Name: 运用金本位步态分析法评估下肢慢跑和跑步时的低肢力学经验效应 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-14T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 35 s
Description: 了解高跟鞋对下肢生物力学的影响，通过三维运动捕捉系统和测力平台比较有经验与无经验穿着者在慢跑和跑步时的运动学与地面反作用力差异。该方法为鞋类设计和运动建议提供科学依据。

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本研究由国家自然科学基金（81301600）、宁波大学王宽诚幸福基金、国家社会科学基金（16BTY085）、浙江省社会科学规划“之江青年项目”（16ZJQN021YB）、洛克特人体工学科技有限公司以及安踏体育用品有限公司资助。

本研究已获得宁波大学人体伦理委员会的批准（ARGH20150356）。所有受试者均知情同意参与本研究，并已被告知研究的目的、要求及实验流程。
1. 步态实验室准备
<ol>
	<li>关闭所有白炽灯，仅在实验室内保留适当的荧光照明水平。清除捕捉区域中所有可能被误识别为被动反光标记的标记物或其他不必要的反光物体。</li>
	<li>将适当的加密狗插入计算机的并行端口。打开动作捕捉相机、专有追踪软件、测力台放大器以及外部模拟-数字转换器（ADC）。
	<ol>
		<li>等待8台相机完成初始化。在“资源”面板的“系统”选项卡中，单击“本地系统”节点。在“本地系统”节点的“属性”面板中，于“系统”部分的“请求帧率”属性中输入“100”，将采样率设置为100 Hz。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>在“视图”面板的视图列表中选择“相机”。将由5个固定间距反光标记组成的T形标定架放置在测力台上。
	<ol>
		<li>在“系统资源”树中展开“相机”节点，按住CTRL键并依次单击该节点下列出的每台相机。在“相机”节点的“属性”面板中，于“设置”部分调节每台相机的“闪光强度”滑块，向左或向右移动，以确保每台相机的数据在“视图”面板中清晰、完整且稳定地显示。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>单击“工具”面板中的“系统准备”按钮。在“校准相机”部分单击“开始”按钮，随后在三维数据采集区域范围内，手持标定棒（T形标定架）在捕捉空间内以垂直方向画“8”字形挥动。当相机前端的蓝色状态指示灯停止闪烁时，停止挥动。</li>
	<li>在“工具”面板的“相机校准反馈”部分，监视进度条直至相机校准过程完成。检查“图像误差”数据；每台相机的可接受图像误差应小于0.3。</li>
	<li>将T形标定架放置于地面，使其中心标记位于测力台（60 cm × 90 cm）的左上角，且标定架的轴线与测力台边缘对齐。确保标定架的长轴指向行进方向（前侧方向）。</li>
	<li>在“视图”面板的视图列表中选择“3D透视”。在“设置捕捉空间原点”部分，单击开始按钮，然后单击“设置原点”按钮，以确定捕捉空间的坐标原点。</li>
	<li>请受试者踏上测力台。验证视图面板中显示的地面反作用力矢量方向是否向上，且垂直力分量的大小是否等于体重 × 9.81。随后请受试者走离测力台。</li>
	<li>在“系统资源”树中，右键单击“测力台”节点，并从“上下文”菜单中选择“零点校准”以校准测力台。在“资源”面板的“系统”选项卡中单击“连接性”节点。在“连接性”节点的“属性”面板中，于“设置”部分的“请求帧率”属性中输入“1,000”，将采样率设置为1,000 Hz。</li>
	<li>准备16个被动反光标记（直径：14 mm），预先将每个标记单独粘贴至双面胶带的一侧。</li>
</ol>
2. 受试者准备
<ol>
	<li>整理关于高跟鞋穿着经历的调查结果，包括穿着频率、持续时间、鞋跟类型和鞋跟高度，并将这些信息提供给每位志愿者。 
	注意：调查中的问题包括：（i）您穿高跟鞋的频率如何？（ii）每次穿高跟鞋的时间为多少小时/分钟？（iii）您通常穿哪种类型的高跟鞋？坡跟还是细跟？（iv）您通常穿的高跟鞋鞋跟高度是多少？本研究共有36名年轻女性自愿参与测试，但其中14人因各种原因被排除：对实验用鞋感到不适（4人）、拇外翻（3人）、仅具有穿坡跟鞋经验（3人）、在实验环境中步态异常（2人）以及测试当天缺席（2人）。</li>
	<li>从符合纳入标准的受试者处获取书面知情同意书。 
	注意：纳入标准如下：无可能影响正常慢跑和跑步步态的肌肉骨骼系统疾病；对提供的实验用鞋感到舒适；右利足；鞋码为37码（EUR）窄跟高跟鞋（heel height 3–6 cm），且每周至少3天（每天6小时）穿着，持续至少两年的受试者被归为经常穿高跟鞋组（EW）（年龄：24.2 ± 1.2岁；身高：160 ± 2.2 cm；体重：51.6 ± 2.6 kg）；而每月穿高跟鞋少于两次的受试者被归为不常穿高跟鞋组（IEW）（年龄：23.7 ± 1.3岁；身高：162.3 ± 2.3 cm；体重：52.6 ± 4.5 kg）。</li>
	<li>要求受试者换上合身的长裤和T恤。</li>
	<li>测量受试者的站立身高（mm）和体重（kg）。测量下肢长度（即， 髂前上棘与内踝髁之间的距离（单位：mm），膝宽（即， 的 膝内侧与外侧髁之间的距离（单位：mm）以及踝关节宽度 即， 使用游标卡尺测量内踝和外踝髁之间的距离（单位：mm）。</li>
	<li>准备用于放置标记物的解剖骨性标志区域的皮肤。
	<ol>
		<li>根据需要剃除体毛，并使用酒精擦拭去除多余的汗液和保湿剂。 
		注意：标记点位置包括：髂前上棘（LASI/RASI）、髂后上棘（LPSI/RPSI）、大腿外侧中点（LTHI/RTHI）、膝外侧髁（LKNE/RKNE）、小腿外侧中点（LTIB/RTIB）、外踝（LANK/RANK）、第二跖骨头部（LTOE/RTOE）和跟骨（LHEE/RHEE），其中前缀 L 和 R 分别表示左腿和右腿。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>触诊以确定解剖标志。使用标记笔在皮肤上圈出每个标志点。使用双面胶带将16个被动式反光标记点固定于双侧下肢的解剖标志点上。</li>
	<li>让受试者换上实验用鞋（ heel height: 4.5 cm），然后在跑道上自由行走、慢跑和跑步，直至其在生理和心理上均适应下肢佩戴的标记物及摄像设备即， 对参与者没有影响，且让他们感觉行走、慢跑和跑步非常自然。</li>
	<li>让受试者在跑道上以舒适低速进行慢跑练习，直至能够稳定地持续慢跑。指导受试者进行一些渐进式训练（例如， 在跑步机上以安全且舒适的速度范围内逐步加快慢跑速度。</li>
	<li>让他们在跑道上以舒适的较高速度沿地面跑动练习，直至能够在此速度下稳定奔跑。</li>
	<li>指导受试者在起始区域内的不同起跑线位置多次尝试起跑/跑步，以找到合适的起始位置，确保经过时右脚自然触地并完全接触测力台。</li>
</ol>
<img alt="包含测力台、运动捕捉相机和行进方向路径的运动分析装置示意图" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55714/55714fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图1"> 
图1：实验方案。 8个红外相机在受试者沿跑道慢跑和跑步时捕捉下肢运动。当受试者经过时，右脚自然踩踏并完全接触测力台。同步采集运动学和动力学数据。<a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/55714/55714fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
3. 静态校准
<ol>
	<li>单击工具栏中的“New Database”按钮以创建一个新数据库。单击工具栏中的“Data Management”按钮以打开“Data Management”窗格。在“Data Management”窗格中，依次单击“New Patient Classification”、“New Patient”和“New Session”按钮。返回到“Resources”窗格，单击“Create a new subject”按钮以创建一个新受试者，并在“Properties”窗格中为新创建的受试者输入所有人体测量值（例如 身高、体重、腿长、膝宽和踝宽）。</li>
	<li>在“Resources pane”中单击“Go Live”按钮。在“View”窗格中单击“Split horizontally”按钮，并在新的“View”窗格的视图列表中选择“Graph”。在“Model Output”下拉列表中选择“Trajectory Count”。
	<ol>
		<li>确认“Graph”视图窗格中的标记点数量为16，并且在“3D Perspective”视图窗格中可见的标记点数量相同，表示下肢上的所有标记点均已被成功捕捉。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>在“Tool”窗格中单击“Subject Preparation”按钮。</li>
	<li>要求受试者静止地以中立姿势站立在捕捉区域中心，以采集静态数据。
	<ol>
		<li>单击受试者采集部分的“Start”按钮，采集约150帧数据后，单击“Stop”按钮。 
		注意：“Start”按钮在单击后会自动切换为“Stop”按钮。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>单击工具栏中的“Reconstruct”按钮以显示已采集的标记点。在“Tool”窗格中单击“Label”按钮，并在“3D Perspective”视图窗格中将“Manual Labeling”部分列出的标签（共16个）手动分配给对应的标记点。按键盘上的“Esc”键退出。</li>
	<li>在“Subject Calibration”部分的“Pipeline”下拉列表中选择“Static”。在“Static Settings”窗格中勾选“Left Foot”和“Right Foot”选项。单击“Subject Calibration”部分中的“Start”按钮。</li>
</ol>
4. 动态试验
<ol>
	<li>要求受试者站在合适的起始位置。</li>
	<li>在“资源”面板中点击“Go Live”按钮，在“工具”面板中点击“Capture”按钮，并在“下一次试验设置”部分编辑“试验名称”。</li>
	<li>在“采集”部分点击“开始”按钮以开始数据采集，随后立即口头指示受试者“开始慢跑/开始跑步”。确保受试者右脚经过时自然触地并完全接触测力台（图1）。
	<ol>
		<li>对于慢跑试验，要求受试者以准备阶段熟悉的舒适低速进行慢跑；对于跑步试验，要求受试者以准备阶段熟悉的舒适高速进行跑步。两次试验之间允许休息2分钟。</li>
		<li>至少采集3个完整的连续步态周期，包括踩上测力台的步态周期。 
		注意：慢跑和跑步试验应随机进行。每种速度下，要求受试者重复5次试验。若出现标记物移动或脱落，或发生异常步态，则取消本次采集。如标记物发生移动或脱落，应将其重新固定至预先标记的皮肤位置。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<img alt="实验设置界面；会话管理、数据采集和分析配置工具。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55714/55714fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图 2"> 
图 2：动态数据采集的用户界面。 <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/55714/55714fig2large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<ol start="4">
	<li>受试者慢跑/跑步至跑道末端后，点击“采集”部分的“停止”按钮。参见图2。 
	注意：“采集”部分的“开始”按钮在点击后会自动切换为“停止”按钮。</li>
</ol>
5. 使用专有追踪软件进行后期处理
<ol>
	<li>单击工具栏中的“数据管理”按钮。在“数据管理”面板中，双击试验名称。单击工具栏中的“重建”和“标记”按钮，以重建三维动态模型并获取拍摄数据。</li>
	<li>在时间轴上，将时间条上的左范围指示器（蓝色三角形）移动到右脚接触测力台的那一帧。根据视图窗格中垂直力矢量出现的瞬间来选择该帧。
	<ol>
		<li>将时间轴上的右范围指示器（蓝色三角形）移动到右脚下一次足跟撞击事件发生的帧处。 
		注意：该帧的选择取决于研究人员根据右脚跟标记物无上下位移瞬间所作出的详细主观估计。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>右键单击时间轴，从“上下文”菜单中选择“缩放至感兴趣区域”以定义所需帧。</li>
	<li>单击“工具”面板中的“标签”按钮。在“间隙填充”部分，单击“轨迹”列中列出的包含间隙的轨迹对应的标记，然后单击“样条填充”工具的“填充”按钮。 
	注意：间隙数量列在“#Gaps”列中。点击“Spline Fill”工具的“Fill”按钮可填充一个间隙。“Spline Fill”方法通常适用于小于或等于60帧的间隙情况。</li>
	<li>单击“工具”面板中的“Pipeline”按钮。从“当前流程”列表中选择“Dynamic”。将时间轴上的指示器（蓝色滑块）移动到最后一个帧。单击“Run”按钮以启动流程处理，并以.csv格式导出动态试验数据，供数据分析软件进行后续处理。</li>
</ol>
6. 数据分析
<ol>
	<li>使用4 Hz低通滤波器对运动学和动力学数据进行滤波th- 分别在10 Hz和25 Hz截止频率下的二阶巴特沃斯滤波器13 （参见 材料表).</li>
	<li>将右侧髂前上棘标记点的前上方位移除以相应时间，以计算慢跑/跑步速度。
	<ol>
		<li>将右脚跟标记点在连续的脚跟触地事件之间的前后位移定义为步长。将步态周期持续时间的倒数定义为步频。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将站立相期间峰值角度与谷值角度之差定义为关节活动范围（ROM）。</li>
	<li>通过定义从初始触地至冲击力期间站立相时间的20%到80%范围内垂直地面反作用力-时间曲线的斜率，计算垂直平均加载率14. 
	注意：将初始接触定义为垂直地面反作用力持续测得大于 0 N 的瞬间。</li>
	<li>将垂直地面反作用力归一化为体重（BW%）。</li>
	<li>首先计算每位受试者的5次试验的平均值，然后对所有受试者的平均值再进行平均。 
	注意：参数包括慢跑和跑步速度、步长、步频、关节（即， 踝关节、膝关节和髋关节）三维（ROM）以及站立相期间的峰值角度、矢状面足跟触地时的角度、冲击力（Fi)，峰值力（Fp，以及垂直平均加载速率（VALR）。</li>
	<li>将数据转移至统计软件中进行统计分析。</li>
</ol>
7. 统计学分析
<ol>
	<li>采用两个独立样本t检验分别评估穿戴经验的影响。采用两个配对样本t检验分别评估跑步速度对下肢运动学和地面反作用力（GRF）的影响。若p值小于0.05，则认为统计结果具有显著性。 &lt;0.05.</li>
</ol>

<ol><li>Barkema, D. D., Derrick, T. R., Martin, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heel+height+affects+lower+extremity+frontal+plane+joint+moments+during+walking%5BTitle%5D)+AND+%22Gait+Posture%22%5BJournal%5D)">Heel height affects lower extremity frontal plane joint moments during walking.</a> Gait Posture. 35 (3), 483-488 (2012).</li>
<li>Hong, W. H., Lee, Y. H., Chen, H. C., Pei, Y. C., Wu, C. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+heel+height+and+shoe+insert+on+comfort+perception+and+biomechanical+performance+of+young+female+adults+during+walking%5BTitle%5D)+AND+%22Foot+Ankle+Int%22%5BJournal%5D)">Influence of heel height and shoe insert on comfort perception and biomechanical performance of young female adults during walking.</a> Foot Ankle Int. 26 (12), 1042-1048 (2005).</li>
<li>Baker, R. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1421413/">Gait analysis methods in rehabilitation.</a> J Neuroeng Rehabil. 3 (1), (2006).</li>
<li>Galna, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accuracy+of+the+Microsoft+Kinect+sensor+for+measuring+movement+in+people+with+Parkinson%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Gait+Posture%22%5BJournal%5D)">Accuracy of the Microsoft Kinect sensor for measuring movement in people with Parkinson's disease.</a> Gait Posture. 39 (4), 1062-1068 (2014).</li>
<li>Esenyel, M., Walsh, K., Walden, J. G., Gitter, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinetics+of+high-heeled+gait%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Podiatri+Med+Assocn%22%5BJournal%5D)">Kinetics of high-heeled gait.</a> J Am Podiatri Med Assocn. 93 (1), 27-32 (2003).</li>
<li>Cronin, N. J., Barrett, R. S., Carty, C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term+use+of+high-heeled+shoes+alters+the+neuromechanics+of+human+walking%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Physiol%22%5BJournal%5D)">Long-term use of high-heeled shoes alters the neuromechanics of human walking.</a> J Appl Physiol. 112 (6), 1054-1058 (2012).</li>
<li>Mika, A., Oleksy, Ł, Mika, P., Marchewka, A., Clark, B. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+influence+of+heel+height+on+lower+extremity+kinematics+and+leg+muscle+activity+during+gait+in+young+and+middle-aged+women%5BTitle%5D)+AND+%22Gait+Posture%22%5BJournal%5D)">The influence of heel height on lower extremity kinematics and leg muscle activity during gait in young and middle-aged women.</a> Gait Posture. 35 (4), 677-680 (2012).</li>
<li>Snow, R. E., Williams, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+heeled+shoes%3A+their+effect+on+center+of+mass+position%2C+posture%2C+three-dimensional+kinematics%2C+rearfoot+motion%2C+and+ground+reaction+forces%5BTitle%5D)+AND+%22Arch+Phys+Med+Rehabil%22%5BJournal%5D)">High heeled shoes: their effect on center of mass position, posture, three-dimensional kinematics, rearfoot motion, and ground reaction forces.</a> Arch Phys Med Rehabil. 75 (5), 568-576 (1994).</li>
<li>Gu, Y., Zhang, Y., Shen, W. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/263453947_Lower_extremities_kinematics_variety_of_young_women_jogging_with_different_heel_height">Lower extremities kinematics variety of young women jogging with different heel height.</a> Int J Biomed Eng Technol. 12 (3), 240-251 (2013).</li>
<li>Zöllner, A. M., Pok, J. M., McWalter, E. J., Gold, G. E., Kuhl, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+high+heels+and+short+muscles%3A+A+multiscale+model+for+sarcomere+loss+in+the+gastrocnemius+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22J+Theor+Biol%22%5BJournal%5D)">On high heels and short muscles: A multiscale model for sarcomere loss in the gastrocnemius muscle.</a> J Theor Biol. 365, 301-310 (2015).</li>
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<li>Cronin, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effects+of+high+heeled+shoes+on+female+gait%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22J+Electromyogr+Kinesiol%22%5BJournal%5D)">The effects of high heeled shoes on female gait: A review.</a> J Electromyogr Kinesiol. 24 (2), 258-263 (2014).</li>
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<li>Chien, H. L., Lu, T. W., Liu, M. W., Hong, S. W., Kuo, C. C. <a target="_blank" href="http://www.worldscientific.com/doi/abs/10.4015/S1016237214500422">Kinematic and Kinetic Adaptations in the Lower Extremities of Experienced Wearers during High-Heeled Gait.</a> BME. 26 (3), 1450042(2014).</li>
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<li>Kerrigan, D. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Moderate-heeled+shoes+and+knee+joint+torques+relevant+to+the+development+and+progression+of+knee+osteoarthritis%5BTitle%5D)+AND+%22Arch+Phys+Med+Rehabil%22%5BJournal%5D)">Moderate-heeled shoes and knee joint torques relevant to the development and progression of knee osteoarthritis.</a> Arch Phys Med Rehabil. 86 (5), 871-875 (2005).</li>
<li>Beynnon, B. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+strain+behavior+of+the+anterior+cruciate+ligament+during+squatting+and+active+flexion-extension+a+comparison+of+an+open+and+a+closed+kinetic+chain+exercise%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Sports%22%5BJournal%5D)">The strain behavior of the anterior cruciate ligament during squatting and active flexion-extension a comparison of an open and a closed kinetic chain exercise.</a> Am J Sports. 25 (6), 823-829 (1997).</li>
<li>Fleming, B. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+gastrocnemius+muscle+is+an+antagonist+of+the+anterior+cruciate+ligament%5BTitle%5D)+AND+%22J+Orthop+Res%22%5BJournal%5D)">The gastrocnemius muscle is an antagonist of the anterior cruciate ligament.</a> J Orthop Res. 19 (6), 1178-1184 (2001).</li>
<li>Schipplein, O., Andriacchi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interaction+between+active+and+passive+knee+stabilizers+during+level+walking%5BTitle%5D)+AND+%22J+Orthop+Res%22%5BJournal%5D)">Interaction between active and passive knee stabilizers during level walking.</a> J Orthop Res. 9 (1), 113-119 (1991).</li>
<li>Baliunas, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Increased+knee+joint+loads+during+walking+are+present+in+subjects+with+knee+osteoarthritis%5BTitle%5D)+AND+%22Osteoarthr+Cartil%22%5BJournal%5D)">Increased knee joint loads during walking are present in subjects with knee osteoarthritis.</a> Osteoarthr Cartil. 10 (7), 573-579 (2002).</li>
<li>Payne, C., Munteanu, S., Miller, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Position+of+the+subtalar+joint+axis+and+resistance+of+the+rearfoot+to+supination%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Podiatr+Med+Assoc%22%5BJournal%5D)">Position of the subtalar joint axis and resistance of the rearfoot to supination.</a> J Am Podiatr Med Assoc. 93 (2), 131-135 (2014).</li>
<li>Cheung, R. T., Rainbow, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Landing+pattern+and+vertical+loading+rates+during+first+attempt+of+barefoot+running+in+habitual+shod+runners%5BTitle%5D)+AND+%22Hum+Mov+Sci%22%5BJournal%5D)">Landing pattern and vertical loading rates during first attempt of barefoot running in habitual shod runners.</a> Hum Mov Sci. 34, 120-127 (2014).</li>
<li>Lieberman, D. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Foot+strike+patterns+and+collision+forces+in+habitually+barefoot+versus+shod+runners%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Foot strike patterns and collision forces in habitually barefoot versus shod runners.</a> Nature. 463 (7280), 531-535 (2010).</li>
<li>Voloshin, A., Loy, D. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0966636294901015">Biomechanical evaluation and management of the shock waves resulting from the high-heel gait: I-temporal domain study.</a> Gait Posture. 2 (2), 117-122 (1994).</li>
<li>Kerrigan, D. C., Todd, M. K., Riley, P. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Knee+osteoarthritis+and+high-heeled+shoes%5BTitle%5D)+AND+%22Lancet%22%5BJournal%5D)">Knee osteoarthritis and high-heeled shoes.</a> Lancet. 351 (9113), 1399-1401 (1998).</li>
<li>Gu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S0219519414500080">Plantar pressure distribution character in young female with mild hallux valgus wearing high-heeled shoes.</a> J Med Mech Biol. 14 (01), (2014).</li>
<li>Yu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+finite+element+model+of+female+foot+for+high-heeled+shoe+design%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Development of a finite element model of female foot for high-heeled shoe design.</a> Clinical Biomechanics. 23, S31-S38 (2008).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

大多数分析高跟鞋步态生物力学的研究存在一个缺陷，即忽视了穿高跟鞋经验可能带来的影响12。本研究将受试者分为经常穿着组和偶尔穿着组，以探讨穿高跟鞋经验对中等高度高跟鞋慢跑和跑步过程中下肢运动学及地面反作用力的影响。
EW 和 IEW 的慢跑/跑步速度相当。与 EW 相比，IEW 采用了更高的步频和更短的步幅，这可能是为了维持身体平衡的一种策略15,16。EW 较长的步幅可能与蹬离阶段更大的膝关节伸展有关，这也增加了矢状面上的膝关节活动范围（ROM）。同样，EW 表现出更大的髋关节屈伸活动范围，并具有更高的峰值屈曲角度。这可能有助于降低身体质心位置，增强身体稳定性17。然而，EW 在冠状面和横断面上髋关节和膝关节活动范围的减小，可能是长期穿高跟鞋后为限制关节过度活动而产生的一种适应性改变。IEW 在矢状面上具有更大活动范围的更灵活踝关节，作为将肌肉力量传递至地面的杠杆效率较低...

高跟鞋设计一直是女性鞋类中的流行特征之一。高跟鞋迫使踝关节处于被动的跖屈状态，显著改变了行走时的运动学和动力学特征。尽管已有报道指出其对肌肉骨骼系统存在不良影响1，但社会习俗和时尚潮流仍促使人们持续穿着高跟鞋2。
目前，大多数步态分析实验室在临床和科研中均采用光学追踪系统，以准确可靠地测量三维下肢关节运动3。该技术为步态分析提供了&#34;金标准&#34;4。基于该技术的一致研究结果表明，与平底鞋相比，鞋跟越高，膝关节屈曲和踝关节内翻程度越大5,6,7。地面反作用力（GRF）是步态分析中另一个常用参数。研究还发现，穿高跟鞋行走时，地面反作用力向足前内侧转移，站立中期地面反作用力降低，足跟触地时垂直方向的地面反作用力增加，前后方向的地面反作用力峰值也有所增加1,6,7,8。
上述先前研究主要基于平地行走的方法。在现代社会中，为了赶公交车、快速穿过繁忙的街道或冲刺以赶上末班火车，越来越多的女性偶尔需要以更高的速度行走或奔跑。目前关于穿高跟鞋慢跑和跑步时下肢生物力学的研究仍然有限。Gu et al. 指出，在慢跑过程中，随着鞋跟高度的增加，膝关节外展-内收以及髋关节屈曲-伸展的关节活动范围显著增大9。该研究的局限性在于仅招募了习惯性穿高跟鞋的女性受试者。长期穿着高跟鞋可能引起下肢肌肉的结构性适应。Zöllner et al. 建立了一个多尺度计算模型，揭示由于长期穿着高跟鞋导致串联肌节的慢性丢失，肌肉能够逐渐适应其新的功能长度10。也有证据表明，穿高跟鞋引起的步态运动学代偿在有经验与无经验的穿着者之间存在差异11。从有经验和无经验的受试者中收集的数据可能会掩盖统计结果12。因此，探讨生物力学变化在无经验与有经验的使用者中是否同样显著，具有重要意义。
本研究旨在探讨有经验穿着者（EW）与无经验穿着者（IEW）在中等高度高跟鞋慢跑和跑步过程中下肢运动学及垂直地面反作用力（GRF）的差异。假设EW在慢跑和跑步时具有更快的自选速度、更小的关节活动幅度以及更大的垂直地面反作用力。

<table><tbody><tr><td>运动追踪相机</td><td>Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK</td><td>MX cameras</td><td>n= 8</td></tr><tr><td>Vicon Nexus&amp;nbsp;</td><td>Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK</td><td>Version 1.4.116</td><td>专有追踪软件（PlugInGait 模板）</td></tr><tr><td>加密狗</td><td>Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK</td><td>-</td><td>-</td></tr><tr><td>MX Ultranet HD</td><td>Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK</td><td>-</td><td>-</td></tr><tr><td>Vicon 数据站 ADC&amp;nbsp;</td><td>Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK</td><td>-</td><td>外部 ADC</td></tr><tr><td>被动式反光标记点</td><td>Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK</td><td>-</td><td>n=16；直径=14 mm&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>测力台放大器</td><td>Kistler, Switzerland</td><td>5165A</td><td>n=1</td></tr><tr><td>测力台</td><td>Kistler, Switzerland</td><td>9287C</td><td>n=1</td></tr><tr><td>T型支架</td><td>Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK</td><td>-</td><td>-</td></tr><tr><td>双面胶带</td><td>Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK</td><td>-</td><td>用于将标记点固定于皮肤</td></tr><tr><td>中等高度高跟鞋</td><td>Daphne, Hong Kong</td><td>13085015</td><td> heel height: 4.5cm; Size:37EURO</td></tr><tr><td>Microsoft Excel&amp;nbsp;</td><td>Microsoft Corporation, United States</td><td>Version 2010</td><td>用于数据低通滤波和计算；插件：Butterworth.xla</td></tr><tr><td>Origin&amp;nbsp;</td><td>OriginLab Corporation, United States</td><td>Version 9.0</td><td>绘制 GRF-时间曲线</td></tr><tr><td>Stata&amp;nbsp;</td><td>Stata Corp, College station, TX</td><td>Version 12.0</td><td>统计分析</td></tr></tbody></table>

使用金标准步态分析方法评估中高度高跟跑动和跑步过程中下肢力学的运动经验效应

Using Gold-standard Gait Analysis Methods to Assess Experience Effects on Lower-limb Mechanics During Moderate High-heeled Jogging and Running

目前仅有少量研究探讨了穿高跟鞋慢跑和跑步时的下肢生物力学特征，且大多数研究未能明确受试者的穿鞋经验。本实验方案描述了有经验穿鞋者（EW）与无经验穿鞋者（IEW）在中等高度高跟鞋下进行慢跑和跑步时下肢运动学及地面反作用力（GRF）的差异。采用配备测力台的三维（3D）运动分析系统，同步采集下肢关节运动与地面反作用力数据。36名年轻女性自愿参与本研究，并被询问有关穿高跟鞋的经验，包括频率、持续时间、鞋跟类型和鞋跟高度。其中11名受试者具有至少两年、每周至少三天（每天6小时）穿着鞋跟高度为3至6 cm高跟鞋的经验，另11名受试者每月穿高跟鞋少于两次。受试者分别以自身舒适的低速和高速进行慢跑和跑步，沿一条10米走道行进时，右脚完全踏上测力台。在慢跑和跑步过程中，EW与IEW表现出不同的生物力学适应模式。IEW表现出总体更大的关节活动范围，而EW在跑步时的GRF加载速率显著更高。因此，未来关于高跟鞋步态下肢生物力学的进一步研究应严格控制受试者的穿鞋经验。

所有结果均以均值 ± 标准差表示。无论穿着经验如何，跑步速度均显著大于慢跑速度（EW：慢跑 与 运行：2.50 ± 0.14 与 3.05 ± 0.14, p = 0.010；IEW：慢跑 与 运行：2.24 ± 0.26 与 2.84 ± 0.29, p = 0.028；单位：m/s）(表1）。在EW与IEW之间的慢跑/跑步速度上未发现显著差异。通常情况下，EW的步幅大于IEW（慢跑：EW 与 IEW：1.86 ± 0.06 与 1.49 ± 0.20, p = 0.016；运行：EW 与 IEW：2.15 ± 0.14 与 1.79 ± 0.16, p = 0.004；单位为米），而步频则呈现相反趋势（慢跑：EW 与 IEW：82.43 ± 3.48 与 90.74 ± 2.92, <e...

本研究探讨了穿中高跟鞋进行慢跑和跑步时的下肢运动学特征及地面反作用力（GRF）。受试者被分为有经验穿着者和无经验穿着者两组。采用配备测力台的三维运动分析系统，采集下肢关节运动和地面反作用力（GRF）数据。

目前仅有少量研究探讨了穿高跟鞋慢跑和跑步时的下肢生物力学特征，且大多数研究未能阐明……

本实验的总体目标是观察中等高度高跟鞋在慢跑和跑步过程中对下肢力学的影响。该方法可以回答一个关键问题：在高跟鞋运动中，跟部抬高这类干扰因素可能并非导致下肢力学减弱的唯一主要因素。本实验方案的一个特点是纳入了有经验与无经验的多种受试者，这一特征在以往使用其守卫方法的高跟鞋研究中已得到充分考虑。首先测量受试者的站立身高和体重。使用测量卡尺测量髂前上棘与内踝关节面之间的距离、膝关节内侧与外侧髁之间的距离，以及踝关节内侧与外侧髁之间的距离。随后通过触诊确定解剖学标志点。使用记号笔在皮肤上标记每个解剖标志点，然后用双面胶带将16个被动式反光标记点贴在下肢两侧的相应标志点上。让受试者换上实验用鞋，随后沿着跑道自由行走、慢跑和跑步，直至其在生理和心理上均适应摄像机及下肢标记点的存在，并感觉动作自然为止。接下来，让受试者在跑台上以舒适且较低的速度进行慢跑练习，直至能够稳定地慢跑。指导他们在安全且舒适的范围内，尝试在跑步机上逐步加快慢跑速度，此过程称为渐进式训练。然后，让他们在跑道上以舒适的较高速度进行地面跑练习，直至能够在此速度下稳定奔跑。最后，指导受试者在起始区域内不同的起跑线位置多次尝试起跑，以确定一个合适的起跑位置，确保受试者经过时右脚能够自然触地并完全接触测力台。首先，让受试者静止、自然地站立于捕捉范围的中央，以采集静态数据。在受试者采集部分点击开始按钮，采集约150帧数据。然后，单击停止按钮。接下来，在受试者校准部分的管道下拉列表中选择静态模式。在静态设置面板中，勾选左脚和右脚选项。点击受试者校准部分的开始按钮。然后，让受试者站在合适的起始位置。点击采集部分的开始按钮以开始采集，随后立即口头指示受试者开始慢跑。确保受试者经过测力台时，右脚自然着地并与测力台完全接触。进行慢跑测试时，要求受试者以准备阶段所熟悉的舒适低速进行慢跑。进行跑步测试时，要求受试者以准备阶段所熟悉的舒适高速进行跑步。两次试验之间留出两分钟休息时间。最后，当受试者到达跑道终点时，点击停止按钮。这些结果表明，除矢状面的膝关节和髋关节活动外，IEW的其余三个关节活动范围总体上均大于EW。关节活动范围仅在髋关节屈伸运动中存在显著的速度效应。外旋（EW）的地面反作用力（GRF）时间曲线在冲击吸收期表现出一个初始峰值，紧接着出现一个小波动，尤其是在跑步过程中。相比之下，内旋（IEW）在初始峰值之后的曲线相对平缓。EW与IEW之间的冲击力无显著差异，但在跑步过程中，EW的加载速率显著更高。在进行该实验流程时，重要的是要记住，在每次试验开始前，必须重新校准读取捕捉区域的摄像头，并将首个参数校准至各自的水平，以确保捕捉的准确性。遵循此流程后，可进一步计算其他参数，例如关节动量，从而回答更多问题，比如穿着高跟鞋是否会影响其他执行器的准确性及测量结果。其中，该数值表明，此类数学分析应强调将受试者穿着高跟鞋的实际体验纳入考量的重要性，以提供更具体的信息，并减少对目标人群推断的不确定性。观看本视频后，您应能够理解如何使用或理解相关数学原理，或如何根据不同的穿着体验进行高跟鞋实验，并获得符合准确性和标准要求的结果。

using-gold-standard-gait-analysis-methods-to-assess-experience

Research

科研

JoVE Journal

Behavior

行为

运用金本位步态分析法评估下肢慢跑和跑步时的低肢力学经验效应

目的是验证北欧行走步态与姿势分析中数据采集技术的最佳应用方式。在短时间分析（即单个步态周期）中应使用三维运动捕捉技术，而在长时间分析（即多次重复周期）如6分钟步行测试中则应采用加速度测量技术。...

验证适用于评估老年人 Nordic 步行步态与姿势的合适运动捕捉技术

本文介绍了一种利用压力中心与全身质心之间距离来测量从坐到站再到行走过程中关键事件位置稳定性的新方案。该方法基于测力台和三维运动捕捉技术，具有良好的可靠性，可用于对神经系统功能受损个体的评估。...

从120%膝高处坐-站-走：一种独立于优势肢体评估动态姿势控制的新方法

本研究介绍了一种适合临床医生使用的三维步态分析方法，该方法设计用于康复门诊环境中实施。该方法包括简化的测量流程和直观的图表，以帮助临床医生更好地理解分析结果。...

面向临床的三维步态分析方法用于评估步态障碍

本文介绍了一种利用高分辨率视频光栅立体成像技术及配备集成传感器垫的跑步机，对腰椎融合术后患者的姿势与步态进行分析的实验方案。该方法可实现对术后功能的客观评估，减少主观性，从而提高手术指征判断的准确性与可靠性。...

通过视频光栅立体成像与跑步机步态分析评估腰椎融合术后患者的姿势与步态特征

本文介绍了一种全面的实验方法，用于研究当前可用来测量个体下肢生物力学的两项最新技术。...

健康受试者下肢生物力学分析

本研究探讨了5公里跑步机跑动过程中，下肢运动学变量在起始阶段与终末阶段之间的生物力学特征。分别在跑步机跑动的起始阶段（0.5公里）和终末阶段（5公里），利用三维运动捕捉系统采集了10名跑者的下肢运动学数据。...

跑步机5公里跑初期与末期下肢运动学的比较分析

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不同行走速度下非计划性步态终止相关的下肢生物力学特征

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全面理解啮齿类动物由失活动引起的步态改变

本文介绍了用于研究步态起始姿势控制的材料与方法。该方法基于测力台记录，并利用力学直接原理计算重心和压力中心的运动学参数。...

利用测力台记录进行步态起始姿势控制的生物力学分析

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步宽调控对跑步生物力学的影响

了解高跟鞋对下肢生物力学的影响，通过三维运动捕捉系统和测力平台比较有经验与无经验穿着者在慢跑和跑步时的运动学与地面反作用力差异。该方法为鞋类设计和运动建议提供科学依据。

使用金标准步态分析方法评估中高度高跟跑动和跑步过程中下肢力学的运动经验效应

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