高跟鞋与足部跖间应力关系的有限元分析

目的研究穿着高跟鞋时前足跖间组织的应力变化,为跖间神经瘤诱发机制的定量分析和相应治疗方案提供参考。方法通过已验证的足-踝-高跟鞋有限元模型平台,分析足部在0、2.54、5.08、7.62 cm[0、1、2、3″(英寸)]4种不同跟高高跟鞋平衡站立以及穿5.08 cm跟高高跟鞋行走时步态周期内的跖间组织应力大小及趋势。结果随着鞋跟高度的增加,跖间组织应力明显增加,穿7.62 cm跟高高跟鞋时第3、4跖间组织受力是穿平跟鞋的312%。穿5.08 cm跟高高跟鞋行走时,在蹬地期第3、4跖间组织的受力最大,达到90 k Pa,与临床最常见的跖间神经瘤发病部位相符。结论穿着高跟鞋明显增加跖间组织的应力,鞋面横向挤压导致第3、4跖间组织受力最大,最容易导致跖间神经瘤的发生。     

高跟鞋与足部跖间应力关系的有限元分析

目的 研究穿着高跟鞋时前足跖间组织的应力变化，为跖间神经瘤诱发机制的定量分析和相应治疗方案提供参考。方法 通过已验证的足-踝-高跟鞋有限元模型平台，分析足部在0、2.54、5.08、7.62 cm［0、1、2、3″（英寸）］4种不同跟高高跟鞋平衡站立以及穿5.08 cm跟高高跟鞋行走时步态周期内的跖间组织应力大小及趋势。结果 随着鞋跟高度的增加，跖间组织应力明显增加，穿7.62 cm跟高高跟鞋时第3、4跖间组织受力是穿平跟鞋的312%。穿5.08 cm跟高高跟鞋行走时，在蹬地期第3、4跖间组织的受力最大，达到90 kPa，与临床最常见的跖间神经瘤发病部位相符。结论 穿着高跟鞋明显增加跖间组织的应力，鞋面横向挤压导致第3、4跖间组织受力最大，最容易导致跖间神经瘤的发生。     

穿戴塑料踝足矫形器对下肢肌肉疲劳性的影响

背景：目前尚未见到系统研究踝足矫形器对下肢肌肉影响的文献。 目的：提取正常人穿戴固定踝足矫形器时的下肢肌电信号,分析固定踝足矫形器对下肢肌肉疲劳性的影响。 方法：选择5名健康男性受试者参加试验,每名受试者分别进行3组试验：①第1组,在不穿戴任何矫形器的情况下以自然步态行走。②第2组,受试者穿戴平跟踝足矫形器以自然步态行走(此时矫形器踝部包裹超过踝中心1 cm,记1.0 cm),穿戴同一矫形器但在踝部去掉1.0 cm、踝部塑料边缘刚好通过踝中心时采集(记     0 cm),在踝部再去掉1.0 cm后以自然步态行走(记-1.0 cm)。③第3组,受试者穿戴1.5 cm正常跟高踝足矫形器以自然步态行走,穿戴同一矫形器,但跟高分别改为1.0,2.0 cm后以自然步态行走。行走中采用肌电采集仪检测受试者下肢股二头肌、股直肌、胫骨前肌、腓肠肌的表面肌电信号。 结果与结论：①正常不穿戴任何矫形器时,4块肌肉的肌电信号是最弱的。②对于任何一块肌肉,正常不穿戴矫形器时所对应肌电值比穿戴不同硬度矫形器时所对应的肌电值要小。③对于股二头肌,正常不穿戴矫形器时所对应的积分肌电值与穿戴正常跟高矫形器时所对应的值很接近,同时这两个值要比穿戴不正常跟高矫形器时所对应的积分肌电值小。表明固定塑料踝足矫形器会引起股二头肌、股直肌、胫骨前肌、腓肠肌的疲劳,当固定塑料踝足矫形器的跟高不合适时会进一步增加股二头肌的疲劳程度。中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程全文链接：     

鞋跟高度对青年女性下楼梯步态的影响

目的 研究鞋跟高度对青年女性下楼梯步态的影响,分析女性穿高跟鞋下楼梯时的风险因素。方法 利用红外高速运动捕捉系统测试17名青年女性穿4种不同鞋跟高度皮鞋下楼梯的步态,计算受试者的步态时空参数和下肢关节角度。结果 与穿平跟鞋相比,穿3、5、7 cm高跟鞋下楼梯时步态周期增大,支撑相和双支撑相所占步态周期比例减小,步宽显著减小。与穿平跟鞋相比,穿5、7 cm高跟鞋下楼梯时踝关节矢状面内关节活动幅度均较小,穿3、5、7 cm高跟鞋时踝关节水平面内关节活动幅度均较大。穿3、5 cm高跟鞋时膝关节矢状面内关节活动度显著小于穿平跟鞋,穿3、5、7 cm高跟鞋时膝关节水平面内关节活动幅度显著大于穿平跟鞋。穿5、7 cm高跟鞋时髋关节最大屈曲角度显著大于穿平跟鞋,穿3、5、7 cm高跟鞋时髋关节最小屈曲角度显著大于穿平跟鞋。结论 随着鞋跟高度的增加,下楼梯时摆动期占步态周期百分比和步态周期都增大,而支撑相占步态周期百分比、双支撑相（后期）占步态周期百分比和步宽都减小,增加了下楼梯时跌倒的危险;同时,踝、膝关节矢状面内的关节活动幅度逐渐减小,水平面内的关节活动幅度增大。研究结果有助于深入了解鞋跟高度对穿着者下楼梯步态的影响特征和规律,为分析下楼时可能出现的损伤危险提供依据。     

青年女性穿不同高跟鞋自然行走的步态研究

目的研究不同高跟鞋给青年女性步态带来的影响,为高跟鞋的设计提供科学量化的理论依据。方法常速摄像和footscanUSB平板测试系统相结合,对10名平均年龄(19.2±0.42)岁的青年女性进行裸足及穿不同高跟鞋行走时步态的同步测试,比较分析几种情况下的运动学和动力学参数。结果(1)随着鞋跟的增高,步速、步长、步频以及下肢关节角度都减小;(2)随着鞋跟的增高,支撑期、双支撑期占步态周期百分比增大,摆动期占步态周期百分比减小;(3)随着鞋跟增高,足前掌压力峰值越来越大,足前部和足中部的冲量所占相对百分比值也越大;(4)行走时的步态特征不仅与鞋跟高度有关,还与鞋跟的粗细有关。结论穿高跟鞋行走极易造成足部疲劳、疼痛甚至损伤,或造成足的发育畸形。     

高跟鞋对行走中女性躯干、下肢的力学影响

通过探讨高跟鞋对行走中女性躯干、下肢的生物力学影响,可以为设计更符合人体运动功能的高跟鞋提供理论依据.通过总结本文得出高跟鞋对女性的常见损伤有扁平足、足趾畸形、踝关节扭伤、膝关节炎、腰背酸痛;穿高跟鞋行走的步态特征是步幅小、步速慢、周期长、重心起伏大、单支撑时相缩短;其力学特征有足底受力不均匀、踝关节受力减少、膝关节内压力增大、下肢肌肉肌力变小、脊柱负荷加大等.总之长期穿高跟鞋行走对女性躯干、下肢产生许多不利影响,因此建议女性平时尽量少穿高跟鞋.     

高跟鞋带来的“危肌”

正据美国国家科学院院报(PNAS)网站(2015-06-05)报道,高跟鞋虽然美观,但是不符合人体工学的设计,一份新的研究报告更明确地指出高跟鞋会对我们的身体造成何种伤害。研究发现,大学女生若1周中有3 d以上都穿10 cm高跟鞋活动,将可能造成脚踝附近的4组肌肉功能失调。研究者Yong-Seok Jee认为,虽然在穿着高跟鞋的初期可能使脚踝肌群变得有力,但长期下来却会使肌肉功能失调,而肌群无法正常     

人体在平地行走时的足跖骨的动态应力分析

本文分析了人体在平地行走时的足跖骨的动态应力变化，结果表明第二、三跖骨跖面上中段产生较大的拉应力，导致“疲劳骨折”，并指出这种骨折更容易发生的病理足上，解决了传统医学的人体足“三点支撑”观点所难以解决的问题     

足底软组织硬化对足部生物力学影响的三维有限元分析

目的 通过有限元方法来研究足底软组织整体硬化以及跖骨头和跟骨下方软组织局部硬化对人体足踝系统的力学影响。方法 基于健康志愿者右足的核磁共振扫描图片建立足部三维有限元模型,通过改变足底软组织的生物力学属性和人体平衡站立位时的计算仿真来分析足底软组织的生物力学问题。同时,对此志愿者进行足底压力测试来验证模型的有效性。结果 建立足踝有限元模型得到了有效的验证并完成了不同软组织属性定义下站立位的运算;在平衡站立位时足底接触压力分布状况和足踝内部一些软、硬组织的受力情况得到量化。结论 软组织硬化,特别是跖骨头和跟骨下方软组织局部硬化,对足底受压接触面积、压力峰值以及足底软组织垫所受的应力等产生了明显影响,大大增加了糖尿病患者发生足底溃烂的可能性。     

虚拟中国人足底韧带结构失效后的足弓负荷机制研究

目的　建立虚拟中国人的足内侧纵弓与外侧纵弓的有限元模型,研究跖腱膜松解术或足底韧带损伤后足骨与内在肌群的生物力学特性,探讨骨性结构、足底韧带、足底腱膜、足底固有肌群之间的协调作用机制。方法　采用虚拟中国人“女性1号”CT图像和MRI图像;采用非线性有限元方法进行足弓术后或韧带损伤后的平衡直立负荷状态仿真;并应用足底固有肌群的3种被动张力（微弱、适度、强烈）模拟术后或韧带损伤后的肌肉状态。结果　建立了虚拟中国人“女性1号”足内侧纵弓第2跖列与外侧纵弓第5跖列的生物力学有限元模型,计算得到内侧纵弓和外侧纵弓在平衡直立时,韧带损伤时,固有肌群活动时的张应力矢量图、压应力矢量图和von Mises应力整体分布数据。结论　跖腱膜松解术和足底韧带损伤等增加了足纵弓von Mises应力峰值,改变了张应力与压应力的流向;而足底固有肌活动的被动张力能降低足纵弓von Mises应力集中程度,调节张应力、压应力矢量接近平衡状态,减小了并发骨折和腱炎的危险性。骨性结构、韧带、腱膜、固有肌群的内在应力具有定量的相互调节功能。     

The influence of high-heeled shoes on strain and tension force of the anterior talofibular ligament and plantar fascia during balanced standing and walking

High-heeled shoes have the capability to alter the strain and tension of ligamentous structures between the foot and ankle, which may result in ankle instability. However, high-heeled shoes can also reduce the strain on plantar fascia, which may be beneficial for the treatment of plantar fasciitis. In this study, the influence of heel height on strain and tension force applied to the anterior talofibular ligament (ATL) and plantar fascia were investigated.A three-dimensional finite element model of coupled foot–ankle–shoe complex was constructed. Four heel heights were studied in balanced standing: 0 in. (0 cm), 1 in. (2.54 cm), 2 in. (5.08 cm), and 3 in. (7.62 cm). A walking analysis was performed using 2-in. (5.08 cm) high-heeled shoes.During balanced standing, the tension force on the ATL increased from 14.8 N to 97.0 N, with a six-fold increase in strain from 0 in. to 3 in. (0–7.62 cm). The tension force and the average strain on the plantar fascia decreased from 151.0 N (strain: 0.74%) to 59.6 N (strain: 0.28%) when the heel height increased from 0 in. to 2 in. (0–5.08 cm). When heel height reached 3 in. (7.62 cm), the force and average strain increased to 278.3 N (strain: 1.33%). The walking simulation showed that the fascia stretched out while the ATL loading decreased during push off. The simulation outcome demonstrated the influence of heel height on ATL alteration and plantar fascia strain, which implies risks for ankle injury and suggests guidance for the treatment of plantar fasciitis.     

不同硬度鞋底对人体步行下肢运动学的分析

目的通过对穿着不同硬度鞋底的受试者开展步行时的运动学分析,评价不同硬度鞋底对人体下肢步行运动学参数的影响。方法受试者穿3种不同硬度鞋底的鞋,在跑台上以6 km/h的速度行走,利用Vicon红外摄像系统进行动作捕捉,以采集行走过程中脚后跟高度、脚尖高度、膝角度、踝角度等运动学参数,并分析实验结果。结果穿软底鞋的步态周期比其他鞋的步态周期增加,小腿前摆角度最小;穿中等硬底鞋大腿前摆角度最小、后摆角度最大;穿硬底鞋的大腿前摆角度最大、后摆角度最小;摆动期时间相对稳定。结论软底鞋更适合短时间慢速行走,中等硬底鞋对人体长时间步行的下肢运动学影响最小,硬底鞋适合短时间快速行走。     

不同体质量指数成年女性穿高跟鞋行走步态特征分析

BACKGROUND: Women who wear high heels often feel discomfort that will become a potential killer; therefore, it is impending to figure out how the heel height affecting walking gait features and the biomechanics mechanism. OBJECTIVE: To investigate the walking gait features of adult women with different body mass indexes wearing different height heels. METHODS: Based on the body mass index, 20 adult women were divided into two groups: overweight and criterion groups. The walking gait features when they in flat shoes or in different height high heels were detected using three-dimensional video analysis system and plantar pressure test system, and kinematics and kinetic parameters were collected. RESULTS AND CONCLUSION: (1) Walking gait characteristics were normal when overweight subjects (24 kg/m2 ≤ body mass index < 28 kg/m2) in high heels with height lower than 5.3 cm; for criterion subjects (18.5 kg/m2 ≤ body mass index < 24 kg/m2, the heels height should be lower than 6.5 cm. The obviously abnormal walking gait features were visible in 8.5 cm high heels in the two groups. (2) The peak pressure intensity of the first, second and third metatarsal bones increased with heel height increasing, while the fifth metatarsal bone peak pressure showed a negative correlation with the height.       

基于统计参数映射分析跑鞋跟掌落差对下肢关节负荷的影响

目的 探讨在相同跑速下穿着不同落差跑鞋对下肢关节负荷的影响,为跑鞋设计和跑步者选购跑鞋提供依据。方法 18名男性跑步者分别穿着零落差和10 mm落差跑鞋以(4.0±0.2) m/s速度完成测试,使用红外高速运动捕捉系统和三维测力台同步采集下肢运动学参数和地面反作用力(ground reaction force, GRF)。使用统计参数映射法(statistical parameter mapping, SPM)分析跑鞋跟掌落差对支撑期垂直GRF、下肢关节三维力矩的影响。结果 跑鞋跟掌落差对垂直GRF无影响,对下肢关节部分力矩-时间序列影响显著。与穿着零落差跑鞋相比,穿着10 mm落差跑鞋在27%～38%支撑期髋关节内旋力矩增加,在47%～75%支撑期膝关节伸展力矩增加,在16%～33%、25%～30%、12%～25%支撑期踝关节跖屈力矩、外翻力矩和外旋力矩降低。结论 与穿着零落差跑鞋相比,穿着10 mm落差跑鞋在支撑前期髋关节负荷增加,踝关节负荷降低,在支撑中期膝关节负荷增加。建议跑步者结合自身特点及跑鞋跟掌落差对下肢关节负荷特征的影响,选择适合自己的跑鞋。     

Determining the maximum diameter for holes in the shoe without compromising shoe integrity when using a multi-segment foot model

Measuring individual foot joint motions requires a multi-segment foot model, even when the subject is wearing a shoe. Each foot segment must be tracked with at least three skin-mounted markers, but for these markers to be visible to an optical motion capture system holes or 'windows' must be cut into the structure of the shoe. The holes must be sufficiently large avoiding interfering with the markers, but small enough that they do not compromise the shoe's structural integrity. The objective of this study was to determine the maximum size of hole that could be cut into a running shoe upper without significantly compromising its structural integrity or changing the kinematics of the foot within the shoe. Three shoe designs were tested: (1) neutral cushioning, (2) motion control and (3) stability shoes. Holes were cut progressively larger, with four sizes tested in all. Foot joint motions were measured: (1) hindfoot with respect to midfoot in the frontal plane, (2) forefoot twist with respect to midfoot in the frontal plane, (3) the height-to-length ratio of the medial longitudinal arch and (4) the hallux angle with respect to first metatarsal in the sagittal plane. A single subject performed level walking at her preferred pace in each of the three shoes with ten repetitions for each hole size. The largest hole that did not disrupt shoe integrity was an oval of 1.7cm×2.5cm. The smallest shoe deformations were seen with the motion control shoe. The least change in foot joint motion was forefoot twist in both the neutral shoe and stability shoe for any size hole. This study demonstrates that for a hole smaller than this size, optical motion capture with a cluster-based multi-segment foot model is feasible for measure foot in shoe kinematics in vivo.     

人体踝关节跖屈时光弹性应力实验分析

该实验是采用光弹性应力分析法，分析踝关节在不同跖屈位置时，胫骨－距骨负重区的位置，大小以及胫距关节接触应力的分布状况。实验结果表明，踝关节在跖屈7°时，接触应力分布面积最大，压应力最小，且分布均匀；在跖屈大于19°时，接触应力分布面积开始减少，压应力增大；在跖屈大于43°时，接触应力分布面积明显减少，压应力明显增大、从中揭示，从应力观点看，踝关节在跖屈0°～19°时，为最佳负重角度范围；跖屈大于43°时，踝关节应力集中，易发生疲劳性损伤。     

老年鞋舒适性和安全性的生物力学研究

目的 对老年男性在穿着实验改良鞋进行快走运动时的鞋舒适性和安全性进行评估,为老年鞋具的设计提供数据参考。 方法 16 名 55~ 65 岁男性受试者穿着 3 款不同老年运动鞋,使用视觉模拟评分法( visual analoguescale,VAS)和足底压力参数从主观舒适性和生物力学进行综合评价。 使用垂直地面反作用力( vertical groundreaction force, vGRF)、压力中心(center of pressure, COP)位移和摩擦因数分别从冲击衰减特性、步态稳定性和鞋防滑性三方面对老年运动鞋的安全性进行评价。 结果 在第 2 ~ 5 趾骨区,B 鞋的平均压力、峰值压强均显著低于 A 鞋;在第 2~ 4 跖骨区,B 鞋峰值压强显著低于 C 鞋;在第 5 跖骨区,C 鞋平均压力、峰值压强均显著低于 A、B 鞋;在足弓内侧区,C 鞋平均压力显著高于 A、B 鞋;外侧区,B 鞋平均压力显著低于 C 鞋,峰值压强显著低于 A 鞋。 3 双鞋 vGRF 第 1 峰值力存在显著性差异;B 鞋 vGRF 第 2 峰值力显著低于 C 鞋。 C 鞋足底 COP 在从触地到 vGRF 第 1峰值力产生时间段内左右方向上的位移变化量(COPX-LR)显著高于与 A、B 鞋,而在整个支撑期左右方向上的位移变化量(COPXD)显著高于 B 鞋。 B 鞋脚掌蹬伸摩擦因数峰值显著高于 A、C 鞋,C 鞋着地阶段峰值时刻显著慢于 B 鞋。 结论 B 鞋安全性较高,但仍需进一步的改进以减少第 5 趾骨区的足底压力。 在设计老年人鞋具时,为达到减震缓冲效果而仅采取厚底设计,可能会给老年人的步态稳定性带来负面影响。