徐宏文; 李敬春; 荀福兴; 于凌佳; 黎艺强; 雍碧城

doi:10.3760/cma.j.issn.0253-3006.2016.01.005

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• 骨科专题 •

步态分析法评价发育性髋关节脱位手术治疗后的功能

中华小儿外科杂志, 2016,37(1) : 20-24. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0253-3006.2016.01.005

摘要

目的

通过三维步态分析的生物力学方法评价发育性髋关节脱位手术治疗后的患儿步态功能。

方法

选择2010年5月至2012年11月广州市妇女儿童医疗中心22例(27侧)手术治疗的髋关节脱位患儿，年龄3～10岁，平均5.3岁；男9例，女13例。开放复位后18个月，应用美国motion公司三维运动分析系统进行步态分析。每次测量要求至少有3个步长长度，步速恒定。将骨盆、髋、膝、踝关节共设置15个点，并连接成面，建成三维动态图像。

结果

手术后骨盆、髋关节、膝关节、踝关节活动与正常儿童比较存在统计学差异。单侧患儿术后患侧骨盆高度较健侧低；骨盆前倾不足；患侧髋关节在术后屈曲不足，并且有明显外旋，术后双膝摆动相屈膝峰值降低；患侧足轻度内旋。术后在行走过程中三联截骨组骨盆较Pemberton截骨组与Salter截骨组显著下降；骨盆在Pemberton截骨组较Salter截骨组显著前倾和向患侧旋转；行走速度、步频、步长与正常儿童比较无明显差异。手术髋站立前中期伸髋力矩减小，产能减少。

结论

发育性髋关节脱位开放手术后患儿的速度、步频、步长与正常儿童无差异。在整个步态周期中，术侧髋关节屈曲不足；在负重期患侧骨盆降低，骨盆降低程度三联截骨较pemberton截骨与salter截骨程度更大。

引用本文: 徐宏文, 李敬春, 荀福兴, 等. 步态分析法评价发育性髋关节脱位手术治疗后的功能 [J] . 中华小儿外科杂志, 2016, 37(1) : 20-24. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0253-3006.2016.01.005.

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儿童发育性髋关节脱位是四肢畸形中最常见的一种，本病治疗的方法很多，一般是根据年龄的不同，选择不同的治疗方法，一般分为闭合复位保守治疗和开放复位手术治疗两种。开放复位手术治疗一般是对于大龄儿童(大于18个月)^[1,2]，手术治疗后许多患儿的髋关节脱位虽然得以完全复位，但由于手术的创伤、术后的石膏固定和关节制动等多方面的因素，常导致患儿髋关节功能受损、关节僵硬等后遗症，使患儿行走异常^[3,4]。

步态分析(gait analysis)是研究步行规律的检查方法，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，从而指导手术方案和术后功能评估。因此，我们借助步态分析的方法对发育性髋关节脱位术后的患儿进行检查分析，探讨发育性髋关节脱位术后患儿行走异常的原因，进而指导康复训练^[5,6]。

资料与方法

一、一般资料

选择2011年11月至2014年5月广州市妇女儿童医疗中心22例(27侧)髋关节脱位；年龄3～10岁，平均5.3岁；男9例，女13例；右侧6例，左侧11例，双侧5例。

二、手术方式

18髋：骨盆Pemberton截骨＋股骨转子下短缩旋转截骨术；5髋：骨盆Salter截骨＋股骨转子下短缩旋转截骨术；4髋：骨盆Bernese三联截骨术＋股骨转子下短缩旋转截骨术。

三、步态分析

采用美国motion三维运动分析系统。该系统由5部分组成。一是分布在不同位置的10个红外线摄像头，二是光学标记点，三是表面动态肌电图仪，四是4块三维测力平台，五是对其测量数据进行分析处理的计算机cortex 2.1系统。首先调整步态分析主机与红外线摄像头之间的配置，以及测量范围。测试中患儿暴露双侧大腿中段及以下部位，以保证标志点标示运动中肢体的位置，防止衣物对反光点遮挡。三维步态分析反光点定位：①骨盆部～腰腹部：髂前上棘，第一骶椎，股骨前方中点(共5点)；②双侧膝关节：股骨外侧髁及胫骨前方中点(共4点)；③双侧踝关节：外踝尖(共2点)；④双侧跟骨结节、第二跗跖关节与第三跗跖关节之间(共4点)^[7]。嘱患儿在放松状况下沿指定方向行走一个来回，包括转身都必须在指定范围内，否则不能测得数据。观测患儿行走中的步长、步宽、步速、步频、步态周期时间、支撑相时间、摆动相时间、关节运动角度的变化。由受过训练和有丰富临床经验的技师进行。嘱患儿以自然和习惯的姿势和速度步行数次，一定要注意患儿的单只脚应踏在每一块测力板上，以免影响步态分析结果。分析时间为患儿开放复位后18个月。应用美国motion三维运动分析系统中正常儿童步态分析结果作对照分析。

结果

步态分析提供了受试者骨关节在X、Y、Z轴上的运动幅度和稳定程度。22例行手术治疗后的病人与同年龄段的正常儿童比较，骨盆、髋关节、膝关节、踝关节与正常儿童比较均有改变。

运动状态分析：骨盆前倾稍不足，单侧患儿患侧骨盆高度患侧较健侧低；患侧骨盆摆动相内旋度数增大(表1、表2)。髋关节：术后髋关节屈曲不足；单侧患儿患侧关节出现外旋。膝关节：双膝摆动相屈膝峰值降低；患膝支撑相屈膝峰值降低。踝关节：双足前足内收；摆动前期背伸过度，摆动初期跖屈不足。双髋关节脱位骨盆前倾不足，术后髋关节屈曲不足，外旋度数增大，膝、踝关节运动基本同单侧脱位。三联截骨组术后骨盆在行走过程较Pemberton截骨与Salter截骨显著下倾，骨盆在Pemberton截骨较Salter截骨显著前倾和显著的患侧旋转(图1，表3)；髋关节屈伸、膝关节屈伸、踝关节屈伸各截骨组比较无统计学意义。

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表1

单侧患儿骨盆运动情况(±s)

表1

单侧患儿骨盆运动情况(±s)

骨盆	时间	正常均值	患侧	P值	健侧	P值
上(＋)/ 下(－)倾	T1	－1.074	0.619±3.383	0.056	1.379±4.656	0.045
	T2	1.519	0.832±5.001	0.579	1.189±3.040	0.660
	T3	1.022	－1.411±4.499	0.041	－0.722±3.244	0.041
	T4	－2.214	－0.973±2.955	0.102	－0.871±4.658	0.252
	P1	2.189	1.347±4.436	0.446	2.531±3.981	0.728
	P2	0.452	2.221±3.196	0.037	2.623±5.671	0.134
前(＋)/ 后(－)倾	T1	13.623	1.367±3.855	0.000	1.731±3.650	0.000
	T2	12.168	－0.703±4.042	0.000	－0.852±3.946	0.000
	T3	14.800	1.886±3.601	0.000	1.100±3.906	0.000
	T4	12.798	－0.661±4.207	0.000	－0.723±4.252	0.000
	P1	15.064	2.872±4.051	0.000	2.563±3.931	0.000
	P2	15.112	1.999±3.892	0.000	2.582±3.679	0.000
同(＋)、对(－) 侧旋转	T1	7.869	8.037±7.665	0.929	－3.301±8.130	0.000
	T2	7.196	8.819±7.913	0.410	－3.390±8.604	0.000
	T3	－10.009	3.300±7.701	0.000	－8.532±7.651	0.436
	T4	－8.716	3.301±7.815	0.000	－9.632±7.683	0.631
	P1	8.519	10.68±7.291	0.240	－1.411±8.115	0.000
	P2	8.717	7.577±6.831	0.501	－3.462±7.723	0.000

注：T1(足跟触地)，T2(单足支撑相开始)，T3(足跟离地)，T4(足尖离地)，P1(支撑相峰值)，P2(摆动相峰值)

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表2

单侧患儿下肢关节运动角度情况(±s)

表2

单侧患儿下肢关节运动角度情况(±s)

下肢	时间	正常均值	患侧	P值	健侧	P值
髋关节屈(＋)/伸(－)	T1	40.167	21.010±5.122	0.000	22.738±4.091	0.000
	T2	37.333	13.285±5.558	0.000	17.211±5.799	0.000
	T3	－2.377	－13.821±6.686	0.000	－13.001±8.104	0.000
	T4	2.191	－13.422±7.464	0.000	－11.262±8.564	0.000
	P1	－4.685	－17.871±6.301	0.000	－16.912±7.558	0.000
	P2	42.034	24.927±3.965	0.000	25.666±5.516	0.000
膝关节屈(＋)/伸(－)	T1	11.403	1.667±9.270	0.001	1.272±4.611	0.000
	T2	26.121	12.201±9.398	0.000	17.678±6.166	0.000
	T3	13.557	5.943±5.869	0.000	7.980±7.918	0.010
	T4	43.482	29.052±8.734	0.000	29.049±11.57	0.000
	P1	26.676	12.894±9.474	0.000	18.255±6.175	0.000
	P2	67.533	54.629±11.122	0.000	57.760±7.260	0.000
踝关节背伸(＋)/跖屈(－)	T1	－0.913	2.516±4.588	0.007	3.240±6.330	0.016
	T2	0.659	1.956±5.197	0.319	4.089±4.675	0.008
	T3	6.255	2.517±7.969	0.000	16.057±5.901	0.000
	T4	－11.787	－0.226±9.612	0.000	1.2942±10.53	0.000
	P1	7.708	14.344±4.906	0.000	16.987±5.793	0.000
	P2	3.210	8.394±5.005	0.001	8.4735.434	0.001

注：T1(足跟触地)，T2(单足支撑相开始)，T3(足跟离地)，T4(足尖离地)，P1(支撑相峰值)，P2(摆动相峰值)

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表3

Bonferroni两两比较后有统计学意义的不同截骨方式骨盆运动的角度(±s)

表3

Bonferroni两两比较后有统计学意义的不同截骨方式骨盆运动的角度(±s)

骨盆运动	时间	Pemberton截骨	Salter截骨	三联截骨
上(＋)/ 下(－)倾	T2	1.9201±1.15783	1.3949±1.08132	－8.8437±1.11656
上(＋)/ 下(－)倾	T3	－0.4279±0.88162	－0.2804±1.11379	－8.2789±3.14546
前(＋)/后(－)倾	T1	21.6398±2.70512	1.1661±3.79305	2.8570±1.18100
同(＋)、对(－)侧旋转	T1	－8.6175±4.57937	8.6855±3.15622	5.0922±1.58117

注：T1(足跟触地)，T2(单足支撑相开始)，T3(足跟离地)

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图1

不同截骨方式比较(T1：足跟触地，T2：单足支撑相开始，T3：足跟离地，T4，足尖离地；P<0.05有统计学意义)

图2

在单足支撑相内患髋关节轴向应力增加(蓝色)，正常应力曲线(灰色)

图3

左侧髋关节脱位患儿左侧髋关节动力学分析，绿带为正常mean±2SD，蓝色线表示左侧髋关节(^*P<0.05)

图4

右侧髋关节脱位患儿右侧髋关节动力学分析，绿带为正常参考值±标准差，红色线表示右侧髋关节(^*P<0.05)

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图1

不同截骨方式比较(T1：足跟触地，T2：单足支撑相开始，T3：足跟离地，T4，足尖离地；P<0.05有统计学意义)

图2

在单足支撑相内患髋关节轴向应力增加(蓝色)，正常应力曲线(灰色)

图3

左侧髋关节脱位患儿左侧髋关节动力学分析，绿带为正常mean±2SD，蓝色线表示左侧髋关节(^*P<0.05)

图4

右侧髋关节脱位患儿右侧髋关节动力学分析，绿带为正常参考值±标准差，红色线表示右侧髋关节(^*P<0.05)

时空参数：步频、步长及步宽与正常患儿比较无统计学差异(表4)，单支撑相、摆动相较正常儿童短，而摆动前期及支撑相较正常儿童长(表5)。

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表4

所有患儿术后时空参数比较(±s)

表4

所有患儿术后时空参数比较(±s)

参数	正常均值	患儿	P值
步速(cm/s)	102.261	95.081±35.578	0.366
步频(steps/min)	147.222	150.978±58.185	0.770
步长(cm)	83.351	77.209±16.196	0.098
步宽(cm)	10.182	10.442±3.544	0.738

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表5

单侧患儿术后的时空参数比较情况(±s)

表5

单侧患儿术后的时空参数比较情况(±s)

参数	正常均值	患侧	P值	健侧
跨步长(cm)	44.734	38.410±9.104	0.011	36.724±6.754
单支撑相(% cycle)	42.717	35.946±5.397	0.000	37.320±3.860
摆动前期(% cycle)	7.661	12.831±3.246	0.000	14.505±6.157
支撑相(% cycle)	57.283	62.679±3.860	0.000	64.054±5.397
摆动相(% cycle)	42.717	37.320±3.860	0.000	35.945±5.397

动力学：单侧患儿患侧髋站立前中期伸髋力矩减小，产能减少，支撑相轴向应力增加。健侧踝站立后期跖屈力矩减小。双侧患儿双髋摆动前期外展力矩减小，伸髋力矩减小，产能减少。(图2, 图3, 图4)

讨论

儿童发育性髋关节脱位的手术治疗包括骨盆截骨、股骨下内旋截骨，是创伤较大的手术。手术范围涉及到髋臼、髂骨、股骨大粗隆及其周围的骨膜、关节囊、肌肉组织，并根据患儿前倾角的大小常常行股骨转子下截骨内固定术。术后血肿将加重关节肿胀、疼痛则抑制关节活动及肌肉收缩，因此术后常会造成髋关节功能障碍，所以必须早期有计划的对髋关节进行康复训练，但是需要一种合适而有效的方法能够评估儿童发育性髋关节脱位术后行走状态，进而评估康复治疗的效果和指导选择康复治疗的方法^[7,8,9]。步态分析对人体行走方式进行客观定量记录并对步行功能进行系统评价，是动态功能评定的重要组成部分^[10]。临床工作中对患有神经系统或骨骼肌肉系统疾病可能影响行走能力的患儿需要进行步态分析，以评估患者是否存在异常步态以及步态异常的性质和程度，为分析异常步态原因和矫正异常步态制订治疗方案提供必要的依据^[11,12]。

通过步态分析系统配置的高速摄像机、录像机、二块或二块以上的AMTI测力平台、步态监视仪和计算机，可对步态分析的基础参数(步速、步频、步长)、时相与周期、站立相力矩及下肢关节角度等多种步态指标进行记录^[13]，然后把计算机定量分析可以进行三维图像重建，使步态分析的结果形象化，从而显著提高了临床步态分析的实际应用，更加形象而全面的评估双下肢关节在各平面的运动情况^[12,14]。本组病例统计发现术后患儿出现骨盆降低并前倾不足，所有手术后的髋关节都出现了关节屈曲活动减少，这可能与术后髋关节周围软组织挛缩、患侧软组织挛缩导致健侧骨盆过度代偿有关系，引起了患侧骨盆摆动相内旋度数增大。由于我们只是随访了术后18个月，随着时间的推移和进一步康复训练，术后髋关节屈伸功能可能会进一步改善。另外发现，骨盆患侧较健侧低，这与股骨短缩截骨有关系，而术后髋关节外旋度数增大，则与股骨旋转截骨有关系。本组病例不同手术组之间的比较发现骨盆三联截骨术后骨盆较其他两组表现为下降，可能与行三联截骨的患儿年龄较大、手术创伤较大有关，但是这还需要长期随访证实。髋关节异常是原发的，膝关节、踝关节出现了相应的代偿改变，所以通过该分析，可以清楚的评估双侧下肢各关节，在各平面的运动情况。

动力学分析系统通过三维测力板可以实时反映步行时垂直、水平和侧向作用力，与运动学数据结合分析，可以求出运动功量。我们通过步态分析，发现手术髋摆动前期外展力矩减小，伸髋力矩减小，产能减少，也发现Pemberton截骨手术后的青少年髋关节的负荷在步态中比正常儿童要大，这与Chang等^[15,16]的研究结果一致，这种现象可能是发生髋关节骨性关节炎的危险因素。因此进行步态分析可以评价髋关节脱位治疗后下肢运动效果，进而用于评估手术方式对患儿的远期影响。

我们研究发现发育性髋关节脱位术后的患儿在行走速度、步频、步长及步宽与正常患儿比较差异无统计学意义，但是单足支撑相、摆动相较正常儿童短，而摆动前期及支撑相较正常儿童长。这也是为什么髋关节脱位患儿在术后，医生及家长会发现患儿行走与正常儿童有差别，所以步态分析可以准确的评估髋关节脱位治疗后下肢运动效果。

总之，运用三维步态分析系统，对发育性髋关节脱位开放手术后患儿，进行功能量化评价，可以清楚的评估双侧下肢各关节在各平面的运动情况。本研究发现发育性髋关节脱位开放手术后18个月在整个步态周期中，术侧髋关节屈曲不足；在负重期患侧骨盆降低，骨盆降低的程度三联截骨较Pemberton截骨与Salter截骨度更大。而且步态分析可以用于评估手术对患儿的远期影响和评价髋关节脱位治疗后下肢运动功能。所以，步态分析在儿童发育性髋关节脱位手术治疗后功能评估具有重要意义。不足之处是本组研究双侧髋关节脱位手术病例较少，不能做出更加准确统计学意义的推断，另外，由于本组资料病例数少，年龄跨度较大，并存在性别差异，三种手术指证不同，股骨头转子下短缩截骨程度不同，所以三种手术后步态分析的比较临床意义有较大的局限性。

利益冲突

无

利益冲突

作者贡献声明

徐宏文，列第1位，参与酝酿和设计实验、实施研究、采集数据、分析/解释数据、对文章的知识性内容作批评性审阅、统计分析、获取研究经费、行政、技术或材料支持、指导、支持性贡献；李敬春，列第2位，参与酝酿和设计实验、实施研究、采集数据、分析/解释数据、起草文章、统计分析、支持性贡献；荀福兴，列第3位，参与实施研、采集数据、分析/解释数据；于凌佳，列4位，参与对文章的知识性内容作批评性审阅、支持性贡献；黎艺强，列第5位，参与对文章的知识性内容作批评性审阅、支持性贡献；雍碧城，列第6位，参与对文章的知识性内容作批评性审阅、支持性贡献

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ChangCF, WangTM, WangJH, et al. Adolescents after Pemberton's osteotomy for developmental dysplasia of the hip displayed greater joint loading than healthy controls in affected and unaffected limbs during gait[J]. J Orthop Res, 2011, 29(7)：1034-1041. DOI: 10.1002/jor.21377.

贡献者信息

徐宏文

510623　广州市妇女儿童医疗中心骨科

李敬春

510623　广州市妇女儿童医疗中心骨科

荀福兴

510623　广州市妇女儿童医疗中心骨科

于凌佳

510623　广州市妇女儿童医疗中心骨科

黎艺强

510623　广州市妇女儿童医疗中心骨科

雍碧城

510623　广州市妇女儿童医疗中心骨科

通信作者

李敬春

510623　广州市妇女儿童医疗中心骨科

Email：haiqingkun@126.com

关键词

髋关节脱位; 步态分析; 截骨术;

基金项目

广东省医学科学技术研究基金（A2015487）

利益冲突

作者贡献声明　徐宏文，列第1位，参与酝酿和设计实验、实施研究、采集数据、分析/解释数据、对文章的知识性内容作批评性审阅、统计分析、获取研究经费、行政、技术或材料支持、指导、支持性贡献；李敬春，列第2位，参与酝酿和设计实验、实施研究、采集数据、分析/解释数据、起草文章、统计分析、支持性贡献；荀福兴，列第3位，参与实施研、采集数据、分析/解释数据；于凌佳，列4位，参与对文章的知识性内容作批评性审阅、支持性贡献；黎艺强，列第5位，参与对文章的知识性内容作批评性审阅、支持性贡献；雍碧城，列第6位，参与对文章的知识性内容作批评性审阅、支持性贡献

历史

出版日期：2016-01-15

收稿日期：2015-04-17

Orthopaedics

Postoperative gait analyses for developmental dislocation of the hip

Hongwen Xu, Jingchun Li, Fuxing Xun, Lingjia Yu, Yiqiang Li, Bicheng Yong

Published 2016-01-15

Cite as Chin J Pediatr Surg, 2016, 37(1): 20-24. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0253-3006.2016.01.005

Abstract

Objective

To explore the gait function of surgical patients with developmental dislocation of the hip (DDH) via a three-dimensional (3D) biomechanical approach.

Methods

Twenty-two surgical patients of DDH were selected between May 2010 and November 2012. There were 9 males and 13 females with an average age of 5.3 (3-10) years. At 18 months post-operation, they were evaluated by 3D gait motion analysis system (Motion Inc., USA). And three step lengths at a constant gait speed were measured. Fifteen points were selected around pelvis, hip, knee and ankle and connected for acquiring 3D dynamic images.

Results

Compared with control group, the patient movements of pelvis, hip, knee and ankle were obviously different. In unilateral ones, postoperative pelvic heights were higher than contralateral counterparts and anterior pelvic tilt was slightly insufficient. Postoperative hip had those of less abduction and flexion and more external than those of control group. The postoperative flexion peak for both knees declined during swing phase. The postoperative ipsilateral foot had more internal rotation. Pelvis of triple pelvic osteotomy group was lower than those of Salter and Pemberton groups. And anterior pelvic tilt was worse in Pemberton group than that in Salter group. Walking speed, cadence and step showed no significant difference with normal children. And the extension moment of postoperative hips decreased and capacity declined.

Conclusions

Walking speed, cadence and step of DDH patients after operation show no significant difference compared with normal controls. However, during whole gait cycle, hip flexion is insufficient; pelvis was lower during weight-bearing period. Moreover, pelvis of triple pelvic osteotomy is lower than those of pemberton and salter groups.

Key words:

Dislocation of hip joint; Gait analysis; Osteotomy

Contributor Information

Hongwen Xu

Orthopedics Department, Guangzhou Women&

Children's Medical Center, Guangzhou 510623, China

Jingchun Li

Fuxing Xun

Lingjia Yu

Yiqiang Li

Bicheng Yong

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