基于高速熒光透視成像探究裸足與著鞋對跑步時距上和距下關(guān)節(jié)在體運動學(xué)的影響

葉東強，孫曉樂，肖松林，張希妮，張 燊，王少白，傅維杰，劉 宇

（上海體育學(xué)院 運動健身科技省部共建教育部重點實驗室，上海 200438）

近年來，長跑運動（如馬拉松）風(fēng)靡全球，但與之相對應(yīng)的卻是跑步損傷發(fā)生率的居高不下（16.7%～79.3%）（van Gent et al.，2007；van Poppel et al.，2021）。已有研究報道了后足過度外翻是引發(fā)如跟腱炎、脛骨應(yīng)力綜合征等下肢及足部損傷的誘因之一，包括：1）后足外翻過大可能會使跟腱內(nèi)側(cè)纖維所受應(yīng)力分布不均，而跑步支撐期下肢力線的排列不齊（malalignment）則進一步增加了小腿離心收縮時對跟腱施加的負荷，并最終誘發(fā)跟腱損傷（Ryan et al.，2009）；2）外翻過大增加了脛骨后肌與比目魚肌的應(yīng)力，而由于脛骨骨膜的應(yīng)力與上述肌肉的應(yīng)力呈正相關(guān)（Bouché et al.，2007），因此，更大的后足外翻可能會致使更大的應(yīng)力被傳遞至脛骨骨膜，并最終引發(fā)脛骨應(yīng)力綜合征（Becker et al.，2018）；3）有研究在扁平足人群中觀察到了更大的后足外翻（Butler et al.，2006），而該類人群患下肢損傷的幾率是正常人群的2.4倍（Yokoe et al.，2021）。雖然也有部分報道，如 Nielsen等（2014）與Messier等（2018）均通過前瞻性隊列研究發(fā)現(xiàn)足部損傷跑者與健康跑者的后足運動并無顯著差異，但前者的研究并未通過生物力學(xué)手段量化足部運動學(xué)，而是將足部姿勢指數(shù)（foot posture index）作為衡量足部異常的標(biāo)準(zhǔn)，后者則是將后足整體運動作為評價標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，技術(shù)手段與評價指標(biāo)的差異造成了關(guān)節(jié)運動與損傷之間的復(fù)雜關(guān)系尚不明晰，這其中很重要的一點是傳統(tǒng)針對足踝運動學(xué)的測量手段只能獲取“鞋”運動而非真正包裹在鞋內(nèi)的后足運動。

現(xiàn)階段的實驗室運動學(xué)研究大多基于紅外反光點的運動捕捉系統(tǒng)（Langley et al.，2019；Francis et al.，2020）。從本質(zhì)上講，通過反光點貼于鞋面的方式所得的運動學(xué)特征僅能代表鞋具的運動，而在鞋表面挖洞粘貼反光點（Cigoja et al.，2020）則會破壞鞋的結(jié)構(gòu)，并在運動中不可避免地受到鞋、皮膚、軟組織振動與運動偽影等相關(guān)因素的干擾。以上因素均使得研究者無法準(zhǔn)確測量包裹在鞋內(nèi)的足部的真實運動。另一方面，踝關(guān)節(jié)復(fù)合體實質(zhì)是由脛骨、距骨與跟骨構(gòu)成，并形成距上和距下2個關(guān)節(jié)。由于距骨周圍缺乏可觸及的體表標(biāo)記，造成現(xiàn)階段對踝關(guān)節(jié)運動進行測試時會把上述2個關(guān)節(jié)看成一個整體的運動（Stacoff et al.，2000）。以足外翻為例，研究更多的是基于足部與小腿之間的位置關(guān)系或按照國際生物力學(xué)學(xué)會（International society of biomechanics，ISB）推薦的足剛體模型計算足部運動學(xué)（Latorre-Román et al.，2019；Yang et al.，2020），即將后足的運動視作跟骨相對脛骨的運動，并未過多地考慮距上、距下關(guān)節(jié)，這里面有很大一部分原因是著鞋后無法準(zhǔn)確測量。事實上，現(xiàn)有的足踝解剖學(xué)及骨骼在體運動的研究表明，足部跖/背屈和內(nèi)/外翻運動分別由距上和距下2個關(guān)節(jié)主要承擔(dān)（Cross et al.，2017；Nichols et al.，2017）。由于傳統(tǒng)動作捕捉設(shè)備的自身技術(shù)限制，如其所得到的“外翻”顯然無法反映足部真實的在體外翻運動等，因此，有必要采用更為精準(zhǔn)的手段獲取跑步中著鞋與否對距上關(guān)節(jié)與距下關(guān)節(jié)運動特征的影響，以期深入了解包裹在鞋內(nèi)的足部運動。

近年來，一種新的醫(yī)學(xué)影像測量技術(shù)——雙平面熒光透視成像系統(tǒng)（dual fluoroscopic imaging system，DFIS）已逐步應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)中進行踝關(guān)節(jié)在體運動分析（Cao et al.，2019）。DFIS具有不受皮膚等軟組織相對運動的影響，無創(chuàng)并能動態(tài)捕捉骨骼在體運動的優(yōu)勢（張翠等，2019；葉東強等，2021），其在確定關(guān)節(jié)平動和轉(zhuǎn)動六自由度（6 degree of freedom，6DOF）運動中的精度達到了亞毫米（＜0.1 mm）、次度級（＜0.1°）（Cross et al.，2017），突破了當(dāng)前傳統(tǒng)測量手段在成像技術(shù)與測量精度上的局限，為精準(zhǔn)分析包裹在鞋內(nèi)的踝關(guān)節(jié)在體位置及運動特征提供了全新的途徑。

據(jù)此，本研究旨在基于DFIS探討跑步時裸足與著鞋條件下距上和距下關(guān)節(jié)在體6DOF運動學(xué)差異，為深入理解跑步中上述兩關(guān)節(jié)的真實運動并為未來評估跑步中距上/距下關(guān)節(jié)的異常運動及闡述距上/距下關(guān)節(jié)的運動特征與損傷之間的潛在關(guān)聯(lián)提供更科學(xué)的參考依據(jù)。研究假設(shè)：與裸足相比，著鞋限制了距上、距下關(guān)節(jié)在6DOF內(nèi)的運動，并增加了距下關(guān)節(jié)內(nèi)外翻活動度（range of motion，RoM）與外翻角度峰值。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

參照Hoffman等（2015）對樣本量的選取要求，本研究招募健康男性跑者12名（表1）。要求受試者均習(xí)慣采用后跟觸地方式跑步，近3個月內(nèi)無下肢損傷。受試者的優(yōu)勢腿（踢球腿）均為右腿，且在實驗前24 h內(nèi)避免劇烈運動，測試前了解實驗內(nèi)容及流程，并簽署知情同意書。本研究通過了上海體育學(xué)院倫理委員會批準(zhǔn)（批準(zhǔn)號：102772021RT034）。

表1 受試者基本情況Table 1 Basic Information of the Participants

1.2 實驗儀器

1.2.1 電子計算機斷層掃描儀（CT）

采用德國西門子公司64排128層螺旋CT（SOMATOM，德國）拍攝受試者右側(cè)足中立位狀態(tài)下的斷層掃描圖像。掃描層厚、層距均為0.6 mm，電壓120 kV，電流140 mA，體素的長、寬、高分別設(shè)置為0.488 mm、0.488 mm、0.625 mm，體素大小為512×512×256。

1.2.2 高速雙平面熒光透視成像系統(tǒng)（DFIS）

由運動透視系統(tǒng)與數(shù)據(jù)解析系統(tǒng)構(gòu)成。其中，前者由2個高壓發(fā)光器與光源、2個帶有熒光接收器與增強器的可移動機械臂以及配套的2臺高速攝像機共同組成（圖1）。2個高壓發(fā)光器與接收器之間的距離分別為132.2 cm與128.6 cm，圖像接收器之間的夾角為119.6°；拍攝電壓為60 kV，電流為63 mA，拍攝頻率為100 Hz，曝光速度為1/1 000 s，圖像分辨率為1 024×1 024像素。

圖1 本研究所采用的雙平面熒光透視成像系統(tǒng)和實驗架設(shè)Figure 1.The Dual Fluoroscopic Imaging System and its Experimental Setup

1.2.3 光柵計時系統(tǒng)

采用意大利Microgate公司生產(chǎn)的Witty Manual光柵計時系統(tǒng)，以記錄跑者通過特制跑道的速度。

1.2.4 光柵傳感器

采用GJ-2004光柵傳感器，受試者跑步經(jīng)過采集區(qū)域，身體阻斷傳感器發(fā)出的紅外光時啟動DFIS，并完成熒光圖像的采集。

1.3 實驗用鞋

本研究選取市面上一款常見的跑鞋作為實驗用鞋（圖2），該跑鞋前后落差為6 mm，平均質(zhì)量290 g，其中底材料由TPU與EVA構(gòu)成，無足弓支撐結(jié)構(gòu)。

圖2 實驗用鞋F(xiàn)igure 2.Running Shoes in the Experiment

1.4 測試流程

1.4.1 足部CT掃描

受試者到指定醫(yī)院拍攝右側(cè)足部CT影像，同時進一步確認無足部異常。CT掃描期間，受試者仰臥平躺，并利用外部硬質(zhì)支具將踝關(guān)節(jié)固定在中立位，保存原始DCM文件用于距上關(guān)節(jié)與距下關(guān)節(jié)的三維模型建立。

1.4.2 實驗環(huán)境搭建與調(diào)試

1）確定拍攝范圍：固定熒光發(fā)射器與圖像接收器的位置，并保證上述兩者的中心對齊；利用Phantom Camera Control（v.3.3）確認所采集的圖像位于拍攝中心。

2）空間標(biāo)定：使用立方體標(biāo)定框?qū)ε臄z區(qū)域進行標(biāo)定（Kessler et al.，2019），并利用XMAlab（v.1.5.4）計算熒光發(fā)射器與圖像接收器在空間內(nèi)的相對位置。

3）畸變矯正：將2個孔陣鋼盤貼于圖像接收器表面，并利用XMAlab對比計算孔陣鋼盤與所捕捉的圖像（Fantozzi et al.，2003），以此完成對捕捉圖像的畸變矯正。

1.4.3 測試流程

測試前，受試者需更換統(tǒng)一的運動服裝。隨后受試者進行3 min靜態(tài)拉伸活動，完成后在跑步機上以3 m/s的速度熱身5 min。熱身后，實驗人員引導(dǎo)受試者在架設(shè)有DFIS系統(tǒng)的特定跑道上進行練習(xí)，并確保受試者足部處于圖像采集區(qū)域內(nèi)（圖1）。完成練習(xí)后，要求受試者分別在裸足與著鞋條件下（順序隨機）以3 m/s±5%的速度右足成功踏入采集區(qū)域，且觸地姿勢均為自然狀態(tài)下的后跟觸地。為減少總電離輻射，裸足與著鞋條件下各采集1次有效數(shù)據(jù)（Campbell et al.，2016）。

1.5 數(shù)據(jù)處理

基于CT影像學(xué)數(shù)據(jù)構(gòu)建的足部模型被用于在虛擬3D空間內(nèi)還原距上關(guān)節(jié)與距下關(guān)節(jié)在跑步著地過程中的6DOF運動。采用Mimics軟件（v.21.0）處理足踝CT掃描圖像，通過閾值提取、多層操作與動態(tài)區(qū)域增長指令建立脛骨、距骨與跟骨的3D模型，并利用軟件自帶插件對模型進行填充、平滑等處理。

將由XMAlab生成的環(huán)境標(biāo)定文件導(dǎo)入Rhinoceros軟件中（v.6.0），利用其建模模塊在虛擬空間內(nèi)重建拍攝空間并還原2對熒光發(fā)射器與圖像接收器的相對位置，同時導(dǎo)入畸變校準(zhǔn)后的足踝X光圖像和脛骨、距骨與跟骨的3D模型。參照前人標(biāo)準(zhǔn)建立脛骨、距骨與跟骨的坐標(biāo)系（Yamaguchi et al.，2009），坐標(biāo)系的前后、內(nèi)外及上下方向分別對應(yīng)x、y與z軸，而跖/背屈、內(nèi)/外翻與內(nèi)/外旋分別被定義為繞內(nèi)外軸、前后軸與上下軸運動。隨后在由Rhinoceros軟件重建的三維空間內(nèi)對導(dǎo)入的骨骼模型進行旋轉(zhuǎn)、平移，直到每幀的骨骼投影與熒光成像中的骨骼輪廓互相對應(yīng)（圖3）。

圖3 本實驗數(shù)據(jù)采集和處理過程Figure 3.Date Collection and Process of DFIS

1.6 實驗指標(biāo)

使用Rhinoceros中的坐標(biāo)系計算插件計算距上關(guān)節(jié)（距骨相對脛骨）、距下關(guān)節(jié)（跟骨相對距骨）的6DOF數(shù)據(jù)（Yamaguchi et al.，2009），其中包括在 3個平動方向（前后、上下、內(nèi)外）及3個轉(zhuǎn)動方向（跖/背屈、內(nèi)/外翻、內(nèi)/外旋）的運動學(xué)數(shù)據(jù)（圖4）。具體指標(biāo)包括觸地時刻關(guān)節(jié)的6DOF運動、峰值角度與關(guān)節(jié)RoM即最大角度與最小角度的差。其中，正值代表距骨相對脛骨（跟骨相對距骨）向外、向前、向上平移以及背屈、內(nèi)翻與內(nèi)旋；負值代表向內(nèi)、向后、向下平移以及跖屈、外翻與外旋。

圖4 脛骨（左）、距骨（中）、跟骨（右）的6DOF運動Figure 4.6DOF Motion of the Tibia（left），Talus（center）and Calcaneus（right）

為便于與已有DFIS研究進行比較，本研究對所采集的右足在足跟觸地到采集結(jié)束過程中的距上/距下關(guān)節(jié)運動學(xué)數(shù)據(jù)進行了時間標(biāo)準(zhǔn)化（Hoffman et al.，2015），并采用Matlab軟件對研究中所得到的每一時刻的6DOF數(shù)據(jù)與踝關(guān)節(jié)中立位時的對應(yīng)結(jié)果進行標(biāo)準(zhǔn)化和濾波處理，其中，運動學(xué)截止頻率為20 Hz（Welte et al.，2021）。支撐期階段的劃分參照Phan等（2018）的標(biāo)準(zhǔn)，支撐前期被定義為觸地期（右足從足跟著地到足趾離地的過程）的0～10%，支撐中期為觸地期的10%～80%，支撐后期為觸地期的80%～100%。

1.7 統(tǒng)計方法

使用SPSS 25.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析。所有參數(shù)均使用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（M±SD）表示。采用描述性分析對距上/距下關(guān)節(jié)的6DOF在體運動學(xué)特性進行呈現(xiàn)；采用配對樣本t檢驗比較裸足與著鞋條件下距上關(guān)節(jié)與距下關(guān)節(jié)在體運動學(xué)特征的差異，顯著性水平α設(shè)定為0.05。

2 結(jié)果

2.1 距上關(guān)節(jié)

2.1.1 運動學(xué)特征

在內(nèi)外、前后和上下3個平動方向中，距上關(guān)節(jié)在支撐期中僅進行細微運動（＜5 mm）；而在轉(zhuǎn)動方向中，其在支撐期的大部分時間內(nèi)均處于背屈與外翻、外旋狀態(tài)（圖5）。具體表現(xiàn)為：支撐前期，距上關(guān)節(jié)出現(xiàn)小幅跖屈（＜5°）并伴隨內(nèi)旋活動；支撐中期，距上關(guān)節(jié)進行背屈并伴隨外旋運動，同時逐漸背屈并到達峰值（裸足=35.0°±9.7°vs著鞋=29.2°±10.9°，P＜0.001）；至支撐后期，距上關(guān)節(jié)逐漸從背屈轉(zhuǎn)換為中立位狀態(tài)，并由外旋狀態(tài)過渡為內(nèi)旋。

圖5 支撐期的距上關(guān)節(jié)6DOF運動Figure 5.6DOF Kinematics of the Tibiotalar Joint during the Period of Support

2.1.2 關(guān)節(jié)運動學(xué)特征值

1）關(guān)節(jié)平動：在支撐期階段，裸足與著鞋條件下的距上關(guān)節(jié)在3個平動方向（左右、前后、上下）內(nèi)的觸地角度、峰值角度與關(guān)節(jié)RoM均無顯著性差異（表2）。

2）關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動：2種條件在觸地時刻的距上關(guān)節(jié)跖/背屈、內(nèi)/外翻與內(nèi)/外旋角度均無顯著性差異。但在峰值角度上，裸足跑時的峰值跖屈角度（P=0.008）與峰值背屈角度（P＜0.001）均顯著大于著鞋條件；2種條件的峰值內(nèi)/外翻與內(nèi)/外旋角度均無顯著性差異（圖6）。而在關(guān)節(jié)RoM中，支撐期穿著跑鞋的跖/背屈RoM顯著小于裸足條件（P＜0.001），在內(nèi)/外翻與內(nèi)/外旋方向上，2個條件下的RoM并無顯著性差異（表2）。

圖6 裸足與著鞋條件下的距上關(guān)節(jié)峰值角度Figure 6. Peak Angle of the Tibiotalar Joint in Barefoot and Shod Conditions

表2 距上關(guān)節(jié)6DOF觸地角度與關(guān)節(jié)活動度（RoM）Table 2 Foot Strike Angle and the 6DOF Range of Motion of the Tibiotalar Joint

2.2 距下關(guān)節(jié)

2.2.1 運動學(xué)特征

與距上關(guān)節(jié)一致，在跑步觸地過程中，距下關(guān)節(jié)在3個平動方向上僅存在細微運動（＜5 mm）；而在轉(zhuǎn)動方向上，距下關(guān)節(jié)在支撐期的絕大部分時間內(nèi)均處于背屈、外翻、外旋狀態(tài)（圖7）。具體表現(xiàn)為：在足跟觸地后，距下關(guān)節(jié)進行背屈并伴隨外翻、外旋運動，并在支撐中期達到峰值背屈、外翻與外旋，隨后距下關(guān)節(jié)進行跖屈并伴隨內(nèi)翻、內(nèi)旋活動，并在支撐后期逐漸由外旋狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹辛⑽粻顟B(tài)。

圖7 支撐期的距下關(guān)節(jié)6DOF運動Figure 7.6DOF Kinematics of the Subtalar Joint during the Period of Support

2.2.2 關(guān)節(jié)運動學(xué)特征值

1）關(guān)節(jié)平動：在支撐期階段，裸足與著鞋條件下的距下關(guān)節(jié)在3個平動方向（左右、前后、上下）內(nèi)的觸地角度、峰值角度與關(guān)節(jié)RoM均無顯著性差異（表3）。

表3 距下關(guān)節(jié)6DOF觸地角度與RoMTable 3 Foot Strike Angle and the 6DOF Range of Motion of the Subtalar Joint

2）關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動：2種條件在距下關(guān)節(jié)跖/背屈、內(nèi)/外翻與內(nèi)/外旋方向上的觸地角度與RoM均無顯著性差異（P＞0.05）。然而，在峰值角度中，相比裸足條件，著鞋顯著增加距下關(guān)節(jié)的峰值背屈角度（=0.027）；此外，著跑鞋條件下的峰值外翻角度顯著增加12.9%（=0.043），2種條件在其余轉(zhuǎn)動方向上的峰值角度均無顯著性差異（圖8）。

圖8 裸足與著鞋條件下的距下關(guān)節(jié)峰值角度Figure 8. Peak Angle of the Subtalar Joint in Barefoot and Shod Conditions

3 討論

本研究從關(guān)節(jié)真實在體運動出發(fā)，采用國內(nèi)首套高速DFIS對跑步過程中裸足與著鞋條件下的距上/距下關(guān)節(jié)在體運動學(xué)進行了獨立量化，研究主要發(fā)現(xiàn)：著鞋限制了距上關(guān)節(jié)的屈伸活動，包括峰值跖/背屈角度與屈伸RoM，同時增加了距下關(guān)節(jié)的峰值背屈角度并增加支撐中期的峰值外翻角度。

3.1 距上關(guān)節(jié)

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，跑步過程中穿著跑鞋限制了距上關(guān)節(jié)的背屈活動，而在其余3個平動方向（左右、前后、上下）與2個轉(zhuǎn)動方向（內(nèi)/外翻、內(nèi)/外旋）上的位移并無顯著性差異。這意味著鞋限制了踝在矢狀面內(nèi)的運動，部分驗證了本研究假設(shè)前半部分，并與前人采用DFIS所得到的結(jié)果類似（Roach et al.，2017）。上述發(fā)現(xiàn)與距上關(guān)節(jié)的解剖結(jié)構(gòu)有著直接的關(guān)系：距上關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)囊前后較薄、兩側(cè)較厚，并有三角韌帶加強，距骨被脛骨、腓骨與內(nèi)外踝關(guān)節(jié)面構(gòu)成的關(guān)節(jié)窩所固定，此結(jié)構(gòu)有利于距上關(guān)節(jié)在矢狀面上的活動，同時限制了距上關(guān)節(jié)在3個平動方向上的運動，而鞋結(jié)構(gòu)如鞋舌則阻礙了距上關(guān)節(jié)的背屈活動（Yang et al.，2020），出現(xiàn)了更小的屈伸RoM，這或許會影響特定項目中的運動表現(xiàn)，尤其是強調(diào)足部靈活性的運動。提示，鞋具在設(shè)計時應(yīng)考慮項目的特定需求。另一方面，在支撐期運動特征上，本研究發(fā)現(xiàn)，2種條件下后跟觸地后距上關(guān)節(jié)大部分時間處于背屈狀態(tài)。但在支撐前期，距上關(guān)節(jié)均出現(xiàn)小幅的跖屈運動，隨后進行背屈，并在支撐中后期即跑步蹬伸期逐漸由背屈轉(zhuǎn)換成跖屈狀態(tài)，這與Peltz等（2014）采用DFIS所得到的部分研究結(jié)果類似，該研究也發(fā)現(xiàn)距上關(guān)節(jié)在觸地初期存在小幅跖屈運動。我們認為，這或許是一種足部姿態(tài)的調(diào)整策略，即支撐前期距上關(guān)節(jié)出現(xiàn)的小幅跖屈運動可能是足部為著地時穩(wěn)定關(guān)節(jié)而進行的策略性調(diào)整。此外，距上關(guān)節(jié)在支撐期的絕大部分時間內(nèi)均處于外旋狀態(tài)，其在觸地后先進行小幅內(nèi)旋活動，在支撐中期開始進行外旋，隨后又在支撐后期由外旋狀態(tài)轉(zhuǎn)變成內(nèi)旋狀態(tài)。而Peltz等（2014）的研究并未觀察到距上關(guān)節(jié)支撐后期向內(nèi)旋狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過程，這可能與該研究并未采集完整支撐期因而無法獲取支撐后期的熒光成像有關(guān)，而本研究采集了超過90%的支撐期圖像，因而能更全面地呈現(xiàn)關(guān)節(jié)的真實在體運動。

3.2 距下關(guān)節(jié)

本研究發(fā)現(xiàn)，裸足與著鞋對距下關(guān)節(jié)平移運動的影響是類似的，受限于距下關(guān)節(jié)外部軟組織包裹的影響，其平動位移較?。ǎ? mm）。然而，本研究也發(fā)現(xiàn)，相比著鞋跑，裸足跑顯著降低了距下關(guān)節(jié)的峰值背屈角度，可能與跑者在裸足跑觸地期間足部的“主動保護”有關(guān)。雖然本研究要求跑者在裸足跑期間采用后跟觸地，但通過高速熒光成像觀察到了跑者為緩沖觸地沖擊而出現(xiàn)距下關(guān)節(jié)跖屈增加的運動表現(xiàn)；此外，鑒于著鞋限制了距上關(guān)節(jié)的背屈運動，推測距下關(guān)節(jié)可能在支撐期中需承擔(dān)部分背屈運動的任務(wù)，這或許是導(dǎo)致距下關(guān)節(jié)有著更大峰值背屈角度的原因。結(jié)合跑鞋對距上關(guān)節(jié)6DOF運動特征的影響，這一結(jié)果有效補充了基于傳統(tǒng)標(biāo)記點的運動捕捉系統(tǒng)所得到的結(jié)果，即跑鞋對踝矢狀面運動的限制主要集中于距上關(guān)節(jié)處。同時，本研究結(jié)果為探究包裹在鞋內(nèi)的后足運動提供了新視角，即當(dāng)距上關(guān)節(jié)屈伸活動受限時，距下關(guān)節(jié)可能會承擔(dān)一部分屈伸任務(wù)以更好地執(zhí)行足部保護、緩沖等功能。

本研究部分驗證了研究假設(shè)的后半部分，即相比裸足，著鞋時的距下關(guān)節(jié)峰值外翻角度顯著增加12.9%。作為足部的主要活動，足外翻在跑步進程中起著重要的耦合（coupling）作用（Czerniecki.1988）。一方面，部分研究報道了后足的過度外翻是引發(fā)如跟腱炎、脛骨應(yīng)力綜合征等下肢與足部損傷的誘因之一（Ryan et al.，2009；Becker et al.，2018），但也有部分學(xué)者通過前瞻性隊列研究未發(fā)現(xiàn)損傷跑者與健康跑者在足外翻上的差異（Nielsen et al.，2014；Messier et al.，2018）。另一方面，以往研究在測量方法與具體指標(biāo)上無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，使得國際上尚未有針對后足過度外翻乃至距下關(guān)節(jié)過度外翻的明確定義，因此，現(xiàn)階段關(guān)于后足以及距下關(guān)節(jié)運動特征與損傷間的復(fù)雜關(guān)系仍無定論，未來的研究需明確過度外翻的取值范圍，并進一步探究關(guān)節(jié)運動特征與損傷之間的關(guān)聯(lián)。另外，本研究并未觀察到裸足與著鞋在內(nèi)/外翻RoM中的顯著性差異（P=0.084），這一結(jié)果支持前人研究（Peltz et al.，2014）。而在運動特征上，本研究觀察到的距下關(guān)節(jié)跖/背屈和內(nèi)/外旋活動與前人研究（Peltz et al.，2014）相似，但在 3個轉(zhuǎn)動方向（跖/背屈、內(nèi)/外翻、內(nèi)/外旋）上的運動幅度更大，這或許與實驗中所選用的跑步速度有關(guān)。在此前的實驗中，受試者采用較低的自選速度（1.5～2 m/s），而本研究中的跑者需在較高的特定速度（2.85～3.15 m/s）下通過跑道。提示，足踝部的肌肉通過更大的激活以應(yīng)對觸地階段的沖擊負荷（Dorn et al.，2012），因而有著更大的運動幅度。而在內(nèi)/外翻運動趨勢上，本研究所觀察到的運動趨勢與采用傳統(tǒng)運動捕捉測量方法得到的結(jié)果類似。Becker等（2020）比較了緩沖跑鞋、極簡鞋與傳統(tǒng)跑鞋在下肢運動學(xué)中的差異，發(fā)現(xiàn)跑者在著緩沖跑鞋觸地過程中，足部從內(nèi)翻狀態(tài)逐漸過渡到外翻狀態(tài)，并在支撐中期達到峰值外翻角度，隨后進行內(nèi)翻活動并在支撐后期達到內(nèi)翻狀態(tài)。然而，本研究觀察到跑者在觸地時刻與支撐后期，距下關(guān)節(jié)仍處于外翻狀態(tài)，與前述研究結(jié)果不一致，這或許與實驗所選用靜態(tài)參考系的不同有關(guān)。傳統(tǒng)測量方法通常將踝關(guān)節(jié)視作一個剛體而并非單獨距上/距下關(guān)節(jié)的獨立運動，所選取的靜態(tài)參考系并未將距骨涵蓋在內(nèi)，這使其難以真實反映距上、距下關(guān)節(jié)的在體運動（Stacoff et al.，2000）。

3.3 研究局限

采用高速DFIS有助于進一步深入了解著鞋跑對距上關(guān)節(jié)與距下關(guān)節(jié)運動學(xué)的真實影響，但也存在一定局限，如電離輻射和拍攝范圍的限制。同時，本研究僅針對男性跑者，并未對著鞋對距上/距下關(guān)節(jié)在體運動學(xué)效果的性別差異進行探究。

4 結(jié)論

本研究采用國內(nèi)首套高速DFIS比較了跑步支撐期內(nèi)裸足與著鞋條件下距上和距下關(guān)節(jié)的運動學(xué)，研究發(fā)現(xiàn)：一方面，跑步中著鞋限制了距上關(guān)節(jié)屈伸的同時增加了距下關(guān)節(jié)的背屈峰值角度，這有效彌補了先前采用傳統(tǒng)測量技術(shù)只能獲取單一踝關(guān)節(jié)運動學(xué)結(jié)果的缺陷，并為改進鞋型設(shè)計提供一定參考；另一方面，著鞋顯著增加了距下關(guān)節(jié)的外翻（12.9%），未來研究應(yīng)更多聚焦距下關(guān)節(jié)外翻與跑步損傷之間的關(guān)聯(lián)。綜上結(jié)果提示，著鞋對踝關(guān)節(jié)運動的影響在距上關(guān)節(jié)與距下關(guān)節(jié)處差別較大，這強調(diào)了采用DFIS捕捉獨立關(guān)節(jié)運動的重要性，以促進對鞋內(nèi)足部真實關(guān)節(jié)運動的理解并為未來闡述足部運動特征與損傷間的潛在聯(lián)系奠定基礎(chǔ)。