f-scan足底壓力分布解析系統(tǒng)在青少年女性行走時(shí)的應(yīng)用

f-scan足底壓力分布解析系統(tǒng)在青少年女性行走時(shí)的應(yīng)用

足部有獨(dú)特的性能。當(dāng)需要時(shí)，26塊骨頭可以固定在一個(gè)整體中，使雙腳成為一個(gè)整體。行走時(shí)足的活動(dòng)處于剛體與靈活易彎這兩個(gè)不同力學(xué)性能的狀態(tài)之間,足的結(jié)構(gòu)必須適合多種動(dòng)作和外環(huán)境的需要,因?yàn)?我們藉以站立和活動(dòng)的地面變異很大,從柔軟、平坦和光滑到堅(jiān)硬、不平整和粘滯的都有。此外,足上穿的鞋也各不相同,從赤腳到時(shí)尚的松糕鞋,由于鞋跟高度的變化,鞋底、面、幫材料的軟、硬等,導(dǎo)致足在不同條件下活動(dòng)時(shí)的受力狀況也大不相同。20歲以前的青少年女性處于生長(zhǎng)發(fā)育階段,骨結(jié)構(gòu)中軟骨成份多,骨組織內(nèi)水分和有機(jī)物多,無(wú)機(jī)鹽少,骨質(zhì)柔軟,極易變形。因此,引導(dǎo)青少年女性科學(xué)地選擇有利于身體正常發(fā)育與正常步態(tài)的鞋,成為他們健康教育的重要內(nèi)容。站立時(shí)足底的載荷分布是半個(gè)多世紀(jì)來(lái)的熱門研究課題。Morton在1935年研究了正常站立時(shí)的負(fù)重,提示,所有跖骨頭均與地面接觸,在正常站立時(shí)足與地面接觸那部分,大約載荷的50%由足跟承擔(dān),50%是經(jīng)跖骨頭傳遞的,第一跖骨頭的載荷是外側(cè)4個(gè)跖骨頭每個(gè)載荷的2倍。1946年Morton研究了站立時(shí)足內(nèi)載荷的傳遞,結(jié)論是由于距舟關(guān)節(jié)和舟楔關(guān)節(jié)在縱弓中位置最高,因而承擔(dān)了最大載荷。然后從距骨載荷向后傳遞至跟骨,向前傳遞至舟骨及楔骨,接著傳遞到第1、第2跖骨。僅有最小力經(jīng)外側(cè)傳遞。根據(jù)Morton關(guān)于足內(nèi)載荷傳遞研究,我們選擇了足內(nèi)載荷傳遞重要的具有代表性的解剖位置,即右足跟骨點(diǎn)、右足第1跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)和右足第5跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)作為足底壓力分測(cè)量的3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)位(圖1)。1材料和方法1.1動(dòng)力學(xué)測(cè)量和分析本實(shí)驗(yàn)通過(guò)F-scan足底壓力分布解析系統(tǒng)對(duì)青少年女性穿不同類型鞋行走時(shí)的步態(tài)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)測(cè)量和分析。通過(guò)比較她們穿高跟鞋、松糕鞋行走時(shí)與穿其他類型鞋行走時(shí),足底跟骨點(diǎn)、第一跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)和第五跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)的壓力變化,探究穿高跟鞋、松糕鞋行走時(shí)足底壓力的變化特征,進(jìn)而作為相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)功能評(píng)價(jià)。1.2織物上的年齡選6名青少年女性,其中16、17、18歲各2名。實(shí)驗(yàn)者平均身高162.8cm,平均體重48.6kg。6位受試者無(wú)穿高跟鞋和松糕鞋的歷史。受試者體型勻稱,身體健康,無(wú)腿、踝關(guān)節(jié)損傷史。1.3鞋系統(tǒng)、鞋系統(tǒng)F-scan足底壓力分布測(cè)量與解析系統(tǒng),壓力鞋墊,跑鞋,跟高6.5cm中跟鞋,跟高10cm高跟鞋,底厚12cm松糕鞋(全部為新鞋)。1.4鞋內(nèi)壓力鞋墊外接合法受試者裸足行走時(shí),以正常步速先左腳踏壓力臺(tái),折返后以右腳踏壓力臺(tái),完成一個(gè)完整的步態(tài)周期運(yùn)動(dòng),獲得一個(gè)步態(tài)周期腳底壓力分布圖。受試者穿不同類型鞋行走時(shí),先在鞋內(nèi)裝上壓力鞋墊,要求壓力鞋墊在鞋內(nèi)平整無(wú)折疊,然后受試者小心穿上鞋子,以避免壓力鞋墊折疊,壓力鞋墊與F-scan足底壓力分布解析系統(tǒng)相連接。受試者以正常步速行走,從而通過(guò)F-scan足底壓力分布解析系統(tǒng)獲得一個(gè)完整步態(tài)周期的足底壓力分布圖。1.5實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所寧波市第一人民醫(yī)院步態(tài)實(shí)驗(yàn)室。2壓力變化曲線受試者穿不同鞋行走一個(gè)步態(tài)周期,右足底跟骨點(diǎn)、右足第1跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)和右足第5跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)的壓力變化曲線如圖2至圖6。下列曲線圖中的曲線1代表受試者穿不同類型鞋時(shí)右足底跟骨點(diǎn)壓力的變化,曲線2表示右足第1跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)壓力的變化,曲線3表示右足第5跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)壓力的變化。曲線圖的橫坐標(biāo)t表示一個(gè)步態(tài)周期的時(shí)間(s),縱坐標(biāo)表示足底關(guān)節(jié)點(diǎn)的壓力變化數(shù)值(kg)。2.1壓力變化規(guī)律圖2表明,受試者裸足行走時(shí),足底3點(diǎn)壓力變化曲線呈單峰型,足底跟骨點(diǎn)的最大受力值最大,為14kg,其次是第1跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn),最大受力值為7kg,第5跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)的最大受力值最小,為4kg。曲線2壓力峰值和曲線3壓力峰值同時(shí)出現(xiàn),但滯后于曲線1壓力峰值的出現(xiàn)。曲線2與曲線3部分重疊,表明第1跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)與第5跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)在步態(tài)的蹬離期受力規(guī)律同步。這是由于行走時(shí)足部跖趾關(guān)節(jié)活動(dòng)引起足部跖趾關(guān)節(jié)肌肉主動(dòng)收縮,跖趾關(guān)節(jié)收縮導(dǎo)致足底壓力分布的改變。因此,在步態(tài)支撐時(shí)相蹬離期,前足受力平均分布在所有跖骨頭上,所以,在曲線實(shí)測(cè)圖上曲線2和曲線3在支撐蹬離期表現(xiàn)為部分重疊。2.2壓力峰值的比較圖3表明,受試者穿球鞋行走時(shí),足底3點(diǎn)壓力變化曲線呈單峰型,足底跟骨點(diǎn)的最大受力值最大,為12kg,其次,是第1跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn),最大受力值為5kg,第5跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)的最大受力值最小,為2kg。曲線1壓力峰值最早出現(xiàn),曲線2和曲線3的壓力峰值同時(shí)出現(xiàn),但滯后于曲線1壓力峰值的出現(xiàn)。曲線2和曲線3部分重疊,這與受試者裸足行走時(shí)曲線2和曲線3部分重疊的原因相似。2.3壓力峰值的比較圖4表明,受試者穿中跟鞋行走時(shí),足底3點(diǎn)壓力變化曲線呈單峰型,足底跟骨點(diǎn)的最大受力值最大,為21kg,其次,是第1跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn),最大受力值為10kg,第5跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)的最大受力值最小,為8kg。曲線1壓力峰值最早出現(xiàn),曲線2和曲線3的壓力峰值同時(shí)出現(xiàn),但滯后于曲線1壓力峰值的出現(xiàn)。曲線1和曲線2、3部分重疊,表明受試者右足底跟骨點(diǎn)在步態(tài)支撐時(shí)相始終受力,因此,受試者在行走時(shí)步態(tài)主要表現(xiàn)為步履拖沓、身體后坐等特征。2.4壓力和速度分布圖5表明,受試者穿高跟鞋行走時(shí),第1跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)的最大受力值和足底跟骨點(diǎn)的最大受力值相等,為21kg,第5跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)的最大受力值最小,為8kg。曲線1最早出現(xiàn)壓力峰值,曲線3壓力峰值滯后于曲線1壓力峰值的出現(xiàn),曲線2壓力峰值滯后于曲線3壓力峰值的出現(xiàn)。曲線1、2在整個(gè)支撐時(shí)相始終受力,即受試者穿高跟鞋行走時(shí)足底跟骨點(diǎn)和第一跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)始終受力。這是由于受試者所穿鞋的鞋跟增高,身體重心前移,為維持身體正常行走姿態(tài),因此,足跟受力時(shí)間增長(zhǎng),第一跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)受力明顯增大。2.5壓力峰值的比較圖6表明,受試者穿松糕鞋行走時(shí),足底3點(diǎn)壓力變化曲線呈單峰型,足跟的最大受力值最大,為21kg;其次,是第1跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn),最大受力值為10kg,第5跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)的最大受力值最小,為5kg。曲線1壓力峰值最早出現(xiàn),曲線2和曲線3的壓力峰值同時(shí)出現(xiàn),但滯后于曲線1壓力峰值的出現(xiàn)。圖6受試者穿松糕鞋行走時(shí)足底3點(diǎn)壓力曲線圖與圖2受試者裸足行走時(shí)曲線圖相似,只是相應(yīng)的壓力值增大。3鞋和鞋行駛時(shí)外穿造成的術(shù)后壓力和受力根據(jù)受試者穿不同鞋行走時(shí)足底3點(diǎn)壓力變化的曲線圖,制定受試者穿不同鞋行走時(shí)足底3點(diǎn)壓力最大受力值的統(tǒng)計(jì)表1。我們將一位受試者在實(shí)驗(yàn)中裸足、穿球鞋、中跟鞋、高跟鞋和松糕鞋行走時(shí)的步態(tài)分別命名為L(zhǎng)、Q、Z、G和S。比較受試者穿不同類型鞋行走時(shí),足底跟骨點(diǎn)的最大受力值,排序如下:Q<L<Z=G=S,表明受試者穿中跟鞋、高跟鞋和松糕鞋行走時(shí),跟骨點(diǎn)受力最大,最大力值為21kg,受試者穿球鞋行走時(shí),跟骨點(diǎn)受力最小,最大力值為12kg。受試者穿球鞋行走時(shí),跟骨點(diǎn)受力較小,主要與球鞋底的彈性材料有關(guān),彈性材料緩沖了一部分身體重力作用,導(dǎo)致跟骨點(diǎn)受力的減少。受試者穿跟高6.5cm以上的高跟鞋和松糕鞋行走時(shí),足底跟骨點(diǎn)受力增加,主要是因?yàn)樾叨鹊脑黾?人體行走時(shí)上體前傾,為保持正常人體行走姿態(tài),導(dǎo)致上體后坐,足底跟骨點(diǎn)受力增加。從表1可知,受試者穿高跟鞋行走時(shí),第1跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)受力最大,是受試者穿球鞋行走時(shí)該點(diǎn)最大受力值的4.2倍,是受試者穿中跟鞋和松糕鞋行走時(shí)該點(diǎn)最大受力值的2.1倍。受試者穿高跟鞋行走時(shí)第1跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)受力較大的原因是由于高跟鞋鞋跟的增加,使受試者在行走過(guò)程中身體重心前移,足尖負(fù)重增加引起的。如果青少年女性長(zhǎng)期穿高跟鞋行走,會(huì)使第1跖趾關(guān)節(jié)的內(nèi)側(cè)韌帶被拉長(zhǎng),外側(cè)韌帶收縮。當(dāng)拇趾被推向外側(cè)時(shí),伸肌腱也移向外側(cè)。屈肌腱開始將拇趾拉向外側(cè)并使其內(nèi)旋(圖7)。第1跖趾骨發(fā)生這一轉(zhuǎn)位時(shí),正常起外展作用的拇外展肌,開始起屈肌作用,引起近節(jié)趾骨旋轉(zhuǎn)。拇指的平衡失調(diào),第1跖骨偏向內(nèi)側(cè),形成拇外翻位置,繼而在第1跖骨頭內(nèi)側(cè)形成骨贅。從表1比較受試者穿不同鞋行走時(shí),足底第5跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)的最大受力值可知,穿中跟鞋和高跟鞋行走時(shí)足底第5跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)的受力最大。這主要是因?yàn)榇┲懈透吒^(guò)程中,當(dāng)步態(tài)周期由支撐中期進(jìn)入蹬離期時(shí),身體重心主要集中在前腳掌引起的,而且,由于穿中跟鞋和高跟鞋行走過(guò)程中,單支撐時(shí)相所占比例較大,因此,第五跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)的受力不但壓力較大而且受力時(shí)間較長(zhǎng)。青少年女性足骨的發(fā)育成熟大約在15～16歲,過(guò)早地穿高跟鞋會(huì)使足骨按照高跟鞋的角度完成骨化過(guò)程。具體癥狀表現(xiàn)為:跖趾關(guān)節(jié)變形,跖骨骨折及其他足病,這些病癥會(huì)引起足部疼痛,嚴(yán)重時(shí)可影響行走和活動(dòng)。因此,青少年女性不宜穿高跟鞋,特別是跟高7～8cm以上的高跟鞋。從表1可知,受試者穿不同類型鞋行走時(shí),足底第1跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)的最大受力值是足底第5跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)最大受力值的2倍。這與Morton(1935)研究正常站立的負(fù)重時(shí),第1跖骨頭的載荷是外側(cè)4個(gè)跖骨頭每個(gè)載荷的2倍的結(jié)果相吻合。4青少年女性穿鞋行駛時(shí)下肢負(fù)荷的變化1.受試者穿不同類型鞋行走時(shí),足底跟骨點(diǎn)的最大受力值,排序如下:Q<L<Z=G=S。受試者穿球鞋行走時(shí)跟骨點(diǎn)受力較小的原因是由于球鞋底的彈性材料緩沖了一部分身體重力作用,從而導(dǎo)致跟骨點(diǎn)受力的減小。2.受試者穿不同類型鞋行走時(shí),足底第1跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)的最大受力值如下:G>Z=S>L>Q。受試者穿高跟鞋行走時(shí)第1跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)受力較大的原因是由于高跟鞋鞋跟的增高,使受試者在行走過(guò)程中身體重心前移,足尖負(fù)重增加引起的。3.受試者穿不同類型鞋行走時(shí),足底第5跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)的最大受力值如下:G=Z>S>L>Q。受試者穿高跟鞋和中跟鞋行走時(shí),第5跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)受力較重的原因是步態(tài)周期由支撐中期進(jìn)入蹬離期時(shí),身體重心主要集中在前腳掌引起的,而且,由于穿中跟鞋和高跟鞋行走過(guò)程中,單支撐時(shí)相所占比例較大,因此,第5跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)的受力不但壓力較大,而且受力時(shí)間較長(zhǎng)。4.受試者穿球鞋行走時(shí),足底3點(diǎn)壓力的最大值比受試者裸足行走時(shí)足底3點(diǎn)壓力的最大值要小,說(shuō)明青少年女性穿球鞋行走時(shí)可以減少足底壓力,使人體更輕松自如地行走。穿跟高6.5cm以上的高跟鞋行走時(shí),足底第1跖趾關(guān)節(jié)最大受力值明顯較大,是穿球鞋行走時(shí)該點(diǎn)最大受力值的4倍,是穿中跟鞋和松糕鞋行走時(shí)該點(diǎn)最大受力值的2倍。由于青少年女性處于生長(zhǎng)發(fā)育期,骨骼柔軟、富有彈性、可收縮性大,如果足尖長(zhǎng)期負(fù)重力較大,這會(huì)導(dǎo)致在足骨的骨化過(guò)程中由于外力作用,容易患足拇外翻和在第1跖