三維步態分析系統在腦癱下肢矯形手術領域中的應用進展

鄭炳鈴 王健 徐桂豪

[摘要]三維步態分析系統作為一套新的步態評估系統，具有客觀、全面、科學、便捷等優點，逐漸應用于國內外醫學評估領域，尤其是在腦癱下肢矯形手術領域中的療效評價及手術指導發揮重要的作用。本文就三維步態分析指導制定腦癱下肢矯形手術方案，評價手術療效，選擇康復治療方法，評定康復療程，制定矯形器以及評估肉毒毒素的療效量化等作一綜述。

[關鍵詞]三維步態分析系統；腦癱；外科手術

[中圖分類號] R742 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-4721（2019）5（b）-0029-03

Progress in the application of three-dimensional gait analysis system in the field of cerebral palsy lower limb orthopedic surgery

ZHENG Bing-ling WANG Jian XU Gui-hao

Cerebral Palsy Diagnosis and Treatment Center， Sanjiu Brain Hospital of Guangdong Province， Guangzhou 510510， China

[Abstract] As a new gait evaluation system， the three-dimensional gait analysis system has the advantages of objectivity， comprehensiveness， science and convenience， it has been gradually applied in the field of medical evaluation at home and abroad， especially in the field of lower limb orthopedic surgery for cerebral palsy. This article reviews three-dimensional gait analysis to guide the formulation of lower limb orthopaedic surgery for cerebral palsy， to evaluate the effect of surgery， to select rehabilitation treatment methods， to evaluate the course of rehabilitation， to develop orthopaedic devices and to quantify the efficacy of botulinum toxin.

[Key words] Three-dimensional gait analysis system； Cerebral palsy； Surgery

痙攣性腦癱是腦癱中最常見的類型。此型的特點為骨骼肌肌張力明顯增高，尤其是雙下肢最為明顯。腦癱患者，由于長期的肌肉痙攣及肌力不平衡，往往繼發不同程度的固定性的畸形，甚至骨性畸形。痙攣型腦性癱瘓的治療原則是緩解肌肉痙攣，平衡軀干及四肢肌力、矯正肢體攣縮畸形，重建身體的負重力線及生物力學線。目前下肢矯形手術能解決腦癱的很多問題，尤其在重建肢體功能，糾正不良運動模式，改善步態等方面有獨特的療效。以前給痙攣性腦癱患兒及運功功能障礙者作病情評估，由于患者步行速度快，步行軌道復雜，起始時間段不定時，難以同時觀察到雙腳運動瞬間變化的情況，醫生都是靠肉眼、臨床查體和量表式來評估，缺乏客觀數據。同時醫生的視覺局限，難以進行三維方向觀察及判斷，難以對縱向變化進行客觀和全面分析。最新評估系統——三維步態分析系統在腦癱患兒的步行分析中，更加全面、準確、客觀，同時能更加精準指導腦癱矯形手術，患者只需要走幾步路，便可形成三維立體圖像，經過系統分析，就可找出肉眼無法看見的，患者在行走、跑動過程中神經、肌肉、骨、關節等出現的問題，方便醫生制定準確的康復治療方案、協助醫生制定術前方案及進行術后療效評估。本文綜述了近幾年國內外的醫學文獻，了解三維步態分析指導制定腦癱矯形手術方案，評價手術療效，選擇康復治療方法，評定康復療程，制定矯形器以及評估肉毒毒素的療效量化。

1三維步態分析系統在國外醫療領域廣泛應用

1.1三維步態分析系統的種類

該系統應用于臨床，有意大利BTSG-WALK三維步態分析評估系統、英國VICONMX三維步態分析評估系統、美國Motion Analysis三維步態分析評估系統及瑞典Qualysis等。廣泛應用于骨科及康復醫學科等學科，尤其在雙下肢多級肌腱延長、松解、移位以及骨性截骨等外科手術前后效果對比的客觀、全面、科學評價方法及工具[1]。

1.2三維步態分析能夠很好地指導康復

該系統的應用使其對腦癱和脊髓損傷患兒的治療有革命性的改變[2]。Filho等[3]運用三維步態分析報告給出的治療建議，能讓腦癱患兒在康復步行治療進程中，取得更好更大的治療效果。Arnold等[4]應用三維步態檢查所反映的肌肉、肌腱的長度、速度數據的情況，來判斷及證明步行過程中有異常步態或短肌腱的個體差異性，篩查出這些患者。同時這些數據得到的結果，也有助于鑒別及警告哪些患者在骨盆傾斜或伸膝方面有手術后不理想改變的危險。Chung等[5]用三維步態分析這種評估系統作為腦性癱瘓的馬蹄足畸形手術術后的評價手段，建議外科醫生應該考慮嚴重馬蹄足的復發及翻修。

1.3三維步態分析系統能提供手術建議及方案

DeLuca等[6]結合三維步態分析的動力學、運動學及肌電圖數據來指導手術，其中52%的腦癱患兒改變了之前外科手術建議及方案，減少了患者的手術費用和不必要的手術創傷，提高了手術效果；通過三維步態分析，增加腓腸肌和股直肌等手術方案，減少跟腱、髂腰肌、髖內收肌、股骨和脛骨截骨等手術治療方案。Vries等[7]根據三維步態分析的結果則能夠確定多程序運動學模型的最佳手術方案，以及術前術后評價治療效果中的可行性、有效性、科學性。Arnold等[8]采納三維步態分析系統對腦癱患者的半膜肌肌腱長度和速度進行分析及評估，判斷出手術可以松弛緊張的跟腱和減少腘繩肌伸展性痙攣反應，證明了跟腱延長手術的必要性，提高手術效果。Chan等[9]應用三維步態分析系統驗證了腦癱患者小腿腓腸肌筋膜松解術的功能改善程度和遠期治療效果。Lee等[10-11]用三維步態分析系統作為評價股直肌轉移手術治療腦性癱瘓患者膝關節僵直步態的手術療效。

1.4三維步態分析能客觀評價手術后的效果

Ditunno等[12]研究顯示三維步態分析是一種臨床試驗的有效性的、系統的、可靠的醫學工具，能評價手術治療后的治療效果和遠期治療的預后，也能評價各種治療方法對疾病患兒運動學、關節動力學、及肌肉電刺激活動的改善程度。Beyaert等[13]應用三維步態分析對手術治療后的殘余畸形內旋情況，進行膝、踝、髖關節運動學、動力學和動態肌電圖分析，能發現此畸形患兒在步行中膝關節的運動學發生動態改變。Schwartz等[14]使用三維步態分析及隨機森林算法預測評估腰大肌延長術治療小兒腦性癱瘓的療效。Ounpuu等[15]用三維步態分析評價多級聯合外科手術包括腓腸肌、股直肌、腘繩肌等手術能夠改善膝關節和踝關節的功能，并手術干預的遠期療效及手術的必要性。德國Braatz等[16]三維步態分析和MRI評價股骨旋轉截骨術（FDRO）來糾正痙攣型腦癱的內八字旋轉步態，得到最好的結果；美國Schwartz等[17]用股骨旋轉截骨術恢復過度的股骨頸前傾角的手術病例評估及術后療效的評價均使用三維步態分析系統；英國Carty等[18]對進行FDRO的腦癱病例術前術后三維步態分析的前瞻性和回顧性隊列研究顯示，FDRO可大幅度改善腦性癱瘓患者的骨盆對稱性。

1.5三維步態分析指導矯形器的制定以及評估肉毒毒素的療效量化

腦癱患兒的多點A型肉毒毒素注射[19-21]，特殊矯形器使用，有助于改善骨盆前傾過度，有助于改善步態及步行能力[22]。三維步態分析可對身體某部位對應的某組骨骼肌進行收縮能力、該組骨骼肌所致靶器官的運動能力、生物力學改變以及支配該骨骼肌的神經在運動中的肌電變化提供客觀的數據。

2三維步態分析系統在國內較少評價腦癱治療領域，逐漸廣泛應用

2.1三維步態分析系統很少應用的原因

該設備是進口產品，較為昂貴，辦理手續繁瑣，技術操作及分析較為復雜，目前在國內較少機構或醫院擁有三維步態分析系統設備。國內的相關文獻主要集中在腦卒中偏癱康復評估療效[23]，也應用創傷骨折術后、人工股骨頭及人工膝關節置換術后的療效評價[24]，但研究量及例數較少，尤其是將三維步態分析應用于腦癱矯形手術的病例評估及術后療效的評價更少[25]，即三維步態分析系統在痙攣性腦癱下肢矯形手術領域中的應用少見。

2.2三維步態分析系統在國內部分應用現狀

國內王玉霞等[26]研究顯示，三維步態分析系統指導腦癱矯形手術的制定及評價、康復治療方法的選擇、康復療程的評定、矯形器的制定以及評估肉毒毒素的療效量化等。

步態分析能在康復評定、訓練與治療的過程中，客觀、定量地評定人體步行功能，全面反映患者的康復功能狀態。最開始主要是依靠肉眼直接觀察及大腦分析，隨著科技的發展，逐漸使用儀器輔助進行攝像、測量、記錄肢體活動的各項力學、空間、電生理等參數，并用電腦進行分析，得出較為科學、精準的實驗室數據，有利于指導臨床工作。隨著醫學科技的發展，三維步態分析將會逐漸廣泛用于醫療領域，也將用于臨床診斷評價和協助制定治療策略，將會運用腦癱的外科手術及康復之中，發揮不可代替的巨大作用，方便于臨床工作者，最終造福患者。

[參考文獻]

[1]孫嘉利，唐丹，鐘世鎮.三維步態分析的研究與應用[J].中國組織工程研究和臨床康復2007，11（5）：944-948.

[2]Patrick JH.Case for gait analysis as part of the management of incomplete spinal cord injury[J].Spinal Cord，2003，41（9）：479-482.

[3]Filho MC，Yoshida R，Carvalho Wda S，et al.Are the recommendations from three-dimensional gait analysis associated with better postoperative outcomes in patients with cerebral palsy？[J].Gait Posture，2008，28（2）：316-322.

[4]Arnold AS，Liu MQ，Schwartz MH，et al.The role of estimating muscle-tendon lengths and velocities of the hamstrings in the evaluation and treatment of crouch gait[J].Gait Posture，2006，23（3）：273-281.

[5]Chung CY，Sung KH，Lee KM，et al.Recurrence of equinus foot deformity after tendo-achilles lengthening in patients with cerebral palsy[J].J Pediatr Orthop，2015，35（4）：419-425.

[6]DeLuca PA，Davis RB 3rd，Ounpuu S，et al.Alterations in surgical decision making in patients with cerebral palsy based on three-dimensional gait analysis[J].Pediatr Orthop，1997，17（5）：608-614.

[7]de Vries G，Roy K，Chester V.Using three-dimensional gait data for foot/ankle orthopaedic surgery[J].Open Orthop J，2009，3：89-95.

[8]Arnold AS，Liu MQ，Schwartz MH，et al.Do the hamstrings operate at increased muscle-tendon lengths and velocities after surgical lengthening？[J].Biomech，2006，39（8）：1498-1506.

[9]Chan SH，Yam KY，Yiu-Lau BP，et al.Selective dorsal rhizotomy in Hong Kong：multidimensional outcome measures[J].Pediatr Neurol，2008，39（1）：22-32.

[10]Lee SY，Kwon SS，Chung CY，et al.Rectus femoris transfer in cerebral palsy patients with stiff knee gait[J].Gait Posture，2014，40（1）：76-81.

[11]Drefus LC，Buckland MA，Backus SI，et al.The functional effect of a distal rectus femoris tenotomy in adults with cerebral palsy[J].Gait Posture，2014，40（1）：145-149.

[12]Ditunno J，Scivoletto G.Clinical relevance of gait research applied to clinical trials in spinal cord injury[J].Brain Res Bull，2009，78（1）：35-42.

[13]Beyaert C，Haumont T，Paysant J，et al.The effect of inturning of the foot on knee kinematics and kinetics in children with treated idiopathic clubfoot[J].Clin Biomech （Bristol，Avon），2003，18（7）：670-676.

[14]Schwartz MH，Rozumalski A，Truong W，et al.Predicting the outcome of intramuscular psoas lengthening in children with cerebral palsy using preoperative gait data and the random forest algorithm[J].Gait Posture，2013，37（4）：473-479.

[15]Ounpuu S，Solomito M，Bell K，et al.Long-term outcomes after multilevel surgery including rectus femoris，hamstring and gastrocnemius procedures in children with cerebral palsy[J].Gait Posture，2015，42（3）：365-372.

[16]Braatz F，Wolf SI，Gerber A.Do changes in torsional magnetic resonance imaging reflect improvement in gait after femoral derotation osteotomy in patients with cerebral palsy？[J].Int Orthop，2013，37（11）：2193-2198.

[17]Schwartz MH，Rozumalski A，Novacheck TF.Femoral derotational osteotomy：surgical indications and outcomes in children with cerebral palsy[J].Gait Posture，2014，39（2）：778-783.

[18]Carty CP，Walsh HP，Gillett JG，et al.The effect of femoral derotation osteotomy on transverse plane hip and pelvic kinematics in children with cerebral palsy：a systematic review and meta-analysis[J].Gait Posture，2014，40（3）：333-340.

[19]Desloovere K，Molenaers G，Jonkers I，et al.Arandomized study of combined bolulium type A and casing in the ambuland child with cerebral palsy using objective outcome measures[J].Eur J Neurol，2001，8（5）：75-78.

[20]Desloovere K，Molenaers G，De Cat J，et al.Motor function following multilevel botulinum toxin type A treatment in children with cerebral palsy[J].Der Med Child Neurol，2007，49（1）：56-61.

[21]Rutz E，Hofmann E，Brunner R.Peroperative botulinum toxin test injections before muscle lengthening in cerebral palsy[J].Orthop Sci，2010，15（5）：647-653.

[22]Flanagan A，Krzak J，Peer M，et al.Evaluation of short-term intensive orthotic garment use in children who have cerebral palsy[J].Pediatr Phys Ther，2009，21（2）：201-204.

[23]盧利萍，桑德春，邵翠霞，等.腦卒中偏癱患者康復治療前后的三維步態分析[J].中國康復理論與實踐，2014，20（8）：752-755.

[24]王浩洋，康鵬德，聶涌，等.直接前入路全髖關節置換后早期三維步態分析[J].北京大學學報（醫學版），2017，49（2）：196-200.

[25]白躍宏，周俊，梁娟.步態分析在臨床中應用[J].中國矯形外科雜志2006，14（10）：787-789.

[26]王玉霞，于濤，楮琴，等.三維步態分析痙攣性腦性癱瘓兒步行中時空參數和骨盆運動特征[J].中國組織工程研究.2012，16（22）：4039-4043.

（收稿日期：2018-08-27 本文編輯：劉克明）