（运动人体科学专业论文）有跌倒史老年人群足底压力分布特征分析.pdf

独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究 工作所取得的成果。据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。对本人的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本声明的法律结果由本人 承担。 学位论文作者签名： 彩锯 日期：丝：! ! ：型 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规 定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的 复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或其它复制手段保存、汇编本学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 日 篮 期：坦 q ：【：立j 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 指导教师签名：- 三乙2 整 日 期：坦盟_ = ：7 电话： 邮编： 摘要 对于跌倒老年人群的研究，现在主要以医学和心理学研究为主，生物力学方 面主要阐述了步态和平衡干扰的因素。本文运用足底压力测试系统( r s s c a n i n t e r n a t i o n a l ) ，以长春市社区退休老年男性为实验对象，获取其萨常行走时左 右脚单步的足底动力学参数。目的一是为了揭示由于有跌倒史老年人群足底压力 参数产生的变化原因；目的二是为有跌倒史老年人损伤的预防和对其鞋类的改进 提供参考。 主要研究结论： 1 实验组有跌倒史老年人足底压力一时间曲线平缓，说明其为了维持身体平衡将 步长缩短，导致其压力峰值减小。 2 在压力峰值数据中，有跌倒史老年人群左右足压力峰值在t 2 - t 5 、m 3 、m 5 、 m f 区域差异明显，右足普遍大于左足。说明实验组老年人群身体机能退化， 不能控制中心连贯移动，产生了左右足着力点受力的非对称性，而右足作为 优势侧承担更多压力 3 有跌倒史老年人群左右足的足底压强峰值差异较大，呈明显不对称性，可以 得出其右足足跟部位的肌肉活动和平衡能力控制都要优于左足。 4 有跌倒史老年人在行走时足底各部位压强在任意时间段内变化率均较大，应 注意足底各区域的力量练习，防止出现损伤。 5 有跌倒史老年人群足跟的p t 值显著性增大，并且自仃脚掌的m 4 、m 5 区域p t 值也显著性增加，这对老年人足底健康极为不利。 6 压力中心轨迹数据表明，实验组有跌倒史老年人相比正常老年人压力中心在 x 轴方向移动范围显著增加而在y 轴方向显著降低。可推测实验组老年人在 行走时足踝膝受损伤的可能性都要增加。 关键词：跌倒史：老年人；压力峰值；峰值压强；压力中心轨迹 a b s t r a c t n o w , w es t u d yo nm e d i c i n ea n dp s y c h o l o g yf o rt h ee l d e r l yp e o p l ew h oa r e i n c l i n e dt of a l ld o w nw h i l eb i o d y n a m i c sm a i n l ys t a t ea b o u tg a i ta n db a l a n c e i n t e r f e r e n c e t h i se s s a ya p p l i e st h e n a rp r e s s u r et e s ts y s t e m ( r s s c a ni n t e r n a t i o n a l ) ， t a k et h er e t i r e dm a l ew h o mb e l o n g st oc h a n g c h u nc o m m u n i t ya st h ee x p e r i m e n t a l o b j e c t s ，t oo b t a i nt h e i rt h e n a rd y n a m i cp a r a m e t e ro f e a c hl e f ta n d f i g h tf o o tw h i l et h e y t a k i n gn o r m a lw a l k i n g o n eo ft h ep u r p o s e si s t or e v e a lt h er e a s o nt h a tt h e n a r p r e s s u r ep a r a m e t e r so ft h ee l d e r l yp e o p l ew h oh a v ef e l ld o w nw e r ev a r i e d ；t h eo t h e r p u r p o s ei sp r o v i d i n gs o m ei n f o r m a t i o nt ot h o s ee l d e r l yp e o p l ea b o u tt h e i rd a m a g e p r e v e n t i o na n dt h es u g g e s t i o nw h e nt h e yc h o o s ef o o t w e a r t h em a i nr e s e a r c hc o n c l u s i o n s ： 1 t h et h e n a rp r e s s u r e - - t i m ec u r v eo ft h ee l d e r l yp e o p l eg r o u pw h oh a v ef e l ld o w ni s g e n t l e ，t h i sp r o v e st h a tt h e ys h o r t e n e dt h es t e pl e n g t hi n o r d e rt ok e e pt h eb o d y b a l a n c e ，t h a tc a u s e dt h ep e a kv a l u ed e c r e a s e 2 i nt h eg r o u po ft h ee l d e r l yp e o p l ew h oh a v ef e l ld o w n ，t h e i rp r e s s u r ep e a kv a l u e d a t aa r eq u i t ed i f f e r e n ti nt h ea r e ao ft 2 - t 5 ，m 3 ，m 5a n dm f , a n dt h ed a t ao fr i g h t f o o ta r eg r e a t e rt h a nl e f tf o o tg e n e r a l l y t h i sp r o v e st h a tt h eb o d yf u n c t i o nt h o s e e l d e r l yp e o p l ed e g e n e r a t e d ；t h e yc a n n o tc o n t r o lt h ec e n t e ra n dm o v es m o o t h l y i t c a u s e st h es t r e s sn o n s y m m e t r yo fo r i g i no ff o r c eb e t w e e nt h el e f ta n dt h er i g h tf o o t ， w h e r e a st h er i g h tf o o tb e a r sm o r ep r e s s u r ea sad o m i n a n tp o s i t i o n 3 t h e r ei sab i gd i f f e r e n c eb e t w e e nt h et h e n a rp r e s s u r ep e a ko fl e f ta n dt h er i g h tf o o t o ft h ee l d e r l yp e o p l ew h oh a v ef e l ld o w n i ta p p e a r se v i d e n tn o n s y r n m e t r y w ec a n c o n c l u d et h a tt h e i rm u s c l ea c t i v i t ya n db a l a n c e dc a p a c i t yc o n t r o l l i n gf o r c eo fr i g h t h e e li sm u c hb e t t e rt h el e f to n e 4 t h e r ei sab i gv a r i a t i o no ft h e n a rp r e s s u r ei ne a c hp o s i t i o na n y t i m ew h e nt h e e l d e r l yp e o p l ew h oh a v ef e l l d o w na r ew a l k i n g t h e ys h o u l dp a ya t t e n t i o nt ot h e s t r e n g t hp r a c t i c ei ne a c ht h e n a ra r e at op r e v e n td a m a g e 5 i ta p p e a r st h a tt h eh e l l sp tv a l u eo ft h ee l d e r l yp e o p l ew h oh a v ef e l ld o w n i n c r e a s e se v i d e n t l y , t h es a m ea st h ep tv a l u eo ff r o n t a ls o l e sm 4a n dm 5a r e a t h i si s v e r yh a r m f u lt ot h ee l d e r l yp e o p l e st h e n a rh e a l t h 6 t h ep r e s s u r ec e n t e rt r a c kd a t ai n d i c a t e su st h a t ，c o m p a r i n gt ot h ee l d e r l yp e o p l e w h oh a v ef e l ld o w na n dt h en o r m a le l d e r l yp e o p l e ，t h ep r e s s u r ec e n t e rm o v i n gr a n g e o nxa x i sd i r e c t i o no ft h ef o r m e re x p e r i m e n t a lg r o u pi n c r e a s ee v i d e n t l y , t h er e s u l ta le o p p o s i t eo ny a x i sd i r e c t i o n f r o mt h i s ，w ec a np r e s u m et h a tt h ee l d e r l yp e o p l ew i l l h a v ea l a r g e rd a m a g ep o s s i b i l i t yo nt h e i ra n k l e sa n dk n e e sw h i l et h e ya r ew a l k i n g k e yw o r d s ：h i s t o r yo ff a l ld o w n ，t h ee l d e r l yp e o p l e ，p r e s s u r ep e a kv a l u e ，p e a k i n t e n s i t yo fp r e s s u r e ，p r e s s u r ec e n t e rt r a c k 目录 中文摘要i 英文摘要“i i 目录i v 1 前言l l 刖看l 1 1 选题意义1 1 2 文献综述1 1 2 1 国内外关于老年人跌倒方面研究的主要内容2 1 2 2 国内外关于人体足底压力研究的主要内容3 1 2 3 国内外研究方法4 2 研究方法6 2 1 研究对象6 2 2 研究方法6 2 2 1 文献资料研究法6 2 2 2 问卷调查法6 2 2 3 实验法6 2 3 实验设计7 2 3 1 实验准备7 2 3 2 实验过程8 2 4 统计处理方法8 2 5 主要指标定义及说明8 3 结果与分析1 0 3 1 足底压力曲线特征分析1 0 3 2 足底各区域压力峰力值对比分析1 1 3 3 最大足底压强的比较分析1 2 3 4 足底压强变化率曲线分析1 4 3 5 足底区域压强一时间积分值1 5 3 6 足底压力中心变化轨迹1 6 4 结论。18 参考文献1 9 东北师范大学硕士学位论文 1 前言 1 1 选题意义 就目前的世界人口问题中，最为重要的就是老龄化速度的加快，老年人的身 体健康和生活质量已经逐渐成为全世界日益关注的焦点话题。而作为我国这样的 一个人口大国，也同样面临着人口急剧老龄化的发展趋势，人口老龄化将给中国 的经济，社会，政治，文化等方面带来深刻的影响。目前关注老年人健康已经不 仅仅局限于医学方面的研究，很多的运动生物力学研究人员通过生物力学的研究 方法，j 下试图从另外一个方面研究老年人的身体健康。 关于跌倒的成因与预防干预对于老年人来说是一个至关重要的问题，随着年 龄的增加，身体各个技能不断的下降，近年来，老年人因为行走时的平衡不稳定 性而造成的跌倒损伤的发生率呈明显的上升趋势，调查表明，约有1 3 年龄大于 6 5 岁以上的老年人，每年至少跌倒一次。，其中约有5 3 是由于行走或站立不稳 定造成的比j ，这对老年人产生了严重的身体损伤，有的甚至是死亡，还有一些跌 倒对老年人产生了相应的心理障碍，如丧失信心，犹豫不决等。所以关于老年人 跌倒的研究已经得到了国际医学界和生物力学界热切的关注，并取得了一定的研 究成果。已有研究表明，造成老年人跌倒的主要因素包括肌肉无力，步态的平衡 问题，视觉及认知功能障碍与功能衰退等。因此，运用生物力学的研究方法对行 走时易跌倒老年人群的足底压力数据做定量的研究，为预防老年人跌倒，制定有 效可行的干预措施，以及医疗诊断有着重要的意义。 1 2 文献综述 跌倒是指人身体的任何部位( 不包括双脚) 意外接触地面。老年人跌倒的相 关因素有很多，综合国内外的研究结果主要集中在以下几个方面。 1 生理学因素。：随着年龄的增加，机体的生理功能将发生明显变化，主要变 现为器官的老化和功能的衰退，其中本体感觉、前庭、视觉的老化与老年人 跌倒有很大的关系。生理因素主要包括了中枢和周围神经系统的控n i l 力下 降、感觉信息的传入不正常、肌肉力量下降和骨质疏松。 2 生物力学因素。：从生物力学角度分析步态不稳，将导致跌倒。步态和平衡 的干扰被认为是老年人跌倒的危险因素。 3 医药方面的因素? “：药理因素，如服用镇静剂、精神类药品、降血压的药都 会影响平衡能力，导致跌倒。病理因素，如心血管类疾病、神经系统疾病、 东北师范大学硕士学位论文 功能上的损害等等。 4 环境因素。“：如社区的危险环境，室内的不良环境也是导致老年人跌倒的危 险因素。 5 心里因素o 。：包括对于平衡的信心和跌倒当时的情绪等。 人体正常运动时，脚是唯一与外界直接接触的人体部位h 。，脚部受力的大小 和方向、脚底皮肤触觉信息的反馈，对人体运动及平衡控制产生巨大的影响b 。 所以对足底压力极其分布的测量及评估一直被人们所关注，足底压力即为足底和 支撑面之间的一对作用力和反作用力。对人类足底压力的测量和分析，可以获得 人体在各种姿位和运动状态下的力学参数和机能参数m 。以此来反映人体足的结 构、功能以及整个身体姿势的控制情况。足底压力的测量数据，还可以对医学上 的临床诊断和康复做出有效的评价。国外研究人员对于人体的足底压力研究较 早，取得了很多有效实用的数据。近些年来，由于我国实验设备的更新与改进， 以及生物力学工作者的各方努力，足底压力的测量与分析在国内已经成为了生物 力学研究领域的热点与焦点。 1 2 1 国内外关于老年人跌倒方面研究的主要内容 根据国外针对社区人群的研究，老年人多次跌倒的发生率大多在1 0 以上。“ 舢，医学研究定义一年内发生多次跌倒( 定义为每年艺次跌倒) 的老年人为有跌 倒史的老年人姻。 如何预防和控制社区老年人发生跌倒已成为社区卫生服务一项重要内容。李 薇，路孝秦n 们等人通过研究发现，对于预防和控制老年人跌倒的发生最有效的干 预措施是多元化干预和个体化方案指导相结合1 | 。在实施干预过程中发现，两个 结合( 增强老年人跌倒预防意识与改善社区家庭环境相结合、群体健康教育与个 体化指导相结合n ) 的综合管理模式，能有效提高社区老年人防跌意识，预防老 年人跌倒的发生n 3 1 。全面而多方位采取具体措施，才能产生良好的协同效果，能 更有效地降低老年人跌倒的发生率，这些措施主要包括老年人急慢性疾病的预防 治疗以及合理用药，生活环境改善，加强体育锻炼，健康教育，社区支持，家庭 服务，合理运用辅助器械等卜懈j 。 常冬梅，林建华| 1 刚通过研究老年人的运动认知能力与跌倒的关系发现，跌倒 组对运动时间的认知差明显大于无跌倒组，且受视觉影响；老年人对外界环境和 自己身体能力认识的欠缺可以导致老年人跌倒，认知差越大跌倒的可能性也就越 大。在今后的老年人康复中，除了需要提高老年人的肢体运动功能之外，还应提 高他们的认知能力，以减少跌倒的可能性。 关于老年人跌倒病因学的分析。齐云萍，王南，吴绪伟陋町对其医院收治的老 年跌倒患者研究发现，老年人由于各种生理机能衰退及储备力下降，在内外因素 东北师范大学硕士学位论文 的影响下容易发生跌倒，不同年龄组的跌倒率不一样，随着年龄的增加而增加， 女性高于男性。在治疗和预防方面，应进行步态、平衡肌紧张度锻炼，对有慢性 疾病的老年患者加以治疗，改善护理和物理治疗，综合使用药物，加强对减少服 用镇静剂的教育，补充钙及加强营养，改正环境中易使老年人跌倒的危险因素。 林茵拦通过对3 0 0 名社区老年人进行调查研究发现，通过几个方面可以有效 的减少老年人跌倒的危险因素。首先加强体育锻炼是增强平衡功能、提高体能， 减少老年人跌倒的重要措施之一。研究表明池，增加体力活动，对预防老年人跌 倒有重要作用。活动多的老年人因跌倒引起的麻烦明显低于不活动者。本调查中 不参加体育锻炼者，占5 5 8 1 。因此，有必要指导老年人坚持体育锻炼，特别 是增加髋部活动和平衡体操有助于防止跌倒心引。治疗相关疾病，是减少老年人跌 倒的又一重要措施。加强社区健康教育，是预防老年人跌倒的重要手段，调查显 示，老年人跌倒知识来源主要是通过广播电视，占9 2 9 1 ，而通过社区医生及 社区卫生宣教，分别只占3 7 0 1 和2 3 6 2 。须在充分发挥社区内全科医师的优 势，加强社区健康教育，讲授跌倒的危害性、危险因素和预防措施。 1 2 2 国内外关于人体足底压力研究的主要内容 王永慧，严励，杨川心等人对不同年龄健康人群进行了足底压力参数的比较， 他们将1 3 8 例健康人群按照1 0 岁为一个年龄段划分开。外国研究显示4 岁时， 足底压力的大小和分布特征已接近成年人心朝。他们的研究结果显示，随着年龄的 增加，足底m p p 、足跟和前足承受的压力逐渐降低，而足弓承受的压力增加。 还发现无论总的、各部位的接触时间均随着年龄的增加而延长，这是由于老年人 的步速减慢，足与地面接触时间延长。研究结论中m p p 、足跟、前足和第1 3 趾骨部位的压力与足与地面的接触时间呈正相关。这可能就是导致老年人m p p 、 足跟、前足和第1 3 趾骨头部位的压力较年轻者低，而足弓压力较高的原因。 足底压力的技术手段也应用于对于残疾人的步态分析。李海，周安艳，黄东 等人憎刮测试了2 0 例痉挛型脑瘫儿章，对照组为5 2 例具有正常步行能力的健康儿 童。运用u l t r a f l e x 连续性足底压力步态分析系统，对两组儿童进行了步行时动 态足底压力运动力学数据采样，然后对实验组和对照组的参数进行分析和统计分 析，得到脑瘫儿童双侧的单足支撑时间均较正常儿童短，这和脑瘫儿童的两个方 面有关，一是脑瘫患儿中枢神经系统对下肢运动功能的控制受损，不能很好的控 制摆动期足在空中的位置，导致患儿足着地支撑时也不能出现足跟着地重心前 移足尖离地的正常步态；而是患儿足下垂，步行时支撑面减少，足跟不能着地， 故不能表现出身体重心由足跟向前转移的正常峰谷曲线，这种情况也可见于偏瘫 患者步行的运动力学分析乜”。部分实验组儿童不太的足底压力曲线双侧足底压力 曲线不对称，同侧不同的不太周期足底压力曲线也形态各异，反映了脑瘫儿章的 东北9 币范大学硕士学位论文 姿势控制、平衡协调能力差，从而影响了不太的稳定性和可重复性。运用足底压 力步态分析方法，可以从足底压力曲线图中直观地看到患儿步行时是否存在正常 的足跟着地、重心前移、组建蹬地的过程；由足底压力曲线图提取的步态周期压 力参数数据，则体现了痉挛型脑瘫患儿步行时步态周期各时期的足底压力特征。 该分析方法可以方便有效地评估脑瘫儿童的步态特征，进行治疗前后的步态对比 以评估疗效。 足底压力的技术，还被应用于影响现在人健康的肥胖问题。2 0 0 7 年李艳霞， 刘颖心m 等人抽取河北师范大学2 0 2 2 岁、体脂量指数 2 8 k g m 2 的肥胖学生9 4 名， 用f o o t s c a n u s b 2 平板式足底压力测量系统对其进行动态足底压力测试，所有受 试者测试期间足踝关节活动f 常。经过对数据的分析，他们得出结论： 1 肥胖青年平地自然行走时的足底应力时间曲线呈明显的双峰型。 2 肥胖人群足底各区域所受地面反作用力的冲量大，所以其鞋的设计应尽 可能增大与脚的接触面积，进而增加足与地面的接触时间，打到减小冲 击力值的目的。 3 肥胖青年行走时重心运动轴线符合正常人体生理规律，前脚掌处压力中 心过于密集，若长期大负荷刺激第2 ，3 跖骨头处易形成胼胝体。 o f l a t 等晗虬采用影像解析的方法研究人体坡面运动时足底压力及其分布特征 的变化，研究发现，斜面的坡度变化导致足底压力极其分布特征随之变化。 陆毅琛等人m o 。测量分析了人体裸足与着气挚运动鞋两种条件下，原地纵跳时 的足底压力及其分布特征的变化规律。 w i t 等。”1 的研究发现，9 名测试者在着鞋和裸足两种条件下跑步时，裸足的 足底压强和足底受力面积较大，并认为足底受力面积增大可以减小裸足时足跟处 的局部压力。 1 2 3 有关足底压力研究方法的进展 足底压力分布测量主要是获取人体站立或步行时足底与支撑面之间的压力 分布状态，是步态分析的重要组成部分。地3 。其发展经历了足印技术( p e d o g r a p h y ) 、 足底压力扫描技术( s o l eb a r o g r a p h ) 、力板( f o r c ep l a t e ) 与测力台技术( f o r c e p l a t f o r m ) 、压力鞋与鞋垫技术( i n s h o ep l a n t a r ) 口3 1 。 1 2 3 2 1 足印技术 足印技术是依据人足在石膏、橡胶等易变形物质上留下的足印或痕迹，对足 底压力及分布做出定性判断。 1 2 3 2 2 足底压力扫描技术 足底压力扫描技术是在一块玻璃的两端安置光源，玻璃上放置橡胶弹性垫， 当足踩到弹性挚后，由于光在玻璃内全反射，受压的弹性挚即可在玻璃下产生一 4 东北师范大学硕士学位论文 清晰的足印像，由于影像的光强度与压力成正比，据此定性分析足底压力及分布。 1 2 3 2 3 力板与测力台技术、压力鞋与鞋垫技术 测力台无法评定行走时足底不同区域的力及压强的变化情况，因此足底压力 测力板与压力鞋垫应运而生。力板与测力台技术、压力鞋与鞋垫是在换能器、传 感器基础上发展起来的足底压力测量系统。力板与测力台可以准确测量足或鞋底 压力及其分布，但无法评定“足鞋界面”的受力情况口引。由于力板与测力台的 面积较小，通常只能测量人体站立或一个单步的压力参数。压力鞋与鞋挚则是将 传感器安装在鞋或鞋挚内，由于鞋或鞋垫与足底贴服，可以测量“足鞋界面” 压力的连续参数，并进行实时的监测和反馈。 足底压力分布测量主要是获取人体站立或步行时足底与支撑面之间的压力 分布状态，是步态分析的重要组成部分，据文献的记载最早的足底压力分布测量 由b e e l y 等率先完成口引。但其实验所得到的仅是足部外形轮廓而非足底压力分布 模式。近2 0 年来，随着科学技术的发展，人们运用物理原理实现了从力学信号 到其他物理信号的可视转换，促进了足底压力测量技术由静态转换为动静结合。 1 9 8 2 年，d u c kw o r t h | ：则将直接形象化技术发展成为了一套可定量分析的足底压力 计算机系统。1 9 9 4 年，王军等自行研制的足底压力分布视频图象测试系统利用 直接形象化技术与计算机相结合测试了动静态足底压力的分布7 。而近年来使用 的较多的是f o o t s c a n 足底压力测试系统。 1 2 4 小结 目前，学者针对老年人群的步态研究比较多，但多数都集中在步态的运动学 研究上。到目前为止，对有跌倒史的老年人群研究仅局限于单纯利用量表或平衡 测试设备进行初步的定性研究，而且在测试方法的选择上尚未形成一定的规范， 缺少系统的、多学科的横向比较研究。另外，目前对于有跌倒史的老年人群的跌 倒因素，定量研究的比较多，定性研究较少，而采用对其行走时足底压力的动态 变化监测还是空白，这样，很难明确易跌倒老年人群步态变化，以及跌倒产生具 体的原因并给出合理的干预或治疗方案。因此，通过对有易跌倒老年人群的足底 压力变化分析，有利于分析其足底受力分布，在全面、准确评估跌倒风险的基础 上，有助于制定个性化的干预或康复方案，发现和认识跌倒发生的系统行为规律， 这也利于跌倒的评估和干预体系更加科学化、理论化、标准化。而该领域尚需在 今后的临床实践中摸索建立。 东北师范大学硕士学位论文 2 研究对象与方法 2 1 研究对象 本研究选取长春市社区退休老年男性作为本次研究对象，要求年龄全部在6 0 岁以上，视力正常，排除患有影响活动、行走的骨和关节疾病；有严重躯体性疾 病：有精神疾病或精神疾病家族史；有痴呆和认知功能障碍者。通过问卷调查， 选择1 2 名近近1 年经历过2 次以上跌倒的老年人作为实验组，为了比较，另选 择1 2 名经常参与锻炼，可独立出门散步的老年人作为对照组。被试者对测试者 知情同意，自愿参加本实验。 本研究将跌倒定义规定为8 。：日常生活中出现突发的、不自主、非故意的体 位改变而倒在地上或更低的平面上。按照国际疾病分类( i c d 1 0 ，第1 版) 对跌 倒分类跌倒包括以下两类：( 1 ) 从一个平面至另一个平面的跌落；( 2 ) 同一平面 的跌倒。 表l受试者基本情况登记表 2 2 研究方法 2 2 1 文献资料研究法 本文在研究过程中，根据论文研究内容、目的要求，查阅了国内外有老年人 步态、老年人群跌倒、足底压力测量技术的应用等涉及运动医学，运动生理学、 运动解剖学及运动生物力学学科的研究资料及文献资料百余篇，并加以详细的分 类和研究。 2 2 2 问卷调查法 在进行本研究中，首先要对研究对象尽心筛选，这就需要发放一定数量的调 查问卷，以了解被测试老年人的健康情况、生理机能、既往跌倒史、参加体育锻 炼等情况( 问卷见附表1 ) 。 6 东北师范大学硕士学位论文 2 2 3 实验法 采用比利时r s s c a ni n t e r n a t i o n a l 公司的l mf o o t s c a n u s b 平板测试系统对 所有受试者进行测试，该测试系统包括一个测力平板和相应的配套软件，测试频 率为3 0 0 h z ，测力平板由u s b 数据线与计算机的u s b 口相连，面积为4 0 c m x 5 0 c m ( 每平方厘米有4 个传感器，共有4 0 9 6 个传感器) 。使用一台笔记本电脑作为平 板测试系统的操作平台，实验采集的原始数据，通过系统自带的f o o t s c a n 7 数据 分析软件进行分析和处理。 图1r s s c a n 平板系统 剖型二 鼋晓画7 一 h h m ”n 。 p “，t me 咖。 ；，4 f “轴一 “” 。 l 麟t 冀_ ”。 t 毒- 群 ” c m 一一 p e t 3 码恤 ? j 1 一脚“ 勘嗡4 k “ i - i l 。， “搬o ：h ”s “垤f 旺l 图2f o o t s c a n 7 系统软件主界面 “s 强口l ， 东北师范大学硕士学位论文 磐， ? 2 3 实验设计 2 3 1 实验准备 实验均在实验室内进行，让所有参加测试的老年人尽量穿着轻便的服装。实 验前，有关工作人员讲述实验的目的、意义、步骤、内容、方法、注意事项等， 由于行走姿势对足底压力分布的影响很大，因此需要受试者在测试过程中保持良 好的步态。因此，我们在测试前向受试者详细介绍测试的目的，仪器的性能，受 试者需要注意的问题。并对受试者进行步态训练，使其短期内达到实验要求。 2 3 2 实验过程 测试并记录受试者的年龄、身高、体重，然后要求受试着作5 1 0 分钟的热 身练习；受试者在铺设好的测试通道上作3 5 次适应性练习为标准；同时对f s c a n 平板系统进行连接和调试，采样频率为自动。正式实验时，要求所有受试者均脱 鞋袜，按照日常习惯速度前行，保证左右足着板，获得完整步态周期的足底压力 分布图，每位受试者采集左右足数据3 次。 2 4 统计处理方法 本研究对实验数据的处理方法使用s p s s l 2 0 按常规方法计算各指标的平均 数、标准差，结果均以x ：t ：s 表示。显著性检验为t 检验，p 0 0 5 为差异有显著性 意义。图形图表的制作选用e x c e l 软件进行处理制作。 2 5 主要测试指标定义及说明 依据足底的解剖学和在测力平板上的位置，分析过程将足底分为图l 所示的 1 0 个区域，即第1 趾骨( t o e l ) 、第2 5 趾骨( t o e 2 5 ) 、第l 跖骨( m e t a l ) 、第2 跖 骨( m e t a 2 ) 、第3 跖骨( m e t a 3 ) 、第4 跖骨( m e t a 4 ) 、第5 跖骨( m e t a 5 ) 、足中部或足 弓f m i df o o t ) 、足跟内侧( h e e lm e d i a l ) 、足跟夕l - g n j ( h e e ll a t e r a l ) 。计算每个区域平 均峰力值( m a xf o r c em f ) 、最大压强值( m a xp r e s s u r em p ) 、负荷率( l o a dr a t el r ) 、 冲量( i m p u l s ei p ) 。 东北师范大学硕士学位论文 h i 一 “m 3 硼 2 ”m f “鬟l “m 5 豢t 2 5 m d 夔t 1 一 图3 足底压力的十个分区 为了进一步对受试者行走足部压力特征分布进行了解，我们选取了以下指 标，各指标的含义如下： ( 1 ) f m 。：测定区域峰值压力值，单位：( n ) ( 2 ) p m 积：测定区域峰值压强值，单位：( k p b ) ( 3 ) p t ：足底测定区域压强一时间积分值，单位：( n s l c m 2 ) ( 4 ) c o p 轨迹：人体向地面施加压力的作用点轨迹。 东d cm n 范大学硕士学位论文 3 结论与分析 3 1 足底压力曲线特征分析 足底压力曲线反映了足在垂直方向上的受力情况，图4 所示的是实验组老年 人和对照组老年人左脚单步的时间压力曲线。从图中可见，正常老年人群( 对 照组) 在行走过程中，从足跟接触地面的一瞬间，压力迅速上升，首先达到了第 一个波峰，然后压力开始下降，形成了一个波谷，接着压力再度上升，呈现第二 个更大的波峰后转入下降，整个过程大体形成一个双峰曲线。而有跌倒史的老年 人群( 实验组) 其足底压力曲线也是由第一波峰、波谷、第二波峰组成的双峰曲 线，但其峰谷值相差较小，曲线更加平缓，并且两个峰值均显著小于对照组人群 足底压力曲线峰值。 1 4 l ，2 1 琴0 8 ；蚓 ；肇0 6 l 0 4 ；0 ，2 一对照组 一一实验组 以往的研究发现，造成老年人跌倒的是多种因素作用的结果。其危险因素主 要的有平衡能力下降、瘦体重降低、反应时变慢、下肢肌力减退、认知能力和视 力减弱、昏厥和整体活动能力降低等m 2 。因此，有跌倒史的老年人群其在行走过 程中，相应地表现出步态上的一些变化。主要为步行时脚跟着地、屈膝和踝跖屈 等动作缓慢，伸髋不充分，外观表现为行走时拖拉，故容易发生磕绊而致跌倒。 在本研究中，通过实验组足底压力曲线变化我们可以看出，对于有跌倒史的老年 人群，其着地时刻与蹬地时刻的压力峰值均小于j 下常老年人群，说明有跌倒史老 东北师范大学硕士学位论文 年人群在行走时无论是在脚刚接触地面还是在离地时所用的力均小于正常老年 组，造成这种现象的主要原因是，有跌倒史的老年人群在行走过程中，为了维持 平衡，步长有所缩短，导致其峰值减小。因此有跌倒史老年人群正常行走时采取 了一种更加稳定小心的策略。 3 2 足底各区域压力峰力值对比分析 每一个步态周期分为两个阶段：站立时相和摆动时相。其中站立时相又包括 3 个阶段，即后跟着地期、中间稳定期、推进期。站立时相是足与地面互相接触 的阶段，也是足底受到地面反作用力的阶段，最能体现足一地二者的关系，因此， 这一节仅描述站立时相。在整个站立阶段，足会尽可能地应对一定的足底压力( 即 足与支撑地面之间总体相互垂直的作用力) 而增大接触部位受力面积，以保证相 对较低的足底压强( 即单位面积的足底应力) ，从而防止足底组织遭受过高足底压 力的损伤。通常足底分区的压力峰值( f m 。) 的大小，作为评判足底不同区域受 力情况，是反映足底压力分布的重要指标。 表2 实验组与对照组足底各区域压力峰值比较 ( n ) 同组间左右足比较p o 0 5 ；“不同组问比较p o 0 5 。 表2 为实验组和对照组足底各区域压力峰值比较，从表中可以看出，对于正 常老年人群来说，其在行走过程中，左右足的的压力分布基本呈一致性，只是在 m 4 ( 第4 跖骨) 和m f ( 足弓部) 区域，左右足压力峰值表现出较大的差异性 ( p o 0 5 ) ，对于足底最大受力部位集中在足跟、足弓和前掌第2 、3 跖骨头区域。 而有跌倒史的老年人群，其足底压力峰值与工f 常老年人群相比变化比较明显。有 东北师范大学硕士学位论文 跌倒史的老年人群，其左右足压力峰值在t 2 t 5 、m 3 、m 5 、m f 区域差异明显， 这些区域的压力峰值右足普遍要大于左足，差异具有显著性意义( p o 0 5 ) 。产 生这种变化的主要原因，可能是由于有跌倒史老年人群走路时候，由于身体某些 机能的退化，维持平衡的能力较正常人弱，因此行走时不能很好控制重心的连贯 移动，这种不连贯使得左右足的受压不均匀，表现为某些着力点受力的非对称性， 而右足通常作为优势侧往往承担了更多的压力变化。 另外，和对照组相比，实验组的老年人群，其左右足的压力峰值普遍要小于 对照组( 图5 ) 。压力峰值普遍较小的原因，和实验组老年人群足着地方式有较 大关系。由于有跌倒史的老年人群，足部控制能力减弱，因此，其着地时可能更 加小心谨慎。这种人体自身的保护机制，导致足着地方式发生了变化，足跟着地 点靠近身体总重心，着地角度更垂直，降低了足部着地时受到的大的冲击。导致 单步步长缩短，和速度下降，这样着地时刻足底压力峰值下降。对于前脚掌压力 峰值的下降，这可能与有跌倒史的老年人群肌肉力量下降有关，肌肉力量下降， 导致足与地面的作用力减小，蹬地力呈下降趋势，从而引起前脚掌各分区的压力 峰值减小。 4 5 0 4 0 0 。 3 5 0 3 0 0 2 5 0 2 0 0 鼋50i 懿蠡敷一醚 t 1 丁2 t 5m 1 m 2m 3 m 4m 5 m fh mh l 图5 实验组与对照组足底各区域压力峰值对照图 曩实验组左足 i i 实验组右足 缀对照组左足 麓对照组右足 3 3 最大足底压强的比较分析 最大足底压强( p m a 】【) 则是特定区域内所受地面反作用力最大的部位内单位 面积的作用力值。在相同的运动速度下，人体足部受到的地面反作用力是相等的， 但由于足底不同部位和地面的接触面积大小差异，因此其各区域压强值也相应地 发生变化。当足底区域与地面的接触面积小时，其压强峰值必然要大，过大的足 底压强极易对足底造成伤害，因而必须防止高压强区的出现。运动医学专家和生 物力学家们对足底压强值对足底疾病和损伤的影响十分关注。以往的研究认为， 东北师范大学硕士学位论文 足底压力测量显示出，若在足底局部某一位置承受过大压强时，会产生过度使用 对足底的伤害h 卜，并且最大足底压强往往和前足病变有极高的相关性h _ 。因此， 压强峰值作为反映足底压力分布的重要指标，其产生的大小和部位对于足部疲劳 的积累和损伤的发生具有重要的影响。这些参数对运动外伤的医学诊断、生物力 学及康复研究与评价、运动技术动作的经济性评定均具有重要的指导意义。 表3实验组与对照组足底各区域压强峰值比较 ( 卸a ) 9 同组间左右足比较p h m h l t 1 m 1 m f m 4 m 5 t 2 t 5 ；左足的压强峰值由大到小依次 为m 2 m 3 h m h l t l m 1 m f t 2 t s m 4 m 5 。在几个主要的着力区域，可 见在主要的足底受力区域正常人群左右足压强峰值变化不大。而有跌倒史的老年 人群，其左右足的足底压强峰值差异较大左右足呈现显著性的不对称性( 图6 ) 。 主要表现在，右足在t 1 、m 2 、m 4 、m 5 、m f 等区域的压强峰值要显著性高于 左足，而在t 2 t 5 、h m 、h l 区域压强峰值则显著性低于左足。这样，右足的匝 强峰值由大到小依次为m 4 m 2 m 5 m 3 h m t l m f h l m 1 t 2 一t 5 ；而左足 的压强峰值由大到小依次为h l m 4 m 3 h m m 2 m 1 m f t 2 t 5 t i m f 。产 生左右足底压强峰值差异的主要原因在于，有跌倒史的老年人群，在其行走过程 中，往往左右足的平衡性能比较差，导致左右足在步态上表现出明显的不对称性， 东北师范大学硕士学位论文 这样由于重心在左右足之间的移动不均，因此对于足底的压强峰值也同样地表现 出较大的差异。 - j 从表3 中也可见，正常老年人群行走时，其左右足足底压强峰值出现在脚后 跟和脚掌的第二跖骨和第三跖骨和第一脚趾处。而有跌倒史的老年人群其左足的 压强峰值主要集中在足跟外侧、脚掌的m 2 m 4 区域，右足的压强峰值主要集中 在前脚掌的m 2 m 5 区域，另外t 1 出的压强峰值也较大。可见，有跌倒史的老 年人群，与正常老年人足底不同区域的压强峰值相比，出现了较大的差异性。这 和其行走时步态的变化时密切相关的。脚后跟处压强峰值的差异说明了右足足跟 部位的肌肉活动和平衡能力控制都优于左足。 t 1t 2 - t 5m 1m 2 m 3 m 4m 5m fh mh l 图6 实验组与对照组足底各区域压强峰值对照图 3 4 足底压强变化率曲线分析 嚣实验组左足 _ 实验组右足 对照组左足 一对照组右足 02 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 01 8