本方案通过一种新近引入的基于地面的光电细胞系统，用于评估神经科/骨科患者及老年人的空间和时间步态参数。
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本文内容
摘要
摘要
人类行走的空间和时间特征经常被用于识别可能的步态障碍，主要应用于骨科和神经科患者1-4，也适用于健康的老年人5,6。本方案中描述的定量步态分析采用一种 recently-introduced 光电系统（见 材料表），该系统具有在临床环境中应用的潜力，因其具有便携性、易于设置（测试前无需受试者准备）且无需维护和传感器校准。该光电系统由一系列高密度地面式光电细胞组成，每个细胞包含发光和受光二极管，彼此平行排列形成一条走廊，并垂直于行进方向7。系统通过检测光信号的中断（例如由于足部进入记录区域）来工作。随后计算步态的时间参数以及连续步态的一维空间坐标，以提供常见的步态参数，如步长、单肢支撑时间和行走速度8，这些参数与标准仪器相比的有效性最近已得到验证7,9。测量过程非常简便；单个患者测试可在5分钟内完成 ，并在不到1分钟内 生成一份全面的报告。
引言
行走是日常生活中最重要的体力活动之一，对于可能出现步态衰退的老年群体和患者群体而言，行走能力是决定其生活质量的主要因素。因此，对步态功能进行临床评估至关重要，不仅有助于揭示由衰老和/或神经/骨科病理所引起的功能改变，还可用于验证治疗措施的功能性效果。目前已开发出多种仪器用于步态参数的定量评估， 例如测力台、基于视频的三维运动分析、可穿戴加速度计10,11以及配备传感器的行走垫或跑步机12然而，这些系统主要用于研究而非临床目的，因为它们操作复杂、可及性低且传感器脆弱。
一种基于地面的光电系统 recently 被引入，能够有效计算行走步态的时间特征和一维空间坐标。与先前存在的系统相比，该测量仪器具有多项优势：操作简便、数据采集迅速、易于生成详细报告，并且为模块化设计，可根据需要调整系统长度。因此，该系统可可靠地用于纵向评估中组内变化以及横断面比较中组间差异的测量。本方案的目标是聚焦于设备及其安装过程，并客观、简洁地描述用于评估老年人群及患者群体步态时空参数的测试流程。
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方案
该方案遵循苏黎世当地人类伦理委员会（KEK Zurich）的指导原则。
1. 硬件安装（图1）
- 使用两组长度为10米的地面固定栏杆，将其相互平行放置（并与行进方向平行），使两组栏杆之间的间距约为1米，形成一条走廊。
注意：此距离可延长至8 m。每根横杆长1 m，包含96个发光二极管。 - 安装条带时，根据行进方向，将透光单元（T）置于右侧，受光单元（R）置于左侧，以区分透光（T）和受光（R）单元。
注意：第一个计量段（T 和 R）带有银色滚筒。其余 9 m 上布置的 T 和 R 段均相同且可互换。 - 将每行的所有横杆用接头（无线）连接。使用2个电源：每个横杆组（T和R）各用一个。
- 使用USB线缆将第一个R bar连接到笔记本电脑。
- 将相机置于第一个横杆旁边，用于离线验证（例如，起始脚），并使用 USB 线将其连接到笔记本电脑。
- 在轨道起点前2米和终点后2米处做标记。
- 使用第一个R和T条的开关打开光电设备。
- 检查所有 R 条上的控制 LED 是否均为绿色。
注意：如果控制指示灯均为绿色，则系统已正确放置，可开始测试；但如果一个或多个控制指示灯为红色，则表示系统未正确放置和/或未正确连接。请检查所有盖帽是否已完全卡入到位，然后将系统关闭并重新启动。
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结果
最近一项研究证实了光电系统在评估骨科患者和健康老年对照者时空步态参数方面相对于标准仪器（经过验证的电子步道）的有效性7。两种系统检测到的组间步态变量差异一致。尽管两种测量仪器之间的一致性效度极佳，组内相关系数介于0.933至0.999之间（p < 0.001），但仍观察到存在系统性偏差（p < 0.001）。与电子步道相比，光电系统测得的支撑相时间和步态周期时间显著更长，而摆动相时间和步长则更短。同样，光电系统测得的行走速度和步频略低（低1-2%），差异具有统计学意义。
一项代表性报告中的数据如图4所示。该报告展示了一次以正常速度进行的步行试验结果，共包含12步（左侧6步，右侧6步）。本试验的时空步态参数以均值±标准差（SD）及变异系数（CV）的形式分别呈现左侧和右侧数据。此外，还列出了左右两侧之间的百分比差异（Diff.）。左侧和右侧的数据分别以紫色和青绿色表示。最常见的步态参数，如步长、支撑相、摆动相、单腿支撑相、步时、步频和速度，均在实际试验过程中实时（在线）计算并显示在屏幕上（图3
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讨论
本文介绍的方案可用于评估患者（骨科、神经科、心肺科等）及健康老年人使用一种新近推出的光电系统测量步态的空间和时间参数。该系统的总长度和宽度可根据可用空间和预算进行调节。在欧洲，每米的预计成本约为2,800美元（10米系统） 系统，且推荐的最小长度为3米 用于基于地面的步态分析。该光电系统最近还引入了一项新功能，即在T型和R型杆的基础上增加两条垂直设置的附加杆，从而封闭走廊形成网格状结构，可实现二维落足模式的计算。此外，即使需要进一步验证，也可仅使用前两米的杆进行基于跑步机的步态分析。
在开始测量之前，必须确认所有光栅条均已正确连接；每个光电条上均设有红/绿控制指示灯，便于检查连接状态。另一步骤是确定起始足，每次测试开始时均需选择起始足。若选择错误，可在任何时候进行离线修改（打开相应的测试，选择步态报告，然后更改足部），也可在视频上核对起始足（及其他任何疑问）后进行修改。
该方案的主要局限性在于采用了自选步速（正常步速及快于正常步速），因为所有时空步态参数均显著受行走速度的影响。1.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Optogait 系统（10 米） | Microgate，意大利博尔扎诺 | www.optogait.com | |
| Optogait 软件 | www.optogait.com/Support/Downloads | ||
| 笔记本电脑 | |||
| Optogait 系统包含以下设备： | |||
| 10 根光发射（T）杆（其中 1 根为第一米） | |||
| 10 根光接收（R）杆（其中 1 根为第一米） | |||
| 18 个用于连接每组杆的帽盖（T 杆和 R 杆各需 9 个），以及 2 个用于最后一根 T 杆和 R 杆的特殊帽盖 | |||
| 1 台带三脚架的摄像机 | |||
| 1 根用于连接 Optogait 与笔记本电脑的电缆 | |||
| 1 根用于连接摄像机与笔记本电脑的电缆 | |||
| 2 个电源适配器（每组杆各一个） |
参考文献
- Chow, J. W., Yablon, S. A., Horn, T. S., Stokic, D. S. Temporospatial characteristics of gait in patients with lower limb muscle hypertonia after traumatic brain injury. Brain. Inj. 24, 1575-1584 (2010).
- Esser, P., Dawes, H., Collett, J., Feltham, M. G., Howells, K.
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