青少年特发性脊柱侧凸患者步态参数、肌肉参数与影像学的相关性

doi:10.12307/2025.819

中国组织工程研究 ›› 2025, Vol. 29 ›› Issue (21): 4477-4485.doi: 10.12307/2025.819

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

青少年特发性脊柱侧凸患者步态参数、肌肉参数与影像学的相关性

刘静1，徐纯鑫2，陆洋阳2，瞿沁泉2，朱琪1，郭玉兰1，沈敏1，2

1上海中医药大学康复医学院，上海市 201203；2上海市特殊儿童康复中心，上海市 200127

收稿日期:2024-04-08 接受日期:2024-08-23 出版日期:2025-07-28 发布日期:2024-12-05
通讯作者: 沈敏，硕士，硕士生导师，主任医师，上海中医药大学康复医学院，上海市 201203；上海市特殊儿童康复中心，上海市 200127
作者简介:刘静，女，1998年生，河北省保定市人，汉族，上海中医药大学在读硕士，主要从事青少年特发性脊柱侧弯步态分析及仿真建模相关方向的研究。
基金资助:
上海市康复医学会健康管理科研基金课题项目(2023JGKT31)，项目负责人：沈敏

Correlation of gait parameters and muscle parameters with imaging in adolescent idiopathic scoliosis patients

Liu Jing1, Xu Chunxin2, Lu Yangyang2, Qu Qinquan2, Zhu Qi1, Guo Yulan1, Shen Min1, 2

1School of Rehabilitation Medicine, Shanghai University of Traditional Chinese Medicine, Shanghai 201203, China; 2Shanghai Rehabilitation Center for Special Children, Shanghai 200127, China

Received:2024-04-08 Accepted:2024-08-23 Online:2025-07-28 Published:2024-12-05
Contact: Shen Min, MS, Master’s supervisor, Chief physician, School of Rehabilitation Medicine, Shanghai University of Traditional Chinese Medicine, Shanghai 201203, China; Shanghai Rehabilitation Center for Special Children, Shanghai 200127, China
About author:Liu Jing, Master candidate, School of Rehabilitation Medicine, Shanghai University of Traditional Chinese Medicine, Shanghai 201203, China
Supported by:
Health Management Research Fund Project of Shanghai Rehabilitation Medicine Association, No. 2023JGKT31 (to SM)

摘要/Abstract

摘要：
文题释义：
青少年特发性脊柱侧凸：是一种复杂的三维脊柱结构畸形，包括冠状面上的侧凸、矢状面上的前凸增加或后凸减少以及水平面上的椎体旋转，常见于10-18岁的青少年，是脊柱侧弯最常见的类型。
青少年特发性脊柱侧凸步态：青少年特发性脊柱侧凸患者的脊柱常常出现异于正常生理曲度的形变、侧弯及旋转畸形，侧弯的脊柱节段相对远离身体正中线，使脊柱失去原有的生物力学结构，导致整个身体姿势控制和步态模式的改变。现有研究认为青少年特发性脊柱侧凸患者在步行过程中存在着一定程度的步态异常，如步长变短、步速变慢、膝关节矢状面活动范围缩小、地反力在垂直和水平方向上存在不对称等，但各研究成果之间存在着一定的差异。

摘要
背景：步态分析作为一种没有辐射的动态评估方法，可以辅助影像学检查对脊柱侧凸患者进行评估，从而减少辐射暴露。
目的：分析青少年特发性脊柱侧凸患者步态参数与影像学参数的相关性，并通过OpenSim仿真建模初步探索潜在机制。
方法：选取Cobb角10°-45°、年龄10-18岁的青少年特发性脊柱侧弯患者20例为青少年特发性脊柱侧凸组；对照组是同年龄阶段，且相同体质量指数区间的正常儿童，共计纳入40例受试者。比较两组受试者步行时空参数、运动学参数、动力学参数及步态偏差指数的差异，探索病理步态与冠状面平衡的相关性，并对相关机制进行初步研究。
结果与结论：①步态参数组间比较结果表明，青少年特发性脊柱侧凸组患者左侧支撑相、左侧双支撑相占整个步态周期的百分比增加，同时左侧摆动相占整个步态周期的百分比减少(P < 0.05)；青少年特发性脊柱侧凸组患者左侧髋关节最大内收角度大于对照组，双侧髋关节最大外展角度明显小于对照组(P < 0.05)；两组双侧足跟初始着地时踝关节角度相比差异有显著性意义(P < 0.05)；青少年特发性脊柱侧凸患者蹬离地面时右侧髋关节屈曲肌群峰值功率显著变小(P < 0.05)；②相关性研究结果显示，右侧髋关节最大外展角度与Cobb角呈显著正相关(r=0.552，P=0.012)，右侧髋关节屈曲肌群峰值功率和C7侧方偏移呈显著负相关(r=-0.475，P=0.034)，左侧足跟着地时踝关节角度与冠状面骨盆倾斜度呈显著正相关(r=0.476，P=0.034)；③肌肉长度模拟计算结果表明，青少年特发性脊柱侧凸患者臀中肌肌纤维长度变化显著减少(P < 0.05)，双侧腹内斜肌肌纤维长度变化显著减少(P < 0.05)；比较两组受试者在足跟着地时的肌纤维长度发现，青少年特发性脊柱侧凸患者足跟初始着地时腓肠肌内外侧头和比目鱼肌的肌纤维长度均变短(P < 0.05)；④结果发现，青少年特发性脊柱侧凸患者躯干的姿势稳定性控制下降，表现为步频变慢、支撑相双支撑相百分比增加及摆动相百分比减少；普遍存在低足跟着地模式，是由双侧跟腱紧张引起的；青少年特发性脊柱侧凸患者存在髋屈曲肌群做功能力下降，可能与关节角速度及主弯方向相关。

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: 青少年特发性脊柱侧凸, 步态参数, 步态偏差指数, 冠状面平衡, OpenSim, 肌肉参数, 影像学, 三维步态分析

Abstract: BACKGROUND: Gait analysis, as a radiation-free dynamic assessment method, may be able to assist imaging to evaluate patients with scoliosis, thereby reducing radiation exposure.
OBJECTIVE: To analyze the correlation between gait parameters and imaging parameters in adolescent idiopathic scoliosis patients, and preliminarily explore the potential mechanism through OpenSim simulation modeling.
METHODS: Twenty adolescent idiopathic scoliosis patients aged 10-18 years with Cobb angle of 10°-45° were selected as adolescent idiopathic scoliosis group. The control group was normal children of the same age and the same body mass index range, and a total of 40 subjects were included. The differences in spatiotemporal parameter, kinematic parameters, dynamic parameters, and gait deviation index of the two groups were compared to explore the correlation between pathological gait and coronal balance. The related mechanisms were preliminarily studied.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) The comparison of gait parameters between groups showed that the percentage of bilateral support phase and double support phase increased in adolescent idiopathic scoliosis patients, and the percentage of bilateral swing phase decreased (P < 0.05). The maximum adduction angle of the left hip joint of patients in the adolescent idiopathic scoliosis group was greater than that of the control group, and the maximum abduction angle of the bilateral hip joints was significantly less than that of the control group (P < 0.05). The ankle joints of the two groups when the bilateral heels initially touched the ground; the difference between angles was significant (P < 0.05). The peak power of right hip flexor muscle group in adolescent idiopathic scoliosis patients was significantly decreased when they pushed off the ground (P < 0.05). (2) The results of the correlation study showed that the maximum abductive angle of the right hip joint was significantly positively correlated with the Cobb angle (r=0.552, P=0.012), and the right peak power of right hip flexor muscle and C7 lateral offset were significantly negatively correlated (r=-0.475, P=0.034). There was a significant positive correlation between ankle angle and lateral pelvic tilt when left foot followed the ground (r=0.476, P=0.034). (3) The simulation results of muscle length showed that the change of muscle fiber length of gluteal medium muscle in adolescent idiopathic scoliosis patients was significantly reduced (P < 0.05). The change of muscle fiber length of the bilateral internal oblique muscle was significantly reduced in adolescent idiopathic scoliosis patients (P < 0.05). Comparing the muscle fiber length of the two groups when foot followed the ground, it was found that the muscle fiber length of the calf triceps of the adolescent idiopathic scoliosis patients was significantly shorter when foot followed the ground (P < 0.05). (4) The results showed that the postural stability control of the trunk of adolescent idiopathic scoliosis patients was decreased, which was manifested as slow step frequency, increased percentage of double support phase and decreased percentage of swing phase. The common pattern of low foot striking pattern is caused by bilateral Achilles tendon tension. In adolescent idiopathic scoliosis patients, the ability of hip flexor muscle to do work is decreased, which may be related to joint angular velocity and main bend direction.

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

Key words: adolescent idiopathic scoliosis, gait parameter, gait deviation index, coronal balance, OpenSim, muscle parameter, imaging, three-dimensional gait analysis

中图分类号:

R459.9|R318|R682.3

刘静, 徐纯鑫, 陆洋阳, 瞿沁泉, 朱琪, 郭玉兰, 沈敏. 青少年特发性脊柱侧凸患者步态参数、肌肉参数与影像学的相关性[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(21): 4477-4485.

Liu Jing, Xu Chunxin, Lu Yangyang, Qu Qinquan, Zhu Qi, Guo Yulan, Shen Min. Correlation of gait parameters and muscle parameters with imaging in adolescent idiopathic scoliosis patients[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2025, 29(21): 4477-4485.

图/表（结果） 9

2.1 参与者数量分析 共计纳入受试者40例，青少年特发性脊柱侧凸组和对照组各20例，试验过程无脱落，全部进入结果分析。
2.2 试验流程图 见图3。

2.3 基线资料比较 表1描述了两组受试对象的基线资料，年龄、身高、体质量、体质量指数组间比较差异均无显著性意义(P > 0.05)；青少年特发性脊柱侧凸组女孩更多，差异有显著性意义(P < 0.05)，这可能与青少年特发性脊柱侧凸的流行病学相关。

2.4 青少年特发性脊柱侧凸患者与对照组步态参数比较
2.4.1 时空参数比较两组在自然行走状态下的时空参数发现，青少年特发性脊柱侧凸组患者左侧支撑相、左侧双支撑相占整个步态周期的百分比增加，同时左侧摆动相占整个步态周期的百分比减少，差异均有显著性意义(P < 0.05)；而两组间双侧步长、双侧步速、双侧步频以及步宽差异均无显著性意义(P > 0.05)，见表2。

2.4.2 运动学参数比较两组在自然行走状态下的运动学参数(髋、膝、踝的活动范围，初始着地时髋、膝、踝关节角度，支撑相踝关节最大背屈角及髋关节最大内收或外展角度)发现，青少年特发性脊柱侧凸组患者左侧髋关节最大内收角度大于对照组，双侧髋关节最大外展角度明显小于对照组，差异均有显著性意义(P < 0.05)；两组双侧足跟初始着地时踝关节角度相比差异有显著性意义
(P < 0.05)，见表3。
2.4.3 动力学参数比较两组在承重反应期和蹬离期的垂直地反力峰值，组间差异均无显著性意义(P > 0.05)，见图4。
2.4.4 步行策略比较两组在自然行走状态下的步行策略(踝关节蹬离地面时足跖屈肌群产生的峰值功率、髋关节屈曲肌群产生的峰值功率和推进策略统称为步行策略)发现，右侧髋关节屈曲肌群产生的峰值功率(H3)差异有显著性意义(P < 0.05)，但双侧踝关节蹬离地面时足跖屈肌群产生的峰值功率(A2)和推进策略差异均无显著性意义
(P > 0.05)，见图5。

2.4.5 步态偏差指数两组自然行走状态下的步态偏差指数相比差异无显著性意义(P > 0.05)，见表4。

2.5 影像学参数与步态参数的相关性结果 将两组受试者步态参数中具有显著差异的9项(左侧支撑相、左侧双支撑相、左侧摆动相、左侧髋关节最大内收角度、双侧髋关节最大外展角度、双侧足跟初始着地时踝关节角度、右侧髋关节屈曲肌群产生的峰值功率)分别与影像学参数进行相关性分析。根据表5及图6可知，右侧髋关节最大外展角度与Cobb角呈显著正相关(r=0.552，P=0.012)，右侧髋关节屈曲肌群产生的峰值功率和C7侧方偏移呈显著负相关(r=-0.475，P=0.034)，左侧足跟初始着地时踝关节角度与冠状面骨盆倾斜度呈显著正相关(r=0.476，P=0.034)。

2.6 肌肉长度变化模拟计算结果 肌肉长度变化是指在步行周期内肌纤维最大长度与最小长度之差，差值大小在一定程度上反映了关节的活动范围及肌纤维的活动状态。此次研究选取的肌肉均根据缩放后的静态长度进行标准化，结果以百分比表示。根据表6可知，与对照组相比，青少年特发性脊柱侧凸组臀中肌肌纤维长度变化均变小，差异有显著性意义(P < 0.05)。此外，青少年特发性脊柱侧凸组患者双侧腹内斜肌肌纤维长度变化减少，差异有显著性意义(P < 0.05)。另外，比较两组受试者在足跟初始着地时的肌纤维长度发现，青少年特发性脊柱侧凸患者足跟初始着地时腓肠肌内外侧头和比目鱼肌的肌纤维长度均变短，差异有显著性意义(P < 0.05)，见表7。
2.7 不良事件 试验中贴放在皮肤的表面标记物为黏性材质，出现皮肤过敏情况概率极低。

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引言

青少年特发性脊柱侧凸是一种复杂的三维脊柱结构畸形，包括冠状面上的侧凸、矢状面上的前凸增加或后凸减少以及水平面上的椎体旋转，常见于10-18岁的青少年，是脊柱侧凸最常见的类型[1-3]。根据国际脊柱侧凸研究学会的定义，Cobb角≥10°并伴有椎体旋转即可诊断为青少年特发性脊柱侧凸[4]，据报道，根据地区的不同，全世界有0.93%-12%的青少年受到影响[5]，该病好发于女性，男女发病比例约为1∶8[6]。目前，尽管学者们已经做了大量的研究，但青少年特发性脊柱侧凸的病因仍然不明[7]，患者通常表现为高低肩、向前弯曲时背部不对称和肋骨隆起[8]，影响脊柱解剖、活动和左右躯干对称性[9-11]。
步行作为日常生活中最重要的活动之一，需要各关节和肌肉的协同运动[12]。在步行过程中，骨盆和双下肢主要执行推进运动，而躯干主要负责维持身体平衡，并与肢体运动相互作用，以实现有效的运动。事实上，为了使身体在步行过程中保持平衡，肩带和骨盆带的旋转总是相反的[13]。然而，青少年特发性脊柱侧凸患者的脊柱常常出现异于正常生理曲度的形变、侧弯及旋转畸形，侧弯的脊柱节段相对远离身体正中线，使脊柱失去原有的生物力学结构，导致整个身体姿势控制和步态模式的改变[14]。现有研究认为青少年特发性脊柱侧凸患者在步行过程中存在着一定程度的步态异常，如步长变短[15]、步速变慢[16]、膝关节矢状面活动范围缩小[13]、地反力在垂直和水平方向上存在不对称等[17]，但各研究成果之间存在着一定的差异。
躯干平衡和肩部平衡是美观的重要考虑因素，研究表明青少年特发性脊柱侧凸患者中躯干失衡的比例较
高[18]，躯干平衡包括冠状面平衡和矢状面平衡，其中又以冠状面失衡最为显著，冠状面失衡会影响患者的步态和自我形象[19]，而且会影响侧弯曲度的进展[18]。因此，对于青少年特发性脊柱侧凸患者，准确判断冠状面失衡对于选择恰当的治疗方式以及评估治疗效果均至关重要。目前关于影像学参数的测量主要采用影像学方法，连续的影像学检查可能会导致相对较高的累积辐射剂量，对人体有一定的危害。
关于青少年特发性脊柱侧凸病理步态与冠状面平衡的关系，国内外均有相关研究，但数量较少，且相关性的病理机制目前尚不明确。此次研究旨在探索病理步态与脊柱冠状面畸形的相关性，并对相关机制进行初步研究，以期为未来采用定量步态分析辅助评估和诊断以减少辐射暴露提供循证依据。

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 横断面试验，组间比较用独立样本t检验或秩和检验，相关性分析用Pearson或Spearman相关。
1.2 时间及地点 所有数据采集工作均于2023年2月至2024年2月在上海市特殊儿童康复中心三维步态分析实验室完成。
1.3 对象 选择在上海市特殊儿童康复中心、上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心就诊，选取Cobb角范围为10°-45°，年龄10-18岁，体质量指数在对应年龄正常范围内(依据世界卫生组织《儿童体质量指数标准表2022》)的青少年特发性脊柱侧凸患者为青少年特发性脊柱侧凸组。对照组来自上海市浦东新区花木街道的同年龄阶段、且相同体质量指数区间的正常儿童。每组20例，共计纳入40例研究对象。青少年特发性脊柱侧凸患者在参与此次试验前均拍摄了X射线片。所有受试者及其监护人均在对试验过程充分了解的情况下签署了知情同意书。此次研究已通过上海市特殊儿童康复中心伦理委员会审核(函号：EKLL-2023003)。
正常儿童纳入标准：①年龄10-18岁；②体质量指数在对应年龄正常范围内(参考世界卫生组织《儿童体质量指数标准表2022》)；③右利足者；④能配合完成三维运动捕捉系统的数据采集。
正常儿童排除标准：①脊椎发育异常；②近半年有骨折愈合、扭伤等影响步行的儿童；③有运动特长，运动量远远高于其他儿童。
青少年特发性脊柱侧凸纳入标准：①Cobb角≥
10°[20]，且不超过45°；②年龄10-18岁；③体质量指数在对应年龄正常范围内(参考世界卫生组织《儿童体质量指数标准表2022》)；④右利足者，下肢长度差异< 1 cm；⑤未接受过手术治疗；⑥能配合完成三维运动捕捉系统的数据采集。
青少年特发性脊柱侧凸排除标准：①存在严重基础疾病者；②存在认知、言语及理解功能严重障碍者。
1.4 方法
1.4.1 三维步态分析数据采集方法两组儿童均使用三维运动捕捉系统(Motion Analysis 公司，Raptor-4S，USA)进行客观步态分析，该系统包含10 m的人行步道、12个红外摄像头和2块Bertec三维测力平台(FP-4060)，采样频率均为120 Hz。此次研究采用改良Helen Hayes模型对人体关键点进行标记，总共需要39个Marker。标记位置为：双侧髂后上棘、双侧髂前上棘、双侧大腿外侧Wand(保持与膝关节轴外侧中点齐平)、双侧小腿外侧Wand(保持与大腿Wand及膝关节轴外侧中点齐平)、双侧股骨内外侧髁、双侧胫骨转子、双侧内外踝、双侧第2-3跖趾关节中间、双侧跟骨(与前足第2-3跖趾关节中间高度齐平)、双侧第1和第5跖骨头、C7棘突、胸骨柄、右肩胛骨下角、双侧肩峰、双侧桡骨茎突、双侧尺骨茎突、双侧肱骨外上髁、双侧掌骨内侧头(图1)。

受试儿童登记个人基础信息后，穿着紧身衣裤，赤足进入三维步态分析实验室。受试儿童所有数据采集工作将由经过培训且有丰富临床经验的治疗师进行，采集时告知受试儿童尽量在步道中间沿直线匀速自然行走，保证测试过程中所有体表Marker暴露于红外覆盖区域内。最终分析所采用的数据必须为最接近平时步行状态的数据，且至少包含10个完整的步行周期。
1.4.2 影像学参数测量由一名研究者独立对纳入患者的影像学图像进行重复3次测量，向主弯侧倾斜被认为是正值，反之为负值，结果取平均值。测量Cobb角、C7侧方偏移、主弯顶点侧方偏移以及冠状面骨盆倾斜度[21-22]。
1.4.3 OpenSim仿真建模此次研究主要通过由斯坦福大学研发的免费开源仿真建模软件OpenSim 4.4来计算脊柱侧凸可能影响的肌肉的肌纤维长度来阐释脊柱畸形与步态参数之间关系的内在机制。已知逆运动学结束之后即可进行肌肉长度的计算，此次研究使用的Visual3D版本允许导出OpenSim兼容的运动文件，设计用于OpenSim的步态模型。Visual3D导出的运动文件Visual3D_SIMM_input.mot绕过了OpenSim中的缩放和逆运动学，可以直接用于肌肉长度的计算，见图2。

1.5 主要观察指标 ①步态参数：时空参数、运动学参数、动力学参数、步态偏差指数；②肌肉参数：肌纤维长度变化范围、足跟初始着地时肌纤维长度。
1.6 统计学分析 采用SPSS 26.0进行统计分析，以P < 0.05表示差异有显著性意义。两组受试者步态参数中计量资料符合正态分布采用两独立样本t检验分析，用x±s描述；若不符合正态分布，则采用两独立样本Mann-Whitney U检验，用四分位数和中位数描述；计数资料采用Chi-Square检验，用率或构成比描述。采用Pearson或Spearman相关性分析评估步态参数与影像学参数的相关性。文章统计学方法已经上海中医药大学统计学专家审核。

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

此次研究主要有3个目的：第一是观察青少年特发性脊柱侧凸患者的步行时空参数、运动学参数、动力学参数及步态偏差指数的变化情况；第二是分析步态参数与影像学参数的相关性；第三是通过OpenSim仿真建模初步探索步态参数与影像学参数相关性的潜在肌肉
机制。
3.1 青少年特发性脊柱侧凸患者步态的运动学及动力学特征的分析与讨论研究结果表明，青少年特发性脊柱侧凸患者髋关节冠状面运动受限、跟腱紧张，右侧髋屈肌群功能下降。研究发现，髋关节冠状面运动平均减少了2.17°，足跟初始着地时踝关节背屈角度平均减少了4.15°，支撑相和双支撑相占比平均增加了1.01%，摆动相占比减少了0.99%。虽然青少年特发性脊柱侧凸对步行的影响很小，但所有这些结果都表明，青少年特发性脊柱侧凸会对患者的步态产生影响。
3.1.1 时空参数在步行过程中，脊柱协助维持身体平
衡[23]。脊柱出现畸形会影响身体力线排列，导致躯干失衡，引起重心位置和下肢质量分布的改变[24]。此外，多平面畸形会引起脊柱周围结缔组织的改变，影响身体活动能力和平衡[25]。由于这种不平衡，身体各个部位的物理量都会发生变化，包括躯干、上肢和下肢及其相关关节。下肢关节参与步态周期，脊柱侧凸的影响会改变其在步态周期中的功能，出现代偿性的步态模式[26]。与对照组相比，青少年特发性脊柱侧凸患者的步频变慢、支撑相双支撑相百分比增加及摆动相百分比减少，这与朱飞龙等[27]及刘丹等[28]的研究是一致的。
3.1.2 运动学参数在此次研究中发现，与对照组相比青少年特发性脊柱侧凸组患者在初始着地时普遍存在低足跟着地模式，这可能与跟腱紧张有关。另外，作者还观察到青少年特发性脊柱侧凸患者髋关节冠状面运动受限，这可能与以下几方面有关：首先，脊柱出现畸形会影响身体力线排列，导致脊柱的三维结构变化，引起躯干旋转及活动受限，进而限制关节活动；其次，青少年特发性脊柱侧凸是一种复杂的脊柱三维结构畸形，不仅会导致脊柱的一个或数个节段在冠状面上偏离身体中线，同时还会伴有矢状面上脊柱不同程度的前凸或后凸，以及水平面上的椎体旋转，髋关节冠状面运动受限可能是一种对躯干前部不平衡的补偿机制。此外，研究表明青少年特发性脊柱侧凸患者腰方肌、竖脊肌和臀中肌的激活时间延长，会进一步限制髋关节在冠状面的运动[29]。
3.1.3 动力学参数此次研究通过观察踝关节蹬离地面时足跖屈肌群产生的峰值功率、髋关节屈曲肌群产生的峰值功率和推进策略，比较两组受试者步行策略的变化。作者发现青少年特发性脊柱侧凸组在蹬离地面时右侧足跖屈肌群和髋关节代偿性屈肌群功能下降，但两组推进策略相比没有显著差异。结果表明，患有青少年特发性脊柱侧凸的儿童通过保持相同的推进策略并按比例减少踝关节和髋关节的力量来适应脊柱畸形。
步行主要是通过地面反作用力来推动身体重心前移。髋屈肌群和足跖屈肌群的爆发力是行走推进力的先决条件。足跖屈肌群通常在支撑相末期主导关节做功，在蹬离时推动身体重心向前。髋关节也为推进提供动力，利用髋屈肌向心收缩将大腿向前拉离[30]。已知功率等于力乘以力臂再乘以关节角速度[31]。在此次研究中，两组在承重反应期和蹬离阶段的垂直地反力峰值差异均无显著性意义。因此，作者可以得出结论，脊柱侧凸不影响步行时的地面反作用力参数，这和GARG等[26]的研究是一致的。另外，运动学参数比较发现，下肢关节矢状面运动无显著差异，所以作者推测可能是关节角速度存在差异。Lenke 1型主胸弯是临床上最为常见的类型，其中右主胸弯要比左主胸弯更常见[32]。此次研究中纳入的青少年特发性脊柱侧凸患者以右主弯居多，这可能是导致右侧关节功能存在异常的主要原因。但目前关于步态参数与脊柱侧凸严重程度相关性的研究较少，不同侧弯方向对步态参数的影响仍需要更多研究来进一步说明。另外此次研究不涉及角速度的相关内容，这也是今后的研究方向。
3.1.4 步态偏差指数步态偏差指数表示患者的数据与参考数据集在骨盆、髋关节、膝关节和踝关节步态运动学的15个特征上的平均值之间的距离[33]。在此次研究中，两组间步态偏差指数并没有明显差异，分析其原因可能为青少年特发性脊柱侧凸部分运动学参数大于或小于对照组，比如髋关节及膝关节屈伸运动，这可能不会影响最终得到的步态偏差指数。此次研究结果和GARG等[26]的研究结果是不一致的，分析其原因可能因为此次研究纳入的样本量较少，存在一定的偏倚，这将在以后的研究中进一步
完善。
3.2 影像学参数与步态参数相关性的分析与讨论脊柱侧凸是脊柱的一种三维畸形，包括冠状面和矢状面改变以及椎体和骨盆的轴向旋转[1]。大部分青少年特发性脊柱侧凸患者会出现躯干失衡的问题，其中以冠状面失衡更为常见，且更被大家所关注[15]。冠状面失衡会影响患者的自我形象和自尊心，损害患者的身心健康，降低生活质量[33]。已知脊柱侧凸是一种结构性畸形，可改变下肢质心位置和质量分布并引起病理步态模式[22]。研究发现，青少年特发性脊柱侧凸患者右侧髋关节最大外展角度与Cobb角呈正相关，右侧髋关节屈曲肌群产生的峰值功率和C7侧方偏移呈负相关，左侧足跟初始着地时踝关节角度与冠状面骨盆倾斜度呈正相关，这表明脊柱冠状面畸形的严重程度与步态异常有关。
C7侧方偏移代表整体冠状位平衡，主弯顶点侧方偏移代表局部冠状位平衡，这两个指标最能反映冠状位平衡状态[34]。线性回归模型显示，C7侧方偏移与主弯顶点侧方偏移呈正相关，右侧髋关节屈曲肌群产生的峰值功率和C7侧方偏移呈显著负相关。结果表明，整体冠状位平衡与局部冠状位平衡相关，整体冠状位平衡特征与步态参数相关。
下肢长度差异也会导致骨盆冠状面倾斜[35]。研究表明，下肢长度差异< 2 cm是常见的，很少引起问题[36]。此次研究将下肢长度差异< 1 cm作为入组标准，基本排除了长短腿引起的骨盆倾斜，保证所有的骨盆倾斜均是脊柱侧凸相关的。相关性结果表明左侧足跟初始着地时踝关节角度与冠状面骨盆倾斜度呈正相关。
重复的全脊柱X射线片对于脊柱畸形进展的监测、治疗方法的选择及治疗效果的评价都至关重要[37]，但这些连续的放射性检查可能导致相对较高的累积辐射剂量，对人体有一定的危害[38]。LUAN等[39]的研究表明，与匹配的普通人群相比，反复的X射线片和相关的累积辐射剂量可能会导致患有脊柱侧凸儿童的癌症发病率、乳腺癌和癌症死亡率升高。在将来，随着相关研究的进一步开展，步态分析作为一种辅助评估工具，可能有望降低脊柱侧凸患者辐射暴露的频率。
3.3 相关机制的初步分析与讨论两组肌肉参数比较的结果表明，青少年特发性脊柱侧凸患者普遍存在着跟腱紧张的问题。另外，青少年特发性脊柱侧凸患者普遍存在髋关节和骨盆的代偿，主要表现是主弯对侧髋关节出现的内收增加和外展减小，肌肉层面的表现就是步态周期中臀中肌肌纤维长度变化减少，这可能跟脊柱侧凸引起的臀中肌激活时间延长有关[40]。最后，青少年特发性脊柱侧凸患者普遍存在着双侧腹内斜肌肌纤维长度变化减小，可能原因有脊柱生理曲度的变化、久坐之后的骨盆后倾变化以及侧弯导致的呼吸功能下降。
运动学参数结果表明，青少年特发性脊柱侧凸组初始着地时踝关节背屈角度变小。已知可以导致背屈角度变小的有两种情况，一种是胫前肌无力，另一种是跟腱紧张，再结合OpenSim仿真建模的结果，足跟初始着地时小腿三头肌变短，可知青少年特发性脊柱侧凸患者背屈角度变小是由跟腱紧张导致的。
已知人体通过核心肌群来控制躯干稳定，核心是一个具有肌肉边界的三维空间，以膈肌为顶，盆底肌为底，腹肌在前，竖脊肌在后[41]。除了维持躯干稳定外，腹内外斜肌还参与呼吸运动。此次研究采用的OpenSim通用模型不包括膈肌和盆底肌，所以只对竖脊肌及腹内外斜肌进行观察，结果发现，组间比较竖脊肌、双侧腹外斜肌均无显著性差异，但青少年特发性脊柱侧凸组双侧腹内斜肌肌纤维长度变化减少，可能是由于脊柱侧凸受试者的这些肌肉活动发生了变化，这意味着脊柱侧凸患者的左右两侧肌肉可能存在同时收缩。因此，建议监测脊柱侧凸患者肌肉的活动。此外还可能存在呼吸功能减弱，或者存在脊柱的生理曲度变差，比如腰椎后凸、骨盆后倾，如果普遍存在腰椎后凸或骨盆后倾，那么腹内斜肌长度就会变短以及脊柱生理曲度变直，跟姿势性有关，如久坐、学业重等。
3.4 结论此次研究通过三维运动捕捉系统结合OpenSim仿真建模软件，以期分析青少年特发性脊柱侧凸患者的步态特征，探索步态异常与脊柱畸形严重程度的相关性，并从肌肉长度层面进一步研究相关性的机制。此次研究引入步态偏差指数，将其与三维步态分析结合使用，对步态进行客观化评价，量化与正常的偏差程度。另外，此次研究通过仿真建模的手段，直观观察青少年特发性脊柱侧凸患者在步行过程中的肌肉长度变化，来初步探究既往未进行研究的机制。在此次研究中，脊柱侧凸对患者的步态确实有一定影响，如步行过程中的平衡下降、髋关节冠状面运动受限、髋踝关节肌肉做功能力下降等，这些异常和影像学参数是相关的；最后结果显示，两者间的相关性可能与脊柱周围肌肉长度变化减少有关。
总之，尽管在临床上很难解释每个患者步态参数偏离正常的情况，但这些数值为临床疗效分析提供了一个基准或基线。另外，这些发现在青少年特发性脊柱侧凸的病因研究中可以提供参考。
3.5 研究局限性
此次研究有一定的局限性：纳入的样本量较少，没有按侧弯类型进行分层研究，只纳入了Cobb角< 45°的青少年特发性脊柱侧凸患者且没有对关节角速度进行分析比较，所以结果可能会存在一定程度的偏倚。青少年特发性脊柱侧凸是一类非常复杂的脊柱畸形，为了将结果概括为青少年特发性脊柱侧凸患者的共同特征，可能有必要研究更多的受试者。此外，肌电图也可以在青少年特发性脊柱侧凸患者行走时检查，此文未对此进行研究。这些不足可以在今后的研究中进一步完善。

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青少年特发性脊柱侧凸患者步态参数、肌肉参数与影像学的相关性

Correlation of gait parameters and muscle parameters with imaging in adolescent idiopathic scoliosis patients

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