步態(tài)分析系統(tǒng)（指導(dǎo)動(dòng)物身體四肢運(yùn)動(dòng)的裝置）

作用

人體運(yùn)動(dòng)是神經(jīng)系統(tǒng)控制1000多塊肌肉有節(jié)律收縮，驅(qū)動(dòng)200多塊骨骼繞100多個(gè)關(guān)節(jié)協(xié)同運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。盡管近年來生命科學(xué)研究取得了很大進(jìn)展，但是距離模擬大腦控制肢體運(yùn)動(dòng)的過程還非常遠(yuǎn)，因此康復(fù)醫(yī)學(xué)、體育學(xué)等研究者普遍采用觀察人肢體宏觀運(yùn)動(dòng)來診斷人體運(yùn)動(dòng)功能疾病，評(píng)估人體康復(fù)進(jìn)程，指導(dǎo)體育訓(xùn)練與選材。

步態(tài)分析系統(tǒng)

重要意義

步行是人類最基本的運(yùn)動(dòng)，步行的姿態(tài)可分為不同的類型，通過檢測人體行走中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、受力狀態(tài)等生物力學(xué)有關(guān)的物理量，可進(jìn)一步分析影響步態(tài)的各種因素，如解剖結(jié)構(gòu)、生理功能甚至精神狀態(tài)的各種變化。為此，需要一定的技術(shù)手段和設(shè)備(即步態(tài)分析系統(tǒng))。步態(tài)分析系統(tǒng)的研制在醫(yī)療、體育、康復(fù)、人類學(xué)、宇航、工業(yè)等方面均有重要的科學(xué)意義及應(yīng)用價(jià)值：

1.能夠獲取人體在各體態(tài)和運(yùn)動(dòng)下的生理、病理的力學(xué)和數(shù)學(xué)參數(shù)，進(jìn)行人體各部位和機(jī)能檢測，所檢測的數(shù)據(jù)經(jīng)進(jìn)一步分析計(jì)算后可獲得人體各部位(特別是關(guān)節(jié))的受力狀態(tài)、以及機(jī)械功、代謝能量消耗的情況。當(dāng)前除本系統(tǒng)外，尚無其它技術(shù)可代替。

2.在臨床醫(yī)學(xué)(包括骨科、神經(jīng)科)中，該系統(tǒng)是重要的定量檢查與分析的手段，從而改變了沿用己久的定性分析和直觀描述。利用術(shù)前測得的各種人體運(yùn)動(dòng)曲線、數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，我們可對(duì)關(guān)節(jié)疾患的程度進(jìn)行測定，并在此基礎(chǔ)上對(duì)手術(shù)方案進(jìn)行最優(yōu)化擬定；術(shù)后數(shù)據(jù)及分析結(jié)果是評(píng)定治療效果的最精確的客觀定量指標(biāo)。目前，本技術(shù)在國外已廣泛用于人工關(guān)節(jié)手術(shù)前后的功能和療效評(píng)定或殘廢鑒定，在國內(nèi)已有個(gè)別醫(yī)院將步態(tài)分析作為軀干和下肢疾病的常規(guī)檢查及隨訪手段。

3.可為假肢和人工關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)提供所需依據(jù)，也是當(dāng)前人工關(guān)節(jié)置換術(shù)一前后進(jìn)行定量分析與評(píng)價(jià)的唯一手段。

4.為軀干和下肢的生物力學(xué)研究提供基本參數(shù)。

5.在康復(fù)醫(yī)學(xué)中，可以指導(dǎo)患者術(shù)后的行走訓(xùn)練，是設(shè)計(jì)智能化假肢的支持技術(shù)。

6.步態(tài)分析系統(tǒng)極適合體育運(yùn)動(dòng)中的訓(xùn)練記錄分析和評(píng)價(jià)，是分析動(dòng)作，提高成績的定量依據(jù)。在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中，該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)反饋功能將特別有用。

7.步態(tài)分析系統(tǒng)還可用于工業(yè)測量與控制，如對(duì)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)次序進(jìn)行標(biāo)定與評(píng)價(jià)，記錄機(jī)器人操作時(shí)的運(yùn)動(dòng)，并以此為依據(jù)改進(jìn)機(jī)器人。

8.在人機(jī)工程方面，該系統(tǒng)可提供一個(gè)能夠精確和自動(dòng)地收集動(dòng)、靜態(tài)擬人數(shù)據(jù)的方法，這在宇航、航空方面有特殊的應(yīng)用價(jià)值。

應(yīng)用條件

醫(yī)院、體育訓(xùn)練場等環(huán)境與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境有很大不同，因此，一套步態(tài)分析系統(tǒng)要從研究領(lǐng)域進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域(如醫(yī)院臨床診斷)，必須具備一定的條件：

1.容易操作：非步態(tài)系統(tǒng)研究專業(yè)人員，如一般醫(yī)生、護(hù)士稍加訓(xùn)練也會(huì)使用，理想情況是任何人都能操作。

2.輸出結(jié)果直觀，易于理解、保存。

3.執(zhí)行時(shí)間較快，以縮短病人檢查時(shí)間(最好不超過5分鐘)。

4.能提供較多的參數(shù)。

5.成本較低，運(yùn)行費(fèi)用也要低。

6.安裝、校準(zhǔn)及運(yùn)輸都較方便。

7.適應(yīng)面廣，適合從兒童到成年人的步行、快跑及跳躍等的測量。

8.要求足夠的測量量程及靈敏度，良好的線性、較少滯后效應(yīng)、較高的采樣率、空間分辨率、壓力分辨率及信噪比等，此外還要求重復(fù)性好，性能穩(wěn)定。

9.對(duì)受試者行動(dòng)障礙較少，接近自然運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

系統(tǒng)組成

步態(tài)分析是評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)功能一個(gè)重要手段，但傳統(tǒng)步態(tài)觀察分析其準(zhǔn)確性不能保證，而且受測試者的主觀因素影響很大。由于這些缺陷，半自動(dòng)化的三維步態(tài)分析系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生了。三維步態(tài)分析系統(tǒng)是一組通過網(wǎng)絡(luò)將運(yùn)動(dòng)分析系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)體表肌電圖和壓力板連接來，提供實(shí)時(shí)的力學(xué)等數(shù)據(jù)，并對(duì)步態(tài)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析的系統(tǒng)。年齡和性別差異都會(huì)造成獲得的步態(tài)數(shù)據(jù)的差異。相較于臨床測量和視覺步態(tài)分析，三維步態(tài)分析系統(tǒng)有更好的可靠性。

Desloovere等證明動(dòng)態(tài)和靜態(tài)相結(jié)合的臨床測量不能充分的預(yù)測步態(tài)分析的數(shù)據(jù)。Kawamura等的研究也表明：視覺步態(tài)分析只有在初步接觸地面時(shí)膝關(guān)節(jié)屈曲和骨盆傾斜度上有與三維步態(tài)分析相似的可靠性，在步態(tài)周期中的其他8項(xiàng)需要量化評(píng)估的選定點(diǎn)中可靠性均不如三維步態(tài)分析。

三維步態(tài)分析系統(tǒng)主要由三維動(dòng)作捕捉系統(tǒng)、三維測力臺(tái)、無線表面肌電儀、足底壓力組成。三維步態(tài)分析系統(tǒng)采集人體在步行過程中各個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)的精確三維坐標(biāo)，足底與支撐面之間的壓力（垂直、左右、前后三個(gè)方向的力），并結(jié)合表面肌電系統(tǒng)采集的EMG信號(hào)，通過專業(yè)的步態(tài)分析軟件進(jìn)行三維重建與模型分析，從而得到人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的步態(tài)參數(shù)。

三維步態(tài)分析是一種新興的運(yùn)動(dòng)評(píng)估技術(shù)，可以用于診斷，運(yùn)動(dòng)功能的評(píng)價(jià)，并指導(dǎo)治療。對(duì)于科研和臨床功能評(píng)價(jià)均是一種可靠的評(píng)價(jià)工具。三維步態(tài)分析系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的鑒別并分析異常運(yùn)動(dòng)，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)異常運(yùn)動(dòng)并可以通過運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及動(dòng)態(tài)肌電圖的分析找出異常運(yùn)動(dòng)的原因。主要可鑒別分析運(yùn)動(dòng)異常，偏癱診斷分析等。

三維步態(tài)分析系統(tǒng)是一個(gè)先進(jìn)的功能評(píng)價(jià)技術(shù)。在國外三維步態(tài)分析系統(tǒng)已經(jīng)開始運(yùn)用于兒童運(yùn)動(dòng)評(píng)價(jià)中，從而進(jìn)行異常步態(tài)的分析，治療評(píng)價(jià)，手術(shù)方案確定和手術(shù)評(píng)價(jià)以及幫助矯形器的使用。相較于臨床測量和視覺步態(tài)分析，三維步態(tài)分析系統(tǒng)有更好的可靠性。很多實(shí)驗(yàn)研究也證明臨床測量的準(zhǔn)確性和客觀性都不及三維步態(tài)分析系統(tǒng)。此外，由于三維步態(tài)分析系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性，三維步態(tài)分析系統(tǒng)已經(jīng)在科研中被作為一個(gè)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)用以評(píng)價(jià)其他評(píng)估方法的可靠性和有效性。三維步態(tài)分析系統(tǒng)這一分析工具通過對(duì)生物動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、肌肉活動(dòng)情況的客觀數(shù)據(jù)的分析，不受測試者經(jīng)驗(yàn)及主觀因素的影響，使得對(duì)兒童運(yùn)動(dòng)功能的評(píng)價(jià)相較于傳統(tǒng)的量表評(píng)價(jià)方法和視覺評(píng)價(jià)更具客觀性且更加全面，使得對(duì)兒童運(yùn)動(dòng)功能障礙的進(jìn)一步的治療更具靶向性，能夠更準(zhǔn)確的進(jìn)行個(gè)體化治療，更好的改善兒童的運(yùn)動(dòng)功能。

但是，三維步態(tài)分析系統(tǒng)在國內(nèi)運(yùn)用于臨床兒童運(yùn)動(dòng)功能評(píng)價(jià)還存在許多問題。①缺乏國內(nèi)兒童的正常數(shù)據(jù)庫，目前所能使用的數(shù)據(jù)庫均為西方的三維步態(tài)分析系統(tǒng)公司提供的數(shù)據(jù)庫。而西方人和東方人的步態(tài)并不是完全相同的，用西方人的正常值范圍來衡量及評(píng)價(jià)東方人的步態(tài)情況是不完全準(zhǔn)確的。②只使用兩塊測力臺(tái)也給三維步態(tài)分析的運(yùn)用造成了影響，兒童的理解力有限，很難完全的理解并完全按照醫(yī)師的要求進(jìn)行步行。③目前，三維步態(tài)分析系統(tǒng)的運(yùn)用并不一定總是可靠的，需要控制變異性，才能使三維步態(tài)分析的結(jié)果可靠。