摘要

目的：通过三维步态分析的生物力学方法对全膝关节置换患者进行步态分析。

方法：选择2005-11/2006-11 大连大学附属中山医院全膝关节置换患者53 例,年龄42~82 岁,平均59.2 岁。男33 例,平均身高

(172±13) cm, 体质量（64±11） kg; 女20 例,平均身高(155±11) cm, 体质量（45±1l） kg。术前和术后1，6，12 个月应大连大学附属中山医院关节外科郭林

用东方新锐DVMC-8801 三维运动分析系统进行步态分析，每次测量要求至少有3 个步长长度,步速恒定。将髋、膝、踝关

节共设置16 个点，并连接成面，建成三维动态图像。

结果：置换后行走速度、步频、步长及患肢站立相均有明显改善（P < 0.01），置换后1 年步态分析各参数基本达到正常水

平。置换前髋关节最大曲度为15°，后伸为8°，膝关节最大屈曲度70°，踝关节最大屈曲度15°。置换后6 个月髋关节

最大屈曲度为27°，后伸17°，膝关节最大屈曲度50°，踝关节最大屈曲度14°；各指标与置换前相比差异有显著性（P

< 0.01）。

结论：运用三维步态分析对行全膝置换的患者进行功能量化评价,可以更准确的了解膝关节的生物力学变化,进而探索最佳的

治疗手段和置换后的康复方法。

关键词: 三维步态分析;全膝关节置换;疗效评定

郭林，崔大平.全膝关节置换前后的三维步态分析[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12(13):2417-2420

[www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-13/13k-2417(ps).pdf]

课题背景：此课题目前正在申请国家自然基金。应用东方新锐DVMC-8801 三维运动分析系统是国内自主研发的一种可通过红外系统对患者进行无创检测的三维步态分析系统，课题旨在以此系统了解关节置换后步态恢复的生物力学变化。同 行 评 价 ：作者将三维步态分析方法应用到关节置换外科领域，对膝关节置换治疗膝骨关节炎IV 期患者效果进行功能量化评价,并参考Tohn.N.Insall 评分，得出该方法可以更准确的了解膝关节的生物力学变化，科研选题及设计较好。偏 倚 或 不 足：由

于是一项新技术，病例数量不足，随访时间短，还需进一步积累经验。

0 引言

步态分析是生物力学的特殊分支, 是对人体行走时的肢体和关节活动进行运动学观察和动力学分析, 提供一系列时间、几何、力学等参数值和曲线[1]。尽管全膝置换前后普遍采用HSS评分标准[2]进行评定,但HSS评分法对患者的行走功能没有定量分析。作者采用三维步态分析系统 (东方新锐DVMC-8801三维运动分析系统)对在本院行全膝置换的53例患者进行了步态分析。

1 对象和方法

设计：观察性实验。

单位：大连大学附属中山医院。

对象：选择2005-11/2006-11大连大学附属中山医院全膝关节置换患者53例(53侧)，其中男33例（33侧），年龄55~82岁, 平均46.2 岁, 平均身高 (171±13) cm,体质量(65±11) kg;女20例（20侧），年龄42~79岁, 平均身高 (155±11) cm, 体质量(45±11) kg。均为膝关节骨关节炎Ⅳ期改变。手术采用髌前侧入路。术前HSS膝关节功能评分10~74分，平均56.2分。患者对实验和治疗均知情同意，实验经过医院伦理委员会批准并签字。使用Zimmer骨水泥非旋转平台型假体。设计、实施、评估者：实验设计为第一作者，资料收集、实施为第二作者，评估为第一作者，采用单盲法评估。

方法：

后纵十字韧带保留型人工全膝关节置换术。术前1天开始大剂量抗生素静脉点滴。选择标准的前正中切口10~12 cm，通过靠近髌骨中线边缘内侧大约1 cm的髌骨旁切口进入关节囊。股骨准备：①股骨远端旋转定位。②前侧初步截骨。③股骨远端截骨。④股骨测量。⑤股骨前方，后方和斜面截骨。胫骨准备: ①胫骨力线的定位。②胫骨髓外力线定位：屈曲膝关节，将胫骨髓外力线导向器放在胫骨干上，用弹性钳在踝关节上方夹住胫骨远端。胫骨假体置入，股骨假体置入，缝合切口。术后处理：术后第1天开始CPM功能锻炼，初次活动范围0~45°，每天连续活动12 h，每天增加活动范围10°，出院前至少达到95°~110°。三维步态分析系统操作方法：三维步态分析系统(东方新锐DVMC-8801三维运动分析系统)由3部分组成。一是处于同一空间，分布在不同位置的8台摄像机和粘贴在待测部位的光学标记点;调控以上三部分装置同步运行并对其测量数据进行分析处理的计算机及其外围设备。首先调整步态分析主机与红外线摄像头之间的配置，以及测量范围。测试中患者下身穿紧身运动短裤,以保证标志点标示运动中肢体的位置；防止衣物对反光点遮挡。三维步态分析反光点定位：①骨盆部～腰腹部：髂前上棘，髂后上棘（共4点）。②膝关节：股

骨内外侧髁及胫骨结节（共3点）。③踝关节：内外踝尖（共2点）。④第一跗跖关节与第二跗跖关节之间（共1点）。步态分析由受过训练和有丰富临床经验的临床医生或技师进行。嘱患者以自然和习惯的姿势和速度步行数次, 一定要注意患者的每个反光点都应在规定的红外区域内, 以免影响步态分析结果。主要观察指标：术后1个月、半年、1年应用三维步态分析系统观测患者行走中的步长、步宽、步速、步频、步态周期时间、站立相时间、迈步相时间、关节运动角度的变化。同时行HSS膝关节功能评分。

统计学方法：所有数据由第二作者采用SPSS 11.5统计软件进行分析, 具体方法为独立样本t检验和相关分析, P < 0.05为差异具有显著性。各数据均用x±s表示。

2 结果

步态分析提供了受试者骨关节在X、Y、Z轴上的运动幅度和稳定程度。53例患者全膝置换前后的运动学数据改变见表1。通过所测得的系列生物力学指标，得出行全膝置换后1年患者短腿步态和减痛步态消失(图1~3)。三维步态分析结果：①行走速度、步频、步长置换后较置换前均有明显改善（P < 0.01），置换后1年步态分析各参数基本达到正常水平。②置换后患肢站立相较置换前明显延长。③角度时间曲线：置换前髋关节最大曲度为15°，后伸为8°，膝关节最大屈曲度70°，踝关节最大屈曲度15°。置换后半年,CPM锻炼之后髋关节最大屈曲度为27°，后伸17°，膝关节最大屈曲度50°，踝关节最大屈曲度14°；髋、膝与置换前相比差异有显著性（P < 0.01）。④加速度时间曲线：置换后6个月患肢前、后足前后方向加速度的站立相负波及棘波较置换前明显减小，摆动相置换后出现双峰波，置换前为3个正相波。⑤置换后两个月内出现臀中肌步态，置换后1年此步态消失。置换后HSS膝

关节功能评分明显提高，术后1年平均85.8分。

3 讨论

步态周期是指行走时一侧足跟着地至该足跟再次着地的时间, 在一个步态周期中, 每侧肢体要经过踩地负重和离地摆动两个阶段, 分别称为步态周期的站立相和摆动相。根据是单足着地, 还是双足着地, 将站立相分为单肢负重期和双肢负重期[3-8]。步长、步频、步速是步态的3大要素, 步态分析首先要找出正常人在步态周期中的有关时间、几何、力学等正常参数值和曲线, 然后在此基础上分析各种病理状态下的异常参数和曲线, 从而为外科手术疗效及功能评定提供客观真实的依据。膝关节骨关节炎Ⅳ期行全膝关节置换手术患者的步态有以下特点。

3.1 减痛步态一侧下肢出现疼痛时，常呈现出减痛步态，在三维步态分析的图像中表现为患侧站立相时间缩短，以尽量减少患肢负重，步幅变短。膝关节疼痛者，患肢负重时同侧肩下降，躯干稍倾斜，患侧下肢外旋、屈曲位，尽量避免足跟击地。膝关节疼痛患者膝稍屈，以足趾着地行走。术后1年图像显示患肢步幅变大，与健侧接近，同时髋、膝、踝的屈伸角度，术前髋关节最大曲度为15°，后伸为8°，膝关节最大屈曲度70°，踝关节最大屈曲度15°；术后半年，髋关节最大屈曲度为27°，后伸17°，膝关节最大屈曲度50°，踝关节最大屈曲度14°；髋、膝与术前相比差异有显著性（P < 0.01）。HSS评分的疼痛程度评分是完全的主观感受，分轻中重度，相之比较三维步态更加客观，但两者应结合起来看。

3.2 短腿步态[9-14] 术前患肢缩短达2.5 cm以上者6例，支撑期可见患侧骨盆下降导致同侧肩下降，摆动期则有患足下沉，健侧迈步腿髋膝关节过度屈曲、踝关节过度背屈；术后1年显示骨盆向患侧下降消失，患侧髋膝踝关节屈伸角度较健侧是平行的。

3.3 屈膝肌无力步态[15-20] 屈髋肌是摆动相主要的加速肌，其肌力降低造成摆动相肢体行进缺乏动力。患者术前步长为0.49 m，术后6个月为0.51 m，术后1年为0.54 m，这是由于屈膝肌无力导致躯干在支撑相末期向后，摆动相早期突然向前摆动来进行代偿，最后患侧步长明显缩短，术后患者肌力恢复后，步长又恢复正常。术前HSS评分平均56.2分，术后1年平均85.8分；此评分结果和本组测试中的观测结果接近，分别从主观和客观两方面证实了手术的疗效。本研究缺少长期随访是一个缺陷，在以后的研究中还要继续随访观察。步态分析是提取与人体行走有关的生命活动信息、仿制人体行走功能器械的生物工程技术等不可缺

少的一种整体分析评价手段，它有广阔的前景。随着光、电测量技术及信息处理技术的不断发展，这一方法定会沿着多指标、集成化及专家分析、诊断、评价综合系统的方向发展。运用三维步态分析对膝关节骨关节炎IV期的患者进行功能量化评价,可以更为准确的了解膝关节的生物力学变化,进而探索最佳的治疗手段和手术后的康复方法。

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