穿鞋對足底動力形態(tài)的影響研究

湯澄清譚茗澤李 俊

（1 中國刑警學(xué)院 痕檢系 沈陽 110035；2 江蘇省常熟市巡防大隊卡二中隊常熟 215500；3 沈陽市公安局蘇家屯分局 沈陽 110101）

穿鞋對足底動力形態(tài)的影響研究

湯澄清1譚茗澤2李 俊3

（1 中國刑警學(xué)院 痕檢系 沈陽 110035；2 江蘇省常熟市巡防大隊卡二中隊常熟 215500；3 沈陽市公安局蘇家屯分局 沈陽 110101）

目的 研究穿皮鞋、布鞋對足底壓力中心（COP）軌跡線的影響，為足跡動力形態(tài)特征檢驗方法提供理論依據(jù)。 方法 利用Footscan足底壓力測量系統(tǒng)，采集15名青年男性赤足、穿鞋行走足－地接觸動態(tài)圖像數(shù)據(jù)，分析足底不同區(qū)域壓力分布及壓力中心軌跡線形態(tài)特點與變化規(guī)律。 結(jié)果 青年人赤足、穿鞋COP軌跡線呈“S”型，赤足動力形態(tài)波動性較大，穿皮鞋穩(wěn)定性較好，穿布鞋的變化范圍較廣。結(jié)論 穿不同鞋COP軌跡線整體形態(tài)變化明顯，對不同鞋足跡的動力形態(tài)特征檢驗應(yīng)考慮穿鞋對足底動力形態(tài)的影響。

赤足 皮鞋 行走 壓力中心線

1 引言

足底壓力測定是步態(tài)定量分析的有效方法之一[1]，研究足底壓力分布與壓力中心（COP）軌跡線形態(tài)、變化規(guī)律[2]對足跡檢驗鑒定的重要性正在引起人們的高度重視，莊訓(xùn)達等[3]研究表明，鞋底厚度增加時，足底壓力中心線走向呈現(xiàn)向足底內(nèi)側(cè)偏移的現(xiàn)象（p＜0.05）。足底壓力分布可直接反映人體站立、行走或跑跳時足底各部位所受壓力值的大小，還可間接反映足的結(jié)構(gòu)、功能及整個身體的姿勢控制等情況[4]。人身特點決定行走姿勢及步態(tài)特征，反之步態(tài)特征反映了人的身體結(jié)構(gòu)與行走習(xí)慣動作，足跡上的步態(tài)特征和鞋底上的磨損特征是行走運動足底動力形態(tài)特征在足跡和鞋底上的具體和綜合反映。運用計算機、傳感器技術(shù)等領(lǐng)域的研究成果與先進的儀器設(shè)備，定量化分析足底動力形態(tài)特征的形成、變化、反映與特點成為足跡檢驗研究的發(fā)展趨勢。

2 實驗方法

2.1 樣本來源

隨機選擇15名青年男性，平均年齡23.1±2.21歲，測試對象體型勻稱，行走運動正常，均無腿部疾病及膝、踝關(guān)節(jié)損傷。

2.2 數(shù)據(jù)采集

受試者在實驗室正常行走幾分鐘，以適應(yīng)實驗室環(huán)境和實驗過程，然后分別赤足、穿皮鞋、布鞋以常速行走過8m長的步行通道（Footscan系統(tǒng)2m×0.4m× 0.022m平板與地面水平鑲嵌，4sensors/cm2，采樣頻率126Hz）5次，每次均在測力板上留下3枚足跡，同時系統(tǒng)自動記錄行走中時間、幾何、力學(xué)等參數(shù)。同一人赤足、穿皮鞋、布鞋足底壓力動態(tài)圖像如圖1所示，將COP軌跡線表示成直角坐標(biāo)系下的一條曲線，其中縱坐標(biāo)軸Y定義為通過后跟中心與第二跖骨頭的縱向直線，與其垂直的橫向直線為橫坐標(biāo)軸X。

圖1 足底壓力圖像與直角坐標(biāo)系下的COP軌跡線

2.3 數(shù)據(jù)處理

圖2 足－地動態(tài)接觸過程與時相

分別選取每個測試者赤足、穿皮鞋和布鞋3次行走的圖像數(shù)據(jù)進行分析，利用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC）評價3次測量之間COP橫縱坐標(biāo)變量在初始跖骨著地（IMC）、前足著地（FFF）和足跟離地（HO）三個關(guān)鍵點取值的穩(wěn)定性與一致性[5]，如圖2所示。足與地面接觸分為初始著地階段（ICP）、前足著地階段（FFCP）、垂直支撐階段（FFP） 和前足蹬伸階段（FFPOP）等四個時相，見圖1，圖2。

將每名測試者每次行走足－地接觸全過程對時間歸一化，COP橫縱坐標(biāo)分別對足寬、足長進行歸一化處理后，數(shù)據(jù)輸入到SSPS軟件中。

3 結(jié)果

足支撐時期在IMC、FFF和HO三點COP橫縱坐標(biāo)變量的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)如表1所示。

表1 COP橫縱坐標(biāo)變量組內(nèi)相關(guān)系數(shù)

由表1可知ICC值均大于0.65，說明COP橫縱坐標(biāo)變量的穩(wěn)定性較好[6]。

運用SSPS軟件將青年人赤足、穿皮鞋和布鞋行走的COP坐標(biāo)變量分別進行曲線擬合，得到各自平均COP軌跡線形態(tài)如圖3所示。

圖3 青年人赤足、穿皮鞋和布鞋COP軌跡線

4 討論

COP軌跡線從后跟至趾尖總體形態(tài)呈現(xiàn)出“S”形，見圖3，ICC值表明赤足行走時COP橫縱坐標(biāo)變量的穩(wěn)定性較好，特別是在足跟離地時穩(wěn)定性最好，這說明在前足蹬伸階段足表現(xiàn)為剛性的穩(wěn)固結(jié)構(gòu)。

落足時，赤足COP軌跡線起始較晚且偏外，主要由于赤足行走時足底肌肉接觸地面，具有緩沖作用，之后足迅速外翻，完成足跟著地；而穿皮鞋和布鞋行走時,鞋作為緩沖介質(zhì)存在，承擔(dān)了緩沖作用，也因此改善了足底的受力情況。

在初始跖骨著地至前足著地階段，赤足COP軌跡線偏向內(nèi)側(cè)，曲線波動較大，表明在行走過程中通過足底不斷調(diào)整來保持身體的平衡，而穿皮鞋和布鞋曲線相對比較圓滑、流暢，行走比較平穩(wěn)。

在足跟離地起足階段，穿布鞋COP軌跡線比較偏內(nèi)，反映出起足內(nèi)側(cè)用力大，拇趾更多參與完成蹬地動作，即鞋底對其它四趾緩沖作用明顯；穿皮鞋其次，赤足行走起足時其它四趾更多參與蹬伸動作。

相比較而言，穿布鞋行走隨意性強，COP軌跡線相對于足跡中心線左右擺動幅度大，穿皮鞋則更靠近中心線，對人體行走運動機能有較大改善，穩(wěn)定性更好。

5 小結(jié)

足底壓力與COP軌跡線是人體行走過程中足－地接觸力作用位置、大小、分布及力度順序的綜合結(jié)果，能反映足與地面接觸全過程的作用方式，也是對人體行走運動姿態(tài)的間接反映。穿鞋對人體行走運動能力與足底壓力分布有所改善，形成了形態(tài)各異的足底動力形態(tài)特征，COP軌跡線能較好反映人體行走姿勢和身體調(diào)整的狀況，在應(yīng)用足跡動力形態(tài)特征進行足跡檢驗鑒定時，應(yīng)充分考慮鞋子的影響，使檢驗結(jié)果更準(zhǔn)確、可靠。

1.張偉，黃耀添，王軍三.關(guān)節(jié)融合術(shù)治療兒麻后遺馬蹄內(nèi)翻足遠期效果綜合分析.中國矯形外科雜志，2000；7(11)：1048-1050

2.孟昭莉，元文學(xué).學(xué)齡兒童背負不同重量行走時足底壓力分布研究.生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志，2008；25(4)：852

3.莊訓(xùn)達，陳五洲.穿著厚底鞋對步態(tài)的影響.體育學(xué)報，2000；28(3)：315-328

4.王蘭美，郭業(yè)民，潘志國.人體足底壓力分布研究與應(yīng)用.機械制造與自動化，2005；34(1):35

5.De Cock A，De Clercq D，Willems T，Witvrouw E， Temporal characteristics of foot roll-over during barefoot jogging:reference data for young adults.Gait Posture 2005；21：432-439

6.王維等.應(yīng)用EXCEL完成組內(nèi)相關(guān)系數(shù)ICC的計算和評價.中國衛(wèi)生統(tǒng)計，2008；25(3): 314-315