验证适用于评估老年人 Nordic 步行步态与姿势的合适运动捕捉技术

本实验的总体目标是确定北欧行走杖对步态模式和姿势排列的影响，特别是针对老年人群。该方法有助于回答生物力学领域的一些关键问题，例如，如何利用极地行走来改善老年人的步态和姿势，以及评估此类步态和姿势变量的最佳方法是什么。

该技术的主要优势在于展示了两种评估步态和姿势的有效方法，这些方法与越野行走相关。该技术的应用可能延伸至治疗领域。具体而言，使用越野行走杖可能有助于改善多种步态及相关病症。

演示该操作程序的将是我的一名研究生扎克·博内根（Zach Bonsegen）。首先，为每位参与者提供一副手杖，并指导他们站直身体。然后，让参与者将手杖的尖端放在脚趾前方，并将肘部置于身体两侧。

指导参与者伸长手杖，直至肘部在身体旁形成大约90度的夹角，并确保手杖长度调整至约等于参与者身高的65%。然后，牢固地拧紧手杖，并将鞋尖向后倾斜。在固定腕带之前，指导参与者调整正确的身体姿势：将手杖置于下背部后方，身体直立站好。

同时要求参与者挺胸站立，双肩放松。然后让每位参与者系好腕带，将雪杖杖尖置于身后，双臂自然垂于身体两侧。在保持双手张开的情况下，指导受试者开始行走，双臂摆动幅度尽量减小，行走距离约为100米。

保持双手张开并将雪杖拖在身后，指导参与者开始加快行走速度，并加大手臂动作幅度。然后，要求参与者想象将手抬高，就像准备与人握手一样。最后，当手臂向前摆动时，让参与者轻轻握住手柄，并对地面施加力量。

每次摆臂时，指导个体将登山杖略微抬离地面，并在下一步伐时用力将其插入地面。登山杖的尖端应与脚的中线对齐。掌握并理解该技术对于确保本方案的一致性至关重要。

为了确保实现这一目标，我们将操作步骤分解为四个简明的说明，以简化流程，并确保所有参与者达到最佳表现。首先开始收集每位参与者的测量数据，即人体测量学参数。使用卷尺测量每条腿的长度，即从髂前上棘到内踝中心的距离。

然后，测量左右两侧骨性标志点之间的距离，即骨间距离，以及肩部偏移量。使用卡尺通过测量各关节骨性突起之间的距离来确定每个关节的宽度。以此方法测量膝部宽度、踝部宽度、肘部宽度、腕部宽度，并测量手部厚度。

最后，使用标准体重秤测量受试者的体重，并使用卷尺测量受试者的身高。为了长期评估步态模式和姿势对线情况，在六分钟步行试验期间使用加速度测量系统进行数据采集。确保该加速度测量系统至少包含六个传感器，每个传感器均集成加速度计和陀螺仪，以测量各个特定身体节段的加速度和角速度。

在将传感器佩戴到受试者身上之前，需确保所有传感器均已牢固安装在系统的对接站上，以便同步传感器并校准系统。接下来，使用可调节的粘扣带将传感器分别固定在手腕背侧、踝关节腹侧、腰椎L5椎体处以及胸骨上方的躯干部位。将采样率设置为至少100赫兹。

然后，要求受试者进行两次六分钟步行测试，一次使用步行杖，一次不使用。随机分配两次测试的顺序，以控制顺序效应。指导受试者以自行选择的速度，在25米的步行道上往返行走六分钟。

在受试者开始之前，务必点击“开始”以启动加速度测量系统的数据采集。当六分钟步行测试的两次试验均完成后，使用路径中嵌入两个测力台的三维运动捕捉系统评估短时程步态事件。首先通过厂商提供的导线将测力台连接至计算机，以实现测力台与运动捕捉系统的同步。

然后，在动作捕捉系统软件中，通过输入力台的尺寸、位置、方向、灵敏度以及系统所需的其他信息，将力台添加到捕捉范围中。确保对力台进行归零处理，以防止数据中出现噪声，并确保其以足够高的1,000赫兹采样率进行数据采集。接下来，通过在捕捉空间内以受控方式挥动一个带有3个标记点的标定杆，完成系统的动态校准。

然后，通过将一个带有四个标记的L形框架放置在指定的参考点上，并在计算机软件中选择设置体积，执行静态校准以建立全局xyz坐标系。运动捕捉系统的校准对于确保所采集数据的准确性至关重要，必须在所有操作之前完成。为确保结果准确，需评估图像误差，并在必要时重复校准，直至获得最优值。

完成软件校准后，使用双面胶带将39个反光标记点贴附于受试者身上，并将其准确放置于本文所示及随附文本方案中描述的特定解剖标志位置。最后，指导受试者在系统捕捉范围内完成六次5米步行试验，其中三次使用手杖，三次不使用手杖。试验顺序应随机分配，以控制顺序效应。

该图展示了一个典型的单步态周期内的髋关节功率曲线，并比较了使用健步走手杖与不使用手杖时参与者的步态。H1、H2 和 H3 处的箭头表示在使用与不使用手杖情况下，各阶段功率产生与吸收的变化。与不使用手杖行走相比，使用手杖时在足跟触地、摆动前期以及摆动初期的髋关节功率产生显著减小。

图中显示了使用拐杖与不使用拐杖时一个完整步态周期内的典型膝关节功率曲线对比。使用拐杖时，在足跟触地期、摆动前期和摆动末期的膝关节功率吸收显著小于不使用拐杖行走时。一旦掌握该技术，若操作得当，每位受试者的测试可在 45 至 60 分钟内完成。

在执行该操作过程中，重要的是确保参与者在使用和不使用手杖时均能自然行走。因此，不应让参与者知晓测力台的具体位置。在此操作步骤完成后，可进一步采用其他方法（如肌电图EMG）来回答更多问题，例如肌肉的激活模式，尤其是上肢肌肉的激活情况。

观看本视频后，您应能够熟练掌握如何使用两种不同的运动捕捉系统中的至少一种，来评估北欧健走的步态与姿势。该实验方案可使生物力学领域的研究人员探索北欧健走对于老年人步态与姿势的影响，同时也适用于其他存在步态与姿势障碍的人群，例如帕金森病患者。请务必注意，引入新的工具（如健走杖）可能会增加执行运动任务时所需的关注程度，因此应提醒参与者在安全的环境中开始训练。