行走支撑期足平衡的生物力学特征

背景:步行是人体最基本的运动方式,探究行走时足部受力特征和双足差异对深入了解人体行走规律具有重要价值.目的:通过对足平衡曲线的处理和分析,探究人体在步态支撑期各阶段足的功能和行走规律.方法:通过足型筛选出116名具有正常足型的受试者,以自身最适速度行走,记录其足底压力数据,以平均值和1倍标准差绘制归一化处理的足平衡曲线...     

基于运动学参数和足底压力测量的髋离断截肢者步态分析

目的 探讨髋离断截肢者穿戴假肢的步态特征,并分析其与正常步态产生差异的原因,辅助临床的诊断评估.方法 通过便携式人体运动捕捉设备和足底压力分析系统,采集5名髋离断截肢者运动学和足底压力信息,并与对照组15例健康志愿者比较,对比截肢者与正常人以及截肢者患侧与健侧之间的步态差异.结果 截肢者双支撑期占比高于正常步态,截肢者...     

下肢不等长对步态影响的实验分析

目的采用正常人体单侧增高模拟下肢不等长,分析下肢不等长步态特征,研究下肢不等长对步态的影响,为下肢假肢穿戴者因下肢不等长引起的慢性疾病提供理论依据。方法通过单侧穿鞋增高人为制造下肢不等长,利用三维动态捕捉系统和地面反力采集设备采集受试者在正常步态和下肢不等长步态下的时空参数、地面反力和关节角度,并进行对比分析。结果下肢不等长步态与正常步态在步长、步长时间和单侧支撑期存在显著差异。下肢不等长步态左右腿足跟着地期垂直方向地面反力均大于正常步态,髋、膝、踝角度存在明显变化。结论下肢不等长是造成行走步态异常的重要原因,可能是下肢假肢穿戴者产生腿部关节疾病的原因。     

踝足矫形器人机耦合仿真刚度对步态生物力学影响的评价方法

目的 为更好评价踝足矫形器(ankle-foot orthosis, AFO)的人机工效,提出一种 AFO 人机耦合仿真刚度对步态生物力学影响的评价方法。 方法 首先,评测两种 AFO 的力学特性并量化其刚度;其次,采集 30 名受试者在正常与穿戴两种不同刚度 AFO 行走条件下的运动学及动力学数据;最后,通过仿真计算,定量对比分析 AFO 刚度对 行走中下肢关节角度、关节力矩与肌肉力的影响。 结果 在穿戴两种刚度 AFO 情况下,支撑相踝关节背屈峰值角度、膝关节屈曲峰值角度和髋关节伸展峰值角度均显著增加(P<0. 05),比目鱼肌与腓肠肌峰值肌肉力呈现增加趋势。 踝关节跖屈峰值角度、髋关节屈曲峰值角度与髋关节屈曲峰值力矩均显著降低(P<0. 05)。 结论 本文所提出的 AFO 人机耦合仿真方法可以有效实现不同刚度对步态生物力学影响的定量评估,该方法同样也适用于评估和优化其他辅助器具的人机工效,可以为 AFO 的选配、适配、优化设计提供方法指导。     

具有分区域梯度硬度结构的定制减压鞋垫设计

目的针对高弓足等有足底减压需求的人群,设计一种具有分区域梯度硬度的定制化鞋垫。方法设计一种功能梯度结构,应用于定制化鞋垫,使鞋垫不同区域具有梯度变换趋势的硬度特征。通过力学试验,研究结构单元参数和模量之间的关系。采集志愿者足部几何形状和足底压力分布数据,根据压力等高线对足底区域进行划分,以此组装结构单元。设计4种定制化鞋垫:普通平板鞋垫、优化平板鞋垫、普通全接触鞋垫、优化全接触鞋垫。通过熔融沉积成型(fused deposition modeling,FDM)打印,再进行足底压力测试实验,验证分区域的优化设计。结果所设计的鞋垫可使高弓足测试者足部峰值压力在静态站立、步态状态下分别降低52.8%、18.43%。结论该方法可用于设计定制鞋垫,如针对糖尿病足、高弓足的功能鞋垫,提供更好的减压功能。研究结果为临床保守治疗有减压需求的足部疾病提供参考。     

基于便携式步态测试仪的不同接受腔单侧大腿截肢者行走特点研究

目的 探讨穿戴坐骨包容接受腔与四边形接受腔大腿假肢的单侧大腿截肢者在日常生活中行走时的步态差异,为临床制定大腿假肢使用处方提供指导。方法 选取7位大腿截肢患者作为试验组,为患者分别适配四边形和坐骨包容接受腔大腿假肢。同时选取7位年龄、性别、身高和体质量相匹配的健康受试者作为对照组。所有受试者以舒适的步速在室外平路上行走240 m,应用便携式步态测试仪(intelligent device for energy expenditure and activity, IDEEA)采集步态数据,包括7个时空参数和4个加速度参数,通过IBM SPSS Statistics 23对数据进行处理。对比患者穿戴两种假肢与健康受试者之间、患者分别穿戴同种假肢时患侧与健侧之间、患者穿戴两种假肢时患侧之间、健侧之间的参数差异。结果 与健康受试者相比,患者分别穿戴两种假肢行走时,两种假肢健侧和患侧的站立时间和步态周期增大(P<0.05),步速、步频、跨步长减小(P<0.05);两种假肢患侧的摆动时间延长(P<0.05),地面冲击和足落地控制减小(P<0.05);四边形接受腔假肢双侧和坐...     

足弓差异对动静态足踝功能的影响

目的 通过运动生物力学手段从动、静态两个方面评价不同足型受试者足踝功能的差异,为足踝运动研究提供理论支持和参考依据.方法 对65名受试者以足弓指数区分成扁平足、低弓足和正常足3组,采用单因素方差分析3组受试者静、动态足踝功能指标的差异.结果 在静态足踝功能方面,正常足踝关节适应性(malleolar valgus fl...     

老年糖尿病患者的足底压力及步态特征

BACKGROUND: Plantar pressure is one of the major risk factors for diabetic footulcers.     

足内侧皮瓣的应用解剖

解剖观测了30侧成人下肢足内侧区皮肤血管.足底内侧动脉深支、浅支、内踝前动脉和跗内侧动脉,分别发4.5(3～8)支、7.4(3～12)支、5.9(2～12)支和2.8(1～6)支,外径在0.2～0.8mm之间的皮支分布足内侧区,动脉间吻合恒定.经选择性动脉注射显示,皮瓣面积约为9×6cm～10×8cm.以上述动脉为蒂的足内侧皮瓣,可转位修复内踝、跟腱、足跟和足底远侧区的软组织缺损,临床应用了12例均获得成功.     

小腿截肢患者不同路况下膝关节动态载荷研究

研究截肢患者行走过程中的膝关节动态载荷是膝关节损伤康复和假肢设计的基础。本研究以小腿截肢患者为研究对象,建立了膝关节动态载荷三维计算模型,通过平地行走、上、下楼梯三种路况下的步态分析,对一个步态周期内的膝关节载荷进行了计算分析。结果表明,各种路况下患者的步态特征和膝关节载荷各不相同,虽然总体变化规律基本一致,但上下楼梯时的小腿运动范围、地面反力和膝关节载荷比平地行走时幅值较大。这些定量分析结果为小腿截肢患者步态分析和假肢设计提供了理论依据。     

Influence of patellofemoral pain syndrome on plantar pressure in the foot rollover process during gait

BACKGROUND:

Patellofemoral Pain Syndrome is one of the most common knee disorders among physically active young women. Despite its high incidence, the multifactorial etiology of this disorder is not fully understood.

OBJECTIVES:

To investigate the influence of Patellofemoral Pain Syndrome on plantar pressure distribution during the foot rollover process (i.e., the initial heel contact, midstance and propulsion phases) of the gait.

MATERIALS AND METHODS:

Fifty-seven young adults, including 22 subjects with Patellofemoral Pain Syndrome (30 ± 7 years, 165 ± 9 cm, 63 ± 12 kg) and 35 control subjects (29 ± 7 years, 164 ± 8 cm, 60 ± 11 kg), volunteered for the study. The contact area and peak pressure were evaluated using the Pedar-X system (Novel, Germany) synchronized with ankle sagittal kinematics.

RESULTS:

Subjects with Patellofemoral Pain Syndrome showed a larger contact area over the medial (p = 0.004) and central (p = 0.002) rearfoot at the initial contact phase and a lower peak pressure over the medial forefoot (p = 0.033) during propulsion when compared with control subjects.

CONCLUSIONS:

Patellofemoral Pain Syndrome is related to a foot rollover pattern that is medially directed at the rearfoot during initial heel contact and laterally directed at the forefoot during propulsion. These detected alterations in the foot rollover process during gait may be used to develop clinical interventions using insoles, taping and therapeutic exercise to rehabilitate this dysfunction.     

Wearable unrestraining footprint analysis system. Applications to human gait study

The paper describes an original wearable plantar dynamics analysis system, which puts subjects under particularly unrestraining walking conditions. It is based on foot-pressure distribution measurement in soft, thin, but reliable multisensor soles composed of 2×127 barosensitive cells. The system was applied to gait and posture studies of ten nonpathologic subjects. Specific computing and graphic programs were developed for gait analysis and clinical applications. Online visualisation of footprints allowed the operator to monitor the experiments. Because of human gait variability, data were collected over a prolonged sequence, and a ‘mean step’ was statistically computed, which is more representative of individual walking. Initial graphic and numerical results confirm the value of the method and offer encouragement for further studies intended to define normal or pathologic gait patterns. The system included additional signal inputs for correlative studies with kinematic or physiological parameters.     

糖尿病足截肢术预后影响因素分析及预后能力评估

目的　探索相关实验室指标对糖尿病足截肢术预后的影响,评估对其不良预后的预测价值。 方法　回顾性选取2016年1月到2018年3月于本院行糖尿病足截肢术且完成术后随访1年的69例患者资料,将随访期间发生病情恶化的患者定义为不良预后组,病情无恶化、伤口愈合良好者为预后良好组,绘制Kaplan-Meier生存曲线观察1年预后不良率;单因素及多因素分析筛选导致不良预后的独立影响因素;ROC曲线评价其对糖尿病足截肢术后发生不良事件的预测能力;在预后良好组内依据清创次数进行亚分组,筛选影响截肢术前清创次数的独立危险因素。 结果　单因素分析提示糖尿病足截肢术不良预后组其血清白蛋白（ALB）、中性粒细胞/淋巴细胞比值（NLR）、C反应蛋白（CRP）、血沉（ESR）及D-二聚体（D-dimer）相比预后良好组有统计学差异（P<0.05）,多因素分析显示D-dimer、CRP及NLR为影响重症糖尿病足截肢术预后的独立危险因素。生存曲线提示1年不良预后率为40.6%。ROC三者联合诊断的曲线下面积为0.902,高于D-dimer,Delong检验显示其与D-二聚体有统计学差异（P<0.05）。在预后良好组内,CRP是影响截肢术前清创次数的独立危险因素（P<0.05）。 结论　D-dimer、CRP、NLR及三者联合诊断对糖尿病足截肢术预后均有较好的预测能力,其联合诊断效率高于D-dimer,但不优于CRP或NLR;CRP为预后良好组内影响截肢术前的独立危险因素。     

压电式步态分析系统在足底压力监测中的应用

目的通过研究压电式步态分析系统在足底压力监测中的实际应用,为人体步态分析及其在临床医学及康复治疗作用提供参考。方法设计压电式步态分析系统,采集鞋垫中6个采集点的压力信号,通过蓝牙模块传输足底压力信号,并采用所设计手机APP和MATLAB软件分析和处理压力信号。结果利用MATLAB软件插值、颜色映射等功能绘制足底压力云图、压力中心蝴蝶图,通过测量双脚摆动相计算步行周期,手机APP实时监测足底压力以实现意外摔倒报警。结论该系统可实现站立姿态、平衡状态、步行周期及意外摔倒的监测,所得实验结果与临床研究结论基本保持一致,同时可穿戴式结构更适合于真实步行场景。     

足踝步态模拟机动力学特性仿真及实验验证

目的 研究足踝步态模拟机动力学特性,仿真着地相中的足底垂直、前后、水平3个足底反力,并在实验台中验证。方法 运用设计的5自由度步态模拟机,建立Adams虚拟样机和足踝模型（包含足部主要韧带和跖腱膜、足底软组织及跟腱力）,对其进行动力学仿真,并把仿真中的控制规律运用到实验台验证;将仿真和实验中测力板测得的足底反力与仿真和真实数据比较。结果 着地相进程中3个方向的足底反力与实际步态中吻合度较高,足部的韧带和跖腱膜、跟腱和软组织等对正确的步态有重要的影响,步态实验台能够很好重复仿真特性。结论 模拟机具备仿真人体步态着地相的能力,为活体无法进行测量的实验提供临床研究平台。     

人体足部生物力学的研究

人体足底压力和剪切力的测量，运动状态下足部各关节、骨和韧带的作用及影响，以及足部生物力学建模和有限元分析是足部生物力学研究的热点，也是足部疾病康复研究的基础。本文对上述三方面的研究作了综述并提出了今后研究的重点。     

Short-time lower leg ischemia reduces plantar foot sensitivity

The aim of this study was to investigate the effects of short-time blood flow occlusion on plantar foot vibration sensitivity of healthy young adults. 39 subjects (20 female; 19 male) participated in the study. Blood flow reduction was evoked with a pneumatic tourniquet, placed about 10 cm above the popliteus cavity. Vibration thresholds (200 Hz) were measured at three anatomical locations of the plantar foot (heel, first metatarsal head and hallux) in three different cuff pressure conditions: baseline (0 mmHg), low (50 mmHg) and high (150 mmHg). Each pressure condition was held for 4 min prior to vibration threshold measurements. No reperfusion time was allowed between conditions. The results show a significant increase in vibration thresholds measured at all anatomical locations in the high pressure condition (150 mmHg), whereas low pressure (50 mmHg) caused a significant threshold increase only at the hallux, compared to baseline (0 mmHg) measurements. Short-time blood flow occlusion seems to affect the afferent transmission of vibration stimuli from Vater–Pacini corpuscles, resulting in decreased plantar foot sensitivity. The present study provides an insight into initial adaptations caused by reduced blood flow in plantar foot sensitivity of healthy young adults.     

Modelling and gait evaluation of asymmetrical-keel foot prosthesis

The paper documents a new concept in prosthetic foot design. It is based on the capacity of a flexible keel to allow a greater medio-lateral function than previously available. the heel has a complex curvature consisting of a medially concave shape that joins the mid-foot. There a hump acting as a leaf-spring ends at the metatarsal break, with an inwardly curved toe extremity. These curvatures contribute to increased medio-lateral control at heel-strike and propulsion for weight transfer and push-off. Results from finite-element modelling indicate that the asymmetrically shaped keel is at least twice as active in storing energy compared with a completely symmetrical one. A preliminary gait study is carried out for a 24-year-old below-knee amputee fitted with the new design, the SPACE foot and a dynamic elastic response foot with a symmetrical keel. With the SPACE foot, there is a 14% increase in walking speed combined with a reduction in the phasic asymmetries. The absolute difference between the initial and terminal double support is 1.4% for the asymmetrical keel design compared with 4.4% for the symmetrical keel foot prosthesis. The peak ankle power generation burst indicates that the SPACE foot behaves as a dynamic elastic response foot.     

模拟不同重力环境下步态运动的足底受力分析

目的 探索不同重力环境下人体行走和跑步时的足底受力特性。方法7名健康成年男性受试者在垂直体位的减重跑台上分别在正常重力（1G）,模拟火星重力（1/3 G）和模拟月球重力（1/6 G）环境下进行3、7和10 km/h的行走和跑步活动。使用F-scan鞋垫式足底压力测量系统对运动过程中的步态时相参数、力学参数及步态平衡性等指标进行分析。结果 相同速度下,步态周期中的支撑相时间随重力下降有明显减少（P<0.01）,摆动相时间则有显著增加（P<0.01）。随着速度增加,支撑相时间明显缩短（P<0.01）,而摆动相基本不受影响（P>0.05）。最大足底受力、平均足底受力和受力积分随着重力下降有明显减少。正常重力环境下,步行速度增加可引起最大足底受力、平均受力明显增加以及受力积分显著减少（P<0.05）;但在低重力环境下,足底受力变化并不显著（P>0.05）。左右垂直冲量比在不同重力环境之间差异显著（P<0.05）,但时相对称性则并无明显差异。结论 低重力环境下,足底受力和支撑相时间等维持骨骼和肌肉结构功能的指标均显著低于正常重力环境,提示在将来设计太空飞行中防护措施和锻炼处方时需要充分考虑这一因素,以维持航天员正常的骨骼和肌肉功能。     

43例严重糖尿病足治疗的临床分析

目的分析和总结糖尿病足的临床特点和治疗体会。 方法回顾性分析2013年6月至2017年8月北京朝阳急诊抢救中心烧伤整形科收治的43例严重糖尿病足患者的临床资料,根据患者截肢(趾)与否,将43例患者分为截肢组、截趾组、截肢(趾)组和非截肢(趾)。对患者年龄、糖尿病病程、住院时间、血浆白蛋白浓度、血红蛋白水平、白细胞计数、糖化血红蛋白水平、血糖值、Wagner分级、有无糖尿病周围神经病变、视网膜病变、糖尿病肾病、坏死性筋膜炎等进行分析。数据进行单因素方差分析、多因素非条件Logistic回归分析、独立样本t检验和χ²检验。 结果截肢组患者的住院时间为(80.7 ± 39.3)d,长于非截肢(趾)组(58.4 ± 14.2)d,差异有统计学意义(t＝－2.27, P＝0.03);截肢(趾)组、截肢组和截趾组的年龄分别为(58.7 ± 9.8)、(55.7 ± 11.2)、(62.2 ± 6.7)岁,与非截肢(趾)组(59.0 ± 8.4)岁相比,差异均无统计学意义(t＝0.12、0.96、－1.07,P＝0.91、0.35、0.29);截肢(趾)组、截肢组和截趾组的糖尿病病程分别为(13.4±6.4)、(12.3±7.1)、(14.6±5.5)年,较非截肢(趾)组(15.4±6.3)年,差异均无统计学意义(t＝1.03、1.29、0.32,P＝0.31、0.21、0.75);截肢(趾)组和截肢组的血浆白蛋白浓度均分别为(21.9±3.0)、(20.9±2.4)g/L,明显低于非截肢(趾)组的(25.0±4.5)g/L,差异均有统计学意义(t＝2.80、3.04,P＝0.01、P<0.05);截肢(趾)组、截肢组和截趾组的血红蛋白水平分别为(93.1±14.2)、(91.8±13.5)、(94.6±15.5)g/L,与非截肢(趾)组(101.4±14.9)g/L相比,差异均无统计学意义(t＝1.86、1.85、1.19,P＝0.07、0.07、0.25);截肢(趾)组、截肢组和截趾组的白细胞计数分别为(23.1±4.3)、(23.7±4.8)、(22.4±3.9)×10⁹/L,与非截肢(趾)组(21.8 ± 3.6)×10⁹/L相比,差异均无统计学意义(t＝－1.08、－1.30、－0.46, P＝0.29、0.20、0.65);3组的糖化血红蛋白水平分别为(9.8±1.2)、(10.1±1.3)、(9.6±1.1)mg/dl,与非截肢(趾)组(9.4±1.5)mg/dl相比,差异均无统计学意义(t＝－0.98、－1.21、－0.28,P＝0.16、0.03、0.98);43例患者中,13例截肢,截肢率为30.23%,截肢切口一期愈合2例,11例截趾,截趾率25.58%,截肢(趾)率55.81%。截肢(趾)组与截肢组的患者多为高Wagner分级,其中4级以上分别有11、19例,与非截肢(趾)组的7例相比,差异均有统计学意义(χ²＝7.91、9.73,P<0.05、P＝0.02);截肢(趾)组合并周围神经病变、下肢血管病变、视网膜病变、糖尿病肾病和坏死性筋膜炎的患者分别有12、10、6、7、21例,截肢组合并这5种疾病的患者分别有8、7、4、4、12例,截趾组合并这5种疾病的患者分别有4、3、2、3、9例,与非截肢(趾)组的3、5、3、6、14例比较,差异均无统计学意义(χ²＝2.57、3.07、1.05,P＝0.63、0.55、0.90)。 结论严重糖尿病足有较高的截肢伤残率,局部严重的感染是导致截肢(趾)的重要原因,病灶彻底的清创引流是治疗糖尿病足的关键措施。