f-scan足底压力分布解析系统在青少年女性行走时的应用

f-scan足底压力分布解析系统在青少年女性行走时的应用

足部有独特的性能。当需要时，26块骨头可以固定在一个整体中，使双脚成为一个整体。行走时足的活动处于刚体与灵活易弯这两个不同力学性能的状态之间,足的结构必须适合多种动作和外环境的需要,因为,我们藉以站立和活动的地面变异很大,从柔软、平坦和光滑到坚硬、不平整和粘滞的都有。此外,足上穿的鞋也各不相同,从赤脚到时尚的松糕鞋,由于鞋跟高度的变化,鞋底、面、帮材料的软、硬等,导致足在不同条件下活动时的受力状况也大不相同。20岁以前的青少年女性处于生长发育阶段,骨结构中软骨成份多,骨组织内水分和有机物多,无机盐少,骨质柔软,极易变形。因此,引导青少年女性科学地选择有利于身体正常发育与正常步态的鞋,成为他们健康教育的重要内容。站立时足底的载荷分布是半个多世纪来的热门研究课题。Morton在1935年研究了正常站立时的负重,提示,所有跖骨头均与地面接触,在正常站立时足与地面接触那部分,大约载荷的50%由足跟承担,50%是经跖骨头传递的,第一跖骨头的载荷是外侧4个跖骨头每个载荷的2倍。1946年Morton研究了站立时足内载荷的传递,结论是由于距舟关节和舟楔关节在纵弓中位置最高,因而承担了最大载荷。然后从距骨载荷向后传递至跟骨,向前传递至舟骨及楔骨,接着传递到第1、第2跖骨。仅有最小力经外侧传递。根据Morton关于足内载荷传递研究,我们选择了足内载荷传递重要的具有代表性的解剖位置,即右足跟骨点、右足第1跖趾关节点和右足第5跖趾关节点作为足底压力分测量的3个关键点位(图1)。1材料和方法1.1动力学测量和分析本实验通过F-scan足底压力分布解析系统对青少年女性穿不同类型鞋行走时的步态进行动力学测量和分析。通过比较她们穿高跟鞋、松糕鞋行走时与穿其他类型鞋行走时,足底跟骨点、第一跖趾关节点和第五跖趾关节点的压力变化,探究穿高跟鞋、松糕鞋行走时足底压力的变化特征,进而作为相应的动力学功能评价。1.2织物上的年龄选6名青少年女性,其中16、17、18岁各2名。实验者平均身高162.8cm,平均体重48.6kg。6位受试者无穿高跟鞋和松糕鞋的历史。受试者体型匀称,身体健康,无腿、踝关节损伤史。1.3鞋系统、鞋系统F-scan足底压力分布测量与解析系统,压力鞋垫,跑鞋,跟高6.5cm中跟鞋,跟高10cm高跟鞋,底厚12cm松糕鞋(全部为新鞋)。1.4鞋内压力鞋垫外接合法受试者裸足行走时,以正常步速先左脚踏压力台,折返后以右脚踏压力台,完成一个完整的步态周期运动,获得一个步态周期脚底压力分布图。受试者穿不同类型鞋行走时,先在鞋内装上压力鞋垫,要求压力鞋垫在鞋内平整无折叠,然后受试者小心穿上鞋子,以避免压力鞋垫折叠,压力鞋垫与F-scan足底压力分布解析系统相连接。受试者以正常步速行走,从而通过F-scan足底压力分布解析系统获得一个完整步态周期的足底压力分布图。1.5实验场所宁波市第一人民医院步态实验室。2压力变化曲线受试者穿不同鞋行走一个步态周期,右足底跟骨点、右足第1跖趾关节点和右足第5跖趾关节点的压力变化曲线如图2至图6。下列曲线图中的曲线1代表受试者穿不同类型鞋时右足底跟骨点压力的变化,曲线2表示右足第1跖趾关节点压力的变化,曲线3表示右足第5跖趾关节点压力的变化。曲线图的横坐标t表示一个步态周期的时间(s),纵坐标表示足底关节点的压力变化数值(kg)。2.1压力变化规律图2表明,受试者裸足行走时,足底3点压力变化曲线呈单峰型,足底跟骨点的最大受力值最大,为14kg,其次是第1跖趾关节点,最大受力值为7kg,第5跖趾关节点的最大受力值最小,为4kg。曲线2压力峰值和曲线3压力峰值同时出现,但滞后于曲线1压力峰值的出现。曲线2与曲线3部分重叠,表明第1跖趾关节点与第5跖趾关节点在步态的蹬离期受力规律同步。这是由于行走时足部跖趾关节活动引起足部跖趾关节肌肉主动收缩,跖趾关节收缩导致足底压力分布的改变。因此,在步态支撑时相蹬离期,前足受力平均分布在所有跖骨头上,所以,在曲线实测图上曲线2和曲线3在支撑蹬离期表现为部分重叠。2.2压力峰值的比较图3表明,受试者穿球鞋行走时,足底3点压力变化曲线呈单峰型,足底跟骨点的最大受力值最大,为12kg,其次,是第1跖趾关节点,最大受力值为5kg,第5跖趾关节点的最大受力值最小,为2kg。曲线1压力峰值最早出现,曲线2和曲线3的压力峰值同时出现,但滞后于曲线1压力峰值的出现。曲线2和曲线3部分重叠,这与受试者裸足行走时曲线2和曲线3部分重叠的原因相似。2.3压力峰值的比较图4表明,受试者穿中跟鞋行走时,足底3点压力变化曲线呈单峰型,足底跟骨点的最大受力值最大,为21kg,其次,是第1跖趾关节点,最大受力值为10kg,第5跖趾关节点的最大受力值最小,为8kg。曲线1压力峰值最早出现,曲线2和曲线3的压力峰值同时出现,但滞后于曲线1压力峰值的出现。曲线1和曲线2、3部分重叠,表明受试者右足底跟骨点在步态支撑时相始终受力,因此,受试者在行走时步态主要表现为步履拖沓、身体后坐等特征。2.4压力和速度分布图5表明,受试者穿高跟鞋行走时,第1跖趾关节点的最大受力值和足底跟骨点的最大受力值相等,为21kg,第5跖趾关节点的最大受力值最小,为8kg。曲线1最早出现压力峰值,曲线3压力峰值滞后于曲线1压力峰值的出现,曲线2压力峰值滞后于曲线3压力峰值的出现。曲线1、2在整个支撑时相始终受力,即受试者穿高跟鞋行走时足底跟骨点和第一跖趾关节点始终受力。这是由于受试者所穿鞋的鞋跟增高,身体重心前移,为维持身体正常行走姿态,因此,足跟受力时间增长,第一跖趾关节点受力明显增大。2.5压力峰值的比较图6表明,受试者穿松糕鞋行走时,足底3点压力变化曲线呈单峰型,足跟的最大受力值最大,为21kg;其次,是第1跖趾关节点,最大受力值为10kg,第5跖趾关节点的最大受力值最小,为5kg。曲线1压力峰值最早出现,曲线2和曲线3的压力峰值同时出现,但滞后于曲线1压力峰值的出现。图6受试者穿松糕鞋行走时足底3点压力曲线图与图2受试者裸足行走时曲线图相似,只是相应的压力值增大。3鞋和鞋行驶时外穿造成的术后压力和受力根据受试者穿不同鞋行走时足底3点压力变化的曲线图,制定受试者穿不同鞋行走时足底3点压力最大受力值的统计表1。我们将一位受试者在实验中裸足、穿球鞋、中跟鞋、高跟鞋和松糕鞋行走时的步态分别命名为L、Q、Z、G和S。比较受试者穿不同类型鞋行走时,足底跟骨点的最大受力值,排序如下:Q<L<Z=G=S,表明受试者穿中跟鞋、高跟鞋和松糕鞋行走时,跟骨点受力最大,最大力值为21kg,受试者穿球鞋行走时,跟骨点受力最小,最大力值为12kg。受试者穿球鞋行走时,跟骨点受力较小,主要与球鞋底的弹性材料有关,弹性材料缓冲了一部分身体重力作用,导致跟骨点受力的减少。受试者穿跟高6.5cm以上的高跟鞋和松糕鞋行走时,足底跟骨点受力增加,主要是因为鞋跟高度的增加,人体行走时上体前倾,为保持正常人体行走姿态,导致上体后坐,足底跟骨点受力增加。从表1可知,受试者穿高跟鞋行走时,第1跖趾关节点受力最大,是受试者穿球鞋行走时该点最大受力值的4.2倍,是受试者穿中跟鞋和松糕鞋行走时该点最大受力值的2.1倍。受试者穿高跟鞋行走时第1跖趾关节点受力较大的原因是由于高跟鞋鞋跟的增加,使受试者在行走过程中身体重心前移,足尖负重增加引起的。如果青少年女性长期穿高跟鞋行走,会使第1跖趾关节的内侧韧带被拉长,外侧韧带收缩。当拇趾被推向外侧时,伸肌腱也移向外侧。屈肌腱开始将拇趾拉向外侧并使其内旋(图7)。第1跖趾骨发生这一转位时,正常起外展作用的拇外展肌,开始起屈肌作用,引起近节趾骨旋转。拇指的平衡失调,第1跖骨偏向内侧,形成拇外翻位置,继而在第1跖骨头内侧形成骨赘。从表1比较受试者穿不同鞋行走时,足底第5跖趾关节点的最大受力值可知,穿中跟鞋和高跟鞋行走时足底第5跖趾关节点的受力最大。这主要是因为穿中跟鞋和高跟鞋过程中,当步态周期由支撑中期进入蹬离期时,身体重心主要集中在前脚掌引起的,而且,由于穿中跟鞋和高跟鞋行走过程中,单支撑时相所占比例较大,因此,第五跖趾关节点的受力不但压力较大而且受力时间较长。青少年女性足骨的发育成熟大约在15～16岁,过早地穿高跟鞋会使足骨按照高跟鞋的角度完成骨化过程。具体症状表现为:跖趾关节变形,跖骨骨折及其他足病,这些病症会引起足部疼痛,严重时可影响行走和活动。因此,青少年女性不宜穿高跟鞋,特别是跟高7～8cm以上的高跟鞋。从表1可知,受试者穿不同类型鞋行走时,足底第1跖趾关节点的最大受力值是足底第5跖趾关节点最大受力值的2倍。这与Morton(1935)研究正常站立的负重时,第1跖骨头的载荷是外侧4个跖骨头每个载荷的2倍的结果相吻合。4青少年女性穿鞋行驶时下肢负荷的变化1.受试者穿不同类型鞋行走时,足底跟骨点的最大受力值,排序如下:Q<L<Z=G=S。受试者穿球鞋行走时跟骨点受力较小的原因是由于球鞋底的弹性材料缓冲了一部分身体重力作用,从而导致跟骨点受力的减小。2.受试者穿不同类型鞋行走时,足底第1跖趾关节点的最大受力值如下:G>Z=S>L>Q。受试者穿高跟鞋行走时第1跖趾关节点受力较大的原因是由于高跟鞋鞋跟的增高,使受试者在行走过程中身体重心前移,足尖负重增加引起的。3.受试者穿不同类型鞋行走时,足底第5跖趾关节点的最大受力值如下:G=Z>S>L>Q。受试者穿高跟鞋和中跟鞋行走时,第5跖趾关节点受力较重的原因是步态周期由支撑中期进入蹬离期时,身体重心主要集中在前脚掌引起的,而且,由于穿中跟鞋和高跟鞋行走过程中,单支撑时相所占比例较大,因此,第5跖趾关节点的受力不但压力较大,而且受力时间较长。4.受试者穿球鞋行走时,足底3点压力的最大值比受试者裸足行走时足底3点压力的最大值要小,说明青少年女性穿球鞋行走时可以减少足底压力,使人体更轻松自如地行走。穿跟高6.5cm以上的高跟鞋行走时,足底第1跖趾关节最大受力值明显较大,是穿球鞋行走时该点最大受力值的4倍,是穿中跟鞋和松糕鞋行走时该点最大受力值的2倍。由于青少年女性处于生长发育期,骨骼柔软、富有弹性、可收缩性大,如果足尖长期负重力较大,这会导致在足骨的骨化过程中由于外力作用,容易患足拇外翻和在第1跖