2014/11/15
1
P&O 视频步态分析 技术
北京社会管理职业学院假肢矫形康复系
北京瑞哈国际假肢矫形器贸易有限公司
周大伟
2012年 2月 14日
一、步态分析的意义
? 人体正常步态的分析是系统的矫正异常步态的基础 。
2
? 步态是指 人体步行时的姿态 ，人体通过 髋、膝、踝、足
趾 的一系列连续活动 , 使身体沿着 一定方向移动的过程 。
正常步态具有 稳定性 、 周期性 、 节律性 、 方向性 、 协调
性 以及 个体差异性 。
? 帮助医生诊断病情 、 观察患者的康复状况 、 指导病人行走训练 ,
并且能推广到体育和机器人等领域的应用和研究中。
3
一、步态 分析的意义 临床步态观察 要点
步态内容 观察要点
步行周期 时相是否合理 左右是否对称 行进是否稳定和流畅
步行节律 节奏是否匀称 速率是否合理 时相是否流畅
疼痛 是否干扰步行 部位 、 性质与程度与步
行障碍的关系
发作时间与步行障碍的关
系
肩 、 臂 塌陷或抬高 前后退缩 各关节活动过度或不足
躯干 前屈或侧屈 扭转 摆动过度或不足
骨盆 前 、 后倾斜 左 、 右抬高 旋转或扭转
膝关节 摆动相是否可屈曲 支撑相是否可伸直 关节是否稳定
踝关节 摆动相是否可背屈和蹠
屈
是否足下垂 、 足内翻 、
或足外翻
关节是否稳定
足 是否为足跟着地 是否为足趾离地 是否稳定
足接触面 足是否全部着地 两足间距是否合理 是否稳定
一）传统步态周期
二、步态周期的划分
二） RLA步态周期
以肢体运动形态为基础进行步态周期的划分。时间点的
选择主要是按照脚与地面的关系进行命名。
步行中力的承载和传递变化特征为基础的步态周期划分。
二、步态周期的划分
传
统
步
态
周
期
2014/11/15
2
二、步态周期的划分
0-10% 10-30% 30-50% 50-62%
62-75% 75-85% 85-100%
0%
RL
A
步
态
周
期
8
? 足支撑人体向前行走有三个功能性滚动 :
? (1)足跟滚动 ,
? (2)踝关节滚动 ,
? (3)前足滚动 .
3.1.1RLA八分法的特点
? （ 1） 观察内容 ：包括了 47种常见的异常步态表现。
检查者可以根据每一个关节或部位在步行周期中表现
对照表 中提示的内容逐一分析，发现患者在步行中存
在何种表现以及出现异常的时相。
? （ 2） 观察顺序 ：由 远端到近端，即从骨盆及躯干、
观察开始，依次评定髋关节、膝关节、足、踝关节， ；
先观察矢状面，再从冠状面观察患者的行走特征；在
观察一个具体关节或部位时，应将首次着地作为评定
的起点，按照步行周期发生的顺序进行仔细观察。
10
? Initial contact 初始触地 .
1. 髋关节 屈曲 ,
2. 膝关节伸直 ,
3. 踝关节由背屈位向中立位
运动 .
1. 足跟与地面接触 .
2. 阴影腿为参照腿 .
3. 另一只腿处在站立末期 .
4. 标志点： 支撑足的任一部分
与地面接触的一瞬间
0%
11
? Loading response 支撑反应期 .
1. 体重转移到前侧腿（阴影所
示）
2. 使用足跟滚动 ,
1. 膝关节屈曲吸收地面冲击
力 .
2. 足跟滚动踝关节跖屈至前
足着地
3. 对侧腿处于预摆动期 .
4. 标志点： 对侧下肢离开地面
0-10%
12
? Midstance站立中期 .
1. 第一次单腿支撑，支撑腿围
绕固定足的踝关节向滚动
1. 踝关节背屈（踝关节滚
动）
2. 膝和髋关节伸展 .
2. 对侧腿处于摆动中期
3. 标志点：对侧摆动腿与支撑
腿交叉
10-30%
2014/11/15
3
13
? Terminal stance 站立末期 .
1. 双支撑期的第二次支撑，支
撑腿足跟抬高围绕前足向前
滚动 .
1. 膝关节由伸直状态逐渐
屈曲
2. 随后髋关节伸展角度逐
渐增加 .
2. 另外一侧腿处于摆动末期 .
3. 特征 点：足跟抬离地面
30-50%
14
? Preswing 预摆动期 .
1. 另外一条腿与地面接触开
始结束站立双支撑期 . 参
照腿（阴影所示）反应如
下：
1. 踝关节跖屈角度增加
2. 膝关节屈曲角度增大 ,
3. 髋关节伸展角度减小 .
2. 对侧腿处于支撑反应期 .
3. 特征点：足抬离地面
50-62%
15
? Initial swing 初始摆动 .
1. 足抬高 肢体向前运动
1. 髋关节屈曲角度增大
2. 膝关节屈曲角度增大
3. 踝关节仅仅轻微背屈 .
2. 另外一侧腿处于站立中期早期 .
3. 特征点：摆动腿与支撑腿交叉
62-75%
16
? Mid swing 摆动中期 .
1. 肢体向前摆动，通过以下运动
使人体重心线向前
1. 髋关节的屈曲 .
2. 膝关节受到重力向前伸展
3. 踝关节继续背屈向中立位
运动 .
2. 另外一侧腿处于站立中期的末
期 .
3. 标志点： 胫骨与地面垂直
75-85%
17
? Terminal Swing摆动末期 .
? 肢体向前完成以下运动
?膝关节伸展 。
?髋关节保持早期的屈曲 ,
?踝关节保持背屈向中立位运
动 .
? 另外一侧腿站立末期 .
? 特征点：足触地
85-100%
步行周期
关 节 运 动 角 度
骨 盆 髋关节 膝关节 踝关节
首次着地 5°旋前 30°屈曲 0° 0°
承重反应 5°旋前 30°屈曲 0°～ 15°屈曲 0°～ 15°跖屈
站立中期 中立位 30°屈曲～ 0° 15°～ 5°屈曲 15°跖屈～ 10°背屈
足跟离地 5°旋后 0°～ 10°过度屈曲 5°屈曲 10°背屈～ 0°
足趾离地 5°旋后 10°过度伸展～ 0° 5°～ 35°屈曲 0°～ 20°跖屈
摆动初期 5°旋后 0°～ 20°屈曲 35°～ 60°屈曲 20°～ 10°跖屈
摆动中期 中立位 20°～ 30°屈曲 60°～ 30°屈曲 10°跖屈～ 0°
摆动末期 5°旋前 30°屈曲 30°屈曲～ 0° 0°
正常步行周期中骨盆和下肢各关节的角度变化
2014/11/15
4
1. 矢状面运动
骨盆
髋关节
膝关节
踝关节
关节运动学 —— 水平面运动
一 )、 分析的作用：
① 微观 效果的观察？（例如假脚触地的瞬间 ，
足 跟吸收能量的 变形 ？
② 定性确定异常步态？
③ 定量确定步态数值？
④ 科研论文的需要？
⑤ 患者资料的存档？
⑥ 医疗和工伤鉴定？
四、 P&O步态 分析 思考
二 )、 P&O 行业的现状：
① 设备的配置：湖北、北京、陕西、山西等省假
肢矫形中心已经配置。
② 人员配置： 假肢技师 兼职
③ 技术力量： 了解基本步态知识，大多经验比较
丰富，缺乏科学的表述
④ 预期 效果： 看的太高，没有着眼实际
四、 P&O步态 分析 思考
2014/11/15
5
三、采集 的模式
① 视频 采集
直观 、易操作，价廉。精度（ 1mm）？
② 红外线 采集
精度 （ 0.01mm)， 3D可视。不直观，操作复杂，设备昂贵。
③ 其他 采集方法（不常使用）
磁力线 感应，传感器等
四、 P&O步态分析思考
四）摄像机 的设置
1、我们需要几台摄像机？
一 台？二台？三台？
…… 六台 ……
2、它们放置在什么地方？
前方 ？后方？左侧？后侧 ?
3、是否需要康复跑台？
节约面积
四、 P&O步态分析思考
五）标志 点的设立
A.为什么 要设立标志点？
B. 标志 点设立的范围？
四、 P&O步态分析思考
① 肩峰
② 髂前上棘
③ 髂后上棘
④ 大转子
⑤ 膝关节
⑥ 踝关节
⑦ 第五跖骨底
⑧ 足跟
额状面
矢状面
六）我们 要做什么？
四、 P&O步态分析思考
① 步态周期的定义
② 标志点的 定义
③ 视频观察
④ 距离测量
⑤ 角度测量
⑥ 数据报表
全自动是我们
的追求！
七 ）设备 的扩展
① 足底 压力仪（鞋垫的设计）
② 测 力平台（力的矢量变化）
③ 肌 电测试仪（ EMG）
④ 其他 模拟信号输入
四、 P&O步态分析思考 五、 步态 分析方法
步态分析与评估的方法分为三 类 ： 目测观察法 、
基于 视频图像的 分析 和 仪器 测量法 方法 。 视频分
析方法又有二维和三维之分 。
2014/11/15
6
? 通过目测观察并进行步态分析是最简单易行的方法，
也是临床上通常使用的方法。
5.1目测 观察法
1） ． 观察内容
（ 1）首先是总体观察。注意身体不同部位运动的对称性、协
调性、平稳性和节奏性。
（ 2）观察步幅、步长、步宽和步频。
（ 3）仔细观察身体的各环节的运动，包括头、两肩、上肢、
躯干、骨盆、髋、膝、踝、足的运动情况。
（ 4）观察两肩，注意其下垂、抬高、凹陷、前伸、后缩以及
自由旋转情况。上肢摆动幅度是否正常、增加还是减小，是
否对称。
（ 5）观察躯干是否前倾或后倾，是否向左右倾斜，倾斜的幅
度是否对称。
5.1目测观察法
（ 6）观察上肢摆动是否对称，是否有异常倾斜、升高、下垂、
固定、僵硬等 情况。
（ 7）注意观察骨盆的抬高、下降或固定；是否前倾。
（ 8）观察髋关节时应注意其屈伸、内收外展、旋转运动的情
况。髋关节的环转运动也是一个要观察的重要体征。
（ 9）观察膝关节的伸、屈运动的幅度，及其稳定性。
（ 10）观察踝足的背屈、跖屈活动，内外翻以及内外旋运动
角度；注意蹬地动作是否充分等等。特别注意观察足与地面
的接触方式及摆动姿态。
（ 11）注意是否有疼痛特征。如果有，应注意观察疼痛出现
的时间。
? 观察角度 观察步态时，应当分别从正面、背面以及
侧面观察被检查者的步行情况。检查时，被检查者应
尽量少穿衣服以便于观察其真实表现。
5.1目测观察法
? 正面观察有助于观察躯干和骨盆的偏斜情况。通过正面观察，
也可以检查上肢摆动的情况，上肢运动方向通常与同侧骨盆和
下肢的运动方向相反 。
? 侧面 观察有助于检查脊柱运动（如腰椎过度前凸）和髋关节运
动的情况。侧面观察还可以观察行走中支撑腿的负重反应，支
撑末期是否出现踝关节跖屈，膝关节屈曲和踝关节背屈是否紧
随其后。当摆动腿向迈步中期运动时，髋、膝关节是否伸展。
踝关节是否于首次着地时适当跖屈并在足跟离地前（支撑中期）
背屈。在考虑患者是否存在外展步态时通常采用从背面观察骨
盆内收、外展情况。
? 二维步态分析系统主要由摄像机、专用跑步机、反射荧光球或
自发光彩色球、计算机及相应专业步态分析软件组成。患者在
跑步机上行走，摄像机从背面（或前面）和侧面拍摄患者在跑
步机上行走的视频资料，将其传送到计算机。计算机上的专用
步态分析软件提供各种视频和图像分析工具和界面，供分析者
对记录的步态进行 分析 。
5.2二 维步态分析系统
一） 主要 的定性处理
5.2二维步态分析系统
① 视频 的混频：将两个视频进
行重叠。通过混叠可以在一
个视频中同时观察患者不同
面的运动状态。例如同时观
察大腿假肢患者的截肢侧和
健侧行走状态，因为假肢侧
和健侧腿起始时是重叠在一
起的，在后期运动中如果假
肢有异常状态，那么其余健
侧腿的重叠会慢慢消失，出
现差异。
一） 主要 的定性处理
5.2二维步态分析系统
① 视频 的混频 ：
2014/11/15
7
一） 主要 的定性处理
5.2二维步态分析系统
② 视频的分频：摄像机的拍摄
是根据患者不同的侧面拍摄
若干个视频。视频的分频处
理功能是将这些单独的视频
合成在一个视频中。这样通
过一个视频的观察假肢技师
就可以同时观察到患者正面、
侧面、健肢侧和患侧腿的运
动 状态 。
一） 主要 的定性处理
5.2二维步态分析系统
③ 视频的闪频：所谓的闪频就
是设定一定数值的视频帧数，
在次帧数范围内将每一帧视
频图像进行叠加，这样便于
观察身体的相应运动环节详
细的运动状态
一） 主要 的定性处理
5.2二维步态分析系统
③ 视频的变速、放大、和平移、
旋转功能主要针对单一视频。
在视频慢速、放大播放的前
提下，假肢技师能够观察假
肢运动的细节，更好的评价
假肢的动态对线适配。
一） 主要 的定性处理
5.2二维步态分析系统
④ 视频标志线：在视频中划出
一条或者数条水平线或垂直
线，通过人体运动中于垂直
线的关系，可以大致人体不
同环节的运动状态。例如同
时对比人体两侧下肢摆动期
足跟抬离地面高度，可以在
身体的两侧视频中采用相同
的一条水平线进行判断
二） 主要 的 定 量 处理
5.2二维步态分析系统
① 角度测量工具：由操作者根
据粘贴在人体关节部位的荧
光球确定三个点形成一个角
度，例如通过髋关节点、膝
关节点和踝关节点可以测量
膝关节实时运动角度。
二） 主要 的 定 量 处理
5.2二维步态分析系统
② 尺寸测量工具：测量人体步
行的步宽、步幅以及人体某
个环节运动的幅度需要经常
使用尺寸测量。在进行尺寸
测量之前需要对视频进行尺
寸标定 。
2014/11/15
8
二） 主要 的 定 量 处理
5.2二维步态分析系统
③ 标志点的跟踪：通过粘贴患
者健侧或者患侧相应关节点
的荧光球，软件可以手动确
定任意一个荧光点，随着视
频的播放自动捕捉该荧光球
的运动个轨迹。通过不同肢
体侧相对应的荧光球的运动
轨迹曲线可以比较准确的定
性分析他们的运动差异性。
二） 主要 的 定 量 处理
5.2二维步态分析系统
③ 时间 ： 在任意视频帧中添加秒
表功能。通过秒表计算任意肢
体运动的时间 。
?定量分析部分可以测量步长、步宽等距离参数，
关节角度、身体轴线等角度参数；步态周期等
时间参数。关于步速、更详细的的步态周期时
间比例关系等需要通过已知参数进行手动计算，
例如：步速等于步长除以行走该步长所需的时
间 。
?系统可以 与动态足底压力测量系统进行集成，
进行足底压力测量和分析，显示足底压力中心
在步行中的变化曲线
5.2二维步态分析系统
?视频分析报表
5.2二维步态分析系统 报表
斯泰芬 Pro-vision是 最新一代的智能化实时反馈步态
分析系统。它能自动捕捉、识别不同颜色的 LED发光球，
通过球体实时计算人体不同节段运动角度。数据以实时
曲线显示并保存。广泛应用于步态分析系统，脊柱分析，
自行车适配和假肢、矫形器适配。
5.3二维快速诊断步态分析系统 5.3二维快速诊断步态分析系统
2014/11/15
9
1. 调整摄像机的方位（视野 FOV）
2. 调整摄像机的镜头（焦距、光圈，清晰度）
3. 步态分析软件采集视频
4. 视频分析
5. 数据报表
设备的使用流程： 数据报表的形式
图片配合数据
在八个 RLA时间节点上给出图片和数据
特殊时间节点需要自己进行添加
图片配合运动曲线
系统自动计算一个步态周期内参考腿的
运动曲线数据，并附加正常人体运动曲
线作为对比
诊断分析需要技师自行判断并做出诊断。
三维 步态分析系统通常由三维运动分析系统、
三维测力系统和动态肌电图三个子系统构成。
三个子系统既可以独立完成各自的测量与分析
任务，又可以在同一个平台上同时工作，完成
包括运动学、动力学和肌电图三个方面内容的
全面的步态分析。
5.4三维步态分系统
?运动分析 系统
5.4三维步态分系统
由高速红外摄影仪和相
应的运动捕捉及分析软件
组成。测量时，将小的红
外反光器粘贴在人体表面，
用 200Hz频率以上的高速
红外摄影机实时记录步行
时反光器在三维空间中的
运动轨迹，再用专用的分
析软件进行计算，便可以
实时地得到人体的运动规
律
?测力系统
5.4三维步态分系统
由 三维测力平台和相应的软件
构成。正方形的三维测力平台的四
个角各有三个力传感器，分别对 x、
y、 z轴三个方向上力敏感 。
每个 角都可以测量三维力，四个
角的三维力进行合成计算，可以得
到总的三维合力的大小、方向和作
用点的 位置。 作用点也常称作为压
力中心。同时还可以计算出绕各轴
的转矩
?表面肌电
5.4三维步态分系统
测量 时将表面电极粘贴在被测试肌肉特定位置
的皮肤上，提取肌 电信号。 肌电信号经放大后传输
给计算机用相应软件进行处理，得到肌肉活动图。
表面肌电测量分有线和无线两种方法。
2014/11/15
10
?三维步态分析系统是一套完整的人体步态分
析系统。能够获得精确的人体运动轨迹。结
合测力平台可以综合评价人体肢体运动规律
和地面反力对人体关节的效应。是一种全量
化设备。但设备操作过于复杂，对操作人员
素质要求较高，分析结果多以曲线表示，直
观性和可视性较差。
二 维与三维分析比较
?二维视频步态分析系统一般采用普通摄像机或
者高速工业相机，捕捉患者的步态视频。通过
对患者的视频进行一些优化预处理，例如视频
的叠加、分频、闪频、轨迹跟踪或者将视频分
割成图片的模式进行假肢步态差异性分析。
?二维视频步态分析系统测量数据精度远低于三
维步态分析系统，但是其可视性非常强，通过
肉眼观察视频基本可以获得患者步态分差异。
这对经过专业培训的假肢技师非常有效。它也
可以通过扩充接驳测力平台或者足底压力板，
针对患者的动力学进行一定的测量
二 维与三维分析比较
位置和角度传感器 GaitWatch
仪器测量
无线人体传感器技术 ,结合虚拟
现实的步态分析软件 ,能够方便
的记录患者的各种步态运动学
参数 .无需借助任何外部摄像头 ,
轻松实现人体运动学参数记录 ,
使您的步态分析不再受到空间
环境的限制 .
谢谢！
|
|
