康复评定学第十一章步态分析.ppt
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1、步态分析 王玉龙 南方医科大学附属深圳医院 临床意义 o重要的日常生活活动能力之一 o评估患者是否存在异常步态以及步态异常的 性质和程度 o为分析异常步态原因和矫正异常步态、制订 治疗方案提供必要的依据 o评定康复治疗的效果 怎样进行步态分析 o包括定性分析和定量分析两种方法 o常用的基础知识 常用的术语 o正常步行必须完成三个过程:支持体重,单 腿支撑,摆动腿迈步。 o步态分析中常用的基本参数包括步长、步幅 、步频、步速、步行周期、步行时相,其中 步长、步频和步速是步态分析中最常用的3 大要素,其内涵是有关行走的生物力学分析 所涉及的最基本知识,进行步态分析者应当 熟练掌握。 步长(step
2、 length) o行走时一侧足跟着地到紧接着的对侧足跟着 地所行进的距离称为步长,又称单步长,如 下图示 ,通常用cm表示。健康人平地行 走时,一般步长约为5080cm。个体步 长的差异主要与腿长有关,腿长,步长也大 。 步幅和步宽 o步幅(stride length) 行走时,由一侧足跟 着地到该侧足跟再次着地所进行的距离称为 步幅,又称复步长或跨步长,如上图示, 用cm表示,通常是步长的两倍。 o步宽(stride width) 在行走中左、右两足 间的距离称为步宽,通常以足跟中点为测量 参考点,如上图示,通常用cm表示,健 康人约为83.5cm。 足角和步频 o足角(foot angl
3、e) 在行走中前进的方向与足的长 轴所形成的夹角称为足角,如上图示,通常用表 示,健全人约为6.75。 o步频(cadence) 行走中每分钟迈出的步数称为步 频,又称步调,通常用steps/min表示。健全人 通常步频大约是95125 steps/min,东方男性 的步频平均约为112.28.9 steps/min,女性平 均为123.48.0 steps/min。双人并肩行走时, 一般是短腿者步频大于长腿者。 步速、步行周期和时相 o步速(walking velocity) 行走时单位时间内在行进的方向上 整体移动的直线距离称为步速,即行走速度,通常用m/min表 示。一般健全人通常行走的
4、速度约为6595m/min。也可以用 步行10m所需的时间来计算。 o步行周期(gait cycle) 在行走时一侧足跟着地到该侧足跟再 次着地的过程被称为一个步行周期,通常用时间秒(s)表示 。一般成人的步态周期约为11.32 s左右。 o步行时相(gait phase/period) 行走中每个步态周期都包含着 一系列典型姿位的转移。人们通常把这种典型姿位变化划分出 一系列时段,称之为步态时相(gait phase),一个步行周期可 分为支撑相(stance phase)和摆动相(swing phase)。一般用 该时相所占步态周期的百分数(cycle%)作为单位来表达,有 时也用秒(s)
5、表示。 支撑相 o支撑相是在步行中足与地面始终有接触的阶 段,支撑相包括单支撑相和双支撑相。 o 单支撑相 o通常指一侧下肢足跟着地到同侧足尖离地的过程,单位为s,一般占一个 步行周期的40%。为了进行步态矫正和训练的方便,提出以下动作要点 : o(1)足跟着地:下肢伸肌张力增高,伴有足下垂、内翻的患者难以完成 。 o(2)全足底着地:自步行周期的7.6%开始,全足底在地面放平。伴有 足内翻、足下垂的病人难以完成。 o(3)重心转移到同侧:由于单侧下肢支撑身体重量,偏瘫、关节疼痛、 平衡能力低下的患者往往时间过短。 o(4)足跟离地:自步行周期的41.5%开始,是向下蹬踏的起始动作, 偏瘫病人
6、往往完成不充分。 o(5)膝关节屈曲增大:自步行周期的54.1%开始,偏瘫病人由于下肢 伸肌占优势,膝关节屈曲活动受限,完成困难。 o(6)足尖离地:自步行周期的60%开始,身体的重心线移到踝关节前 方, 足趾用力着地,通过下肢的蹬踏动作,产生向前的推进力。偏瘫患 者由于下肢痉挛,足下垂、内翻,下肢分离运动不充分,所以不能较好 地完成此动作,是步态异常的重要原因之一。 双支撑相 o双足支撑是步行的最大特点。在一个步行周 期中,当一侧下肢完成足跟抬起到足尖向下 蹬踏离开地面的时期内,另一侧下肢同时进 行足跟着地和全足底着地动作,所以产生了 双足同时着地的阶段。一般占一个步行周期 的20%,此阶段
7、的长短与步行速度有关, 速度越快,双支撑相就越短,当由走变为跑 时,双支撑相变为零。双支撑相的消失,是 走和跑的转折点,故成为竞走比赛时判断是 否犯规的唯一标准。 摆动相 o摆动相是在步行中始终与地无接触的阶段,通常指从一侧下肢 的足尖离地,到同侧足跟着地的阶段,单位为s,一般占一个 步行周期的40%。此阶段的动作要点是: o1足上提 从一个步行周期的63.6%开始,是足尖离地、下 肢向前摆动的加速期。 o2膝关节最大屈曲 是从一个步行周期的67.9%开始的, 摆 出的下肢刚刚通过身体的正下方。 o3髋关节最大屈曲 自步行周期的84.6%开始。此阶段已完 成下肢向前摆出的动作,开始减速,直至足
8、跟着地。 o4足跟着地 完成步行周期的100%。 进行步态分析所必须的基础知识 n基本坐标面 o水平面Horizontal plane o额状面 Frontal plane o矢状面 Sagittal plane n基本坐标轴 oX方向向前,矢状面内的矢状轴 oY方向向上,垂直于水平面的垂直轴 oZ方向向右,水平面内的额状轴 正常步态中关节和肌肉的活动 o(一)身体主要部位及关节的活动 o人在步行时为了减少能量的消耗,身体各部位要尽量维持正常活动范 围的运动,减少身体的重心移动。 o1骨盆 骨盆移动可以被认为是重心的移动。正常成人在步行时身 体重心的位置在骨盆的正中线上,从下方起男性约为身高的
9、55%, 女性约为50%的高度。步行时重心的上下移动为正弦曲线,在一个 步行周期中出现两次,其振幅约4.5cm,最高点是支撑中期,最低 点是足跟着地;骨盆的侧方移动也是正弦曲线,在一个步行周期内左 、右各出现一次,其振幅约3cm,最大移动度是在左、右足处于支 撑中期时出现的,在双足支撑期重心位于左右中间。 o骨盆在水平面内沿垂直轴旋转角度单侧为4,双侧为8。这种旋转 可以减少骨盆的上下移动,最大内旋位发生在足跟着地后期,最大外 旋位发生在摆动早期。骨盆在矢状面内沿冠状轴的倾斜运动范围约 5,双足支撑相骨盆几乎成水平,支撑中期时处于摆动相的骨盆倾 斜角度最大,它可以减少重心的上下移动。在一个步行
10、周期中左右各 倾斜一次。 o2髋关节 正常步行时髋关节屈伸运动中最大屈 曲约30(摆动相中期),最大伸展约20(足跟 离地),共约50范围,其运动为正弦曲线,如图 12-2;内收、外展运动中最大外展约6(足跟离 地)、最大内收约4(足底着地),共约10范 围,其运动几乎是直线性变化;内外旋运动中外 旋4(足趾离地到足跟着地的摆动相)、内旋4 (从足跟着地到足跟离地的摆动相),共约8范 围,其运动呈曲轴状,从支撑相到摆动相、摆动 相到支撑相过渡时产生急剧变化。 o3.膝关节 正常步行时膝关节屈伸运动中最大屈曲 约为65(摆动中期)、最大伸展为0(足跟着 地),共约65范围。在屈伸运动中,可见轻度
11、屈 伸与大范围屈伸两次(双重膝作用)。支撑相中 足跟着地与足跟离地时膝关节几乎是伸展状态, 支撑相的中期可见约15的屈伸。 o除屈伸运动外,膝关节还有旋转运动,足跟离地 时为最大外旋,约4,摆动中期为最大内旋,约 12,共16范围,其顺序为从足跟着地(内旋) 到足底着地(内旋),以后外旋直到足跟离地。 o4. 踝关节 正常步行时踝关节的跖屈、 背伸运动中最大背伸发生在足跟离地,约15,足 跟离地时为最大跖屈,约20,共35。一个步行 周期中有2次跖屈和背伸,尤其在支撑相的驱动期 踝关节从跖屈位急剧变为背伸位。 o除屈伸运动外,踝关节还有旋转、内外翻运动。 踝关节外旋8、内旋2,共约10范围;外
12、翻3 、内翻12,共约15范围。 其它部位(1) o头 头的上下移动与重心的上下移动几乎一 致,上下振幅约56cm,左右移动振幅约 56cm。 o上体 上体垂直,双肩平齐,速度加快时稍 有前倾;行走时上体有与骨盆旋转方向相反 的转动,这个动作可以减少整个身体的扭转 。 其他部位(2) o上肢 正常行走时双上肢交替前后摆动,其方向与同侧下 肢的摆动方向和骨盆的旋转方向正好相反,如当左下肢 与左侧骨盆向前摆动和旋转时,左上肢向后摆动,右上 肢向前摆动。此时,上肢的关节运动主要发生在肩关节 ,足跟着地时为最大伸展,为21.1,足跟离地时为最大 屈曲,为17.4,共约40范围。肘关节屈伸是在双足同 时
13、支撑时期改变运动方向,最大屈曲为38.9,最大伸展 为-0.4,共约40范围。 o上肢与下肢 上肢摆动方向与下肢相反,才可以达到维持 身体平衡,减少转动。 o肩关节 自由摆动约30 (屈曲约6,后伸约24)。 o(二)参与的主要肌肉活动 o步行的动力主要来源于下肢及躯干的肌肉作用,在一个步行周 期中,肌肉活动具有保持平衡、吸收震荡、加速、减速和推动 肢体运动的功能。 o1竖脊肌(erector spinae) 为背部深层肌,纵列于脊柱 两侧,下起骶骨、髂骨,上止椎骨、肋骨、枕骨,作用为使脊 柱后伸、头后仰和维持人体于直立姿势。在步行周期站立相初 期和末期,竖脊肌活动达到高峰,以确保行走时躯干正
14、直。 o2臀大肌(gluteus maximus) 为髋关节伸肌,收缩活动 始于摆动相末期,并于支撑相,即足底全面与地面接触时达到 高峰。在摆动相后期臀大肌收缩,其目的在于使向前摆动的大 腿减速,约在步行周期85%,大腿的运动方向改变为向后, 成为下一个步行周期的准备。在支撑相,臀大肌起稳定骨盆、 控制躯干向前维持髋关节于伸展位的作用。 (二)参与的主要肌肉活动 o3髂腰肌(iliopsoas) 为髋关节屈肌,髋关节于足跟离地至足趾 离地期间伸展角度达到峰值(1015)。为对抗髋关节伸展,从 支持相中期开始至足趾离地前,髂腰肌呈离心性收缩,最终使髋关节 从支撑相末期由伸展转为屈曲。髂腰肌第二次
15、收缩活动始于摆动相初 期,使髋关节屈曲,以保证下肢向前摆动。 o4股四头肌(quadriceps femoris) 为全身最大的肌,其中股直 肌起于髂前下棘,股内侧肌、外侧肌分别起自股骨粗线内、外侧唇, 股中间肌起自股骨体的前面;四个头向下形成一腱,包绕髌骨的前面 和两侧,往下续为髌韧带,止于胫骨粗隆。为膝关节强有力的伸肌, 股直肌还可屈髋关节。股四头肌收缩活动始于摆动相末期,至支撑相 负重期达最大值。此时作为膝关节伸肌,产生离心性收缩以控制膝关 节屈曲度,从而使支撑中期免于出现因膝关节过度屈曲而跪倒的情况 。步行周期中,股四头肌的第二个较小的收缩活动见于足跟离地后, 足趾离地后达峰值。此时具
16、有双重作用:其一,作为髋关节屈肌,提 拉起下肢进入摆动相;其二,作为膝关节伸肌,通过离心性收缩来限 制和控制小腿在摆动相初、中期向后的摆动,从而使下肢向前摆动成 为可能。 (二)参与的主要肌肉活动 o5缝匠肌(sartorius) 是全身最长的肌,起于髂前上棘, 经大腿的前面,斜向下内,止于胫骨上端的内侧面,作用为屈 髋和屈膝关节,并使已屈的膝关节旋内。在支撑相末期和摆动 相初期,作用为屈膝、屈髋,在摆动相末期和支撑相初期,使 膝关节旋内。 o6腘绳肌(hamstring) 包括股二头肌、半腱肌、半膜肌 ,均起于坐骨结节,跨越髋、膝两个关节,分别止于腓骨头和 胫骨粗隆内下方、胫骨内侧髁,作用为
17、伸髋屈膝。主要收缩活 动始于摆动相末期,足跟着地时达到活动高峰并持续到支撑相 。在摆动相末期,作为屈膝肌,腘绳肌离心性收缩使小腿向前 的摆动减速,以配合臀大肌收缩活动(使大腿向前摆动减速) ,为足跟着地做准备。足跟着地时及着地后,腘绳肌又作为伸 髋肌,协助臀大肌伸髋,同时通过稳定骨盆,防止躯干前倾。 (二)参与的主要肌肉活动 o7胫前肌(tibialis anterior) 起自胫骨外侧面,止于内侧 楔骨内侧面和第1跖骨底,作用为伸踝关节(背屈)、使足内 翻。足跟着地时,胫前肌离心性收缩以控制踝关节跖屈度,防 止在足放平时出现足前部拍击地面的情况。足趾离地时,胫前 肌收缩,再次控制或减少此时踝
18、关节的跖屈度,保证足趾在摆 动相能够离开地面,使足离地动作顺利完成。 o8小腿三头肌(triceps surae) 包括腓肠肌和比目鱼肌, 起于股骨的内、外侧髁,以跟腱止于跟结节,作用为屈踝关节 和屈膝关节。腓肠肌在行走、跑、跳中提供推动力,而比目鱼 肌富含慢性、抗疲劳的红肌纤维,主要与站立时小腿与足之间 的稳定有关。在站立相,能固定踝关节和膝关节,以防止身体 向前倾斜。 跳跃、跑步与步行的运动学区别 双足跳 o双足跳是双足并拢,身体前倾,由于膝、踝 关节伸展而离开地面,双足腾空再双足落地 ,如图所示。两只脚的步态一样,仅有双支 撑相和双摆动相。 单足跳 o单足跳的蹬地和着地是同一足,如踢毽子
19、和 跳绳等。从步态来看,仅有一只脚的支撑相 和摆动相,而且在摆动相时双足腾空,如图 所示。 跑步 o跑步可分解为一只脚蹬地的同时另一只脚摆动 ,然后是双足腾空,最后是另一只脚着地,周 而复始,如图所示。跑步一定有双足腾空阶段 ,这一点和双足跳及单足跳相似。但跑以向前 为主,跳以向上为主,且跑步时双足交替着地 ,而跳却是固定脚着地,这是其间区别。 步行 o步行是人体移动过程中的一种动态平衡。移 动中一只脚摆动时另一只脚着地,而且一定 有两只脚同时着地的双支撑期,如图所示。 跳跃、跑步与步行的动力学区别 o静态站立时,地面支反力(地反应力)F等于体重 G。走路时人的重心在不断地上下移动,双支撑期
20、时重心最低,相当于以双腿为边步长为底的等腰 三角形的高。而摆动中期的重心最高,相当于腿 长(实际上还要加一个常量)。 o根据牛顿第二定律f=ma,此时的地面支反力就等 于体重再加上或减去人的质量与上下运动的加速 度的乘积。走路时地面的最大支反力相当于体重 的110125,即走路时F = 1.11.25G。中 长跑时最大蹬地力约4G,短跑是5G,跳远是6G ,跳高是8G。可见足部承受的重量是远远大于体 重。 体重75公斤的运动员从事不同项目比赛时,在最后一瞬间发力时,脚上承受的重量 正常足和异常足在站立时的受力区别 o正常足站立:文献指出,人体重心的高度在第13骶椎,且在骨 盆中心。 o早期的足
21、部生物力学认为,站立时足底的跖骨头M1,M5和跟骨 为三个负重点并构成一个受力平面,如左下图所示。而现代的足 部生物力学认为,站立时每一个跖骨头均承重,如右下图所示。 在单足支撑期时,是一只脚承担全部体重,此时足跟受力占去一 半,跖骨头M1占去了另一半的即,而另一半的由M2M5四 个跖骨头均布受力各占。 正常足和异常足在站立时的受力区别 o异常足站立:先从足跟相对地面的位置来看,如下图所示为左脚后足的 三种情况,自左至右为:跟外翻、跟垂直和跟内翻。 o当跟外翻时(图中的左图)距下关节是被打开,着地时的体重W是被地 面支反力N和水平力F所平衡。很显然NW,可见距下关节承受的力比 体重大,且在横向
22、F力的作用下,促使距下关节打开,这是平足特点。当 跟垂直时(图中的中图),NW且距下关节不变。而当跟内翻时(图 中的右图),着地时的体重W是被地面支反力N和水平力F所平衡。很显 然NW,可见距下关节承受的力比体重大,且在横向F力的作用下,促 使距下关节关闭,造成关节更稳定,这就是典型的高弓足特点。 o正常足的距下关节与地面夹角为42 。平足是跟外翻和舟骨下陷,该角 度可到25 。而高弓足正好相反,该角度可到60 ,故动作小且僵硬。 鞋跟高度对足部受力的影响 o足蹬地运动主要靠小腿三头肌收缩引起的踝 跖屈,且要与跖趾关节同时共同发挥作用。 所以如果鞋子限制了踝关节或跖趾关节的运 动,必然影响蹬地
23、效果。显然鞋跟高度限制 了跖趾关节的活动,高跟鞋势必影响蹬地效 果,如图所示。 长期穿高跟鞋的三个弊端 o由于高跟鞋使足尖活动的范围减小,使蹬地无力,这是从生物力 学观点来看穿高跟鞋的弊端之一。因此常常可以看到穿高跟鞋的 妇女快速行走时,靠骨盆扭曲的骨盆步来代偿失去的蹬地动作, 还有一些妇女成为永久性的尖足屈膝步态。所以穿高跟鞋的妇女 难以大步流星,只能小步行走。与平跟鞋相比,穿高跟鞋者走两 步少半步。 o穿高跟鞋后由于重心前移使体重主要压在前脚掌,不同鞋跟高度 时足跟与跖骨头承受体重的不同比例。当平跟或赤足时为57: 43;跟高2cm时为50:50;跟高4cm时为43:57 ;跟高6cm时为
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