引言

理解脊柱在日常活动中的运动特性对于临床诊断、植入物设计及治疗效果评估具有重要意义。既往研究多采用影像学方法测量腰椎节段的最大活动范围，但存在捕获空间有限、辐射暴露等问题，且多局限于屈伸运动分析。尽管有两项研究使用骨内针固定测量装置，但也仅局限于两个椎体，并未评估步态过程中的运动。本研究首次通过骨内针固定标记物，实现了对全部腰椎节段（L1–S1）在步态中三维运动的直接、精确测量。

01 方法

受试者与仪器

八名健康志愿者（平均年龄25.1岁）参与本研究。在排除脊柱病理情况后，于局部麻醉下将两根1.6毫米克氏针插入L1至S1的棘突中。针体通过夹具固定，并安装带有反光标记的 triad 装置。随后进行脊柱CT扫描，以建立椎体解剖坐标系与标记 triad 之间的对应关系。

运动捕捉与数据处理

受试者在校准后的运动捕捉区域内以自选速度行走，使用12个摄像头Vicon动作捕捉系统采集标记点轨迹，并结合AMTI测力台数据确定步态特征。通过自定义模型计算节段间三维角度（屈伸、外展、旋转），数据经时间标准化后进行分析。为消除个体脊柱曲度差异的影响，屈伸角度减去步态周期内的平均值，以突出运动模式。

02 结果

节段间运动

所有平面内的腰椎节段间运动均小于4°，且受试者间一致性高，标准差较小。最大运动出现在冠状面（外展/内收），中段腰椎（L2–L5）活动度大于上下相邻节段。屈伸和轴向旋转运动极小，范围均不超过2.5°。

相对于骨盆的运动

腰椎整体相对于骨盆的运动在屈伸和旋转方向上仍较小，冠状面运动较为明显。腰椎在步态早期外展，随后逐渐内收，至 toe-off 时达到峰值。旋转运动与骨盆运动相反，起到平衡步幅增长的作用。

胸腰协同运动

胸椎（通过躯干–L1运动间接评估）与腰椎在运动模式和时相上存在显著差异。胸椎主要负责轴向旋转，运动幅度明显大于腰椎；而腰椎主要贡献冠状面运动。两者在屈伸运动中呈现近似相反的时相偏移（约20%步态周期），形成一种“运动波”传播效应，有助于平滑躯干运动。

03 讨论

本研究首次尝试精确地描述健康人在步态中腰椎的三维运动特性。结果显示，腰椎各节段运动幅度虽小，但模式一致，且在个体间高度重复。腰椎与胸椎的协同运动有效抵消了骨盆运动对躯干的干扰，从而保持上身稳定，提高步态效率。然而，本研究采用的骨内针方法具有侵入性，限制了其临床常规应用。尽管受试者行走速度正常，但仍不能完全排除疼痛或抑制效应对运动数据的影响。此外，标记点遮挡问题也为数据重建带来挑战。未来研究可考虑增加针间距、使用更小标记点及高分辨率相机以优化数据质量。

04 结论

本研究建立了一种有效的人体脊柱三维运动测量模型，提供了健康成年人步态中腰椎运动的规范数据。腰椎在步态中主要通过冠状面运动平衡骨盆与躯干之间的相对运动，与胸椎协同工作，共同维持高效、稳定的步行模式。这些发现为理解脊柱病理状态下的运动改变提供了重要参考。

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05 扶光观察

基于《骨与关节外科杂志》发表的腰椎步态研究，Vicon动作捕捉系统与AMTI测力台系统展现了在脊柱生物力学研究中的卓越价值。Vicon系统通过毫米级精度成功捕捉椎体微动，AMTI测力台则精准同步动力学数据，为深入理解脊柱代偿机制提供了关键技术支撑。随着传感器技术和人工智能算法的融合发展，动作捕捉将向更高精度、无线化和实时分析方向演进。我们期待与研究人员共同探索多模态数据融合、数字孪生建模等前沿领域，推动脊柱康复、运动医学和仿生机器人等领域的突破性创新。本公司将持续提供先进设备与定制化解决方案，助力科研团队开启人类运动分析的新纪元。您可关注我们的微信公众号并留言咨询，或访问公司官网www.newbiolab.com.cn进行查询；也可致电010-80201918直接联系我们。