腦卒中恢復(fù)期患者計時起立步行測試的視頻運動學分析

蔡童欣，雷敏聰，周逸鈞，孟殿懷

1 南京醫(yī)科大學康復(fù)醫(yī)學院，江蘇 南京 210029；

2 西安交通大學第一附屬醫(yī)院，陜西 西安 710061；

3 南京醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院，江蘇 南京 210029

腦卒中是一個全球性的健康問題，也是致殘的主要原因之一。據(jù)2021年《中國心血管健康與疾病報告》［1］統(tǒng)計，中國約有1 300萬例腦卒中患者，腦血管意外已成為我國國民死亡的主要原因之一，占全球腦卒中相關(guān)死亡人數(shù)的1/3［2］。腦卒中個體在轉(zhuǎn)彎時跌倒的概率是健康人群的4 倍，且常出現(xiàn)股骨頸骨折等嚴重后果［3］。同時，運動功能障礙會增加患者對跌倒的恐懼，進一步限制其日常活動，延緩康復(fù)進程，給家庭和社會帶來較重負擔［4］。因此，對腦卒中患者進行簡便快捷的運動功能評估十分必要［5］。

計時起立步行（timed up and go，TUG）測試臨床上常用于評估肌骨神經(jīng)系統(tǒng)損傷、老年退行性改變和疼痛等相關(guān)疾病患者的功能狀態(tài)評估［6-7］。美國疾病預(yù)防和控制中心（Centers for Disease Control and Prevention，CDC）制定“阻止老年人事故、死亡和傷害的倡議（stopping elderly accidents，deaths and injuries，STEADI）”，主要目的是加強老年人跌倒的風險篩查和管理。STEADI 篩查平衡、力量和步態(tài)功能的主要測試方法包括30 s 坐站試驗、4階段平衡測試（four-stage balance test，F(xiàn)SBT）和TUG測試［8］。

TUG 測試不足之處在于它是一個綜合人體多個運動動作的測試，其評估結(jié)果融合被測人員多種功能狀態(tài)，如肌力、步行能力、平衡能力等，因此在臨床實際應(yīng)用時，往往還要有5 次坐站時間測試（five-times-sit-to-stand test，5STS）、FSBT 或10 m 最大步行速度（10 m maximum walking speed，10 mMWS）等同時進行，以綜合評估被測人員的肌力、平衡、穩(wěn)定性和跌倒風險等。那么是否可以對TUG 測試進行進一步的階段分析，以獲取更多的運動功能信息呢？目前臨床上運動學數(shù)據(jù)采集的設(shè)備已經(jīng)比較精準和成熟，并且在大型醫(yī)療機構(gòu)得到廣泛的應(yīng)用，包括足底壓力平臺、近紅外三維成像系統(tǒng)、三軸陀螺儀傳感器系統(tǒng)和體表肌電等。BURASCHI 等［7］首次使用可穿戴設(shè)備對31 例腰痛患者細化分析了TUG 測試的時間、空間參數(shù)，發(fā)現(xiàn)這種分析方式可以提供更多有價值的信息，更好地服務(wù)臨床。但這些設(shè)備相對比較昂貴，評測需要一定的場地和空間，且穿戴各種標記設(shè)備可能會對患者的臨床表現(xiàn)產(chǎn)生一定的影響，不利于基層和社區(qū)應(yīng)用推廣。近年來基于智能手機視頻分析技術(shù)的出現(xiàn)為基層社區(qū)等單位細化TUG 測試參數(shù)進行步態(tài)分析提供了可能［9-10］。

本研究對腦卒中恢復(fù)期患者TUG 測試結(jié)果進行運動學分析，并與5 次坐站時間、單腿支撐時間、10 m 最大步行速度等結(jié)果進行關(guān)聯(lián)比較，以獲得腦卒中患者TUG 測試的運動學特征，為臨床進一步診療提供科學依據(jù)。

1 臨床資料

1.1 病例選擇標準

1.1.1 診斷標準 參照《中國腦血管病一級預(yù)防指南2019》［11］中有關(guān)腦卒中的診斷標準，并經(jīng)頭顱CT或MRI證實。

1.1.2 納入標準

1.1.2.1 觀察組納入標準 ① 年齡20～85歲；② 首次診斷為腦卒中，限于單側(cè)大腦半球損傷所致病變；③ 病程1～6 個月；④ 認知功能正常，采用簡易智力狀態(tài)檢查量表（mini-mental state examination，MMSE）得分＞24分；⑤ 偏癱側(cè)下肢Brunnstrom 分期≥Ⅲ期，能夠連續(xù)完成至少3 次TUG 測試；⑥ 右利手；⑦ 自愿參加本試驗并簽署知情同意書。

1.1.2.2 對照組納入標準 ① 年齡20～85歲；② 認知功能正常，MMSE得分＞24分；③ 右利手；④ 自愿參加本試驗并簽署知情同意書。

1.1.3 排除標準 ① 生命體征不穩(wěn)定；② 聾啞且無法配合檢查；③ 視空間障礙如偏側(cè)忽略、偏盲等；④ 患有嚴重心臟、大腦、腎臟疾病和其他急性疾病；⑤ 影響肢體運動的其他神經(jīng)、肌肉、骨骼系統(tǒng)疾病，如帕金森病、骨折等；⑥ 妊娠或哺乳期婦女。

1.1.4 中止及脫落標準 ① 無法按本研究方案完成評估；② 評估過程中發(fā)生跌倒無法完成評估；③ 評估過程中發(fā)生某些突發(fā)性嚴重疾病、嚴重并發(fā)癥等不宜繼續(xù)進行；④ 評估過程中主動要求退出。

1.2 一般資料

選擇2022 年6—9 月在南京醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院康復(fù)中心、南京市棲霞區(qū)醫(yī)院康復(fù)科和東南大學附屬中大醫(yī)院康復(fù)科住院的患者41 例作為觀察組，同時在病區(qū)住院患者家屬群體中招募健康人群35 例為對照組。對照組要求平素身體健康，沒有服用影響運動的相關(guān)藥物，沒有視覺障礙或其他任何神經(jīng)系統(tǒng)、骨關(guān)節(jié)系統(tǒng)疾病病史。2 組性別、年齡、身高、體質(zhì)量等一般資料比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。見表1。本研究方案經(jīng)過江蘇省人民醫(yī)院倫理委員會批準（審批號：2022-SR-553），并在中國臨床試驗注冊中心（http：//www.chictr.org.cn/）注冊（注冊號ChiCTR2200065803）。

表1 2組一般資料比較Table 1 Comparison of general data between two groups

2 方 法

2.1 檢驗效能及樣本量設(shè)置

使用GPower 3.1.9.7 軟件計算樣本量及統(tǒng)計效能。選擇非參數(shù)檢驗，雙尾，檢驗水平α 取0.05，檢驗效能（1-β）設(shè)置為0.80，按照1∶1 分配，計算出2 組各自所需樣本量為28 例。考慮到樣本20%脫落、缺失確實等情況，2組各納入例數(shù)不少于34例。

2.2 受試者篩選流程及結(jié)果

據(jù)納入與排除標準對2 組進行篩選，具體篩選流程與結(jié)果參見圖1。

圖1 受試者篩選流程圖Figure 1 Subject screening flow chart

2.3 觀察指標

由1 名高級職稱康復(fù)醫(yī)師帶領(lǐng)3 名研究生經(jīng)過專業(yè)培訓，組成研究團隊，進行項目評估。在評估過程中，要求家屬回避，由評估人員進行獨立評估，并保障患者的安全。2組受試者均進行TUG 測試視頻分析，觀察組同時進行5STS、單腿支撐時間和10 mMWS等相關(guān)測試。

2.3.1 TUG 測試 TUG 測試程序要求所有受試者都使用同一標準座椅進行5STS 和TUG 測試［12］，座椅需滿足以下要求：① 有堅固的椅座和靠背；② 沒有扶手或輪子；③ 座椅高度和深度約45 cm，寬度約50 cm。要求受試者穿著寬松衣物和合腳運動鞋，端坐在椅子上，雙足平放在地面上，上半身可與椅背接觸。椅子正前方放置手機支架固定手機或由1 名研究人員手持手機，通過手機記錄視頻，二者距離約8～10 m，調(diào)整手機高度，以便受試者端坐在椅子上和站立時可以看到其整個身體。在測試過程中，不準使用步行輔助器具，不準佩戴矯形器具，不準進行給身體接觸的幫助。正式測試前進行適當練習，保證受試者充分理解測試內(nèi)容。共進行并記錄2 次測試結(jié)果，最終取均值進行統(tǒng)計處理。2 次測試中間讓受試者休息3 min。當研究人員發(fā)出“開始”指令時，受試者開始測試，同時通過手機記錄方式保存TUG 測試過程信息。所有視頻數(shù)據(jù)均為同一研究人員采集，使用手機為Redmi Note 7 Pro，圖像記錄參數(shù)：分辨率1 920×1 080；每秒30幀。使用VirtualDube 2?剪輯軟件對拍攝的視頻進行逐幀分析，記錄TUG 測試的運動學參數(shù)，包括TUG 總時間和5個子階段時間。TUG 測試子階段劃分示意圖參見圖2，具體的劃分標準如下：① 子階段1-由坐到站：從軀干前傾開始，到上身垂直移動（肩膀達最高位置）結(jié)束。② 子階段2-前向行走：坐到站和首次轉(zhuǎn)身之間的時間。③ 子階段3-首次轉(zhuǎn)身：足尖向轉(zhuǎn)身側(cè)偏移的前一步開始，至雙足均擺動至新方向的第一步足跟著地間的時間。④ 子階段4-返回行走：從首次轉(zhuǎn)身到末次轉(zhuǎn)身之間的時間。⑤ 子階段5-末次轉(zhuǎn)身與坐下：出現(xiàn)足尖向轉(zhuǎn)身側(cè)偏移的前一步開始，至下降到椅面，以上身垂直移動結(jié)束為止。其中子階段5 包含了2 個過程，即末次轉(zhuǎn)身和由站到坐。這2 個過程不再區(qū)分的原因是，往往大部分受試者在末次轉(zhuǎn)身的同時就開始坐下動作，不會等到完成末次轉(zhuǎn)身再由站到坐，所以二者間難以劃分清楚。

圖2 TUG測試子階段劃分示意圖Figure 2 Division of TUG test subphase

2.3.2 5STS 受試者從椅子上坐位開始，手臂交叉放置在胸前，盡可能快地完成5 次起立、坐下動作。從最初離開椅子到第5 次重復(fù)后落座為止，以“s”為單位記錄相應(yīng)時間［13-14］。

2.3.3 單腿支撐時間 測量觀察組偏癱側(cè)下肢單腿支撐時間。告知受試者使用偏癱側(cè)下肢為支撐腿，當研究人員喊出口令“抬起健側(cè)腿”時，要求受試者健側(cè)下肢抬離地面（要求不與地面接觸即可），采用單腿站立姿勢，記錄保持的時間。若超過10 s，則停止測試，并記錄為10 s。連續(xù)測量進行了2 次，將受試者最好的一次測試結(jié)果納入統(tǒng)計分析［15］。

2.3.4 10 mMWS 測量工具為手機秒表計時；要求受試者在16 m（前后3 m用以加速和減速過程）的平地上以盡可能快的速度行走，測量經(jīng)過中間10 m 距離的速度或時間［16］。連續(xù)測量2次，使用時間短（速度快）的那次結(jié)果納入統(tǒng)計分析［9］。

2.4 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 20.0 統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析。使用Kolmogorov-Smirnov 檢驗進行正態(tài)性檢驗。計量資料符合正態(tài)分布，數(shù)據(jù)以（±s）表示，組內(nèi)比較采用配對樣本t檢驗，組間比較采用兩獨立樣本t檢驗；偏態(tài)分布數(shù)據(jù)以［M（P25，P75）］表示，組內(nèi)比較采用Wilcoxon 符號秩檢驗，組間比較采用Mann-WhitneyU檢驗。計數(shù)資料以n（%）表示，組間比較采用χ2檢驗。相關(guān)性分析采用Spearman 相關(guān)性分析。P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。

3 結(jié) 果

3.1 2組受試者TUG測試運動學特征及比較

與對照組相比，觀察組TUG 測試總時間和各子階段時間均顯著增加（P＜0.01）。見表2。對照組TUG 測試各子階段占比中，子階段3-首次轉(zhuǎn)身和階段5-末次轉(zhuǎn)身與坐下相對占比較高，均超過25%；而觀察組TUG 測試各子階段中，子階段2-前向行走和子階段4-返回行走占比相對較高，均接近或超過25%。2 組各子階段時相百分比分布差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。見圖3。

圖3 TUG測試各子階段時相占比圖（%）Figure 3 Time proportion of each TUG test subphase (%)

表2 2組TUG測試運動學特征［M（P25，P75）］sTable 2 Kinematic characteristics of TUG test between two groups ［M（P25，P75）］s

3.2 觀察組5STS與TUG運動學特征相關(guān)性

觀察組患者5STS結(jié)果為（23.02±10.46）s，Spearman相關(guān)結(jié)果顯示，觀察組5 次坐站時間與TUG 測試總時間及各子階段均呈顯著正相關(guān)（P＜0.01）。見表3。

表3 觀察組5STS結(jié)果與TUG測試運動學特征相關(guān)性分析結(jié)果［M（P25，P75）］sTable 3 Correlation analysis between five sit-stand tests and kinematic parameter of TUG test in the observation group ［M（P25，P75）］s

3.3 觀察組偏癱側(cè)單腿支撐時間與TUG 運動學特征相關(guān)性

觀察組患者偏癱側(cè)單腿支撐時間結(jié)果為（3.12±3.87）s，Spearman 相關(guān)結(jié)果顯示，觀察組患者偏癱側(cè)單腿支撐時間與TUG 測試總時間及各子階段時間，尤其是子階段2、3、4 均呈顯著負相關(guān)（P＜0.05）。見表4。

表4 觀察組偏癱側(cè)單腿支撐時間與TUG測試運動學特征相關(guān)性分析結(jié)果［M（P25，P75）］sTable 4 Correlation analysis between hemiplegic leg support time and kinematic parameter of TUG test in the observation group ［M（P25，P75）］s

表 5 觀察組10 m最大步行速度與TUG運動學特征相關(guān)性分析結(jié)果［M（P25，P75）］sTable 5 Correlation analysis between 10 m maximum walking speed and kinematic parameter of TUG test in the observation group ［M（P25，P75）］s

3.4 觀察組10 mMWS與TUG運動學特征相關(guān)性

觀察組患者10 mMWS 結(jié)果為（31.31±18.01）s，Spearman 相關(guān)結(jié)果顯示，觀察組10 mMWS 與TUG測試總時間及各子階段均呈顯著正相關(guān)（P＜0.01）。見表5。

4 討 論

4.1 觀察組TUG測試運動學特征

本研究結(jié)果顯示，觀察組患者TUG 測試總時間大于健康對照者（P＜0.01），提示腦卒中偏癱患者總體步行運動能力較正常人群差，其步行、轉(zhuǎn)身、坐站等功能均顯著降低，這與先前多數(shù)研究結(jié)果一致［17-20］。同時，觀察組患者TUG 測試各子階段時間參數(shù)高于對照組（P＜0.01），視頻運動學分析顯示，對照組階段3-首次轉(zhuǎn)身和階段5-末次轉(zhuǎn)身與坐下時間占比相對較高（超過25%），而觀察組階段2-前向行走和階段4-返回行走占比相對較高（接近或超過25%）。這些結(jié)果提示，健康人群TUG 測試總時間影響因素較大的是轉(zhuǎn)身能力，而腦卒中偏癱患者TUG 測試結(jié)果影響較大的是直線步行速度。LAM 和LVTTMANN［16］認為，腦卒中偏癱人群常見功能問題是肢體肌力下降、肌張力升高、深淺感覺異常等，影響平衡與步行能力；POLESE 等［21］也認為腦卒中患者步態(tài)的典型特征是步長縮短、步行速度減慢。結(jié)合本研究結(jié)果，可以認為腦卒中偏癱患者直線步行速度、轉(zhuǎn)身能力等均會出現(xiàn)顯著下降，但步行速度降低更加明顯，這個結(jié)果提示在臨床康復(fù)診療中，要關(guān)注腦卒中患者步行速度評價，并積極進行干預(yù)訓練。

4.2 TUG 試驗子階段1、5 參數(shù)反映腦卒中患者下肢肌力

日常活動需要具備一定的下肢力量，下肢肌群尤其是伸膝肌群力量與5 次坐站時間、TUG 試驗總時間等顯著相關(guān)［22］。本研究結(jié)果顯示，觀察組患者5次坐站時間與TUG 試驗總時間及各子階段參數(shù)均有顯著相關(guān)性（P＜0.01）。CHAN 等［23］關(guān)于慢性腦卒中患者TUG 測試的研究中也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果，但其僅僅關(guān)聯(lián)了TUG 總時間，沒有深入進行各子階段研究。從TUG 測試5 個子階段本身特征來看，子階段1-由坐到站和子階段5-末次轉(zhuǎn)身和坐下，其動作姿勢與坐站動作較為接近，二者間可能具有某種關(guān)聯(lián)，本研究結(jié)果也證實了這一點，即TUG 試驗子階段1 和子階段5 時間與5 次坐站時間應(yīng)該有較強的相關(guān)性。因此，臨床上可以考慮用TUG 試驗子階段1-由坐到站和子階段5-末次轉(zhuǎn)身與坐下作為下肢肌力評估的一種方式。

4.3 TUG 試驗階段2、3、4 參數(shù)反映腦卒中患者平衡狀況

評價平衡功能的方法較多，Berg 平衡量表是較常用的方法之一。單腿支撐時間與Berg 平衡量表密切相關(guān)，可用作獨立測試來測量腦卒中后的直立姿勢控制情況［24］。本研究結(jié)果顯示，觀察組單腿支撐時間與TUG 測試的子階段1 和子階段5 時間具有相關(guān)性（P＜0.05），同時與TUG 測試的子階段2、子階段3 和子階段4 間的相關(guān)性更加顯著（P＜0.01）。這提示在臨床中工作中，可以使用TUG 測試子階段2-前向行走、子階段3-首次轉(zhuǎn)身和子階段4-返回行走時間作為間接評價腦卒中患者平衡功能（尤其是動態(tài)平衡功能）的對應(yīng)指標。

4.4 TUG 試驗子階段2、4 參數(shù)反映腦卒中患者步行效率

10 mMWS 可反應(yīng)步行能力及效率，受到神經(jīng)肌肉力量受損和小腿三頭肌肌群激活狀態(tài)的限制［25］。本研究結(jié)果顯示，觀察組10 m步行時間與TUG測試總時間有顯著相關(guān)性（P＜0.01），這與FARIA 等［18］既往的研究結(jié)果一致。同時，本研究結(jié)果顯示，觀察組10 m 步行時間與TUG 測試各子階段結(jié)果均有顯著相關(guān)性（P＜0.01）。TUG 測試的5 個子階段中，子階段2-前向行走和子階段4-返回行走的運動特征比較接近10 mMWS，且主要是對應(yīng)步行的加速和減速階段，更能代表實際的步行能力與步行效率，因此，臨床上可考慮使用TUG 測試的子階段2-前向行走和子階段4-返回行走作為腦卒中患者步行速度和步行效率的評價指標。

5 小 結(jié)

本研究首次對腦卒中患者TUG 測試子階段的時相特征進行了視頻運動學分析，闡述了其各個子階段對臨床腦卒中患者平衡和步行評價的代表意義，結(jié)果顯示腦卒中患者TUG 測試結(jié)果各子階段有自己特征性的表現(xiàn)，子階段1、5 可以反映腦卒中患者的下肢肌力，子階段2、3、4 可以反映腦卒中患者的平衡能力，子階段2、4 則可以反映腦卒中患者的步行效率。

當然，本研究也有不足之處，主要表現(xiàn)為：① 本研究納入的受試者為發(fā)病6 個月以內(nèi)的腦卒中患者，且年齡跨度較大，因此只能體現(xiàn)初步研究結(jié)果，也不能直接代表6個月以上的腦卒中患者的功能狀況；② 本研究沒有進一步分析影響TUG測試結(jié)果的一些其他因素，如轉(zhuǎn)彎方向、腦卒中嚴重程度及輕度認知功能障礙等；③ 本研究只進行了運動學分析，沒有進行深入進行動力學和表面肌電等分析。這些都是我們未來研究的方向。