【曼氏足踝-第5讲】足踝部的生物学机制——足底压力测量的影响因素

2016-10-11   文章来源:国际足踝联盟 摘自《曼氏足踝外科学》    点击量:1118 我要说

  许多测量数据的差异性往往会影响到最终的测量结果。在测量仪器、方法学、患者因素或分析方法存在误差的情况下得出临床或基础研究的重要结论,依赖于对这些误差影响实验结果的程度的充分理解。测量仪器的误差原理如4讲所述,其余的误差包括方法学、患者因素或分析方法的误差。

  影响因素之一:步速

  在步行中,步速会影响到足底压力的大小。垂直方向力的峰值压力以及前后方向的作用力的大小与步速呈正相关,与压力•时间乘积呈负相关。

  步速提高时,足跟部、内侧跖骨头以及第一足趾的峰值压力增大,而第五跖骨头的峰值压力减小。

  上述现象是由于步速增大之后的后足外翻以及随足跟着地的频率增加而导致内侧压力分布增加。

  步速的提高同样对时间参数产生影响。在步速增大后,足跟部达到峰值压力所需的时间较正常情况下缩短,而中足和前足的时间不变,也提示步速的增大是通过减少从足跟着地到全足平放的时间来实现的。

  为了消除在测量中步速因素对测量结果的影响,在测量中往往会要求受试者保持一个固定的步速或以其正常情况下的步速行走。

  影响因素之二:测试平台与地面差异

  当受试者为了匹配测试地板区域而对自己的步长做出调整时,测量结果相对于正常步态模式会出现误差。为了最小化此类因素的影响,可将测试平台与地面齐平,并在其上覆盖一层很薄的标准地板来将之隐藏。

  传统的中步(midgait)测量是使受试者在正式踏上测量板前提前开始步行。三步或两步的提前步行比较理想,而一步的实验结果并不理想。

  影响因素之三:步态类型

  测量结果的差异性同样与步态的类型有关。例如,站立时足底压力的测量结果与步行时存在差异性。不同的步态姿势同样会对足底压力的测量结果产生影响。步态模式的改变可见于一些特殊的情况,如踝关节骨折术后患者或并发膝关节疾患的患者等。

  影响因素之四:测量体系标准的差异

  测量体系标准的差异同样会引起测量结果的差异性。只有对不同的测量体系进行规范化才能对各测量体系进行横向比较。

  不同类型的传感器的输出结果标准也存在差异性,如鞋内置入式的传感器测量体系会受温度以及置入测试的次数影响。同一传感器在同一条件下多次测量的结果可达20%的误差。

  上述测量数值可能随时间的增长而存在一定的抵消机制。此类测量适用于以描述压力分布为目的的定性研究,但如果需要精确测量,则需要一个校准系统对仪器进行实时的校准。

  影响因素之五:数据的分析方法

  此外,数据的分析方法也存在差异性。足底压力可以用整个足底平面的受力来表示,但该方法的实用性较低,原因在于步态周期中足底不同区域的受力各不相同。

  影响因素之六:受试者的个体化差异

  受试者的个体化差异也会导致测量数据的变异性。儿童的足部由于各受力区域未分化成熟而相似度较高,因此与成年人有着截然不同的受力模式以及较低的峰值压力(见图1)。

  图1特定区域峰值压力的分布:足跟部着地的冲击力,中足较小的压力,向跖骨头方向逐渐增大的压力以及体重转移至大脚趾时的压力。

  影响因素之七:人种

  由人种差异导致的关节力矩与前足压力的差异已在糖尿病导致的神经性病变患者身上得到了证实。该类患者的显著特点在于静止或运动时足底受到的垂直作用力增大,而其他方向的受力与正常人尚无差别。

  影响因素之八:足底的形态

  足底的形态也是影响足底受力的因素之一,如高弓足患者中足的受力特点与大小以及其后足的外翻程度,与扁平足患者有较大差异。在跑步期间,当机体出现疲劳后,其步速降低,后足的峰值压力、冲量以及中足的压力也会出现减小。

  在后足融合术后的患者中,可观察到其足跟在着地时受到更大的冲击力。这可能与术后跟骨在足跟着地后无法外翻有关。

  体重对于足底压力的直接影响也许并没有想象中的那么高。

  尽管有研究表明体重与步行时垂直方向的作用力相关,但许多研究证实二者相关性不大。儿童的体重与足底压力的相关性更为明显,并且相比于成人在足底峰值压力方面更有决定性。而儿童体重与足底压力相关性最大的受力区域位于第四跖骨头部,而成人可能是第四跖骨头或中足。此外,受试者足底承重的空间区域同样存在差异性。在足跟着地后,前足的承重区域可能更偏内或偏外,从而使各跖骨头同时或依次受力。对于上述承重模式,一系列分类系统对其进行了划分,且衍生出许多不同的生物力学理论来对这种不同的承重模式进行阐述。最后,受试者行走中的每一步均存在一定的固有变异性,该差异性可从不到垂直足-地接触力大小的1%随时间推移而变得更大,进而对测量结果产生更大的影响。同一测量条件下测出的结果可产生10%的误差,因此至少三次的测量并取其平均值有助于降低此类误差。

  Tips:如何减少测量数据的差异性

  对足底进行更加细致的区域划分,并记录这些区域在步态周期中的峰值压力所得出的分析结果更有意义。足跟部通常作为一个单独的区域进行测量,但实际上还可以进一步将其划分为内侧区、中间区以及外侧区。中足的峰值压力往往对如摇椅底足(rocker-bottom)等病理情况的研究更有价值,且可将足分为扁平足、正常足以及高弓足三类。第五跖骨基底部可划入中足区域或单独作为一个受力区域。目前不断改良的传感器技术已经可以对单独的跖骨头以及其对应的足趾的的压力值进行测量。当前的足底压力区域划分仍需人工进行,且重复操作率高,若由一位权威专家对其进行统一定义可降低测量结果的变异性。



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