临床三维步态分析系统的组成、原理及其临床应用

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步态分析

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临床三维步态分析系统的组成、原理及其临床应用

作者：孟殿怀，励建安

作者单位：南京医科大学第一附属医院康复医学科

本文读者也读过(7条)

1.励建安.孟殿怀临床步态分析基础[会议论文]-2006

2.顾绍钦.励建安踝足矫形器对儿麻患者股四头肌代偿作用的研究[会议论文]-2006

3.胡玲.肖农.陈玉霞.Hu Ling.Xiao Nong.Chen Yu-xia三维步态分析系统在儿童运动功能评价中的运用[期刊论文]-中国组织工程研究与临床康复2011,15(17)

4.励建安神经疾病的步态分析和步行训练[会议论文]-2006

5.励建安神经疾病的步态分析[期刊论文]-中国康复医学杂志2005,20(4)

6.梁娟.白跃宏.周俊.Liang Juan.Bai Yue-hong.Zhou Jun全膝关节置换后三维步态分析:病例-对照的随访观察[期刊论文]-中国组织工程研究与临床康复2008,12(44)

7.赵德伟.崔大平全髋关节置换手术前后的三维步态分析[会议论文]-2008

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嵌入式人体步态自动识别系统

嵌入式人体步态自动识别系统早期的医学研究指出：人的步态中有24种不同的成分，如果把这24种成分都考虑到，则步态是为个体所特有的。有关研究人员近些年来通过对人的步态分析，已经得出了在步态视频序列中含有人的身份信息，因此进行步态识别也是一种非常重要的生物识别技术。步态识别是近年来越多的研究者所关注的一种较新的生物认证技术，它是通过人的走路方式来识别人的身份。基于步态的身份认证识别技术相对于其它生物识别技术有如下优点：远距离识别、识别对象的被动性、不易被隐藏、不易被察觉、应用领域广阔等，步态识别技术最近已经备受关注，并且已经取得了一些初步成果。如美国国防部研究项目署(DARPA)2000年的重大项目一HID(human identification at adistance)计划，其目的就是开发多模态视觉监控技术以实现远距离情况下人物的检测、分类和识别。中科院自动化研究所模式识别国家重点实验室近年也开始了对步态识别的研究，而且创建了NLPR步态数据库。虽然步态识别是一个新兴的研究领域，但是近年来已经涌现出了一些尝试性的工作。最早提出步态识别算法的是Niyogi与Adelson等人。Cunado和Nixon等人提出了一种基于模型的特征提取分析方法，VHT(velocity hough transform)。Kale等人将行人的外轮廓宽度作为图像特征，提出了一种依赖于角度的识别方法。而Johnson和Bobick 提出了一种不依赖于角度的步态识别算法。Sarkar等人提出了步态识别的基线算法。Lee等人提出了一种基于步态外形的表达方法，其具体做法是先将人体的各个部分映射到几个椭圆组成的模型上，然后用其质心位置和离心率作为步态特征来进行步态识别。Wang等人提出了一种简单有效的、基于人体运动轮廓的识别算法。值得注意的是，步态识别的研究尚处于初级阶段，表现在： a．实验都是在特定的环境下进行的，比如相对简单固定的背景，人相对于摄像机侧面行走，摄像机固定不动等；b．算法的评估都是在小样本数据库上进行的，而且数据库也不规范。迄今为止，针对步态识别所进行的研究几乎全部是基于PC机的，而在许多情况下，却需要非PC机环境，所以研究基于嵌入式平台的步态识别系统，具有一定的工程意义。本系统的功能是对采集到的步态视频序列进行图像处理，得到视频序列中的人体步态信息，再由步态算法根据

BTS-G-WALK三维步态分析评估系统

BTS G-WALK三维步态分析评估系统 BTS G-WALK三维步态分析评估系统由惯性传感器组成，传感器的组件包含了三维加速计，磁感应器和三维回旋器，可以放在第五腰椎位置进行功能性步态分析。系统可以根据测得的数据进行诊断及训练方案制定，可以迅速进入测试，并自动生成测试报告。 BTS G-WALK具有完善的步态及骨盆运动分析软件系统，可以方便又有效的对神经损伤以及骨科疾患患者进行功能性评估，同时可以对运动能力和治疗结果进行客观分析。骨盆的运动学分析系统提供了常用运动步态常量，特别是关于骨盆前后旋转，对抗后倾以及侧屈的信息提示。与正常参量对比系统会自动将生成的数据与正常参量做对比，并直观的显示出患者评估与正常均值之间的差异。传感器跑台测量应用程序和软件特点：测量三维步态常量速度节奏步长歩宽步态周期支撑期摆动期单腿和双腿支撑神经性疾患应用领域轻偏瘫步态的典型特征为速度，节奏减慢，步长缩短。正常值轻偏瘫患者值速度68.5+/-6.7m/min44.0+/-22.9m/min 步频102.8+/-5stps/min84.8+/-22.4stps/min 步长 1.3+/-0.1m1.1+/-0.6m 帕金森疾患三维步态分析：支撑期和摆动期预防老年性摔倒步速，跨步长以及双腿支撑时间均值与正常参考值之间的对比,是预防老年性摔倒一个重要的评估要素。关节术后三维步态分析可记录关节功能恢复程度，假肢负载情况以及异常姿势矫正等问题的重要量化信息。传感器类型三维加速计，配灵敏计(±1,5g,±6g) 三维磁感器三维回旋器，配灵敏计(±300gps±1200gps) 电池可通过USB口充电，使用时长18/24H

步态观察分析表

步态观察分析表（1）

、步态观察分析表（2）

观察顺序由远端至近端，即从足、踝关节观察开始依次评价膝、髋关节、骨盆及躯干。在评价每一个部位时，应对按步行周期中每一个环节的发生顺序进行仔细地观察，如从首次着地作为评价的起点。先观察矢状面，再从冠状面观察患者的行走特征。步态分析是生物力学领域里的一个特殊分支学科，是一个新兴的跨学科的研究领域，是一门综合多种学科的当代生物医学的一项高新技术。步态分析实际上就是利用生物力学，运动学，人体生理学，人体解剖学，生物工程学，计算机学，电子学，精密机械工程学，自动化控制学及数字图像处理技术等多种跨学科知识，对人体行走的功能状态进行对比分析的一种生物力学的方法。一、步态分析方法步态分析的方法包括录像分析、三维步态分析、力台分析。录像分析中又包括定性分析和半定量分析，而三维步态分析和和力台分析为定量分析，需要使用高科技专用设备。下面我们先介绍步态的定性分析。二、定性分析（一）概述定性分析通常采用目测观察获得第一手资料，通过与正常步态进行比较，并结合以往的临床经验来认识异常步态的特征，对步态进行定性分析是目前临床中最常用的手段。了解病史和体检有助于诊断和鉴别诊断。 1. 了解病史通过了解病情，可以获知有关疼痛、肌无力、关节不稳等方面的主诉，了解既往有关神经系统疾患或骨关节疾患病史等 2. 体检体检包括与行走动作有关的身体各部位（特别是下肢）的肌力、关节

活动度、肌张力、本体感觉以及周围神经检查。体检有助于对步态障碍的发生原因进行鉴别诊断 3. 观察步态（ 1 ）观察内容：步态的总体情况识别步行周期的时相与分期特点观察身体各部位的情况（ 2 ）观察方法确定观察角度观察具体步态的形成步态目测观察表的内容（二）定性分析的优缺点优点：不需要昂贵的设计，评价快速方便。缺点：结果具有一定的主观性，与观察者的观察技术水平和临床经验有着直接关系。检查者难以准确的在短时间内完成多部位、多环节的分析，由于属定性分析，不能够进行量化，所以不利于进行学术交流。（三）注意事项观察场地内光线要充足，检查时被检查者应尽量少穿衣服，以便于观察患者的真实表现。依次观察某一个关节在站立相和迈步相各个环节中的表现，并按照踝、膝、髋、骨盆和躯干等顺序逐一进行观察，为了减少病人的观察时间，我们应采用录像分析法，这样可以反复播放病人的行走情况，便于细致观察。三、量表评定 Holden 功能行走分级、Wisconsin 步态量表、Tinetti 步态量表、限时站起和行走测验

临床步态分析

临床步态分析行走是一种双下肢交替进行并使人体产生移动的周期性循环运动，是人在出生后，伴随着发育过程，不断实践而习得的一种能力。步态体现的是行走的方式或模式。正常步态有赖于中枢神经系统、周围神经系统以及运动系统的协调运作。由于疾病状态可以改变肌肉、骨骼、关节乃至脑、脊髓、周围神经的正常生理功能以及相互间的协调与平衡，因此上述系统病变或损伤均可导致异常步态。步态分析是对一个人行走方式的检查，它在多种疾病与外伤康复中具有重要的障碍诊断价值。一、步行周期与时空参数（一）步行周期步行周期指行走过程中一侧足跟着地至该侧足跟再次着地时所经过的时间。每一侧下肢有其各自的步行周期。每一个步行周期分为站立相和迈步相两个阶段。站立相又称支撑相，为足底与地面接触的时期；站立相根据动作的发生顺序又分为首次着地、负荷反应、站立中期、足跟离地、足趾离地期；迈步相亦称摆动相，指支撑腿离开地面向前摆动的阶段，分为迈步初期、中期、后期。站立相大约占步行周期的60%，迈步相约占40%。站立相与迈步相时间比例与步行速度有关，随着步行速度的加快，迈步相时间相应延长，而站立相时间缩短。（二）时空参数 1．步频与步速（1）步频单位时间内行走的步数称为步频（Cadence），以步数／min表示。正常人平均自然步频约为95～125步／min左右。（2）步行速度单位时间内行走的距离称为步行速度（Velocity），以m/s表示，亦可以用身高或下肢长百分比表示。正常人平均自然步速约为1.2m/s左右。步速也通过下列公式计算得之。可以看出，步行速度与跨步长和步频相关，跨步长增加、步频加快、步行速度亦加快，反之亦然。 2．步长与跨步长行走时左右足跟或足尖先后着地时两点间的纵向直线距离称为步长（Step length），以cm 为单位表示。步长与身高成正比，即身材愈短，步长愈短。正常人约为50～80cm。一步的概念还可以时间来衡量，即单步所用的时间。正常人行走时左右侧下肢步长及时间基本相等。左、右步长的不一致性则是反映步态不对称性的敏感指标。如果左脚向前迈一步，右脚随后向前跟进与左脚保持平行或落后，而不是越过左脚，则右步长为零或负值。病理步态如偏瘫步态的不对称性表现在健侧步长缩短，而患侧相对延长。跨步长（stride length）指同一侧足跟前后连续两次着地点间的纵向直线距离，相当于左、右两个步长相加，约为100-160cm。被试者走直线时（绕圈行走例外），即便出现明显地不对称步态，左、右跨步长也基本相等。因此，通过测量跨步长来判断步态的对称性与否是无效的。跨步时间（stride time）即步行周期时间，以秒为计时单位。用于被试者之间或自身比较时，跨步时间通常采用百分比的方式表达。

正常步态下距骨三维有限元模型的建立

正常步态下距骨三维有限元模型的建立摘要：目的：建立一个具有高度几何相似性的足踝部三维有限元模型，并用此模型静态地分析人体不同步态相时距骨的生物力学特性，量化距骨的应力-应变状况。方法：基于志愿者足的三维CT扫描数据，利用Mimics13.0、Geomagic10.0软件对足踝相关组织进行几何重建，导入Hypermesh10.0软件中进行网格划分，赋予材料属性，最后导入相）时的受力状况，进行有限元分析。结果：建立距骨及周围结构的三维有限元模型，共21865个节点、73440个单元，具有较好的几何相似性。正常步态中从落地相到离地相中等效应力峰值在距骨滑车分别为3.0 MPa、4.3 MPa、4.8 MPa；在距骨颈分别为1.3 MPa、1.9 MPa、2.8 MPa；在距舟关节分别为2.8 MPa、3.0 MPa、3.4 MPa；在距下关节分别为2.2 MPa、1.8 MPa、1.5 MPa。结论：本研究中创建的三维有限元模型，经验证是一个正确可靠的模型，可以帮助临床医生和其他研究人员更好的理解正常步态下距骨的许多生物力学特性。关键词：距骨；生物力学；有限元分析；步态引言：距骨具有独特的解剖结构和功能，无肌肉附着，大部分骨质被关节软骨面包围，是人体重力传至足部的枢纽，故有“骨半月板”之称［1］。人体在行走时，足踝的生物力学变化比较复杂，因此研究正常步态下距骨生物力学变化较为困难。全面了解距骨在正常步态下的应力分布可以为我们研究距骨生理学和病理学提供十分有用的信息，理解距骨在正常步态下力的传递对足的损伤及治疗有重要意义。活体组织研究能得到较为精确数据，但因伦理学的原因受到限制。随着计算机技术和有限元理论的不断发展，人们开始大量使用数值模型和有限元法分析复杂的结构。与以往的生物力学实验相比，有限元方法可以建立高度几何相似及物理相似的有限元模型，既可以反映区域性力学特性，有可以反映整体信息；既可以进行精确的数字分析，有可以进行形象的、直观的定性研究。有限元分析方法的最大特点是对生物体的无损伤，可以模拟活体组织内部的生物力学行为，完成其他研究方法所不能实现的加载方式及约束条件，得到客观实体实验所难以得到的研究结果。可以通过改变载荷加载方式、改变材料特性等方法进行个体化受力分析，研究省时快捷，费用低廉，应用面广。本研究基于CT数据建立距骨及周围结构的三维有限元模型，分析不同步态下距骨结构的应力变化，以期为距骨生物力学研究提供新的研究手段。 1材料与方法 1.1数据收集：男性志愿者1名，25岁，身高170 cm，体质量60kg。先行X线检查，排除足部肿瘤、畸形等其他病变，进行右足踝部64排螺旋CT平扫，层厚0.45 mm，数据以DICOM格式输出保存。1.2有限元模型建立CT扫描的数据导入三维重建软件Mimics13.0，通过阈值分开骨组织及软组织，建立距骨及周围结构的几何模型，输出为STL文件。然后导入逆向工程软件Geomagic Studio10.0中，对模型进行除噪点、平滑，根据各关节面的几何形状，在各骨面上划分软骨边界，最后拟合曲面，输出为Iges格式。再导入有限元前处理

三维步态分析在骨科康复等临床医学的应用

三维步态分析在骨科康复等临床医学的应用作者：刘安民先生，英国曼彻斯特索尔福德大学健康学院研究员一步态分析研究的历史行走是人类最基本的运动，行走的姿态可分为不同的类型。步态分析是一门有关人行走过程中, 体态, 骨骼间(关节) ，肌肉与肢体，以及肢体与外界物体间相对运动，力学关系的分析方法。步态分析是固体力学在生物系统应用(即生物力学)的典型范例。人类对动物及自身姿态及运动的兴趣和研究起源可以上溯到公元前三个多世纪的亚里士多德。他的‘动物的行走’被广泛认为是人类有关包括自身在内的动物行走研究的最早专著。文艺复兴时期的艺术家达分奇被认为是生物力学的先驱之一，因为他首次在力学环境下研究人的骨骼解剖结构。十七世纪的法国物理家勒内·笛卡尔最早提出人和所有动物的行走都遵循统一的力学法则，他的这一思想对促进和推动生物力学的持续发展起到了重要作用。同一时期的意大利物理家乔瓦尼·阿方索·博雷利接受了这一思想，并对鸟和鱼等走，跑、跳、飞和游等动作进行了研究，他甚至在力学框架内研究了心脏的活塞运动。确定人体重心的位置，测量出吸和呼的空气量，并指出吸气是肌肉收缩造成，而呼气

是由于身体组织弹性造成。博雷利首次阐明骨肌系统的杠杆结构对运动而不是力本身的放大作用。肌肉必须产生足以克服运动阻力的力才能实现运动。受伽利略影响，他在牛顿三大定律发表前便建立了直观了解关节静力平衡规律的方法。运动是生物力学的重要组成部分，有关动物运动及人类步态的研究随着工业革命的开始得到进一步发展，首先，著名的德国爱德华·韦伯和威廉·韦伯兄弟正式系统地对人类行走进行了研究，1836年合著了‘人类行走力学’。随后, 相机的发明对生物运动学产生了巨大推动作用。该时期的法国生理学家艾蒂安·朱尔斯·马雷在专著‘动物机械原理’中，提出了动物，人和机器都遵守同一物理法则，人体仅是有生命的机器的理论。他利用自己发明的步枪式连拍照相机成功记录了鹈鹕等多种鸟，动物及人的动作。英国人爱德华·迈布瑞奇(与其同龄,同与1904去世)几乎于同一时期在美国利用多架相机，成功捕捉了奔马连续动作的多幅照片，不仅证明马在奔跑的过程中会产生四蹄离地的瞬间，而且证明了法国人马雷理论的正确性。这二位开创性的工作使得他们被后人尊为生物力学的先驱。他们采用的联系动作连拍摄影的方法到目前为止还是步态分析的重要组成部分。上个世纪四十年代，二战造成的众多伤残人员对假肢的大量需求促进了步态分析的研究。当时的假肢无论在设计和临床应用都没有成熟的步态生物力学理论可寻。每个残疾人

临床三维步态分析系统的组成原理及其临床应用

三维步态分析系统的组成、原理及其临床应用-孟殿怀、励建安三维步态分析系统的组成、原理及其临床应用孟殿怀、励建安南京医科大学第一附属医院康复医学科步行是人类的基本功能，任何神经、肌肉及管关节疾患均可能导致步行功能障碍。步态分析对人体行走方式进行客观记录并对步行功能进行系统评价。步态分析分为定性（目测）分析和定量分析两大类。前者是由医务人员通过目测观察患者的行走过程，并作出大体的分析，此法比较粗略，仅限于定性分析。定量步态分析研究始于19世纪末，早期主要是借助一些简单的设备（如卷尺、秒表等）辅助分析，常见的如足印法、电子角度计测定法等。20世纪70年代以后定量步态分析发展较快，80年代以后转向采用高速摄像设备的三维步态分析。目前常用的临床步态分析系统进行定量步态分析的频率已经达到每秒60帧以上，测量长度的误差小于1毫米。随着我国经济的快速发展、人民生活水平的提高，临床三维步态分析系统已经越来越受到国内医学界人士的青睐。可以预见，在未来的几年中，国内将有多家医疗单位添置临床三维步态分析系统。 1、步态分析的主要内容定量步态分析所用参数大致可归纳为如下几类： ●时间-距离参数，包括步长、步幅、步宽、步向角、步速、步频、步行周期、支撑相时间、摆动相时间等。 ●运动学参数，是指步行中髋、膝、踝等关节的运动规律（角度、位移、速度、加速度等），骨盆倾斜和旋转、身体重心位置的变化规律等。 ●动力学参数，指引起运动的力学参数，包括地板反力、功与功率等。 ●肌电活动参数，指步行过程中下肢主要肌肉的电生理活动指标。 ●能量代谢参数，指人体运动过程中的能量代谢情况。 2、组成及原理完整的临床三维步态分析系统应该包括：（1）步态分析仪；（2）测力平板；（3）动态体表肌电仪；（4）气体代谢分析仪。 2.1 步态分析仪步态分析仪的功能主要是摄取人体在步行过程中各个关节点的运动轨迹，通 1

步态分析04569

步态分析第一节概述一、步态分析的目的 1．确定异常步态的障碍学诊断。 2．确定异常步态的程度。 3．比较不同种类的辅助具（假肢、矫形器）对步态的影响。二、适应症和禁忌症（一）适应症 1．中枢神经系统损伤：脑外伤，脑血管意外，脑瘫，帕金森病。 2．骨关节疾病与外伤：截肢，髋关节或膝关节置换术后，关节炎，软组织损伤。 3．下肢肌力损伤：股神经损伤，腓总神经损伤，脊髓灰质炎。 4．其他如疼痛。（二）禁忌症 1．严重的心肺疾患。 2．下肢骨折未愈合。

第二节正常步态一、步行周期步行周期指行走过程中一侧足跟着地至该侧足跟再次着地时所经过的时间。分为： 1．站立相（stance phase 62％）：又称支持相，为足底与地面接触的时期。 2．迈步相（swing phase 38％）：又称摆动相，指支持腿离开地面想起摆动的阶段。二、正常步行周期的基本组成（一）双支撑期和单支撑期双支撑期（12％）：一侧足跟着地至对侧足趾离地前双腿与地面接触的时期。每一个步行周期中，有两个双支撑相，即负荷反应期和站立末期。（二）步行周期分期 1．首次着地指足跟或足底的其他部位第一次与地面接触的瞬间，此时骨盆旋前5度，髋关节屈曲30度，膝和踝关节中立位。

正常人首次着地方式为足跟着地，病理步态时表现各异：脑瘫患儿可出现脚掌着地，脚后跟疼痛患者可见足底外侧缘或内侧缘着地。 2．负荷反应期（承重期）――双支撑期指足跟着地后至足底与地面全面接触的一段时间，即一侧足跟着地后至对侧足趾离地。此时，膝关节屈曲达到站立相的最大值。 3．站立中期指从对侧下肢离地至躯干位于支撑腿正上方时。 4．站立末期指从支撑腿足跟离地到对侧下肢足跟着地。 5．迈步前期――双支撑期指从对侧下肢足跟着地到支撑腿足趾离地之前的一段时间。 6．迈步初期从支撑腿离地至该侧膝关节达到最大屈曲时。 7．迈步中期从膝关节最大屈曲摆动到小退与地面垂直时。 8．迈步末期

呼吸机流量传感器的原理和应用

呼吸机流量传感器的原理和应用西南医院设备科王义辉何金环［摘要］本文介绍了呼吸机使用的流量传感器的原理、结构、种类及应用。［关键词］传感器；热丝；热膜； 1 流量传感器在呼吸机中的作用流量传感器在呼吸机中的应用已有近30年的历史，在中高档呼吸机中被普遍使用。它作为呼吸机气路系统的重要部件，负责将吸入和呼出的气体流量转换成电信号，送给信号处理电路完成对吸入和呼出潮气量、分钟通气量、流速的检测和显示。根据呼吸机功能和设计的不同，流量传感器的检测值不仅仅提供显示，还对呼吸机的控制、报警等起着决定作用，如流量传感器将测量到的实际值馈送到电子控制部分与面板设置值比较,利用两者间的误差控制伺服阀门来调节吸入和呼出气体流量；安装在吸气系统前端的空气和氧气流量传感器生成的信号能帮助微处理器对阀门进行控制，以提供病人所需要的氧浓度；流速和流量的检测值还直接影响到呼气与吸气时相的切换、分钟通气量上下限的报警、流量触发灵敏度、气流实时波形和P-V-环的监测显示等等，流量传感器性能的好坏直接影响到呼吸机参数的准确性和可靠性。 2 流量传感器的原理和应用目前呼吸机的种类和型号很多，采用的流量传感器也各不相同，主要有热丝式、晶体热膜式、超声式、压力感应式、压差式。 2.1 热丝式流量传感器：基本原理是将一根细的金属丝（在不同的温度下金属丝的电阻不同）放在被测气流中,通过电流加热金属丝,使其温度高于流体的温度,

当被测气体流过热丝时，将带走热丝的一部分热量,使热丝温度下降，热丝在气体中的散热量与流速有关，散热量导致热丝温度变化而引起电阻变化，流速信号即转变成电信号，经适当的信号变换和处理后测量出气体流量的大小。测量原理图如图1：图1：热丝式流量传感器原理图在图1中,放置于测量通道中的热丝Rh作为惠斯登电桥的一个桥臂,由运算放大器A1差分放大电桥输出的电压信号;运算放大器A2提供三极管T工作所需要的偏置电压,并使A1 输出信号能够叠加在三极管T的偏置电位上,并被T放大给电桥供电。由电桥电路,A1 ,A2 和三极管构成的反馈回路,能够使热线工作于恒温状态下。在接通电源瞬间,热线电阻很快电流加热,并且,其阻值随即升高,使电桥很快达到平衡状态。当流体流过流量计时,由于热交换的原因,热丝的温度、阻抗将发生变化,使桥路失去平衡,根据输出的反馈电压信号即可以测量出流体的流量。 Drager公司的Savina和Evita系列的呼吸机采用的是热丝式流

三维步态分析在骨科康复等临床医学的应用

步态分析概述

步态分析及常用步态测量方法周长青 2016年01月05日

目录 1 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 (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 (9) 2.4 动力学测量 (9) 2.5 肌电测量 (10) 3 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)

3.3 步态评价（穿鞋的影响） (13) 4 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 (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 (29)

Bertec步态分析测力跑台

内部技术培训资料-----------Bertec步态分析测力跑台（销售部使用）版本:初级版状态:受控编制:技术部审核:赵伟批准:李国涛维拓启创（北京）信息技术有限公司 2017年6月7日

编辑说明本资料主要以基础普及为主，属于行业专业知识培训资料，目的是使销售人员在短时间内了解运动医学领域的专业知识、现状及发展前景。掌握-Bertec 步态分析测力跑台的基本理论体系、适用范围、产品特点。便于迅速进入角色，展开工作。此资料适用于营销人员、市场部、销售部及其他岗位人员，入职培训使用，因时间仓促，不足之处敬请谅解指正，我们会在下次修订过程中给予完善。本资料只供内部使用，因涉及公司技术及商业秘密，故不得将其原件或复印件对外泄露。编者：技术部赵伟

目录第一章三维步态分析的研究与应用 (4) 1.步态分析主要应用领域： (4) 2.临床步态分析的目的 (5) 3.步态定量分析的方法 (5) 3.1运动学分析 (5) 3.2 动力学检测的效率提高 (5) 3.3 时空参数分析的实时性提高 (6) 3.4 动态肌电图的应用发展 (6) 3.5 氧价分析 (7) 4 正常步态模式 (7) 5.异常病理步态（以中枢神经受损为例） (7) 5.1 中枢神经受损 (7) 5.2 临床步态分析在诊疗方向的应用 (8) 第二章平板和跑台在步态分析中的比较 (9) 1.测力平板的局限性 (9) 2.测力跑台 (9) 3.测力跑台的优势 (10) 4.测力跑台的局限性 (10) 第三章同类测力跑台的比较（Bertec Vs AMTI） (11) 1.Bertec FIT简介 (11) 2.Bertec FIT 与AMTI（前后双带）的具体参数比较 (12) a）精度： (12) b）动态响应： (12) c）跑带运动的影响： (12) d）单跑带与分离跑带： (12) e）左右分离跑带与前后分离跑带： (12) f）皮带的控制： (12) g）倾斜： (13) h）可选附件： (13) 第四章Bertec测力跑台安装指南 (15) 1.基本注意事项和建议 (15) 2. 安装位置准备工作 (15) 3．系统布局 (16) 4. 电源要求 (16) 5.基本尺寸 (17) 6.施工简图 (18) 7.小结 (19)

三维动作捕捉分析系统

三维动作捕捉分析系统美国魔神公司是全球最大的以光学动作捕捉系统为基础的高性能电脑生产商，专业为用户提供3D光学动作捕捉系统。 Motion Analysis 为行业用户提供首选的动作捕捉系统。实时功能使用户可以在同一时间观察到目标某个细微动作。强大的功能、简单的安装、方便的操作和精准的测量使得 Motion Analysis 公司数字捕捉镜头成为动作捕捉的标准配置。系统精度高达0.1mm，并且无线，不放光、不发热、无辐射、耐压、耐磨、中/英文操作界面。它可以进行最精确的运动捕捉，六自由度测量，微动测量，三维平台运动测量。Raptor系

列已突破了技术难关，成为了全球唯一可在室内、室外及日光直射条件下使用的系统。成熟的Motion Analysis数字影像捕捉分析系统已经为全球近千用户提供了完善的解决方案，涉及运动分析、动画制作和工业测量与控制等广泛领域。应用领域 ●步态分析 Motion Analysis数字影像捕捉分析系统在步态分析上的应用体现了技术发展的最高水平，病人走动时，系统可以实时地进行数据采集、分析并以三维动画的形式进行展示。同时，Motion Analysis系统还可以与测力台、表面肌电等输出模拟信号的设备进行同步。结合OrthoTrak、SIMM等软件，可以同时对受试者的步态、肌肉长度、表面肌电、受力等数据进行分析。 ●运动分析和运动医学 Motion Analysis能够给用户在许多方面提供准确的分析或者评估。如：提高运动成绩、预防损伤、状态恢复、运动装备/康复治疗装备等。基于Motion Analysis提供的准确数据，教练、队员、队医、康复师能更加有效地制定训练计划、治疗方法和康复原则。 ●理疗康复 Motion Analysis系统可以提供一个没有任何约束也无限制的动作采集环境。无论在脊柱紊乱还是功能评定方面，Motion Analysis系统都可为用户提供迅速简洁的解决方案。 ●假肢与矫形 ●神经系统 ●产品设计与开发 ●医疗机器人技术 ●虚拟现实 ●人工智能、模式识别 ●人机工效学 ●电影艺术电影制作者是使用Motion Analysis系统的先驱，大量特技采用Motion Analysis系统进行采集制作。全球80％的动画、游戏制作工作室都选用Motion Analysis系统。美国影城-好莱坞已经建立了一个基于Motion Analysis系统并且有16镜头的工作室。部分影片：《猩球崛起》、《阿凡达》、《魔戒》、《黑客帝国》、《我，机器人》、《最终幻想》

步态分析的临床应用

步态分析的临床应用摘要：步行是人类最基本的运动，也是最复杂的运动之一，涉及足、踝、膝、髋、臀、躯干、肩、颈的肌肉和关节的协同运动。Abstract:Walk is the basic active of people and it is one of the most complicate actives,it include foot,ankle,Knee,hip,body,shoulder and neck' s muscle and joint 's active.步态分析是生物力学的特殊分支，是对人体行走时的肢体和关节活动进行运动学观察和运动力学分析，提供一系列时间、几何、力学等参数值和曲线。Gait analysis is a special branch of biomechanics. It is a kinematic observation and kinetic analysis of the limbs and joints of the humanb ody when walking. It provides a series of time, geometry and mechanics parameters and curves. 步态分析旨在通过生物力学和运动学手段，揭示步态异常的关键环节及影响因素，有助于机制研究、临床诊断，也可以指导治疗和疗效评估及康复评估等。Gait analysis aims to reveal the key links and influencing factors of gait abnormalities through biomechanics and kinematics, which is helpful for mechanism research, clinical diagnosis, treatment and efficacy evaluation and rehabilitation evaluation. KeyWords:Walk,Gait analysis. 关键词：步行，步态分析。 1 基本理论 1.1 正常步态所谓正常步态，是指当一个健康成人用自我感觉最自然、最舒坦的姿态行进时的步态，它具有 3 个特点：身体平稳、步长适当、耗能最少。正常步态应该是髋关节、膝关节、踝关节的灵活运动，身体良好的平衡能力以及头、躯干、四肢协调、流畅的配合运动。有学者[1] 认为，正常步态的必须条件是 : （1）支撑期良好的稳定性。（2）摆动期足部放松。（3）足够的步长。（ 4）膝关节在支撑期吸收震荡并且蓄积能量，在摆动期带动小腿和足部运动。一个完整的步态周期中，在承重期，伸髋肌和伸膝肌联合踝背伸共同运动，在支撑相中期的较早阶段，腓肠肌活动取代胫骨前部肌群的活动，大腿仅受股四头肌的控制，同时伸髋肌活动终止，到支撑相末期，只有跖屈肌来稳定髋、膝、踝关节，在摆动相早期，髋、膝、踝关节的屈曲功能被激活，在摆动相中期，只需要髋关节与踝关节的屈曲肌群活动，在摆动相末期，髋、膝关节变成由伸肌控制，同时踝关节继续受背伸肌控制，到此完成一个完整的步态周期[2] 。 1.2 病理性步态影响患者正常行走能力的机制主要有 5 种：畸形、肌肉无力、感觉丧失、疼痛和运动控制受损[2]。临床上常见的异常步态有：短腿步态、关节挛缩或强直步态、蹒跚步态或关节不稳步态、疼痛步态、偏瘫步态、足下垂、内翻步态、膝反张步态、划圈步态、剪刀步态、肌无力步态、共济失调步态、前冲步态或慌张步态、截瘫步态等。有些典型异常步态，对某些特定疾病具有提示意义。对一些不典型步态，则必须作细致检查，从肌肉工作情况以及骨关节的形态和功能的角度去评估。对病理性步态的分析既能为临床诊断提供依据，也能对正在接受康复治疗的患者进行疗效的评估。 1.3 步态分析方法步态分析的方法有定性和定量两种，定性法即目测分析法，医生通过目测观察患者的行走过程，凭借其丰富的临床经验得出初步分析结论 ; 定量法即仪器分析法，定量分析包括运动学分析、动力学分析、时空参数的分析、动态肌电图等。目前最先进的方法是采用步态分析系

BTS三维运动分析系统及EMG在临床及运动训练中的应用前景展望

BTS三维运动分析系统及无线表面肌电测试系统（EMG）在国内临床及体育科研中的应用前景展望前言：结合本人三年的临床工作经验及相关领域的了解，三维运动分析系统及EMG在国内临床及体育科研中的具体应用尚属于空白，或者说半空白状态，国内起步晚，目前有在使用的医疗机构或科研单位少之又少，而在发达的欧美国家，起步于80年代，目前仪器及应用技术已相对成熟，近年来随着我国医疗水平及运动训练水平的不断提高，也急需有操作简单，使用方便快捷，客观精确的动态分析仪器及多数据同时处理的软件系统来辅助医生及科研人员进行更客观精确的临床诊断治疗和体育科研活动，以提高医疗技术水平及科学运动训练水平，促进康复，功能评定的发展及提高运动成绩，减少运动损伤等。目前国内越来越多的医疗机构和科研单位正逐步开始使用三维运动分析系统及EMG系统，所以国内市场潜力及前景一片大好。但前提是一定要把该产品的核心特点及实用的具体功能充分挖掘出来，并结合临床和体育科研的实际需求，找到一个好的结合点，让使用者简单方便的把产品的实际功能服务于具体的临床及科研活动，例如定量评定人体颅脑损伤、中枢和周围神经系统损伤及骨关节病损的患者，制定康复治疗、训练计划、评定康复疗效、定做支具和矫形器，运动损伤监测，运动能力提高等提供客观依据。最终实现医院患者公司三方共赢。

主要内容：一、产品组成、原理、特点、亮点、适用领域二、三维步态分析系统及EMG简介三、临床及体育科研应用四、应用举例五、模块建设六、未来展望一、产品组成、原理、特点、亮点、适用领域（一）产品组成及原理主要硬件部分：三维步态分析仪、测力平板、无线表面肌电仪（EMG）、工作站等主要软件部分：采集及分析软件等 1、高清红外摄像头：适用于任何形式的动作并进行精确分析。 2、步行平台：整合测力平台，方便测量。 3、测力平台：两个多轴测力平台可以测量地面反作用力，中心压力（COP）坐标及扭矩。并结合步态分析，计算关节间受力时间及大小。 4、视频录象：两个视频采集器，可从不同角度实现实时步态显示。 5、显示屏：60寸大离子显示器，可监视所有收集到的各种信号。 6、无线EMG信号采集器：8个小巧，有无线WIFI技术的EMG信号采集器，结合三维步态分析系统使用，实现肌电信号和步态数据同

临床步态分析

临床步态分析（Clinical Gait Analysis） ——基础与临床孟殿怀 *偏瘫的治疗： 1、并发症及伴发症的治疗 2、运动功能——肌力肌张力 ROM 平衡协调体位转换站立与步行运动功能训练的终点目标 3、作业功能 4、感觉 5、认知 6、言语 7、吞咽 8、家居环境改造正确站姿：纵向——要感觉头顶有根绳子拉紧，整个身体向上挺拔；横向——两肩打开，不要缩成一团。步态：例1——保护性跛行：患侧足刚一点地则健足就赶快起步前移；触地时间：健足长、患足短患腿迈步小、健腿跨步大患腿负重小、健腿负重大可能存在的问题：关节不稳定——关节稳定的因素：骨性结构基础韧带与关节囊静态因素肌肉动态因素 *单腿支撑时稳定主要靠静态因素维持，步行虽然是动态稳定，但只要步行速度够慢，稳定性还是可以得到保证，因此关节不稳不是保护性步行的可能原因。肌无力——每个关节都有抗重力肌及其优势运动方向，如果抗重力肌无力，则关节往往固定在非优势方向，形成特殊的步态，因此也不是。疼痛——最常见的原因感觉障碍——往往是步态不稳，表现为深一脚浅一脚，因此也不是。*所有单侧下肢有问题的患者，步态都表现为患腿支撑时间短而健腿支撑时间长，因此这不是特征性的表现，还要结合临床考虑。例2——高跟鞋步态鞋跟越高，重心面越小，稳定性越差；足的形态会有改变；向前迈步时，除了髂腰肌、股四头肌等内力的作用，还需要外力，即小腿三头肌的蹬地，地面的相反的推动力，此时小腿三头肌进行等长收缩。跖屈时其初始长度缩短，不利于蓄能，易疲劳，且会得到强化，长时间后横截面积会

增加，出现肌肥大；长时间短缩可能出现跟腱的缩短；可出现踝关节及足的韧带的前后力量不均衡 *影响肌力的因素：肌肉的初始长度——最适初长度是其静息状态的1.2倍。肌纤维的募集肌肉的横截面积肌肉的长轴与离得方向杠杆一、步态分析的基本概念步行的基本概念：从某一地安全、有效地移动到另一地方。步态：行走时的人体姿态，是人体结构与功能、运动调节系统、行为及心理活动在行走时的外在表现。步态分析：利用力学的概念和已经掌握的解剖、生理学知识对人体的行走功能状态进行对比分析的一种生物力学研究方法。步态分析方法：定性分析——目测，由医务人员通过目测观察，作大体分析。定量分析——足印法电子角度计测定法三维步态分析作用：判断功能状态辅助制定治疗方案判断治疗效果预测功能转归辅助疾病机理的研究功能分级的标准 *有很多患者，尤其是老年患者，其腰背痛的原因可能是姿势不当造成的，比如脊柱侧弯或长短腿，导致重心的偏移，双侧肌力不均衡。二、步态分析基础 1、生物力学：力的作用杆杆原理功与功率关节自由度 2、解剖学：下肢主要骨 *肩外展：由冈上肌发动（运动的前30°），由三角肌发力（30°以后）。肌肉：髋肌——前群髂腰肌—止于小转子，屈曲外旋髋关节后群臀大肌—主要后伸髋关节，部分外旋外展髋关节，下部纤维紧张髂胫束臀中肌—止于大转子外上，外展髋关节。臀中肌在步行时最主要的作用是反向作用，在单腿支撑相时，保证重心落在支撑侧足的内侧，避免躯干过度屈曲。若臀中肌无力则出现“鸭步”。大腿肌—前群股四头肌—股直肌跨髋关节，可以伸膝屈髋，其余三头作用均为伸膝。*股内侧肌在0~30°起作用，股外侧肌在30~90°时起作用，超过90°主要是股直肌，股中间肌全程均有作用，但较弱。因此膝

OrthoTrak步态分析软件

OrthoTrak步态分析软件 OrthoTrak步态分析软件是一套集测量、评估和数据库管理为一身的自动化三维临床步态分析软件。OrthoTrak 步态分析软件将运动学、动力数据与表面肌电、测力台数据整合在一起。临床医生通过步态报告能很容易的记录病人的物理测量数据；而且还能迅速地将技术性数据编译成简单的易读的图表和表格。OrthoTrak将上肢测量数据（头，躯干，臂和肩的运动学数据）与下肢的运动学和动力学数据结合分析，在这个方面OrthoTrak步态分析软件是独一无二的。一旦OrthoTrak从Motion Analysis动作捕捉系统接收到3D坐标后，诸如marker掉落，背景干扰，手动数据化等问题都迎刃而解。OrthoTrak为用户提供了稳定的坐标数据，精确的临床测量数据和经准的动力学运动学整合数据。OrthoTrak 是一款完整的、功能强大的、实用的且便于使用的步态分析软件系统。对于需要评估临床步态类型的医生，OrthoTrak的步态分析软件的主菜单能帮助他们迅速的对数据类型作出判断。OrthoTrak的操作窗口基于主菜单的选择，它提供了一系列简单且实用的工具：用户可以从数据库中读取文件，可以选择一个或多个试验环境，也可以决定输出报告的运动学动力学数据的类型和数量。所有分析功能的图表和文本演示报告都可以自定义，以满足用户的需要。 OrthoTrak 步态分析软件由特拉华州立大学的Chet Tylkowski, Sam Augsburger, Jim Richards博士；特拉华为威明顿儿童医院的Alfred I. duPont共同开发完成。特性 1、关节曲伸、内收外展、旋内旋外数据完整报告 2、基于身体中心/实验室坐标系统的关节运动/力图表演示 3、上下肢运动学的完整报告，包括：倾斜,旋转侧倾,内收外展,倾斜度等。 4、各种数据报告输出，比如速度，节奏，支撑时间等 5、包含棍图的运动学数据可以与测力台动力学数据和表面肌电信号图表一通输出/预览。 6、总体均值可以应用到个体的多次试验或者规范人群的群体中。 7、左右脚步态数据，细化至：脚跟，脚尖和足中 8、可以与8块测力台和64通道的模拟信号协同工作