踝关节不同应力位的动态足底压力特征

目的探究踝关节不同侧肢体和应力位的足底压力分布特点。方法 23名健康受试者通过简易定制走道和足底压力测试平板进行踝中立位、踝内翻、踝外翻的足底压力测试,测试指标为峰值压强、接触面积、接触时间百分比、足底内侧峰值压强之和与外侧峰值压强之和的比值(M/L)、足趾峰值压强之和与足跟峰值压强的比值(A/P)。结果优势腿在第1跖骨的峰值压强明显大于非优势侧,第5跖骨峰值压强明显小于非优势侧。优势侧M/L显著大于非优势侧。除中足、第1趾,其余区域3种应力位的峰值压强存在显著性差异。内翻时各区域的接触时间百分比均大于中立时,外翻时除第2趾其余区域的接触时间百分比大于中立时。内翻、中立、外翻M/L分别为1.24±0.46、1.06±0.26、0.88±0.25;内翻时优势侧M/L大于非优势侧;内、外翻时A/P均大于中立。结论优势侧踝关节稳定性优于非优势侧。踝关节内翻、外翻时稳定性有所下降。内翻时身体往前、内侧偏移,外翻时则往前、外侧偏移以维持稳定。     

楼梯行走足底压力与表面肌电参数研究

目的探究上下楼梯时的足底压力和表面肌电参数,为动力式助行器足部结构设计、动力元件选型和安装位置分布提供理论支撑。方法招募10名健康男性青年进行楼梯行走,利用运动捕捉系统、足底压力系统和表面肌电系统采集足底压力的峰值压强、压力中心轨迹(COP轨迹)和各块下肢肌肉的肌电参数。结果与平地行走相比,楼梯行走时站立相时间占整个步态周期的百分比增大;上楼时前足部分峰值压强增大,下楼时足趾区域的峰值压强减小;楼梯行走时,股直肌、股二头肌、内外侧腓肠肌对人体稳定性起主要作用。结论在设计动力式助行器足部结构时应充分考虑足底压力的分布情况,选择动力式助行器动力元件的安装位置和型号时应考虑主要肌肉的作用。     

可变刚度缓冲鞋垫结构设计及优化

目的 设计X型结构变刚度缓冲鞋垫,探究其对糖尿病截趾患者足底表面压力和内部应力的影响。方法 基于CT影像建立糖尿病截趾患者足部-小腿有限元模型,根据足底压力分布特征进行鞋垫区域划分。设计X型结构3D打印缓冲鞋垫,通过改变结构面板厚度改变结构的模量,对划分区域填充不同模量的X型结构方案进行仿真分析。结果 糖尿病截趾患者足底峰值压力在跟骨区,足趾区选用面板厚度1.2 mm结构、跖骨区选用面板厚度1.4 mm、足弓区选用面板厚度2.0 mm和足跟区选用面板厚度1.6 mm组合后的鞋垫减压效果最好。与赤足相比,此方案鞋垫分别降低足跟区峰值压力、趾骨区峰值压力和足底软组织内部应力40.18%、31.7%和50.45%。结论 变刚度下3D打印鞋垫可有效降低足底表面压力、内部应力,减小二次截趾概率。     

膝骨性关节炎患者与正常青年人步态的对照

背景：应用现代步态分析技术研究膝骨性关节炎患者足底压力分布的报道较少,尚未建立骨性关节炎患者特征性的足底压力数据库。 目的：比较膝骨性关节炎患者与正常青年人步态特征的差异。 方法：运用足底压力测试系统对40例年龄44~70岁膝骨性关节炎患者及10名正常青年人行走时的步态进行测试,观察受试者足底各区域受力时间、单足支撑期参数、步角、足底各分区压力峰值。 结果与结论：膝骨性关节炎患者足底各区域受力时间百分比均高于正常青年组,两组足跟内外侧值差异尤为显著;膝骨性关节炎患者足跟触地阶段时间百分比、前足离地阶段时间百分比低于正常青年组,全足支撑阶段时间百分比高于正常青年组;膝骨性关节炎患者足跟侧部区域压力峰值均较正常青年组降低。说明膝骨性关节炎患者步态指标具有特征性,足跟部触地时间百分比、足跟触地阶段时间百分比、全足支撑阶段时间百分比及前足离地阶段时间百分比均与正常人有明显区别,膝骨性关节炎患者足跟部位外侧肌肉活动和平衡能力控制都较正常年轻人弱。     

扁平足患者足底压力与足底感觉特征

目的 探究不同足型人群足底压力与足底感觉之间的关系,为扁平足患者损伤评价以及运动恢复提供理论参考。方法 通过三维足型扫描仪,对招募的受试者进行初步筛查;根据足弓指数进行组别划分,正常足组16人,扁平足组16人。使用Footscan高频足底压力测试系统和Semmes-Weinstein Monofilaments单丝测试分别进行组别间的足底压力和足底感觉测试。对测试结果进行统计描述和相关性分析。结果 扁平足组左右足弓与左右足跟内侧区域的足底压力冲量相较于正常足组存在显著增加的趋势(P<0.05);扁平足组第1跖骨以及足弓位置的足底感觉阈值相较于正常足组更低(P<0.05);扁平足组左脚(P=0.012,R=0.500)和右脚(P=0.021,R=0.341)足弓位置的足底感觉与足底压力之间存在显著的正相关。结论 扁平足人群足弓降低和过度外翻的结构特点,导致其足弓和足跟内侧位置的足底压力冲量增大,足底感觉敏感性阈值降低;同时,足底感觉与足底压力之间存在相关性,足弓足底压力冲量负荷越大,足底感觉阈值越低。     

肥胖男性少年足底动态压力变化参数

背景：青少年肥胖常引发扁平足、足、膝内外翻等症状。 目的：了解13~15岁肥胖男生足底压力参数的分布特点,认识对青少年身体平衡能力等方面所产生的影响。 方法：随机选择长春市东北师范大学附属中学13~15岁的健康在校男生60人,根据体质量指数标准分为18.5~24.9 kg/m²的对照组,25~30 kg/m²的超重组和大于30 kg/m²的肥胖组,各20人。借助比利时footscan足底压力测试系统,分析各组自然行走时足底动态压力分布变化特征。 结果与结论：不同体质量男生的足底垂直力-时间曲线的足跟着地时的冲击峰和足完全放平时出现的谷值出现在步态周期的百分比随体质量的增加而加长;超重组和肥胖组足弓部位的触地时间明显大于对照组,同时足弓和足跟的接触面积百分比增大,而前足的百分比值减小;超重组和肥胖组的足底总峰值压强明显大于对照组,足底总压强与体质量呈正相关,足底的接触面积和体质量之间存在着明显的正相关;除了足跟和第1趾骨外,超重组和肥胖组其他各部位及总的压强变化率均大于对照组。说明超重于肥胖可使男生足底压力发生变化。     

髌股关节疼痛患者足底压力评估模型构建

目的 构建髌股关节疼痛(patellofemoral pain, PFP)足底压力模型,为该病康复评定提供理论依据。方法 采用病例对照研究,共纳入126例PFP患者(PFP组),并根据年龄、性别1∶1匹配126例健康志愿者纳入对照组。以是否发生PFP为因变量,以受试者自选步速下平地行走时足底12个分区峰值压力和峰值压强为自变量,分别构建峰值压力、峰值压强与PFP的条件logistic回归方程,并绘制对应方程的受试者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线,计算曲线下面积以分析不同方程对PFP的评估效果。结果 构建受试者足底12个分区峰值压力与PFP的条件logistic回归方程,仅足跟外侧区峰值压力进入回归方程;而通过各个分区峰值压强构建的回归方程中则包括足跟内侧区、中足区、第1跖骨区、第2跖骨区4个区域的变量,同时压强方程ROC曲线下面积大于压力方程曲线下面积。结论 可使用平地行走中PFP患者足底不同分区峰值压力、压强对PFP进行评估,峰值压强评估效果相对较好。     

基于BP神经网络的高足弓异常程度评价模型的构建

为准确评估高足弓患者的足弓异常程度,提出相应的评价模型.采用鞋垫式足底压力测量装置,采集110名高足弓和90名正常足志愿者自然行走时的足底压力特征参数.提取两者在足底8个分区的峰值压强、接触面积、接触时间和冲量等4个方面具有显著差异的特征参数,利用因子分析法,选出能够反映各指标变量之间内部关系的5个特征因子,并计算其综...     

单、双肩书包负重行走儿童的足底压力测量

背景：在儿童时期,不同形式、质量的书包负重可能会引起步态变形。 目的：检测儿童书包负重行走时的动态足底压力分布。 方法：采用比利时Footscan USB2平板式足底压测试系统对24名健康学龄儿童进行动态足底压力测试。受试者分别以自然状态、单肩背书包、双肩背书包步行经过Footscan测力平板,观察步态、支撑期时相、压强及足轴角。 结果与结论：与自然行走时比较,双肩负重行走时,受试者整足着地阶段百分比增高,左、右足的足轴角增大,足部足跟、第2跖骨、第1跖骨处的压强值增大(P < 0.05);单肩负重行走时,步态上表现出双足支撑期各阶段的不平衡,负重侧足跟、第2跖骨、第3跖骨处的压强值急剧增大,同时负重侧足轴角显著大于自然及双肩负重行走时(P < 0.05)。说明书包负重增加了儿童行走的不稳定性,单肩负重儿童双足支撑期时相及压力均表现出不平衡的特征。     

痉挛型脑瘫儿童动态足底压力分布特征研究

目的量化分析痉挛型脑瘫儿童足底压力分布特征,为临床诊断提供参考。方法选取12名GMFCSⅠ级或Ⅱ级的痉挛型脑瘫儿童和16名正常儿童作为研究对象,应用0. 5 m足底压力分布测试系统(Rsscan International@,比利时)对受试者进行自然行走过程的步态测试,采用独立样本t检验和配对t检验分别对脑瘫儿童和正常儿童及脑瘫儿童患侧、健侧步态参数的差异性进行检验。结果痉挛型脑瘫儿童足跟着地期、足后部所受冲量百分比、足中部和足跟中部压强峰值、第一趾骨和第一跖骨单位时间负荷率显著小于健康儿童(P<0. 001、P=0. 029、P=0. 035、P=0. 027、P=0. 017、P=0. 026),而全足支撑期、足中部所受冲量百分比、足弓指数、足底第三到第五跖骨和足中部所受冲量显著大于健康儿童(P=0. 041、P=0. 031、P=0. 034、P=0. 024、P=0. 007、P=0. 045、P=0. 046);痉挛型脑瘫儿童受累侧和非受累侧足底压力分布参数的差异无统计学意义。结论痉挛型脑瘫儿童行走过程中足底压力特征发生明显改变,并且非受累侧存在代偿作用。     

In vivo muscle fibre behaviour during counter-movement exercise in humans reveals a significant role for tendon elasticity

Six men performed a single ankle plantar flexion exercise in the supine position with the maximal effort with counter movement (CM, plantar flexion preceded by dorsiflexion) and without counter movement (NoCM, plantar flexion only) produced by a sliding table that controlled applied load to the ankle (40 % of the maximal voluntary force). The reaction force at the foot and ankle joint angle were measured using a force plate and a goniometer, respectively. From real-time ultrasonography of the gastrocnemius medialis muscle during the movement, the fascicle length was determined. The estimated peak force, average power, and work at the Achilles' tendon during the plantar flexion phase in CM were significantly greater than those in NoCM. In CM, in the dorsiflexion phase, fascicle length initially increased with little electromyographic activity, then remained constant while the whole muscle-tendon unit lengthened, before decreasing in the final plantar flexion phase. In NoCM, fascicle length decreased throughout the movement and the fascicle length at the onset of movement was longer than that of the corresponding phase in CM. It was concluded that during CM muscle fibres optimally work almost isometrically, by leaving the task of storing and releasing elastic energy for enhancing exercise performance to the tendon.     

外侧楔形鞋垫对足踝生物力学影响的有限元分析

目的 探究外侧楔形鞋垫对足踝内部组织(包括足骨、关节和韧带)的生物力学影响。 方法 建立并验证足踝-鞋垫-地面三维有限元模型,探究步态 3 个关键瞬间赤足模型和鞋垫干预模型的足底压力分布、关节接触压力、跖骨及主要韧带的应力。 结果 5°外侧楔形鞋垫模型足底峰值压力比赤足模型减小 65. 8% 。 鞋垫干预使楔舟关节处峰值接触压力减小;距下关节处峰值接触压力和第 4、5 跖骨处峰值应力增大。 结论 本研究量化评估了外侧楔形鞋垫对足踝各部分的生物力学影响,提出了可适当减小外侧楔形鞋垫第 4、5 跖骨处倾斜角度的设计建议。     

Biomechanical study of tarsometatarsal joint fusion using finite element analysis

Complications of surgeries in foot and ankle bring patients with severe sufferings. Sufficient understanding of the internal biomechanical information such as stress distribution, contact pressure, and deformation is critical to estimate the effectiveness of surgical treatments and avoid complications. Foot and ankle is an intricate and synergetic system, and localized intervention may alter the functions to the adjacent components. The aim of this study was to estimate biomechanical effects of the TMT joint fusion using comprehensive finite element (FE) analysis. A foot and ankle model consists of 28 bones, 72 ligaments, and plantar fascia with soft tissues embracing all the segments. Kinematic information and ground reaction force during gait were obtained from motion analysis. Three gait instants namely the first peak, second peak and mid-stance were simulated in a normal foot and a foot with TMT joint fusion. It was found that contact pressure on plantar foot increased by 0.42%, 19% and 37%, respectively after TMT fusion compared with normal foot walking. Navico-cuneiform and fifth meta-cuboid joints sustained 27% and 40% increase in contact pressure at second peak, implying potential risk of joint problems such as arthritis. Von Mises stress in the second metatarsal bone increased by 22% at midstance, making it susceptible to stress fracture. This study provides biomechanical information for understanding the possible consequences of TMT joint fusion.     

老年人下楼梯下肢关节做功模式分析

目的 探究下楼梯行走过程中老龄化对老年人下肢关节做功模式的影响,丰富楼梯行走的防跌倒理论。 方法 采用 Vicon 红外运动捕捉系统和 Kistler 三维测力台同步采集青年人和老年人下楼梯行走的运动学和动力学数据,利用下肢关节角度、力矩、功率、做功贡献度指标对下肢关节做功模式进行量化评定。 结果 下楼梯过程中,青 年组和老年组下肢三关节角度、力矩、功率的变化趋势一致。 在优势腿的 1 个支撑相内,老年人的屈髋力矩峰值、伸膝力矩第 1 峰值、第 2 峰值、跖屈力矩第 1 峰值、膝负功率第 1 峰值、第 2 峰值、踝负功率峰值以及髋、膝、踝关节净功均显著降低(P<0. 05);伸髋力矩峰值、髋负功率峰值、踝关节做功贡献度显著增加(P<0. 05),髋、膝关节做功贡献度并未出现显著性差异(P>0. 05)。 结论 在下楼梯过程中,老年人下肢关节力学特征显著降低。 老年人采取不同于青年人的下肢关节做功模式。 老年人通过较大的伸髋姿势抵制躯干的过度前倾,同时采取踝关节做功的代偿模式,提高下楼梯行走的身体稳定性。 建议老年人在锻炼时应以增加膝、踝关节肌肉力量的项目为主,以维持下楼梯的姿势控制能力。     

基于有限元法对足跟痛在推离期的生物力学研究

基于有限元法对推离期下足跟痛的发病和康复机理进行研究。采集一位足跟痛患者的CT和MRI图像用于三维重建,利用Geomagic软件对得到的模型表面优化,再通过Hypermesh软件对模型进行有限元前处理,最后将得到的下肢有限元模型导入到Abaqus中分析计算,与足底压力板测试结果对比验证模型的有效性,并根据计算结果分析小腿三头肌力的变化对足踝步态推离期生物力学行为特性的影响。结果表明,小腿三头肌肌肉力从550 N增大到1 100 N的过程中,第一趾骨区的峰值压力增大了32.8%,跖骨区的峰值压力增大了14.3%;第一根足底筋膜的应力高达4.69 MPa;跟腱与跟骨连接处和跟骨结节部位的应力峰值分别为28.36和32.79 MPa。由此可见,小腿三头肌挛缩和推离期的绞盘效应会导致足底筋膜过度拉伸,引起跟骨结节处的应力水平提高,使得足部生物力学环境发生变化,从而诱发足底筋膜炎,导致足跟痛。缓解小腿三头肌挛缩、减小肌肉力、避免足底筋膜过度拉伸及降低附着点处的应力水平以恢复足部正常生物力学环境,是治疗足跟痛的主要康复机理。     

肌力对足关节接触特征影响的生物力学研究

目的 探究足踝体外生物力学实验中肌力对足关节接触力、峰值压强以及接触面积的影响,为选择合适的加载方式提供依据。 方法 踝关节中立位状态下,对新鲜小腿和足离体标本分别进行有无肌力两种方式加载,测量加载状态下第 1 跖趾关节、第 2 跖趾关节、第 1 跖楔关节、第 2 跖楔关节、内侧楔舟关节、中间楔舟关节、距舟关节、 跟骰关节、距下关节(后关节面)以及胫距关节的接触力、峰值压强和接触面积,并对结果进行对比分析。 结果 与无肌力加载状态相比,进行肌力加载时足第 1 跖趾关节、第 2 跖趾关节、第 1 跖楔关节、第 2 跖楔关节、内侧楔舟关节、中间楔舟关节、距舟关节和胫距关节的关节接触力均显著增大( P < 0. 05),变化百分比分别为 719. 28%、311. 37%、128. 67%、50. 82%、54. 89%、57. 63%、79. 98% 和 50. 34% ;足第 1 跖趾关节、第 1 跖楔关节和距舟关节的关节峰值压强显著增大(P<0. 05),变化百分比分别为 176. 14%、62. 91% 和 40. 07% ;足第 1 跖趾关节、第 1 跖楔关节、中间楔舟关节以及距下关节(后关节面) 的关节接触面积均显著增大( P < 0. 05),变化百分比分别为 132. 20%、55. 41%、30. 97% 和 26. 87% 。 结论 足踝标本生物力学实验中,进行肌力加载对足各关节的关节接触力、峰值压强或接触面积均产生显著影响,前足表现尤甚。 在进行相关体外标本研究时,需要考虑肌力加载对足踝受力情况的影响,为足踝生物力学实验提供参考。     

学龄儿童背负不同重量行走时足底压力分布研究

通过Footscan足底压力步态分析系统测试学龄儿童背负不同重量行走时动态足底压力分布进行分析.结果表明,学龄儿童背负4 kg书包行走时,足底第二、三跖趾关节处峰值压力增大,支撑时间延长;压力中心变化曲线呈横向摆动偏大趋势,足中部控制不良需要肢体参与维持平衡;随着背负重量的增加出现足支撑各阶段内外翻的比例加大,造成下肢伤害的可能性增高,说明儿童长期负重行走对足及下肢肌肉负荷较大,足掌跖趾区相应部位易形成胼胝体,将会影响儿童足弓正常发育,应引起社会及家长的重视.建议家长应限制儿童书包重量,避免儿童长时间背负重物行走与站立,应采取有效措施促进学龄儿童身体全面发展.     

Post-effect of forward and backward locomotion on body orientation in space during quiet stance

Neural circuits responsible for stance control serve other motor tasks as well. We investigated the effect of prior locomotor tasks on stance, hypothesizing that postural post-effects of walking are dependent on walking direction. Subjects walked forward (WF) and backward (WB) on a treadmill. Prior to and after walking they maintained quiet stance. Ground reaction forces and centre of foot pressure (CoP), ankle and hip angles, and trunk inclination were measured during locomotion and stance. In WF compared to WB, joint angle changes were reversed, trunk was more flexed, and movement of CoP along the foot sole during the support phase of walking was opposite. During subsequent standing tasks, WB induced ankle extension, hip flexion, trunk backward leaning; WF induced ankle flexion and hip extension. The body CoP was displaced backward post-WB and forward post-WF. The post-effects are walking-direction dependent, and possibly related to foot-sole stimulation pattern and trunk inclination during walking.