步态分析系统的原理构成与操作程序

从运动学的观点来看，人体是由多种物态组成的各个节段，其间通过关节链接而形成一个完成的体系。为便于对人体运动姿态进行定量分析，而把它抽象化为一个多链节刚体系统（system of rigid multisegments）。根据这一模型理论，只要测出各关节角度、节段尺寸及重心随运动过程在空间的变化，就能用参数、曲线大致确定人体空间运动的姿态。步态分析就是根据这一原理设计的。

当前步态分析系统有以下几部分构成：①分布在不同位置的红外高速摄像机和受试者关节部位的反光标记点，此部分用以测量人体运动时的空间位置变化；②测力台测出行走时地面反作用力的变化；③其他外接设备如肌电图仪等；④调控以上3组装置同步运行并对其进行分析处理的工作站、集成设备、计算机和相关软件系统（图3-6-1）。

图3-6-1　步态分析系统
A.红外高速摄像机；B.测力台；C.其他外接设备；D.计算机和软件系统

贴记于人体表面的反光标记点可以反射红外摄像机发出的红外线，同时摄像机可以通过摄取反射光来测量标记点的空间位置；测力台将足踏地面的三维力和力矩测量下来，并给予放大；这些模拟信号在步态分析系统主机内转变为数字信号，送入计算机并用特定的软件进行处理。测试前根据实验需要先确立各台摄像机的位置，并对既定的空间位置建立空间坐标系；第2步实际采样；第3步光点归类与贴记；第4步对步态周期进行标记分期；第5步软件分析并显示测量结果。

步态分析实验室需要一定的空间，步行距离在6～15m。测量要求至少有3个步长长度，步速恒定并包含3个以上相对稳定的步态周期。在步态分析实验室中测量时，要求受试对象穿着紧身衣，若需要对其他动作进行测量，如上下楼梯、上下坡，则通常在实验室里配备模拟设备。如模拟上下楼梯或上下坡，则要求楼梯和斜坡的倾斜角度相对固定，台阶一般为3层，台阶的宽度和高度为22cm和26cm。若对体育特定动作进行采集，不但需要相应的体育器材，还需要较大的活动空间，甚至有时需要使用可移动的摄像头到体育场馆进行数据采集。

关节中心的定位对于力臂的测量非常重要。膝关节中心在屈曲过程中向后移位，因此很难准确定位膝关节中心，通常将胫骨股骨结合处作为关节中心。为排除体重和身高对力矩的影响，有时将力矩标准化。行走速度的变化也会对力矩的大小有一定影响，因此测量时应尽量使患者步速保持匀速状态。但是，若行走速度为非自然速度时，其步幅、步频、力矩会有所改变，不能反映正常行走的功能学改变情况，因此，一般测量受试者的自主步态。