從足底受力情況看踏痕分析年齡的可靠性研究

李 冬， 廖舉峰， 初 凱， 時 光

(1.吉林警察學院， 吉林長春 130117； 2.肇慶市公安局， 廣東肇慶 526060)

從足底受力情況看踏痕分析年齡的可靠性研究

李 冬1， 廖舉峰2， 初 凱1， 時 光1

(1.吉林警察學院， 吉林長春 130117； 2.肇慶市公安局， 廣東肇慶 526060)

從足跡踏痕與各個年齡段之間的關系進行研究，利用足底步態(tài)分析系統(tǒng)收集不同年齡段的足跡樣本，分析歸納出足跡踏痕在不同年齡段反映出的變化規(guī)律，得到踏痕分析年齡的可靠性，為依靠足跡進行年齡分析提供參考。

踏痕; 年齡分析; 可靠性

0 引言

踏痕位于足跡后跟部，是反映落足階段的主體特征。踏痕形狀多呈弧形，痕起緣位于足跟后邊緣，其中點稱為落足點；踏痕止緣呈弓弦形，位于踏痕起緣前方，落足結束的瞬間形成踏痕止緣和垂直支撐階段開始的瞬間形成的跟壓痕后緣基本重疊。踏痕的起緣與止緣在跟后外緣有一交匯點，即踏痕的躍變點。踏痕的落足點至躍變點的距離長度即踏痕的半徑。根據落足位置的不同，踏痕分為外踏、偏外踏、正踏、偏內踏、內踏。踏痕出現(xiàn)的位置與落足部位是一致的。

踏痕的反映與人的年齡、行走速度、步幅大小、鞋底軟硬、承痕客體的性質有關。一般來說，人的年齡小其落足位置就高，所產生的踏痕面積就相應的小；如果是小個子邁大步時，其所造成的踏痕就會很明顯；如果是鞋底材質比較軟時，其所造成的踏痕就會變模糊。

1 足跡踏痕對年齡進行分析的可靠性

隨著人的年齡的增長，人的重心穩(wěn)定的能力會有所下降，人的肌肉強度和韌帶強度會下降，為了能夠正常行走，人體自身會進行適當的自我調整，加大動力臂和阻力臂的比例。因此，落足部位壓力的作用點會逐漸向后移動，導致了躍變點的位置由靠近足后跟處向上側移動。隨著年齡的不斷變化，所產生踏痕躍變點位置是由內向外轉移的。由此我們就可以根據踏痕躍變點所在的位置對人的年齡大概進行判斷。

用踏痕的半徑分析年齡，主要是通過受力點位置的確定。在各類足跡中，不同客體受到落足的踏壓力后，產生的痕跡特征反映是不一樣的。一般根據足跟區(qū)物質聚集形成的凹凸壓擦痕，再結合足跟的磕痕、擦痕、推痕等伴生痕跡出現(xiàn)的情況來確定踏痕的落足點和躍變點。與此同時，由于踏痕等步態(tài)特征主要與個體的身體、生理結構和行走習慣相關，因此，我們在實驗中借助足底壓力分析設備，盡量減少鞋種對踏痕的影響，而更多對足底受力位置、范圍等做了一些探討，從中找出踏痕分析年齡的可靠性。

2 利用足底步態(tài)分析系統(tǒng)對踏痕的研究

2.1 步態(tài)分析系統(tǒng)

步態(tài)分析是指運用力學基本概念與人體解剖學、生理學知識，系統(tǒng)地測量、描述人體運動，對人體行走功能進行對比、量化分析的一種生物力學研究方法。本次論文將采用的實驗儀器是Footscan步態(tài)分析系統(tǒng)。其傳感器的密度高達4個/cm2，最高能用每秒500 Hz的動態(tài)掃描頻率高速掃描足趾、足底、足跟等足底各部位的壓力分布情況，并詳細測量、記錄、計算足底壓力的動態(tài)變化信息。進行測量時，測試者在FootScan足底壓力傳感器的測力平板上正常地行走，傳感器接收到壓力信號后，把壓力的數據傳輸到計算機內進行分析，形成整個行走過程的不同時段的壓力作用圖并在計算機上顯示出來，以便進行左右足底壓力同步分析。

2.2 實驗數據的記錄

本次實驗共有30名不同年齡段(20～30、30～40、40～50)的實驗者，每個年齡組的各10名測試者穿同一批次的皮鞋在足底壓力測試板上依次正常行走，利用足底步態(tài)分析系統(tǒng)多次采集足底力學信息。為保證實驗數據的準確，試驗中只采集2米長的測力板上左右各一枚且相對穩(wěn)定下的足跡樣本。本文以皮鞋為例觀察足底壓力、壓強的數據變化來觀測和尋找足跡踏痕特征相應的變化，通過科學的數據處理分析方法，得出數據與年齡之間的相關性；通過對皮鞋的踏痕觀察的比對研究，來驗證利用踏痕分析年齡段的可靠性，從而為現(xiàn)場足跡分析中踏痕特征的觀測以及踏痕特征的選用提供正確的方法。

3 實驗數據采集與分析

選擇30名男性，其中每個年齡段的測試者各10名，依次編號1～10，受測試者均身體健康，沒有足部疾病，行走沒有明顯的特殊姿勢，均按照平時的行走動作進行測試。測試者人身信息如表1所示。

表1 實驗對象基本信息

利用足底壓力分析系統(tǒng)導出10名測試者足底壓強峰值進行分析。對每組的10名測試者的左右足跡足底壓強峰值進行統(tǒng)計分析數據如表2、表3所示。

表2 20～30歲穿皮鞋左腳足底壓強峰值分布 單位：N/cm2

表3 20～30歲穿皮鞋右腳足底壓強峰值分布 單位：N/cm2

從表中信息可以看出，20～30歲穿皮鞋足底壓強峰均值大小為：足跟區(qū)>第一跖趾區(qū)>第二跖趾區(qū)>第三跖趾區(qū)>第四跖趾區(qū)>第五跖趾區(qū)；變異系數大小為：第五跖趾區(qū)>第四跖趾區(qū)>第二跖趾區(qū)>第三跖趾區(qū)>第一跖趾區(qū)>足跟區(qū)，這說明20～30歲年齡段的人穿皮鞋足底壓強峰值在足跡痕跡形成的每個階段，足跟區(qū)與第一、二跖趾區(qū)所在連線范圍的區(qū)域比較大，且壓強峰值大小比較穩(wěn)定。以20歲為例壓強峰值分布與對應的捺印痕跡形態(tài)樣本如圖1，圖2所示。

對30～40歲一組的10名測試者的左右足跡足底壓強峰值進行統(tǒng)計分析數據如表4、表5所示。

圖1 20歲左右腳壓強峰值分布圖

圖2 20歲左右腳捺印樣本

從上表可知，30～40歲穿皮鞋足底壓強峰均值大小分為：第二跖趾區(qū)>第三跖趾區(qū)>第四跖趾區(qū)>足跟區(qū)>第一跖趾區(qū)>第五跖趾區(qū)；變異系數大小為：第五跖趾區(qū)>第一跖趾區(qū)>第四跖趾區(qū)>第三跖趾區(qū)>第二跖趾區(qū)>足跟區(qū)，這說明30歲人穿皮鞋的足底壓強峰值在足跡痕跡形成的每個階段，足跟區(qū)與第二、三跖趾區(qū)所在連線范圍的區(qū)域相對比較大，且壓強峰值大小比較穩(wěn)定。壓強峰值分布如圖3所示。

對40～50歲一組的10名測試者的左右足跡足底壓強峰值進行統(tǒng)計分析數據如表6、表7所示。

表4 30～40歲穿皮鞋左腳足底壓強峰值分布 單位：N/cm2

表5 30～40歲穿皮鞋右腳足底壓強峰值分布 單位：N/cm2

表6 40～50歲穿皮鞋左腳足底壓強峰值分布 單位：N/cm2

圖3 30～40歲人左右腳足底壓強峰值分布圖

表7 40～50歲穿皮鞋右腳足底壓強峰值分布 單位：N/cm2

圖4 40～50歲左右腳壓強峰值分布圖

從表中信息可以看出，40歲穿皮鞋足底壓強峰均值大小分為：足跟區(qū)>第三跖趾區(qū)>第二跖趾區(qū)>第四跖趾區(qū)>第一跖趾區(qū)>第五跖趾區(qū)；變異系數大小為：第五跖趾區(qū)>第一跖趾區(qū)>第四跖趾區(qū)>第二跖趾區(qū)>第三跖趾區(qū)>足跟區(qū)，這說明40歲人穿皮鞋足底壓強峰值在足跡痕跡形成的每個階段，足跟區(qū)與第三、四跖趾區(qū)所在連線范圍的區(qū)域相對比較大，且壓強峰值大小比較穩(wěn)定可靠。壓強峰值分布如圖4所示。

本次實驗采用的是Footscan步態(tài)分析系統(tǒng)，對于多名不同實驗者穿著不同皮鞋收集到的足底壓力實測數據，能夠保證可靠性和穩(wěn)定性，不會因為鞋種的不同導致數據出現(xiàn)較大的偏差。因此本次實驗得出的分析結論在總體上具有科學性和可靠性，但可能會由于樣本數量較少及個人行走習慣不一致產生誤差。

4 結論

在正常行走的情況下，人體隨著年齡的不斷增大，足底足跟部即踏痕所在的區(qū)域，壓強峰值逐漸增大，壓強峰值趨于穩(wěn)定；踏痕的區(qū)域也隨之向足跟部內側移動，并且區(qū)域逐漸變大。與此同時，人體在20歲左右時足底壓強峰值主要集中在足跟區(qū)、第一、二跖趾區(qū)，且在這些區(qū)域是峰值出現(xiàn)的相對最為穩(wěn)定的區(qū)域；在30歲左右時足底壓強峰值主要集中在足跟區(qū)、第二、三跖趾區(qū)，且在這兩個區(qū)域是峰值出現(xiàn)的相對最為穩(wěn)定的區(qū)域；而在40歲左右時足底壓強峰值出現(xiàn)在足跟區(qū)、第三、四跖趾區(qū)，且在此區(qū)域相對最為穩(wěn)定區(qū)域。可見，均有足跟部位參與主要受力形成痕跡，且變異小，穩(wěn)定可靠。同時，左右足底壓強峰值出現(xiàn)的部位基本相同，只是峰值在大小上略有差異。這也從另一方面印證了足跡踏痕峰值的穩(wěn)定性和可靠性。

此外，由于足跡步態(tài)分析系統(tǒng)對于人體是否穿鞋，鞋種的不同沒有較大的影響，因此，在穿不同鞋時，盡管足底壓強峰值大小不相同，但是在不同年齡段壓強峰值所在區(qū)域位置基本相同。這一實驗結果說明了人體隨著年齡的增長，足跡踏痕對于承痕客體的壓強逐漸增大，并且保持一定的規(guī)律。通過對足跡踏痕的研究分析，能夠對與被鑒定人的年齡段做出一個較為準確的分析判斷，因此，利用足跡踏痕對于年齡段的分析具有科學性和可靠性。

[1] 史力民．足跡檢驗技術規(guī)范[M]. 北京：中國人民公安大學出版社，2012．

[2] 袁剛,張木勛.正常人足底壓力分布及其影響因素分析[J].中華物理醫(yī)學與康復雜志，2014(3).

[3] 湯澄清.青年與中年人赤足行走足底壓力參數的比較[J].中國人民公安大學學報，2010(5).

(責任編輯 陳小明)

吉林省教育廳“十三五”科學技術研究項目“足跡特征穩(wěn)定性及在偵查破案中利用價值研究”(吉林科學字2016第559號)；痕跡檢驗鑒定技術公安部重點實驗實開放課題項目“足跡特征穩(wěn)定性及在偵查破案中利用價值研究”階段性成果。

李 冬(1974—)，女，吉林長春人，博士，副教授。研究方向為痕跡檢驗教學與科研工作。

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