正常行走足底压力测定与临床作用

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1、正常行走足底压力测定与临床作用作者：黄海晶　王志彬　金鸿宾【摘要】　　［目的］应用自行制作的微型压力传感器进行正常行走足底压力测定与临床实测。［方法］作者将微型压力传感器组装成测力鞋，采用视频计算机处理的方式，动态采集、分析一个步态周期全过程的足底压力分布，同时结合临床病人分析足底压力的病理变化规律。［结果］在正常组行走过程中，前足承担体重的49%，中足与后足共同负担体重的51%，而在病理状态下，人体行走出现动态失衡，引起足部负重的病理改变。［结论］通过动态分析足底压力的正常分布与病理改变，明确病因并为临床治疗提供借鉴。【关键词】足底压

2、力　微型压力传感器　步态分析　　Measurementandclinicalapplicationofnormalplantarpressure∥　　Abstract：［Objective］Todevelopaminipressuresensor(MPS)formeasurementofplantarpressure(PP)andtoevaluateitsclinicalapplication.［Method］TheMPSulateandanalyzethechangeofPPinalidfootandheeloficallydis

3、raptedinducingapathologicchangesoffootbearing.［Conclusion］SelfdevelopedMPSformeasuringPPishelpfordynamicanalysisofnormalPPandisvaluabletorecognizethepathologicdistributionofPPinpathologicalstateandtoprovideaguidefortreatment.　　Keyinipressuresensor;gaitanalysis　　步行是人类最基本

4、的运动之一，人体的生理、病理甚至精神状态的各种变化都会不同程度地影响到步态〔1、2〕。创伤与多种骨科疾患都可以造成患者的异常步态〔3、4〕。　　目前常用的步态参数测定方法有2种：一种是对行走过程拍摄电影技术图片进行分析，以获得运动学基本参数，多用于关节角度的变化分析〔5〕。另一种是被测者与测定装置直接联系在一起，直接测定出动力学基本参数，多见于人体步态负重力学的分析〔6〕。　　目前测力鞋的应用使后者的研究大为简便。为了探求行走的生物力学原理，作者自行制作了微型压力传感器并组装成测力鞋测定装置对临床病人进行了动态实测。　　1材料与方法　　

5、1.1实验对象　　选取正常健康男性受试者10名，年龄23～58岁，平均33.7岁，体重56～72kg，平均65.6kg。在临床生物力学测试中选取2名患者，其中膝部腘绳肌损伤1例，足下垂的病人1例。　　1.2传感器的制作与工作原理　　1.2.1随着生物力学的发展，实验工作已经成为专门的学科，为了测试人体助行带的生物力学参数，作者制作了应变片式微型压力传感器，表面为4片电阻应变片对称黏贴在弹性薄板上，薄板底部也黏贴有同样4片电阻应变片，总共8片电阻应变片组成全桥（图1）。微型压力传感器工作原理为，传感器表面为一测压板，足底压力作用在测压板上

6、，测压板通过中心的圆珠将压力传递到弹性薄板上，引起弹性薄板的变形。通过黏贴在弹性薄板上的应变片测试到弹性薄板的变形（应变），通过标定从而得到足底压力的大小（图2）　　1.2.2系统硬件技术指标　　足底压力分布测量的仪器采用了DSPS1000型集成化动态信号采集分析系统，该系统将微机、动态信号测量仪和数据采集集成一体，全部硬件实现程控化，具有测试精度高、抗干扰能力强、体积小等特点。该系统可以对大容量、多通道的动态信号自动进行数据采集和分析，测试系统如图3所示。每个传感器量程为20kg，测量分辨率为0.015kg左右，采样率：125Hz，采

7、样时间：25s，传感器频率响应：0～1000Hz。　　图1微型压力传感器内部构造（略）　　图2测量电桥（略）　　图3动态信号采集系统示意图（略）　　1.2.3系统工作原理　　本足底压力分布测量系统共使用了6个微型压力传感器，分别置于受试者的第1跖骨头、第2、3跖骨头、第4、5跖骨头、足内侧弓、足外侧弓以及足跟的实测部位上。这样正常受试者与患者可以通过脚踏测力鞋来稳步完成负重活动。通过压力传感器、DSPS1000动态信号采集系统组成的测力系统就能准确地测量和记录人体运动过程中发出的力学信息。　　1.2.4系统软件结构　　（1）实时数据采集

8、模块:该模块主要是采集患者在步行过程中动态足底压力数据。当传感器出现压力时，计算机开始测试实验数据，并按帧（1024数据点／帧）自动存储所有的测试数据。为保证数据分析的统一性，多个传感器的测试数据分通道按帧