正常中国成年人足底压力分析

【摘要】  研究正常中国成年人足底压力分布。［方法］ 使用F-scan足底压力分析系统收集100例志愿者站立、行走、慢跑、上、下楼梯的足底压力分布数据，分析5种生理状态的足底压力分布，以及性别、身高、体重、体重指数、步速等因素对足底压力分布的影响。［结果］正常中国成年人5种生理状态的足底压力分布各有特点，静、动态差别显著；四种动态方式中，以水平行走的步态最为稳定，步速加快和上、下楼导致步态不稳；性别对足底压力分布的影响无显著性意义，步速的影响则有显著性意义，身高、体重、体重指数与足底压力分布呈弱相关。［结论］ 中国正常人的足底压力分布具有独特性，本实验得出的数据可对临床足底压力分析工作提供参考。

【关键词】  正常　中国人　F-scan　足底压力　影响因素

    Analysis of the plantar pressure distribution of the normal Chinese adult // WANG Ming-xin, YU Guang-rong, CHEN Yan-xi, et al Department of Orthopaedics, Tongji Hospital of Tongji University, Shanghai 200065, China

    Abstract ［Objective］ To research the plantar pressure distribution of the normal Chinese adult ［Method］ The F-scan plantar pressure analysis system was used to collect plantar pressure distribution data of 100 volunteers who stand, walk, jog, go upstairs and downstairsThe plantar pressure distribution data of 5 kinds of physiological states, as well as influence of sex, height, body weight, body mass index and speed was analyzed ［Result］ There’s different characteristic between 5 kinds of states of the plantar pressure distribution in the Chinese normal adults There’s significant difference between static and dynamic In four dynamic motions, the gait of walk was stalest, and it became unstable if speed up and go upstairs or downstairs As for the influential factors of the plantar pressure distribution, there was non-significance of sex But the speed had the significance The height, the body weight, the BMI had weak correlation with the plantar pressure distribution ［Conclusion］ The plantar pressure distribution of normal Chinese adults has the distinctive quality The data obtained by this experiment, may provide the reference for the clinical plantar pressure analysis

    Key words：normal;Chinese;F-scan;plantar pressure;influential factor

    发达国家对正常人足底压力的分析起步早，国际著名的足底压力分析仪均在大样本调查的基础上建立了各自的数据库。近20年来国内对此研究虽然也取得了不少成果，但总体上看，国内在此领域仍处于模仿国外研究对国人进行分析的探索阶段。主要存在以下三个不足：某些学者使用的国产仪器难以得到广泛承认；数据缺乏较大的样本资料；研究的细致程度远不及国外［1］。因此，本实验旨在使用国际广泛承认的足底压力分析仪对100例国人进行5种生理状态的足底压力分析。现报道如下。

    1材料与方法

    11一般资料100例健康志愿者，均无下肢病痛史。考虑到年龄对足底压力分布的影响，选择20~30岁年龄段的健康成年人作为研究对象，因为他们是足病的少发人群。如表1：表1实验对象的基本情况(x-±s)男性女性总和年龄(岁)2469±1512348±1902413±179身高(cm)17324±58316244±49016824±764体重(kg)6883±6805250±6266127±1048人数505010012F-scan足底压力分析系统本院的F-scan便携式系统版本为Clinical 52 65。硬件包括平板式/鞋垫式传感器、压力转换器、数据接收器、线缆等；软件为基于Microsoft Windows(2000/XP)的压力显示和分析软件［2］。传感器的厚度为018 mm，平板式传感器(432 mm×368 mm)有2288个传感单元，每只完整未修剪的鞋垫式传感器有960个传感单元，呈矩阵式排列。

    13方法

    131实验前的准备向受试者说明需注意的问题后，对其步态训练，使其步态短期内达到实验要求。再对F-scan系统进行调试和校准：(1)收集时间定为8秒，收集频率为50帧/秒（慢跑为127帧/秒）；(2)使用国际通用单位：长度为cm，重量为kg，压力为kPa；(3)根据病人的体重进行校准。

    132足底压力分区取母趾(H)、第2~3趾(T2、3)、第4~5趾(T4、5)、第1跖骨头(M1)、第2跖骨头(M2)、第3~4跖骨头(M3、4)、第5跖骨头(M5)、中足(M)、足跟(C)九个部位分析，如图1。

    133分析过程分别使用平板式/鞋垫式传感器进行静态（赤足立正姿势站立）/动态（穿统一的鞋袜行走，慢跑，上、下楼梯）足底压力测量，每个受试对象测量3次。行走和慢跑的空间为20 m长的直通道，分别以80~120和180~240步/ min的速度水平匀速直线行走和慢跑；上、下楼的楼道，每阶的宽度足够以便足底与地面完全接触，以60~100步/ min匀速进行。

    14实验测试指标静态分析，测量九个部位的瞬间压力(pressure, P) 和接触面积(area, A)，及峰值压力(peak pressure，PP)；动态分析，测量平均峰值压力(averaging peak, AVG)和压力中心(center of pressure, COF)运动轨迹，指标的意义如表2。由于使用的仪器不同，实验方法、测试人群的选择等存在差别，国内外许多学者［3~10］报道的数据差别较大，因此收集足底压力数据后计算其百分比。表2测试指标描述指标名称指标描述单位瞬间压力(P)8秒钟的收集时间内，取第一帧的足底压力kPa接触面积(A)第一帧瞬间双足底面与平板的接触面积cm2峰值压力(PP)8秒钟，各部位的最大压力kPa平均峰值压力(AVG) *8秒钟，每个相的峰值压力的总和/相的数目kPa压力中心运动轨迹(COF)作用于传感器上的压力的中心，在一个步态周期内的动态变化* AVG为F-scan系统特有，是峰值压力的优化表现形式。系统通常将8秒钟分为6个相，可将AVG理解为6个站立相的峰值压力的平均值。

    15 统计学分析用SPSS 130软件包完成。数值变量取3次数据的平均值分析，分类变量（如COF）取最稳定的一次数据分析。正态分布数据以x-±s表示；非正态分布数据取自然对数，正态化后进行分析。两组间比较采用配对t检验（如双足间比较）或成组t检验（如性别的影响），多组间比较采用单因素方差分析；两因素间相关性分析采用Pearson相关分析（如身高、体重的影响）。P值显著性水准均为005。

    2结果

    由于数据量较大，限于篇幅本文仅以表格列出最后的实验结果，符号说明如下：P值<005记为*，P值<001为#。尽量配以统计图描述。

    21静态分析100例志愿者的瞬间/峰值压力和百分比及接触面积结果如表3和图2。

    22动态分析

    221动态足各部位AVG和AVG%如表4和图3。对4种运动方式及静态足底峰值压力进行LSD方差分析，结果见表4数据后的括号内标示符号，其中静态与4种动态的9个部位差别均有非常显著性意义(P值<001)。

    222压力中心运动轨迹(COF)如表5和图4。

    23影响因素关于四种动态方式，由于行走最具有代表性，故只选择行走与各影响因素作为分析指标。

    231性别对男、女性的足底压力数据作成组t检验(双侧，α=005)，结果如表6。表3静态足瞬间/峰值压力和百分比及接触面积表5动态足COF组别COF行走足跟→中足→第1-2跖骨间、第2跖骨或第2-3跖骨间→母趾或第1-2趾骨间慢跑足跟→中足→第1-2跖骨间、第2跖骨或第2-3跖骨间→第1-2趾骨间上楼足跟→中足→第1-2跖骨间、第2跖骨→母趾或第1-2趾骨间或第2趾骨下楼足跟→中足→第1-2跖骨间→第1-2趾骨间表6各因素对足底压力的影响组别部位（P值）性别站立

    232身高、体重、体重指数将足底压力与身高、体重、体重指数作Pearson相关分析，结果如表6。即使是正常人，由于体形不同，身高和体重的比例并不都在标准范围。为解决这一问题，引入体重指数(body mass index, BMI)，BMI=体重/身高2(kg/m2)。

    233步速结果如表5行走和慢跑的比较。

    3讨论

    31静态分析(1) 双侧足作配对t检验，仅第3~4跖骨头峰值压力差别有显著性意义(P值<005)。(2)瞬间/峰值压力分布结果为：足跟>第2跖骨头>第3~4跖骨头>第1跖骨头>第5跖骨头>母趾>中足>第2~3趾>第4~5趾。传统观点认为，由于足纵弓和横弓的存在，足由足跟、第1和第5跖骨头三点负重，但本实验显示第2~4跖骨头足底压力百分比均比第5跖骨头大。经典的三点负重理论更多的考虑骨性结构，即使是静态站立，足底压力分布不仅仅是由骨性结构决定，还取决于软组织的功能。(3)比较前、中、后足的负重百分比，由于足纵弓的生物力学作用，中足几乎不负重，前足（足趾和跖骨头）、后足分担了足的负重功能，其中前足负重更大。这不仅是因为立正时身体稍前倾，足纵弓传递重力、平衡负重的作用更应考虑。

    32动态分析

    321足底压力(1)双侧足底大多数部位AVG差别无显著性意义。(2)四种动态方式足底峰值压力分布结果相似：母趾、第1~4跖骨头、足跟负重大，第2~5趾、第5跖骨头、中足负重小。这更是对经典三点负重理论的进一步补充。在5种不同的状态（包括静态站立）下，足底压力分布会随着骨与软组织结构的功能变化发生细微的调整，以便适应不同的运动状态和外部环境。(3)不同的运动方式足底压力分布不同，行走、慢跑、上楼时前、中、后足的负重比例除前足有较小差别外，余无显著性差异，只是上楼时中足负重明显增加；下楼时后足负重明显减小，向前足转移。可见水平行走步态最稳定，加快步速或上、下楼步态出现不稳定。非水平运动（上下楼）较水平运动步态更不稳定。说明人们在日常生活、运动中应尽可能养成良好的步态，预防足病的发生；在疾病的康复训练中，应循序渐进的进行各运动方式的锻炼。

    322压力中心运动轨迹(COF)COF是评价步态稳定性极好的指标。行走COF最典型，加快步速出现偏差，非水平运动偏差更明显，以下楼最不典型。更进一步证实了前文得出的结论。

    33静、动态的比较(1)峰值压力：9个部位差别均有非常显著性意义(P值<001)，说明动态较静态足底压力明显增大，这是因为静态站立只有体重作用于足底，动态运动时除体重外还有人体动能做功产生的足底压力。(2)跖骨头：第1跖骨头的峰值压力百分比在站立时为1140%，行走和慢跑时增加为1351%和1842%；第3~5跖骨头在站立时为2198%，行走和慢跑时减少为1707%和1892%。这表明内、外侧纵弓既具有柔弹性，以便适应不同的运动状态，又具有坚韧性，以便适于运动时重力的传递，这两种性质在内侧纵弓表现的更好。(3)前、中、后足的比较：动态时负重的百分比前足明显增加，后足减小，据此说明后足向前足负重的转移是人体缓冲重力、维持平衡的生理现象。

    34影响因素从实验结果可看出，性别对足底压力无显著影响，身高、体重、体重指数与足底压力呈弱相关［1］。比较行走和慢跑的数据，可看出加快步速使足底压力增大。这有助于解释临床中的某些问题，如女性足病的高发生率可能是由后天因素造成的；对身高、体重、体重指数的分析，有助于理解体形对足底压力分布有一定程度的影响；对步速的分析有助于解释从事高速运动的运动员下肢疾病发病率较高的原因。图1足底压力分区示意图图2 静态足底瞬间压力图2a/峰值压力图2b百分比图3动态AVG%图44种动态方式COF示意图

4结论

    41主要结论(1)国内多名学者［3~6］报道了一系列中国正常人的足底压力分布数据，各有其特点，充分证明国人的足底压力分布具有独特性。本实验通过分析更多的运动方式和指标，来充实国人的数据库，补充和修正传统的观点，更好的解释临床问题、指导临床治疗和预防足病。(2)通过总结本实验的经验，可为今后正常人和足病患者的足底压力分析提供方法学的参考。

    42不足与展望(1)100例的样本含量与国外资料比较仍不够大，期待更大的样本；(2)测试人群的局限性：虽然选择20~30岁年龄段能避开下肢疾病的高发人群，但对整个正常中国人群的代表性不强，需扩大年龄段进行分析；(3)某些分析项目不够全面：如只分析了性别、身高、体重、步速，其他因素需进一步研究；(4)操作中选择部位的精确性不够可靠：对于解剖位点的选择不够准确是绝大多数足底压力分析系统存在的问题，需探索更好的取点方法；(5)需要国内多家单位合作，进一步完善国人数据库。

【参考文献】
  ［1］王明鑫, 俞光荣 正常人足底压力分析的研究进展［J］ 中国矫形外科杂志, 2006, 14: 1717-1719

［2］陈雁西, 俞光荣 F-scan足底压力步态分析仪临床应用现状［J］ 国外医学骨科学分册, 2005, 26: 187-189

［3］汤荣光 正常人足底静态和动态压力分布的测定［J］ 中国生物医学工程学报, 1994, 13: 175-177

［4］毛宾尧, 贾学文, 郑菲蓉, 等 行走和站立时足底应力分布研究［J］ 中国矫形外科杂志, 2002, 10: 1211-1213

［5］袁刚, 张木勋, 王中琴, 等 正常人足底压力分布及其影响因素分析［J］ 中华物理医学与康复杂志, 2004, 26: 156-159

［6］严励, 王永慧, 杨川, 等 非糖尿病人群足底压力的研究［J］ 中山大学学报(医学科学版), 2006, 27: 197-199

［7］Bryant A, Tinley P, Singer K Radiographic measurements and plantar pressure distribution in normal, hallux valgus and hallux limitus feet［J］ The Foot, 2000, 10: 18-22

［8］Pitei DL, Lord M, Foster A, et al Plantar pressures are elevated in the neuroischemic and the neuropathic diabetic foot［J］ Diabetes Care, 1999, 22: 1966-1970

［9］Scott G, Menz HB, Newcombe L Age-related differences in foot structure and function［J］ Gait and Posture, 2007, 26: 68-75

［10］Menz HB, Morris ME Clinical determinants of plantar forces and pressures during walking in older people［J］ Gait and Posture, 2006, 24: 229-236

作者单位：同济大学附属同济医院骨科