步態(tài)分析系統(tǒng)（指導動物身體四肢運動的裝置）

作用

人體運動是神經(jīng)系統(tǒng)控制1000多塊肌肉有節(jié)律收縮，驅(qū)動200多塊骨骼繞100多個關(guān)節(jié)協(xié)同運動的結(jié)果。盡管近年來生命科學研究取得了很大進展，但是距離模擬大腦控制肢體運動的過程還非常遠，因此康復醫(yī)學、體育學等研究者普遍采用觀察人肢體宏觀運動來診斷人體運動功能疾病，評估人體康復進程，指導體育訓練與選材。

步態(tài)分析系統(tǒng)

重要意義

步行是人類最基本的運動，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動狀態(tài)、受力狀態(tài)等生物力學有關(guān)的物理量，可進一步分析影響步態(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、人類學、宇航、工業(yè)等方面均有重要的科學意義及應用價值：

1.能夠獲取人體在各體態(tài)和運動下的生理、病理的力學和數(shù)學參數(shù)，進行人體各部位和機能檢測，所檢測的數(shù)據(jù)經(jīng)進一步分析計算后可獲得人體各部位(特別是關(guān)節(jié))的受力狀態(tài)、以及機械功、代謝能量消耗的情況。當前除本系統(tǒng)外，尚無其它技術(shù)可代替。

2.在臨床醫(yī)學(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動曲線、數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，我們可對關(guān)節(jié)疾患的程度進行測定，并在此基礎(chǔ)上對手術(shù)方案進行最優(yōu)化擬定；術(shù)后數(shù)據(jù)及分析結(jié)果是評定治療效果的最精確的客觀定量指標。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定或殘廢鑒定，在國內(nèi)已有個別醫(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)計提供所需依據(jù)，也是當前人工關(guān)節(jié)置換術(shù)一前后進行定量分析與評價的唯一手段。

4.為軀干和下肢的生物力學研究提供基本參數(shù)。

5.在康復醫(yī)學中，可以指導患者術(shù)后的行走訓練，是設(shè)計智能化假肢的支持技術(shù)。

6.步態(tài)分析系統(tǒng)極適合體育運動中的訓練記錄分析和評價，是分析動作，提高成績的定量依據(jù)。在運動訓練中，該系統(tǒng)的實時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，如對工業(yè)機器人的運動次序進行標定與評價，記錄機器人操作時的運動，并以此為依據(jù)改進機器人。

8.在人機工程方面，該系統(tǒng)可提供一個能夠精確和自動地收集動、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用價值。

應用條件

醫(yī)院、體育訓練場等環(huán)境與實驗室環(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)域進入應用領(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、護士稍加訓練也會使用，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)行時間較快，以縮短病人檢查時間(最好不超過5分鐘)。

4.能提供較多的參數(shù)。

5.成本較低，運行費用也要低。

6.安裝、校準及運輸都較方便。

7.適應面廣，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、較高的采樣率、空間分辨率、壓力分辨率及信噪比等，此外還要求重復性好，性能穩(wěn)定。

9.對受試者行動障礙較少，接近自然運動狀態(tài)。

系統(tǒng)組成

步態(tài)分析是評價運動功能一個重要手段，但傳統(tǒng)步態(tài)觀察分析其準確性不能保證，而且受測試者的主觀因素影響很大。由于這些缺陷，半自動化的三維步態(tài)分析系統(tǒng)就應運而生了。三維步態(tài)分析系統(tǒng)是一組通過網(wǎng)絡將運動分析系統(tǒng)，動態(tài)體表肌電圖和壓力板連接來，提供實時的力學等數(shù)據(jù)，并對步態(tài)進行運動學和動力學分析的系統(tǒng)。年齡和性別差異都會造成獲得的步態(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等證明動態(tài)和靜態(tài)相結(jié)合的臨床測量不能充分的預測步態(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項需要量化評估的選定點中可靠性均不如三維步態(tài)分析。

三維步態(tài)分析系統(tǒng)主要由三維動作捕捉系統(tǒng)、三維測力臺、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關(guān)節(jié)點的精確三維坐標，足底與支撐面之間的壓力（垂直、左右、前后三個方向的力），并結(jié)合表面肌電系統(tǒng)采集的EMG信號，通過專業(yè)的步態(tài)分析軟件進行三維重建與模型分析，從而得到人體運動時的步態(tài)參數(shù)。

三維步態(tài)分析是一種新興的運動評估技術(shù)，可以用于診斷，運動功能的評價，并指導治療。對于科研和臨床功能評價均是一種可靠的評價工具。三維步態(tài)分析系統(tǒng)能夠準確的鑒別并分析異常運動，及時的發(fā)現(xiàn)異常運動并可以通過運動學、動力學及動態(tài)肌電圖的分析找出異常運動的原因。主要可鑒別分析運動異常，偏癱診斷分析等。

三維步態(tài)分析系統(tǒng)是一個先進的功能評價技術(shù)。在國外三維步態(tài)分析系統(tǒng)已經(jīng)開始運用于兒童運動評價中，從而進行異常步態(tài)的分析，治療評價，手術(shù)方案確定和手術(shù)評價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。很多實驗研究也證明臨床測量的準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)的可靠性和準確性，三維步態(tài)分析系統(tǒng)已經(jīng)在科研中被作為一個評價的標準用以評價其他評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生物動力學、運動學、肌肉活動情況的客觀數(shù)據(jù)的分析，不受測試者經(jīng)驗及主觀因素的影響，使得對兒童運動功能的評價相較于傳統(tǒng)的量表評價方法和視覺評價更具客觀性且更加全面，使得對兒童運動功能障礙的進一步的治療更具靶向性，能夠更準確的進行個體化治療，更好的改善兒童的運動功能。

但是，三維步態(tài)分析系統(tǒng)在國內(nèi)運用于臨床兒童運動功能評價還存在許多問題。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價東方人的步態(tài)情況是不完全準確的。②只使用兩塊測力臺也給三維步態(tài)分析的運用造成了影響，兒童的理解力有限，很難完全的理解并完全按照醫(yī)師的要求進行步行。③目前，三維步態(tài)分析系統(tǒng)的運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。