测试在小趾囊炎足底压力的应用和分析

1、Footscan 步态测试在小趾囊炎足底压力的测量与分析温建民 陈思 孙卫东 蒋科卫 孙永生 胡海威 梁朝 程桯 林新晓 吴夏勃中国中医科学院望京医院 北京 100102摘 要：目的 采用 Footscan 足底压力测试系统对小趾囊炎足进行足底压力测量及分 析研究，评价小趾囊炎足的生物力学特性。 方法2007年10月至 2008年12月我院小趾 囊炎患者，其中 20例 34足患者资料完整并获得随访。通过 Footscan 足底压力测试系统对 患者前足第 1 至第 5 跖骨头（ M1 M5）下动态峰值压力、压强和冲量指标进行测量和分析， 通过统计学处理及数据分析，研究小趾囊炎足的生物力学特性。结

2、果 小趾囊炎足底动态5 区域的各测量值（峰值压力、压强、冲量）的差异均有统计学意义 （P<0.05） 。动态各测量 值分布均为 M2、 M3、M5、M4、M1依次递减。第 4、5 跖骨峰值压强、峰值冲量的相关性有统 计学意义（ P<0.05 ），相关系数 r 分别为 0.36 和 0.53 ，证明第 4、5 跖骨动态峰值压强、 峰值冲量之间存在正相关。 第 5 跖骨与其余跖骨各测量值的相关性无统计学意义 （ P>0.05 ）。 患者的体重、鞋号与足底动态力学测量值的差异无统计学意义 （P>0.05）, 患者的年龄与足底 动态峰值压强 pp 的差异有统计学意义 （P<

3、;0.05） ，r=-0.48 ，呈负相关。 结论 Footscan 足 底动态力学测量可以较准确的反映小趾囊炎足底负重的变化， 小趾囊炎足存在第 5 跖骨头负 重增加，前足负重外移。第 4、5 跖骨足底力学存在一定相关性。关键词： 小趾囊炎；足；足底压力；测量 足底压力测试和步态分析作为一种基于生物力学原理， 能评估足部疾病， 提 供科学康复治疗的新方法已经逐渐被引入临床研究中。本研究采用国际先进的 Footscan 足底压力步态分析仪对小趾囊炎患者足底压力等指标进行测量及分 析，以综合评价该种方法对小趾囊炎的临床意义和生物力学特性。1 资料与方法1.1 一般资料：1.1.1研究对象自 20

4、07 年 10 月 2008 年 12 月，来自中国中医科学院望京医院小趾囊炎患 者，其中 20例34足获得随访，均为女性。年龄 17岁 72岁，平均 52.6岁。病 史1年45年，平均 10.7年。其中合并拇外翻畸形 19例 33足，类风湿病史 1 例 2 足，无明显原因者 1 例 1 足，合并第 5 跖骨头下胼胝者 14 例 23 足。 1.1.2测量设备采用比利时爱思康公司 Footscan 2004XL 1 米平板及 Footscan 2Dbox 数据 采集盒收集数据，应用 Footscan7.X 软件进行足底压力生物力学测试分析。该平板测试仪由 8192个独立的传感单元组成，每平方厘

5、米 4 个，采样频率 为 253HZ。1.1.3 病例纳入标准：目前国内外对于小趾囊炎还没有统一的诊断标准 1-5 。参照足踝外科学 及国外文献报道 2,5,6 制定的诊断标准，即有小趾囊处红肿、疼痛，行走或穿鞋时 疼痛加重或活动受限，伴有不同程度的小趾内翻畸形及胼胝体症状。X 线示：第 4-5 跖骨间角（ IM4-5 ）8°，小趾内翻角（ MPA） 10°， 第 5 跖骨外翻角（ LDA ） 3°。凡符合以上诊断标准、要求的患者均为纳入之列。1.1.4 病例排除标准：严重糖尿病病人 （空腹血糖高于 8mmol/L） ；严重类风湿性足；严重的神经损 伤及足部外伤者

6、；严重痛风性关节炎；其它结缔组织病病史者；自恋癖者；局部 皮肤有感染病灶者；合并严重脊柱、髋关节、膝关节、踝关节疾患者;严重的足软组织疾病；急、慢性感染性疾病病人不纳入本研究之列。1.2 研究方法：采用 Footscan 足底步态分析仪对小趾囊炎患者前足动态跖骨头下峰值压 力、压强、冲量进行测试分析与比较， 以评价该方法对小趾囊炎的临床意义及其 生物力学特性（图 1）。1.2.1 测试方法1.2.1.1 测试步骤1）在测试开始前，指导患者测试时需要注意的事项。如行走时足应落在测试面 板上，嘱患者以其正常步速行走等。2）测试时，在测试软件内除输入患者个人信息（性别、年龄、病史、联系方式、 检查情

7、况外） ，还要输入患者体重和鞋号大小进行传感器矫正， 以使测量值尽可 能接近真实值。3）动态行走测试时，受试者以其正常步态和平常速度直线前进，测量三次并记 录数据。1.2.1.2 分析方法对采集的步态数据通过 Footscan 7.X 测试软件进行前足足底力学分析， 将前 足测量区域依照跖骨的位置分为第 1、2、3、4、5 跖骨测量区域，分别用 M1、 M2、M3、M4、M5 代表跖骨头测量值。测试点以每次测量时各区域跖骨头达到最 大测量值为选取点。1.2.1.3 测量指标峰值压力( peak force)7 ：记录瞬间各区域传感器记录的最大压力值。以 PF 表示。峰值压强( peak pre

8、ssure)：记录瞬间各区域传感器记录的最大压强值。以 PP表示。峰值冲量( peak impulse )：记录瞬间各区域传感器记录的最大冲量值。以 PI 表示。图 1 双拇外翻畸形伴小趾囊炎患者前足第 2、 3、 5 跖骨头区显示压力增高 1.2.2统计学方法采用spss13.0软件进行数据统计分析。 将研究对象数据取测量的平均值作为 研究数据。对各动态测量值采用 t 检验，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。 多组间比较采用单因素方差分析， 两组间相 关性用 Regression Linear 回归方程进行检验。各测量值与体重、年龄、鞋号的 关

9、系采用 Pearson相关分析， P<0.05 为差异有统计学意义。2结果2.1 小趾囊炎患者力学动态各测量值及足底压力分布表1 小趾囊炎足动态足底测量值比较跖骨头下各测量值测量值NM1M2M3M4M5PF(N)3422.54 ±13.5757.414±0.2948.38 ±29.3924.13 ±11.9845.38 ±43.57PP(N/cm)3414.71 ±9.1741.162±7.4034.15 ±21.0615.79 ±7.6030.52 ±29.01PI(Ns)346.66

10、±4.4917.041±0.3815.30 ±8.317.99 ±3.8214.53 ±14.44本组20例34足患者除 1例外均伴有拇外翻畸形，动态足底 5区域的各测量 值(峰值压力、压强、冲量)的差异均有统计学意义 (P<0.05)。动态各测量值分 布均为 M2、M3 、M5、M4、M1 依次递减(图 2)。图2 20例(34足) 动态力学测量值分布M1M2M3M4M52.2.小趾囊炎第 5 跖骨相关性分析第5跖骨与第4跖骨峰值压强相关系数 r=0.36 ，决定系数R2=0.13 ，F=4.82，P<0.05，第5跖骨与第4跖骨

11、峰值冲量相关系数 r=0.53 ，决定系数 R2=0.28，F=12.23，P<0.05，证明在总体样本中第 4、5跖骨动态峰值压强、峰值冲量之间存在正相关。第 5跖骨与其余跖骨测量值的相关性无统计学意义 ( P>0.05)2.3 足底动态力学测量值与影响因素比较通过对足底动态跖骨峰值总压力、压强、冲量与体重、年龄、鞋号因素进行 比较，患者的体重、鞋号与足底动态力学测量值的差异无统计学意义 (P>0.05), 患者的年龄与足底动态压强峰值的差异有统计学意义 (P<0.05)， r=-0.48，呈负相 关。3 讨论3.1 生物力学测量3.1.1 测量方法的选择足底压力测量

12、技术 ,自 1882 年英国人 Beely 8率先研究以来 ,已经过上百年 的发展，足底压力测量作为当今步态研究、 足病诊断和运动鞋设计等领域的支撑 技术,其发展历经足印技术 (Pedography) 、足底压力扫描技术 (sole barograph) 、 力板 (Force Plate) 与测力台技术 (ForcePlatform) 、压力鞋与鞋垫技术 (In-shoe plantar) 9 。随着计算机技术的不断发展，以 Footscan 为代表的数字化三维足 底压力测试系统已成为当今国外用于足部疾病治疗和手术疗效评价的重要方法。 Footscan 足底压力步态分析仪可以对受试者的动态和

13、静态足底力学指标进 行测量及分析， 研究者可以根据自身需要选定测量区域及测试点， 通过数以千计 的独立压力传感器的测量， 可更加精确的测量足底力学指标及其分布， 使其更加 接近真实值。对于足底压力采用静态测量还是动态测量目前还没有统一标准 7，10-11。Minns R.J12等对类风湿性关节跖痛病人与正常人的足底压力测量分析后指出, 在静态站立时,足的最大压力分布无明显差别 ,但在行走时 ,正常足在趾离地前的最大压 力多集中在前足中部 , 而病足在趾离地前的最大压力多集中在前足外侧。笔者通 过前期研究认为某些足底疾病在静态测量时足底压力分布并无明显差别， 但在动 态测量时则有明显差异。 测量

14、方式的选择应该根据足部的发病原因和机制进行选 取，在对小趾囊炎的研究发现， 该病的发生主要与患者行走时小趾外侧受到鞋袜 反复挤压和摩擦有关。因此，本研究通过采用 Footscan 动态力学指标分析小趾 囊炎患者在行走时足底力学分布及其临床意义。3.1.2测量指标 目前，国内对于前足力学测量及分布主要采用压力指标，包括瞬间压力、 峰值压力、 平均峰值压力等 13-15。峰值压力能够反映测试瞬间跖骨头下各传感器 的最大压力， 选取推进期跖骨头下最大值进行测量和分析， 能够评价患者足底出 现最大压力时的大小、 分布及手术的临床疗效。 除对峰值压力进行测评外， 还加 入了峰值压强和冲量的研究。 峰值压

15、强能反映在测试瞬间足底压力对单位面积的 作用效果， 是研究力与作用面积的重要指标。 在临床力学研究中， 除了力和压强 外，力对质点作用一段时间的积累效应即冲量也有着重要的临床意义， 是研究足 部持续应力损伤的重要指标。 三者相互结合， 能够更全面的反映足底各跖骨头负 重区的生物力学效应，可综合评价该种疾病的生物力学特性及其临床意义。3.1.3 测量分区本研究根据跖骨的解剖特点分为 5区。由于本组小趾囊炎患者多伴有拇外翻 畸形，考虑到该畸形对小趾囊炎力学测量可能产生的影响，将各跖骨分为独立 5 区进行测量和比较，能更精确反映小趾力学变化与其余 4趾之间的关系。3.1.4 影响因素本研究患者均为女

16、性， 性别差异对力学测量值的影响可以忽略。 体重、鞋号 与足底动态力学测量值的差异无统计学意义。 患者的年龄与足底动态峰值压强的 差异呈负相关。本组患者平均年龄为 52.6 岁，老龄患者足部肌肉力量弱，行走 速度慢，造成行走时足底对测试面板的压力小，接触面积增大有关。3.2 生物力学评估正常人前足由 5个跖骨头和两枚籽骨组成，任何前足畸形及应力损伤都会影 响足弓的负重和应力的分布。根据国内相关文献报道 5,7,10,13,14，认为正常足和拇 外翻足第 5跖骨负重应为前足最小。 本组小趾囊炎患者明显存在第 5跖骨负重增高 的问题(M5>M4>M1)笔, 者认为第 5跖骨负重增加是导

17、致小趾囊炎疼痛的原因之一， 考虑其与足底胼胝体的形成和第 5跖骨外翻导致外侧纵弓塌陷有关。本组患者同 时伴有拇外翻畸形，第 1跖骨内翻及跖籽关节脱位会导致前足第 2、3跖骨头负重 增加，综合表现为动态各测量值 M2、M3、M5 、M4、M1依次递减，足底跖骨负 重外移。通过对第 5跖骨测量值与其余跖骨测量值两两相互比较及相关性分析， 第 5跖骨峰值压强和冲量与第 4跖骨呈正相关，说明第 5跖骨力学的改变会对第 4 跖骨产生一定影响。综上所述， Footscan 足底动态力学测量可以较准确的反映小趾囊炎足底负 重的变化，对于临床研究评价可靠。 小趾囊炎足存在第 5跖骨头负重增加， 前足 负重外移

18、。第 4、5 跖骨足底力学存在一定相关性。参 考 文 献：1 温建民 , 孙卫东 , 陈思等 . 微创截骨治疗小趾囊炎 . 中国矫形外科杂志 ,2008,16:1784-1786.2 A Ajis, M Koti ,N Maffulli. Tailor 'bsu nion: a review. J Foot and Ankle Surgery, 2005 , 44:236-245.3 宋进臣 , 黄淑珍 , 彭明学等 . 北京地区足部 X 线片测量的临床意义. 中国矫形外科志,2002 ,10:903-905.4 BE Cohen, CW Nicholson. Bunionette d

19、eformity. J Am Acad Orthop Surg, 2007 , 15:300-307.5 王正义主编 . 足踝外科学 . 北京：人民卫生出版社 ,2006.507 -508.6 D Karasick. Preoperative assessment of symptomatic bunionette deformity: radiologic findings. AJR Am J Roentgenol, 1995,164: 147-149.7 毛威 .Ludloff 截骨术治疗拇外翻对前足底压力的影响D. 首都医科大学 ,2007:13.8 Murray MP. Gait as a tota