脊柱侧凸是一种三维脊柱畸形，其可能导致一系列问题，如疼痛、姿势异常、感觉异常、肢体间协调性下降、脊柱解剖位改变、躯干对称性下降以及步行模式异常。根据患者脊柱曲线的类型和畸形的严重程度可以选择不同的治疗方案，其中最有效的脊柱侧凸矫正的方法是脊柱矫形器和手术治疗。

脊柱矫形器作为一种保守治疗方法，通常用于骨骼发育不成熟且Cobb角度大于25°的脊柱侧凸患者。其主要目的是降低曲线进展风险和提高生活质量，并最终避免手术治疗。对于脊柱侧凸进行性加重的患者，脊柱手术是阻止病情进展、纠正和稳定脊柱畸形的最佳治疗方法，从而维持尽可能多的可移动脊柱节段并有效阻断畸形的加重。手术可有效缓解疼痛，改善躯干解剖位置以及增加脊柱活动范围。

站立位影像学采集和量表评估是常用的测量工具，主要是静态采集而缺乏对患者功能性活动中生物力学的描述。本文旨在通过步态分析评估总结使用脊柱矫形器和手术治疗后脊柱侧凸患者步行生物力学变化特点，以期为脊柱侧凸的精准客观评估提供运动学、动力学、表面肌电、能量监测的评估方案。

一、三维步态评估技术的原理和应用概述

三维步态分析系统是根据步行中的生物力学原理，通过计算机辅助及远红外摄像技术得出人体步行过程中头颈部、躯干和下肢各个关节的运动角度、关节力矩和做功，以及地面反作用力等数据。三维步态分析技术在神经系统疾病中的应用十分广泛，包括监测运动表现、病理步态的诊断、观察训练效果等。同时，其是脑卒中患者步行评价的“金标准”。但在脊柱侧凸等脊柱疾病中的应用还未得到充分证实。

二、矫形器对脊柱侧凸步行的影响

脊柱矫形器的主要目的是帮助患者保持良好的对位对线，降低脊柱侧凸进展的风险，有效提高躯体功能水平和生活质量，最终避免手术治疗。矫形器的使用也可通过改善本体感觉、平衡能力和姿势控制，达到改善异常步态的目的。

1. 时空参数

佩戴矫形器后的时空参数变化不存在一致性，可能与矫形器类型、佩戴时长、患者年龄和性别、侧凸严重程度等相关。因此，在探讨矫形器使用对步行的影响时应使用亚组分析来排除混杂因素的影响。

2. 运动学参数

应用矫形器步行时运动学参数的主要变化发生在骨盆和髋关节冠状面，且两关节运动幅度均下降。

使用刚性矫形器后，骨盆周围区域的固定带是关节活动度减小的原因。患者凹侧髋关节屈伸角度显著增加，髋关节内收-外展角度减小，可被视为一种髋关节的补偿策略。而使用活动型矫形器时骨盆和大腿周围的固定带引起患者骨盆旋转角度减小、凹侧髋关节屈伸角度下降、髋关节内收-外展角度减小，其原因可以解释为随访时间不一致、复评时间间隔不一致以及矫形器本身的设计存在不同。

3. 动力学参数

有研究表明脊柱侧凸患者支具治疗后步行中的力学对称性增加，尤其是地面反作用力的第一和第二峰值。使用Milwaukee 矫形器后髋关节矢状面的剪切应力明显下降。使用刚性矫形器步行时，髋关节额状面力矩在脊柱曲线的凹面增加。而髋关节内收/外展力矩在脊柱畸形曲线的双侧无差异性。因此，刚性矫形器可能导致患者畸形曲线凹面髋关节相应肌群的过度激活。

4. 肌电活动

有研究分析青少年特发性脊柱侧凸患者使用矫形器对躯干和骨盆-腰骶周围肌群激活的影响，发现使用矫形器前双侧骨盆-腰骶部肌电活动信号比健康对照组活跃40%，而使用矫形器6个月后患者仅出现竖脊肌肌电活动信号的明显减少。也有文章证实使用矫形器后患者双侧臀中肌肌电活动信号减小。

5. 能量消耗

青少年特发性脊柱侧凸患者步行中能量消耗比健康对照组增加了30%，使用矫形器后能耗并未减少。当使用矫形器达6个月，肌肉做功的总值增加，更接近正常值，从而肌肉效率显著提高。而随着使用时间的延长，肌肉做功效率得到优化，骨盆活动能力增加，两侧竖脊肌的肌电持续时间活动减少，但耗氧量并没有下降。因此，使用矫形器6个月后患者的能耗水平并未下降。

能量消耗和运动耐力之间存在间接相关性，因此佩戴支具进行步行训练会降低患者的运动能力。对患者而言，增加运动耐力训练可以减少运动期间的耗氧量，减轻功能障碍。步行过程中的能量消耗不仅涉及下肢的移动，同时也有质量中心的纵向移动。骨盆和髋关节的额状面运动效率是有效降低质量中心位移的主要因素，同时优化做功总量，降低能量损耗。

综上所述，使用Milwaukee矫形器跨步长增加明显，髋关节矢状面的剪切应力明显下降;使用Cheneau矫形器步速、步频、步行耐力明显下降;使用胸腰骶矫形器步频对称性增加。所有类型的矫形器使用均出现骨盆-髋关节冠状面运动幅度下降、力学对称性增加。

三、脊柱矫正手术对脊柱侧凸步行的影响

对于存在脊柱侧凸进展风险的患者，最佳治疗方法是脊柱融合手术。手术目的是维持尽可能多的可移动脊柱节段并阻止脊柱侧凸的进一步加重。手术治疗对缓解疼痛、改善脊柱外形、缓解脊柱僵硬的作用已经被证实。

1. 时空参数

临床研究对脊柱侧凸患者的术后步速的研究无统一意见，同时手术的入路位置未对步行速度产生影响。手术对步频仅具有及时效应，术后患者跨步长增加明显。

2. 运动学参数

脊柱侧凸外科手术后最主要的改变为骨盆、髋关节运动幅度增加、肩关节运动对称性增加。研究发现，椎体融合数目的不同也会对术后的运动学参数产生影响，对于长脊柱融合至L2或L3的患者而言，脊柱活动度的受限增加了邻近椎体的压力，可能会将限制轴向平面运动作为一种保护其未融合的脊柱免受旋转力/运动影响的预防策略。有研究发现，后路脊柱手术不会引起远端邻近节段运动的代偿性增加，同时可以重新调整肌肉纤维的走行，将肩胛骨调整到静息位。凸侧肩胛骨位置的正常化可能与驼峰的减少相对应。

髋关节运动幅度是脊柱侧凸手术后生物力学的重要参数。三维步态分析的数据发现，手术矫正显著改善了脊柱侧凸患者步行中骨盆和髋关节额状面的运动学参数，使他们与健康受试者无显著差异性。另外，研究证实手术可有效提高躯干以及步态模式的对称性，在改善椎体对线的同时改变了相应关节的力的大小、方向，力臂的长度以及肌肉激活的模式。然而，脊柱侧凸翻修

术后步态的能量成本增加，代谢成本增加，双侧骨盆-股骨和腰椎-骨盆肌肉的激活时间增加，可能是因为腰椎-骨盆肌肉激活时间恒定或由于下肢残端生长的形态学改变。对比第一次脊柱手术和翻修手术组后发现，翻修组的步行能力提高程度大于第一次手术组，说明翻修组的脊柱畸形对步行耐力存在相当大的影响。

3. 动力学参数

Yagi等对比脊柱侧凸矫正术后组与健康对照组发现，步行中的地面反作用力在矢状面和冠状面不对称以及前后向最大扭矩明显低于术前(P=0.01)，但与健康对照组仍然存在一定的差距。Raison团队发现通过脊柱矫形手术后，患者L5-S1侧向力峰值较术前明显减小。

Yusof团队发现对Cobb角度<40°进行椎体融合术后脊柱侧凸患者步行中地面反作用力在首次触地、支撑相早期、支撑相中期和足趾离地阶段动力学数据差异无统计学意义。

4. 肌电活动

目前对于脊柱矫正手术后肌电信号变化开展的研究较少。

四、总结与展望

本文旨在通过步态分析评估总结使用脊柱矫形器和手术治疗后生物力学变化的特点，为脊柱侧凸的精准客观评估提供运动学、动力学、表面肌电、能量监测的评估方案。

脊柱矫形器的主要目的是帮助患者保持良好的对位对线，降低脊柱侧凸进展的风险，通过改善本体感觉、平衡能力和姿势控制，从而改善异常步态，有效提高躯体功能水平和生活质量。患者使用矫形器后，步行动力学对称性显著提高。脊柱矫正手术目的是维持尽可能多的可移动脊柱节段并停止脊柱侧凸的进一步加重，其对缓解疼痛、改善脊柱外形、缓解脊柱僵硬效果显著。

本文综述发现术后患者步行的改善主要集中在运动学参数上。此外，如何缩短评估时间、扩大临床和科研应用、研发更加适配的评估模型等成为当前推进步态评估常规化亟需解决的问题，需要加强部门间合作。随着科技的进步，步态分析可以与其他技术“生物传感器”、“人工智能”等共同作为脊柱侧凸评估的常规方法。

引自：张静,叶赛青,王谦.三维步态分析方法在脊柱侧凸矫正与康复中的研究进展[J].中国医疗设备,2024,39(6):168-172.

作者简介

张静

毕业于香港理工大学(硕士)，南京医科大学(本科)。主要从事脑卒中，脑外伤等中枢神经系统疾病物理治疗及三维步态评估。

参与国自然及省部级课题3项，专利2项，参编书籍5本，文章3篇，华西院内新技术1项。

王谦

四川大学华西医院，再生康复医疗组长，副主任医师，副教授。医学博士，生物医学工程学博士，Mayo Clinic再生康复医学博士后，海外高层次留学人才。康复医学中心三病区副主任、假肢矫形专业教研室主任，康复医学四川省重点实验室/康复医学研究所再生康复研究室副主任。

担任中华预防医学会脊柱疾病预防与控制专业委员会委员;中国康复医学会再生医学与康复专业委员会委员;中国康复医学会颈椎病专业委员会委员;中国医药教育协会临床研究工作委员会委员;四川省医学会物理医学与康复专委会青年委员会副主任委员;Journal of Orthopaedic Translation编委。

主持国家自然科学基金、省科技厅项目等共5项;以项目负责人承担6项临床研究，获批新技术6项(国际领先新技术1项，国内领先新技术1项);指导“大学生互联网+创新创业大赛”6项;第一作者或通讯作者发表SCI 15篇，Medline、核心期刊24篇;主编《脊柱矫形器学》，副主编《康复医师专科培训教材》，参编《浓缩血小板再生康复应用指南》

擅长干细胞及PRP可视化再生治疗技术;sEMG靶向肌筋膜微创诊疗技术;脊柱侧凸多模态矫正技术。临床擅长软组织疼痛/肌筋膜疼痛综合征/肌筋膜炎;颈腰椎疼痛/退行性骨关节病/运动损伤;脊柱侧凸与体态异常。研究领域：再生康复基础与转化研究;肌筋膜电生理与微创转化研究;脊柱侧凸矫正技术转化研究。