卒中后患者步态分析与评估的运动双任务

摘要

本文介绍了一种专门针对运动控制障碍卒中患者的双任务步行分析方案。

摘要

本研究纳入了18名卒中患者，对其进行认知功能、行走能力及多任务步态分析的评估。多任务步态分析包括单一行走任务（任务0）、简单的运动双任务（持水行走，任务1）以及复杂的运动双任务（跨越障碍物，任务2）。跨越障碍物任务被认为等同于简单行走任务与复杂运动任务的结合，因其涉及更多的神经系统活动、骨骼运动以及认知资源。为消除卒中患者步态分析结果中的异质性，本研究计算了各项运动学参数的双任务步态代价值。主要差异体现在近端关节角度，尤其是躯干、骨盆和髋关节角度，在双任务运动中显著大于单一行走任务。本研究方案旨在通过对双任务行走任务的分析，为卒中患者运动控制障碍的临床步态功能诊断及运动控制机制的深入研究提供依据。

引言

恢复独立行走功能是脑卒中患者参与社区生活的必要条件之一¹。行走能力的恢复不仅需要感知系统和认知系统的协同作用，还依赖于运动控制^2,3,4。此外，在真实的社区生活中，人们需要更高的能力，例如同时执行两项或多项任务（例如，持物行走或跨越障碍）。因此，研究开始关注双重任务对步态表现的干扰作用^5,6。以往的双重任务研究主要针对老年人群和认知功能受损的患者，这是由于脑卒中患者在运动表现上存在困难且具有较高的异质性；脑卒中患者的步态功能大多通过单一行走任务进行评估^7,8,9。然而，仍需进一步开展关于双重任务步态分析的研究，特别是与运动控制相关的运动性双重任务研究。

本研究介绍了一种用于双重运动任务步态分析与评估的方法。该方案不仅包括对脑卒中患者行走能力的临床评估，还重点考察了两项双重运动任务：持水行走任务（简单的双重运动任务）和越障行走任务（复杂的双重运动任务）。本研究旨在探讨双重运动任务对脑卒中患者步态的影响，并利用双重任务步态代价（DTC）值¹⁰（单任务与双重任务之间的差异）来排除脑卒中患者之间的异质性。实验任务的设计有助于深入讨论脑卒中患者的运动控制功能，为脑卒中患者步态功能的临床诊断与评估提供了新思路。

方案

注意：该临床研究已获得广州医科大学第五附属医院医学伦理委员会的批准（编号：KY01-2019-02-27），并已在中国临床试验注册中心注册（注册号：ChiCTR1800017487，注册名称："卒中后步态控制与运动认知的多模态任务研究"）。

1. 招募

1. 招募符合以下纳入标准的脑卒中患者：符合中华医学会神经病学分会（2005年）脑血管病诊断标准；经计算机断层扫描或磁共振成像确诊为脑梗死；单侧皮质受损或伴有皮质下病灶；能够独立行走，Brunnstrom分期≥4期；改良Ashworth量表¹¹评分≤2分；符合三维（3D）步态分析要求，并能耐受整个检测过程；能够签署知情同意书。
2. 确保符合以下排除标准：充血性心力衰竭、下肢深静脉血栓、恶性进展性高血压、呼吸衰竭或其他严重疾病，以及存在严重跌倒风险。
3. 在开始研究前，须获得所有患者的书面知情同意。

2. 临床评估

1. 记录患者的人口统计学特征，包括姓名、性别、出生日期、教育程度、主诉、现病史、既往病史、治疗情况及当前用药。
2. 认知功能评估
   1. 要求患者完成简易精神状态检查（Mini-Mental State Examination, MMSE）¹²，记录患者在包含30个问题的量表上的回答，总分为30分，用于认知功能评估，涵盖以下七个方面：时间定向力、地点定向力、即刻记忆、注意力与计算能力、延迟记忆、语言能力以及视空间能力。
      ​注：MMSE得分与教育水平密切相关。认知正常的标准为文盲 > > 17分，小学文化 > > 20分，初中及以上文化 > > 24分¹³。
   2. 要求患者完成蒙特利尔认知评估（Montreal Cognitive Assessment, MoCA）¹⁴，记录患者在包含11个问题的量表上的回答，总分为30分，用于认知功能评估，涵盖以下八个方面：注意力与集中力、执行功能、记忆、语言、视觉结构技能、抽象思维、计算能力以及定向力。
      ​注：认知正常的标准为 ≥ 26分。若受试者受教育年限少于12年，应在原始得分基础上加1分¹⁵。
3. 步行能力评估
   1. 进行10米步行测试（10-m walk test, 10 MWT）¹⁶。要求患者分别以自选速度完成三次连续试验，分别为安全舒适速度和较快速度。记录每次试验中行走中间6米所需的时间（以排除加速和减速的影响）。
   2. 进行计时起走测试（timed up and go test, TUGT）¹⁷。要求患者以自选的安全舒适速度连续完成三次TUG试验（从坐位站起，行走3米，转身，走回并坐下）¹⁸。

3. 三维步态分析

1. 患者准备
   1. 向患者说明实验的注意事项和目的。
   2. 让患者穿着紧身内衣，充分暴露颈部、肩部、腰部和下肢。
   3. 记录各项人体测量指标的数值，包括身高、体重、双侧踝关节宽度、双侧膝关节直径、骨盆宽度、双侧骨盆深度及双侧下肢长度。
   4. 根据Davis方案，将22个标记点放置于患者的关键解剖位置¹⁹：躯干上的三个标记点（7^th 颈椎、双侧肩部）；骨盆上三个标记点（双侧髂前上棘） 和踝关节）；大腿上放置六个标记点（双侧股骨大转子、股骨髁以及同侧股骨大转子与股骨髁中点）；小腿上放置六个标记点（双侧肱骨头、外踝关节以及同侧肱骨头与外踝关节中点）；足部放置四个标记点（双侧第五跖骨头部和足跟）（图1).
   5. 点击 开始 点击三维步态分析系统的按钮，并为患者创建一个新的档案。
   6. 输入患者的基本信息和先前测量的参数。
2. 站立状态数据采集
   1. 指导患者在测力台上保持直立姿势至少3-5秒，以采集基线数据。
   2. 点击 Proc_Davis_Standing 按钮，以快速检查标记的位置。
3. 步行任务数据采集
   1. 通过抽签确定三项步行任务的随机顺序。
   2. 让患者以自选的舒适速度在步行通道上行走五次，标记为 任务 0 （将单任务行走视为基线任务）。
   3. 让患者在步行通道上以自选的舒适速度手持一瓶水行走，共进行五次试验，标记为 任务1 （简单的双电机任务）
      注意：要求患者用未受影响的手握住一个550 mL的水瓶，同时保持肩关节处于0°位置，肘关节屈曲90°。
   4. 让患者以自选的舒适速度，在步行通道中央的标线处往返行走，共进行五次试验，标记为 任务 2 （复杂双电机任务）
      ​注意：在行走通道中央放置一把软尺之前 任务 2 数据采集

4. 数据处理与分析

1. 选择每项步行任务的中间三次试验进行处理，以确保患者处于稳定状态。
2. 通过同一侧连续两个足跟触地时相点确定每一个步态周期。
3. 在每个步态周期中标记脚趾离地时相点²⁰。
4. 点击 Proc_DavisHeel+GI_AE 按钮，以计算步态的运动学参数以及步态性能评分（Gait Performance Score, GPS）指数。

5. �感兴​​趣数据的提取与统计分析

1. 从处理后的数据中选择感兴趣区域的参数，包括时空参数（支撑相、摆动相、单支撑相、双支撑相、步频）、关节角度参数（躯干侧倾（冠状面）、躯干前倾（矢状面）、躯干旋转（横断面）、骨盆侧倾（冠状面）、骨盆前倾（矢状面）、骨盆旋转（横断面）、髋关节屈伸、髋关节外展内收、髋关节旋转、膝关节屈伸、踝关节背屈跖屈）以及 GPS 指数。
2. 根据以下公式计算 DTC 值^[10]：
   （[单任务步速 - 双任务步速] / 单任务步速）× 100 （1）
3. 使用先前描述的方法^20,21进行统计分析（见材料表）。
   1. 若数据呈正态分布，则以均值和标准差表示参数数据；否则以中位数表示。
   2. 采用配对t检验比较患者在任务1和任务2条件下的运动学参数差异。
   3. 采用单因素方差分析比较三种不同任务（任务0、任务1和任务2）下的运动学参数。设定统计学显著性水平为P < 0.05。

结果

本研究共招募了18名中风后偏瘫患者。参与者的平均年龄为51.61 ± 12.97岁，均为男性。左侧与右侧偏瘫的比例为10:8；平均Brunnstrom分期为4.50 ± 0.76。MMSE和MoCA的平均得分分别为26.56 ± 1.67和20.06 ± 2.27。其他人口统计学特征（包括中风类型和发病时间）见表1。在步态双任务（任务1和任务2）的原始数据中，时空参数方面无统计学差异（表2）。然而，在关节角度参数方面，任务2的双侧躯干旋转（横断面）大于任务1（左侧：任务1，18.40 ± 5.76 vs. 任务2，26.35 ± 14.92，P = 0.004；右侧：任务1，18.39 ± 7.04 vs. 任务2，24.08 ± 18.18，P = 0.001）。双侧骨盆旋转（横断面）在任务2中也大于任务1（左侧：任务1，20.71 ± 7.97 vs. 任务2，21.31 ± 6.96，P = 0.024；右侧：任务1，27.56 ± 9.71 vs. 任务2，29.264 ...

讨论

本研究描述了一项针对运动控制功能障碍卒中患者的双重运动任务步态分析的临床评估方案。该方案的设计基于两个主要方面。首先，既往大多数研究采用单一行走任务来评估卒中患者的步态功能，对运动控制的相关讨论尚不充分，尤其是很少涉及复杂运动行为的基本原理^22,23。因此，本研究除了将单一行走任务作为基线外，主要聚焦于两种运动表现与行走相结合的双重任务的比较，包括持水任务（简单运动双重任务）和越障任务（复杂运动双重任务）²⁴。持水任务被认定为等同于简单行走任务与简单运动任务的组合。

由于跨障碍物行走任务相较于持水行走这一简单的运动双重任务，更多地涉及神经系统、骨骼肌运动以及参与运动控制的认知资源（包括运动规划、运动协调和运动反馈），因此该任务被认为等同于简单行走任务与复杂运动任务的结合。因此，可通过此实验任务设计深入考察卒中后的运动控制功能缺陷。既往针对老年人群及认知功能障碍患者的双重任务步态分析研究表明，与单一任务行走相比，双重任务...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
BTS Smart DX 系统	Bioengineering Technology System，意大利米兰	1	时空数据采集
BTS SMART-Clinic 软件	Bioengineering Technology System，意大利米兰	2	数据处理
SPSS 软件（版本 25.0）	IBM Crop.，美国纽约阿蒙克		统计分析