三維步態分析比較健康大學生與下肢運動損傷大學生步態特征的差異

劉會平 何俊 李佳

【摘要】? 目的? ? 應用三維步態分析系統比較健康大學生和下肢運動損傷大學生步行時步態特征的差異，為下肢運動損傷大學生的康復或預康復提供相關科學依據。方法? ? 選取2019年10月—2020年4月期間因運動損傷后下肢功能障礙的大學生30例為研究組，健康大學生30例為對照組，采用三維步態分析系統對2組受試者分別行三維步態檢測。結果? ? 研究組步長、步頻、步速、雙足支撐時間小于對照組（P<0.05），步行周期長于對照組（P<0.05）；研究組足跟觸地期屈膝角度大于對照組（P<0.05），承重反應期最大屈膝角度、支撐相中期最大伸膝角度、擺動相最大屈膝角度小于對照組（P<0.05）；研究組患側矢狀面和冠狀面踝關節、膝關節、髖關節運動幅度均小于對照組，其中踝關節、髖關節轉角幅值，膝關節矢狀面轉角幅值差異有統計學意義（P<0.05），膝關節冠狀面轉角幅值差異無統計學意義（P>0.05）。結論? ? 三維步態分析系統用于下肢運動損傷患者的臨床診斷、康復治療及療效評價具有客觀、量化的特點，應用前景廣泛。

【關鍵詞】? 運動損傷；三維步態分析系統；步態分析；時空參數；運動學參數

Comparison of gait characteristics between healthy college students and college students with lower limb movement injury using three-dimensional gait analysis

Liu Huiping 1，He Jun 2，Li Jia 2. 1 The College of Sports and Health Management of Changzhou Vocational Institute of Engineering，Changzhou，Jiangsu? 213160; 2 The Dean Hospital，Changzhou，Jiangsu? 213100

【Abstract】? Objective? ? The three-dimensional gait analysis system was used to compare the difference of gait characteristics between healthy college students and college students with lower limb movement injury，and to provide relevant scientific basis for the rehabilitation or pre-rehabilitation of college students with lower limb movement injury.Methods? ? 30 college students with lower limb movement injury were selected as the study group from October 2019 to April 2020，and another 30 healthy college students were recruited as the control group．Results? ? Compared with the normal control group，step length，step frequency，step speed and foot support time in sports injury group were less than those in healthy group（P<0.05）.The walking cycle was longer than that of healthy group（P<0.05）.The knee bend angle of the sports injury group was higher than that of the healthy group（P<0.05）.The maximum knee bend angle，the maximum knee extension angle and the maximum knee bend angle in the middle support phase were lower than those in the healthy control group（P<0.05）.The motion amplitude of ankle joint，knee joint and hip joint decreased in the two groups in sagittal plane and coronal plane，and the amplitude of angle of ankle joint and hip joint decreased，the difference was statistically significant（P<0.05）.The coronal angle amplitude decreased，and the difference was not statistically significant（P>0.05）.Conclusion? ? The three-dimensional gait analysis system is an objective and quantitative evaluation system for the clinical diagnosis，rehabilitation and efficacy evaluation of the patients with lower limb movement injury，and has a wide application prospect.

【Key Words】? Sports injury；Three-dimensional gait analysis system；Gait analysis；Spatio-temporal parameters；Kinematic parameter

中圖分類號：R493? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1672-1721（2023）07-0001-04

DOI：10.19435/j.1672-1721.2023.07.001

隨著“健康中國”戰略的大力度推進，“健康”成了全國人民最關注的話題之一。在全民健身的時代背景下，尤其當今大學生群體，除了注重知識的積累，越來越重視身體素質的增強，體育鍛煉成了大學生課余生活中非常重要的部分，參加的項目、形式也逐漸多樣化。但在進行體育活動過程中引發的運動損傷呈高發態勢。運動損傷是指體育運動過程中發生的機體器官或組織解剖結構破壞或生理功能紊亂。在一項調查鄭州市600名大學生運動損傷情況的報告中，發生率為32.8%[1]，男生發生率顯著高于女生，尤其高發于球類運動中。從運動損傷的部位來看，損傷比例較高的是踝關節和膝關節[2]。陳咸等[3]在一項關于高校大學生的運動損傷調查問卷中發現，發生率高達40.58%，平均每人受傷0.57次，受傷部位頻率較高的依次為踝關節（23.92%）、膝關節（18.10%）。探究其原因，主要與下肢解剖結構較為復雜，需要承受全身重量及運動量，以及當代大學生缺乏體育鍛煉，運動不當，下肢力量明顯不足等因素有關。一般下肢關節受傷情況大多是通過受傷者主觀描述，或者受傷關節影像學檢查和臨床相關量表評分等來評估其功能[4]。為了更準確、客觀地量化大學生下肢關節受傷情況，臨床引入了三維步態分析系統，該系統主要用來研究步行規律，以及分析步態異常的環節及影響因素，從而進一步指導調整康復治療方案[5]，逐步成為運動損傷康復和神經性疾病康復的重要評估方法[6]。本研究選取常州工程職業技術學院2019年10月—2020年4月期間因運動損傷后下肢功能障礙的大學生30例為研究組，健康大學生30例為對照組，通過對比2組行走時的時空、運動學和動力學參數，進一步指導制定康復治療方案，報告如下。

1? ? 資料與方法

1.1? ? 一般資料? ? 共納入60例受試者，研究組30例，其中男21例，女9例；膝關節損傷14例，踝關節損傷16例。對照組30例，其中男19例，女11例。2組受試者基線資料差異無統計學意義（P>0.05），具有可比性，見表1。

1.2? ? 納入標準? ? （1）年齡18～25周歲；（2）研究組運動損傷后存在膝關節或踝關節損傷，能夠獨立完成三維步態分析檢測；（3）受試者自愿參加此次測試，簽署知情同意書；（4）本研究項目已經醫學倫理委員會備案。

1.3? ? 排除標準? ? （1）既往存在可能引起步態異常的骨骼肌肉疾病，功能障礙者或既往下肢骨折；（2）存在嚴重的其他系統疾病者，如惡性腫瘤、嚴重感染等；（3）長期規律的中、高強度有氧運動（過去1年運動≥3次/周，≥150 min/周）；（4）身體結構存在明顯異常者（如X、O形腿，足弓異常等 ）；（5）對醫用膠布及醫用酒精過敏者。

1.4? ? 退出和終止標準? ? 受試者研究期間提出退出要求。

1.5? ? 方法

1.5.1? ? 測試儀器及原理? ? 意大利TecnoBody Walker-view，運用抗干擾高速紅外攝像系統，實時捕捉步行機奔跑中全身關節的角度變化情況，包括：軀干屈伸及側彎，髖關節，膝關節及踝關節等，同時在額狀面、矢狀面及水平面內監測，并可進行360°旋轉整體觀察。同步大型靈敏壓力感應跑臺，實時記錄身體壓力中心變化，步長，步寬，觸地時間及負重對稱性等基本步態分析數據。將動作及步態數據整合分析，通過前方47英寸屏幕實時反饋給使用者，包括關節活動角度（全生理范圍，左右對比），代償情況（肩部對稱性，脊柱彎曲以及骨盆對稱性），步態等數據，指導訓練及改進。一體化設計，主要操作于15英寸觸摸面板進行，跑臺扶手兩側另增設速度及坡度實體按鈕，方便調節。

1.5.2? ? 測試方法? ? 受試者均由同一位康復治療師采集三維步態分析數據。開機后站在跑臺上，將緊急開關的夾子夾在衣服上，點擊“快速開始”按鈕，逐漸增加至適合的速度，待受試者熟悉后，記下速度值S后停止；點擊“步態分析”按鈕，速度設置為S，測試時間為30 s，完成后保存結果。測試結果包括：雙側平均步長、步行時雙側髖、膝關節的最大屈曲角度等。各進行3次有效測試，測力臺截取左右足各一個周期分析，計算3次取均值作為該組數據。

1.6? ? 觀察指標? ? 時間，空間指標（步頻、步長、步速、步行周期、雙足支撐時間等），動力學指標（足跟觸地期屈膝角度、承重反應期最大屈膝角度、支撐相中期最大伸膝角度、擺動相最大屈膝角度），患側髖、膝、踝關節轉角幅值。

1.7? ? 統計學方法? ? 應用SPSS 22.0統計學軟件進行數據分析，計量資料以均數±標準差（x±s）表示，行t檢驗，P<0.05為差異有統計學意義。

2? ? 結果

2.1? ? 2組受試者時間-空間參數指標比較? ? 研究組步長、步頻、步速、雙足支撐時間小于對照組，步行周期長于健康組，差異具有統計學意義（P<0.05），見表2、圖1。

2.2? ? 2組受試者運動學參數指標比較? ? 研究組足跟觸地期屈膝角度大于對照組，承重反應期最大屈膝角度、支撐相中期最大伸膝角度、擺動相最大屈膝角度小于對照組，差異具有統計學意義（P<0.05），見表3、圖2。

2.3? ? 2組受試者患側髖、膝、踝關節轉角幅值比較? ? 研究組患側矢狀面和冠狀面踝關節、膝關節、髖關節運動幅度均小于對照組，其中踝關節、髖關節轉角幅值，膝關節矢狀面轉角幅值，差異有統計學意義（P<0.05），膝關節冠狀面轉角幅值差異無統計學意義（P>0.05），見表4。

3? ? 討論

隨著人體生物工程學、電子信息學的飛速發展，在國外關于三維步態分析系統的研究已日趨成熟。其可以幫助臨床診療、分析運動損傷，評估損傷嚴重程度，制定康復方案，評價療效及優化治療方案，還可用于體育科學等諸多領域。其由肌電遙測系統、三維光電跟蹤系統、足底壓力采集測量系統、計算機處理系統組成[7]，通過對步態內容中時間空間參數、運動學參數、動力學參數、肌電活動參數、能量消耗參數等進行綜合、客觀、定量地評估，總結步態規律，可以早期明確損傷的發生及進展程度，盡早采取相應的干預及治療措施，制定康復方案，避免誘發創傷性關節炎，改善運動損傷患者的遠期預后[8]。

在本次研究中發現，下肢運動損傷與步態異常存在密切關系，下肢運動損傷者步頻、步幅、步長、步速、雙足支撐相時間均小于健康對照組，而步行周期長于健康對照組（P<0.05）。時間空間參數是在受試者行走時評估下肢運動功能的指標，在步態時間空間參數中，機體步行的效率主要與步長和步速這兩個參數有關，步頻可以看出受試者步行的節奏及身體穩定性，平衡能力主要取決于雙足支撐期時間和跛行指數，故下肢運動損傷者主要表現為步長變小，步速減慢，雙足支撐期時間縮短，即“疼痛步態”[9]。其實就是通過減少踝、膝關節運動的方式，減少關節內壓力和沖擊力，避免關節疼痛的一種自我保護機制[10]。運動學參數主要是在站立位，通過屈伸下肢關節來檢測的相關指標。本研究結果顯示，運動損傷者和健康受試者相比，足跟觸地期屈膝角度、承重反應期最大屈膝角度、支撐相中期最大伸膝角度、擺動相最大屈膝角度均存在一定程度下降（P<0.05）。研究組患側矢狀面和冠狀面踝關節、髖關節轉角幅值，膝關節矢狀面轉角幅值較健康受試者減小（P<0.05）。人類的步行運動包括髖關節、膝關節、踝關節及脊柱，可以看做是一條動作鏈，當人體下肢發生運動損傷后，為了避免疼痛機體會本能地對其步行狀態進行微調整，即：通過下肢其他運動關節活動進行代償，比如當髖、踝關節運動幅度減小時，一般可能通過膝關節代償，步幅縮短。因此，與對照組相比，運動損傷組膝關節冠狀面轉角幅值無明顯差異（P>0.05）。有研究發現[11]，踝關節外側副韌帶損傷時患者踝關節多呈跖屈位，考慮可能為失去韌帶支持重力作用所致，也可能通過跖屈增加踝穴空間，來減輕壓力引起的疼痛。國外一項研究[12]發現，當踝關節損傷時，患者通常通過減少髖關節活動范圍、縮短步長、維持踝關節輕度跖屈位等途徑來減輕踝關節疼痛，但是久而久之，包括健康關節在內的其他關節也可能會出現病理變化。膝關節作為機體下肢運動與負重支持力學系統中的重要關節，一旦受累，可能累及髖關節、踝關節或脊柱的穩定性。因此當膝關節周圍肌力減退，屈伸角度不夠時，跌倒風險顯著增加。

本研究尚存在不足之處，納入的樣本量較少，導致臨床結果不夠客觀全面。在今后的臨床工作中期待建立更廣泛的步態數據，并且以此為依據，建立更加完整、科學的康復及預康復體系。

參考文獻

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（收稿日期：2022-12-10）