步態(tài)分析在神經(jīng)病學(xué)中的臨床應(yīng)用進(jìn)展

黃祎晨?卞躍峰?劉明媛?韓燕

【摘要】步態(tài)分析在神經(jīng)病學(xué)領(lǐng)域有著迫切的應(yīng)用現(xiàn)實(shí)需求，也面臨著推廣應(yīng)用的巨大挑戰(zhàn)與機(jī)遇。近年來(lái)隨著步態(tài)分析系統(tǒng)硬件和軟件技術(shù)的進(jìn)步，技術(shù)節(jié)點(diǎn)上的難關(guān)被一一突破，神經(jīng)病學(xué)定量步態(tài)分析系統(tǒng)也隨之建立，有助于明確步態(tài)分析潛在機(jī)制與疾病進(jìn)展之間的聯(lián)系，以提高步態(tài)測(cè)量方法在臨床及試驗(yàn)中的實(shí)用性和精確性。為進(jìn)一步成功實(shí)現(xiàn)步態(tài)分析技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化，為其在神經(jīng)病學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用打下基礎(chǔ)，該文對(duì)步態(tài)分析在神經(jīng)病學(xué)中的臨床研究新進(jìn)展進(jìn)行綜述。

【關(guān)鍵詞】步態(tài)分析;神經(jīng)病學(xué);臨床應(yīng)用;定量分析

Research progress on clinical application of gait analysis in neurology Huang Yichen△， Bian Yuefeng， Liu Mingyuan， Han Yan. △Institute of science， Technology and humanities， Shanghai University of Traditional Chinese Medicine， Shanghai 201203， China

Corresponding author， Han Yan， E-mail： hanyan.2006@aliyun.com

【Abstract】Gait analysis has urgent practical needs in neurology， and it is also faced with great challenges and opportunities for popularization and application. In recent years， technical difficulties have been properly resolved with the progress of hardware and software technologies of gait analysis system. The establishment of quantitative gait analysis system for neurology contributes to elucidating the relationship between its underlying mechanism and disease progression， thereby enhancing the practicability and accuracy of gait measurement in clinical practice and trials. It lays a foundation for further successful clinical transformation of gait analysis and its application in the field of neurology. In this article， the research progress on clinical studies related to gait analysis in? neurology was reviewed.

【Key words】Gait analysis; Neurology; Clinical application; Quantitative analysis

步態(tài)評(píng)價(jià)是神經(jīng)病學(xué)臨床實(shí)踐的重要方面。目前臨床對(duì)患者的診斷和處理常規(guī)依賴于專科醫(yī)師對(duì)患者步態(tài)臨床表征的判斷，缺乏更敏感的、能作出客觀評(píng)價(jià)的、能對(duì)診斷和治療預(yù)后評(píng)級(jí)的指標(biāo)。但由于步態(tài)潛在機(jī)制與疾病進(jìn)展之間的研究尚待完善，個(gè)體差異較大等因素，目前神經(jīng)病學(xué)臨床定量步態(tài)測(cè)量方法的研究面臨很多困境，這是亟需突破的難點(diǎn)與重點(diǎn)。本文就步態(tài)分析在神經(jīng)病學(xué)中的臨床應(yīng)用進(jìn)展做一綜述。

一、步態(tài)分析的基本概念及分析方法

步態(tài)是人在行走時(shí)姿態(tài)的統(tǒng)稱，能從側(cè)面反應(yīng)出機(jī)體的健康程度及軀體某部位存在的問(wèn)題。步態(tài)分析是通過(guò)運(yùn)用力學(xué)原理、人體解剖學(xué)及生理學(xué)等知識(shí)對(duì)人類行走狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比分析的一種研究方法。一個(gè)步態(tài)周期由支撐相和擺動(dòng)相組成，其中支撐相包括最初的雙支撐相、單支撐相及結(jié)束時(shí)的雙支撐相。步態(tài)可以反映骨骼肌肉系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等的功能狀況。

三維步態(tài)分析（3DGA）系統(tǒng)通過(guò)三維空間能定量分析患者的步行規(guī)律：關(guān)節(jié)活動(dòng)度、中心轉(zhuǎn)移、速度、位移等;然后對(duì)行走時(shí)軀體關(guān)鍵部位的肌肉所承受的生物力學(xué)（力和力矩）以及涉及步行時(shí)每塊肌肉的活動(dòng)進(jìn)行高精確度、定量客觀的測(cè)量和分析比較[1]。步態(tài)相關(guān)的基礎(chǔ)參數(shù)有：步長(zhǎng)、步速、步頻、步行周期、支撐相力矩及下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)度等。步長(zhǎng)為行走時(shí)一側(cè)足跟落地到對(duì)側(cè)足跟落地所行進(jìn)的距離。步速、腿長(zhǎng)、肌力、髖關(guān)節(jié)活動(dòng)度等因素均會(huì)影響步長(zhǎng)。步速可作為評(píng)價(jià)患者行走能力的客觀指標(biāo)[2]。步態(tài)的對(duì)稱被認(rèn)為是一種理想的狀態(tài)，臨床上常用與正常值對(duì)比的方式來(lái)進(jìn)行步態(tài)分析。但目前步態(tài)常以籠統(tǒng)的方式描述，無(wú)法量化其變化與疾病進(jìn)展的關(guān)聯(lián)。

二、步態(tài)分析在神經(jīng)病學(xué)中的臨床應(yīng)用

1. 腦血管病

腦卒中偏癱步態(tài)主要表現(xiàn)為患側(cè)足下垂、內(nèi)翻、膝反張，呈現(xiàn)拖曳步態(tài)或劃圈步態(tài)，平衡穩(wěn)定性下降[3-4]。Merkel等[5]建議使用3DGA來(lái)指導(dǎo)腦損傷后足下垂患者動(dòng)力義肢的選擇。可穿戴技術(shù)（可穿戴設(shè)備）數(shù)據(jù)處理平臺(tái)的開(kāi)發(fā)便于臨床量化步態(tài)的時(shí)空特征[6]。Moore等[7]證實(shí)了低成本的可穿戴設(shè)備Axivity AX3可同時(shí)捕獲步態(tài)的時(shí)空參數(shù)和身體活動(dòng)，有望作為可靠的工具來(lái)量化腦卒中后步態(tài)。Microsoft Kinect是一種虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，可幫助醫(yī)師了解人體姿勢(shì)和受試者運(yùn)動(dòng)功能之間的聯(lián)系，在計(jì)算機(jī)輔助醫(yī)療領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。?upa等[8]的研究顯示用Microsoft Kinect統(tǒng)一化步幅長(zhǎng)度和步態(tài)速度識(shí)別腦卒中的精確度高達(dá)97.2%。Cao等[9]認(rèn)為該系統(tǒng)有可能成為一種低成本的家用工具用于識(shí)別腦卒中和帕金森病患者，還可幫助社區(qū)醫(yī)師進(jìn)行初步診斷。腦小血管病變是引起步態(tài)紊亂的重要血管原因之一，Li等[10]通過(guò)在社區(qū)居住人群中使用臨床評(píng)定量表和定量步態(tài)分析發(fā)現(xiàn)腦小血管病總負(fù)荷與3 m步行延長(zhǎng)、步幅縮短、“起立-行走”測(cè)試表現(xiàn)較差相關(guān)，并且不同的腦小血管病變可能通過(guò)不同的途徑引起步態(tài)紊亂。

2. 神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病

肌萎縮側(cè)索硬化（ALS）是一種持續(xù)進(jìn)行性神經(jīng)退行性疾病，目前尚無(wú)有效的治療方法。早期ALS可有跌倒、姿勢(shì)反射減弱、后沖、運(yùn)動(dòng)遲緩和手臂擺動(dòng)減少等步態(tài)障礙，另外認(rèn)知缺陷會(huì)增加跌倒和骨折的風(fēng)險(xiǎn)。目前步態(tài)節(jié)奏變化和步幅波動(dòng)在ALS患者中已被描述，評(píng)估預(yù)期姿勢(shì)調(diào)整的方法開(kāi)始被應(yīng)用[11-12]。Feron等[13]使用多模式方法評(píng)估ALS步態(tài)障礙，包括標(biāo)準(zhǔn)化的臨床評(píng)估、步態(tài)啟動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)記錄和腦成像，對(duì)無(wú)步態(tài)障礙的ALS患者和具有姿勢(shì)不穩(wěn)的ALS患者作出區(qū)分，呼吁重視ALS的錐體外系特征，在診斷和隨訪中加入運(yùn)動(dòng)障礙評(píng)估。

3. 中樞神經(jīng)系統(tǒng)脫髓鞘疾病

多發(fā)性硬化（MS）患者最普遍的癥狀之一即行走障礙和頻繁跌倒[14]。研究顯示MS患者步態(tài)障礙可能是由于肌肉無(wú)力、感覺(jué)喪失、平衡功能障礙、踝關(guān)節(jié)的背屈運(yùn)動(dòng)范圍不足等引起的[15]。步速被用于評(píng)估MS患者的臨床能力。Yang等[16]評(píng)估了6個(gè)可能減慢MS患者步速的因素，包括：膝關(guān)節(jié)力量、功能活動(dòng)性、身體平衡性、踝關(guān)節(jié)背屈運(yùn)動(dòng)范圍、雙側(cè)足部皮膚感覺(jué)水平以及對(duì)跌倒的恐懼心理。其發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)力量可能是決定輕度至中度MS患者步速的最主要因素，可以為改善MS患者步態(tài)提供臨床指導(dǎo)。

4. 運(yùn)動(dòng)障礙性疾病

帕金森病是神經(jīng)系統(tǒng)常見(jiàn)的進(jìn)行性疾病之一，可引起步態(tài)凍結(jié)、轉(zhuǎn)向困難、姿勢(shì)轉(zhuǎn)換障礙、姿勢(shì)不穩(wěn)和本體感覺(jué)障礙。帕金森病患者步態(tài)最明顯的特征為短步幅，伴有步速的下降[17]。國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)步態(tài)時(shí)空參數(shù)、動(dòng)力學(xué)參數(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)以及下肢表面肌電信號(hào)等進(jìn)行分析，為帕金森病患者的康復(fù)評(píng)估提供了量化支撐。Prateek等[18]開(kāi)發(fā)了使用慣性傳感器實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)帕金森病患者步態(tài)凍結(jié)的開(kāi)始和持續(xù)時(shí)間的新方法，比僅使用加速度計(jì)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率更高。此舉為臨床提供可靠、動(dòng)態(tài)的步態(tài)凍結(jié)識(shí)別打下基礎(chǔ)。Marxreiter等[19]發(fā)現(xiàn)基于傳感器的移動(dòng)式步態(tài)分析有助于在帕金森病橫斷面研究中客觀地測(cè)量步態(tài)參數(shù)。Pham等[20]設(shè)計(jì)了張量分解模型，這是帕金森病多傳感器時(shí)間序列建模和分析的一種有用方法，可以作為帕金森病潛在的生理指標(biāo)，以提供疾病進(jìn)展的早期預(yù)測(cè)。

5. 正常壓力腦積水（NPH）和特發(fā)性正常壓力腦積水（iNPH）

iNPH是腦積水的一種可逆形式，表現(xiàn)為失禁、步態(tài)共濟(jì)失調(diào)和認(rèn)知缺陷。近幾年對(duì)其癥狀的認(rèn)識(shí)擴(kuò)展到平衡和上肢功能障礙。Gallagher等[21]發(fā)現(xiàn)步態(tài)評(píng)估量表Tinetti量表、Berg平衡量表和起立行走試驗(yàn)可以識(shí)別iNPH患者接受腦脊液腰椎穿刺放液試驗(yàn)前后的步態(tài)變化和平衡癥狀，可量化評(píng)估患者治療前后的變化。NPH可采用腦室腹膜分流手術(shù)治療。Chen等[22]在觀察NPH患者術(shù)后步態(tài)分析發(fā)現(xiàn)其有更慢的節(jié)奏、更少的雙肢支撐、更長(zhǎng)的步長(zhǎng)和更大的單肢支撐，表明其行走平衡更加穩(wěn)定。

三、現(xiàn)實(shí)需求和挑戰(zhàn)

為了獲得臨床應(yīng)用，明確特定步態(tài)障礙潛在機(jī)制與疾病進(jìn)展之間的清晰聯(lián)系，提高定量步態(tài)測(cè)量方法在未來(lái)疾病改良臨床試驗(yàn)中的可接受性和實(shí)用性十分關(guān)鍵，中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的異常步態(tài)常與肌肉異常的肌力輸出有關(guān)，周圍神經(jīng)損傷患者則常出現(xiàn)肌無(wú)力步態(tài)。腦卒中步態(tài)的研究集中在測(cè)量身體活動(dòng)或步態(tài)的時(shí)空參數(shù)方面，而并非將兩者結(jié)合。ALS疾病早期患者體征不明顯，其與MS、帕金森病患者均存在跌倒和行走障礙。這些特異性的步態(tài)損害特征可為臨床上藥物或非藥物干預(yù)手段的選擇提供參考。Morris等[23]使用降維工具離子分析，通過(guò)將步態(tài)參數(shù)分組為與參與者的人口統(tǒng)計(jì)學(xué)和臨床特征相關(guān)的域來(lái)總結(jié)步態(tài)參數(shù)。初步對(duì)步態(tài)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分組的嘗試有可能完善步態(tài)評(píng)估的臨床解釋，增強(qiáng)對(duì)潛在機(jī)制的理解。

另外，可穿戴技術(shù)有望降低量化步態(tài)的成本，并且可以減少人工記錄的偏差[24]。盡管可穿戴技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，但仍需要考慮許多潛在問(wèn)題，例如慣性測(cè)量單元的電池壽命太短;可穿戴設(shè)備太多會(huì)加重研究人員和參與者負(fù)擔(dān);用工程術(shù)語(yǔ)描述步態(tài)措施降低了臨床應(yīng)用率;挑戰(zhàn)精確算法的開(kāi)發(fā)。

缺乏足夠的運(yùn)動(dòng)分析技術(shù)以及評(píng)估步態(tài)特征的專業(yè)知識(shí)使步態(tài)受損和功能降低之間的評(píng)估受限。要實(shí)現(xiàn)定量步態(tài)分析在神經(jīng)病學(xué)領(lǐng)域的有效轉(zhuǎn)化，需要加強(qiáng)各個(gè)相關(guān)疾病領(lǐng)域研究者之間的交流與合作，特別是臨床、基礎(chǔ)與技術(shù)設(shè)備研發(fā)企業(yè)之間的溝通與交流。

四、小 結(jié)

通過(guò)步態(tài)分析技術(shù)對(duì)患者異常步態(tài)進(jìn)行全面分析，并且結(jié)合表面肌電圖技術(shù)，量化神經(jīng)肌肉的狀態(tài)，客觀、動(dòng)態(tài)評(píng)估患者的病理性步態(tài)特點(diǎn)，可為神經(jīng)病學(xué)臨床診斷、康復(fù)治療提供相應(yīng)的策略支撐。一些定量參數(shù)的早期改變可能只引起亞臨床變化，而定量步態(tài)分析的使用可以幫助檢測(cè)這些細(xì)小差異。盡管步態(tài)分析的研究和應(yīng)用面臨諸多困難與挑戰(zhàn)，但只要選對(duì)方向，協(xié)力建立完善的異常步態(tài)特點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，緊跟基礎(chǔ)前沿研究步伐定會(huì)有所突破。

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（收稿日期：2021-05-27）

（本文編輯：洪悅民）