异常步态特征分析。方法基于惯性步态传感器获得不同部位的冠状面-矢状面角度变化信息,反向重建步态空间矢量,构建运动曲线,形成基于三维空间角度矢量距离的运动对称性检测方法。于2017年7月至2018年1月对健康人(正常组)和单纯前交叉韧带(ACL)断裂患者(ACL组)进行特征分析,验证其效果。结果小腿、大腿和膝关节不对称度D方面两组有较好的区分效果(P0.05)。其中小腿空间运动矢量特征对组间辨识度较高且区分相对稳定,与性别、年龄、身高、体质量指数无关。结论通过两侧惯性传感器获得左右肢体时间-冠状面-矢状面空间曲线图,在三维空间中计算相应周期所有时间点的欧式空间距离平方的平均值,可作为步态不对称度分析方法。     

低成本人体步态分析系统的研究

目的：改进原有矢状面人体步态分析系统,增加额状面运动轨迹和肌电信号检测功能,完善系统软件,使其操作更加简单方便。方法：增加部分硬件,改进运动轨迹检测步骤,优化标志点自动识别算法和软件流程。结果：该系统可以检测与分析矢状面和额状面运动轨迹、地面反力和表面肌电信号,并且能够对患者平衡控制功能进行训练治疗。结论：额状面的肩摇晃系数、髋内收和内旋系数、脚面侧翻角度等参数,弥补了单一矢状面运动分析的不足,新系统丰富和完善了原有矢状面人体步态分析系统的功能,为临床提供了一种成本低廉、功能齐全的步态分析工具。     

不同硬度地面对功能性踝关节不稳患者步态协调性的影响

目的 探索不同硬度地面对功能性踝关节不稳(FAI)患者步态协调性的影响。方法 2023年5月至7月,采用Qualisys红外光学运动捕捉系统对南京师范大学15例右侧FAI患者协调性和变异性进行测试。采集并截取步态周期数据,运用Matlab计算耦合角和耦合角标准差,比较在不同硬度地面上的差异。结果 在冠状面,髋-踝关节耦合角在支撑中期和支撑后期硬地面大于软地面,其他步态阶段以及髋-膝关节、膝-踝关节各步态阶段均小于软地面(P <0.05);在矢状面,髋-踝关节和膝-踝关节耦合角在支撑中期和支撑后期硬地面小于软地面,其他步态阶段以及髋-膝关节各步态阶段均大于软地面(P <0.01);在水平面,髋-膝关节耦合角在支撑后期硬地面小于软地面,摆动前期和髋-踝关节承重期均大于软地面(P <0.05)。与硬地面相比,软地面上耦合角标准差仅在矢状面髋-膝关节承重期小于硬地面,其余均大于硬地面(P <0.05)。结论 FAI患者在三维面内各步态阶段在软地面上表现出更多的远端主导,即踝关节内翻跖屈优势增加,髋关节优势减少;协调变异性普遍高于硬地面。表明FAI患者在软地面上步行时会增...     

Kinect在肢残者运动姿态识别中的应用及有效性研究

目的:比较Kinect是否能替代传统运动捕捉设备用于肢残者运动姿态研究。方法:将30例受试者分成两组分别在Kinect与VICON运动捕捉系统下进行实验,并对各组数据进行预处理,利用皮尔逊系数相关法,验证两组受试者各个关节角之间的相关性,对各关节角相关性强度进行评定。结果:关联性较高的数据为矢状面数据,髋、膝、背曲、腰部屈伸等关节V-K(VICON与Kinect)数据相关性最高(r0.7)。假肢者的姿态识别中V-K相关性系数低于健体者(r2r1)。假肢者的髋、膝、背曲等关节相关性系数差异不大,健体者与假肢者的肘关节数据相关性系数差异性较大。结论:Kinect替代VICON需从采集的关节角的映射面、任务及被试者三方面考虑,在人体矢状面、任务过程中有较少自遮挡关节点、被试者能够自由完成规定任务动作情况下,Kinect可以作为有效替代工具研究人体姿态识别。     

偏瘫步态膝关节角度分析

目的：定量分析偏瘫患者步行周期中膝关节的异常,从而为康复训练提供依据。方法：采集30例偏瘫患者和年龄、身高、体重匹配的30例正常人的行走影像,应用美国peak运动解析系统进行步态分析。结果：偏瘫患者患侧和健侧膝关节初始着地时刻（4.49±6.16,14.02±8.49）、站立相最大伸展角度（-0.89±3.86,3.18±5.47）、摆动相最大屈曲角度（23.11±10.54,30.28±10.52）、矢状面膝关节角度范围（27.94±8.06,28.94±10.10）均与正常人存在显著差异。结论：通过分析偏瘫患者膝关节角度,可以帮助确定偏瘫步态基本特征,为分析步态异常原因并制定针对性的步态矫正方案提供依据。     

男性颈部防护装置人机接口参数的研究

目的:研究我国成年男子头颈部前屈运动特征,其中包括头部质心轨迹与前屈角度。方法:根据中国成年人人体尺寸国家标准GB10000-88,选取5/50/95三个百分位志愿者各10例;受试时,志愿者躯干保持不动,头颈部在矢状面内自然前屈;使用Raptor-4运动捕捉系统捕捉志愿者身上所贴标志点的坐标,通过对标志点坐标计算得出头部质心与转动角度。结果:(1)获得了5/50/95百分位成年男子头颈部前屈运动特征,运动特征数据与志愿者身高成正相关;(2)将运动特征数据取综合均值作为装置设计基准,3个百分位数据相对于综合均值的误差最大为10.08%。结论:通过头颈部前屈运动特征研究,可为颈部康复或防护装置设计提供边界条件。     

三维运动解析系统测试脑卒中偏瘫步态的运动学定量评价

背景:近年来兴起的三维运动解析技术,可获得多项行走过程中的生物力学参数,代表了目前步态生物力学研究的先进水平.目前该技术在国外开展较多,而国内则较少.国内有限的研究主要集中在对偏瘫患侧下肢矢状面上运动的分析.目的:对偏瘫患者步行运动进行三维立体运动学分析,与正常步态对比,分析脑卒中偏瘫步态的运动学变化特征.方法:运用三维运动解析系统,对10例首发缺血性脑卒中偏瘫患者进行步态分析,以10例健康者作为对照.检测健康对照组步行过程中的基本时空参数、步态周期参数与骨盆三维运动角度参数,并对其运动过程中的对称性进行分析.检测两组下肢髋、膝、踝关节的三维运动学角度参数,对比两组下肢关节运动在矢状面、横断面与冠状面上的变化特征.结果与结论:偏瘫步态表现出下肢运动膝关节屈曲受限,膝关节活动度减小.髋关节内收、旋内不足,外展与旋外角度增大.提示三维运动解析系统测试可测定偏瘫患者步行功能,定量评价偏瘫患者下肢关节运动变化,从而进行相应针对性的稳定性与协调性训练.     

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。     

基于视频图像边缘检测的人体下肢运动步态*☆

背景:步态规律主要应用人体行走的运动学、动力学等参数进行描述.目前在运动医学、康复工程和仿生学等领域,步态分析可为确定疾病诊断、康复和治疗方案提供重要依据. 目的:应用基于人体运动图像的测量装置系统,采集人体在跑步机上行走的下肢运动步态视频,分析人体步态运动规律. 方法:采用基于双摄影机的人体运动图像捕捉系统,在人体的左右髋关节、膝关节、踝关节及脚板设置标识点,对人体在跑步机上行走的下肢运动步态视频进行采集.应用图像边缘检测的原理,对测量数据进行了图像处理和分析,得到人体正常步速行走时,左右大腿与竖直方向夹角、小腿与竖直方向夹角、脚板与竖直方向夹角及膝关节、踝关节标识点的关节角度变化规律. 结果与结论:基于视频图像边缘检测人体下肢的运动步态,成本相对低廉,数据误差较小,精度与进口设备较接近.应用该测量结果初步构建了人体步态行走数据库,为建立步态评定标准、异常步态判别以及进一步的康复治疗提供了依据.     

主动型仿生踝关节假肢的设计

背景：与髋、膝关节假肢设计相对比较成熟的技术相比,踝关节作为人体下肢关节的重要组成部分,也是最为灵活的部分,一直以来研究都比较滞后,相关的假肢踝关节产品未能很好的满足假肢患者的需求。目的：从生物力学、解剖学和生理学角度出发,设计和研制出能在矢状面内做屈伸运动的主动型仿生踝关节假肢装置。方法：根据仿生学原理和人体踝关节在步态行走时的受力特点和生理功能,建立二自由度的主动型仿生踝关节的力学模型,设计假肢踝关节的机械结构与控制系统,其主要部件包括仿生踝关节系统、辅助装置、数据控制系统和数据采集系统。结果与结论：利用研制出的踝关节装置进行系统测试,使用正常人行走时的踝关节角度数据作为输入信号,以步进电机作为动力驱动实现模拟踝关节的运动,通过数据采集系统获得输出的角度数据。测试结果表明仿生踝关节能够跟随输入角度数据运动,实现了仿生踝关节跟随运动的预期目标。     

基于惯性传感器的运动捕捉系统对儿童脑性瘫痪步态特征的分析研究

目的：采用基于惯性传感器的运动捕捉系统分析脑性瘫痪（简称脑瘫）患儿和正常儿童以自然步速在日常生活环境中行走时的步态特征。方法：2021年6—12月，在广州市妇女儿童医疗中心康复科招募20例6—12岁脑瘫患儿，面向社会招募同龄20例正常儿童。采集所有儿童的年龄及性别等基本资料后，利用基于惯性传感器的运动捕捉系统采集并分析其以自然步速在日常生活环境中（医院走廊，连续两次行走20m）行走时的步态时空、运动学参数和腰部活动角度。结果：与正常儿童相比，脑瘫患儿的步行周期变长（P<0.05），支撑相在整个周期的占比增大，摆动相的占比减少（P<0.05）；跨步长变短，步频加快（P<0.05）；髋屈曲、伸展角度受限，髋内旋角度增大，膝屈曲、踝跖屈角度受限，腰后伸、侧屈及右旋转角度增大（P<0.05）。结论：脑瘫患儿的步行周期、支撑相、跨步长、步频、下肢及腰部关节活动度有明显异常。基于惯性传感器的运动捕捉系统可有效识别脑瘫患儿在日常生活环境中行走时的步态特征。     

人体运动的三维分析

人体运动分析不仅能提供假肢设计的理论基础、康复效果的评价手段。而且在病理步态矫正、确定下肢和脊柱疾病治疗方案、疗效评估等临床上亦有极为重要的应用价值,同时对于步行机器、机器人的研制、人体运动分析在动力源功率需求的估算,关节促动器的个数和参数的确定及控制方式的选择等方面也是必不可少的。由于人体运动在矢状面内的分量运动大于其他面内的分量,因此对人体运动的分析研究和步态的实验测试大多数局限于二维,即矢状面内（Murray,Boccardl,Onyshko,Zarrugh）。然而在某些场合,例如病理步态分析、步行机和机器人的设计…     

步态模式对人体髋膝踝关节运动协调关系的影响

摘要 目的：分析不同步态模式下髋膝踝关节的运动协调关系,为下肢智能假肢和助行外骨骼控制系统的运动规划提供依据。 方法：利用红外光点运动捕捉系统,采集10名20—35岁健康青年志愿者进行平地行走、上楼梯和下楼梯三种步态的运动轨迹,采用运动循环图对髋膝踝关节运动角度参数进行统计分析。 结果：不同步态模式的髋膝踝关节运动循环图存在显著的差异。 结论：步态模式对髋膝踝关节的运动协调关系有显著影响,下肢假肢和外骨骼可以借鉴相应的运动协调模式降低机械结构和控制系统的复杂性。     

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。     

惯性测量单元在老年人跌倒风险评估中的应用进展

跌倒是老年人群中常见且后果严重的公共卫生事件,跌倒风险评估是跌倒预防和干预的重要手段。国外研究者将惯性测量单元引入老年人运动/平衡功能测量和跌倒风险的评估。研究提示,它比常用的跌倒评估工具具有优势,可应用于医院、社区和养老机构等。惯性测量单元可能是测量步态变异性的良好方法,步态变异性与跌倒风险相关性很高。     

一种基于刚体的虚拟Marker人体步态测量

高精度、快速地采集人体运动数据是人体步态测量的关键技术。试验根据人体解剖特征和正常人体步态特性,将人体划分为12块刚体（左右上臂、前臂、大腿、小腿、脚和上躯干、骨盆）,总结人体运动捕捉测量中Marker点贴附的技术难点,并针对每个难点制定出相应的Marker点贴附及刚体的设计方案,同时制作与人体各部位形态匹配的12块刚体;使用NDI Optotrak Certus运动捕捉系统对3名志愿者进行步态试验,然后将三维捕捉系统所测数据导入Visual3D软件进行人体运动学仿真分析。结果表明使用基于人体多刚体的虚拟Marker方法后,步态测量试验的工作量大大减少（试验工作量减少了25%左右）,试验的稳定性能也较全部贴实体Marker时有所提高。     

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。     

脑卒中偏瘫步态的时空参数与骨盆运动学分析

目的:探讨脑卒中偏瘫步态的时空参数与骨盆的运动学变化特征,从而为其康复治疗提供有价值的依据。方法:运用三维运动解析系统,对符合纳入标准的10例缺血性脑卒中偏瘫步态者进行步态分析,与其基本情况相匹配的健康者10例作为对照。评价两组间在时-空参数、步态周期方面的差异及偏瘫步态者骨盆运动在矢状面、横断面与冠状面上的运动变化特征。结果:脑卒中偏瘫步态者步行速度减慢,步频降低,步宽加大,步长缩短,且健侧步长缩短更为明显。患侧双支撑期在步态周期中所占的比例增加,单支撑期所占的比例减少。健侧支撑期、双支撑期在步态周期中所占的比例增加,摆动期所占的比例减少,健侧在步行中起代偿作用。偏瘫步态骨盆运动表现为骨盆横断面上的旋转度增加和矢状面上倾斜度的增加。结论:三维运动解析系统测试可定量评价与分析偏瘫患者步行功能,定量评价偏瘫患者骨盆运动变化,从而有益于治疗计划的制定。     

本期继教园地思考题(1)

下列各题哪一项答案是错误的１．关节炎和力学因素的关系大致涉及以下几方面：A．力学因素与关节炎病因之间的关系B．关节炎造成关节力学环境的改变C．关节炎的治疗D．关节炎患者的性别２．关节运动可分为以下几个关节面的运动：A．冠状面B．矢状面C．水平面D．纵侧面３．关节炎的评价可分以下几部分：A．严重程度的评价B．关节基本功能的评价C．日常生活能力的评价D．健康状态的评价E．生存质量的评价F．抑郁状态的评价４．关节基本功能的评价包括以下几方面：A．形态学检查B．疼痛C．肌力测定D．ROM的测量E．步态分析F．本体感…     

全膝关节置换后三维步态分析:病例-对照的随访观察

背景：长期以来，针对步行运动中神经肌肉骨骼系统与运动功能客观精确的评估方式较缺乏。三维步态分析技术可将骨科和康复治疗中沿用已久的定性分析和直观描述转换为客观、精确的定量评定。 目的：基于三维步态分析，以12个月的随访资料为背景，评价全膝关节置换后患者步态模式改变。 设计、时间及地点：前后对比，病例一对照，随访观察于2007—01／2008—05在上海第六人民医院康复医学科步态分析室完成。 对象：选取单侧膝关节骨性关节炎行全膝关节置换的患者10例纳入治疗组，同时选择基线资料比之匹配的无神经、肌肉、骨骼系统及平衡问题者10例为对照组。 方法：治疗组患者行康复训练，并于膝关节置换后3，6，12个月应用三维步态分析系统对时间-空间参数、膝关节运动学参数、膝关节力学参数进行测量，并与对照组进行对比。 主要观察指标：时间一空间参数，膝关节运动学参数，膝关节力学参数，膝关节功能评分。 结果：治疗组步幅、步频、步速、患侧单腿支撑时间均较对照组明显减低；健侧单腿支撑时间、步态周期持续时间较对照组明显延长（P〈0．05）。治疗组支撑相最大伸膝、足尖离地屈膝及摆动相最大屈膝角度均较对照组明显减小（P〈0．05）。治疗组第1次、第2次外部伸膝力矩以及第1次最大膝内收力矩峰值均较对照组明显下降（P〈0．01）。 结论：行关节置换患者步态模式以步速减慢并伴有步幅减小、负重反应期及摆动相屈膝角度减小为主要特征，步态参数未达到正常人群标准。