一种辅助动态压力测试装置的研究*

靖向前 张 锐 黄静文 张 峰

(泰山医学院，山东 泰安 271016)

对于人体运动动态压力的测试研究，现已可运用机电一体化和图像分析方法进行分布测量和定量分析。于宁、毛伟德等[1]对于目前三种常见的足底压力测量仪器测力台、测力板、测力鞋垫系统进行了详细介绍和对比分析。但由于有些系统所测数据的准确性及可重复性仍存在争论，所以左右足足底压力关系的确定就显得有些模糊[2]。近年来，国内在人体行走运动中足底受力情况方面的研究取得了不少成果，尤其在分析技术和系统用于足迹压力面和压力分布等的方面的研究较为显著，如F--Scan足底压力步态分析仪的临床应用价值。但有文章基于F-Scan三维动态足底压力分析系统的动静态足底压力分析的发展与展望指出，当前研究的偏倚与F-Scan系统存在校准设定不够精确、传感器蠕变及滞后现象明显、所测数据重复性较差及无法提供绝对精确的压力数值等密切相关，该系统所测数据的准确性及可重复性仍存在争论。同样，Woodburn等亦提出F-Scan系统存在上述问题[3]。在动态足底压力步态测试过程中，研究对象在踏板做自然摆臂原地踏步运动时，若受试者刻意眼睛盯着足尖看，使双足落在原来位置，会人为的干扰足的位置和压力；若受试者自然甩臂踏步,虽然会有利于准确数据的获得，但会使足落地活动范围加大，数据会较为分散，足压力峰值和平均值误差加大，影响科研数据的统计与参考[4]。为减少误差，特研究一种辅助测试的装置，以期在动态运动时，使足底的活动控制在较小范围，以便更科学与准确的应用于临床治疗与科研研究。

1 装置的制作与受试者的选择

1.1装置的制作

准备制作材料有低温热塑板材、剪刀、夹子、水浴锅和直尺, 令受试者光脚站在板材上，标出轮廓线，并在四周预留约15 min，剪掉多余板材。将板材在66.5 ℃的恒温水箱中加热0.5～1 min，取出稍冷却后立即沿着轮廓将其折起。最后沿着轮廓将底板减掉，装置即制作完成，为防止测试过程中装置发生移动用实验专用带将装置两端固定。将装置放于压力测试仪上(德国 Medilogic)，受试者直接站在上面做静态压力分析及踏步动态压力分析，在本实验中，又安装了自制的辅助装置，最右面是传感器，与电脑相连可通过medilogic5.4软件呈现图像并记录数据。

受试对象使用辅助装置，光脚站在平板压力测试仪的辅助装置内，测试足底动态压力，见图1、图2。

图1 使用辅助装置前

图2 使用辅助装置后

可以明显的看出使用前，图像较杂乱，这是由于双足在测试过程中前后左右移动范围较大；使用后，图像清晰整齐，但辅助装置精确度的评价需用实验数据说明验证，因此引入了短期精密度实验。

1.2受试者的选择

统计学中的一般要求精密度研究自由度为30 df，考虑到踏步重复数与时间限制问题，在本次实验研究中采用了3个人重复15次的做法，于是就随机抽取了3名大学生在压力侧板仪重复做踏步15次，由于需要特定的辅助装置，选定受试者的鞋码均在37号左右。

1.3实验过程

受试者光脚在压力平板仪上的自制辅助装置内做自然踏步，记录实验一段时间的数据。为了检查在辅助装置的精确度，引入了短期精密度实验，精密度是反应定量测定技术，即按相同的操作方法重复测量,在未发生真正生理变化时得到相同数据结果的重复性。精密度，可用与测量相同单位的标准差(standard deviation, SD)或变异系数百分数(coefficient variation，CV%)来表示,它的算法是求 SD (标准差)的平均方根(RMS-SD)和 CV(变异系数)的平均方根(RMS-CV),而不是求几个SD和CV的算术均数。见式(3-1 )中,nB是受试者的测量次数,XiB受试者第i次测量的实际值,XB表示测得的均值，方差和除以n-1而不是n[5]。是因为,如果是3次测定中事实上只有两次独立的与计算均值相关，就是用原始样本个数减掉一个。在测试过程中，测试系统会记录大量的数据，只需从中筛选 120个作为样本nB,在选择样本含量时，每个受试对象就有40个样本含量，左右足各有20个样本，这20个样本是受试对象以右足完全抬起和左足完全抬起为依据，从而进行数据处理，XB是系统计算出来的平均值，运用公式(3-1)，可计算出SDB。

公式3-1

公式3-2

CV(变异系数)求值见公式3-2，用SD (标准差)的平均方根除以均值即可，也可用CV%(变异系数百分数)表示。

2 实验结果

根据前述的实验方法，每个受试对象左、右足各有20个样本，数据处理之后分别是左足峰值、平均值，右足峰值、平均值数值。由压力测试分析软件导出测试数据后运用SPSS统计软件对数据进行统计分析，然后可以根据标准差和变异系数公式检验辅助装置的精确度，也可进行配对t检验和相关性分析来分析左右足压力关系。

运用SD(标准差)公式和CV(变异系数)公式计算左右侧峰值、左右侧平均值SD和CV，分析装置的精确度，见表1。

表1 峰值和平均值的SD(标准差)和CV(变异系数)

据表1可见，在检测辅助装置的精确度时，足平均值的变异系数为17%，在20%以内，这种辅助动态压力测试的装置是具有一定的精确度，因此可以说它是一种能帮助测试足底动态压力的辅助装置。

采用SPSS统计软件，分析足峰值与足平均值的相关性。经分析发现，足峰值与平均值相关性r=0.697，P<0.001，表明左足或右足的峰值和均值相关度较高，且具有较高的一致性。

采用配对t检验，计算左、右足峰值与平均值的差异，P>0.05，说明左右足两者之间无显著性差异。

3 结 论

实验数据较高的精确度可以表明这种装置可以作为辅助测定足底动态压力的设备，能更好的克服有些系统所测数据的准确性及可重复性差等等问题；研究发现，左、右足峰值相关度较高，左、右足均值相关度较高，具有一致的相关性，这与张攀[6]的研究相一致，对实践应用有一定的参考意义；数据表明，左、右足无论是峰值还是均值，二者都无明显差异。这与人们常理认为的优势足右足应当有较大的力度相悖，因此在这里用严谨的数据证明事实；由统计学数据得到压力平均值准确度高于峰值的结论，所以在今后的研究测量指标数据时，选用平均值的统计学意义也明显比峰值更显著。有相关研究表明体脂百分比与足底压力有弱相关，实验数据可能因未排除该影响而存在一定的误差。