何金龍，余 俊，楊海波，馮 育

膝關節(jié)骨性關節(jié)炎(KOA)為老年患者常見病及多發(fā)病，在65歲以上的人群中，OA患者比例高達50%以上，其病變主要以關節(jié)軟骨磨損、繼發(fā)軟骨下骨硬化、關節(jié)腔骨贅形成及滑膜的增生[1-2]。以往關節(jié)受限嚴重情況多半都是通過患者主觀描述及膝關節(jié)影像學和臨床相關評分來初步評價膝關節(jié)功能[3]，通過客觀的三維步態(tài)分析在早期篩查出骨關節(jié)炎，及早采取預防措施就能大大延緩疾病的發(fā)生及進展，減少患者病痛并降低醫(yī)療支出。目前國內外關于這一方面的研究仍然較少。本研究選取我院2018年1月-2020年1月期間因膝關節(jié)骨性關節(jié)炎住院擬行人工全膝關節(jié)置換術前的老年患者為研究組，通過與健康組受試者術前步態(tài)相對比，以及與關節(jié)炎組術前、術后的對比，經(jīng)三維步態(tài)分析膝關節(jié)運動學及動力學相關指標，現(xiàn)報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料：共納入40例受試者，研究組20例中男性8例，女性12例；左膝3例，右膝5例，雙膝12例；年齡最大82歲，最小58歲，平均66歲，病程平均18個月。對照組20例，其中男性9例，女性11例；既往無膝關節(jié)疼痛癥狀，年齡最大80歲，最小54歲，平均63歲。2組患者性別、年齡、體重指數(shù)等一般資料差異無統(tǒng)計學意義。

1.2 納入標準[1]：①符合中華醫(yī)學會骨科學分會關節(jié)外科學組制定的《骨關節(jié)炎診療指南(2018年版)》的KOA診斷標準；②體格檢查和影像學資料均證實為KOA者，有明確人工全關節(jié)置換手術適應證者；③意識清楚、生活自理、年齡≥55歲者；④能夠耐受手術者；⑤相關檢驗及檢查無明確手術禁忌證者。

1.3 排除標準：①既往有膝關節(jié)外傷病史者；②合有全身血管病變、神經(jīng)系統(tǒng)疾病或口服相關血管活性藥物者；③無法進行長期隨訪者。所有受試者均簽署知情同意書后參加實驗，并經(jīng)寧夏醫(yī)科大學總醫(yī)院倫理委員會批準并簽字。受試者均由同一組醫(yī)療團隊完成步態(tài)測試及分析，入院后對患者進行詳細的查體。術前所有患者均完善膝關節(jié)相關影像學檢查，通過評估相關檢驗檢查，排除不適宜受試的情況后，擬定詳細步態(tài)分析實驗方案。

1.4 步態(tài)儀與方法：儀器8臺T40高速紅外相機，分別裝配在離地面2.35 m高的實驗室墻面上，2塊AMTI-OR6-7型美國測力臺(987 mm×465 mm)嵌入地面，加信息轉換配件。另有計算機3臺、遠程肌電信號捕捉儀、熒光標記球、表面肌電電極采集片等。

1.4.1 測試原理：英國VICON三維步態(tài)分析系統(tǒng)是利用紅外相機捕捉人體標記部位的熒光棒，通過Nexus軟件將點連成線，線再連成面，根據(jù)立體三維坐標，從而獲得步長、步速、關節(jié)活動角度等運動學指標，并且要求受試者在步行時通過2塊測力臺獲得力矩、反作用力等動力學指標。

1.4.2 測試方法：測試時進入步態(tài)分析專用實驗室，每次測試前必須將系統(tǒng)重新標定，系統(tǒng)標定后選擇16個標定點，告知測試流程要求。讓患者先熟悉流程后試行幾次，行走時每只足分別踏上一只受力臺，行走3次以上，每人測3次。測力臺截取左右足各一個周期分析，計算3次取均值作為該組數(shù)據(jù)。

1.4.3 主要觀察指標：時空指標(步頻、步長、步寬、步幅、步行周期、步速等),動力學指標(足跟觸地期屈膝角度、承重反應期最大屈膝角度、支撐相中期最大伸膝角度、足離地期屈膝角度、擺動相最大屈膝角度)，另外重點觀察力學指標內翻力矩峰值和膝關節(jié)臨近肌肉肌電活動情況。

1.5 療效評價標準：對比觀察2組受試者步頻、步幅、步寬、步長、步速、步行周期、跛行指數(shù)、雙足支撐期、單足支撐期、一步時間、擺動相最大屈膝角度以及動力學指標，尤其是觀察敏感的力學指標內翻力矩峰值和膝關節(jié)臨近肌肉肌電活動情況。

2 結果

2.1 2組受試者年齡、體重指數(shù)、性別的比較：2組受試者上述指標比較差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，具有可比性，見表1。受試者在步態(tài)時間-空間參數(shù)指標比較差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，步寬指標2組差異無統(tǒng)計學意義；2組步態(tài)運動學指標差異有統(tǒng)計學意義，見表2。

表1 2組患者一般資料的比較

表2 2組患者術前時間-空間參數(shù)指標的比較

2.2 KOA組術前、術后相關指標的比較：KOA患者術前與術后在步態(tài)時空參數(shù)、運動學參數(shù)，以及力學和肌電活動方面比較差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，見表3-表5。

表3 2組患者術前步態(tài)運動學指標的比較

表4 研究組患者術前與術后6個月時間空間參數(shù)、步態(tài)運動學、膝關節(jié)力學、肌電參數(shù)的比較

3 討論

隨著我國逐漸進入人口老齡化，KOA患者呈逐年上升趨勢，臨床表現(xiàn)為膝關節(jié)疼痛腫脹、屈曲攣縮、內翻畸形等，嚴重時關節(jié)功能喪失，這將影響患者日常生活，降低生活質量，增加醫(yī)療支出。如何早期預防并控制這一病癥的發(fā)展是當前醫(yī)學研究的熱點，對于KOA的相關研究仍然有很多不夠透徹，缺少客觀定量的診斷標準[4]。近年來，隨著人體生物工程學、電子信息學的發(fā)展，在步行過程中膝關節(jié)的運動學和生物力學研究日趨成熟，肌電檢測捕捉技術的發(fā)展使得三維步態(tài)分析技術成為了一種有效的生物力學評估手段，為KOA的預防、診斷、治療及后續(xù)康復拓展了新思路[5-6]。

VICON運動跟蹤系統(tǒng)是英國OML(Xford Metrics Limited)公司研發(fā)，現(xiàn)代VICON三維運動捕捉系統(tǒng)就是檢測KOA患者行走狀態(tài)時運動學、動力學和肌電指標的綜合，分別定量評估肢體和關節(jié)的時空位置和力學指標曲線，做到定量客觀解析生物力學變化，為KOA的預防和治療拓展了嶄新的思路[7-8]。我們的研究在排除受試者性別、年齡及體重指數(shù)干擾的情況下進行，盡可能使得檢測結果客觀、準確。近年來國內外文獻[9-11]表明，KOA不僅會導致各種臨床癥狀，還會在疾病的各個時期導致患者肉眼不可見的顯著步態(tài)異常，尤其是縱向長期隨訪研究發(fā)現(xiàn)，KOA和步態(tài)異常互為影響因素，互相作用，互相加重[12]。我們的研究中也發(fā)現(xiàn)，二者不僅互相影響，關系密切，步態(tài)還是KOA嚴重程度的主要正相關指標，研究組和對照組相比除步寬外，KOA患者步頻、步幅、步寬、步長、步速及步行周期均小于對照組；此外，對于KOA患者來說，術后6個月除步寬外，其余時空指標較術前均獲得明顯改善，基本接近于對照組。在步態(tài)時空各項指標中，步長和步速是反映步行效率的關鍵要素，KOA患者步行效率下降主要表現(xiàn)為步長變小，步速下降。而KOA患者平衡能力的下降主要表現(xiàn)為雙足支撐期增加和跛行指數(shù)，支撐相延長就是膝關節(jié)為較少壓力和沖擊力的一種疼痛保護機制[12]。在本研究中也發(fā)現(xiàn)支撐相和步行周期的明顯延長，通過與健康人群對照，也可以看出KOA患者的步行效率與平衡能力均有不同程度的減低，為研究KOA患者提供了重要參考指標。

時空指標是在受試者行走時評估患者膝關節(jié)活動情況的指標，而運動學指標主要是患者取站立位，通過屈伸膝關節(jié)來檢測的相關指標。本研究顯示，KOA患者足跟觸地期屈膝角度、承重反應期最大屈膝角度、支撐相中期最大伸膝角度、足離地期屈膝角度、擺動相最大屈膝角度均差于對照組，二者相比差異有統(tǒng)計學意義；此外還發(fā)現(xiàn)，對于KOA患者手術6個月后復查時再次評估上述指標明顯好于術前，手術前后對比差異有統(tǒng)計學意義。本研究結果顯示，KOA患者膝關節(jié)伸直力矩峰值小于術后6個月，這主要取決于膝關節(jié)伸直肌肉力量和力臂，而KOA患者由于關節(jié)內翻或者變形導致力臂變小或者肌肉力量減弱所致。另外，國內外文獻均認為[13-16]，膝關節(jié)內翻畸形以后導致內翻力矩升高與KOA嚴重程度呈正相關性。本研究也發(fā)現(xiàn)內翻力矩峰值與病情嚴重程度呈正向相關性。我們推測，膝關節(jié)內翻以后，關節(jié)間隙變小，內翻力矩增加，使得軟骨及其下骨的應力異常增加，引起無菌性炎癥，也使得與內翻拮抗的股四頭肌外側群和小腿三頭肌外側頭肌肉應力增加，肌電活動增加。本研究結果顯示，對照組受試者與KOA患者相比、KOA患者術后半年與術前相比，上述肌肉表面肌電活動明顯下降，而內翻力矩峰值明顯增加。

KOA患者不同疾病階段關節(jié)及周圍肌肉的生物力學環(huán)境均發(fā)生明顯的異常改變，出現(xiàn)步態(tài)異常，針對異常狀態(tài)進行分析是客觀掌握KOA病情及治療干預效果的手段，而VICON系統(tǒng)可以對步態(tài)內容里面最重要的時空指標和動力學指標進行客觀定量分析，得出KOA患者一系列生物力學異常，反過來這些異常因素又是反作用于病情嚴重程度。通過VICON三維步態(tài)分析技術得到精確的理論數(shù)據(jù)，除了可以早期明確疾病發(fā)生及進展程度，盡早采取相應的預防及治療措施(比如早期發(fā)現(xiàn)步態(tài)異常，進行運動矯正療法，改變手術干預策略，先截骨矯形保膝治療)，減緩疾病的進一步進展，提高患者生活質量。本研究不足之處在于納入的樣本量較少，隨訪時間也只有6個月，導致臨床結果不夠客觀全面；另外表面肌電活動檢測因為依從性差，只定位到肌群水平，在今后臨床中還需要進一步的完善。