步态周期与时空参数

发布时间：2023-04-21 人浏览

▎步态定义

步态 (Gait) 可以定义为以肢体负载 (loading) -卸载 (unloading) 为周期的任何一种移动方式，包括步行、跑步、跳跃等，其中以步行最为常用。

步态周期中两个基本的时相为支撑相 (Stance Phase) 和摆动相 (Swing Phase) 。

步行支撑相包含单支撑 (Single Limb Support, SLS) 和双支撑 (Double Support, DS) ；跑步只有SLS而无DS，或者将跑步中的DS描述为“-” (negative DS) ，有时也被称为“飞跃相” (flight phase) 。

▎步态周期(Gait Cycle)

• 一个步态周期开始(0%)于一侧足首次接触地面，完成于(100%)该足下一次再接触地面（即下一个步态周期的“首次触地”）。
• 支撑相约占60%，包括：首次触地      (IC)、承重反应 (LR)、支撑相中期 (MSt)、支撑相末期 (TSt)、摆动相前期 (PSw) 。
• 摆动相约占40%，包括：初始摆动      (ISw)、中期摆动 (MSw)、终末摆动 (TSw) 。

• 以足尖离地(Toe-off) 划分“支撑”与“摆动”，正常对称步行中大约发生在60-62%步态周期。
• 一个步态周期中有两次双支撑：分别为首次双支撑 (Initial DS) 和终末双支撑 (Terminal DS) 。
• Initial DS：对侧→同侧下肢负重，完成承重 (Loading) 任务。
• Terminal DS：同侧→对侧下肢负重，完成推进(Propulsion)任务。

▎时空参数(Temporal-spatial Parameters, TSPs)

步 (Step)、步长 (Step Length)

• 当左/右腿向前摆动时，走左/右腿步。
• 步长是指从后肢足跟到前肢足跟的距离。
• 相邻两次DS中前后足跟之间距离分别为两侧步长。

step length ratio (SLR) = shorter/longer step length

常用来测量对称性 (symmetry)，SLR向"1"靠拢表示对称性好，步态得到改善。

跨步 (Stride)、步幅 (Stride Length)

• 当（左、右）步都发生，就意味着迈出了一跨步，或完成了一个步态周期。
• 完成所需时间被称为跨步时间 (stride time) 或步态周期持续时间 (gait cycle duration) 。
• 步幅或跨步长，是指从一侧足跟着地到该侧足跟再次着地之间的距离。

步频 (Cadence)

• 定义为“每分钟跨步数”，但为了实践中方便起见计“步/分”(steps/min) 。
• 下肢长度越长，步频越慢（类似钟摆）。
• 对比男性，女性平均身高略矮，步频略高。
• 小孩步频可达180步/分，随长高而逐渐下降      (Rose-Jacobs,1983) 。

步速(Walking Speed)

• cadence = steps/min；1 stride = 2 steps ➡speed = (cadence × stride length)/120
• 每个人都有一个自然步速，但实际步速受环境、心情、时间表等影响。
• 步速↑通过更快步频、更长步幅或两者同时增加；在健康人中，步频、步幅都随着步速↑而增加。
• 步速↑步频呈线性增加；步长呈对数增加：低速时变化大，高速时趋于平稳。

步宽(Step Width)

• 双支撑 (DS) 时，两足跟内侧间的距离。
• 随着平衡下降而增大（增加支撑面）。
• 步宽/骨盆宽度 (ASIS之间距离)，正常＜0.5。

步行比率 (Walk Ratio, WR)

• 步行比率：步长（或步幅）与步频之比，WR=step×length/cadence。
• 识别人类和非人类、成人和儿童、男性和女性、行走和跑步等特征。
• 身高因素归一化后，健康成年人WR大约保持在6.5mm/(step/min)。

归一化 (Normalization)

步长、步速、步频都受到体型身高的影响。不同个体间（儿童?成人）身高存在差异，因此在比较TSPs之前，需要先将其进行“归一化”。例如，归一化步幅或步长通过除以下肢长度（髂前上棘到内踝长度）得到。

• 人的步态从大约4-5岁开始趋于稳定。-Sutherland, 1994
• 人的步态变化主要发生在70岁之后。-Judge, Ounpuu & Davis, 1996

• 大多数人似乎在一生中都保持恒定的“步行比率”。-Sekiya & Nagasaki      1998

Normalized stride length stabilizes by around 4 years of age (Sutherland 1994)

以上都是归一化后观察研究的结果。

TSPs 正常值

• TSPs没有一致性的正常范围
• 每个实验室或诊所有自己的正常参考值

•  “1.5/1.5/120”经验法则：成人1.5m/s、1.5m、120steps/min（即大约每秒完成一个步态周期）
• “90%身高”经验法则：孩子的自然步幅大约是身高的90%（大约4周岁开始步态接近稳定成熟）

TSPs 临床应用与解读

• TSPs是重要的功能指标，是步态的“生命体征”。
• 筛查跌倒风险，评价残疾程度，评估治疗效果…
• TSPs解读提示：代偿/失代偿步态、疼痛、不稳…