足弓结构对负重跨障时的稳定性的影响及应用研究

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足弓是人脚的重要组成部分,足弓的弹性能够保护人体的关节、内脏以及各个器官,高足弓和扁平足是两种常见的足部畸形,足部畸形容易导致行走过程中的下肢损伤。目前关于不同足弓结构对步态影响的研究主要为平地行走和跑步等情况,但关于不同足弓结构在负重状态下跨越障碍物行走对其步态的影响鲜有涉及。负重行走和跨越障碍物均为人们日常生活中经常出现的情景,根据大量研究调查发现,随着障碍物的出现和负重重量的增加,人们的下肢步态特征会发生明显的改变。因此,本文通过分析时-空步态参数、运动学、动力学参数探究足弓结构对人体负重跨障步态稳定性的影响。本研究采集了30名受试者(10名正常足、10名高足弓、10名扁平足)负重跨障时的步态参数。要求每名受试者进行三组试验,模拟日常提重重物质量,分别用左手提三种不同重量的重物(无负重、2.5kg负重、5kg负重)以日常行走步速跨越17cm高度的障碍物,每种负重条件下完成10次重复行走试验。通过VICON三维运动捕捉系统、Pedar-X鞋垫式足底压力测量系统同步采集负重跨障过程中的时-空步态参数、运动学以及动力学参数,运用Origin、SPSS等统计分析软件对步态周期、跨障腿与跟随腿的髋-膝-踝关节角度、足底压力中心轨迹、足底压力中心位移等参数进行分析与描述,得出以下结论:(1)扁平足相对于高足弓与正常足,在第一双支撑相、第二双支撑相、第三双支撑相时长显著延长,摆动相和左脚单支撑相时长显著缩短,这一现象表明,相较于高足弓与正常足,扁平足负重跨障时稳定性较差。然而未发现高足弓与正常足在支撑相与摆动相时长之间存在显著差异。(2)三种足弓人群跟随腿与跨障腿的COPX、COPY(足底压力中心在X轴,Y轴方向的位移)差异显著,跨障腿中,X方向足底压力中心位移距离:扁平足>正常足>高足弓,Y方向足底压力中心位移距离:扁平足>高足弓>正常足;跟随腿中,X方向足底压力中心位移距离:扁平足>高足弓>正常足,Y方向足底压力中心位移距离:扁平足>高足弓>正常足。这一现象表明,扁平足在负重跨障行走过程中的稳定性最差,高足弓次之,正常足稳定性优于扁平足与高足弓。因此应该对扁平足和高足弓在行走过程中的步态稳定性加以改善,例如根据足型特征,通过对高足弓矫形鞋(垫)增加更多的内侧支撑,扁平足矫形鞋(垫)增加更多的外侧支撑来使两者的COP位移更接近正常足,以提高稳定性,减少下肢应力。本文研究结果可用于定性和定量分析不同足弓结构的步态稳定性,研究结论为扁平足和高足弓的矫形康复鞋垫设计提供了一定的参考依据,也为步态监测系统设计提供了理论支持。
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