老年正常壓力腦積水患者與腦卒中患者三維步態(tài)參數(shù)的差異性研究

李勇，方旭昊，毛仁玲，張杰，段林茹，曲冰，鄭潔皎

1.復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，上海200040；2.復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院神經(jīng)外科，上海200040

老年正常壓力腦積水患者與腦卒中患者三維步態(tài)參數(shù)的差異性研究

李勇1，方旭昊2，毛仁玲2，張杰1，段林茹1，曲冰1，鄭潔皎1

1.復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，上海200040；2.復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院神經(jīng)外科，上海200040

目的通過三維運(yùn)動(dòng)采集與分析系統(tǒng)對(duì)老年正常壓力腦積水患者和腦卒中后偏癱患者步態(tài)參數(shù)差異性進(jìn)行研究。方法選取9例老年正常壓力腦積水患者和8例腦卒中后偏癱患者進(jìn)行三維步態(tài)數(shù)據(jù)采集,并分析對(duì)比2種步態(tài)的差異。結(jié)果相對(duì)于腦卒中患者，正常壓力腦積水患者表現(xiàn)出更小的步幅（<0.05）且步態(tài)周期總時(shí)間、支撐相時(shí)間、擺動(dòng)相時(shí)間均減?。?0.05）；運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)中髖關(guān)節(jié)最大伸展角度、最大外展角度以及髖關(guān)節(jié)矢狀面活動(dòng)范圍均減?。?0.05），正常壓力腦積水患者觸地瞬間膝關(guān)節(jié)屈角小于腦卒中患者（<0.05），而膝關(guān)節(jié)最大外翻角度、最大外旋角度以及冠狀面活動(dòng)范圍均大于腦卒中患者（<0.05）。動(dòng)力學(xué)參數(shù)中腦卒中患者表現(xiàn)出更大的垂直力峰值（<0.05）和膝關(guān)節(jié)外翻力矩峰值（<0.05），而踝關(guān)節(jié)跖屈力矩峰值、內(nèi)翻力矩峰值小于正常壓力腦積水患者（<0.05）。結(jié)論正常壓力腦積水患者與腦卒中患者三維步態(tài)參數(shù)的差異性主要體現(xiàn)在時(shí)空參數(shù)，髖、膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)和踝關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。相對(duì)于腦卒中患者，正常壓力腦積水患者步態(tài)異常的雙側(cè)性、時(shí)空參數(shù)的異常以及踝關(guān)節(jié)力矩的差異可能是其失衡跌倒發(fā)生率較高的原因。

正常壓力腦積水；腦卒中；三維步態(tài)參數(shù)差異性

大腦在人體姿勢(shì)控制中起主要作用，任何腦部損傷或疾病都會(huì)直接影響姿勢(shì)控制和肢體功能。正常壓力腦積水是由多種原因所致的臨床綜合征，步態(tài)異常、認(rèn)知障礙和尿失禁是其三聯(lián)征。正常壓力腦積水在老年人中發(fā)病率較高，且早期不易被發(fā)現(xiàn)。相對(duì)于腦外傷、腦出血等腦部疾病，老年正常壓力腦積水患者的失衡跌倒率較高。步態(tài)異常是正常壓力腦積水的首發(fā)癥狀，有研究[1]指出50%以上的腦卒中患者存在不同程度的運(yùn)動(dòng)功能障礙，而步態(tài)異常也可能是造成2種疾病患者失衡跌倒的重要原因之一。目前對(duì)正常壓力腦積水患者步態(tài)障礙的研究大部分集中在發(fā)生機(jī)制上，而缺乏對(duì)于異常步態(tài)影響姿勢(shì)控制致失衡跌倒的研究，且研究多集中在正常人與患者的步態(tài)差異，而缺乏不同疾病患者步態(tài)異常的差異性研究。本研究旨在對(duì)正常壓力腦積水患者以及腦卒中患者進(jìn)行異常步態(tài)的三維定量評(píng)價(jià)，一方面為正常壓力腦積水的發(fā)現(xiàn)與診斷提供依據(jù)，另一方面比較正常壓力腦積水患者與腦卒中患者步態(tài)的差異性，進(jìn)而為其失衡跌倒發(fā)生機(jī)制提供一定的參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2017年1月—2017年7月復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院收治的老年正常壓力腦積水患者9例（實(shí)驗(yàn)組一）以及腦卒中后偏癱患者8例（實(shí)驗(yàn)組二）。實(shí)驗(yàn)組一：男性8例，女性1例，年齡60～85歲，平均（70.8±8.3）歲，優(yōu)勢(shì)側(cè)均為右側(cè)；實(shí)驗(yàn)組二：男性6例（其中2例左側(cè)為患側(cè)），女性2例（其中1例左側(cè)為患側(cè)），年齡62～71歲，平均（65.9±3.2）歲。2組患者年齡、性別等基本資料無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（>0.05），具有可比性。

1.2 納入標(biāo)準(zhǔn) 實(shí)驗(yàn)組一：（1）患者頭顱MRI顯示腦室擴(kuò)大，且Evans比率>30%，未進(jìn)行任何外科手術(shù)；（2）能獨(dú)立行走10 m以上，且無(wú)其他影響步態(tài)的神經(jīng)系統(tǒng)及骨科疾病；（3）患者及家屬知情同意。實(shí)驗(yàn)組二：（1）符合全國(guó)第四屆腦血管病會(huì)議所設(shè)定卒中標(biāo)準(zhǔn)[2]，首次發(fā)病，病程<30 d，且大腦半球病變；（2）可獨(dú)立行走10 m以上，生活自理；（3）近兩年無(wú)外科手術(shù)史；（4）簡(jiǎn)易精神狀態(tài)檢查（MMSE）>22分；（5）患者及家屬知情同意。

1.3 排除標(biāo)準(zhǔn) （1）血壓不穩(wěn)定或存在明顯的高/低血壓者；（2）存在全身性疾病者（心、肺、腎、肝等疾病）；（3）腦部病變前存在肢體障礙者；（4）存在認(rèn)知障礙者。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法 利用Qualisys三維運(yùn)動(dòng)采集與分析系統(tǒng)對(duì)患者進(jìn)行步態(tài)數(shù)據(jù)采集。（1）調(diào)試實(shí)驗(yàn)儀器，記錄患者基本信息，同時(shí)告知患者動(dòng)作要求，使其熟練掌握，指導(dǎo)患者更換衣物，著運(yùn)動(dòng)緊身背心進(jìn)行三維步態(tài)數(shù)據(jù)的采集；（2）專業(yè)人員為受試者粘貼Marker點(diǎn)，Marker點(diǎn)粘貼位置為受試者全身的主要骨性標(biāo)志點(diǎn)以及身體環(huán)節(jié)跟蹤點(diǎn)；（3）Marker點(diǎn)粘貼完畢后，患者進(jìn)行適應(yīng)性訓(xùn)練，適應(yīng)之后患者以自己最舒適行走姿勢(shì)裸足沿著采集系統(tǒng)（內(nèi)含地板平面相同高度的2塊三維測(cè)力臺(tái)）中央8m長(zhǎng)的步行通道步行，正常擺臂走路，患者步行時(shí)連續(xù)的2步落在測(cè)力臺(tái)上即為有效數(shù)據(jù)；（4）采集患者10次完整有效的數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)備份，整理實(shí)驗(yàn)儀器，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

1.5 數(shù)據(jù)采集與分析 實(shí)驗(yàn)過程中的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)利用三維紅外運(yùn)動(dòng)捕捉與分析系統(tǒng)（采樣頻率100Hz）采集粘貼于實(shí)驗(yàn)受試者骨性標(biāo)志處的Marker點(diǎn)的三維坐標(biāo)得到。動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)是利用三維測(cè)力臺(tái)（采樣頻率1 500 Hz）實(shí)時(shí)采集地面反作用力，利用相關(guān)軟件根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)逆向動(dòng)力學(xué)計(jì)算得到。二者同步采集。

關(guān)節(jié)角度定義：身體遠(yuǎn)端環(huán)節(jié)相對(duì)于近端環(huán)節(jié)旋轉(zhuǎn)的歐拉角，關(guān)節(jié)力矩均為關(guān)節(jié)內(nèi)力矩。關(guān)節(jié)角度方向定義：（1）矢狀面：髖關(guān)節(jié)屈為正（伸為負(fù)）、膝關(guān)節(jié)伸為負(fù)（屈為正）、踝關(guān)節(jié)跖屈為負(fù)（背屈為正）；（2）冠狀面：髖關(guān)節(jié)外展為負(fù)（內(nèi)收為正）、膝關(guān)節(jié)外翻為負(fù)（內(nèi)翻為正）、踝關(guān)節(jié)外翻為負(fù)（內(nèi)翻為正）。關(guān)節(jié)力矩的方向定義：（1）矢狀面：髖關(guān)節(jié)伸為負(fù)（屈為正）膝關(guān)節(jié)伸為正（屈為負(fù)）、踝關(guān)節(jié)背屈為正（跖屈為負(fù)）；（2）冠狀面：髖關(guān)節(jié)外展為負(fù)（內(nèi)收為正）、膝關(guān)節(jié)外翻為負(fù)（內(nèi)翻為正）、踝關(guān)節(jié)外翻為負(fù)（內(nèi)翻為正）。

力值用體重（body weight，BW）標(biāo)準(zhǔn)化，力矩用身體質(zhì)量（bodymass，BM）標(biāo)準(zhǔn)化，時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)化區(qū)間即完整步態(tài)周期為足跟著地到足跟再次著地。選取的數(shù)據(jù)為正常壓力腦積水患者優(yōu)勢(shì)側(cè)以及腦卒中后偏癱患者患側(cè)。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用Excel2013和SPSS21.0軟件進(jìn)行研究數(shù)據(jù)的整理與統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，采用獨(dú)立樣本 檢驗(yàn)；不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)以[Me（P25，P75）]表示，采用非參數(shù)檢驗(yàn)，<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 2組患者步態(tài)的時(shí)空參數(shù)比較2組患者完整步態(tài)周期的時(shí)空參數(shù)結(jié)果顯示步幅、步態(tài)周期中的支撐相時(shí)間和擺動(dòng)相時(shí)間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(<0.05）。見表1。

2.2 2組患者步態(tài)的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)比較2組患者完整步態(tài)周期的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)結(jié)果顯示髖關(guān)節(jié)最大伸展角度、最大外展角度以及髖關(guān)節(jié)矢狀面活動(dòng)范圍差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（<0.05）。見表2。膝關(guān)節(jié)觸地瞬間角度、最大外翻角度、最大外旋角度以及冠狀面活動(dòng)范圍差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（<0.05）。見表3。2組患者踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)有差異但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見表4。

表1 完整步態(tài)周期的時(shí)空參數(shù)結(jié)果

表2 完整步態(tài)周期髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)果

表3 完整步態(tài)周期膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)果

表4 完整步態(tài)周期踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)果

2.3 2組患者步態(tài)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)比較2組患者完整步態(tài)周期的動(dòng)力學(xué)參數(shù)結(jié)果顯示步態(tài)周期支撐相垂直力峰值、膝關(guān)節(jié)外翻力矩峰值、踝關(guān)節(jié)跖屈力矩峰值、踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻力矩峰值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（<0.05）。見表5。

表5 完整步態(tài)周期動(dòng)力學(xué)結(jié)果

3 討論

步行是人類最基本的運(yùn)動(dòng)功能之一，也是日常生活的重要基礎(chǔ)。步態(tài)是步行的行為特征，在一定程度上能反應(yīng)大腦的神經(jīng)調(diào)控以及肌骨系統(tǒng)的狀態(tài)。而步態(tài)分析是利用先進(jìn)的手段以及力學(xué)原理結(jié)合解剖、生理等知識(shí)對(duì)人體步行狀態(tài)進(jìn)行分析。三維運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)的發(fā)展為步態(tài)分析提供了更科學(xué)的手段。在國(guó)外三維步態(tài)分析運(yùn)用于臨床運(yùn)動(dòng)評(píng)價(jià)中，進(jìn)行異常步態(tài)的分析、確定康復(fù)方案、指導(dǎo)康復(fù)、手術(shù)方案確定以及規(guī)范矯形器的使用[3-5]。步態(tài)異常是正常壓力腦積水患者的明顯特征，但是其異常的原因尚不明確，有研究指出腦脊液的沖擊[6]與額葉功能的異常[7]可能是其主要原因。有學(xué)者對(duì)正常壓力腦積水患者與正常人步態(tài)進(jìn)行對(duì)比[8-9]，結(jié)果顯示患者步幅、步速和步高降低，在本研究中也得到相似的結(jié)果。

正常壓力腦積水與腦卒中后偏癱患者均有步態(tài)異常，但步態(tài)異常的機(jī)制以及特點(diǎn)存在較大差異。本研究的結(jié)果顯示正常壓力腦積水患者的步態(tài)周期支撐相時(shí)間以及擺動(dòng)相時(shí)間均減少，這可能與偏癱患者的健側(cè)代償機(jī)制[10]有一定關(guān)系。腦卒中后偏癱患者由于健側(cè)肢體的運(yùn)動(dòng)功能基本正常可以代償患側(cè)的一部分功能，而正常壓力腦積水患者的步態(tài)為雙側(cè)異常，步態(tài)異常的雙側(cè)性可能會(huì)增加患者失衡跌倒的發(fā)生。本研究結(jié)果表明正常壓力腦積水患者的步幅減小，同時(shí)步速也出現(xiàn)一定程度的減緩，而質(zhì)心在冠狀面的位移實(shí)驗(yàn)組一（0.09±0.02）與實(shí)驗(yàn)組二（0.10±0.02）相差不大，說明如果在相同步幅、步速的條件下，正常壓力腦積水患者可能會(huì)表現(xiàn)出更大的質(zhì)心冠狀面位移，即其步態(tài)穩(wěn)定性下降，比偏癱患者更容易造成失衡跌倒。

三維步態(tài)分析不僅能描述異常步態(tài)的時(shí)空參數(shù)，還可以獲得運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，并且配合三維測(cè)力臺(tái)獲得動(dòng)力學(xué)參數(shù)。通過對(duì)2種異常步態(tài)的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)分析，正常壓力腦積水患者與腦卒中后偏癱患者完整步態(tài)周期的髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)活動(dòng)存在差異。正常壓力腦積水患者髖關(guān)節(jié)矢狀面、冠狀面活動(dòng)范圍均較小，而偏癱患者外展角度較大，這與偏癱患者髖膝功能障礙有密切關(guān)系。在步態(tài)周期的觸地瞬間，偏癱患者膝關(guān)節(jié)屈角大于正常壓力腦積水患者，而在冠狀面正常壓力腦積水患者的最大外翻角度大于偏癱患者，且最大外旋角度也大于偏癱患者，由于偏癱患者患側(cè)肌肉痙攣等因素，在完整步態(tài)周期中不僅矢狀面活動(dòng)受限，冠狀面以及水平面活動(dòng)也受到一定限制。而在踝關(guān)節(jié)，正常壓力腦積水患者與偏癱患者并沒有顯著的差異，但是患者的踝關(guān)節(jié)力矩卻表現(xiàn)出不同。雖然偏癱患者的垂直力峰值高于正常壓力腦積水患者，但是正常壓力腦積水患者踝關(guān)節(jié)的跖屈力矩峰值和內(nèi)翻力矩峰值均高于偏癱患者，這可能與正常壓力腦積水患者維持身體平衡的踝策略有一定的關(guān)系。為了維持身體平衡需要更大的關(guān)節(jié)力矩，從踝關(guān)節(jié)力矩的差異性也表現(xiàn)出正常壓力腦積水患者的步態(tài)穩(wěn)定性更差，更容易出現(xiàn)跌倒風(fēng)險(xiǎn)。

綜上所述，正常壓力腦積水患者與腦卒中患者三維步態(tài)參數(shù)的差異性主要體現(xiàn)在時(shí)空參數(shù)，髖、膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)及踝關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，正常壓力腦積水患者步態(tài)異常的雙側(cè)性、時(shí)空參數(shù)的異常以及踝關(guān)節(jié)力矩的差異可能是其失衡跌倒發(fā)生率較高的原因。鑒于本研究的發(fā)現(xiàn)，對(duì)于老年正常壓力腦積水患者應(yīng)介入早期的、雙側(cè)的康復(fù)治療干預(yù)，加強(qiáng)雙側(cè)平衡訓(xùn)練以及認(rèn)知功能訓(xùn)練并及時(shí)糾正異常步態(tài)，減少跌倒的發(fā)生率，最大程度提高運(yùn)動(dòng)功能并改善生活質(zhì)量。

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Differenceof 3-dimensionalGaitParametersbetween the Elderly Patientsw ith Normal Pressure Hydrocephalusand the Patientsw ith Hemiplegiaafter Stroke

LiYong1,Fang Xuhao2,Mao Renling2,Zhang Jie1,Duan Linru1,Qu Bing1,Zheng Jiejiao1*
1.DepartmentofRehabilitationMedicine;2.DepartmentofNeurosurgery;Huadong HospitalA ffiliated to Fudan University,Shanghai, 200040,P.R.China

Objective To study the difference in gaitparametersbetween the elderly patientsw ith normal pressure hydrocephalusand the patientsw ith hem iplegiaafterstrokeby 3-dimensionalmotion analysissystem.Methods 3-dimensionalgait data of 9 elderly patientsw ith normalpressure hydrocephalusand 8 patientsw ith hem iplegia after strokewere collected and the differencebetween the2 gaitswasanalyzed.Results Compared w ith the stroke patients,the patientsw ith normalpressurehydrocephalusshowed smallerstride(<0.05)and decreased totalgaitcycle time,supportphase,sw ing phase time(<0.05); themaximalextension angle of the hip joint,themaximum abduction angle and the sagittal ROM of hip reduced significantly (<0.05);thekneeanglesof initialcontactreduced significantly(<0.05)while themaximum abduction angleofkneeand the maximum external rotationangleofkneeand the frontalROM ofknee increased significantly(<0.05);in dynam ic parameters, the patientsw ith stroke showed greater vertical force peak(<0.05)and the peak value of the abduction of the knee joint (<0.05);thepeak valueof theplantar flexion torquesand thepeak valueof thevarus torquesweresignificantly lower than those of theelderly patientsw ithnormalpressurehydrocephalus(<0.05).Conclusions Differencesof three-dimensionalgaitanalysis between elderly patientsw ith normalpressure hydrocephalusand patientsw ith hemiplegiaafter strokemainly existin temporalspatialparametersand kinematicparametersof thehip and kneewhilein kineticparameters,forpatientsw ith stroke,thebilateral gaitabnormity,abnormity of temporal-spatialparametersand thedifferenceofankle jointtorquemay be thecause for imbalances and high occurrence of fall.

normalpressure hydrocephalus;stroke;3-dimensionalgaitparameter difference

2017-06-21）

（本文編輯：鄧春光）

上海市衛(wèi)生系統(tǒng)重要薄弱學(xué)科（康復(fù)醫(yī)學(xué)）（2015ZB0402）；上海申康醫(yī)院發(fā)展中心上海市市級(jí)醫(yī)院新興前沿技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)項(xiàng)目（SHDCI2014126）

鄭潔皎，電子信箱：zjjcss@163.com

*Corresponding author：Zheng Jiejiao,E-mail：zjjcss@163.com