穿鞋对足底动力形态的影响研究

汤澄清谭茗泽李 俊

（1 中国刑警学院 痕检系 沈阳 110035；2 江苏省常熟市巡防大队卡二中队常熟 215500；3 沈阳市公安局苏家屯分局 沈阳 110101）

穿鞋对足底动力形态的影响研究

汤澄清1谭茗泽2李 俊3

（1 中国刑警学院 痕检系 沈阳 110035；2 江苏省常熟市巡防大队卡二中队常熟 215500；3 沈阳市公安局苏家屯分局 沈阳 110101）

目的 研究穿皮鞋、布鞋对足底压力中心（COP）轨迹线的影响，为足迹动力形态特征检验方法提供理论依据。 方法 利用Footscan足底压力测量系统，采集15名青年男性赤足、穿鞋行走足－地接触动态图像数据，分析足底不同区域压力分布及压力中心轨迹线形态特点与变化规律。 结果 青年人赤足、穿鞋COP轨迹线呈“S”型，赤足动力形态波动性较大，穿皮鞋稳定性较好，穿布鞋的变化范围较广。结论 穿不同鞋COP轨迹线整体形态变化明显，对不同鞋足迹的动力形态特征检验应考虑穿鞋对足底动力形态的影响。

赤足 皮鞋 行走 压力中心线

1 引言

足底压力测定是步态定量分析的有效方法之一[1]，研究足底压力分布与压力中心（COP）轨迹线形态、变化规律[2]对足迹检验鉴定的重要性正在引起人们的高度重视，庄训达等[3]研究表明，鞋底厚度增加时，足底压力中心线走向呈现向足底内侧偏移的现象（p＜0.05）。足底压力分布可直接反映人体站立、行走或跑跳时足底各部位所受压力值的大小，还可间接反映足的结构、功能及整个身体的姿势控制等情况[4]。人身特点决定行走姿势及步态特征，反之步态特征反映了人的身体结构与行走习惯动作，足迹上的步态特征和鞋底上的磨损特征是行走运动足底动力形态特征在足迹和鞋底上的具体和综合反映。运用计算机、传感器技术等领域的研究成果与先进的仪器设备，定量化分析足底动力形态特征的形成、变化、反映与特点成为足迹检验研究的发展趋势。

2 实验方法

2.1 样本来源

随机选择15名青年男性，平均年龄23.1±2.21岁，测试对象体型匀称，行走运动正常，均无腿部疾病及膝、踝关节损伤。

2.2 数据采集

受试者在实验室正常行走几分钟，以适应实验室环境和实验过程，然后分别赤足、穿皮鞋、布鞋以常速行走过8m长的步行通道（Footscan系统2m×0.4m× 0.022m平板与地面水平镶嵌，4sensors/cm2，采样频率126Hz）5次，每次均在测力板上留下3枚足迹，同时系统自动记录行走中时间、几何、力学等参数。同一人赤足、穿皮鞋、布鞋足底压力动态图像如图1所示，将COP轨迹线表示成直角坐标系下的一条曲线，其中纵坐标轴Y定义为通过后跟中心与第二跖骨头的纵向直线，与其垂直的横向直线为横坐标轴X。

图1 足底压力图像与直角坐标系下的COP轨迹线

2.3 数据处理

图2 足－地动态接触过程与时相

分别选取每个测试者赤足、穿皮鞋和布鞋3次行走的图像数据进行分析，利用组内相关系数（ICC）评价3次测量之间COP横纵坐标变量在初始跖骨着地（IMC）、前足着地（FFF）和足跟离地（HO）三个关键点取值的稳定性与一致性[5]，如图2所示。足与地面接触分为初始着地阶段（ICP）、前足着地阶段（FFCP）、垂直支撑阶段（FFP） 和前足蹬伸阶段（FFPOP）等四个时相，见图1，图2。

将每名测试者每次行走足－地接触全过程对时间归一化，COP横纵坐标分别对足宽、足长进行归一化处理后，数据输入到SSPS软件中。

3 结果

足支撑时期在IMC、FFF和HO三点COP横纵坐标变量的组内相关系数如表1所示。

表1 COP横纵坐标变量组内相关系数

由表1可知ICC值均大于0.65，说明COP横纵坐标变量的稳定性较好[6]。

运用SSPS软件将青年人赤足、穿皮鞋和布鞋行走的COP坐标变量分别进行曲线拟合，得到各自平均COP轨迹线形态如图3所示。

图3 青年人赤足、穿皮鞋和布鞋COP轨迹线

4 讨论

COP轨迹线从后跟至趾尖总体形态呈现出“S”形，见图3，ICC值表明赤足行走时COP横纵坐标变量的稳定性较好，特别是在足跟离地时稳定性最好，这说明在前足蹬伸阶段足表现为刚性的稳固结构。

落足时，赤足COP轨迹线起始较晚且偏外，主要由于赤足行走时足底肌肉接触地面，具有缓冲作用，之后足迅速外翻，完成足跟着地；而穿皮鞋和布鞋行走时,鞋作为缓冲介质存在，承担了缓冲作用，也因此改善了足底的受力情况。

在初始跖骨着地至前足着地阶段，赤足COP轨迹线偏向内侧，曲线波动较大，表明在行走过程中通过足底不断调整来保持身体的平衡，而穿皮鞋和布鞋曲线相对比较圆滑、流畅，行走比较平稳。

在足跟离地起足阶段，穿布鞋COP轨迹线比较偏内，反映出起足内侧用力大，拇趾更多参与完成蹬地动作，即鞋底对其它四趾缓冲作用明显；穿皮鞋其次，赤足行走起足时其它四趾更多参与蹬伸动作。

相比较而言，穿布鞋行走随意性强，COP轨迹线相对于足迹中心线左右摆动幅度大，穿皮鞋则更靠近中心线，对人体行走运动机能有较大改善，稳定性更好。

5 小结

足底压力与COP轨迹线是人体行走过程中足－地接触力作用位置、大小、分布及力度顺序的综合结果，能反映足与地面接触全过程的作用方式，也是对人体行走运动姿态的间接反映。穿鞋对人体行走运动能力与足底压力分布有所改善，形成了形态各异的足底动力形态特征，COP轨迹线能较好反映人体行走姿势和身体调整的状况，在应用足迹动力形态特征进行足迹检验鉴定时，应充分考虑鞋子的影响，使检验结果更准确、可靠。

1.张伟，黄耀添，王军三.关节融合术治疗儿麻后遗马蹄内翻足远期效果综合分析.中国矫形外科杂志，2000；7(11)：1048-1050

2.孟昭莉，元文学.学龄儿童背负不同重量行走时足底压力分布研究.生物医学工程学杂志，2008；25(4)：852

3.庄训达，陈五洲.穿着厚底鞋对步态的影响.体育学报，2000；28(3)：315-328

4.王兰美，郭业民，潘志国.人体足底压力分布研究与应用.机械制造与自动化，2005；34(1):35

5.De Cock A，De Clercq D，Willems T，Witvrouw E， Temporal characteristics of foot roll-over during barefoot jogging:reference data for young adults.Gait Posture 2005；21：432-439

6.王维等.应用EXCEL完成组内相关系数ICC的计算和评价.中国卫生统计，2008；25(3): 314-315