老年男性站姿平衡能力評(píng)價(jià)體系的建立

蘆芳芳，張峻霞

(天津市輕工與食品工程機(jī)械裝備集成設(shè)計(jì)與在線監(jiān)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津 300222)

平衡能力是人體的一項(xiàng)重要生理功能，是維持人體日常行走、站立等靜態(tài)或動(dòng)態(tài)姿勢(shì)的基本條件[1].老年人在衰老過(guò)程中，平衡功能明顯減弱，平衡能力下降會(huì)增加跌倒風(fēng)險(xiǎn)[2]，研究表明步態(tài)平衡失調(diào)導(dǎo)致跌倒風(fēng)險(xiǎn)上升了3 倍[3–4]，跌倒是造成老年傷害的頭號(hào)殺手，也是老年人慢性致殘的第三大原因[5].對(duì)平衡能力進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估是預(yù)防老年人跌倒的有效手段之一[6].目前有關(guān)平衡能力評(píng)估的方案已經(jīng)逐漸規(guī)范，但相關(guān)派生指標(biāo)不斷衍生，存在指標(biāo)重疊和冗余的現(xiàn)象[7]，導(dǎo)致平衡試驗(yàn)和后期的平衡評(píng)估變得繁雜困難，因此建立一套簡(jiǎn)單易行準(zhǔn)確度較高的老年人平衡能力檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要.

在人體靜態(tài)站姿平衡研究領(lǐng)域中，平衡的測(cè)試研究已經(jīng)經(jīng)歷了多年的積累，基于壓力中心(COP)對(duì)平衡能力或跌倒風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估方法研究中，Greene 等[8]采用支持向量機(jī)(support vector machine，SVM)對(duì)120名受試者的COP 幅度、擺動(dòng)距離及其方根、擺動(dòng)速度、包絡(luò)面積和前后方向的頻率等參數(shù)進(jìn)行收集，用來(lái)預(yù)測(cè)跌倒風(fēng)險(xiǎn).Kimura 等[9]通過(guò)對(duì)步態(tài)參數(shù)和平衡能力的臨床測(cè)試表現(xiàn)來(lái)獲得相關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)以評(píng)估人體的平衡能力；Kang 等[10]研究發(fā)現(xiàn)平衡能力的分水嶺在60 歲，60 歲以前平衡能力恒定性較強(qiáng)，60 歲以后每10 年下降16%或更多；Sturnieks 等[11]通過(guò)老年人重心平衡研究發(fā)現(xiàn)，隨著年齡增大，老年人平衡能力下降，摔倒次數(shù)逐漸增多，這些研究對(duì)人體平衡功能評(píng)估及臨床平衡測(cè)驗(yàn)都做出了卓越的貢獻(xiàn)，為后續(xù)平衡的研究提供了科學(xué)的指導(dǎo)與參考.但是，在以上這些平衡能力測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，所采用的方法多為主觀性的量表工具，尚缺乏客觀、定量的平衡能力綜合評(píng)價(jià)方法.Sibley 等[12]對(duì)1986—2014 年的相關(guān)研究分析后認(rèn)為，平衡能力評(píng)估缺乏維度分析會(huì)限制評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性.

本文將運(yùn)用多指標(biāo)綜合分析方法，對(duì)老年人靜態(tài)平衡能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，建立老年人靜態(tài)站姿平衡能力評(píng)價(jià)體系.通過(guò)分析靜態(tài)站姿平衡的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，篩選出對(duì)年齡因素較為敏感的平衡指標(biāo)，根據(jù)指標(biāo)自身的作用和影響確定權(quán)數(shù)，構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型，給出老年受試者平衡能力的評(píng)分公式，根據(jù)綜合得分制定出評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn).

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

為排除性別因素的影響，實(shí)驗(yàn)只選取男性作為研究對(duì)象.實(shí)驗(yàn)選取了46 名60＜年齡≤70 周歲的老年受試者，受試者的平均年齡、身高、體重分別為(65.77±2.86)歲、(169.50±4.92)cm、(70.19±8.02)kg.實(shí)驗(yàn)要求受試者在過(guò)去6 個(gè)月無(wú)下肢外傷史，沒(méi)有從事過(guò)系統(tǒng)的體育訓(xùn)練，身體形態(tài)正常、無(wú)神經(jīng)肌肉疾病、無(wú)明顯平衡障礙癥狀，如帕金森病、腦卒中等.在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前24 h 內(nèi)沒(méi)有進(jìn)行劇烈運(yùn)動(dòng)，所有受試者均被告知具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程及要求.所有受試者均自愿參加這項(xiàng)研究，實(shí)驗(yàn)在征得受試者同意后進(jìn)行.

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

平衡能力測(cè)試采用COGNI 平衡評(píng)估訓(xùn)練系統(tǒng)，采集7 項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，即：包絡(luò)面積、X 方向偏倚、單位時(shí)間軌跡長(zhǎng)、單位面積軌跡長(zhǎng)、X 方向最大動(dòng)搖徑、Y方向最大動(dòng)搖徑、Y 方向偏倚.受試者被要求睜/閉眼、雙腳靜立于壓力感應(yīng)板上，雙足平行置于壓力平板兩側(cè)的線框內(nèi)，雙手叉腰，雙目平視前方設(shè)定的標(biāo)識(shí)物，測(cè)試時(shí)間10 s；受試者睜/閉眼、左/右腳靜立于壓力感應(yīng)板上，右/左腳屈膝抬起，置于壓力平板上方約20～30 cm，雙手叉腰，雙目平視前方設(shè)定的標(biāo)識(shí)物，測(cè)試時(shí)間10 s.在每一組平衡實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要求受試者休息2 min 以避免疲勞影響.

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)所收集的原始數(shù)據(jù)使用 Microsoft Excel 2016 進(jìn)行整理，數(shù)據(jù)處理使用SPSS 20.0 軟件，將受試者以5 歲為段劃分為兩個(gè)年齡區(qū)間，區(qū)間1(60＜年齡≤65 周歲，共計(jì)24 名)；區(qū)間2(65＜年齡≤70周歲，共計(jì)22 名)，分別對(duì)兩個(gè)區(qū)間的各變量(指標(biāo))數(shù)據(jù)進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn)，方差齊性檢驗(yàn)值Sig＞0.05，然后對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以年齡區(qū)間為影響因素進(jìn)行單因素方差分析，篩選出顯著性P＜0.05 的指標(biāo)，這些指標(biāo)適用于對(duì)60＜年齡≤65 周歲老年人平衡能力的評(píng)估.對(duì)篩選出的指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，將原來(lái)變量重新組合成一組新的互相無(wú)關(guān)的幾個(gè)主成分(綜合變量)，而且這些主成分在反映數(shù)據(jù)的信息方面盡可能保持原有的信息.對(duì)這些主成分進(jìn)行加權(quán)處理后，建立老年人平衡能力評(píng)分公式，由評(píng)分公式計(jì)算出平衡得分，再對(duì)評(píng)分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，劃分平衡能力評(píng)估等級(jí).

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 數(shù)據(jù)分析

以年齡為影響因素對(duì)實(shí)驗(yàn)所收集的42 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析，篩選顯著性P＜0.05 的指標(biāo)結(jié)果見(jiàn)表1.表中：AE 表示包絡(luò)面積；DE 表示單位面積軌跡長(zhǎng)；FX 表示X 方向偏倚；FY 表示Y 方向偏倚；IE 表示單位時(shí)間軌跡長(zhǎng)；MX 表示X 方向最大動(dòng)搖徑；MY 表示Y 方向最大動(dòng)搖徑；O 表示睜眼；C 表示閉眼；DF 表示雙腳站立姿勢(shì)；RF 表示右腳站立姿勢(shì)；LF 表示左腳站立姿勢(shì).

表1 各指標(biāo)的顯著性水平Tab. 1 Levels of significant indicators

表1 共計(jì)篩選出19 個(gè)對(duì)年齡因素較敏感的指標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見(jiàn)表2.

表2 主成分特征值Tab. 2 Feature values of principal components

分析表2 的數(shù)據(jù)，篩選初始特征值 νi大于1 的主成分因子，發(fā)現(xiàn)前5 個(gè)主成分因子的方差貢獻(xiàn)率累計(jì)達(dá)到89.237%，這說(shuō)明在一定程度上這5 個(gè)主成分因子可以用來(lái)描述老年受試者的大部分?jǐn)?shù)據(jù)信息.

根據(jù)因子載荷0.5 原則，為了能夠更好地解釋各項(xiàng)因子的意義，應(yīng)選擇因子載荷較高的指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表3.

表3 平衡能力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)Tab. 3 Comprehensive evaluation index of balance ability

對(duì)表3 通過(guò)歸類，挑選因子載荷αλ較大的指標(biāo)作為主成分因子的代表指標(biāo)，代表指標(biāo)作為評(píng)價(jià)靜態(tài)平衡能力的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，也稱為靜態(tài)平衡能力的主導(dǎo)因素，能對(duì)靜態(tài)平衡能力做出較全面的評(píng)價(jià).

2.2 建立老年受試者的平衡能力評(píng)分公式

各主成分按式(1)計(jì)算

式中：Zi代表各主成分；x 代表指標(biāo)數(shù)據(jù)的實(shí)際值；αλ為因子載荷.

依據(jù)表2 中5 個(gè)主成分的初始特征值，按式(2)計(jì)算出各主成分的加權(quán)系數(shù)ia .

求得：a1=0.436；a2=0.244；a3=0.154；a4=0.095；a5=0.071.

各主成分加權(quán)后的得分總和即為老年受試者平衡能力得分G.

2.3 制定平衡評(píng)估等級(jí)

將靜態(tài)平衡能力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)中各主成分實(shí)測(cè)值代入式(1)求出各指標(biāo)得分，然后根據(jù)式(2)求得各主成分的權(quán)重系數(shù)，再根據(jù)式(3)求各主成分加權(quán)后的得分總和即為老年受試者平衡能力得分，該總分即是靜態(tài)平衡能力的綜合得分.對(duì)綜合得分進(jìn)行頻數(shù)分析，對(duì)老年受試者的平衡得分采用20 分制，共設(shè)立5 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的等級(jí)，使每個(gè)級(jí)別的人數(shù)占受試者總?cè)藬?shù)的20%，按得分由高到低依次定為優(yōu)、良、中、中下、差，各級(jí)別對(duì)應(yīng)的評(píng)分范圍見(jiàn)表4.評(píng)估老年人平衡能力根據(jù)評(píng)分公式(式(3))及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(表4)便可確定老年人靜態(tài)平衡能力所在的等級(jí).

表4 老年人靜態(tài)平衡能力評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Tab. 4 Evaluation criteria of the static balance ability of the elderly

2.4 評(píng)價(jià)體系的驗(yàn)證

平衡能力較好的受試者其相應(yīng)步態(tài)穩(wěn)定性也較好.文中對(duì)平衡評(píng)價(jià)體系的驗(yàn)證通過(guò)結(jié)合步態(tài)測(cè)試來(lái)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)儀器使用Zebris 足底壓力跑臺(tái)，收集受試者在2 min 內(nèi)以日常步速赤腳行走時(shí)的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù).該步態(tài)實(shí)驗(yàn)與平衡實(shí)驗(yàn)選用的是相同的受試者，將平衡得分與步態(tài)參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表5.表5 中數(shù)據(jù)顯示：平衡得分與左、右腳支撐相占比表現(xiàn)出了較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)，而與左、右腳擺動(dòng)相占比則表現(xiàn)出了較強(qiáng)的正相關(guān)，從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度說(shuō)明了隨著平衡得分增加受試者在行走過(guò)程中左右腳擺動(dòng)相占整個(gè)步態(tài)周期的比例會(huì)相應(yīng)增加，而支撐相占整個(gè)步態(tài)周期的比例相應(yīng)降低.此外，平衡得分高的受試者行走時(shí)會(huì)有相對(duì)較大的步寬，其步長(zhǎng)對(duì)稱比值也更接近于1.這些步態(tài)參數(shù)是表征步態(tài)穩(wěn)定性的重要參考指標(biāo)，由此可以證明該評(píng)價(jià)系統(tǒng)與步態(tài)測(cè)試結(jié)果具有相應(yīng)的一致性，也說(shuō)明該評(píng)價(jià)體系能相對(duì)準(zhǔn)確地反映老年受試者的靜態(tài)站姿平衡能力.

表5 平衡得分與步態(tài)參數(shù)的相關(guān)性水平Tab. 5 Correlation of balance score and gait parameters

3 討 論

本文在平衡能力測(cè)試方法、平衡指標(biāo)篩選、評(píng)價(jià)體系構(gòu)建及應(yīng)用的內(nèi)容上均進(jìn)行了優(yōu)化.首先平衡能力測(cè)試采用COGNI 平衡評(píng)估訓(xùn)練系統(tǒng)可定量準(zhǔn)確地測(cè)試出各項(xiàng)平衡指標(biāo)值.目前臨床使用較多的有Berg 平衡量表、Tinetti 平衡及步態(tài)量表、平衡信心量表等評(píng)估法，這些平衡評(píng)估法會(huì)受到評(píng)估者主觀因素的影響，文中基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)獲得的評(píng)價(jià)體系在一定程度上彌補(bǔ)了這些應(yīng)用主觀性量表工具進(jìn)行平衡評(píng)估的不足.應(yīng)用單因素方差分析法對(duì)6 種平衡姿勢(shì)下測(cè)得的平衡指標(biāo)進(jìn)行篩選，避免了由指標(biāo)重疊和派生指標(biāo)的衍生導(dǎo)致的平衡評(píng)估不準(zhǔn)確、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)繁雜的問(wèn)題.本文構(gòu)建的評(píng)價(jià)體系可方便有效地評(píng)估老年人靜態(tài)平衡能力水平，為平衡能力的評(píng)估提供了一種評(píng)價(jià)方法.該評(píng)價(jià)方法也可應(yīng)用于康復(fù)訓(xùn)練，實(shí)驗(yàn)收集的人體平衡參數(shù)可用于指導(dǎo)平衡康復(fù)訓(xùn)練器械的設(shè)計(jì)研發(fā).

回顧整個(gè)研究過(guò)程，還存在一些不足之處需要完善.實(shí)驗(yàn)只選取了60～70 周歲這個(gè)年齡段的男性受試者，樣本類別不夠全面，后續(xù)研究可在此實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上豐富樣本類別，不斷完善該評(píng)價(jià)體系.人體維持平衡的過(guò)程是一個(gè)極其復(fù)雜敏感的階段，極易受到自身或外來(lái)擾動(dòng)因素的影響，受試者心理狀況、測(cè)試環(huán)境等因素對(duì)于所測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)有直接的影響[13]，如何盡量降低這些擾動(dòng)因子的影響，是今后需要研究的重點(diǎn).有關(guān)人體平衡能力的研究多數(shù)單以人體靜態(tài)平衡、動(dòng)態(tài)平衡或是步態(tài)研究范疇展開(kāi)，而將人體靜態(tài)平衡同動(dòng)態(tài)平衡或步態(tài)研究相結(jié)合討論的文獻(xiàn)非常少.相關(guān)文獻(xiàn)[14–15]已指出基于步態(tài)的定量測(cè)試可以反映平衡系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中調(diào)控身體姿態(tài)穩(wěn)定性的能力，因此后續(xù)研究可在老年人平衡評(píng)價(jià)體系的基礎(chǔ)上，結(jié)合步態(tài)參數(shù)進(jìn)行多維度分析.將平衡評(píng)價(jià)體系應(yīng)用于老年人跌倒風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估中，尋找平衡能力與跌倒風(fēng)險(xiǎn)之間的聯(lián)系.

當(dāng)前平衡測(cè)量設(shè)備所給出的測(cè)試結(jié)果多為平衡指標(biāo)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)于受試者的平衡能力總體水平并未給出具體評(píng)價(jià).評(píng)價(jià)體系若能應(yīng)用于相關(guān)平衡測(cè)量軟件系統(tǒng)，在測(cè)量時(shí)生成相應(yīng)的平衡評(píng)估報(bào)告，則可更直觀地表明受試者的平衡能力狀況.

4 結(jié) 語(yǔ)

本文建立了老年男性的站姿平衡能力評(píng)價(jià)體系.首先完成對(duì)平衡能力評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選，通過(guò)對(duì)指標(biāo)的篩選從而簡(jiǎn)化平衡測(cè)試的過(guò)程，基本解決了由指標(biāo)重疊和冗余現(xiàn)象所導(dǎo)致的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)繁雜、平衡評(píng)估困難的問(wèn)題.然后依據(jù)所選指標(biāo)建立老年人的平衡能力評(píng)分公式 =∑iiGa Z (i=1，2，…，5)，通過(guò)評(píng)分公式可以計(jì)算出受試者的平衡得分，再根據(jù)分值判別平衡能力等級(jí).評(píng)分公式和評(píng)估等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可以進(jìn)一步表明受試者的平衡能力狀況.該評(píng)價(jià)體系可應(yīng)用于康復(fù)領(lǐng)域，指導(dǎo)平衡康復(fù)訓(xùn)練器材的設(shè)計(jì)研發(fā).