一种基于家族步态解析的拇外翻发病机制研究方法

本发明属于康复医疗领域，涉及步态分析和医学诊断，特别涉及一种拇外翻发病机制研究方法。

背景技术：

1、拇外翻是一种典型的肌肉失调、骨骼畸形疾病，其特征是第一跖趾关节向外偏斜超过正常生理范围，跖骨头突出，呈现畸形，常伴有足底胼胝、关节拇囊炎等并发症。拇外翻畸形是临床最常见的足部病症之一，拇外翻成人患病率为23％，其中女性发生拇外翻的概率约为男性的15倍。拇外翻疾病不仅限于外形的改变，更重要的是，这种畸形会引起籽骨、第一跖趾关节的半脱位，会导致肌腱、关节囊等病变，表现为显著的足部疼痛和承重及维护稳定功能下降，影响全身肌肉骨骼及其负荷模式，严重时有致残风险，因此开展拇外翻预防研究具有重要意义。

2、拇外翻的发病原因至今仍未完全明了，现有的研究将拇外翻的发生分为内因及外因两大类别，其中内因包括遗传因素、特殊骨骼结构等患者自身因素，外因包括穿鞋不当等外力因素。现有的研究从遗传学、特殊肌骨结构等角度分析了拇外翻发病的主要原因，基本达成了拇外翻主要受遗传因素影响的共识，同时，家族不同成员在步态方面存在相似性，我们推断拇外翻患者的原始特异性步态行为对拇外翻发生有重要影响，但是现有研究还未从步态分析的角度去探究拇外翻的发生机制。

3、现有的研究大多是围绕拇外翻后变异步态导致的步态及生物力学变化开展研究，拇外翻患者步态特征是原始特异性步态和拇外翻致变异步态的耦合结果，拇外翻导致的变异步态解析，仅能得到拇外翻后步态变化，难以明确拇外翻的发生机制。拇外翻发生后会导致步态异常，但是原始特异性步态是否会导致拇外翻？如果能通过对特定群体的步态特征数据挖掘，获得导致拇外翻的原始特异性步态特征，将极大丰富拇外翻的早期干预手段，对于预防拇外翻的发生有重要意义。

4、专利cn201410246194.3公开了一种拇外翻智能康复识别系统，包括角度测量器和包含康复训练推荐的微信小程序，所述角度测量器用于为拇外翻的角度进行测量，所述微信小程序用于接收角度测量器发送的拇外翻角度信号并推送相应康复方案。但是现有的技术还无法从根门上明确拇外翻的发病原因。

5、专利cn117297772a公开了一种用于足部拇外翻手术规划的方法，获取来自于云端服务器传输的被检者的足部ct影像；基于所述足部ct影像进行拇外翻患侧识别，以获得所述被检者的拇外翻患侧；计算所述拇外翻患侧处与执行拇外翻畸形矫正操作有关的手术规划参数；以及根据所述手术规划参数对足部拇外翻畸形矫正进行手术规划，并将手术规划结果上传至所述云端服务器。但是现有的技术主要是围绕拇外翻诊疗方法开展的，对拇外翻发生机制的探究还不充分。

6、通过对公开专利文献的检索，并未发现与本专利申请相同的公开专利文献。

技术实现思路

1、本发明的目的在于补充现有技术的不足，通过基于家族步态解析的拇外翻发病机制研究方法，获得导致拇外翻的原始特异性步态特征，明确拇外翻发生的原因，将极大丰富拇外翻的早期干预手段，对于预防拇外翻的发生具有重要意义。

2、本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

3、一种基于家族步态解析的拇外翻发病机制研究方法，其特征包括拇外翻原始特异性步态识别方法和拇外翻致变异步态识别方法。

4、所述的拇外翻原始特异性步态识别方法，利用拇外翻具有遗传性的特点，创新性地从分析未患拇外翻的子代受试者的步态出发，识别母代拇外翻患者的原始步态特征，识别过程如图2所示。研究方案纳入100位的母代拇外翻患者、100位子代非拇外翻受试者和100位健康受试者(对照组)，利用影像学技术对三个不同群体进行足部结构的形态学分析，排除病理型拇外翻患者，以确保研究的准确性。搭建步态实验平台，包括三维运动捕捉系统、足底压力分布测量系统、三维地面支反力测力台和肌肉生物电测试系统，对所有受试者进行步态实验，采集步态数据，包括时空参数、运动学参数和动力学参数。研究采用两阶步态分析方法，如表1所示。

5、表1拇外翻原始特异性步态的两阶步态识别过程

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7、在第一阶段，以子代非拇外翻受试者的步态特征为基准，研究母代拇外翻的步态数据，对两组步态特征进行最优尺度变换，然后用变换所得的量化评分进行回归分析，获得显著性差异步态特征，采用聚类分析方法将拇外翻步态中的原始步态和拇外翻致变异步态进行初步划分；

8、在第二阶段，拇外翻的原始步态包括拇外翻原始特异性步态和正常步态，通过单因素方差分析比较子代非拇外翻受试者与对照组之间的步态差异，确定拇外翻易发家族步态与对照组之间的差异特征因子，以进一步识别出原始特异性步态。为了确保数据的准确性，使用交叉验证技术来提高结果的可靠性。

9、通过两阶步态分析方法，识别拇外翻原始特异性步态，利用动力学分析对下肢建模分析，获得原始特异性步态的关联表征因子集合。

10、所述的拇外翻致变异步态识别方法，通过识别导致拇外翻发生的原始特异性变异步态特征因子，深入理解拇外翻发生机制，识别过程如图3所示。通过对母代拇外翻患者和子代非拇外翻受试者的步态数据对比分析，可以初步识别出原始特异性步态特征。然而，拇外翻后的变异步态特征因素随着病情的加重是不断变化的，通过研究不同拇外翻病程的步态特征，可以更明确哪些步态表征因子是拇外翻导致的，这样可以更精确地获得原始特异性步态因子集合。

11、拇外翻致变异步态识别方法包括三个步骤：

12、步骤1：根据拇外翻受试者拇外翻角和和跖骨间角的影像学资料，将受试者分为轻度、中度和重度三类，对每一类受试者进行步态实验，采集包括时空参数、运动学参数和动力学参数的多元步态参数集合；

13、步骤2：采用最优尺度分析和多元回归方法，构建拇外翻进展阶段与多元步态参数集合之间的关联模型，揭示拇外翻病症发展的渐进性变化规律，以深入地理解拇外翻对步态的影响作用，并识别出与拇外翻病程发展相关的步态特征因子；

14、步骤3：通过偏相关分析挖掘拇外翻致变异步态的显著表征因子集，结合原始特异性步态的关联表征因子集合，剥离出拇外翻原始特异性步态特征因子集，采用显著性检验，确定原始特异性步态特征在拇外翻发生过程中的贡献度。

15、本发明的优点和有益效果是：

16、本发明针对拇外翻步态受原始特异性步态和拇外翻致变异步态耦合影响，并且拇外翻的发展还受到生活习惯因素等的影响，如何在复杂的影响因素中准确提取原始特异性步态是一大挑战。现有的研究大多是进行拇外翻结果层面的步态分析，未发现对于拇外翻原因层面的步态分析，难以揭示拇外翻发生机制。由于拇外翻存在遗传倾向，可能包括基因遗传、家族性相似骨骼结构等因素，这些都会反映在步态变化中，因此，借助大样本的步态数据和大数据分析技术的支持，从子代非拇外翻受试者步态中挖掘原始特异性步态，继而剥离母代拇外翻步态中的原始特异性步态和拇外翻致变异步态，最终探明拇外翻发生机制。

技术特征：

1.一种基于家族步态解析的拇外翻发病机制研究方法，其特征在于：从研究未发生拇外翻的子代群体步态特征出发，将已诊断为拇外翻的母代步态特征与、未发生拇外翻的子代和对照组进行对比分析，识别造成拇外翻发生的原始特异性步态，继而揭示拇外翻发生机制。

2.根据权利要求1所述的一种基于家族步态解析的拇外翻发病机制研究方法，其特征在于：所述的拇外翻原始特异性步态识别方法对拇外翻家族进行筛选，将拇外翻患者的同代也存在拇外翻的家族选取为研究对象，以保证子代有遗传性拇外翻；借助影像学技术，分析母代拇外翻患者、子代非拇外翻受试者和对照组三者之间足部跖趾骨、籽骨结构的形态学变化，按照拇外翻亚类指标划分拇外翻受试者，并将病理型拇外翻患者从研究对象中排除；以子代非拇外翻受试者的步态为基准，采用最优尺度分析和聚类分析，分析母代拇外翻特征的步态数据，将拇外翻步态中的原始特征性步态和拇外翻致变异步态进行初步划分；对子代非拇外翻受试者和对照组进行步态特征对比，筛选出两类受试者之间的差异步态因子，并进一步识别出拇外翻家族群体所特有的原始特异性步态，对下肢进行动力学分析，建立步态动力学模型，获得原始特异性步态的显著性表征因子集。

3.根据权利要求1所述的一种基于家族步态解析的拇外翻发病机制研究方法，其特征在于：所述的拇外翻致变异步态识别方法通过影像学技术按照拇外翻角和跖骨间角将拇外翻受试者分为轻度、中度和重度三类，进行步态实验，采集多维步态参数，采用最优尺度分析和多元回归方法，构建拇外翻病程与步态特征因子的关联模型，揭示拇外翻病症发展的步态渐进性变化规律，通过偏相关分析挖掘拇外翻致变异步态的显著表征因子集，继而更为精细地剥离出原始特异性步态特征集合，采用显著性检验，确定原始特异性步态特征在拇外翻发生过程中的贡献度。

技术总结本发明涉及一种基于家族步态解析的拇外翻发病机制研究方法，包括拇外翻原始特异性步态识别方法和拇外翻致变异步态识别方法。首先，对拇外翻家族进行筛选，将拇外翻患者的同代也存在拇外翻的家族选取为研究对象；然后，对存在拇外翻的家族群体进行步态分析，将未发生拇外翻子代步态作为参考，对已发生拇外翻的母代进行步态解析，初步划分原始特异性步态特征和拇外翻致变异步态特征；分析子代原始步态与正常受试者步态之间的差异，采用最优尺度分析和聚类分析，识别拇外翻原始特异性步态特征因子集合；其次，对不同病程拇外翻患者进行步态实验，挖掘拇外翻致变异步态特征因子集合，通过偏相关分析确定原始特异性步态特征在拇外翻发生的贡献程度。技术研发人员：张鹏,张峻霞受保护的技术使用者：天津科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1