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步态分析应用中存在的问题和发展前景

时间:2022-03-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:在矢状面上,关节间距离较长,运动时其误差可以忽视。但是在关节的矢状面和水平面上,皮肤移动误差会对其测量精度产生较大的影响。

人体各种动作是通过骨骼、肌肉、韧带及关节彼此间复杂而又高度协调的力的互动形成,任何一个环节出问题都会降低运动功能。人们在利用步态分析对关节功能分析评价的同时,也在不断发现其存在的问题,努力找出其解决方法,使其具有更广阔的应用前景。

(一)步态分析在现阶段存在的问题

随着现代摄像技术水平的提高和动作分析软件的不断完善,目前测量所得出的数值可靠性越来越高。但是由于测量方法的限制,仍存在某些指标误差较大和无法获得某些内力资料的问题。

1.冠状面和水平面指标误差较大 目前虽然矢状面上的数据对临床诊断与评估已证实有很高的参考价值,但在冠状面上和矢状面上仍存在一些不可忽视的误差。该误差主要是由于贴记点在皮肤表面与骨骼之间相对移动造成的。现在的步态与动作分析大部分是使用皮肤标记,而在实际的运动过程中,皮肤和骨骼之间存在相互移动,因此贴记于皮肤表面的标记点在一定程度上并不代表着关节的移动。在矢状面上,关节间距离较长,运动时其误差可以忽视。但是在关节的矢状面和水平面上,皮肤移动误差会对其测量精度产生较大的影响。而且在实际计算中,由于将关节模拟为一种刚性链节结构,并用简化的数学模型进行计算,忽视了实际的解剖与运动特点,因此,冠状面和矢状面上的数据与实际有一定误差。在分析关节内外旋或内外翻角度的运动时,需要对这种误差进行重视。

2.关节内力的计算 步态分析系统目前尚无法进行关节面反作用力、肌肉韧带的受力情况的准确计算。目前对关节力学的分析主要是通过地板反作用力(由测力台测得)逆向动力分析计算,利用简单的数学模型,得出关节受力情况和力矩情况,但是对于骨骼肌肉系统的详细受力情况则无法计算获得。要对骨骼肌肉的受力情况做详细的分析,必须建立详细的数学解剖模型。目前文献中所提的模型都相对简单,因此所得的数据可信度相对较小。

有学者利用CT与MRI的影像资料通过三维成像技术重建肢体骨骼肌肉的数学模型,利用步态分析系统捕捉获得实验动态数据,通过数学模型控制关节的相关位置,最大限度地模拟仿真关节受力数据。John Hopkins大学赵以教授等主持开发了VIMS(Virtual Interactive Musculoskeletal System),即骨骼肌肉系统虚拟交互作用系统,以大量的影像学资料和尸体断面解剖数据建立数据库,利用这些数据库模拟仿真关节的功能力学情况。这些研究成果的出现为将来更好地研究人体运动生物力学创造了条件,也为系统研究关节受力情况提供了思路。

(二)未来发展方向

步行是人类重复性最高的一项活动方式,神经骨骼肌肉系统的损伤或病变可直接表现到步态上,因此步态分析用在诊断和评估神经肌肉骨骼系统疾病上有其优点和必要性。而且通过步态分析技术可以进行治疗方法的评定,支具、移植物和假体对关节功能效果进行评定等,同时还可以借鉴目前利用三维分析系统在体育界的应用经验,针对运动损伤进行相关研究。因此,未来的几年分析技术在关节微创手术后康复的研究领域应该大有作为。为了更好地将这项技术应用于临床,未来技术发展应该是:①减少或消除皮肤标记移动带来的误差;②结合医学影像学与解剖学,进一步建立人体肌肉骨骼系统模型;③发展关节内的传感器技术,建立关节受力的完整资料;④建立方便判读和诊断的步态分析应用软件;⑤建立国内步态分析数据库,包括正常人群的步态分析数据库、损伤或病态人群的步态数据库、测量方法和标准化的评定方法。

(周敬滨)

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