髕骨勞損對(duì)體育專業(yè)學(xué)生足底壓力軌跡（COP）的影響

WANG Tao，QIU Mengjuan

髕骨勞損對(duì)體育專業(yè)學(xué)生足底壓力軌跡（COP）的影響

WANG Tao1，QIU Mengjuan2

目的觀察患有髕骨勞損學(xué)生步態(tài)相關(guān)指標(biāo)的變化，分析髕骨勞損與人體COP軌跡變化是否存在相關(guān)性。為髕骨勞損患者康復(fù)、預(yù)防以及運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練提供一定的參考依據(jù)。方法采用數(shù)字化場(chǎng)地和Motion Analysis Studio系統(tǒng)對(duì)患有髕骨勞損癥狀的15名男大學(xué)生進(jìn)行測(cè)試，采集足底面積、COP軌跡、COP軌跡X軸、COP軌跡Y軸、幾何中心等相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)整理后用SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果與結(jié)論 正常行走狀態(tài)下受試者患肢與健肢的單幀平均壓力指標(biāo)、COP軌跡指標(biāo)、幾何中心指標(biāo)具有顯著性差異(P＜0.01)。蹲起動(dòng)作測(cè)試中人體COP軌跡X軸指標(biāo)具有顯著性差異(P＜0.01)。腳印面積、單幀平均壓力、COP軌跡、COP軌跡Y軸以及幾何中心等指標(biāo)沒有顯著性差異。

髕骨勞損；步態(tài)；COP軌跡

髕骨勞損是指髕骨周邊的腱止裝置和髕骨軟骨病的慢性損傷的總稱。這兩種疾病有可能獨(dú)立發(fā)生，也有可能同時(shí)發(fā)在，兩者的損傷機(jī)制基本相似，癥狀也有相同點(diǎn)，所以用髕骨勞損的名稱［1-2］。 COP 軌跡（center of pressure）為人體的足底壓力中心，是人體在行走的過程中足與地面接觸作用力大小、位置、力度順序與分布的綜合反映，也是對(duì)人體行走運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的間接反映，是一種重要的步態(tài)支撐期足底壓力特征［3-4］。人體COP軌跡的變化規(guī)律與整個(gè)身體重心運(yùn)動(dòng)及下肢關(guān)節(jié)周圍肌肉的變化相關(guān)。人體COP軌跡從足后跟至趾尖總體形態(tài)呈“S”［5-8］。本文假設(shè)髕骨勞損會(huì)對(duì)人體COP軌跡和及各項(xiàng)數(shù)據(jù)有影響。對(duì)患有髕骨勞損的受試者進(jìn)行足底壓力測(cè)試分析討論，為髕骨勞損患者康復(fù)、預(yù)防提供一定的數(shù)據(jù)支持.

1 研究對(duì)象

從南京師范大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院選取15名具有髕骨勞損的男性學(xué)生，年齡 20-22歲，身高 177.5±3.5cm，體重 71.25±6.2Kg。

入選標(biāo)準(zhǔn)：1）半蹲、起跳、落地、急?；蛏舷聵翘輹r(shí)膝前疼痛；2）正常步態(tài)時(shí)膝有疼痛感；3）在髕骨軟骨摩擦實(shí)驗(yàn)中髕骨具有骨摩擦音；4）髕骨軟骨抽動(dòng)試驗(yàn)中髕骨有粗糙摩擦音或摩擦感；5）髕骨抽動(dòng)試驗(yàn)中髕骨下方有痛感；6）伸膝抗阻試驗(yàn)中具有膝軟或痛感。滿足以上條件者可診斷為髕骨勞損，可選為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。排除標(biāo)準(zhǔn)：1）膝關(guān)節(jié)具有骨性關(guān)節(jié)炎；2）膝關(guān)節(jié)具有骨裂；3）膝關(guān)節(jié)具有骨折；4）膝關(guān)節(jié)具有交叉韌帶損傷；5）下肢及足部神經(jīng)肌肉病變；6）下肢畸形；7）髕骨抽動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)假病理現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)對(duì)象排除具有上述條件者。

2 研究方法

2.1 文獻(xiàn)資料法

通過檢索查閱中國知網(wǎng)（CNKI）、讀秀學(xué)術(shù)搜索引擎及南京師范大學(xué)圖書館，以髕骨勞損、人體COP軌跡、單幀平均壓力等關(guān)鍵詞搜索相關(guān)的碩博士論文、期刊論文和公報(bào)，為本研究奠定了一定的理論研究基礎(chǔ)與實(shí)證研究的數(shù)據(jù)支撐。

2.2 實(shí)驗(yàn)法

2.2.1 測(cè)試儀器

數(shù)字場(chǎng)地測(cè)力平臺(tái)。工作原理：測(cè)試開始時(shí)數(shù)字場(chǎng)地與MotionAnalysisStudio系統(tǒng)（運(yùn)動(dòng)分析工作室）相連接，測(cè)試過程中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會(huì)根據(jù)測(cè)試者的運(yùn)動(dòng)軌跡自動(dòng)采集與足部相關(guān)的數(shù)據(jù)。

2.2.2 測(cè)試流程

實(shí)驗(yàn)采用數(shù)字場(chǎng)地和MotionAnalysisStudio系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，采集實(shí)驗(yàn)所需的所有數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，測(cè)試者發(fā)“開始”信號(hào)，受試者按要求從場(chǎng)地邊緣開始向前直走，要求以正常步態(tài)向前直走6-10步，軀干保持直立，目視前方。依次類推，直至所有受試者全部測(cè)完，如圖1。正常步態(tài)數(shù)據(jù)采集完成后采集靜力半蹲的數(shù)據(jù)，要求全腳掌著地，慢蹲慢起，上體保持直立，下蹲角度為90°，動(dòng)作個(gè)數(shù)6-8個(gè)。實(shí)驗(yàn)針對(duì)足底壓力研究，在實(shí)驗(yàn)過程中，要求受試者必須完成所需的步數(shù)和蹲起的個(gè)數(shù)。

實(shí)驗(yàn)中兩種動(dòng)作都要求受試者必須全腳掌著地，蹲起實(shí)驗(yàn)時(shí)要求軀干挺直，整個(gè)實(shí)驗(yàn)動(dòng)作必須維持軀干穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)完成后及時(shí)錄取數(shù)據(jù)值。

圖1 數(shù)字場(chǎng)地示意圖

2.2.3 測(cè)試指標(biāo)

1）腳印面積：是指足底在與支撐面接觸的面積，簡稱腳印面積。

2）單幀平均壓力：足底在測(cè)力平臺(tái)上時(shí)瞬時(shí)所有壓力的平均值。足底壓力就是腳底與地面或支撐物的作用力。壓力與接觸面積沒有任何關(guān)系。（P=F/S，F(xiàn)=壓力、S=面積、P=壓強(qiáng)，而影響摩擦力的因素是摩擦因數(shù)N。）

3）COP軌跡：簡稱人體足底壓力中心，以測(cè)力臺(tái)測(cè)所得處的相關(guān)數(shù)據(jù)，在單位時(shí)間內(nèi)的自變量，人體所有作用力的合力點(diǎn)就是人體壓力中心壓力中心。受試者在測(cè)力平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)作移動(dòng)軌跡中，壓力中心會(huì)隨身體的移動(dòng)一起移動(dòng)，將所有壓力中心點(diǎn)連接起來就是COP的移動(dòng)軌跡。

4）COP標(biāo)準(zhǔn)差（X軸）：是指人體壓力中心在測(cè)力臺(tái)上的X軸數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，也是人體壓力中心在測(cè)力臺(tái)上的X軸數(shù)據(jù)方差的算術(shù)平方根。能夠反映COP在X軸上數(shù)據(jù)的集散程度。

5）COP標(biāo)準(zhǔn)差（Y軸）：是指人體壓力中心在測(cè)力臺(tái)上的Y軸數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，也是人體壓力中心在測(cè)力臺(tái)上的Y軸數(shù)據(jù)方差的算術(shù)平方根。能夠反映COP在Y軸上數(shù)據(jù)的集散程度。

6）幾何中心：是指足底與支撐面接觸時(shí)所有作用力的垂線的交點(diǎn)，即足底幾何中心。

2.3 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

用Excel整理數(shù)據(jù)并運(yùn)用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)受試者健肢和患肢測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行配對(duì)樣本T檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)處理，檢驗(yàn)其顯著性水平。

實(shí)驗(yàn)針對(duì)髕骨勞損是否影響足底壓力分布，人體在正常步態(tài)行走時(shí)明顯的身體形態(tài)是不會(huì)出現(xiàn)雙腳離地，所以人體正常行走的軌跡是：始終保持一只腳在地面（力的支撐面）上，正常步態(tài)下是由前、后支撐兩個(gè)動(dòng)作組成的，當(dāng)腳處于前支撐時(shí)身體的重心在支撐點(diǎn)的后方，當(dāng)腳處于后支撐時(shí)身體重心在支撐點(diǎn)的前方。在做蹲起時(shí)，雙腳同時(shí)著地，在蹲-起的過程中雙腳發(fā)力不一致時(shí)也會(huì)對(duì)足底的壓力造成影響，所以在數(shù)據(jù)整理的時(shí)候要將受試者的健肢和患肢的數(shù)據(jù)分開處理。

3 研究結(jié)果

3.1 正常行走狀態(tài)下健肢與患肢對(duì)比

表1 正常步態(tài)下患肢與健肢的統(tǒng)計(jì)顯著性分析表

表1是受試者正常行走狀態(tài)下患肢和健肢各4步數(shù)據(jù)的配對(duì)樣本t檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從中可以看出受試者患肢與健肢的腳印面積指標(biāo)具有顯著性差異，P值為0.392，患肢與健肢的單幀平均壓力指標(biāo)之間差異非常顯著P值為（P＜0.01）、患肢與健肢的COP軌跡指標(biāo)具有顯著性差異，（P＜0.01）?；贾c健肢的COP軌跡X指標(biāo)（P＜0.05），有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異、患肢與健肢的COP軌跡Y軸指標(biāo)之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）?；贾c健肢的幾何中心指標(biāo)間差異非常顯著（P＜0.01）。

3.2 蹲起狀態(tài)下健肢與患肢對(duì)比

表2 蹲起動(dòng)作下患肢與健肢的統(tǒng)計(jì)顯著性分析表

表2是受試者蹲起時(shí)患肢和健肢數(shù)據(jù)的配對(duì)樣本t檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)，從表中可以得出受試者患肢與健肢的腳印面積指標(biāo)、單幀平均壓力指標(biāo)、COP軌跡指標(biāo)、COP軌跡Y軸指標(biāo)、幾何中心指標(biāo)均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。而受試者患肢與健肢的COP軌跡X軸指標(biāo)之間具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，并且差異非常顯著（P＜0.01）。

4 討論

研究以15名有髕骨勞損疾病的男大學(xué)生作為測(cè)試對(duì)象，以正常步態(tài)和半蹲動(dòng)作為測(cè)試內(nèi)容，測(cè)試受試者患肢與健肢腳印面積、單幀平均壓力、人體COP軌跡、COP軌跡X軸、COP軌跡Y軸以及幾何中心等指標(biāo)，并利用SPSS 20.0進(jìn)行患肢與健肢體的配對(duì)樣本T檢驗(yàn)，檢驗(yàn)其顯著性水平。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：髕骨勞損患者患肢與健肢步態(tài)數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn)，健肢腳印面積、單幀平均壓力、COP軌跡X軸比患肢腳印面積數(shù)值低，健肢COP軌跡、COP軌跡Y軸、幾何中心比患肢的數(shù)值高。單幀平均壓力、COP軌跡和幾何中心這3個(gè)指標(biāo)在患肢與健肢體的比較中，差異非常顯著，而腳印面積與COP軌跡Y軸則沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。受試者蹲起實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn)，健肢腳印面積、COP軌跡、COP軌跡X軸、幾何中心比患肢數(shù)值高，健肢單幀平均壓力、COP軌跡Y軸比患肢數(shù)值低。將受試者步態(tài)和蹲起的腳印面積、單幀平均壓力、COP軌跡、COP軌跡X軸、COP軌跡Y軸、幾何中心的健肢數(shù)據(jù)分別與患肢數(shù)據(jù)相比較，發(fā)現(xiàn)除了COP軌跡X軸有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異以外，其余指標(biāo)均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。其原因可能是蹲起動(dòng)作雖然與人體COP軌跡有一定關(guān)系，但關(guān)聯(lián)性并不強(qiáng)。目前，關(guān)于膝關(guān)節(jié)損傷步態(tài)變化的研究主要集中在步態(tài)分區(qū)研究，而在數(shù)字場(chǎng)地上進(jìn)行相關(guān)測(cè)試的研究報(bào)告尚不多見。

5 結(jié)論

1）髕骨勞損受試者在正常步態(tài)下，患肢的單幀平均壓力明顯大于健肢，COP軌跡患肢數(shù)據(jù)明顯小于健肢，COP軌跡X軸數(shù)據(jù)大于健肢，而髕骨勞損對(duì)COP軌跡Y軸的影響不大。正常步態(tài)下，患肢和健肢的幾何中心差異顯著。2）髕骨勞損受試者在蹲起狀態(tài)下，COP軌跡X軸患肢數(shù)據(jù)明顯小于健肢，而在腳印面積、單幀平均壓力、COP軌跡、COP軌跡Y軸以及幾何中心等指標(biāo)上卻沒有顯著性差異。

［1］向 晶.髕骨勞損三種康復(fù)方案療效的對(duì)比研究［D］.西安體育學(xué)院，2014.

［2］徐 陽.人體站立平衡壓力中心COP軌跡線的成分分析［D］.北京體育大學(xué)，2010.

［3］Giacomozzi C.Appropriateness of plantar pressure measurement devices：A comparative technical assessment ［J］.Gait&Posture，2010， 32（1）：141-4.

［4］黃紅拾，邱健威，于媛媛，等.健康女大學(xué)生步行和慢跑運(yùn)動(dòng)模式下足底壓力中心軌跡相似度分析［J］.北京大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，51（6）：1035-1039.

［5］汪東明，段子才.肌力鍛煉對(duì)髕骨勞損患者的療效評(píng)價(jià)［D］.北京體育大學(xué)，2008.

［6］張 妍，顧耀東，李建設(shè).乒乓球不同水平運(yùn)動(dòng)員正手弧圈球足底壓力中心軌跡特征研究［C］.2015全國體育科學(xué)大會(huì)，2015.

［7］Chau T.A review of analytical techniques for gait data.Part 1：fuzzy，statistical and fractal methods［J］.Gait&Posture， 2001， 13（1）：49-66.

［8］閆松華，楊 進(jìn)，劉志成.運(yùn)動(dòng)性疲勞對(duì)健康男大學(xué)生足底壓力分布的影響［J］.中國運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志，2009，28（4）：372-376.

Patella Strain Effects on Center of Pressure (COP)Trajectory of Students Majoring in Physical Education

汪 濤1，邱夢(mèng)娟2

Objective This experiment observed the changes of gait related indexes of students with patellar strain，and analyzed whether there was correlation between patellar strain and human COP trajectory changes.It provided some reference for rehabilitation，prevention and sports training of patients with patellar strain.Methods 15 male college students with patellar strain were tested by digital field and Motion Analysis Studio system， data such as plantar area， COP trajectory， COP X axis and Y axis trajectory and geometric center were collected，and SPSS 20.0 statistical Analysis was used.Results and Conclusion Under the normal walking condition， significant(P＜0.01)difference was observed between unaffected extremity and affected extremity on indexes of average single frame，COP trajectory and geometric center.There was significant difference in X axis index of COP Trajectory in squat test (P＜0.01).However， there was no significant difference in footprint area， mean single frame pressure， COP trajectory， Y axis and geometric center.

patella strain； gait； COP trajectory

G80-05

A

1003-983X（2017）07-0603-03

2017-03-22

汪濤（1995-），男，安徽馬鞍山人，在讀碩士，研究方向：運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練.

1.南京師范大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京，210046；2.安徽省體育科學(xué)技術(shù)研究所，安徽 合肥，230001 1.College of Physical Education， Nanjing Normal University，Nanjing 210046， China；2.Anhui Institute of Sport Science and Technology，Hefei 230001，China