三维步态分析在骨科康复等临床医学的应用
三维步态分析系统的三维步态分析系统的
三维步态分析系统的在运动科学、康复医学以及人体工程学等领域，三维步态分析系统扮演着至关重要的角色。
该系统通过高精度的运动捕捉技术与强大的数据分析软件相结合，为我们提供了深入了解人类行走机制的新视角。
三维步态分析系统的工作原理，简而言之，是通过捕捉人体在行走过程中的动作，将收集到的数据转化为可视化的三维模型。
这一过程不仅展现了步态的动态变化，还能精确量化各个关节的运动角度、力度及速度等关键参数。
1. 运动捕捉设备：通常采用红外线或光学标记技术，跟踪贴在测试者身体关键部位的小标记点。
这些设备可以以每秒上百次的频率捕捉标记点的位置变化，确保了数据的精确性。
2. 力板与测力台：这些设备位于行走路径上，用于测量行走过程中脚部与地面的相互作用力，包括垂直力、前后力和左右力。
3. 数据采集与处理软件：这是系统的“大脑”，负责实时收集运动捕捉设备和力板的数据，通过算法处理，将这些数据转化为具有实际意义的信息。
三维步态分析系统的应用广泛而深远。
在医疗康复领域，它帮助医生准确诊断患者的步态异常，并制定个性化的康复方案。
在运动训练中，教练可以利用该系统优化运动员的技术动作，提高运动表现。
而在产品研发方面，三维步态分析则为鞋类、假肢等产品的设计提供了科学依据。
三维步态分析系统不仅为我们揭示了行走背后的复杂生理机制，更为相关领域的研究与实际应用提供了强有力的工具。
个性化医疗的推进器在个性化医疗日益受到重视的今天，三维步态分析系统为每位患者提供了量身定制的治疗方案。
通过分析个体的步态特征，医生能够更准确地识别出潜在的健康问题，如关节磨损、肌肉不平衡等。
这种精确的评估不仅加快了治疗进程，也提高了治疗效果，让患者更快地回归正常生活。
儿童发展的观察窗对于儿童而言，步态分析是一种监测其运动发育的有效手段。
通过定期进行三维步态分析，家长和医生可以观察到孩子的成长轨迹，及时发现并矫正发育过程中的异常，为孩子的健康成长提供保障。
老年人跌倒预防的利器老年人跌倒是常见的家庭安全隐患。
三维步态分析在截肢患者康复中的应用
三维步态分析在截肢患者康复中的应用张腾宇;李立峰;季润;王强;王喜太【摘要】采用Vicon三维步态分析系统对健康人和穿戴假肢的下肢截肢患者进行步态分析,表明该系统可提供运动学参数和生物力学参数的变化,由此分析假肢穿戴者与健康人各关节运动的差异.将三维步态分析应用于截肢患者康复方面是切实可行的.【期刊名称】《中国康复理论与实践》【年(卷),期】2010(016)003【总页数】3页(P293-295)【关键词】三维步态分析;截肢者;步态参数;康复【作者】张腾宇;李立峰;季润;王强;王喜太【作者单位】国家康复辅具研究中心,北京市,100176;国家康复辅具研究中心,北京市,100176;国家康复辅具研究中心,北京市,100176;国家康复辅具研究中心,北京市,100176;国家康复辅具研究中心,北京市,100176【正文语种】中文【中图分类】R687.5步态分析是生物力学的特殊分支,能够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]。
Vicon三维步态分析系统是目前较为先进的、能够客观定量地评定人体步行功能的系统,可以较全面地反映患者的运动康复功能状态,在临床步态分析中具有重要意义。
1 对象与方法1.1 对象健康成人20名,其中男性10名,女性10名;膝上截肢患者10名,男性 7名,女性3名;膝下截肢患者8名,男性5名,女性3名。
受试者分别为本单位员工及在单位临床部门装配假肢或进行康复训练的患者,年龄集中在24～38岁。
所有受试者均无神经疾患及心肺疾患,健康受试者均无下肢肌肉、骨骼疾患;截肢患者均为因交通事故、外伤等引起的截肢,残肢长度12～23 cm。
向每位受试者解释本研究的目的及步骤,并征得其同意,采取自愿参加的形式。
1.2 仪器采用英国Vicon公司生产的三维步态分析系统对受试者进行步态分析。
步态系统硬件主要包括6个高速红外拍摄头、2个测力平台以及若干反光标记球等。
3D打印模型在骨科临床护理教学中的效果分析
3D打印模型在骨科临床护理教学中的效果分析发布时间：2022-10-19T05:16:20.559Z 来源：《健康世界》2022年13期作者：刘元何莉[导读] 3D打印模型在骨科临床护理教学中的效果分析。
刘元何莉江苏省无锡市江南大学附属医院南院区 ,江苏无锡214000【摘要】目的：3D打印模型在骨科临床护理教学中的效果分析。
方法：取我院一年间（2021年5月-2022年5月）患者（60例），随机分为两组（30例/组）。
分别以常规教学、联合3D打印模型教学，比较效果。
结果：与对照组相比，观察组满意度偏高，考评成绩显著偏高，（p＜0.05）。
结论：针对骨科护理学生使用常规教学联合3D打印模型的教学模式能够提升护生的操作技能及理论知识，增加临床教学质量。
【关键词】骨科；临床护理；教学；3D打印模型始于20世纪90年代的3D打印技术是以数字模型数据为依据，使用粘合材料，经多层打印的方式将物体模型制造而成的技术，这项新技术在医学上有了决定性的发展[1]。
骨科的护理科为肌肉骨骼系统疾病方面的内容。
临床研究中多食用实体骨骼标本模型进行教学，但样本数量有限，同时多处复杂损伤未能用正常标本进行展示。
通过将3D打印模型与骨科临床护理教学中，可将病理解剖形态、畸形特点等均可在学生面前可视化[2]。
学生可在3D打印模型上操作练习，有效地保障学生的临床护理意识，提高学习兴趣，提高护理水平。
基于此本次研究选取我院60例护生分组使用3D打印模型教学，观察其效果。
1资料与方法1.1一般资料观察组男/女病例数为9/21例，年龄20~25岁，均数值（22.5±4.67）岁，对照组例数为10/20例，年龄20~25岁，均数值（22.5±4.28）岁。
两组资料差异，（p＞0.05）。
1.2方法对照组使用常规教学模式：对华只能和进行体格检查、收集其病例基本资料、对其X线片实施评估，观察MRI资料，并展开针对性讨论，制定相应的护理计划。
医学三维打印技术在骨科手术中的应用
医学三维打印技术在骨科手术中的应用随着科技的不断发展，医学也逐渐得到了改善和完善。
医学三维打印技术作为其中的一项技术，已经逐渐被应用到各个医学领域，包括骨科手术中。
本文将探讨医学三维打印技术在骨科手术中的应用。
一、医学三维打印技术的基础知识医学三维打印技术是一种将医学图像转化为物理模型的技术。
这项技术利用数字图像数据，借助计算机软件逐层加工，通过雕刻机、打印机等加工设备，将数字图像转化为真实的物理模型。
这样的物理模型可以帮助医生更加清晰和准确地了解患者的病情，从而做出更好的治疗计划。
二、医学三维打印技术在骨科手术中的应用主要包括以下几个方面：1. 制作辅助手术器械医学三维打印技术可以根据患者的具体情况制作出特定形状的手术器械，使手术更精准，同时也能够减少手术损伤风险。
比如，在植入人工关节时，医生可以通过医学三维打印技术打印出特定形状的手术模板，用来引导手术，使得植入的人工关节更加精准。
2. 制作骨模型医学三维打印技术可以将患者的 CT 或 MRI 图像重新构建为三维物理模型，医生可以通过这些物理模型来更加真实地了解患者的病情，同时为手术预备提供更加准确的参考。
在骨科手术中，医生可以通过医学三维打印技术制作出骨模型，用来模拟手术切开、骨缝合等手术操作，从而更加贴近实际操作场景，提高手术成功的几率。
3. 制作骨移植板骨移植板是指医生将一条健康的骨头植入到患者体内，用以修复骨折、切口等处的骨骼损伤。
医学三维打印技术可以将患者受损骨骼的 CT 或 MRI 图像转变为三维物理模型，再根据需求打印出特定形状的骨移植板，利用这种方法可以更加精准地修复骨骼损伤。
三、医学三维打印技术在骨科手术中的意义医学三维打印技术在骨科手术中的应用意义十分重要。
与传统手术相比，医学三维打印技术可以为医生提供更加准确、真实的患者情况，使得医生能够更加准确判断手术风险，更好地制定治疗方案。
同时，医学三维打印技术可以为手术提供更加准确的导航，利用三维物理模型可以让医生更加精准地完成手术，从而提高手术顺利进行的几率。
三维步态分析系统在脑瘫下肢矫形手术领域中的应用进展
三维步态分析系统在脑瘫下肢矫形手术领域中的应用进展【摘要】本文探讨了三维步态分析系统在脑瘫下肢矫形手术领域中的应用进展。
在介绍了背景，研究意义以及研究目的。
在详细介绍了三维步态分析系统的原理，以及在脑瘫患者下肢矫形手术前评估、术后康复评估和手术效果评估中的应用情况。
讨论了在该领域中面临的挑战和解决方案。
结论部分分析了三维步态分析系统在脑瘫下肢矫形手术领域的应用前景和未来发展方向，并进行了总结。
该研究为改善脑瘫患者的下肢功能和生活质量提供了重要的参考，为临床实践和研究方向指明了新的方向和可能性。
【关键词】三维步态分析系统、脑瘫、下肢矫形手术、应用进展、评估、康复、手术效果评估、挑战、解决方案、应用前景、发展方向、总结1. 引言1.1 背景介绍脑瘫是一种常见的儿童运动障碍疾病，患者在运动和姿势控制上存在固有的缺陷。
脑瘫患者常常伴随着下肢肌肉痉挛、僵硬和肌群短缩等问题，导致步态异常，影响生活质量。
传统的脑瘫下肢矫形手术主要依靠临床经验和手术技术来进行评估和治疗，缺乏客观性和科学性。
而三维步态分析系统的引入为脑瘫下肢矫形手术提供了新的方法和技术支持。
三维步态分析系统通过对患者进行多维度、多角度的步态分析，能够客观评价患者的步态特征、关节角度、肌肉活动模式等信息，为医生提供量化的数据支持。
这种技术能够帮助医生更加准确地评估脑瘫患者的运动功能和步态异常，指导手术方案的制定和术后康复计划的制定。
三维步态分析系统在脑瘫下肢矫形手术领域中具有重要的应用前景。
通过对患者步态特征的全面评估，可以提高手术的成功率和治疗效果，进一步改善患者的生活质量和运动功能。
1.2 研究意义三维步态分析系统在脑瘫下肢矫形手术领域中的应用进展具有重要的研究意义。
脑瘫是一种常见的儿童神经发育疾病，患者在步行和站立方面存在明显的功能障碍，影响其日常生活质量。
对于脑瘫患者进行下肢矫形手术是一种重要的治疗方式，能够改善其步态功能及生活质量。
传统的评估方法主要依靠临床观察和简单的功能测试，存在主观性强、客观性不足的缺点。
临床三维步态分析系统的组成原理及其临床应用
三维步态分析系统的组成、原理及其临床应用孟殿怀、励建安南京医科大学第一附属医院康复医学科步行是人类的基本功能，任何神经、肌肉及管关节疾患均可能导致步行功能障碍。
步态分析对人体行走方式进行客观记录并对步行功能进行系统评价。
步态分析分为定性（目测）分析和定量分析两大类。
前者是由医务人员通过目测观察患者的行走过程，并作出大体的分析，此法比较粗略，仅限于定性分析。
定量步态分析研究始于19世纪末，早期主要是借助一些简单的设备（如卷尺、秒表等）辅助分析，常见的如足印法、电子角度计测定法等。
20世纪70年代以后定量步态分析发展较快，80年代以后转向采用高速摄像设备的三维步态分析。
目前常用的临床步态分析系统进行定量步态分析的频率已经达到每秒60帧以上，测量长度的误差小于1毫米。
随着我国经济的快速发展、人民生活水平的提高，临床三维步态分析系统已经越来越受到国内医学界人士的青睐。
可以预见，在未来的几年中，国内将有多家医疗单位添置临床三维步态分析系统。
1、步态分析的主要内容定量步态分析所用参数大致可归纳为如下几类：●时间-距离参数，包括步长、步幅、步宽、步向角、步速、步频、步行周期、支撑相时间、摆动相时间等。
●运动学参数，是指步行中髋、膝、踝等关节的运动规律（角度、位移、速度、加速度等），骨盆倾斜和旋转、身体重心位置的变化规律等。
●动力学参数，指引起运动的力学参数，包括地板反力、功与功率等。
●肌电活动参数，指步行过程中下肢主要肌肉的电生理活动指标。
●能量代谢参数，指人体运动过程中的能量代谢情况。
2、组成及原理完整的临床三维步态分析系统应该包括：（1）步态分析仪；（2）测力平板；（3）动态体表肌电仪；（4）气体代谢分析仪。
2.1 步态分析仪步态分析仪的功能主要是摄取人体在步行过程中各个关节点的运动轨迹，通过模型分析的方式进行三维重建，从而获得人体运动时的各种运动学参数。
从步态分析检测的媒介角度，可以将现有的步态分析仪分为三种类型：摄像型、红外光型和超声波型。
三维步态分析在膝骨关节炎研究中的应用
三维步态分析在膝骨关节炎研究中的应用谈绎文;郑昱新;詹红生;张旻【摘要】三维步态分析可检测膝骨关节炎(OA)患者在运动学、动力学、表面肌电方面明显而特异的改变,较影像学评估及自我评估量表能提供更翔实而客观的静动态数据,反映膝OA严重度和日常活动能力,并对病程进展和影响因素进行评估,为保守治疗和手术治疗效果评价提供依据.该文就膝OA患者三维步态分析指标改变、膝OA严重度及日常生活能力评估、病程进展评估、疗效评估、影响因素评估等作一综述.【期刊名称】《国际骨科学杂志》【年(卷),期】2014(035)004【总页数】4页(P215-218)【关键词】步态分析;膝关节;骨关节炎【作者】谈绎文;郑昱新;詹红生;张旻【作者单位】201203,上海中医药大学附属曙光医院骨科;201203,上海中医药大学附属曙光医院骨科;201203,上海中医药大学附属曙光医院骨科;201203,上海中医药大学附属曙光医院骨科【正文语种】中文膝关节是骨关节炎（OA）最易累及的负重关节［1］。
在上海某社区进行的膝OA 流行病学调查［2］报道显示患病率达67.12%，66～70岁年龄段患者甚至高达81.18%。
膝OA病情加重将明显影响患者日常活动和生活质量，给患者及社会带来沉重医疗负担。
以往对膝OA诊断、病情进展评估和疗效判断多依靠影像学及患者疼痛和功能自我评估量表，如美国特种外科医院（HSS）膝关节功能评分、西安大略和麦克玛斯特大学OA指数（WOMAC）、美国骨科医师学会（AAOS）膝关节功能评分等［3］。
影像学显示反映的是静态状况，疼痛则是一种主观感受，源于多层次神经系统，易受认知及情境因素影响，且膝OA患者解剖结构损害程度往往与临床症状不相符［4］。
三维步态分析能提供膝OA患者静态和动态情况下多方面翔实、客观数据，有助于更好地分析膝OA患者生物力学变化特点。
1 三维步态分析概述从一侧足跟着地开始到该足跟再次着地称为1个步态周期，包括支撑相和摆动相。
步态分析在临床中应用
步态分析在临床中应用【关键词】三维步态分析摘要［目的］客观的提供矫形外科制定手术方案、评定术后疗效、制定康复治疗方案及评定康复疗效依据。
［方法］应用三维步态分析系统(英国VICON公司制，V-612)对健康自愿者40名(平均年龄33岁)和患有矫形外科疾病的112名患者进行了步态分析，年龄17～73岁，平均46．2岁。
男性42例，身高男性平均171±13 cm，体重65±11 kg；女性平均身高158±11 cm，体重45±1l kg。
其中颈椎病21名，腰椎间盘突出症及腰椎管狭窄症26名，髋、膝、踝关节各12、34、19名。
［结果］表明步态分析可提供运动学参数、生物力学参数和运动中骨骼肌的肌电活动参数的变化。
［结论］将三维步态分析的方法应用于矫形外科和康复医学科进行手术方案的制定、手术疗效的评价、康复治疗方法的选择及疗效评定是切实可行的。
关键词：三维步态分析；矫形外科与康复医学；疗效评定Abstract：［Objective］To provide external basis of establishment operative and rehabilitative scheme, and estimate prooperation and rehabilitation treatment effect.［Method］A total of 40 unconstraint people (mean age 33) and 112 patients suffering from orthopaedic disease were made gait analysis using 3-D gait analysis system (VICONCompany, V-612, ). Their mean age was Among them 42 patients were male,and mean stature 171±13 cm, mean body weight 65±11 kg. Female stature 158±11 cm, and body weight 45±11 kg. ［Result］The result indicated that gait analysis can supply changes of kinematics, biomechanics and skeletal EMG in activity.［Conclusion］The method of gait analysis is feasible for patient suffering from orthopaedicdisease.Key words: 3-D gait analysis；Orthopaedic and rehabilitation medicine；Treatment effect estimate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。
三维步态分析系统在脑瘫下肢矫形手术领域中的应用进展
三维步态分析系统在脑瘫下肢矫形手术领域中的应用进展作者：郑炳铃王健徐桂豪来源：《中国当代医药》2019年第14期[摘要]三维步态分析系统作为一套新的步态评估系统，具有客观、全面、科学、便捷等优点，逐渐应用于国内外医学评估领域，尤其是在脑瘫下肢矫形手术领域中的疗效评价及手术指导发挥重要的作用。
本文就三维步态分析指导制定脑瘫下肢矫形手术方案，评价手术疗效，选择康复治疗方法，评定康复疗程，制定矫形器以及评估肉毒毒素的疗效量化等作一综述。
[关键词]三维步态分析系统；脑瘫；外科手术[中图分类号] R742 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721（2019）5（b）-0029-03Progress in the application of three-dimensional gait analysis system in the field of cerebral palsy lower limb orthopedic surgeryZHENG Bing-ling WANG Jian XU Gui-haoCerebral Palsy Diagnosis and Treatment Center， Sanjiu Brain Hospital of Guangdong Province， Guangzhou 510510， China[Abstract] As a new gait evaluation system， the three-dimensional gait analysis system has the advantages of objectivity， comprehensiveness， science and convenience， it has been gradually applied in the field of medical evaluation at home and abroad， especially in the field of lower limb orthopedic surgery for cerebral palsy. This article reviews three-dimensional gait analysis to guide the formulation of lower limb orthopaedic surgery for cerebral palsy， to evaluate the effect of surgery，to select rehabilitation treatment methods， to evaluate the course of rehabilitation， to develop orthopaedic devices and to quantify the efficacy of botulinum toxin.[Key words] Three-dimensional gait analysis system； Cerebral palsy； Surgery痉挛性脑瘫是脑瘫中最常见的类型。
膝关节骨关节炎三维步态分析研究及其在运动医学中的应用
膝关节骨关节炎三维步态分析研究及其在运动医学中的应用【摘要】目的探讨膝关节骨关节炎（Osteoarthropathy，KOA）应用三维步态分析的应用价值。
方法本次试验选取骨科科室的KOA患者100例作为观察组，同时抽取100例健康人作为对照组，均采取三维步态分析，对比两组患者分析结果。
结果观察组的各项三维步态指标相比于对照组均有所降低，P<0.05两组对比有意义。
结论影像学与步态分析相结合可为早期、中度KOA患者保守治疗提供指导，使临床医生能够客观和定量地评估KOA，值得临床推广。
【关键词】KOA；三维；步态分析膝关节骨关节炎（Osteoarthropathy，KOA）多发于老年群体，属于退行性病变，在我国，KOA的患病率高达8.11%，且在近年来患病人数呈现逐渐上升的趋势[1~2]。
三维步态分析（3D-GA）是一种重要的获取疾病信息的方法，对于确定KOA病理学引起的功能受限程度以及观察疾病随时间的演变以及评估康复干预效果至关重要。
1一般资料与方法1.1一般资料本次试验选取骨科科室的KOA患者100例作为观察组，同时抽取100例健康人作为对照组，观察组的年龄范围是25-65岁，平均年龄（45.34±13.38）岁，病程范围是6～18个月，平均（9.12±5.43）个月，男、女占比是59:41；对照组的年龄范围是26~68岁，平均年龄为（44.20±11.03）岁，男、女占比是58:42，上述患者基线资料显示P<0.05，无显著性。
1.1.1纳入标准（1）均确诊为KOA患者，符合《实用骨科学》内诊断标准；（2）肝、肾功能无异常；（2）对本研究药物耐受；（3）依从性高，均签署试验同意书。
1.1.2排除标准（1）骨关节外伤者；（2）骨关节解剖结构异常；（3）肝、肾功能障碍；（4）对本次研究药物不耐受或存在禁忌证者；（5）骨关节慢性感染者1.2方法于患者双侧髂前上棘、双侧髂后上棘、膝关节旋转中心、股骨区、小腿、踝关节、足跟等部位做好标记，然后让受试者在7米长的人行道上自由行走5次，当患者行走时，8台Eagle数码相机（Motion Analysis Corporation，Santa Rosa，CA，USA）以120Hz的速度观察每个标志物的运动，并分析每个关节的三维运动学。
步态分析在康复中的应用
随着科学技术的发展和进步，一个人的足底压力和步态会像血压、体温那样，从一个侧面反映出人体的健康状况和病变特征。
步态分析技术在康复领域已有广泛的应用：可进行康复训练前后的足底压力对比测试，评价康复训练的效果；也可用足底压力步态分析的数据与曲线鉴别、评定肢体伤残的程度，为制定整体的康复计划提供客观依据等等。
步态分析在康复中的应用1、足底压力（PlantarPressure）与步态分析（GaitAnalysis）：步态分析是利用力学的概念和人体解剖、生理学知识对人体的行走功能状态进行对比分析的一种生物力学研究方法。
足底压力是人体在静止站立或者动态行走时，在自身重力的作用下，足底在垂直方向上受到的一个地面的反作用力。
足底压力测定是步态分析的一个重要组成部分，是分析和衡量异常足底应力分布和步态的基础，它对运动系统疾病的病因分析、诊断、功能及疗效评定均有重要意义，因此其临床应用越来越广泛。
足底压力分布能反映下肢乃至全身的生理、结构和功能等方面的信息，对足底压力的研究可揭示人体在不同状态下的足底压力特征,即运动过程中足的动力学特性。
当下肢功能及足内结构轻微变化时,都将改变足底压力负荷的分配,因此研究人体不同状态下（正常人与病人之间、站立和步态之间）的足底压力的变化，可以用来进一步分析并获得人体各部位的受力情况和生理、病理学参数，从而可以与病史、其他检查联合使用对人体健康程度进行诊断。
2、步态分析在临床医疗领域的应用：步态分析技术提供定量的功能评估，该技术是重要的定量检查与分析的手段，从而改变了沿用已久的定性分析和直观描述，可揭示人体在不同状态下的足底压力特征，即运动过程中足的动力学特性。
它已逐渐成为临床生物力学研究与足部康复评定的重要手段,为足疾的功能康复、疗效评定和手术后效果鉴定提供客观评价。
随着新型传感器技术的发展与计算机技术的广泛应用，足底压力测量技术在临床医疗领域得到越来越广泛的应用，测量技术也不断的发展成熟，指标也逐步丰富，测量的精度也随之提高。
三维步态分析技术在儿骨科临床应用研究进展
山东医学高等专科学校学报2020,42(5):367-368Journal of Shandong Medical Co l ege三维步态分析技术在儿骨科临床应用研究进展梁强(莒南县中医医院，山东莒南276500)中图分类号:R682.6文献标识码:A文章编号：1674-0947(2020)05-0367-02关键词：三维步态分析技术；先天畸形；骨科由于遗传、妊娠期并发症及其他多种因素的影响，小儿骨骼容易发生异常，及早发现这些异常对其后的康复治疗具有重要意义。
三维步态分析技术是计算机技术与医疗卫生技术的共同产物，可提高检查准确率，能够最大限度地改善畸形症状，使其能够融入到正常的生活中［1］。
现将其在儿骨科的应用综。
1三维步态分析技术概述步态分析技术最早可追溯至一百多年前，但当初并未应用于医学领域，在二十世纪八十年代才被初次应用于骨科诊断中，较之传统运动异常诊断方法，步态分析法效果更佳、诊断准确率更高。
目前,步态分析技术由原本的传统步态分析转变为了三维步态分析，亦称之为量化步态分析或一起步态分析,其中应用了多种技术，可谓是先进技术的结合体，如红外摄像技术、生物学原理等,让被检查者于仪器中正常行走，通过红外摄像技术捕捉被检查者的步态数据情况，如关节力矩和做工、能量代谢关系、氧气消耗数据等，然后将相关数据信息传输至计算机中进行分析,对比数据库中的正常参考值范围，以此来确定研究对象是否存在步态异常，该数据信息可作为骨骼异常情况的判断依据2。
在进行参考数值的比对前，计算机需整合研究对象的运动学数据、影响数据、物力评估数据、肌电图数据、足底压力数据等多方面参考依据，然后进行全面且综合的评估。
较之过去步态分析技术以及影像学静态分析，三维步态分析技术不仅在检查准确率方面有着大幅提升,doi：10.3969/j.issn.1674-0947.2020.05.023通过该技术检查还可以及时制定早期干预计划，最大限度降低先天性骨骼畸形给小儿带来的影响3。
三维步态分析系统在脑瘫下肢矫形手术领域中的应用进展
三维步态分析系统在脑瘫下肢矫形手术领域中的应用进展1. 引言1.1 三维步态分析系统在脑瘫下肢矫形手术领域中的应用进展三维步态分析系统是一种利用先进的传感器和计算机技术对人体步态进行准确分析的工具，已经在医学领域取得了显著的应用进展。
在脑瘫患者下肢矫形手术领域中，三维步态分析系统的应用也日益广泛。
脑瘫是一种导致肌肉控制障碍的神经发育性疾病，常常导致患者步态异常、下肢功能受限。
下肢矫形手术对于改善脑瘫患者的步态功能和生活质量至关重要。
传统手术方式在手术方案制定、手术效果评估等方面存在一定的局限性，不能完全满足脑瘫患者的需求。
而三维步态分析系统的出现为脑瘫患者下肢矫形手术带来了新的机遇。
通过精准的步态分析，医生可以更准确地评估患者的步态特点和功能障碍，制定个性化的手术方案。
手术过程中，三维步态分析系统可以实时监测患者术后的步态变化，帮助医生及时调整治疗方案，提高手术效果。
三维步态分析系统对脑瘫患者下肢矫形手术的促进作用不可忽视。
展望未来，随着技术的不断发展，三维步态分析系统在脑瘫下肢矫形领域将发挥更大的作用，为患者带来更好的康复效果和生活质量。
2. 正文2.1 脑瘫患者下肢矫形手术的重要性脑瘫是一种常见的神经发育障碍疾病，患者往往会出现下肢功能障碍和步态异常。
下肢矫形手术是对脑瘫患者进行康复治疗的重要手段之一，能够有效改善患者的步态和生活质量。
下肢矫形手术通过矫正关节畸形、缓解肌肉痉挛、调整骨骼结构等方式，使患者能够更好地站立、行走和进行日常活动。
对于脑瘫患者而言，下肢矫形手术的重要性不言而喻。
通过手术可以改善患者的步态稳定性、减轻肌肉疼痛、提高运动功能和生活质量。
定期的康复训练和管理也可以进一步巩固手术效果，使患者恢复更快、更好。
在面对脑瘫患者的下肢功能障碍时，下肢矫形手术是一项必不可少的治疗手段。
只有通过手术的矫正和康复训练，患者才能够重获自由行走的能力，提高生活质量，减少并发症的发生。
脑瘫患者下肢矫形手术的重要性不可低估，是改善患者生活质量的关键一步。
三维步态分析系统在脑瘫下肢矫形手术领域中的应用进展
三维步态分析系统在脑瘫下肢矫形手术领域中的应用进展【摘要】本文介绍了三维步态分析系统在脑瘫下肢矫形手术领域中的应用进展。
在研究背景解释了为什么需要研究这一领域，研究意义阐述了其对脑瘫患者康复的帮助，研究目的则明确了研究的目标。
在首先介绍了三维步态分析系统的原理与技术，接着分析了脑瘫患者下肢矫形手术的现状，然后详细探讨了三维步态分析系统在脑瘫下肢矫形手术中的应用，并提供了临床研究案例分析。
最后展望了未来发展趋势。
结论部分总结了三维步态分析系统在脑瘫下肢矫形手术领域的应用前景，指出了研究的局限性和不足之处。
本文综合分析了三维步态分析系统在脑瘫下肢矫形手术领域的最新进展，为相关研究提供了参考与启示。
【关键词】三维步态分析系统、脑瘫、下肢矫形手术、应用进展、原理、技术、患者、临床研究、案例分析、发展趋势、应用前景、局限性、展望。
1. 引言1.1 研究背景脑瘫是一种常见的儿童神经发育疾病，患者往往伴有下肢痉挛、畸形和运动功能障碍等问题，严重影响了他们的生活质量和发育。
目前，脑瘫患者的下肢矫形手术是改善他们步态功能的主要治疗方式之一。
传统的下肢矫形手术往往只能通过临床表现和影像学检查来评估疗效，缺乏客观的、量化的评估方法。
为了更精准地评估脑瘫患者下肢矫形手术的疗效，近年来，三维步态分析系统逐渐引入了这一领域。
三维步态分析系统是一种通过对患者在行走过程中的运动轨迹、关节角度等数据进行采集和分析，来评估患者步态功能的先进技术。
通过这种系统，医生可以客观地评估患者的步态功能，找出存在的问题，从而制定更有效的治疗方案。
在这样的背景下，研究如何将三维步态分析系统应用于脑瘫患者的下肢矫形手术中，成为了当前研究的热点之一。
通过对脑瘫患者行走过程的数据采集和分析，医生可以更准确地评估手术效果，最大程度地提高手术的成功率。
探索三维步态分析系统在脑瘫下肢矫形手术领域中的应用进展，对于改善脑瘫患者的生活质量和促进疗效提高具有重要的意义。
膝关节骨关节炎三维步态分析研究及其在运动医学中的应用
膝关节骨关节炎三维步态分析研究及其在运动医学中的应用摘要：骨性关节炎（OA）是一种常见于中老年人群的疾病，尤其是膝关节骨性关节炎（KOA）发病率最高。
尽管目前发病机理仍不明确，但许多研究已集中在分子生物学和细胞生物学领域。
随着现代三维步态分析系统的出现和应用，为KOA的生物力学研究提供了先进的研究手段和科学可靠的运动学与动力学数据。
本文通过总结国内外相关研究状况，探讨KOA三维步态分析的研究方向及其在运动医学中的应用前景。
然而，目前相关研究方向分散，缺乏统一评价标准和操作规范。
关键词：骨性关节炎；膝关节骨性关节炎；发病机理；三维步态分析；生物力学；运动医学；膝关节骨性关节炎（KOA）是中老年人中常见且高发的疾病。
尽管KOA的发病机理尚未得到确认，但是分子生物学和细胞生物学仍然是国内外研究的重点。
现代三维步态分析系统提供了先进的研究手段和科学可靠的运动学与动力学数据，因此受到越来越多的关注。
然而，目前相关研究方向存在分散的情况，并且缺乏统一的评价标准和操作规范。
通过总结目前国内外的相关研究现状，本文旨在探讨KOA三维步态分析的研究方向及其在运动医学中的应用前景。
1 三维步态分析概述步行是人类最主要的行动方式之一，也是肢体运动中最重复性高的运动之一。
通过研究步态动作中的关节角度、力矩和功率等运动学和动力学相关变量，可以了解机体各部位的受力情况，对于病因的确认、发病机制的研究、治疗方法的选定以及疗效的评估均有帮助。
现代三维步态分析系统是以红外线高速摄影机为主的立体三维动作分析系统，可以精确测量下肢动态生物力学指标，并且具有操作简便、无创伤性和数据详实的特点。
这种系统已经成为骨科生物力学研究、普通人群的科学健身和KOA患者的康复疗效的可靠依据和工具。
尽管人体内部力数据仍无法直接测得，但随着步态分析测量方法的发展和各类疾病步态特征知识的积累与建立，步态分析将在骨科生物力学、康复工程和医学工程等领域发挥重要作用，并对这些领域产生积极影响。
三维步态分析仪指导下的康复训练对中枢神经损伤患者步行功能的影响
三维步态分析仪指导下的康复训练对中枢神经损伤患者步行功能的影响【摘要】本研究旨在探讨三维步态分析仪指导下的康复训练对中枢神经损伤患者步行功能的影响。
通过分析相关文献和实验数据，我们发现三维步态分析仪在康复训练中的应用能够提供更精细和客观的数据支持，帮助患者更准确地进行康复训练。
康复训练对步行功能的影响也得到了验证，患者在训练过程中步态和平衡能力有所改善。
针对中枢神经损伤患者的康复训练方法与效果评估也被详细讨论。
通过总结研究结果，我们得出三维步态分析仪指导下的康复训练对中枢神经损伤患者步行功能有积极影响的结论。
未来研究可以进一步探讨康复训练的机制和优化方案，促进中枢神经损伤患者步行功能的恢复。
【关键词】三维步态分析仪、中枢神经损伤、康复训练、步行功能、效果评估、未来研究、神经损伤康复1. 引言1.1 背景介绍中枢神经损伤是指中枢神经系统（包括大脑和脊髓）遭受到损伤或疾病导致功能异常的情况。
中枢神经损伤患者常常伴随着步行功能的减退或丧失，给患者的生活和工作带来极大困扰。
如何有效地进行康复训练以改善中枢神经损伤患者的步行功能成为了临床医学中一个重要的课题。
本研究旨在探讨三维步态分析仪指导下的康复训练对中枢神经损伤患者步行功能的影响，通过对康复训练方法和效果进行分析，为提高中枢神经损伤患者的步行功能提供更科学的指导和支持。
1.2 研究目的研究目的是通过探讨三维步态分析仪指导下的康复训练对中枢神经损伤患者步行功能的影响，深入了解这一康复方法对患者康复效果的具体影响机制。
我们的研究旨在验证三维步态分析仪在康复训练中的有效性，探讨康复训练与步行功能之间的关联性，并揭示康复训练对中枢神经损伤患者步行功能的具体改善效果。
通过本研究，我们希望为中枢神经损伤患者的康复治疗提供更加有效和科学的方法，为临床实践提供参考依据，促进康复治疗的进一步发展和优化。
通过对三维步态分析仪指导下的康复训练进行深入研究，我们期望可以为康复医学领域带来新的突破和进展，为患者的康复带来更好的效果和希望。
基于3维动作捕捉的下肢骨折术后步态分析
基于3维动作捕捉的下肢骨折术后步态分析叶思航;谢叻;王海鹏;高塬;徐雯娟【摘要】通过3维动作捕捉系统,采集患者的大腿、小腿、脚部的运动数据,导入到软件中进行步态分析,从而得到患者步态的时空参数和运动学参数.通过试验分析发现:患者的步长变化明显,并且手术后的患肢着地时间低于正常人标准,这说明患者术后没有完全恢复正常步态.通过这些参数的分析,定量分析患者和正常人的差距,有助于医师评估患者的康复状态,从而评定康复强度,制定后续的康复方案.【期刊名称】《江西师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(042)005【总页数】5页(P507-511)【关键词】动作捕捉;骨科;康复【作者】叶思航;谢叻;王海鹏;高塬;徐雯娟【作者单位】上海交通大学塑性成形技术与装备研究院,上海 200030;上海交通大学塑性成形技术与装备研究院,上海 200030;上海交通大学生物医学工程学院康复工程研究所,上海 200030;上海市静安区中心医院,复旦大学附属华山医院静安分院,上海 200030;上海交通大学塑性成形技术与装备研究院,上海 200030;上海市静安区中心医院,复旦大学附属华山医院静安分院,上海 200030【正文语种】中文【中图分类】TP391.90 引言目前，对于骨关节疾病、骨折的诊断、治疗及其康复过程缺乏对其临床疗效进行分析的客观依据[1].在医疗上往往采用关节疼痛度评分、膝关节功能评分等评分系统对患者下肢骨折术后的康复情况进行评定，评定形式多为医生询问，患者回答，由于患者的感官差异，因而评定结果存在很大的主观性.尤其对于应用内固定手术治疗骨折的患者，其骨折愈合情况难以判定，医生难以确定撤除固定的最佳时间.患者的术后康复评定往往依赖于医生的临床经验，不恰当的治疗手段不但无益于患者病情的康复，甚至可能使病情恶化.步态分析是用于研究骨科疾病的治疗与康复效果的方法，它利用力学概念和算法对人体行走时的肢体和关节活动进行运动学和动力学分析[2-4].步态分析系统能实时测定患者的步态运动参数，从而判定患者的康复程度，帮助医生正确指导患者后续的功能锻炼，使康复治疗个性化，提高医疗质量[5-6].将运动捕捉技术应用到步态分析中，相比于传统上采用步态测力鞋垫方法，不仅能计算步态的2维统计特征，而且能分析各骨骼关节3维空间步态特征.运动捕捉技术采用重要关节点放置传感器，对数据进行采集.A. Pfister等[7]使用了Kinect做步态分析，但由于软件上存在缺陷并且硬件上误差较大，故该步态分析的结果和医学评估结果有一定差距.S. Mihradi等[8]使用光学运动捕捉进行分析，但由于价格昂贵且不方便移动，使得该研究难以快速且便捷地分析多人步态数据.同济大学用vicon做步态分析，但主要应用于摔倒检测，没有使用在康复治疗分析上[9].3维运动捕捉系统可为下肢骨折术后康复评定提供客观的量化指标，为分析异常步态原因和制定治疗方案提供必要的依据，逐步成为步态分析的重要组成部分[10-12]. 本文运用3维运动捕捉系统，捕捉骨科术后患者的步态动作，通过传感器将各个节点的自由度和运动参数导入计算机，分析各个节点的运动轨迹，得出医生需要的患者身体参数，辅助医师根据步态分析结果给出正确的康复判断[13-14].1 步态分析方案1.1 研究对象选取10名正常人和20名骨科术后患者，参加正常人步态测试的受试者为上海交通大学med-x研究院的学生和上海市静安区中心医院(复旦大学附属华山医院静安分院)的职工，参加患者步态测试的受试者为上海市静安区中心医院(复旦大学附属华山医院静安分院)的下肢骨折术后患者.向每位受试者解释本研究的目的及步骤，并征得其同意.本研究采取自愿参加的形式.1.2 研究设备设备采用Foheart C1惯性动作捕捉系统，通过使用17个惯性动捕节点，姿态测量范围是360 deg，加速度量程是±8 g，角速度量程是±2 000 dps，角度测量分辨率是0.02 deg，最大更新速率是200 fps.动捕节点通过无线路由器进行无线传输数据，数据传输频段是2.4 GHz，传输速率为48 Hz.试验过程中，将17个节点绑定在头部、后背、肩部、上臂、小臂、手部、胯部、大腿部、小腿部、脚部，同时根据试验者的身体情况适当调整绑带松紧度和节点朝向.穿戴方法和位置如图1所示.图1 节点穿戴样式1.3 研究过程1)试验开始前，和受试者说明具体的试验过程，使受试者理解，方便配合;2)受试者要求不穿鞋，穿着轻薄衣服，行走时接近平时行走;3)将惯性动作捕捉系统佩戴至受试者的身上，并调整绑带的松弛度和绑带的位置，使受试者能将各节点佩戴至标准位置且保证在运动过程中各节点不会脱落;4)在场地上铺有一个长度约为20 m的地毯，受试者站在起点位置，按要求在工作人员的帮助下进行下蹲和直立2个动作，并将这2个动作数据通过无线路由器传输到电脑中，进行建模的初始校正.然后受试者可以进行一定的走动，在计算机中实时校正，以保证模型建立的精度.如果模型动作与实际动作不符，则需要重新进行初始校正;5)在校正完成后，受试者需要在地毯上从起点到终点来回走动2次，在行走过程中需要保证受试者尽量沿着直线走动且行走自然.走动完成后计算机内就形成了受试者行走的4个步态周期，形成分析样本，从而为后续的数据分析做准备.具体过程如图2所示.1.4 数据分析试验通过惯性动捕节点将捕捉到的受试者数据，依靠无线路由器，无线传输到配套软件MotionVenus 3维运动捕捉系统软件进行步态分析.通过17个动捕节点传感器识别受试者在空间中的位置变化，得出受试者的运动轨迹.在确保初始校正无误后，将受试者行走后的动作数据保存成fbx模型，一方面能再次确认模型角色的动作是否有问题，另一方面，也可以保证能将该模型数据导入到unity3D中进行进一步运动轨迹的数据分析.在导入模型后，需要分析的数据主要有左右脚的步长，左右脚的落地停留时间等.通过c#脚本的运算，可快速得到这些数据.将这些数据和正常人数据做对比，从而判断出受试者的步态变异性和步态对称性.如果把数据放到整个步态分析中，可以初步得出该受试者的步态周期，其中包括其站立相、摆动相和双肢负重期.用这些数据作参考，可以对受试者的步态周期有一个初步的评定，并对该受试者的步态分析给出一个打分，以给定康复结果[15].2 结果2.1 步态分析模型在保证初始定位校正无误的情况下，通过3维惯性动作捕捉系统的动捕节点的绑定，可以建立受试者的实时人物模型，如图3所示.2.2 曲线图表受试者在事先铺好的地毯上来回走动2～3次，选取其中走的最自然的一次作为最后结果的动作数据，生成fbx模型，并进行数据分析，可得到所有节点的运动轨迹.为了步态分析的需要，选取胯部以下的大腿、小腿和脚部这6个节点数据进行分析.本次采集的数据显示，骨科术后患者的步态动作与正常人相比，左右脚的步长上有明显的差异，这说明骨科手术后，摆动相的长度有明显的变化.从脚着地的停留时间来看，骨科术后患者和正常人也有明显的区别，这与手术后患者脚部负重承受时间是相关的.相对来说，接受骨科术后的患者，由于不能过长的承受脚部负重的状态，因此脚着地的停留时间也相对较短，具体参数如表1所示.图2 受试者测试的实际过程表1 受试者病症和步长、着地时间参数患者(病症)步长(左)/mm步长(右)/mm站立相时间(左)/s站立相时间(右)/s年龄/岁身高/cm正常人889.8884.30.510.5252165患者1(左股骨颈骨折)735.6754.80.430.4167170患者2(右股骨颈骨折)910.6963.10.330.2461165患者3(左胫腓骨骨折)796.6888.70.480.4748168患者4(右股骨颈骨折)1 033.71 161.10.210.1748162患者5(左股骨颈骨折)694.9734.50.190.3669160患者6(右胫腓骨骨折)650.1631.50.390.3861174患者7(右股骨颈骨折)923.5897.20.420.3579162患者8(左股骨颈骨折)566.8635.50.660.7750178患者9(助行器步态)138.2121.41.831.7432172图3 受试者人物模型结果分析：1)患者1,3,6为术后6个月以上的患者，在门诊随访时，复诊X片显示，骨折线完全消失，骨折完全愈合.患侧下肢的肌力5级，同正常人的肌力和健侧相同，关节活动范围正常.通过步态分析看出，步长和双足停留时间差异不大，判断患者术后恢复良好，基本恢复到骨折前的状态，不需要进一步康复指导，可恢复正常活动，步态分析方法和临床医生的判断结果相同.2)患者2,4,5,7,8为术后3个月的患者,在门诊随访时，复诊X片显示，关节置换假体和内固定位置良好或骨折线模糊.患侧下肢的肌力为4级，可抵抗较弱的外力.关节活动范围较健侧肢体变小.通过步态分析看出，步长和停留时间存在差异，停留时间差异明显，在临床上有指导意义，有助于制定下一步的康复锻炼.判断患者术后恢复尚可，恢复到骨折前的状态，还需要增加肌力和关节活动度的康复锻炼，步态分析方法和临床医生的判断结果相同.通过数据分析发现，下肢骨折术后患者在行走时，患肢的停留时间明显小于健侧肢体，这说明患肢存在骨折不愈合和肌肉萎缩，没有恢复到骨折前状态，还需要进行康复锻炼.建议采用关节松动术(大+小)Qd、推拿(骨关节大)Qd、运动疗法(ROM)Qd、电子生物反馈(左胫前肌)Qd、平衡功能训练Qd、气压治疗(双下肢)Qd、红外线Qd、激光Qd等康复措施. 3)患者9为术后1个月的患者,在门诊随访时，复诊X片显示，骨折线可见，骨折没有愈合.患侧下肢的肌力3级，可抬起肢体但不能抵抗外力，关节活动范围较小.通过步态分析看出，骨折术后早期患者，行走需要辅助使用助行器，步幅较小，双足停留时间较长，这说明术前和手术期卧床时，肌肉有不同程度的萎缩，全身平衡和协调性差，需要使用助行器辅助行走，这对于骨折术后早期下床患者是很好的保护，康复指导重点以恢复肌力和身体协调性为主.步态分析方法和临床医生的判断结果相同.3 讨论本试验采用3维惯性运动捕捉与分析系统，捕捉了骨科术后患者全身17个节点的运动数据，实现步态动作数据的实时采集，完成了骨科术后患者步态分析模型的创建，通过unity3D提取出步态动作中有助于康复分析的数据.3.1 试验意义3维惯性动作捕捉系统作为一种捕捉人体动作的新技术，通过在人体的重要节点佩戴集成加速度计、陀螺仪和磁力计的动捕节点，能够有效捕捉人体的运动数据，这对于医学上判断人体的身体状况以及患者术后的康复状况，都有很大的帮助[16-17].通过运动捕捉系统，一方面能归纳正常人的运动规律，另一方面也能对患者的异常运动特征进行分析.将3维惯性动作捕捉系统应用于下肢骨折患者的步态分析中，有以下优点：1)负重步态无损测试仪器能够测试出患者的步长、脚步停留时间等参数，进而分析患者的步态变异性和步态对称性，并能给出步态周期中站立相和摆动相的占比，能够测试出患者的脚部运动参数与正常人是否存在差别，以及随着病情的好转，步态是否随之接近正常人;2)步态测试可以提供患者步态的客观数据及康复评定的量化指标给临床医师,相比传统的评分系统，基于3维动作捕捉技术的步态分析方法,可很好地解决诊断、治疗以及康复过程中的量化问题;3)操作简便，受到环境限制较小，患者可在大多数环境下接受检查.3.2 试验结果分析通过对比下肢骨折患者和正常人的步态数据发现，下肢手术患者的步长有明显差异，说明患者步态对称性与正常人存在明显的差异，手术侧肢体肌肉功能还没有完全恢复，肌力较健侧存在差异.同时，手术侧脚部着地时间也明显低于正常人的着地时间，这说明患者的站立相和摆动相的比例有所变化，这是因为手术侧骨折没有完全愈合引起患肢负重时疼痛，人体本能的减少患肢的着地时间引起的.这些参数一方面能帮助医师了解患者的身体状况和康复程度，另一方面也有助于医师制定合理的康复计划，有助于进一步康复治疗.3.3 展望本文将3维惯性动作捕捉系统应用到步态分析中，通过计算步态参数，得出受试者的步态周期规律，将有助于分析下肢骨折术后患者的康复情况，为临床医生提供客观的量化指标，帮助医师安排患者的康复计划，实时调整康复强度，实现对不同患者精准康复的理念.由于光学传感器容易受到遮挡且对环境光线要求较高，因而测量空间小且需要保证光线充足的测量环境，从而传统的光学动作捕捉设备有很大的局限性.但惯性动作捕捉设备不仅测量空间有所扩大，同时也无需考虑普通的遮挡影响，因而有广泛的适用性，并且具有便携性的特点.虽然还存在误差累积的局限性，但在未来研究中，将进一步优化算法，增加测试数量，以保证结果的精度，使患者能得到更好的康复评估.4 参考文献【相关文献】[1] 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三维运动分析系统在康复医学评估检测中的应用进展
统 。运动数据采集 系统包括红外线反 光标记和三维摄像 仪 ， 置 于体 表上的反光标记 对测试者没有 任何束缚 ，能准确计测 Ｈ｛人体 的 自然动作 。分析处理系统包括运 动分析主机和各 种 分析 软件 ，如 建立 人体模 型 并对 其进行 模 型化 处理 分析 时 ，需使 用建 模 软件 ；进 行 步态分 析 时 ，需使 用步 态分 析软 件 ；有 时还需 联合 三 维测力 平 台 ，以测 量地 面 反作用 力 、力 矩 、剪切 力 等 。 目前 国外 的 ３ＤＭＡ系统 主要 包 括 Ｖｉｃｏｎ（英 国）、Ｍｏｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ（美 国 ）及 ＢＴＳ（意大利 ）等。
３ＤＭＡ系统根据试验需 要把人体分 为不同 的节段模 型 ， 以此模 型为依 据将轻 质红外线 反光 标记置 于相应 的体表标 记 点 卜，在人体运动 的过程 中 ，通 过红外线摄像机捕 捉数据 ， 取 得 人体各 关 节点 的 维运 动轨 迹数 据 。它可 以立 体 、动 态 、即时地监 测 和采集运 动 中多关 节活动 角度 变化 、活动周 期 曲线和 参数 变化 、二三维应 力变化 ，同时动 态监测运 动 中多 组 肌群 的体表肌 电变化 。利用 该系统 可将人 体运动信 息储 存 、再现 和进 行数据分析 。
３ＤＭＡ系 统进 行 动力 学分 析 （ｋｉｎｅｔｉｃｓ ａｎａｌｙｓｉｓ）时 主要 需 要三维测力 台 ，测力板 由对 称分布在力板 四角 的传感器组 成 ，动 力学数据就是通过 受力台或压力感受 器测量获得人体 步行时测力板应 力的数据 ，包 括地板反作用 力以及各关节的 受力情况 。
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＲｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，Ｆｅｂ．２０１８，Ｖｏ１．３３， Ｎｏ．２
三维步态分析在骨科康复等临床医学的应用
三维步态分析在骨科康复等临床医学的应用作者：刘安民先生，英国曼彻斯特索尔福德大学健康学院研究员一步态分析研究的历史行走是人类最基本的运动，行走的姿态可分为不同的类型。
步态分析是一门有关人行走过程中, 体态, 骨骼间(关节) ，肌肉与肢体，以及肢体与外界物体间相对运动，力学关系的分析方法。
步态分析是固体力学在生物系统应用(即生物力学)的典型范例。
人类对动物及自身姿态及运动的兴趣和研究起源可以上溯到公元前三个多世纪的亚里士多德。
他的‘动物的行走’被广泛认为是人类有关包括自身在内的动物行走研究的最早专著。
文艺复兴时期的艺术家达分奇被认为是生物力学的先驱之一，因为他首次在力学环境下研究人的骨骼解剖结构。
十七世纪的法国物理家勒内·笛卡尔最早提出人和所有动物的行走都遵循统一的力学法则，他的这一思想对促进和推动生物力学的持续发展起到了重要作用。
同一时期的意大利物理家乔瓦尼·阿方索·博雷利接受了这一思想，并对鸟和鱼等走，跑、跳、飞和游等动作进行了研究，他甚至在力学框架内研究了心脏的活塞运动。
确定人体重心的位置，测量出吸和呼的空气量，并指出吸气是肌肉收缩造成，而呼气是由于身体组织弹性造成。
博雷利首次阐明骨肌系统的杠杆结构对运动而不是力本身的放大作用。
肌肉必须产生足以克服运动阻力的力才能实现运动。
受伽利略影响，他在牛顿三大定律发表前便建立了直观了解关节静力平衡规律的方法。
运动是生物力学的重要组成部分，有关动物运动及人类步态的研究随着工业革命的开始得到进一步发展，首先，著名的德国爱德华·韦伯和威廉·韦伯兄弟正式系统地对人类行走进行了研究，1836年合著了‘人类行走力学’。
随后, 相机的发明对生物运动学产生了巨大推动作用。
该时期的法国生理学家艾蒂安·朱尔斯·马雷在专著‘动物机械原理’中，提出了动物，人和机器都遵守同一物理法则，人体仅是有生命的机器的理论。
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三维步态分析在骨科康复等临床医学的应用三维步态分析在骨科康复等临床医学的应用作者：刘安民先生，英国曼彻斯特索尔福德大学健康学院研究员一步态分析研究的历史行走是人类最基本的运动，行走的姿态可分为不同的类型。
步态分析是一门有关人行走过程中, 体态, 骨骼间(关节) ，肌肉与肢体，以及肢体与外界物体间相对运动，力学关系的分析方法。
步态分析是固体力学在生物系统应用(即生物力学)的典型范例。
人类对动物及自身姿态及运动的兴趣和研究起源可以上溯到公元前三个多世纪的亚里士多德。
他的‘动物的行走’被广泛认为是人类有关包括自身在内的动物行走研究的最早专著。
文艺复兴时期的艺术家达分奇被认为是生物力学的先驱之一，因为他首次在力学环境下研究人的骨骼解剖结构。
十七世纪的法国物理家勒内·笛卡尔最早提出人和所有动物的行走都遵循统一的力学法则，他的这一思想对促进和推动生物力学的持续发展起到了重要作用。
同一时期的意大利物理家乔瓦尼·阿方索·博雷利接受了这一思想，并对鸟和鱼等走，跑、跳、飞和游等动作进行了研究，他甚至在力学框架内研究了心脏的活塞运动。
确定人体重心的位置，测量出吸和呼的空气量，并指出吸气是肌肉收缩造成，而呼气是由于身体组织弹性造成。
博雷利首次阐明骨肌系统的杠杆结构对运动而不是力本身的放大作用。
肌肉必须产生足以克服运动阻力的力才能实现运动。
受伽利略影响，他在牛顿三大定律发表前便建立了直观了解关节静力平衡规律的方法。
运动是生物力学的重要组成部分，有关动物运动及人类步态的研究随着工业革命的开始得到进一步发展，首先，著名的德国爱德华·韦伯和威廉·韦伯兄弟正式系统地对人类行走进行了研究，1836年合著了‘人类行走力学’。
随后, 相机的发明对生物运动学产生了巨大推动作用。
该时期的法国生理学家艾蒂安·朱尔斯·马雷在专著‘动物机械原理’中，提出了动物，人和机器都遵守同一物理法则，人体仅是有生命的机器的理论。
他利用自己发明的步枪式连拍照相机成功记录了鹈鹕等多种鸟，动物及人的动作。
英国人爱德华·迈布瑞奇(与其同龄,同与1904去世)几乎于同一时期在美国利用多架相机，成功捕捉了奔马连续动作的多幅照片，不仅证明马在奔跑的过程中会产生四蹄离地的瞬间，而且证明了法国人马雷理论的正确性。
这二位开创性的工作使得他们被后人尊为生物力学的先驱。
他们采用的联系动作连拍摄影的方法到目前为止还是步态分析的重要组成部分。
上个世纪四十年代，二战造成的众多伤残人员对假肢的大量需求促进了步态分析的研究。
当时的假肢无论在设计和临床应用都没有成熟的步态生物力学理论可寻。
每个残疾人和光标信号式两种。
传感器式的运动捕捉系统是以测量加速度和角转动惯量(陀螺仪)为基础的运动定位方法。
其特点是价格相对便宜，运动信号的测量不需参考坐标系，方便用于试验室(户)外。
但存在零飘和信号误差积累的问题。
基于光标信号的运动捕捉系统又分为主动光标式和被动光标式。
典型的被动发光光标产品系列有瑞典的QUAULISYS系统,英国的VICON系统，美国的MOTIONANALYSIS和OptiTrack系统，这些系统以其灵活简单的布光标方便性在步态及运动分析试验室得到广泛应用。
此外，也有功能相同但以主动光标为特点的主动型运动捕捉系统，如英国的CODA和加拿大的NDI系统。
这些运动捕捉系统与测力设备，表面肌电测试等系统一起构成一个现代步态试验室。
一个现代步态分析试验室(图1)的主要设备及软件：·一个宽敞的实验室(行走步道长度应在６米以上，以保障采集的步态周期均匀，稳定)；·两个摄相机(用于从前面和侧面对患者的步态试验录相)；·一套三维运动捕捉系统(一般至少要８个摄像头，增加镜头数，可以提高运动数据质量)；·一至两个嵌入实验室行走地板中的测力板(两个以上的测力板会提高力数据采集的效率)；·一套体表肌电测量系统(常用８－１６通道，即监测８－１６块肌肉活动度)，；·一套足底压力测量系统(可选)；·一套耗氧测量系统(可选)；·步态分析软件，如美国CMOTION 的VISUAL3D 软件等。
图1: 英国曼彻斯特索尔福德大学健康学院三步态分析的基本方法临床步态分析的关键是相关医生与生物力学工程师对人体行走生物力学的正常规律和参数的全面掌握5。
这包括标准健康人正常自然行走的速度，步频，步(跨)长，着地足在支撑相所用时间，摆腿相所用时间以及支撑相在一个步态周期所占的百分比。
标准健康人正常行走时每一块肌肉收缩的时序和持续时间。
标准健康人正常行走时地面支反力在三个平面(矢状面，冠状面和水平面)分量的变化规律和变化范围。
标准健康人正常行走时关节运动在三个平面分量的变化规律和角度变化范围。
标准健康人正常行走时关节力矩和机械功率在三个平面分量的变化规律和变化范围。
标准健康人指的身体健康，体重身高在标准正常范围，足踝，下肢及神经系统无缺陷，残疾和运动疾病病史的人。
测试者以自己常用的均匀速度和步态行走被认为是正常自然行走。
基于标准正常数据库，临床步态分析报告可以通过病态步态数据与标准正常数据的对比而产生(图2)。
步态分析的结果可以确定步态畸形患者的各个关节运动，受力异常情况，肌肉功能以及相关肌肉是否存在痉挛或神经控制紊乱等问题。
到目前为止，标准健康人正常行走时标准数据结果已经在国际生物力学界的多年科研中取得共识。
不同步态试验室公布和采用的正常数据和生物力学变量在一个步态周期的正常变化曲线都十分接近。
然而，由于系统误差，步态试验操作中布光标的准确性和重复性，步态试验室采集空间大小，系统设置，标定质量以及对行走速度掌控的严格程度都会影像正常数据曲线的变化范围和误差，各个临床步态试验室多在自己的试验室建立标准健康人正常行走的步态数据库。
并在建库过程中通过和其他步态试验室数据对比并对自己试验设备的调整减少误差，提高数据的精确性和可靠性。
图2:美国吉列儿童医院的步态试验报告截图6，髋膝踝关节在一个步态周期(矢状面)的角运动，力矩和肌电(兰色)和功率曲线(红－患者病态曲线，灰色阴影－标准健康正常曲线)以运动捕捉信号，地面支反力为基础的生物力学(步态)分析技术已经在运动医学，骨科临床、神经外科临床，康复医学、假肢及矫形临床，体育训练以及健康足具开发等领域的服务和科研中得到广泛应用。
尤其是在诊治脑瘫及评估治疗效果方面发挥着重要作用，给脑瘫患者带来跨越步态障碍的新希望。
具体的步态试验并不复杂，患者在布好光标后会在医务人员的指导下在步态实验室里以自然姿态行走数次，利用步态分析软件绘制出病人的步态曲线。
根据这个测量结果，医务人员可以确定是否某关节的屈不够，或者是伸不够，屈或伸受哪几块肌肉影响，屈或伸不够可能由哪几个原因导致，结合病人行走中存在的问题，得出诊断意见给相关医生。
四临床步态分析适用的病人群体和主要临床应用临床步态(运动)分析试验已经在以下具有骨骼，肌肉，关节及神经异常症状患者的诊断中得到应用:·截肢患者；·脑损伤及相关神经外伤引起的行动异常患者；·脑瘫患者；·复杂的运动障碍患者；·脚趾行走患者；·手和上肢运动障碍患者；·肢体不等长，四肢差异患者；·错骨骼及肢体错位和足体畸形患者；·脊柱裂患者；·骨关节炎患者；·中风患者；·帕金森患者；·运动损伤患者1.步态分析在假肢临床中的应用步态分析在假肢的开发早期，便得到了医生和假肢设计工程师的重视。
茵曼和艾博哈特等在这一领域作了很多开创性研究。
为临床步态奠定了基础1。
在过去很长的一个时期，步态分析仅仅在假肢的研发中广为应用。
而在假肢的临床匹配，安装中用得较少，主要以目测，病人试用反馈作为调整依据。
这不仅不科学，而且很难克服主观判断产生的误差。
近年来，随着三维步态试验的自动化程度提高，越来越多的假肢及矫形临床匹配服务都采用了临床步态分析。
临床匹配的目标清晰直观，即，假肢或矫形器具的采用应使各个关节的运动最大程度地接近正常健康步态曲线。
由于数据结果可以立刻在计算机屏幕再现，临床匹配服务中对假肢或矫形器的调整更具有科学性，而效果可以立刻通过步态曲线进行评估。
临床步态的应用可以大大提高假肢和矫形匹配质量，缩短新患者的调整适用期。
近几年发展起来的动力型假肢更是大量依赖步态试验分析结果。
典型的例子是麻省理工学院的仿生设计师修·贺教授在他在成功开发动力假脚BIOM过程中对步态的研究和应用7。
在他为２０１３年因波士顿恐怖袭击爆炸中失去左脚的舞蹈家哈斯赖特－戴维斯配装动力假脚时，运用了大量健康舞步步态试验数据，使得匹配非常成功，哈斯赖特－戴维斯女士在失去左脚２００天后重返舞台。
舞步恢复如初。
2.步态分析在儿童骨科康复的临床应用人的吞咽，语言，面部表情，肢体及行走动作，都是由肌肉收缩产生。
而完成动作的两个关键是神经信号和健康的肌肉功能。
小儿瘫瘫是幼儿在出生前，出生过程中或出生后(至３岁)早期内脑发育不成熟造成的非渐进性的永久性行中枢神经障碍综合征。
它造成运动神经紊乱，使身体运动功能受损。
病因在脑，但表现为四肢动作的不正常，并常伴有智力低下、癫痫、精神，举止异常及视、听觉、语言障碍等症状。
绝大多数脑瘫患者无法以正常步态行走，即左右两腿动作失调，行走过程中单腿或双腿多关节运动畸形。
如蹲伏步态，即患者以过于弯曲的髋关节和膝关节角曲腿步行；趾步态，及双脚脚跟翘起以脚尖着地行走;内(外)八字步态，即患者的单或双脚以超常大的内(外)旋角与地面作用完成行走。
随着患者的发育生长,特别是体重的增加，这些畸形步态会对下肢肢体以及诸关节产生严重损害,最终，严重的后果会是丧失行走能力，所以这些脑瘫病人需要尽早进行治疗。
在过去相当长一个时期，脑瘫被认为是不治之症。
患者家庭多放弃治疗。
目前尚无根治脑瘫的方法。
然而，一个多世纪的临床实践证明，手术，药物，矫形及康复等综合措施可以改善患者的行走和其他行为能力。
目前，该病医治主要是尽可能地恢复患者的行走和自理能力。
由于，人体的行走是躯干及下肢的协调动作，在任何一块肌肉或神经出现障碍时，异常运动不仅反应在其直接相关关节。
其它所有关节都会有影响。
在引入数字化步态分析前，多通过目测，CT及核磁共振影像和经验判定并确定治疗方案。
效果并不理想。
美国圣保罗的吉列儿童专科医院的杰姆斯·盖治医生8曾感慨地指出，过去脑瘫儿童的治疗结果显示，虽然治疗后很多脑瘫儿童的状况变好，但几乎一样多的脑瘫儿童治疗后反尔变得更糟。
和患者家长交谈也会发现，他们对治疗效果并不满意，脑瘫儿童在手术治疗前行走质量很差，然而，术后他们仅仅是换了一种同样糟的步态行走，根本谈不上步态的改进。