步态分析概述

步态分析及常用步态测量方法周长青2016年01月05日目录1 步态概述 (3)1.1 步态的定义 (3)1.2 步态的两个基本要求 (3)1.3 步态周期中的关键时刻 (3)1.4 步态周期的阶段划分 (3)1.5 步态的基本指标 (4)1.5.1 时间因子 (5)1.5.2 距离因子 (6)1.5.3 步行速度 (7)1.6 步态的成熟 (7)1.7 步态的影响因素 (7)2 步态检查测量方法 (8)2.1 时间参数测量 (8)2.2 空间参数测量 (8)2.3 运动学测量 (9)2.4 动力学测量 (9)2.5 肌电测量 (10)3 正常步态 (10)3.1 站立与平衡 (10)3.2 行走步态周期规律 (11)3.2.1 矢状面 (11)3.2.2 额状面 (12)3.2.3 水平面 (13)3.3 步态评价（穿鞋的影响） (13)4 病理步态 (14)4.1 病态站立与病态平衡 (14)4.2 长短腿步态 (14)4.3 踝部障碍者步态 (14)4.4 膝关节障碍者步态 (15)4.5 髋关节障碍者步态 (16)4.6 脊柱及肩带障碍者步态 (16)4.7 全身障碍者步态 (17)5 步态分析系统推荐 (17)5.1 独立测试仪器列表 (17)5.1.1 运动学仪器： (17)5.1.2 惯性参数测量仪器： (21)5.1.3 三维力测量仪器： (23)5.1.4 压力测量仪器： (24)5.1.5 肌电测量仪器： (25)5.2 测试系统推荐 (26)6 附录 (29)步态分析及常用步态测量方法1 步态概述1.1 步态的定义步态（gait）就是行走时的人体姿态。

步态是人体结构与功能、运动调节系统、行为和心理活动在行走时的外在表现。

利用力学的概念，和已经掌握的人体解剖、生理学知识对人体的行走功能状态进行对比分析的生物力学研究方法称之为步态分析（gait analysis）。

1.2 步态的两个基本要求步态中直立的身体不断行进，由一条腿支撑连接到另一条腿支撑，如此反复。

行走过程中，当身体在支撑腿上面通过时，另一条腿向前摆动准备下一次的支撑阶段，一只足或另一只足始终与地面接触，而在支撑腿转换时有一个短的二足都在地上的双支撑状态。

随着一个人行走的加快，这个双支撑阶段变得越来越短，当这个双支撑阶段消失后，人体运动的状态就变为跑了。

所以步态有两个基本要求：支撑身体的连续的地面反作用力，每一个足在行进方向上的从一个支撑位置到下一个支撑位置的周期性运动。

1.3 步态周期中的关键时刻步行过程中，双足与地面的接触和离开定义了四个时刻：足触地、足离地、对侧足触地和对侧足离地。

1.4 步态周期的阶段划分根据足与地面的接触情况，步态周期分为支撑阶段和摆动阶段，站立阶段又可分为初次双支撑、单支撑和二次双支撑三个阶段；摆动阶段也可分为摆动初期、摆动中期和摆动末期三个阶段。

从时间配比上来看，站立阶段约占步态周期的62%，摆动阶段约占步态周期的38%。

初次双支撑阶段（0%到12%步态周期）的作用是加载体重，把体重从一条腿传递到另一条腿上去；单支撑阶段（12%到50%步态周期）的作用是支撑身体使其向前运动，此时另一只腿处于摆动状态；二次双支撑阶段（50%到62%步态周期）的作用是下肢准备摆动；摆动阶段（62%-100%步态周期）的作用是下肢摆越到前面准备体重的再一次转移步态的八个阶段：接触初期（Initial Contact），承重期（Loading Response），站立中期（Mid Stance），站立末期（Terminal Stance），摆动前期（Pre-Swing），摆动初期（Initial Swing），摆动中期（Mid Swing），摆动末期（Terminal Swing）。

（Dynamics of Human Gait(second edition).1992. ）1.5 步态的基本指标对步态周期的测量已经有了一套完整的指标。

1.5.1 时间因子时间因子名称由两部分组成：时刻（时间经过的某一点）和分期。

a时刻名称及定义如下：足跟着地（heel strike）：摆动退足跟着地的瞬间。

足底着地（foot flat）：整个足底着地或者至少足跖骨头着地的瞬间。

足跟离地（heel off）：足跟离开支撑面的瞬间。

足尖离地（toe-off）：全足离开支撑面的瞬间。

b分期名称及定义如下：步态周期（gait cycle）：从足跟着地到同侧足跟再次着地所经过的时间。

支撑期（stance phase）：从足跟着地到足尖离地，即足部与支撑面接触的时间。

前期：从足跟着地到足跖着地所经过的时间。

中期：从足跖着地到足跟离地所经过的时间。

后期：从足跟离地到足尖离地所经过的时间。

制动期：地面反作用力在制动方向起作用时间，从运动学角度来说是足部在髋关节前方的时间。

驱动期：地面反作用力在驱动方向起作用时间，从运动学角度来说书足部位于髋关节后方的时间。

双足支撑期（double stance phase）：从一侧足的足跟着地到对侧足的足尖离地之间的时间。

单支撑期（single stance phase）：从对侧足的足尖离地到该足的足跟着地这一段时间。

摆动期（swing phase）：从足尖离地到足跟着地，足部离开支撑面的时间。

加速期（acceleration phase）：足部向前加速的时间，从运动上讲是指足部在髋关节后方的时间。

中期（mid swing phase）：指足部运动为一定速度的时间，从运动学上讲是指足部正在髋关节下方的时间减速期（deceleration phase）：指足部在减速方向具有加速度的时间，从运动学上讲指足部在髋关节前方的时间。

一步时间（step duration）：从一侧足的足跟着地到对侧足足跟着地的时间。

c各个分周期之间还有一些对应得关系：步态周期（秒）=右支撑期（秒）+右摆动期（秒）=左支撑期（秒）+左摆动期（秒）。

支撑期（秒）=支撑前期（秒）+支撑中期（秒）+支撑后期（秒）=制动期（秒）+驱动期（秒）=双足支撑期1（秒）+单足支撑期+双足支撑期2（秒）.步频（cadence）：平均每一分钟的步数步数（步/秒）=2×1/步态周期（秒）步频=步数×60（秒）1.5.2 距离因子距离因子是足着地的空间特征量。

在给出各指标的定义前，需要先给出两个测量基准点的定义：足底位置的基准点：足跟部中央点，或者足跟的最凸点，有时为了简化也可选择足跟最后点。

步幅长测量线：一侧足的足底测量位置基点的连线。

足底轴：足底位置的基点和第二足趾尖的连线。

足型测定中以足跟最凸点和第二足趾尖连线为基准。

基于以上的基准点定义，距离因子的名称及定义如下：步幅长（stride length）：从足底着地位置到1周期后同侧足底着地位置之间的距离，又称周期步长。

右步幅长：右足的步幅长。

左步幅长：左足的步幅长。

步长（step length）：一侧足的足底着地位置到对侧足的足底着地位置投影在检测足步幅的计测线上，这两点之间的距离。

右步长：从左足足底位置到右足足底位置投影点之间的距离。

左步长：从右足足底位置到左足足底位置投影点之间的距离。

右步幅长=左步长+右步长左步幅长=右步长+左步长步宽（stride width）：步幅长的测量线和对侧足足底之间的距离。

右步宽：从左步幅长的测量线到要测的右足底之间的距离。

左步宽：从右步幅长的测量线到要测的左足底之间的距离。

步相角：步幅长测量线和足底长轴之间的角度。

足外展为正角度，也叫趾外展角度。

右步相角：右步幅长测量线和右足底长轴之间的角度。

左步相角：左步幅长测量线和左足底长轴之间的角度。

1.5.3 步行速度步速（walking speed）：每个单位时间内在大约三个单步后达到的平均速度。

在临床上，一般让测试对象以平常的速度步行10m的距离，测量所需要的时间，按照公式“速度=路程/时间”来计算步行速度。

1.6 步态的成熟成熟的步态有五个决定性的因素：单腿站立的时间，步速，步频，单步长，骨盆展开对踝关节展开的比例。

走的能力主要取决于运动控制系统的成熟。

髓鞘化是这个过程中的一个重要因素。

在1到7岁的儿童中单步长和腿长之间有线性关系。

在年龄和步速之间同样有一个线性关系。

由于生长速率的影响，这个斜率在4岁时有个变化。

即使在3岁和4岁之间很好的确立了成熟的走路形式，生长在整个青春期中继续改变，男孩在身高上的增加继续影响着单步长的时间-距离因素、步速和步频。

约到20岁左右，时间/距离的参数才稳定了，并且在绝大多数成年人的一生中大部分保持不变。

1.7 步态的影响因素步态在成年之后一般是保持十分稳定的，根据步态可以识别出一个人，但某些条件的改变仍可带来一些变化，而且能引起步态特征改变的因素是多种多样的。

如湿滑的地面会使人减小步幅，上下坡时会调整身体的倾斜角度，负重时也会使身体前倾，跨越障碍时会明显影响下肢关节角度等。

除了这些外部因素的改变外，生理性的改变也会产生影响，如疼痛、疾病、妊娠等均会对步态的特征产生影响。

此外，人与人之间存在的身材高低、体重胖瘦、年纪长幼、性别差异等均会有各自相应的步态特征。

尽管如此，步态仍可以作为一种目标识别的手段，并具有一定的准确度。

2 步态检查测量方法2.1 时间参数测量时间参数指步态周期的时间长，各个阶段的时长。

在最初的步态测试中，由于收到技术的限制，测试的方法较为古老。

比如开关测量法，就是在鞋底、鞋垫或者地面上安上开关，通过不同开关的开启先后顺序可以计算出时间。

这样的方法较为古老，而且安放开关时需要复杂的线路排布，费时费力，故现在已经被淘汰。

现在用的时间测量方法是图像测量法。

在采集步态的数据时，可以用摄像的方法，也可以用红外成像的方法，但不管用什么方法都可以记录下运动图像（红外采集系统记录的是标记点的图像），因为数据的采集频率已知，故可以得出任意两个时刻之间的时间间隔，得到步态的时间参数。

除图像测量法外，现有的压力传感器等也能计算出时间参数，这种方法可以看作是开关测量法的升级，但不用再去排线和计算，而且精度也大为提高。

2.2 空间参数测量空间参数指步幅、步速、步相角等在空间维度中测量到的指标。

之前的测试用物理方法进行，即让受试者走过已知的一段距离，通过受试者留下的足迹来测量各个指标。

开关测量法也可以测量一些空间参数。

现在的方法也是图像测量法。

图像测量法分为两类：视频图像测量法和红外光点图像测量法，二者的原理是相同的，即采集下运动图像，然后用已知长度的比例尺去标定图像，进行解析，可以得到图像中任意两点之间的距离，结合实践参数可以得出一些延伸空间参数指标。

二者的区别是获得图像的手段不同。

视频图像测量法是记录先自然光下真实的影像，红外光点图像测量法是利用红外光的反射原理记录下在目标物身上贴的标志点的位置，没有记录下真实的运动图像。