1、 步态分析及常用步态测量方法步态分析及常用步态测量方法 周长青周长青 2016 年年 01 月月 05 日日 1 目目 录录 1 步态概述步态概述 . 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

2、 . 9 2.4 动力学测量 . 9 2.5 肌电测量 . 10 3 正常步态正常步态 . 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 2 3.3 步态评价（穿鞋的影响） . 13 4 病理步态病理步态 . 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

3、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 附录附录 . 29 3 步态分析及常用步态测量方法步态分析及常用步态测量方法 1 步态概述步态概述 1.1 步态的定义步态的定义 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

4、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

5、。 1.3 步态周期中的关键时刻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 4 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

6、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

7、Gait(second edition).1992. ） 1.5 步态的基本指标步态的基本指标 对步态周期的测量已经有了一套完整的指标。 5 1.5.1 时间因子时间因子 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

8、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

9、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。 6 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

10、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）=21/步态周期（秒） 步频=步数60（秒） 1.5.2 距离因子距离因子 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

11、：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 7 步宽

12、（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

13、度。 1.6 步态的成熟步态的成熟 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

14、.7 步态的影响因素步态的影响因素 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 8 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 步态检查测量方法步态检查测量方法

15、2.1 时间参数测量时间参数测量 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

16、，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

17、。 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 9 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。二者各有优劣但都可以得到步态 周期中精确的空间参数。 2.3 运动学测量运动学测量 运动学参数是运动生物力学试验方法中应用最广泛的方法。 主要包括空间特 征、 时间特征和派生指标。 空间特征包括运动轨迹、 路径、 位移、 角度、 角位移。 时间特征包括时序、时程。派生指标包括速度、加速度、角速度、角加速度。 运动学的测量最早的手法是连续的照片拍摄， 后来是用摄像机来记录步态视 频，摄像机记录视频现在仍是运动

18、学数据采集的基本手段。 视频采集分为二维拍摄法和三维拍摄法。二维拍摄又名平面拍摄，是指将摄 像机的主光轴对准运动平面，记录运动员在单一运动平面里运动的拍摄方法，数 据结果只能出来两个维度的。 三位拍摄法师指两台或两台以上的摄像机以一定角 度 （60到 120） 对准目标物进行拍摄的方法， 后期数据处理较平面拍摄复杂， 但得到数据维度较多。在视频拍摄时有很多需要注意的地方，如焦距、频率、比 例尺等需要注意，否则会影响后期的数据精度。 红外光线动作捕捉系统在上文已经提到过，其原理是镜头发出红外光，在测 试对象上粘贴反光点，镜头接受反射的红外光，识别到标志点。构建人体模型， 计算相关数据。现在已经越

19、来越多的被应用在临床步态分析之中。与视频拍摄相 比，红外光点有显著的优点，采集频率高，快速识别，开放式后续计算，可同步 多台设备。但也有明显的不足：只识别标志点，贴点方案决定数据量；只能采集 训练或测试视频，不能再实际比赛中应用；标志点会影响运动员动作；强光、水 下灯特殊环境会产生干扰。红外光线动过捕捉系统的具体操作过程是：设置摄像 机，空间标定，动作拍摄，识别计算。 传统的运动学测量手段往往只得到环节相对已知参考系的绝对运动， 对环节 与环节之间的相对运动的描述往往受限。空间惯性测量系统的出现提供了便利。 2.4 动力学测量动力学测量 动力学参数主要是力、动量、冲量、功和力矩。测试的仪器主要

20、是测力台、 10 压力板和压力鞋垫。 测力台由面板和内置的压力传感器构成，压力传感器分为多种，弹簧压力传 感器、压电晶体压力传感器等。其基本原理都是当有外力作用在传感器上之后， 或者引起弹簧的形变，或者改变压电晶体里的分子排布，进而引起传感器电荷的 变化，引起传感器信号接收端电压的变化，通过标准压力和电压之间的校准，就 可以知道对应电压下作用在传感器上的力值得大小。测力台的优点很明显：量程 大、精度高、采集频率高、可采集三维力、产品样式多样、方便多设备同步。 压力鞋垫和压力平板的作用原理与测力台类似， 也是靠感受器来反应力值的 大小。但由于其与测力台的应用目的不同，故在设计上有差异。压力鞋垫和

21、压力 版是为了看在一定面积下力的分布特征， 所以在面板下面分布了很多的压力感受 器，密度很高，可以精确的看出足底力的分区。 2.5 肌电测量肌电测量 骨骼肌兴奋时，由于肌纤维的动作电位的传导与分布，会发生电位的变化， 通过一些手段可以再体表采集到这种变化，并记录下来，称为肌电。肌电通过处 理可以反映肌力的变化。 表面肌电的分析方法有时域分析、频域分析、小波分析等。 时域分析：原始肌电、积分肌电、均方根振幅、平均振幅。 频域分析：平均功率频率、中位频率。 小波分析：时频分析法。 3 正常步态正常步态 正常步态是指人没有功能性障碍时在站立和行走时显示出来的步态。 3.1 站立与平衡站立与平衡 物理

22、学中有刚体的概念，所谓刚体是指不会发生形变的物体。一个刚体的运 动可以等价于该刚体的质心的运动。人体是非刚体，所以身体的重心不能和静物 相比较。因为身体是不停活动的，所以不可能得到一个固定的重心。有时候改变 11 身体姿势，重心甚至会落在身体外的一点。 人体站立时需要引入一个支撑面的概念。 支撑面指人体与地面接触部位所包 含的面积。人体站立时，重心的投影位置应该处于支撑面以内，这样才能维持平 衡，重心投影线超出支撑面之后人体会失衡。双足站立，单足站立，双足之间有 一定距离的双足站立，足尖站立，足跟站立，足一前一后的站立都可以引起支撑 面的改变。结合自身体验可以发现支撑面越大平衡性越好。 人体站

23、立时，有时会有在矢状方向上的前倾后仰，有时有额状面上的左右摇 晃， 有时有水平面上的旋转。单一这样姿势的改变都会改变重心投影线在支撑面 的位置，产生破坏平衡的趋势，但是身体会通过肌肉的收缩和身体姿态的改变， 来对抗这种改变，使人体保持站立的平衡。 3.2 行走步态周期规律行走步态周期规律 在立位平衡时，重心线必然要通过支撑面。步行是一种动态的平衡，采取一 种向前倒下的姿势，重心也会离开支撑面。在每一步中，向前迈出的足都在恢复 后方那只足失去的平衡，后方那只足支撑着体重。步行是一种双足绝不会同时离 开地面的移动方法，并且总是重复进行。 前文提到，步态分为四个阶段:初次双支撑阶段，单支撑阶段，二次

24、双支撑 阶段和摆动阶段。在不同的阶段，人体的各个关节和肌肉协同工作完成行走。 人体的关节形状和运动范围，都是很适合向前行进的。跖趾关节、踝关节、 还有膝关节都很适合矢状方向的移动，能够进行严格的屈伸运动，髋关节协助完 成。这些关节具有较大的运动范围，对于前进有很大的作用。 步行过程中，主要通过骨盆、髋关节和膝关节的三维运动来描述，选取的指 标为欧拉角。 3.2.1 矢状面矢状面 骨盆的向前转动：骨盆在矢状面的运动是受重力、惯性和髋关节的屈、伸肌 肉控制的。 静态时重心是在骨盆里的， 但运动时骨盆的运动是一种正弦波的形式。 在足离地和对侧足离地时骨盆是最水平的， 最大的屈发生在中间站立和站立后期

25、 及终末摆动时，骨盆向前倾斜在双支撑阶段减小，在单支撑阶段重心在固定足上 12 面通过时增加。当质心在单支撑后期加速时，倾斜再一次变平。 髋关节的屈伸：髋关节在矢状面的运动曲线是一条简单的正弦曲线。当一条 腿在后面支撑身体时，另一条腿向前进行到身体的前面。髋关节在最初触地时是 屈， 然后是伸直到对侧腿触地，当对侧足一触地体重就传递到前腿以及后面的腿 就开始在膝关节和髋关节处屈，同时以前足为枢纽旋转。在足触地之前跟随着一 个稍微的伸，髋关节伸肌使大腿减速并在准备称重时减少了髋关节的屈。 膝关节的屈伸：膝关节的运动是有两个屈波，每个屈是从相对伸开始，逐渐 进入屈，然后再次恢复到伸的开始点。第一个屈

26、波是站立阶段的膝屈，起吸收震 动作用来帮助接受体重。这种震动是股四头肌的离心收缩引起的。第二个屈波是 为了摆动阶段早期保证足摆越地面。在对侧足触地时，膝关节的屈实际上是先于 髋屈的。膝关节的快速屈在足跟抬起后进行，在摆动足通过对侧肢体的摆动阶段 达到最大。这种屈有效的缩短了肢体。 踝关节的跖屈和背屈：足触地到对侧足离地之间，发生足触地时踝关节位于 接近中间位以及地面反作用力的位置在踝关节中心后面引起跖屈直到足在地面 上放平。单腿站立期间，身体在固定的扁平足上方通过，在单腿站立末期，由于 重心线向前移，足跟开始抬起，踝关节失去某些背屈但还没有回复到中间位。对 侧足触地到足离地结束， 快速跖屈发生

27、在足抬离地面前， 这个跖屈运动是被动的， 由重力和惯性引起。摆动阶段，踝关节会快速背屈，这是和第二次膝关节的屈波 相对应的。 3.2.2 额状面额状面 骨盆倾斜： 骨盆倾斜的峰值发生在对侧足离地后， 与单支撑阶段早期相对应， 在单支撑的后期，骨盆有一个小的提升，然后在对侧足触地时开始，其形态倒过 来像它本身一样， 同侧骨盆的提升在功能上缩短了下肢并对身体质心起了一种像 震动吸收器一样的作用。 髋关节的外展/内收：髋关节的运动与骨盆倾斜相类似。髋关节在最初双支 撑阶段快速外展，在摆动阶段，髋关节从足离地时接近最大外展到正好在足触地 时的相对于骨盆的一个中立位或垂直位。在摆动阶段没有外展运动。 1

28、3 3.2.3 水平面水平面 骨盆转动：双支撑阶段，骨盆是向内转动的，接着它向外转动直到对侧足触 地， 这时它再次开始向内转动。骨盆转动和髋关节屈二者都起有效的伸长肢体和 增加步长的作用。 髋关节的转动：髋关节在在摆动阶段后期开始向内转动，通过站立持续到对 侧足触地。然后髋关节向外转动直到摆动阶段后期，完成一个正弦运动曲线。在 站立阶段后期，髋关节转动改变了方向，从向内转动到向外转动。 膝关节的转动：小腿是与固定的足以及距下关节相耦合的，后足的旋前产生 了小腿斜向的向内转动，而旋后引起向外转动。 足前进的方向：这指的是足相对于走路前进直线的位置。当单支撑时，足向 外转动，在二次双支撑阶段向内转

29、动。在足离地的开始时，足是向外转动的，因 为足此时会背屈以便于在摆动阶段摆越地面。在摆动阶段后期，足向内转动准备 触地。 3.3 步态评价（穿鞋的影响）步态评价（穿鞋的影响） 步态评价时要考虑各种因素对正常步态的影响。其中，首先要考虑的因素就 是身高的差别，之后是穿鞋对步态的影响。 身长，尤其是下肢长势影响步态的重要因素，正常情况下，下肢越长，步幅 越大。当步幅一致时，身材高大的人可以使骨盆在行进方向上呈相对的横位，肩 的代偿作用就没有必要了。身材矮小的人，下肢需要分的很大，骨盆倾斜的很明 显。 行走过程中，尤其是蹬地过程中，跖趾关节的屈曲起了很大的作用，跖趾关 节和踝关节的跖屈共同作用完成足

30、蹬地的动作， 但鞋子的存在限制了踝关节或者 跖趾关节的运动，这也对等地动作产生了影响。对男性而言，限制踝关节运动的 因素是除鞋底之外的鞋面部分的皮革的硬度， 限制跖趾关节运动的是鞋底的硬度。 女士由于穿着鞋子的种类较多，影响因素也不尽相同。如穿平底鞋则和男性影响 相一致，如穿高跟鞋，则由于足尖活动的减少，就使得足尖丧失了蹬地动作，而 这会通过增强骨盆的旋转，靠骨盆步来代偿失掉的踝关节蹬地动作。有一些女性 14 成为永久的建足屈膝步行。 4 病理步态病理步态 4.1 病态站立与病态平衡病态站立与病态平衡 站立的平衡是依靠支撑面的稳定来实现的。对一些尖足（足部变形，自然站 立时只有足尖与地面接触）

31、 和跟足 （足部变形， 自然站立时只有足跟着地） 患者， 由于足与地面的接触面积减小，支撑面也相应的减小，平衡受到破坏。 内翻足、外翻足、扁平足、高弓足也都形成了异常的支撑面。但对平衡的影 响较小，但由于这样的足型易诱发疲劳或损伤，故也应该加以矫正。 对于其他病患，由于支撑面变小，所以想要保证平衡，需要借助其他器械， 如拐杖、辅助支撑器等来改变支撑面的面积，达到平衡。 4.2 长短腿步态长短腿步态 下肢缩短，按双腿差异的多少可以英引发不同的障碍。如果这差别在 3cm 一下，身体是容易代偿的；当差别在 3cm 以上时，就复杂了。首先下肢缩短时， 患者会有一下几种方法进行代偿：最大限度地伸展短腿，

32、踮着足尖走路，这样可 以延长 10 到 15 公分 （足的长度） ； 使长腿的膝及髋关节屈曲行走， 甚至变成 “座 位行走” （短缩超过 12 厘米时，对侧膝需要到最大限度地屈曲时的步态） ；把二 者结合起来，一侧膝关节屈曲，短腿踮着足尖行走。 长短腿患者在行走时，短腿除摆动期外，膝没有必要屈曲，在摆动期足尖做 必要的抬高，并且在足着地期作为单支撑用足尖着地。健侧膝一直是屈曲的。为 了使双足支撑时保持平衡就必须补充缩短并使矫形鞋的底面变平。 4.3 踝部踝部障碍者步态障碍者步态 正常步态时，足部的蹬地是很重要的，蹬地动作是靠踝关节和小腿三头肌进 行的， 同时跖趾关节也起了很重要的作用。 正常情

33、况下， 踝关节有很大的活动度。 但足部也会有一些功能障碍来影响步态。 15 前足部障碍：拇趾僵硬和拇外翻是跖趾关节常见的障碍。女性要比男性多二 十几倍的拇趾僵硬，常伴发扁平足，拇趾僵硬是经常站立的人或者体力劳动者的 职业病。有时屈伸位僵硬是由于长骨刺而形成骨关节症。在关节疼痛期，患者会 避免使用跖趾关节，这就放弃了跖趾关节的屈伸，会在步行时足旋外。在双支撑 阶段后组的足跟抬不起来，足作为一体离地，在足着地时也是这样，作为整体着 地，使步幅变短。 距下关节、跖部关节僵硬和强直：扁平足中有人会伴有距下关节和跖部关节 疼痛性僵硬。运动的疼痛性受限，选择性的在旋转系统患病，引起特异的跛行。 正常步态中

34、，距下关节、骨盆和肩胛骨在水平面上的旋转结合成协同系统，只要 系统中一处患病，就会妨碍协同运动。局部障碍引起的足不能向侧方蹬地，并合 并距下关节不能旋转，使步宽减少，步相角变小。此外，由于骨盆和肩的旋转会 引起患处疼痛，患者会自己停止这些旋转运动，骨盆和肩的代偿运动没有了。 无痛性踝关节强直：没有疼痛的踝关节强直会引起矢状面上的跛行，跛行成 都由尖足的程度来定，这种步态称为鞠躬步态。鞠躬运动是在双足支撑负重落在 后足上的时候才表现出来。由胸廓的重心移到负重足的正上方，补充支撑足蹬地 作用的不足。前倾的程度与步幅的长度一致，因此患者采取使步幅减小的方式进 行。 足部有很多种障碍，都会引起步态的改

35、变，但最重要的影响都是对足蹬地的 影响，因此，在对这些功能进行治疗或矫正时，恢复足的蹬地功能是重点。 4.4 膝关节障碍者步态膝关节障碍者步态 正常状态下，不管髋关节和踝关节怎样，膝关节总是严格地在矢状面上进行 生理性的屈伸运动。侧方的摆动和旋转运动，通常是病态的异常运动。 膝关节由于强直而产生的障碍，可表现在步态的各个时期，因为在整个步态 周期中，膝关节在不同的时期一直在进行着屈身的交替运动。如果膝关节的屈伸 不能自主进行，就有必要看一下身体是如何代偿的了。因为僵直的腿和另一条腿 长短不一，所以认为摆动期步行障碍最明显，蹬地期和负重期障碍较少。常见的 代偿方法有三种：强直侧骨盆抬起步行；强直

36、腿摆动时，对侧健肢用足尖步行， 如果有障碍物时，对侧会将髋关节也提起来；做割稻一样的步行，健侧不抬起， 16 但患侧做画圈运动。 膝外翻：膝外翻就是站立时足跟不能并拢，如果双膝并拢，则足跟分开。这 就引起了支撑面的改变，为使支撑面在重心正下方，足尖会朝内支撑体重，对侧 重心则向侧方移动，使体重移动到支撑足上。患者的代偿有两种方法，一是髋关 节内旋和双足内收成内八字，二是肩向侧方移动。着两种方法都是把重心移动到 支撑面内。 儿童期由于姿势不对产生的膝外翻可以持续到成年， 而性生活、 妊娠、 闭经、肥胖等都会加重膝外翻。应当加以矫正和治疗。 膝内翻：膝内翻的典型步态是左右摇晃，足尖朝内行走。小儿的

37、膝内翻长伴 有高度的髋内翻。需要引起中重视。 4.5 髋关节障碍者步态髋关节障碍者步态 髋关节是大关节，可以代偿不能运动的下肢，但这种代偿是有程度限制的， 作为连接上肢和下肢的结构，一旦出现障碍，会对上下部分都产生影响。髋关节 是一个三轴关节，活动范围很大。在前进时，进行较大的屈伸运动；在侧方运动 时，内收外展运动在额状面上的运动范围不大；骨盆步时，必须加上股骨头上方 髋臼的旋转活动。在行走过程中会有这样的综合运动，摆动期的屈伸伴有外旋和 内收，但是另一方面，动态的伸展伴有内旋和外展。 髋关节的障碍有多种多样的形式，可以是某一方向的运动受限，如伸展位强 直、屈伸位强直、内收位强直、外展位强直；

38、也可以是肌肉病变引起，如臀中肌 麻痹；也可以是关节病变引起，如先天性髋关节脱位等。这时会由骨盆、脊柱和 肩来进行代偿。 4.6 脊柱及肩带障碍者步态脊柱及肩带障碍者步态 前文提到，距下关节、骨盆和肩胛带是一个系统，当距下关节旋转时，骨盆 就随着旋转，而肩胛带则向相反的方向旋转。如果肩胛带的旋转消失，骨盆步就 要受到限制，甚至消失。对一些脊柱疾病或者脊柱长期固定的病人，都会在一定 时间内失掉肩胛骨的代偿作用。即使脊柱解放出来，如不加训练也会出现持续的 异常步态。 17 4.7 全身障碍者步态全身障碍者步态 全身障碍多为医学研究的范畴，常规的步态检查一般不会涉及。全身障碍指 患有神经疾患和患有肌肉

39、疾患的步态。这种患者由于神经系统的控制能力很差， 基本已经无法正常行走。需要持续的康复训练才能部分恢复功能。 5 步态分析系统推荐步态分析系统推荐 5.1 独立测试仪器列表独立测试仪器列表 5.1.1 运动学仪器：运动学仪器： 5.1.1.1 二维（平面）拍摄和三维拍摄及解析软件二维（平面）拍摄和三维拍摄及解析软件 视频拍摄需要的门槛较低，市售的普通摄像机选购回来就可以进行拍摄。其 差别主要在摄像头的拍摄频率上。还有专门的高速摄像机来满足这一需要，由于 摄像机品牌很多，且通用性极好，故在这里不再对摄像机加以推荐。 视频采集完之后需要专门的解析软件进行解析才能得到所需的数据， 现在有 很多的解析

40、软件，如视讯录像解析系统（中国） 、simi motion（德国） 、APAS（Ariel Performance Analysis System，美国） 、Quintic（美国）等。现简要介绍两款。 a 视讯录像解析系统（中国）视讯录像解析系统（中国） 视迅录像分析系统是由北京体育大学运动生物力学教研室自主研发的、 全中 文操作界面的录像解析系统。软件包括五个功能模块：图像剪辑、图像合成、图 像解析、坐标转换和快速反馈。 视讯录像解析系统可应用于运动生物力学教学和实验、 体育运动技术的生物 力学分析、运动创伤和康复研究以及人机工程学等领域。 18 b simi motion（德国）（德国）

41、Simi motion 解析软件也是一款基于图像解析技术的软件，软件支持高速摄 像机采集视频，然后可以跟踪计算标记点的位置。Simi 根据用户需求，对软件做 了模块化区分，可以是二维的系统，简单的 3D 系统，复杂的 3D 系统。并能输 出分析报告。 5.1.1.2 红外光点捕捉系统红外光点捕捉系统 红外光点动作捕捉系统是利用红外线照射粘贴在目标物表面的反光球， 然后 收集反光球反射回来的光，采集软件通过计算来确定反光球在空间的位置，以此 来重现目标物的运动过程。此技术是随着影视特效技术的发展而成长起来的，应 19 用的主要领域也一直是游戏和电影的制作，后来被应用到康复和运动科研领域， 带来了

42、很大的便利。近年来，红外光点捕捉系统在国内的用户也越来越多，目前 在众多的品牌中，市场占有率较高的的品牌有三个：motion analysis（美国） ， qualisys（瑞典） ，vicon（英国） 。 a motion analysis（美国）（美国） Motion analysis 公司是世界上测量物体运动的高性能光学仪器系统的最大制 造商。 Motion 采集系统由多个专业的红外摄像头和自己的解析软件构成。 Motion 的动作捕捉系统有不同的型号，每一个型号都有自己对应的专业镜头，可以根据 自己的需要灵活选择。Motion 的解析软件也有好几款。Cortex 软件是 motion

43、的 主要软件，该软件可以进行采集、分析、建模、仿真，功能十分强大。Motion 的其他软件包括骨骼重建软件和动画模型软件等。此外、motion 给他自己的软 件都预留了编程入口，方便用户自己定义指标计算。 20 b qualisys（瑞典）（瑞典） Qualisys 公司是一家瑞典企业，最初创建于 1989 年，现在已经成为世界顶 级的光学动作捕捉产品供应商和服务商。Qualisys 公司的测量系统包括高速精度 动作捕捉相机以及先进的动作数据跟踪分析软件。Qualisys 拥有经验丰富的专业 技术团队，专门为医疗和工业领域提供性能独特的光学动作捕捉平台。 Qualisys 公司的镜头有常规系列

44、和水下系列，并兼具视频采集功能。除自带 的采集软件外，qualisys 还有专业的三位建模软件，与测力台同步使用后，可以 获得丰富的数据。 21 c vicon（英国）（英国） Vicon 是一个利用光学捕捉动作的采集系统。 其目标用户包括： 娱乐节目 （电 影，动画，游戏制作领域，主要领域） ，生命科学领域（动物保护，步态康复， 疾病诊断，体育科研） ，工业工程。Vicon 公司也有不同的镜头系列可供选择，同 时也配有多种测试软件。十分方便用户根据需要进行选择。 5.1.2 惯性参数测量仪器：惯性参数测量仪器： 大范围的活动往往会受到拍摄范围的限制。另外，传统的运动学数据不能很 好的评价人体

45、姿态。惯性参数测量仪器的出现解决了这一问题。 a FAB 实时无线动作捕捉及力学评估系统实时无线动作捕捉及力学评估系统 FAB 系统是多个传感器组成的测试系统，受试者按一定模型穿戴好设备进行 测试。测试完成后，不仅可以得到速度等数据，还能得出人体各个环节的相对位 置变化数据，了解人体姿态如何改变。 22 b 腾挪动作捕捉系统（腾挪动作捕捉系统（noitom） 惯性传感器动作捕捉。一套系统包括 17 个传感器。穿戴完毕后进行测试， 可以了解身体各个环节的运动情况。 23 5.1.3 三维力测量仪器：三维力测量仪器： 三维测力台在国内出现较多的有两个品牌：AMTI（美国） 、Kistler（瑞士） 。 a AMTI（美国）