特发性脊柱侧弯患者步行生物力学特征：三维运动捕捉的横断面分析

doi:10.12307/2025.115

中国组织工程研究 ›› 2025, Vol. 29 ›› Issue (3): 471-477.doi: 10.12307/2025.115

• 骨与关节生物力学 bone and joint biomechanics • 上一篇下一篇

特发性脊柱侧弯患者步行生物力学特征：三维运动捕捉的横断面分析

苟艳芸，侯美金，江征，陈少清，陈祥，高誉展，王芗斌

福建中医药大学康复医学院，福建省福州市 350122

收稿日期:2023-12-05 接受日期:2024-01-12 出版日期:2025-01-28 发布日期:2024-06-03
通讯作者: 王芗斌，医学博士，博士生导师，教授，福建中医药大学康复医学院，福建省福州市 350122
作者简介:苟艳芸，女，1991年生，医学博士，讲师。
基金资助:
国家自然科学基金青年项目(82205306)，项目负责人：苟艳芸

Biomechanical characteristics of walking in patients with idiopathic scoliosis: cross-sectional analysis of three-dimensional motion capture

Gou Yanyun, Hou Meijin, Jiang Zheng, Chen Shaoqing, Chen Xiang, Gao Yuzhan, Wang Xiangbin

Rehabilitation Medicine School of Fujian University of Traditional Chinese Medicine, Fuzhou 350122, Fujian Province, China

Received:2023-12-05 Accepted:2024-01-12 Online:2025-01-28 Published:2024-06-03
Contact: Wang Xiangbin, MD, Doctoral supervisor, Professor, Rehabilitation Medicine School of Fujian University of Traditional Chinese Medicine, Fuzhou 350122, Fujian Province, China
About author:Gou Yanyun, MD, Lecturer, Rehabilitation Medicine School of Fujian University of Traditional Chinese Medicine, Fuzhou 350122, Fujian Province, China
Supported by:
National Natural Science Foundation of China (Youth Project), No. 82205306 (to GYY)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
脊柱侧弯：是指脊柱在冠状面、矢状面和水平面出现偏离中轴线的三维畸形。国际脊柱侧弯协会判定人体站立位的脊柱X射线片的侧方弯曲角度——Cobb角大于10°为脊柱侧弯。
三维运动捕捉：是在三维空间中全面记录物体运动的一套设备。常见的三维运动捕捉设备是光学式运动捕捉系统，需要在目标物体的关键位置贴上反光点，即Marker点，使用高速摄像机捕捉目标物体上反光点的运动轨迹，从而反映目标物体在空间中的运动情况。对于人体进行运动捕捉时，经常需要在人体的各个关节和骨性标志处贴上反光球，通过红外高速摄像机拍摄反光点的运动轨迹，随后进行分析和处理，还原人体在空间的运动。

摘要
背景：脊柱侧弯的生物力学分析病例数量有限，仅限于对脊柱或下肢独立进行生物力学分析，缺乏对人体多维度整体的评估，难以反映躯干与下肢在日常活动中的运动关系，不利于综合指导临床治疗。
目的：通过测量脊柱侧弯患者在步行活动中的脊柱运动学，研究脊柱不同节段及下肢运动学/动力学在步态活动中的关系，以全方位多层次评估脊柱侧弯患者与正常人群在生物力学的差异，为临床防治脊柱侧弯提供循证依据。
方法：此研究为一项横断面研究，于2020年7月至2021年6月，在福州大学城、福建中医药大学附属康复医院纳入脊柱侧弯患者28例及同年龄段正常人28例。采用三维运动捕捉系统以100 Hz的采样频率捕捉步态的运动学数据，2块测力台(AMTI 400600，采样频率1 500 Hz)嵌于长10 m(数据采集有效长度为4 m)，宽2.4 m平地走道采集动力学数据。比较两组受试者执行平地步行时步态时空参数，运动学及动力学参数的差异。所有受试者在纳入后立即接受全脊柱X射线片测量比较两组差异。
结果与结论：①脊柱侧弯患者肩胛带-躯干相对旋转活动度、胸廓-骨盆相对旋转活动度较正常组小(P < 0.05)，骨盆旋转活动度相较正常组大(P < 0.05)。②脊柱侧弯患者髋、膝关节屈伸活动度，髋关节凹凸侧屈伸峰力矩、地反力凸侧内外向峰值较正常组小(P < 0.05)。③脊柱侧弯患者的膝关节屈伸活动度非对称性指数、肩胛带-躯干相对旋转活动度非对称性指数、胸廓-骨盆相对旋转活动度非对称性指数较正常组大(P < 0.05)。④上述结果证实，脊柱侧弯患者在平地行走时肩胛带-胸廓-骨盆之间僵硬的运动模式，髋膝关节屈伸活动度减少，髋关节双侧屈伸力矩峰值及地反力凸侧内外向峰值降低。这些特征可以作为康复评估及治疗方案制定的依据。

https://orcid.org/0000-0003-4855-999X (苟艳芸)；https://orcid.org/0000-0002-1293-8755 (王芗斌)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 特发性脊柱侧弯, 三维运动捕捉, 步态, 平地行走, 运动学, 动力学, 运动模式, 全脊柱X射线片

Abstract: BACKGROUND: The biomechanical analysis of scoliosis cases is limited, with only independent analysis focusing on the spine or lower limbs, thus lacking a comprehensive evaluation of the multidimensional body. As a result, it becomes challenging to reflect the movement relationship between the trunk and lower limbs during daily activities, which hinders comprehensive clinical treatment guidance.

OBJECTIVE: To explore the relationship between different segments of the spine and the kinematics/kinetics of the lower limbs during gait activities by measuring spinal kinematics in scoliosis patients, to provide a comprehensive and multi-level assessment of the biomechanical differences between scoliosis patients and the normal population, consequently offering evidence-based guidance for the prevention and treatment of scoliosis.
METHODS: A cross-sectional study was conducted from July 2020 to June 2021 at the Rehabilitation Hospital Affiliated to Fujian University of Traditional Chinese Medicine in Fuzhou University City. A total of 28 scoliosis patients and 28 normal individuals in the same age group were included. Three-dimensional motion capture system was used to capture gait kinematic data at a sampling frequency of 100 Hz. Two force plates (AMTI 400600, sampling frequency 1 500 Hz) were embedded in a 10-meter-long 2.4-meter-wide level ground walkway (with an effective data collection length of 4 m) to collect kinetic data. The differences in spatial-temporal parameters, kinematics, and kinetics of gait between the two groups were compared. Immediately after inclusion, all subjects underwent full spinal X-ray measurements to compare the differences between the scoliosis and normal groups.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) Patients with scoliosis exhibited reduced relative rotational range of motion between the shoulder and trunk, as well as between the thorax and pelvis, compared to the normal group (P < 0.05). However, the rotational range of motion in the pelvis was larger in patients with scoliosis compared to the normal group (P < 0.05). (2) Patients with scoliosis showed decreased range of motion in the hip and knee joints, as well as reduced peak torque in hip joint flexion and extension, and lower peak values of ground reaction forces in the concave and convex directions, in comparison to the normal group (P < 0.05). (3) Patients with scoliosis demonstrated greater asymmetry indices in knee joint range of motion, relative rotational range of motion between the shoulder and trunk, and between the thorax and pelvis, when compared to the normal group (P < 0.05). (4) These findings illustrate a rigid movement pattern among the shoulder, thorax, and pelvis in patients with scoliosis during level walking. There is a reduction in range of motion in the hip and knee joints, as well as decreased peak torque values in hip joint flexion and extension, and ground reaction forces in the concave and convex directions. These characteristics can serve as foundational elements for assessing rehabilitation and developing treatment plans.

Key words: idiopathic scoliosis, three-dimensional motion capture, gait, level walking, kinematics, kinetics, movement pattern, full spinal X-ray film

中图分类号:

苟艳芸, 侯美金, 江征, 陈少清, 陈祥, 高誉展, 王芗斌. 特发性脊柱侧弯患者步行生物力学特征：三维运动捕捉的横断面分析[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(3): 471-477.

Gou Yanyun, Hou Meijin, Jiang Zheng, Chen Shaoqing, Chen Xiang, Gao Yuzhan, Wang Xiangbin. Biomechanical characteristics of walking in patients with idiopathic scoliosis: cross-sectional analysis of three-dimensional motion capture[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2025, 29(3): 471-477.

图/表（结果） 4

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引言

脊柱侧弯中80%为特发性脊柱侧弯[1]，其发病率达到0.93-12%[2-4]。运动功能障碍是特发性脊柱侧弯最主要的临床表现[5]，其中比例高达85%[6]。国内外研究针对特发性脊柱侧弯的运动功能障碍研究多集中于下肢[7-8]。多位学者发现脊柱的畸形在步态过程中改变了身体重心，导致步态异常。文献表明特发性脊柱侧弯影响行走速度、步频、步长、骨盆、髋关节、膝关节活动度、负重、离地地面反作用力(ground reaction force，GRF)、对称性和能量消耗等[7-12]。研究发现脊柱关节之间的活动度异常[13]，可能是由于特发性脊柱侧弯关节之间的不对称及僵硬无法产生相对运动，在动态活动中也无法将运动分配到各个关节，导致运动功能障碍，如异常步态[7]。大部分的研究多针对下肢或脊柱进行单独的生物力学分析，但较少把特发性脊柱侧弯患者的脊柱及下肢作为整体进行分析。故文章旨在通过测量特发性脊柱侧弯患者在步行活动中的脊柱和下肢的运动学，研究脊柱不同节段在步态活动中的相对运动关系及下肢动力学之间的互相影响。
脊柱侧弯患者在静态及动态活动中均表现出与正常人群显著的躯干活动度差异[14-15]。但特发性脊柱侧弯患者静态影像学测量的体位与动态功能性活动姿势完全不同，影像学数据难以反映躯干与下肢在日常活动中的运动关系。日常活动属于动态运动，动态下的脊柱和下肢的运动表现是评价特发性脊柱侧弯患者功能的重要指标。因此，此研究重点关注特发性脊柱侧弯患者平地步行活动时脊柱与下肢的生物力学特性。
近年来，大量的学者将三维运动捕捉技术应用到特发性脊柱侧弯疾病中[16-17]。三维运动分析可捕捉脊柱多节段的运动信息，补充静态影像学的评估结果[14]。三维运动捕捉能够测量和分析步行时特发性脊柱侧弯患者的地面反作用力，各个关节(足、小腿、大腿、骨盆、脊柱、头)的运动轨迹，步态周期的步速、步频和步长。文章创新性地应用三维运动捕捉技术研究脊柱和下肢的运动模式及步态对称性。
为了全方位多层次评估特发性脊柱侧弯患者与正常人群在步态活动中的生物力学差异，结合脊柱与下肢的运动学/动力学展开研究，旨在为特发性脊柱侧弯的机制研究提供客观的评估体系及循证医学依据。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

1.1 设计 横断面研究。
1.2 时间及地点 该研究于2020-07-13/2021-06-30在福州大学城及福建中医药大学附属康复医院完成。
1.3 对象 研究对象来源于福州大学城地区、福建中医药大学附属康复医院，通过问卷调查筛选病史、症状、体征符合该研究的受试者。采用简单随机抽样，通过直接抽选法从中抽取合适受试者拍摄全脊柱X射线片，符合试验纳排标准的纳入研究。此研究伦理审查经福建中医药大学附属康复医院伦理委员会于2020-07-09予以审查通过，批准号：2020KY-015-02。
1.3.1 样本量计算为探讨脊柱侧弯患者的生物力学特征，以步态中肩峰骨盆角(Acromion-Pelvis angle)为效应指标，根据文献查询，特发性脊柱侧弯患者肩峰骨盆角为(15.8±0.4)°，无症状受试者肩峰骨盆角为(11.6±0.5)°[17]，将上述两个指标输入样本量计算软件GPower 3.1得效应值为0.38，以此为基础，取双侧检验α=0.05，把握度(1-β)=0.8，效应值取0.38，算得每组需要样本数量为28例，该研究需要的总样本量为2×28=56例。研究流程图见图1。

1.3.2 入组标准
同年龄段正常志愿者纳入标准：①全脊柱X射线片测量Cobb角度在10°以内；②年龄18-20岁，不限性别；③无需帮助可平地走及上下楼梯8个台阶；④签署知情同意书，自愿参加该研究；符合上述各项者方可纳入。
同年龄段正常志愿者排除标准：①不能按规定时间接受测试、测试不配合者；②参加学校体队，运动量远远高于其他人员者；③双侧下肢真性腿长差超过2 cm，或存在身体明显的不对称者；④正在参加影响此研究结果评价的其他临床试验者。符合以上任何一项者即予排除。
特发性脊柱侧弯诊断标准：参照国际脊柱侧弯协会发布的诊断标准[18]：①患者站立位X射线片(全脊柱正侧位片)，测量冠状位Cobb角> 10°；②受检者双肩、两侧髂嵴不对称、不等高，脊柱棘突连线成弯曲畸形；③行躯干前屈测试(Adam Forward Bend Test)，受检者站立位并双膝伸直，然后躯干缓缓向前弯曲，治疗师从脊柱中线从上到下依次观察脊柱双侧不等高、不对称，出现剃刀背(Rib-hump)；④临床主要症状：腰骶部疼痛。
特发性脊柱侧弯纳入标准：①符合该病的诊断标准；②年龄18-20岁，不限性别；③X射线片筛查Cobb角度> 10°-20°(不包括10°，包括20°)；④签署知情同意书，自愿参加该研究；符合上述各项者方可纳入。
特发性脊柱侧弯排除标准：①先天性、神经肌肉型、神经纤维瘤、间质病变以及创伤型等严重的脊柱畸形类脊柱侧弯；②疑有或已确诊的腰椎关节、软组织及椎管内肿瘤者；③脊柱部位有严重皮肤损伤、出血或皮肤病者；④每周运动≥3次，每次运动量≥30 min者；⑤双侧下肢真性腿长差超过2 cm者；⑥体质量指数> 25 kg/m2者；⑦正在参加其他临床试验者。符合以上任何一项者即予排除。
1.4 测试仪器 采用三维运动捕捉系统(Qualisys，Gothenburg，Sweden)以100 HZ的采样频率同步捕捉步态的运动学数据。2块测力台(AMTI 400600，美国，采样频率1 500 Hz)嵌于长10 m(数据采集有效长度为4 m)，宽2.4 m平地走道采集动力学数据。
1.5 方法

1.5.1 标记点放置在受试者身上根据三维运动分析系统(Motion Analysis Corporation，美国，Eagle-4)的要求放置各部位的荧光标记物(Marker)。躯干放置：第十二肋下缘，肩峰)；下半身的标记模型使用CAST/Cleveland Clinic的下肢模型，下半身部位包括骨盆(髂前上棘、髂后上棘、髂嵴最高点)，大腿(股骨大转子、股骨中部、股骨内外上髁、股骨内上髁)，小腿(胫骨中部、内踝、外踝)及足部(第5趾骨头背侧缘、第2趾骨头背侧、第1趾骨头背侧缘、足跟)，用弹性带于身体外侧固定相应部位的荧光球(Marker)，见图2，通过运动分析系统的工作站对8部摄影机(采样频率1 500 Hz)进行校准后采集数据。数据收集后先通过带通滤波器进行处理，再计算协同系数，然后应用于分析。

1.5.2 数据采集受试者需以自觉舒适的步行速度在嵌有2块测力台(AMTI 400600，美国，采样频率1 500 Hz)的长10 m(数据采集有效长度为4 m)，宽2.4 m走道上平地行走。运动捕捉数据分析：采用3D运动捕捉系统(Qualisys，Gothenburg，Sweden)以100 HZ的采样频率同步捕捉步态的运动学及动力学数据。
1.6 主要观察指标
1.6.1 运动学参数矢状面上骨盆及髋、膝、踝关节屈伸活动范围；冠状面上骨盆及髋关节侧屈活动范围；水平面上骨盆旋转活动范围。
髋、膝、踝关节运动学非对称性指数(asymmetry index，AI)[19]：AI数字越大代表双侧不对称性越高。正常组：(右-左)/0.5×(右+左)；脊柱侧弯：(凸-凹)/0.5×(凸+凹)[20]。
脊柱侧弯凹凸侧定义：患者经全脊柱X射线片测量后，将脊柱侧凸的朝向定义为凹侧，反之为凸侧。
文章参考以往文献方法列出运动学方向设定参数[21]，见表1。

1.6.3 其他参数动力学-矢状面上髋膝踝关节屈伸峰值力矩；矢状面上前后向(AP)、内外向(ML)及垂直向(V)地面反作用力；人体在动态活动中重心在矢状面的位移(COM)。
1.6.4 数据处理使用 V3D 软件(Visual 3D Professional V6，C-motion InC，美国)中的基本流程进行数据分析：在采集的静态数据中命名各标记点，并依据ISB(International
Society of Biomechanics)指南建议[23-24]，分别定义各关节坐标系。计算出各个环节的惯性参数，例如关节中心和环节质量等。建立环节三维坐标系，通过矩阵转换可以得到各个环节绕各个坐标轴的角度。通过逆运动学得到环节转动的欧拉角后，可根据地面反作用力进行逆动力学计算，从而得到关节力矩等指标。地面反作用力根据受试者自身的体质量进行标准化。所有的关节力矩均根据体质量和身高进行标准化(体质量×身高百分比，%BM×Height)后进行分析。
1.7 质量控制
1.7.1 研究人员的质量控制 ①制定详细的研究手册，规范受试者招募流程、特发性脊柱侧弯临床筛查流程、纳入标准及排除标准、评估流程细则、实验操作流程规范、病历记录表填写规范、受试者数据采集任务细则等，保证参与研究的所有人员熟悉所有流程及细则；②正式招募受试者、测试前，所有研究人员通过进行6例预试验熟悉研究所有过程，规范及掌握所有操作后正式开始试验。
1.7.2 研究对象的质量控制研究开始前，向每一位受试者解释该研究的目的及过程，消除疑虑，提供与疾病相关的预防、健康生活方式及预后等宣教，并解释有可能的风险因素，征得受试者知情同意方可开始试验。
1.7.3 数据管理的质量控制数据录入采用EpiData软件进行双录入双核对以确保数据的准确性和完整性。妥善保存原始文件以方便后续核对及检查。
1.8 统计学分析 采用Excel 2013软件录入原始数据，采用SPSS 24.0软件进行数据分析。计量资料符合正态分布的以x±s表示，如步态周期、肩胛带-胸廓-骨盆相对运动、重心移动等；不符合正态分布的以M(P25，P75)描述，如时空参数、骨盆髋膝踝运动学等。组间比较采用两样本t检验。不符合正态分布的数据采用非参数检验进行统计分析。P < 0.05为差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

讨论

此研究旨在探讨特发性脊柱侧弯患者与同年龄段正常人群在动态活动中脊柱与下肢的生物力学差异。结果发现特发性脊柱侧弯患者肩胛带-躯干相对旋转活动度、胸廓-骨盆相对旋转活动度较正常组小，骨盆旋转活动度相较正常组大；特发性脊柱侧弯患者髋、膝关节屈伸活动度，髋关节凹凸侧屈伸峰力矩，地反力凸侧内外向峰值较正常组小；特发性脊柱侧弯患者膝关节屈伸活动度非对称性指数、肩胛带-躯干相对旋转活动度非对称性指数、胸廓-骨盆相对旋转活动度非对称性指数较正常组大。文章将从脊柱水平面相对运动，下肢运动学/动力学，步态对称性进行分析。
3.1 脊柱侧弯患者与正常人群脊柱水平面相对运动分析 既往研究均发现特发性脊柱侧弯患者较无症状受试者相比脊柱间的旋转活动范围显著降低[25-26]。脊柱侧弯的发生是脊柱部分节段活动僵硬的代偿[27]。研究发现脊柱侧弯患者在水平面上胸廓及胸椎活动度丧失严重[28]，侧弯程度与活动度丧失呈正比[29]。此研究结果与既往研究一致，特发性脊柱侧弯患者肩胛带-躯干相对旋转活动度、胸廓-骨盆相对旋转活动度较正常组小，组间比较差异有显著性意义。过去研究证据均表明，旋转受限是影响特发性脊柱侧弯发展的主要因素之一[30]。BURWELL等[31]指出，脊柱侧弯是由步态中躯干旋转控制机制周期性失效引起的。有研究认为，胸椎旋转丧失导致脊柱侧弯进一步发展[30]。多个研究证实，胸廓旋转能力的受限导致其他节段的旋转代偿，从而保证步行时正常的脊柱节律，与此研究结果一致。然而这种长期代偿模式会进一步加重胸椎、胸廓的僵硬，甚至进一步影响患者肺部扩张及呼吸功能。因此在临床干预中应注重胸椎及胸廓旋转能力的改善。
此研究同时还发现，特发性脊柱侧弯患者的骨盆旋转活动度较正常组大，组间比较差异有显著性意义。有研究发现特发性脊柱侧弯患者的骨盆存在旋转[17]，且大部分患者的骨盆旋转方向向凸侧旋转[32]。目前无研究发现特发性脊柱侧弯患者在步行活动中骨盆旋转活动度增加，这可能与研究的数据分析方法不同有关。此研究测量的骨盆旋转活动度为整个步态活动中特发性脊柱侧弯患者骨盆旋转的平均角度。在平地步行过程中，当右下肢前移动时，左下肢相对在后，此时要求腰椎骨盆向左旋转，同时胸椎向右旋转与之相协调，反之亦然。这种水平面上的腰椎-骨盆与胸廓-骨盆的反向旋转对于减少角动量至关重要，以保持步态的稳定性和限制能量消耗[33]。特发性脊柱侧弯患者躯干与骨盆独立旋转的能力减弱，可能会降低步态效率，导致步行时需要花费更多的能量[34]。
该研究认为特发性脊柱侧弯患者骨盆在水平面上旋转活动度增加是对肩胛带和胸廓相对躯干与骨盆水平面上旋转活动度减少的一种代偿现象。
3.2 脊柱侧弯患者与正常人群下肢运动学/动力学分析 既往研究显示，特发性脊柱侧弯患者通过改变身体力学和步态模式，如减少髋关节和膝关节在矢状面上的活动范围以增加步行稳定性和减少能耗[35]。这与此研究结果一致，该研究发现特发性脊柱侧弯患者髋、膝关节屈伸活动度较正常组减小。结合前述骨盆旋转活动度增大的结果，说明特发性脊柱侧弯患者在平地活动中，骨盆旋转活动度增加可能带来骨盆节段的不稳定，因此患者采用减少髋、膝关节的屈伸灵活性来帮助维持稳定。
有学者证实，有2/3的特发性脊柱侧弯患者表现出不对称的髋关节力矩[17]，与正常组比较表现出减小的髋关节屈伸力矩[36]，这与此研究结果一致。该研究发现特发性脊柱侧弯患者髋关节凹凸侧屈伸峰力矩较正常组小，同时发现地反力凸侧内外向峰值较正常组小。膝关节屈伸活动度对于步行中的重心变换及推动身体向前有重要作用，因此，该研究认为特发性脊柱侧弯患者可能因为活动度的减少，使凸侧的内外侧地反力峰值减少，也带来双侧髋关节的屈伸力矩的减少，这反过来也可能影响步行前进的动力。因此，康复临床针对特发性脊柱侧弯的步行活动模式变化，需要考虑增加膝关节的屈伸活动度，提高步行的推进作用。
3.3 脊柱侧弯患者与正常人群步态对称性分析 研究证实，特发性脊柱侧弯患者较无症状患者相比其脊柱间相对运动及下肢运动不对称性显著[25，37]，这与此研究结果一致。该研究发现，特发性脊柱侧弯患者的膝关节屈伸活动度非对称性指数、肩胛带-躯干相对旋转活动度非对称性指数、胸廓-骨盆相对旋转活动度非对称性指数较正常组大。结果提示，特发性脊柱侧弯患者在平地活动中双侧膝关节屈伸活动、肩胛带-躯干相对旋转活动、胸廓-骨盆相对旋转活动更不对称。既往研究认为特发性脊柱侧弯患者的脊柱畸形导致躯干不对称的旋转运动，从而导致躯干承受不对称的负荷，出现下肢多个关节活动的不对称[38]。在躯干不对称运动或下肢交替运动(如步行)时，骨盆和肩胛带在冠状面、矢状面和水平面的运动均不对称[39]，这种不对称可能带来躯体本体感觉输入的改变，也影响了姿势控制的调节策略[40]，同时可能因为影响了下肢重心位置和体质量的对称分布而影响膝屈曲的对称性[41]。特发性脊柱侧弯的静态结构不对称导致动态活动的不对称，长期的不对称性动态活动又会进一步加重静态结构的异常，形成恶性循环。康复方案应尽早打破动态不对称模式以促进静态结构的恢复。
3.4 研究局限性 此研究的不足为仅纳入18-20岁、侧弯程度在20°以内的脊柱侧弯人群，可能在一定程度上降低了此研究结果的推广性，未来研究可增加不同年龄段，针对侧弯程度分层进一步分析；在生物力学分析方面未针对步态的8个周期进行详细分期计算，可能在步态过程中某个时期特点因此未被发现，未来可继续挖掘步态周期各分期特点。
3.5 结论 此研究将三维运动捕捉技术应用于特发性脊柱侧弯患者的动态活动功能测量，此方法可以更全面地评估特发性脊柱侧弯患者的脊柱和下肢运动情况，为特发性脊柱侧弯评估提供新的方法和客观依据；首次结合脊柱和下肢的运动学/动力学研究，评估了特发性脊柱侧弯患者与正常人群在步行活动中的生物力学差异，为特发性脊柱侧弯的机制研究提供了客观的评估体系和循证医学依据。以上创新为特发性脊柱侧弯的研究提供了新的视角和方法，有助于更深入地了解特发性脊柱侧弯的机制并更好地评估患者的运动功能。
特发性脊柱侧弯患者在平地行走时表现为双侧膝关节活动、肩胛带-躯干相对旋转活动、胸廓-骨盆相对旋转活动更不对称，伴随发生的运动学改变包括骨盆旋转的灵活性更大，而肩胛带和胸廓相对腰椎与骨盆的旋转灵活性更差，髋、膝关节双侧屈伸灵活性更差，动力学改变表现为髋关节双侧关节承受负荷更小。该研究认为，特发性脊柱侧弯患者在平地活动中表现出的这种异常模式可能来自于脊柱三维改变导致的部分节段活动僵硬，减少相对旋转，从而保持步态的稳定性和限制能量消耗。在活动状态中表现出特有的代偿模式以维持脊柱的稳定和人体正常的运动功能，这些特征可以作为康复评估及方案制定的依据。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

特发性脊柱侧弯患者步行生物力学特征：三维运动捕捉的横断面分析

Biomechanical characteristics of walking in patients with idiopathic scoliosis: cross-sectional analysis of three-dimensional motion capture

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