青年女性穿不同高跟鞋自然行走的步态研究

目的研究不同高跟鞋给青年女性步态带来的影响,为高跟鞋的设计提供科学量化的理论依据。方法常速摄像和footscanUSB平板测试系统相结合,对10名平均年龄(19.2±0.42)岁的青年女性进行裸足及穿不同高跟鞋行走时步态的同步测试,比较分析几种情况下的运动学和动力学参数。结果(1)随着鞋跟的增高,步速、步长、步频以及下肢关节角度都减小;(2)随着鞋跟的增高,支撑期、双支撑期占步态周期百分比增大,摆动期占步态周期百分比减小;(3)随着鞋跟增高,足前掌压力峰值越来越大,足前部和足中部的冲量所占相对百分比值也越大;(4)行走时的步态特征不仅与鞋跟高度有关,还与鞋跟的粗细有关。结论穿高跟鞋行走极易造成足部疲劳、疼痛甚至损伤,或造成足的发育畸形。     

高跟鞋与足部跖间应力关系的有限元分析

目的 研究穿着高跟鞋时前足跖间组织的应力变化,为跖间神经瘤诱发机制的定量分析和相应治疗方案提供参考。方法 通过已验证的足-踝-高跟鞋有限元模型平台,分析足部在0、2.54、5.08、7.62 cm［0、1、2、3″（英寸）］4种不同跟高高跟鞋平衡站立以及穿5.08 cm跟高高跟鞋行走时步态周期内的跖间组织应力大小及趋势。结果 随着鞋跟高度的增加,跖间组织应力明显增加,穿7.62 cm跟高高跟鞋时第3、4跖间组织受力是穿平跟鞋的312%。穿5.08 cm跟高高跟鞋行走时,在蹬地期第3、4跖间组织的受力最大,达到90 kPa,与临床最常见的跖间神经瘤发病部位相符。结论 穿着高跟鞋明显增加跖间组织的应力,鞋面横向挤压导致第3、4跖间组织受力最大,最容易导致跖间神经瘤的发生。     

高跟鞋与足部跖间应力关系的有限元分析

目的研究穿着高跟鞋时前足跖间组织的应力变化,为跖间神经瘤诱发机制的定量分析和相应治疗方案提供参考。方法通过已验证的足-踝-高跟鞋有限元模型平台,分析足部在0、2.54、5.08、7.62 cm[0、1、2、3″(英寸)]4种不同跟高高跟鞋平衡站立以及穿5.08 cm跟高高跟鞋行走时步态周期内的跖间组织应力大小及趋势。结果随着鞋跟高度的增加,跖间组织应力明显增加,穿7.62 cm跟高高跟鞋时第3、4跖间组织受力是穿平跟鞋的312%。穿5.08 cm跟高高跟鞋行走时,在蹬地期第3、4跖间组织的受力最大,达到90 k Pa,与临床最常见的跖间神经瘤发病部位相符。结论穿着高跟鞋明显增加跖间组织的应力,鞋面横向挤压导致第3、4跖间组织受力最大,最容易导致跖间神经瘤的发生。     

高跟鞋与足部跖间应力关系的有限元分析

目的 研究穿着高跟鞋时前足跖间组织的应力变化，为跖间神经瘤诱发机制的定量分析和相应治疗方案提供参考。方法 通过已验证的足-踝-高跟鞋有限元模型平台，分析足部在0、2.54、5.08、7.62 cm［0、1、2、3″（英寸）］4种不同跟高高跟鞋平衡站立以及穿5.08 cm跟高高跟鞋行走时步态周期内的跖间组织应力大小及趋势。结果 随着鞋跟高度的增加，跖间组织应力明显增加，穿7.62 cm跟高高跟鞋时第3、4跖间组织受力是穿平跟鞋的312%。穿5.08 cm跟高高跟鞋行走时，在蹬地期第3、4跖间组织的受力最大，达到90 kPa，与临床最常见的跖间神经瘤发病部位相符。结论 穿着高跟鞋明显增加跖间组织的应力，鞋面横向挤压导致第3、4跖间组织受力最大，最容易导致跖间神经瘤的发生。     

上、下楼梯步态参数变化特征研究

目的采集上、下楼梯过程中健康人体下肢运动学、动力学功能参数,为外骨骼助行器实现上、下楼梯这一运动形式的步态轨迹设计和驱动元件选型提供数据支持。方法设计常规楼梯实验装置,利用三维运动捕捉系统和三维测力台系统同步测量方法测量上、下楼梯时踝、膝、髋关节运动信息,应用SPSS统计软件和Origin绘图软件分析下肢运动特点,并对比分析上、下楼梯时下肢的功能参数。结果通过实验获得健康青年人在上、下楼梯时下肢关节在矢状面关节角度、关节力矩随步态变化规律及活动极限值,上楼时踝、膝、髋关节角度依次为-10.66°~13.26°、6.85°~88.92°、1.31°~50.18°,下楼时踝、膝、髋关节角度依次为-37.42°~27.18°、9.83°~95.53°、8.01°~31.62°。上、下楼梯时所需最大踝、膝、髋关节力矩依次为1.788、1.121和0.946 N·m/kg。结论上、下楼梯时人体下肢步态参数随步态变化趋势与关节运动范围显著不同。助行器步态规划要针对上、下楼梯单独设计,驱动元件的选型上要满足上、下楼梯时各关节的最大力矩需求。     

模拟低重力下步态行走的下肢生物力学分析

目的研究重力水平对步态行走时下肢关节运动的影响规律。方法设计一种可随动悬吊式低重力模拟装置用于不同重力水平的模拟,利用运动捕捉系统和三维测力台对12名受试者在正常重力(1 G)、火星重力(1/3 G)及月球重力(1/6 G)下步态行走时下肢关节运动参数进行测量。结果重力水平降低后,髋、膝关节矢状面的活动范围显著减小(P0. 01),踝关节矢状面的活动范围显著增加(P0. 05),1 G重力下髋、膝关节、踝关节矢状面的活动范围分别为45. 2°、67. 7°、32. 5°,1/6 G重力下髋、膝、踝关节矢状面的活动范围分别为25. 1°、50. 8°、42. 4°。低重力环境下,下肢关节在矢状面上的关节力和力矩明显减小(P0. 01)。结论本研究得到的低重力下步态行走规律与以往使用跑步机得到的研究结果大体相同。航天员在地面可以使用跑步机在低重模拟装置的帮助下开展针对性的月面行走训练。     

高跟鞋对行走中女性躯干、下肢的力学影响

通过探讨高跟鞋对行走中女性躯干、下肢的生物力学影响,可以为设计更符合人体运动功能的高跟鞋提供理论依据.通过总结本文得出高跟鞋对女性的常见损伤有扁平足、足趾畸形、踝关节扭伤、膝关节炎、腰背酸痛;穿高跟鞋行走的步态特征是步幅小、步速慢、周期长、重心起伏大、单支撑时相缩短;其力学特征有足底受力不均匀、踝关节受力减少、膝关节内压力增大、下肢肌肉肌力变小、脊柱负荷加大等.总之长期穿高跟鞋行走对女性躯干、下肢产生许多不利影响,因此建议女性平时尽量少穿高跟鞋.     

足部跖趾关节约束对人体步态稳定性的影响

目的 研究足部跖趾关节约束对人体步态稳定性的影响。 方法 在水平湿滑试验台上进行足部跖趾关节有、无约束两种状态下的步态实验,分析时空步态参数、运动学参数、动力学参数以及利用摩擦因数( utilization coefficient of friction,UCOF)差异。 结果 跖趾关节有约束状态下,人体行走平均步速减小 50 mm/ s,跨步长度缩小0. 22 m,双支撑相时间缩短 70 ms;跖趾关节约束会使髋、膝关节在矢状面内的活动范围显著增大,而踝关节活动范围减小。 同时,跖趾关节约束状态 UCOF 幅值是无约束状态的 1. 15 倍,表明人体滑跌的概率增大以及行走不稳定性增加。 结论 足部跖趾关节约束会降低行走稳定性。 研究结果为足部趾屈运动康复设备的研发提供数据和理论支持     

骨水泥型与非骨水泥型全膝关节置换后的步态差异

背景：全膝关节置换已经被证明是一种有效治疗膝骨性关节炎的方法,但是不同类型的全膝关节置换假体固定方式术后所产生的膝关节下肢生物力学差异至今仍不明确。 目的：通过三维步态分析骨水泥固定和非骨水泥固定两种不同的全膝关节置换术后患者的膝关节生物力学差异。 方法：分别选取骨水泥型全膝关节置换以及非骨水泥型全膝关节置换患者各16例,通过测力台以及三维步态分析系统比较2组患者术前以及术后3个月的膝关节生物力学变化并进行对比。 结果与结论：与手术前相比两组患者术后步速及步长均明显增加,支撑相在整个步态周期中的百分比明显减小, 膝关节屈在支撑相及摆动相中最大屈曲角度均明显增加,膝关节外翻角度增加。两种患者术后膝关节内翻角度以及膝关节内收力矩均明显减小。提示,骨水泥型与非骨水泥型全膝关节置换术均能有效改善膝骨性关节炎患者的步行能力以及下肢关节功能,两者间未见明显生物力学差异。     

小腿截肢患者不同路况下膝关节动态载荷研究

研究截肢患者行走过程中的膝关节动态载荷是膝关节损伤康复和假肢设计的基础。本研究以小腿截肢患者为研究对象,建立了膝关节动态载荷三维计算模型,通过平地行走、上、下楼梯三种路况下的步态分析,对一个步态周期内的膝关节载荷进行了计算分析。结果表明,各种路况下患者的步态特征和膝关节载荷各不相同,虽然总体变化规律基本一致,但上下楼梯时的小腿运动范围、地面反力和膝关节载荷比平地行走时幅值较大。这些定量分析结果为小腿截肢患者步态分析和假肢设计提供了理论依据。     

基于有限元模型分析不同蹬冰角度足踝部应力分布差异

目的 模拟仿真不同蹬冰角度足踝部的应力,通过优化分析得到合理的蹬冰角度与足踝部应力的定量关系。 方法 建立冰球鞋-足踝耦合有限元模型,三维拍摄获取冰球运动员的运动学参数进行模型验证与约束,计算对比 分析不同角度蹬冰动作的足踝部应力,构建多目标优化函数模型。 结果 在相同蹬冰角度下,胫腓骨应力最大,距 下关节应力次之,第 1 跖趾关节应力较小,足底筋膜应力最小。 随着蹬冰角度的减小,足踝部应力单调递增,胫腓 骨和足底筋膜应力变化幅度大,距下关节和第 1 跖趾关节应力变化幅度较小。 结论 在冰球运动启动阶段蹬冰过 程中,蹬冰角度与足踝不同部位应力呈反比例关系。 最佳蹬冰角度取决于对滑冰速度的期待值,如果给定速度与 应力承受之间的偏好系数,可通过优化方法计算出最优蹬冰角度。     

老年鞋舒适性和安全性的生物力学研究

目的 对老年男性在穿着实验改良鞋进行快走运动时的鞋舒适性和安全性进行评估,为老年鞋具的设计提供数据参考。 方法 16 名 55~ 65 岁男性受试者穿着 3 款不同老年运动鞋,使用视觉模拟评分法( visual analoguescale,VAS)和足底压力参数从主观舒适性和生物力学进行综合评价。 使用垂直地面反作用力( vertical groundreaction force, vGRF)、压力中心(center of pressure, COP)位移和摩擦因数分别从冲击衰减特性、步态稳定性和鞋防滑性三方面对老年运动鞋的安全性进行评价。 结果 在第 2 ~ 5 趾骨区,B 鞋的平均压力、峰值压强均显著低于 A 鞋;在第 2~ 4 跖骨区,B 鞋峰值压强显著低于 C 鞋;在第 5 跖骨区,C 鞋平均压力、峰值压强均显著低于 A、B 鞋;在足弓内侧区,C 鞋平均压力显著高于 A、B 鞋;外侧区,B 鞋平均压力显著低于 C 鞋,峰值压强显著低于 A 鞋。 3 双鞋 vGRF 第 1 峰值力存在显著性差异;B 鞋 vGRF 第 2 峰值力显著低于 C 鞋。 C 鞋足底 COP 在从触地到 vGRF 第 1峰值力产生时间段内左右方向上的位移变化量(COPX-LR)显著高于与 A、B 鞋,而在整个支撑期左右方向上的位移变化量(COPXD)显著高于 B 鞋。 B 鞋脚掌蹬伸摩擦因数峰值显著高于 A、C 鞋,C 鞋着地阶段峰值时刻显著慢于 B 鞋。 结论 B 鞋安全性较高,但仍需进一步的改进以减少第 5 趾骨区的足底压力。 在设计老年人鞋具时,为达到减震缓冲效果而仅采取厚底设计,可能会给老年人的步态稳定性带来负面影响。     

神经肌肉疲劳前后运动鞋对下肢落地冲击的生物力学影响

目的探讨神经肌肉疲劳前后缓冲型运动鞋对落地动作下肢冲击力特征,以及对运动学和动力学的影响。方法比较15名篮球专项运动员在疲劳干预前后,穿不同缓冲性能的运动鞋从60 cm高落地时的冲击力、负载率、下肢运动学、关节力矩、关节/下肢刚度等。结果疲劳前高缓冲鞋仅使后跟处负载率峰值减小,且到达后跟负载率时间比对照组更短。疲劳后高缓冲鞋显著减小后跟处冲击力峰值、负载率峰值和前脚掌的负载率峰值,同时显著延长到达冲击力和后跟负载率峰值的时间;穿高缓冲鞋使得踝关节触地角度、最小角度显著增大。在下肢刚度、踝关节峰值力矩和刚度方面两组鞋并未发现显著性的改变。结论在疲劳后,当人体下肢神经肌肉控制策略减弱时,高缓冲鞋能够有效地衰减冲击,进而有利于避免或减小潜在的冲击性运动损伤。     

不同运动鞋舒适性差异及对篮球典型动作足部受力特征影响

目的探讨穿着不同篮球专项鞋在不同篮球典型步法中足部受力特征和专项鞋舒适性之间的关系。方法利用Kistler三维测力台和Medilogic鞋垫式足底压力测试系统采集并比较12名篮球专项运动员分别穿着两款篮球鞋(L、N鞋)在完成3种篮球典型步法(侧滑步、90°变向跑、3步上篮)的受力特征,包括冲击力峰值、最大负载率、足底压力峰值等;并采用主观舒适度量表对完成3种步法时两款鞋舒适性进行评分。结果 3种典型步法中两款鞋在冲击力方面无显著性差异,L鞋足部压力在侧滑步和3步上篮中比N鞋更小;在舒适性方面,N鞋显著优于L鞋,主要表现在鞋舒适性喜好程度(后跟稳定性、后跟响应、前掌缓冲、后跟缓冲和总体印象)和强度(前掌缓冲和后跟缓冲)方面存在显著性差异。结论两款篮球鞋仅在足底压力和舒适性评价上存在较大差异,但并没有一款鞋在两种评价中都表现更优异,提示在全面设计和评价专项鞋时应兼顾鞋本身的生物力学特性和运动员的主观评价。     

跑鞋与着地方式对跑步损伤的影响

长跑是骨骼肌肉系统损伤发病率最高的运动健身项目之一,与跑鞋和着地方式有很大关系。在百链云图书馆和谷歌学术数据库中检索有关跑鞋和着地方式与跑步损伤关系的生物力学研究,最终选择42篇进行文献综述,发表时间为1981~2016年。跑鞋所宣称的缓冲和动作控制的作用并未得到证实,裸足跑作为更自然的跑步方式得到提倡。前脚掌着地的跑步方式对膝关节的损伤更小,但踝关节和跖骨的负荷较大;后跟着地则相反。因此,跑步者应根据自身情况选择适合的跑步方式。但转变跑步方法对跑步者下肢生物力学特征的影响尚未明确,这方面的研究会对跑步者转变跑步方式提出更好的建议。