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三维步态分析评估新技术在小儿下肢力线异常推拿治疗的应用

---世界中联小儿推拿专业委员会成立大会暨第一届学术年会论文

俞艳 姜淑云 陶旭辰 阚欣

单位:上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院

摘要

目的:介绍三维步态分析在小儿下肢力线异常推拿治疗中的应用并研究其系统中美国正常步态数据库对国内小儿下肢力线异常患者步态评估的影响。

方法:运用三维步态系统采集分析6例8岁正常儿童的步态数据,计算步行时空参数、下肢关节角度变化及动力学等各项数据的均值,与三维步态系统中的8岁正常儿童步态数据比较,分析其差异性。

结果:两组在步行时的时空参数(步长、步速、步宽及单支撑相)、下肢关节最大屈伸角度变化(踝关节最大背屈、踝关节最大跖屈及膝关节最大伸展角度)及动力学数据(足触地及蹬离地面时对地面的反作用力)皆有显著性差异(P<0.05)。

结论:三维步态分析有助于小儿下肢力线异常的评估及推拿治疗。步态实验室正常儿童步态数据库的建立,将有利于提高步态评估的精确性,为小儿下肢力线异常患者推拿治疗方案的制定提供更有效的依据。

关键词:三维步态分析,下肢力线异常,推拿, 步态数据库

Abstract

Objective: To introduce three-dimensional gait analysis of massage therapy in children with abnormal lower extremity alignment and study the impact of US normal gait database from the system on the gait test of domestic children with lower extremity alignment.

Methods: obtain and analyse the gait data of 6 cases of normal children with 8 years old by three-dimensional gait analysis system;calculate the mean value of temporal parameters, lower extremity joint angles and kinetic data;compare the normal gait data of 8-year-old from the system;analyse the difference.

Results: temporal parameters (step length, walking speed, step width and single support phase), maximum flexion and extension angle of lower extremity joint (ankle dorsiflexion, ankle plantar flexion and knee extension angle) and kinetic data (the ground reaction forces when heel strike and toe off) have significant difference (P <0.05).

Conclusion: Three-dimensional gait analysis can help assess abnormal lower extremity alignment and pediatric massage therapy. The establishment of normal children gait database will help improve the accuracy of gait assessment for pediatric patients with abnormal lower extremity alignment and provide more effective basis for the massage therapy program.

Key Words: Three-dimensional Gait Analysis, Abnormal Lower Extremity Alignment,Massage, gait database


一.前言

1. 下肢力线异常

下肢力线异常是指下肢关节力线结构排列异常,常涉及股骨角前倾、股骨扭转及胫骨扭转等问题,临床常见主诉为“内八字”“外八字”和“X型腿”“O型腿”等。下肢力线异常发生的主要原因是由于婴幼儿在独立行走的初期,肌肉控制能力不足,引起协调、平衡功能不成熟,形成异常力矩产生代偿运动。


2. 推拿治疗小儿下肢力线异常的机制

肌肉运动控制能力减低是下肢力线异常形成的主要原因[1-4]。下肢肌肉在步行运动控制中发挥关键作用:臀中肌、股四头肌、腘绳肌在髋关节外展外旋、稳定躯干以及膝关节屈伸、内外翻运动中发挥作用。股四头肌在股骨和胫骨力线形成过程中起了关键性作用。腓肠肌、胫前肌、腓骨长肌在踝关节稳定性,摆动腿蹬离地面以及足廓清和足弓形成等功能实现中发挥作用。

推拿手法可加强骨骼肌蛋白合成,改善局部血液循环,促进肌肉形态结构恢复,进一步改善肌肉组织的力学特性[5]。既往研究发现,推拿增加肌肉的延展性和关节活动度,改善主动肌与拮抗肌的协调性[6,7]。

下肢力线异常的儿童均有肌肉协调运动功能减低,提示在步行过程中复杂神经控制下的主动肌和拮抗肌的协调运动出现问题。因此,增强肌肉协调运动控制功能以及关节稳定性是推拿手法干预下肢步态异常的关键作用靶点。

3. 三维步态分析评估新技术在小儿下肢力线推拿治疗应用中拟解决的问题

目前,国际上通用的步态分析系统均产自欧美等国家,所应用的数据库也均来自于国外不同步态实验室采集的正常步态数据库。上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院步态分析室的应用的三维步态分析系统为美国Motion Analysis系统,其正常数据库来自美国Shriner儿童医院步态与运动实验室。而美国的儿童和中国的儿童在种族、发育(如身高、体重)以及生活习惯等诸多方面有所不同,而以此常模样本作为评价国内儿童运动功能异常的评价和诊断标准,在信度和效度上可能会存在偏倚[8,9]。

二.研究对象与方法

1. 研究对象

向社会招募正常儿童,选取募集儿童数量最多的年龄段,即8岁正常儿童6例(12个下肢)为观察组,其中男3例,女3例,平均身高128.75cm,平均体重28.42kg。另取Motion Analysis三维步态系统软件中的8岁正常数据(30个下肢)为对照组。


2. 研究设备

美国Motion Analysis数字动作捕捉镜头12个,美国AMTI测力台4个。


3. 研究方法

运用红外线数字动作捕捉镜头,三维测力台及Helen Hayes模型对患者进行步态测试、采集步态数据,通过Cortex及Orthotrack采集、分析软件,得到步行时空参数、运动学及动力学数据等数据。


4.统计学处理

采用SPSS统计软件进行处理,计量资料以均数±标准差表示,两样本均数的比较采用t检验,P<0.05为差异有统计学意义。


三.结果和分析

1. 步行时空参数,两组对比分析 见表1。观察组与对照组步行时的步长、步速、步宽及单支撑相皆有显著性差异(P<0.05)。观察组与对照组步行时的双支撑相无显著性差异(P>0.05)。

表1 观察组与对照组步行时空参数的对比分析

N

步长*

步速*

步宽*

单支撑相*

双支撑相

观察组

12

51.61±3.96

109.08±5.87

8.62±2.00

39.99±2.03

9.16±2.62

对照组

30

62.63±7.08

139.04±16.32

10.95±2.37

41.83±1.34

8.20±1.45





注: *表示两组对比分析,P<0.05


2. 步行时下肢关节最大屈伸角度,两组对比分析见表2。 观察组与对照组步行时踝关节背屈、跖屈角度及膝关节伸展角度皆有显著性差异(P<0.05)。观察组与对照组步行时膝关节屈曲角度、髋关节屈曲、伸展角度皆无显著性差异(P>0.05)。

表2 观察组与对照组步行时下肢关节最大屈伸角度对比分析


N

踝关节背屈*

踝关节跖屈*

膝关节屈曲

膝关节伸展*

髋关节屈曲

髋关节伸展

观察组

12

3.23±1.91

21.75±6.11

64.4±3.78

-5.31±3.21

37.56±2.36

6.85±2.56

对照组

30

11.55±3.1

13.91±7.31

63.48±2.87

-1.93±4.83

38.91±4.19

5.16±7.35






注: *表示两组对比分析,P<0.05

3.步行时垂直方向足触地与足蹬离地面时的地面反作用力 两组对比分析 见表3。观察组与对照组步行时垂直方向足触地与足蹬离地面时的地面反作用力皆有显著性差异(P<0.05)。

表3 观察组与对照组步行时垂直方向足触地与足蹬离地面时的地面反作用力对比分析

N

足触地时地面反作用力

(垂直方向)*

足蹬离地面时地面反作用力

(垂直方向)*

观察组

12

1.11±0.05

0.99±0.05

对照组

30

1.31±0.18

1.11±0.06



注: *表示两组对比分析,P<0.05

通过此次研究发现,本步态分析室采集的8岁正常儿童步态数据与美国Shriners儿童医院步态与运动实验室的8岁正常儿童步态数据存在差异。其中步长、步速、步宽及单支撑相,观察组总体运动功能水平低于对照组,主要原因可能是由于国内儿童与美国儿童体重、身高总体发育水平及运动和步行习惯等有关[10]。踝关节最大背屈与膝关节最大伸膝角度,观察组总体水平低于对照组;踝关节最大跖屈角度,观察组总体高于对照组,可能是由于采集步行数据时足部与膝关节marker(步态测试时贴在受试者身体上的反光标志点)安放位置不同,亦有可能是不同种族步行习惯的不同所导致的[8]。而地面反作用力,观察组总体低于对照组,可能是与观察组步行速度低于对照组有关[9]。因此,这两者存在差异性很难用一个确切的原因去解释。种族的不同、三维步态系统的不同、marker模型的不同等都会造成正常步态数据库的差异性。最好的解决方法是每个步态实验室建立一个自己的正常步态数据库,从而为步态异常的患者提供更加精确的步态评估。

四.讨论和结论

三维步态分析是应用计算机辅助技术,通过三维运动捕捉系统等实时纪录步行时时空参数、动力学及运动学轨迹和数据[11] ,评估受试者三维运动分析数据及步态模式,精确地量化分析偏离正常范围的程度和导致异常原因,制定出有针对性的个性化的干预方案[12]。

下肢力线异常往往与股骨角前倾、股骨扭转及胫骨扭转有关,可能是一个扭转角度异常的结果,也可能是多个扭转角度异常的复合结果,因此肉眼很难辨别。此外,X片与CT扫描等影像学检查也只能观察患者静态时的骨骼及关节的情况。而三维步态分析系统细致量化的数据可以更精确地计算出各个关节在步行过程中偏离正常的程度,是评价下肢功能性和结构性异常的客观、量化的诊断工具[13-16],为之后推拿治疗方案的制定起着决定性作用。


三维步态分析技术是小儿下肢力线异常的有力评估手段,更为推拿治疗的疗效评估提供了客观而量化的数据依据。而步态实验室正常儿童数据库的建立,将会为小儿下肢力线异常给予更精确的评估依据。


参考文献

[1] Chia-Lin Chang,Masayoshi Kubo,UgoBuzzi,et al.Early Changes in Muscle Activation Patterns of Toddlers During Walking.[J].Infant Behav Dev. 2006; 29(2):175–188.
[2] Beatrix Vereijken.The Complexity of Childhood Development:Variability in Perspective[J].Phys Thr.2010;90:1850-1859
[3] Michal Nissim1, Ronit Ram-Tsur1, Michal Zion1,et al.Effects of Aquatic Motor Activities on Early Childhood Cognitive and Motor Development[J].Journal of Social Sciences,2014;2:24-39.
[4] DH Sutherland, R Olshen, L Cooper,SL Woo. The development of mature gait[J]. Bone Joint Surg Am.1980;62:336-353.
[5] 田惠林,赵斌,刘玉倩,等.定量按摩对肌肉损伤修复作用的形态学和生物力学研究[J].河北师范大学学报自然科学版,2005;29(2):213-216.
[6] 姜淑云, 严隽陶, 房敏,等. 颈椎治疗过程中骨与椎体的生物力学变化[J].中国组织工程研究与临床康复,2009;13(11):2029-2032.
[7] 姜淑云, 严隽陶, 房敏,等. 颈椎病患者康复疗效评价研究[J]. 中国康复医学杂志, 2009;24(5): 433-435.
[8] Assi A., Ghanem I., Laassel E.M., Penne?ot G.F., Lavaste F., Skalli W.: Normalcy gait index and kinematics: Uncertainty and repeatability on healthy children database: Preliminary application on cerebral palsygroup, Gait & Posture, Volume 24, Supplement 2, December 2006, Pages S49-S50.
[9] JaroslavMajernik. Normative Human Gait Databases: Use Own One or Any Available.  Statistics Research Letters (SRL) Volume 2 Issue 3, August 2013,Pages69-74.
[10] Rosenrot P, Wall JC, Charteris J. The relationship between velocity, stride time, support time and swing time during normal walking. J Hum Mov Stud 1980;6:325-35.
[11] Allard P., Cappozzo A., Lundberg A., Vaughan C.: Three-dimensional Analysis of Human Locomotion, John Wiley & sons Ltd., 1997, ISBN 0 471 96949 4.
[12] Ounpuu S., Davis R.B., DeLuca P.A.: Joint kinetics: methods, interpretation and treatment decision-making in children with cerebral palsy and myelomeningocele, Gait and Posture 4, 1996, 62-78.
[13] 孙嘉利,唐丹,钟世镇,等. 三维步态分析的研究与应用[J]. 中国组织工程研究与临床康复. 2007;05: 944- 948.
[14] 黄斌, 姜淑云, 孙武权,等. 脑瘫步态特征及治疗[J]. 辽宁中医药大学学报, 2013; (9):127-129.
[15] 库秀娟, 姜淑云, 褚立希, et al. Clinical Efficacy Evaluation onElectroacupuncture for Osteoarthritis and Observation on Biomechanical Indexes[J].Journal of Acupuncture and Tuina Science. 2009;7(5):261-264.
[16] 姜淑云, 褚立希, 查建林,等. 理筋手法结合功能训练治疗膝骨关节炎的步态特征研究[J]. 中国康复医学杂志, 2011;26:1056-1059.