腰椎管狭窄平衡功能的足底压力分析△

姚德威，成西侠，邹继伟，付 军，魏 伟，祝勇刚*

（1.海南医学院附属琼海市人民医院骨科，海南琼海 571400；2.空军军医大学附属西京医院全军骨科研究所，陕西西安 710032）

腰椎管狭窄症（lumbar spinal stenosis,LSS）是临床上常见的退行性腰椎疾患之一，多具有神经源间歇性跛行（neurogenic intermittent claudication,NIC）症状[1]。LSS患者行走功能水平是反应病情的重要指标，平衡功能受损是限制其行走能力的重要方面[2，3]。足底压力中心 （center of pressure,COP） 是行走过程中足底所受反作用力的综合反应，机体的平衡状况可直接影响COP的位置及运行轨迹[4]。目前尚未有研究将足底压力分析应用于LSS患者平衡功能的评估，并且LSS患者NIC症状出现后COP轨迹的变化特点仍未阐明。

本研究采用Footscan®足底压力测试系统收集LSS患者步行过程中的COP数据，分析其与健康成人之间的差异，客观评估LSS患者在行走过程中的平衡功能，为足底压力分析应用于LSS的临床诊疗及平衡功能的评估提供理论支持和参考数据。

1 临床资料

1.1 一般资料

回顾性分析2019年3月—2021年3月于本院接受手术治疗的LSS患者，LSS组纳入标准：（1）全脊柱影像学检查仅存在L4/5节段中央椎管狭窄（椎管中央矢状径＜13 mm，硬膜囊横截面积＜100 mm2）[5]；（2）有间歇性跛行病史，保守治疗无效；（3）年龄45～65岁，且近2年内无下肢外伤史；（4）无其他影响行走功能的相关疾病，如神经血管肌肉等疾患、下肢关节病变等。健康人组纳入标准：（1）年龄45～65岁；（2）无骨科相关疾病及手术史；（3）可独立行走，步态无异常。LSS组与健康人组各32例符合纳入标准纳入本研究，两组一般资料差异无统计学意义（P＞0.05，表1）。本研究获得空军军医大学西京医院伦理委员会的批准，所有受试者或其家属均签署了知情同意书。

表1 两组患者一般资料与比较

1.2 检测方法

本研究应用Footscan®足底压力平板系统对受试者进行动态足底压力采集，该系统由数据采集系统与测力平板系统组成。测力平板规格5.00 m×0.4 m×0.02 m，矩阵形式256×64，电阻传感器数量40 960个，数据采集频率125 Hz，压强采集区间0～200 N/cm2。

测试前受试者均进行适应性练习，裸足、目视前方、以自然放松步态、在无人搀扶的状态下，沿足底压力测试平板往返行走3～5次，帮助受试者习惯赤足在平板上行走，以避免测试时出现明显的步态调整。适应性训练结束后休息10 min进行正式测试。LSS患者于行走区域连续行走，当自述出现NIC症状时继续行走2 min并采集足底压力数据，然后嘱患者休息10 min后再次重复该过程，共进行3次。健康人组以同样流程测试并收集足底压力数据。根据足底各解剖结构触地时间的先后可以将单足的整个站立相分为4期：足跟触地期（initial contact phase,ICP）、前足触地期（forefoot contact phase,FFCP）、全足触地期（foot flat phase,FFP）及前足离地期（forefoot push-off phase,FFPOP）。Footscan®足底压力平板系统配套的Scientific Footscan®软件可以记录每时相的起始结束时间，同时还可根据足底压力分布情况，每隔8 ms自动生成一个足底压力中心，最终形成足底压力中心轨迹线（图1）。软件以坐标形式记录COP相对于足底的位置，足纵轴（y轴）为足后跟中点与前足第二、三跖骨头中点的连线，x轴为经过足后跟中点与y轴的垂线。COP的横坐标对应其相对y轴的偏移量（mm），COP的纵坐标对应其生成的时间点（ms）。

图1 足底压力中心运行轨迹示意图 1a:足跟触地 1b:跖骨区首次触地 1c:跖骨区全部触地 1d:足跟离地 1e：全足离地 1f:完整的COP轨迹

1.3 评价指标

记录站立相4个时期的起始和结束时间，命名为COPY1-COPY5。将软件生成的COP数据录入Matlab 2017（Mathworks Inc.）软件中，使用多项式差值法生成COP运动轨迹的连续曲线，并分别计算出每个时期COPX的最大值（max）和最小值（min），命名为COPXmax1-4和COPXmin1-4，然后分别计算各期的COP位移（COPXmax-COPXmin）与COP速度（COP位移/时间）。

1.4 统计学方法

使用SPSS 23.0软件进行统计分析。选取LSS组的症状较重侧或优势侧足的COP数据用于最终分析，健康人组计算双侧足COP数据的平均值作为最终数据，将三次代表性测试的平均值纳入统计分析。研究将对比LSS组和健康人组每个时相COP位移和速度的差异。数据经检验，符合正态分布，计量资料以±s表示，采用两独立样本t检验，P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 两组COP轨迹图对比

图2展示了软件生成的健康人组与LSS组的COP典型轨迹图。图2a为健康人组的COP轨迹图，可见COP轨迹为稍向足外侧凸起的平滑曲线。图2b为LSS组的COP轨迹图，可见COP轨迹明显偏离足纵轴，且轨迹趋于紊乱。

图2 LSS患者与健康人群的COP轨迹图对比2a:健康人组受试者COP轨迹图，COP轨迹为稍向足外侧凸起的平滑曲线 2b:LSS组受试者COP轨迹图，COP轨迹明显偏离足纵轴，且轨迹趋于紊乱

2.2 两组COP位移对比

两组不同时相COP位移的对比结果见表2。结果显示，LSS组相对于健康人组在FFCP和FFP两期内的COP位移显著增加（P＜0.05），而两组在ICP期和FFPOP期内COP位移的差异无统计学意义（P＞0.05）。

表2 两组不同时相足底压力中心位移（mm，±s）与比较

表2 两组不同时相足底压力中心位移（mm，±s）与比较

单足触地期P值ICP FFCP FFP FFPOP足底压力中心位移LSS组（n=32）5.62±2.11 3.24±1.15 5.72±3.63 12.64±7.93健康人组（n=32）5.14±1.91 1.27±0.85 2.35±6.87 13.32±8.43 0.350＜0.001＜0.001 0.156

2.3 两组COP速度对比

两组不同时相COP速度的对比结果见表3。LSS组相对于健康人组在FFCP和FFP两期内的COP速度显著增加（P＜0.05），在ICP期和FFPOP期内差异无统计学意义（P＞0.05）。

表3 两组不同时相足底压力中心速度（cm·s-1，±s）与比较

表3 两组不同时相足底压力中心速度（cm·s-1，±s）与比较

单足触地期P值ICP FFCP FFP FFPOP足底压力中心速度LSS组（n=32）11.92±7.63 10.35±5.84 3.23±1.87 16.68±3.23健康人组（n=32）10.87±6.64 8.14±4.45 1.36±0.93 16.92±2.15 0.901＜0.001＜0.001 0.517

3 讨论

COP相关参数在分析步态及其代偿机制，评估机体动态稳定性，具有重要的应用价值[6，7]。其中，COP位移反映了患者在冠状面上的平衡功能，而COP速度是患者在矢状面上转移足底负重能力的体现[8，9]。有研究指出 40%～65%的LSS患者伴有步态平衡异常，相对于常人有更高的跌倒风险[3，10]。此外，还有研究利用COP对LSS患者NIC症状发作后静止站立的平衡功能进行评估[11]，发现LSS患者的COP轨迹总长度显著增加，且COP在冠状面上的最大偏移量明显高于正常人。然而尚未有研究分析LSS患者动态平衡功能。

本研究利用Footscan®足底压力系统对LSS患者的COP进行了动态分析，发现LSS患者的FFCP期和FFP期的COP位移和速度均高于健康人组，而ICP期和FFPOP期的差异则不明显。这一现象可由步态周期的运行模式所解释[12]。在ICP期和FFPOP期间，人体处于步态周期的双足支撑相，而FFCP期和FFP期间处于单足支撑相。有研究证实，由于LSS患者下肢肌力的不足，或受疼痛、麻木等症状的影响，其症状侧的负重能力明显下降[13]。因此，在FFCP期和FFP期，患者由于上述原因导致身体重心偏向足外侧，进而造成COP位移的显著增加。

本研究中COP速度的差异也同样证实了LSS患者的平衡功能障碍，LSS患者在FFCP和FFP两期内的COP速度显著大于正常人。由于NIC症状的出现，LSS患者趋于以腰椎前屈的模式行走来缓解症状，继而出现重心前移，患者需更快地将重心从后足移向前足以维持稳定[2，9]。这使得患者在矢状面上足底压力负载前移的速度增加，可体现在COP速度的变化上[13]。因此，LSS患者的平衡功能障碍不仅存在于冠状面，也存在于矢状面上，具有向前方及症状侧跌倒的风险。本研究具有一定的局限性：本研究仅纳入了L4/5节段的LSS患者；老年人多合并下肢关节疾患，限制了本研究的应用；采用COP偏移面积及COP加速度等参数会更为准确[14]。

综上所述，本研究应用足底压力分析技术，验证了LSS患者在NIC症状发作后其平衡功能显著受损；同时可以利用FFCP期和FFP期COP的位移和速度对其动态平衡功能进行客观评估，对于该疾病的诊疗和功能评估具有一定的应用价值。