第二节 步态分析方法
一、临床分析
临床分析是步态评估的基础。步态实验室的检查结果最终都必须与临床分析结合。
（一）临床分析的内容
1.病史
回顾患者既往的手术、损伤、神经病变等病史对判断步态异常有重要参考价值。例如小儿麻痹后遗症患者发病后10～15年再度出现步态恶化，其原因既可以是儿麻后综合征所造成的神经肌肉功能恶化，也可以是下肢骨关节退行性改变造成的疼痛性步态，脊柱退行性改变或腰椎间盘病变造成脊髓神经压迫也是常见原因。此外，老年性痴呆、下肢血管病变、帕金森综合征、糖尿病足病、痛风等同样可能是潜在的原因，心理功能障碍也可造成异常步态。假肢和矫形器的设计与制作决定了截肢或瘫痪患者的步态特征。
2.体格检查
体检是研究步态的基础，侧重于神经反射（腱反射、病理反射）、肌力和肌张力、关节活动度、感觉（触觉、痛觉、本体感觉）、压痛、肿胀、皮肤状况（溃疡、颜色）等。
3.步态观察
注意患者全身姿势，包括动态（步行）和静态（站立）姿势；步态概况，包括步行节律、稳定性、流畅性、对称性、身体重心偏移、手臂摆动、诸关节在步行周期的姿态与角度、患者神态与表情、辅助装置（支具、助行器）的作用等（表1-7-2-1）。观察应该包括前面、侧面和后面，注意对称比较，注意疼痛对步态的影响。患者要充分暴露下肢，并可以显示躯干和上肢的基本活动。受试者一般采取自然步态，必要时可以使用助行器。在自然步态观察的基础上，可以要求患者加快步速，减少足接触面（踮足或足跟步行）或步宽（两足沿中线步行），以凸现异常；也可以通过增大接触面或给予支撑（足矫形垫或支具），以改善异常，从而协助评估。
表1-7-2-1 步态临床观察要点
4.诊断性治疗
诊断性神经阻滞（采用利多卡因等局部麻醉剂），有助于鉴别肢体畸形的原因和指导康复治疗。从肌肉动力学角度关节畸形可以分为动态畸形和静态畸形。动态畸形指肌肉痉挛或张力过高导致肌肉控制失平衡，使关节活动受限，诊断性治疗可明显改善功能。静态畸形指骨骼畸形以及关节或肌肉挛缩导致的关节活动受限，诊断性治疗无变化。
（二）常见步态障碍的病因和病理基础
步态障碍主要表现为活动障碍、安全性降低和疼痛。异常步态的代偿导致步行能耗增加。障碍的主要原因为神经肌肉因素和骨关节因素。
1.骨关节因素
由于运动损伤、骨关节疾病、先天畸形、截肢、手术等造成的躯干、骨盆、髋、膝、踝、足静态畸形和双下肢长度不一致。疼痛和关节松弛等也对步态产生明显影响。
2.神经肌肉因素
中枢神经损伤，包括脑卒中、脑外伤、脊髓损伤和疾病、脑瘫、帕金森综合征等造成的痉挛步态、偏瘫步态、剪刀步态、共济失调步态、蹒跚步态等。原发性原因主要是中枢神经对肢体运动调节失控导致肌肉张力失衡和肌肉痉挛；继发性因素包括关节和肌腱挛缩畸形、代偿性步态改变等。外周神经损伤，包括神经丛损伤、神经干损伤、外周神经病变等导致的特定肌肉无力性步态，例如臀大肌步态、臀中肌步态、股四头肌步态等。原发因素为肌肉失神经支配，肌肉无力或瘫痪；继发因素包括肌肉萎缩、关节和肌腱挛缩畸形、代偿性步态改变；儿童患者可伴有继发性骨骼发育异常，导致步态异常。
（三）临床观察的局限性
1.时间局限
由于步行速度较快，临床肉眼很难同时观察到瞬间变化的情况，例如足在摆动相的旋转，足跟着地时的旋转倾斜、髋、膝、踝关节角度变化等。
2.空间局限
由于人的视觉局限，因此难以对步行运动同时进行多维方向全面观察。
3.记忆局限
人的记忆能力有限，难以对纵向变化进行客观和全面的对比分析。
4.思维局限
步态的临床观察主要依赖个人的观察能力和经验，缺乏客观数据，难以进行定量评估，从而在一定程度上影响评估的客观性和准确性。
二、运动学分析
（一）定义
运动学（kinematics）是步行时肢体运动时间和空间变化规律的研究方法，主要包括：步行整体时间与空间测定和肢体节段性运动方向测定。
（二）时间/空间参数测定
1.足印法
足印法是步态分析最早期和简易的方法之一。在足底涂上墨汁，在步行通道（一般为4～6m）铺上白纸。受试者走过白纸，留下足迹，便可以测量距离。也可以在黑色通道上均匀撒上白色粉末，让患者赤足通过通道，留下足迹。步行同时用秒表记录时间。这种方式不需要复杂设备，但是十分耗时，所以实际临床应用很少。可以获得的参数包括：
（1）步长（step length图1-7-2-1）：
指一足着地至对侧足着地的平均距离。国内也有称之为步幅。
图1-7-2-1 步长测量
（2）步长时间（step time）：
指一足着地至对侧足着地的平均时间，相当于支撑相早期和中期。
（3）步频（cadence）：
指平均步数（步/min）=60（s）/步长平均时间（s）。由于步长时间两足不同，所以一般取其均值。有人按左右步长单独计算步频，以表示两侧步长的差异。
（4）步幅（stride length）：
指一足着地至同一足再次着地的距离（图1-7-2-2）。国内也有称之为跨步长。
图1-7-2-2 步幅
（5）步行周期（cycle time）：
指平均步幅时间（stride time），相当于支撑相与摆动相之和。
（6）步速（velocity）：
指步行的平均速度（m/s） =步幅/步行周期。
（7）步宽（walking base）：
也称之为支撑基础（supporting base），指两脚跟中心点或重力点之间的水平距离，也有采用两足内侧缘或外侧缘之间的最短水平距离。左右足分别计算。
（8）足偏角（toe out angle图1-7-2-3）：
指足中心线与同侧步行直线之间的夹角。左右足分别计算。
图1-7-2-3 足偏角
2.足开关
足开关是一种微型的电子开关，装置在类似于鞋垫形状的测定板内，分别置放于前脚掌（掌开关）和脚跟（跟开关）。电子开关由足跟触地首先触发跟开关，前脚掌触地时触发掌开关，脚跟离地时关闭跟开关，脚尖离地时关闭掌开关。通过有线或遥控方式将信息发送给主机测定。这种装置十分简单，有一定的临床价值。同时也是其他运动学和动力学研究必不可少的时间定位标志。除了可以迅速获得上述与时间相关的参数外，还可以获得下列参数：
（1）第一双足支撑相：跟开关触发至掌开关触发的时间。
（2）单足支撑相：跟开关与掌开关同时触发的时间。
（3）第二双支撑相：跟开关关闭和掌开关关闭之间的时间。
（4）摆动相：掌开关关闭至下次跟开关触发的时间。
（5）各时相在步态周期的比例。
3.电子步态垫
电子步态垫是足印法和足开关的结合，其长度为3～4m，有10 000个压感电阻均匀分布在垫下。受试者通过该垫时，足底的压力直接被监测，并转换为数字信号，通过计算机分析，可以立即求出上述所有参数，在临床上已经逐渐成为主导方式。电子步态可以制作为类似地毯式样，以携带到现场。
（三）节段性运动测定
节段性运动测定是指对步行时特定关节或运动中心的多维动态分析，即步行时关节各方向活动角度的动态变化及其与步行时相之间的关系，从而可以剖析运动障碍的具体环节和部位，以及各环节之间的关系。进行节段性分析必须要能够分解受试者的动作，并同时从多维方向进行观察，因此必须使用必要的仪器。常用的方式有：
1.同步摄像分析
最基本的方式是在4～8米的步行通道的周围设置2～4台摄像机，同时记录受试者正面、侧面步行的图像（图1-7-2-4），并采用同步慢放的方式，将受试者较快的动作分解为较慢的动作，在同一屏幕显示，从而使检查者可以获得两维图像，进行动作特征分析。
图1-7-2-4 同步摄像步态分析
2.三维数字化分析
通过2～6台检测仪（数字化检测仪或高速摄像机）连续获取受试者步行时关节标记物的信号，通过计算机转换为数字信号，分析受试者的三维运动特征（图1-7-2-5）。同一标记物被两台检测仪同时获取时，计算机即可进行三维图像重建和分析。其输出结果包括：数字化重建的三维步态、各记录关节的屈/伸、内收/外展和内旋/外旋角度变化、速率和时相。
关节标记物分为主动和被动两种。主动标记物：标记物主动发射红外线信号。被动标记物：标记物反射检测仪发出红外线信号。关节标记物一般置放于需要观察的关节或重力中心。
3.关节角度计分析
基本原理是闭链系统的关节角度动态变化可以反映运动特征，并可以重建运动模式。具体方法是采用特制的关节角度计固定于被测关节，记录关节活动时角度计的改变，转换为数字信号后可用计算机重建步态。优点是操作简便，特别是上肢检查十分方便；缺点是难以正确记录旋转和倾斜活动，对于髋关节的活动难以处理。
图1-7-2-5 三维数字化步态分析
三、动力学分析
（一）定义
动力学（kenetics）分析是对步行时作用力、反作用力强度、方向和时间的研究方法。牛顿第三定律（作用力=反作用力）是动力学分析的理论基础。
（二）测定方法
1.测力平台
步行时人体的重力和反作用力（GRF）可以通过测力平台记录，并分析力的强度、方向和时间。测力平台一般平行设置在步行通道的中间，可以平行或前后放置，关键是保证连续记录一个步行周期的压力。测力平台测定身体运动时的垂直力和剪力。垂直力是体重施加给测力平台的垂直应力，而剪力是肢体行进时产生的前后/左右方向的力。与运动学参数结合可以分析内力，即肌肉、肌腱、韧带和关节所产生的控制外力的动力，一般以力矩表示。
2.足测力板
采用特制超薄的测力垫直接插入到受试者鞋内，测定站立或步行时受试者足底受力分布及重心移动的静态或动态变化，从而有助于理解患者足的应力状态，协助设计合适的矫形鞋和步态分析。
四、动态肌电图
（一）定义
动态肌电图指在活动状态同步测定多块肌肉电活动，揭示肌肉活动与步态关系的肌肉电生理研究，是临床步态分析必不可少的环节。
（二）生理基础
肌肉收缩是步行的基础因素，涉及肌肉收缩的时相和力量。肌肉活动具有步行速度及环境依赖性。参与步行控制的肌肉数量和质量均有很大的冗余或储备力，从而使关节运动与肌肉活动之间出现复杂的关联。步态异常既可以是原发性神经肌肉功能障碍的结果，也可能由于骨关节功能的障碍，导致继发性肌肉活动异常。因此，动态肌电图对于这些问题的鉴别起关键作用。
（三）方法
1.电极
对于表浅的肌肉一般采用表面电极。对于深部肌肉可以采用植入式线电极，其导线表面有绝缘物质覆盖，导线的两端裸露，一端与检测的肌肉接触，另一端与肌电图仪连接。
2.部位
表面电极一般置放于接近肌腹，同时与相邻肌肉距离最远的部位（减少干扰）。
3.肌肉
通常检测的下肢肌肉包括：腓肠肌、比目鱼肌、胫前肌、屈趾长肌、屈
长肌、屈趾短肌、屈
短肌、腓骨长肌、腓骨短肌、伸趾长肌、伸
长肌、伸趾短肌、腘绳肌、阔筋膜张肌、缝匠肌、股四头肌、内收肌、臀大肌、臀中肌、髂腰肌、竖躯干肌。