不同年龄段人群行走足底压力特征分析

目的获取不同年龄段人群正常行走时足底压力的动力学参数,为设计制作不同年龄段鞋垫和运动鞋提供理论依据,最大程度减小足部发生损伤的风险。方法使用Footscan测力平板对4个年龄段120名受试者(20～30、30～40、40～50、50～60岁男女各15名)足底压力峰值、压强峰值进行测试。结果足底压力峰值随着年龄增长不断变化,大部分呈上升趋势,只有在第1趾骨区域随着年龄的增长压力峰值逐渐减小,第1趾骨区域女性足底压力峰值在逐渐减小;大部分受试者第2、4拓骨头受力明显高于第1、5跖骨; 50～60岁年龄段男性第2跖骨压力峰值也明显大于20～50岁年龄段人群(P0. 05)。随着年龄增长,仅仅第1趾骨压力峰值逐渐减小,其余区域均呈现增长现象;压强峰值有显著变化,尤其以第2、3跖骨变化最大,呈上升趋势(P0. 05)。结论人体足底各分区的压力、压强随着年龄增长并非一成不变,找出每个年龄段人群足底压力特点,制定相应的运动鞋,才能更好发挥运动鞋的功能。     

自然行走对人体足底压力与下肢表面肌电信号影响的研究

目的 探究自然行走对正常人足底压力与下肢肌肉表面肌电信号(sEMG)的影响.方法 分别测量28例健康青年男性受试者在30 min平地自然行走前后足底压力与下肢肌肉的sEMG,得到行走前后峰值压强、冲量等足底压力参数及胫骨前肌、腓肠肌、股直肌与股二头肌的表面肌电时域参数积分肌电(iEMG)和频域参数平均功率频率(MPF),并检验峰值压强与身高、体质量的相关性.结果 平地自然行走开始时和30 min后,其左、右侧的峰值压强、冲量等各特征参数的差异均有统计学意义(均P＜0.05),不同参数的左、右侧差异分别体现在足底不同区域,而在跖骨区M3、M4、M5处各参数均表现出左侧大于右侧;行走前后左侧胫骨前肌、腓肠肌、骨直肌与股二头肌sEMG的iEMG均大于右侧;行走前后左侧胫骨前肌、腓肠肌的MPF大于右侧,其差异具有统计学意义(P＜0.05).30 min行走后右足脚趾区Toe2-5的峰值压强降低,其差异具有统计学意义(P＜0.05);各肌肉表面肌电iEMG无显著性变化,左侧股直肌的表面肌电信号的MPF显著性下降;峰值压强与身高、体质量均呈弱相关.结论 正常人自然行走中,足底压力和下肢表面肌电均具有左右侧的差异;30 min自然行走尚未导致足底压力出现明显疲劳状态的相应结果,因此自然行走30 min可维持步态的稳定性;30 min行走将导致左侧股直肌出现疲劳.     

基于F-Scan三维动态足底压力分析系统的动静态足底压力分析

背景：有研究表明足的部分解剖区域支撑着人体大部分质量,并调节着人体的平衡,测量这些区域的压强峰值及分布即可获取足、下肢乃至全身的生理、结构及功能等方面的大量信息。 目的：观察健康青少年足球运动员自然行走时左右足峰力值、负荷冲量等的动态足底压力分布。 方法：采用三维动态足底压力步态分析系统对16~19岁适龄青少年足球运动员进行动态足底压力测试。 结果与结论：受试者足底应力-时间曲线呈明显的双峰型,足底10个分析区域峰力均值在足跟外侧最大(P < 0.01),右足习惯者第1 趾、第1,2 跖骨、足跟内外侧区域平均峰力值右足大于左足(P < 0.05),而第5跖骨、足弓2个区域平均峰力值左足大于右足(P < 0.05)。受试者行走时整足接触阶段、离地阶段负荷中心在第1、2跖骨、足跟内外侧区域,足部最大负荷部位在第1、2跖骨、足跟内外侧区域,男女左右足分布规律基本一致。结果证实,健康青少年足球运动员左右足动态与静态足底压力分布规律存在一致性特征。     

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。     

中央型腰椎管狭窄症患者间歇性跛行症状出现前后的足底压力分析

目的研究中央型腰椎管狭窄症(lumbar spinal stenosis,LSS)患者出现间歇性跛行(neurogenic intermittent claudication,NIC)症状前后的足底压力变化情况及跌倒风险,为足底压力分析应用于LSS患者行走功能判定提供理论与数据参考。方法选取12名患有腰L4～5节段中央型LSS患者作为实验组,同时以12名同年龄健康成人作为对照组,采用Footscan足底压力测试系统进行动态足底压力测试,通过比较实验组运动前后与对照组运动前后站立相时间(contact time,CT)及各分期时间百分比(CT%)、步向角(foot progression angle,FPA)、足底各分区接触面积百分比(CA%)和压强时间积分(pressure-time integral,PTI),评估行走状态下患者足底压力的变化情况。结果实验组症状出现前与对照组相比,足跟触地期(initial contact phase,ICP) CT%减小,前足离地期(forefoot push-off phase,FFPOP) CT%增高,总接触时间、FPA、第1～3跖骨头区PTI以及第2、第3跖骨头区CA%增加;实验组运动至NIC症状出现后,其全足触地期(foot flat phase,FFP)与前足离地期CT%、总接触时间、FPA、第1～4跖骨头区PTI和CA%、足趾区CA%增加,足跟触地期与前足触地期(forefoot contact phase,FFCP) CT%、足跟区PTI和CA%均减小。结论中央型LSS患者在行走时足底压力分布向前足转移,站立相时间周期出现异常。这些异常可因NIC症状出现而进一步加重,患者具有更高的跌倒风险。     

背包类型对大学生楼梯行走运动学和足底压力的影响

目的 分析不同背包类型和载荷对大学生上楼梯行走时运动学和足底压力的影响,为大学生选择合适的背包及携带方式提供参考。方法 采用Nokov红外光点运动捕捉系统和Podomed足底压力测试系统分析15名男大学生上楼梯支撑期内躯干和下肢关节活动范围、峰值时刻下肢运动学参数、足底各分区压力峰值、接触时间、全足最大压强、平均压强等参数的差异。结果 5%BW和10%BW背包载荷会减小躯干旋转活动范围(range of motion, ROM),增加踝关节屈伸和内外翻ROM,10%BW背包载荷下足底第1、3跖骨压力峰值和全足最大压强提升(P<0.05)。单肩包和手提包减小躯干侧倾和旋转ROM,增大了踝关节屈伸ROM、髋关节屈曲角、足弓和足跟内侧压力峰值(P<0.05)。双肩包负重增加足趾区的压力峰值(P<0.05)。结论 楼梯行走时,5%BW和10%BW背包载荷均会限制躯干旋转,增加踝关节ROM,10%BW载荷还会增加足跖区的负荷。单侧负重模式会使躯干向未负重侧倾斜以及向负重侧旋转。携带双肩包时足趾处的压力较高,而单肩包和手提包主要集中增加足弓和足跟内侧压力。建议大学生群体选择对称性...     

日常运动时足底压力实时检测方法研究

目的 基于进行足底压力日常运动负荷监测的需求,研究一种通过少量传感器对日常运动时总足底压力进行实时检测的有效方法。方法 通过Pedar-X足底压力测试系统采集10名受试者完成5种典型日常运动（原地跳跃、行走、慢跑、上楼和下楼）时的足底压力数据。随后,使用逐步线性回归对PedarX 的99个传感器的压强数据进行分析,根据偏F检验的显著性,由高到低逐个引入关键位置的压强值,直到再引入1个后,各位置的压强值间出现严重多重共线性,以此分别得到5个在5种运动中基于少量测试点数据实时计算总足底压力的模型。然后,以Pedar-X系统测量得到的另外4名受试者完成5种单项运动和由5种运动组合的连续运动时的足底压力数据为实测值,对5个回归模型进行验证和比较。结果 无论是单项还是连续日常运动,采用5种运动回归模型估测的自身运动时的总足底压力均与Pedar-X系统的实测值相近,采用行走运动回归模型估测的各种运动时的总足底压力也均与PedarX系统的实测值相近,而且两种估测方法的结果之间也无显著差异。结论 利用5个分别置于拇趾、第2跖骨、第3跖骨、足跟内侧、足跟外侧的压力传感器和行走运动的足底压力回归模型就可对日常运动下的总足底压力进行有效检测。     

三踝骨折术后患者不同步行状态时的足底压力特征

目的 比较三踝骨折术后患者不同步行状态下患侧和健侧足底压力特征,并与健康受试者进行对比.方法 对12例三踝骨折术后恢复期患者和23例健康受试者不同步行状态的足底压力特征进行测试,包括足底10个区域峰值压强、接触面积、接触时间百分比.结果 患侧与健侧对比:平地步行时患侧第3～5趾骨区域峰值压强小于健侧,患侧中足区域接触面...     

单侧发育性髋关节脱位患儿早期进行Pemberton截骨术后的足底压力分析

目的研究单侧发育性髋关节脱位(developmental dysplasia of the hip,DDH)患儿早期进行Pemberton截骨术(Pemberton’s pericapsular osteotomy,PPO)后的足底压力变化情况,为患者的手术治疗和康复提供有参考价值的生物力学结果。方法选取18名4岁前已行PPO的单侧DDH患儿作为实验组,同时以18名同年龄健康儿童作为对照组,采用Footscan足底压力测试系统进行动态足底压力测试。通过比较实验组与对照组足底各分区接触面积百分比(CA%)、压强时间积分(PTI)和站立相各分期时间百分比(CT%),评估行走状态下患者足底压力的变化。结果与对照组和患者健肢相比,患肢在第2~5趾区PTI较高,在足跟内侧区PTI较低。与健肢和对照组相比,患肢第4、5跖骨区CA%较大,而第1、2跖骨区CA%较健肢小。与健肢和对照组相比,患肢前足离地期CT%增大,足跟着地期CT%减少,且总的触地时间更短。结论 DDH患者在早期进行PPO后足底压力存在残余异常,临床中还需要长时间的强化康复治疗来矫正患者异常的足底压力分布。     

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。     

老年男性和年轻男性行走时足底动力学特征差异

目的 比较老年男性和年轻男性在行走时足底动力学特征的差异,探讨增龄对足底动力学的影响.方法 应用鞋垫式压力测试系统比较13名老年男性和14名年轻男性在串联行走时左脚的受压时长、受压支撑百分比、开始受压支撑百分比、结束受压支撑百分比、最大压强、最大压强支撑百分比、平均最大压强、时间压强积分、最大压力、最大压力支撑百分比、...     

基于足底压力分布的足部运动特征提取

目的 分析足底压力分布的统计学行为,提取足部运动的特征,为步态识别研究用于医疗临床诊断、康复训练和大众健康等提供参考.方法 通过对采集到的足部压力数据进行预处理,并对数据进行统计分析,实现足迹重构,并对足迹、分割区域以及各区域压力分布率进行比较分析,实现对足部运动特征的分解.结果 分区域对足底压力峰值进行分析比较,以不...     

A Simulation of the Viscoelastic Behaviour of Heel Pad During Weight-Bearing Activities of Daily Living

Internal strain is known to be one of the contributors to plantar soft tissue damage. However, due to challenges related to measurement techniques, there is a paucity of research investigating the strain within the plantar soft tissue during daily weight-bearing activities. Therefore, the main aim of this study was to develop a non-invasive method for predicting heel pad strain during loading. An ultrasound indentation technique along with a mathematical model was employed to calculate visco-hyperelastic structural coefficients from the results of cyclic-dynamic indentation and stress-relaxation tests. Subject-specific structural coefficients of heel pads were calculated from twenty participants along with the assessment of plantar pressure. The average difference between the predicted and the measured force during the cyclic-dynamic indentation test was only 5.8%. Moreover, the average difference between the predicted and the in vivo strain during walking was 14%. No statistically significant correlation was observed between maximum strain and peak plantar pressure during walking; indicating that the measurement of strain along with plantar pressure can improve our understanding of the mechanical behaviour of the plantar soft tissue.     

不同运动鞋舒适性差异及对篮球典型动作足部受力特征影响

目的探讨穿着不同篮球专项鞋在不同篮球典型步法中足部受力特征和专项鞋舒适性之间的关系。方法利用Kistler三维测力台和Medilogic鞋垫式足底压力测试系统采集并比较12名篮球专项运动员分别穿着两款篮球鞋(L、N鞋)在完成3种篮球典型步法(侧滑步、90°变向跑、3步上篮)的受力特征,包括冲击力峰值、最大负载率、足底压力峰值等;并采用主观舒适度量表对完成3种步法时两款鞋舒适性进行评分。结果 3种典型步法中两款鞋在冲击力方面无显著性差异,L鞋足部压力在侧滑步和3步上篮中比N鞋更小;在舒适性方面,N鞋显著优于L鞋,主要表现在鞋舒适性喜好程度(后跟稳定性、后跟响应、前掌缓冲、后跟缓冲和总体印象)和强度(前掌缓冲和后跟缓冲)方面存在显著性差异。结论两款篮球鞋仅在足底压力和舒适性评价上存在较大差异,但并没有一款鞋在两种评价中都表现更优异,提示在全面设计和评价专项鞋时应兼顾鞋本身的生物力学特性和运动员的主观评价。     

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。     

背向行走足底压力分布特征对平衡能力的影响

目的研究背向行走过程中足底压力的变化,从而探究其对人体步态平衡能力的影响。方法使用足底压力测量系统(Pedar-X压力鞋垫)采集10名受试者在正向和背向两种行走模式下的足底压力数据。试验在跑步机上进行,以正向行走作为对照试验组。依据试验条件及预试验时受试者的直观感受,选取4个速度(2.0、2.5、3.0、3.5 km/h)分别进行两种行走模式下的试验,分析不同速度下足底压力中心轨迹、足底压力、足-地接触时间等参数的变化情况。结果不同速度的两种行走模式下,人在行走过程中的足底压力有所不同。背向行走过程中,足底压力中心从足前部向足跟过渡,从内侧向外侧过渡。相比正向行走,背向行走时的足底压力显著减小,行走过程中的足-地接触时间有所增加。结论研究背向行走的压力分布有助于更全面地理解人的动态平衡机制,并为行走稳定性的相关研究提供新视角。     

基于最优拉丁超立方设计的糖尿病足鞋垫优化设计

目的 提出一种鞋材弹性模量与厚度联合优化设计糖尿病足鞋垫的方法,以降低足底压力和软组织内部应力。方法 通过逆向工程方法建立足部有限元模型,基于足底压力分布特征划分鞋垫压力区域,采用有限元法对接触力学进行研究,为优化过程中调整不同区域内材料的弹性模量和鞋垫前后足厚度奠定基础,使用最优拉丁超立方设计得到最优参数组合。结果 设计的鞋垫增加约37.55%的足底接触面积,跖骨区和足跟区的压力峰值分别降低15.07%、36.96%,足跟处软组织内部应力降低20.83%,足底筋膜张力降低约60%。结论 所提出的方法可用于设计定制鞋垫,设计的个性化鞋垫具有更大的接触面积和降低糖尿病足底溃疡的良好潜力。