足弓结构与步态行为的生物力学研究

青少年扁平足发生率有逐年增加的迹象。非病理性扁平足是否影响生活质量，一直有不同的观点。有研究表明，非病理性扁平足（柔性扁平足）不影响人的生理健康和生活质量。也有研究表明，扁平足对速度、耐力和平衡等能力有影响。最新的研究显示，非病理性扁平足者足弓下肌肉承受更大的拉力，较小的足底接触面积的变化率使得高弓足者具有更好的稳定性。为了研究扁平足发生的机制，我们根据骨的结构最优化原则，采用骨表面地图化方法获得青少年足骨的表面数字模型和足弓结构力学模型；以步态最小作用量原理和步行的质心动力学原理建立能够评价足弓类型与步态行为的指标体系；分析青少年足骨的形态特征和足弓结构与步态评价指标之间的因果关系，揭示青少年扁平足发生的机制，为青少年扁平足的预防与治疗提供理论依据。

.1. 项目的背景..“足弓结构与步态行为的生物力学研究”于2011年获得立项。项目的起讫时间为2012年1至2015年12月。项目是按照年度研究计划进行的。完成了预期研究结果。..2. 主要研究内容..研究内容包括“足骨形态学研究定量化”、“足印迹标准化”和“步态模式的生物力学原理”三个方面。..“足骨形态学研究定量化”具体包括“基于断层影像重建的器官的定位方法”、“基于断层影像重建的人体器官表面地图化方法”等；“足印迹标准化”具体包括：“步行足底压力印迹化软件”、“站立足印迹诊断软件”等；“步态模式的生物力学原理”具体包括：“步行质心动力学原理”和“步态模式的生物力学条件”。..3. 重要结果..1）采用运动器官的惯量主轴建立唯一的本体坐标系统，基于运动器官的本体坐标，确定本初子午线和海平面，以等高线的形式绘制运动器官的表面地图，实现运动器官表面形态学分析的定量化，丰富运动器官形态学分析的手段。..2）定义了足印迹压力冲量概念，把足印迹冲量作为张量，用张量的主轴实现足印迹的标准化，基于标准化的足印迹建立沿足长度上的压力分布和足-地接触时序等指标系统，为平衡分析和步态分析提供新方法。..3）基于健康人行走的对称性和经济性，建立步行运动学、动力学方程，根据步行训练对象的需求，通过设计方程中步长、步频和支撑相等时空参数，实现步行训练的方案的个性化，丰富运动处方的内涵。..4. 关键数据..申请发明专利7件；获得软件著作登记6部；发表论文8篇，其中SCI收录3篇；2012年、2015年2次在“全国生物力学大会”作分会场主题报告，2013年、2015年2次在“中国力学大会”作分会场主题报告，2013年在“两岸运动训练科学研讨会”做大会邀请报告，2014年在“广东省研究生论坛”做大会邀请报告。培养硕士研究生5人，其中毕业3人，在读2人。..5. 科学意义..1）“基于可视化器官的虚拟断层影像重建方法”实现了只要扫描一次就可以基于唯一运动器官的本体坐标实现多次扫描形态学对比研究定量化。..2）像运动处方中心率是用公式来规划运动强度，根据健康人行走的对称性和经济性建立连续步行方程，由患者的损伤状况设计步态模式。这意味着，基于医学检测，今后康复医生在设计运动处方时，除了要选择项目、设计运动量和运动强度外，还要增加运动模式的个性化设计。