De studie heeft goedkeuring gekregen van de Ethische Commissie van het Onderzoeksinstituut van de Ningbo Universiteit (Goedkeuringsnummer: ty2022020). Alle deelnemers gaven schriftelijke toestemming, nadat ze waren geïnformeerd over het doel, de vereisten en de procedures van het experiment. De gebruikte apparatuur en software zijn vermeld in de Materiaallijst.
1. Laboratoriumvoorbereiding
Een Footscan 2-m drukplaat (2,0 m × 0,40 m × 0,02 m, 16.384 sensoren) werd gebruikt en bemonsterd bij 480 Hz. De plaat werd gelijk met de omliggende startbaan ingebed met behulp van beschermende matten om artefacten op staphoogte te elimineren. Het systeem werd op nul gezet en gewichtgekalibreerd volgens de instructies van de fabrikant, en het serienummer en kalibratiebestand van de aangesloten plaat werden geverifieerd vóór het testen.
De naderingssnelheid over de laatste 2 m vóór voetcontact werd gemonitord met dubbele infrarood timingpoorten, met een afstand van 2,0 m op een breedhoogte van 80 cm en uitgelijnd met de startbaan. Poorten werden aan beide zijden van de startbaan geplaatst om de COD-manoeuvre niet te verstoren. Deelnemers moesten 3,5 m·s⁻¹ (±5%) langs het naderingspad aanhouden voordat ze contact maakten met de drukplaat. Hoewel de timingpoorten de gemiddelde snelheid over de laatste 2 m kwantificeren, naderden deelnemers de blauwe matbaan en voerden een 45° wijziging van richting (COD) uit zodat de (draaiende) voet van de installatie het actieve gebied van de drukplaat raakte. Om het richten van voetplaatsen te minimaliseren, werden er geen visuele markeringen aangebracht en werden verschillende oefenproeven toegestaan. Een proef werd als geldig beschouwd als de plantvoet volledig contact bereikte binnen het actieve gebied zonder duidelijke pasaanpassing; Proeven met gedeeltelijk contact of duidelijke targeting werden herhaald.
2. Voorbereiding van deelnemers
Alle deelnemers gaven schriftelijke geïnformeerde toestemming na een duidelijke uitleg van de doelstellingen en procedures van het onderzoek, met mogelijkheden om vragen te stellen. Om variabiliteit tussen ledematen te minimaliseren, werden alleen rechterbeendominante individuen gerekruteerd. De beendominantie werd bepaald door de voorkeurs-trapbeentest (≥2 bevestigingen over drie onderzoeken); Alle deelnemers waren dominant aan het rechterbeen. De uiteindelijke steekproef omvatte vijftien gezonde Chinese volwassenen (9 mannen, 6 vrouwen; leeftijd: 22 jaar; gewicht: 65,52 kg; lengte: 170,3 cm), die allemaal geen geschiedenis hadden van onderpotblessures of voetafwijkingen in de afgelopen zes maanden. Het specifieke inclusiecriterium was ontworpen om de verstorende effecten van leeftijd en geslacht te verminderen, waardoor de reproduceerbaarheid en statistische validiteit van de experimentele uitkomsten werden verbeterd.
Deelnemers kregen de instructie om strak zittende sportbroeken te dragen en blootsvoets op de Footscan-plaat te staan met beide voeten tegen elkaar gepositioneerd. Daarna werden antropometrische gegevens verzameld en geregistreerd, waaronder lengte, gewicht, voetlengte, schoenmaat en voetboogtype. De mediale longitudinale booghoogte werd beoordeeld met behulp van de Arch Height Index (AHI), berekend als de verhouding tussen dorsumhoogte (gemeten op 50% van de totale voetlengte) en de totale voetlengte. AHI-waarden tussen 0,310 en 0,356 werden beschouwd als indicatief voor een normale boogstructuur17.
Voordat de hoofdproeven begonnen, kregen deelnemers eerst een demonstratie van de vereiste bewegingstaken te zien. Elke deelnemer voerde vervolgens een langzame jogging van 10 minuten uit als gestandaardiseerde warming-up om voldoende fysiologische paraatheid te garanderen voor zowel statische als dynamische opnames.
3. Steekproefgrootte rechtvaardiging
Een gevoeligheidsanalyse voor een tweezijdige gekoppelde t-test (α=0,05, 1−β=0,80, n=15) gaf aan dat de studie gekracht was om effecten binnen de proefpersonen te detecteren van ongeveer Cohen's dz ≈ 0,74 voor de primaire discrete uitkomst (FBI).
4. Segmentatie en afkortingen van plantaire regio's
Het plantaire oppervlak van de voet werd door de Footscan-software onderverdeeld in 10 anatomische gebieden: hallux (T1), kleine tenen beschouwd als één regio (T2-T5), eerste tot vijfde middenvoetsbeentje (M1-M5), mediale hiel (MH), laterale hiel (LH) en middenvoet (MF). Voor de Foot Balance Index (FBI) werd mediale belasting gedefinieerd als de opgetelde genormaliseerde krachten van M1, M2 en MF, terwijl laterale belasting M3, M4, M5 en LH omvatte. Deze classificatie volgt de standaard Footscan-segmentatieregels op basis van metatarsale hoofden, calcaneale splitsing en middenvoetgrenzen (30%-60% voetlengte). Een volledige afkortingssleutel is te vinden in Figuur 1A.
5. Statische meting
- Houding en opstelling
Deelnemers stonden blootsvoets op de vlak gemonteerde drukplaat in een comfortabele tweebenige houding, met voeten ongeveer schouderbreed, knieën uitgestrekt maar niet vergrendeld, armen ontspannen langs het lichaam, en hun blik gericht op een muurmarkering op ooghoogte ~3 meter voor ons. De voeten waren uitgelijnd met de AP (anterieur-posterior) as van de plaat; er werden geen visuele doelen onder de voet geplaatst om positionele bias te voorkomen.
- Stabilisatie en opname
Na een stabilisatie van 3-5 seconden in stilstand werd een enkele statische momentopname van de drukverdeling van de plantaire druk geregistreerd. Per deelnemer werden twee geldige herhalingen verzameld met ≥30 seconden zittende rust tussen de proeven om houdingsdrift te minimaliseren.
- Validiteit en herhalingscriteria
Een statische proef werd als geldig beschouwd als (1) volledig plantair contact van beide voeten zichtbaar was binnen het actieve gebied, (2) er tijdens het stabilisatievenster geen duidelijke slinger- of stapaanpassingen plaatsvonden, en (3) er geen overlap of afkorting van voetafdrukken aan de plaatranden was. Proeven die niet aan deze criteria voldeden, werden herhaald.
- Afgeleide variabelen (statisch)
Uit de statische momentopname berekenden we regionale druk/kracht over de tien anatomische regio's (afkortingssleutel in Figuur 1A) en beschrijvende indices die worden gebruikt voor protocolkwaliteitscontrole (bijv. de totale krachtverhouding van zij-tot-zij). Statische gegevens werden alleen gebruikt om de basislijnverdeling en de kwaliteit van plaatsegmentatie te documenteren; alle hypothesetests werden uitgevoerd op dynamische COD-onderzoeken.
6. Dynamische meting
Deelnemers voerden blootsvoets 45° zijwaartse COD-proeven uit. Voor de rechtswaarts gesneden conditie landde de linkervoet (draaiende/plant) volledig op de drukplaat. Om een consistente voetplaatsing en volledig plantair contact te garanderen, werd voor elke deelnemer een individueel vast startpunt ingesteld tijdens de vertrouwdheid, zodat de aanpak een rechts-en-links-stap opleverde, waarbij de linksafslaande stap de plaat raakte. Voor de formele tests voltooiden deelnemers meerdere vertrouwdheidsruns om een natuurlijke, herhaalbare gang te creëren zonder visuele doelen op de plaat. Er werden per aandoening minstens drie geldige proeven geregistreerd; Proeven met onvolledig contact of zichtbare doelstelling werden verworpen en herhaald. Voor de links-snede conditie werden de startmarkering en stapvolgorde gespiegeld zodat de rechts draaiende voet de drukplaat raakte volgens identieke criteria.
De laboratoriumbaan was 10 m lang; De drukplaat was vlak verzonken en bevond zich 6 m van de startlijn, waardoor er ~6 m overbleef voor nadering en ~2 m voor post-contact vertraging. De naderingssnelheid werd gemonitord met behulp van twee enkelstraal-timingpoorten (bundelhoogte 80 cm) die 2,0 m uit elkaar lagen langs het naderingspad, waarbij de stroomafwaartse poort was uitgelijnd met de proximale rand van het actieve gebied van de drukplaat, waarmee de laatste 2 m voor voetcontact werden gemeten. Een proef werd alleen geldig geaccepteerd wanneer de gemeten naderingssnelheid 3,5 m·s⁻¹ (±5%) was.
Alle proeven werden nauwlettend gevolgd door getrainde onderzoekers om naleving van het voorgeschreven snelheidsbereik en correcte uitvoering van de taak te waarborgen. Kinetische gegevens werden automatisch verzameld door het Footscan-systeem en veilig opgeslagen voor latere analyse. Het voetslagpatroon werd niet expliciet gecontroleerd; Deelnemers voerden de taak uit met hun zelfgekozen hardloopstijl.
7. Gegevensverwerking
Na het experiment worden alle verzamelde gegevens handmatig verwerkt met behulp van de Footscan-software.
Elke statische en dynamische proef werd zorgvuldig onderzocht om ontbrekende gegevens of verstoorde voetcontactpatronen te identificeren en zo de validiteit van de gegevens te waarborgen. De identificatie van linker- en rechtervoeten werd bepaald op basis van dynamische beelden van plantaire druk die bij voetcontact werden gemaakt, wat een visuele weergave bood van de piekdrukverdeling en de locatie van het drukcentrum tijdens de stancefase.
Het plantaire oppervlak werd aanvankelijk verdeeld in tien anatomische gebieden met behulp van de geautomatiseerde segmentatiefunctie van het systeem, die de voet indeelde in voorvoet-, midden- en achtervoetzones. Handmatig werden vervolgens indien nodig aanpassingen toegepast om een nauwkeurige regionale afbakening te waarborgen. Op basis van de uiteindelijke segmentatie werden drukwaarden uit elk gebied geëxtraheerd en gebruikt om regionale druk-tijdcurves te genereren voor verdere analyse.
Plantaire drukgegevens werden afzonderlijk geëxporteerd voor zowel statische als dynamische omstandigheden. De geëxporteerde parameters omvatten voethoeken, voetassen, voetbalans en zone-specifieke drukwaarden (Figuur 1), die werden geëxtraheerd uit de vooraf gedefinieerde voetgebieden.
OPMERKING: Ondanks strikte naleving van het experimentele protocol waren de gegevens van sommige deelnemers onvolledig vanwege het verdwijnen van gemarkeerde trajecten in de Footscan-software.
8. Plantaire druk en kracht
Om de verdeling van de plantaire belasting tijdens de stance te onderzoeken, werden tijdreeksgegevens van plantaire kracht en druk geëxtraheerd uit tien plantaire regio's. Kracht/druk-tijdcurves werden tijdgenormaliseerd tot 101 punten om temporele vergelijkbaarheid tussen de proeven te waarborgen. Om variabiliteit tussen de proefpersonen te minimaliseren (bijvoorbeeld door lichaamsmassa), werden regionale krachten genormaliseerd tot de gemiddelde verticale kracht over stand (Zavg), gedefinieerd als,
(1)
Waarbij Fz (t) de verticale grondreactiekracht is bij frame t, en N het aantal standframes is. Genormaliseerde krachten worden als dimensieloos gerapporteerd (×1). Daarentegen werden regionale plantaire drukken geanalyseerd in fysieke eenheden (kPa) zonder normalisatie, aangezien deze al worden uitgedrukt ten opzichte van het contactoppervlak. Dit normalisatieschema voor krachten volgt eerdere studies18.
9. Voetbalans
De voetbalansindex (FBI), getoond in Formule 2, verwijst naar de voetpronatie of voetsupinatie tijdens de standfase (Figuur 1)19. De FAVG die wordt gebruikt voor de berekening van de FBI is de gemiddelde kracht van de gehele plantar19. De FBI werd berekend als,
(2)
waarbij Fmedial en Flateral de opgetelde plantaire krachten van respectievelijk mediale (M1, M2, MH) en laterale (M3-M5, LH) regio's vertegenwoordigen. Positieve FBI-waarden duiden op een grotere mediale belasting (pronatie), terwijl negatieve waarden op een grotere laterale belasting (supinatie) duiden.
Let op dat MF bewust werd uitgesloten van de FBI-groep (medial = M1, M2, MH; lateraal = M3-M5, LH) om booggerelateerde variabiliteit te vermijden en om te focussen op de balans tussen voorvoet en hiel.
10. Voetashoek
De hoek van de voetas weerspiegelt de mate van interne en externe rotatie van de voet tijdens het lopen. De hoek bestaat uit een verbonden lijn tussen het midden van de hiel en het midden van de opening tussen het tweede en derde middenvoetsbeentje. De bewegingsrichting wordt gedefinieerd als de voetashoek19 (Figuur 1). De interne en externe rotatie van de voet in het horizontale vlak werden respectievelijk weergegeven door negatieve en positieve hoeken.
11. Statistische analyse
Discrete uitkomstmaten (bijv. Foot Balance Index, plantaire druk in verschillende voetgebieden en voetashoek) werden geanalyseerd met SPSS v19.0. Voor elk van de 15 deelnemers werden gegevens van de dominante en niet-dominante voet behandeld als gepaarde steekproeven. Daarom werden gepaarde t-tests uitgevoerd voor normaal verdeelde gegevens (waarbij normaliteit werd geverifieerd op basis van de verdeling van de verschillen binnen de proefpersoon), terwijl Wilcoxon-teken-rang tests werden toegepast voor niet-parametrische vergelijkingen. Voor elke aandoening werden de trial-level curves gemiddeld binnen de proefpersoon vóór de vergelijkingen tussen ledematen; Discrete metrics gebruikten het gemiddelde binnen de proefpersoon van geldige onderzoeken.
Voor continue plantaire druktijdreeksen werden waarden Zavg-genormaliseerd (zie Data Processing) en tijdgenormaliseerd tot 101 punten met lineaire interpolatie. Vervolgens werd eendimensionale statistische parametrische mapping (SPM1d) met gepaarde t-tests gebruikt om drukcurven over de volledige standfase te vergelijken. Willekeurige veldentheorie (RFT) werd gebruikt om veldgewijze fouten te reguleren en meerdere vergelijkingen over tijdte corrigeren. Alle tijdreeksanalyses werden uitgevoerd in MATLAB R2018a, en de significantiedrempel werd vastgesteld op 0,05.
Om familie-gewijze fouten te controleren over meerdere discrete vergelijkingen, werden p-waarden voor discrete regionale/metrische uitkomsten aangepast met behulp van de Holm-Bonferroni-procedure (α = 0,05). Zowel niet-gecorrigeerde als aangepaste significantie-interpretaties worden waar relevant gerapporteerd.