髕骨勞損對體育專業學生足底壓力軌跡（COP）的影響

WANG Tao，QIU Mengjuan

髕骨勞損對體育專業學生足底壓力軌跡（COP）的影響

WANG Tao1，QIU Mengjuan2

目的觀察患有髕骨勞損學生步態相關指標的變化，分析髕骨勞損與人體COP軌跡變化是否存在相關性。為髕骨勞損患者康復、預防以及運動訓練提供一定的參考依據。方法采用數字化場地和Motion Analysis Studio系統對患有髕骨勞損癥狀的15名男大學生進行測試，采集足底面積、COP軌跡、COP軌跡X軸、COP軌跡Y軸、幾何中心等相關數據，數據整理后用SPSS 20.0進行統計分析。結果與結論 正常行走狀態下受試者患肢與健肢的單幀平均壓力指標、COP軌跡指標、幾何中心指標具有顯著性差異(P＜0.01)。蹲起動作測試中人體COP軌跡X軸指標具有顯著性差異(P＜0.01)。腳印面積、單幀平均壓力、COP軌跡、COP軌跡Y軸以及幾何中心等指標沒有顯著性差異。

髕骨勞損；步態；COP軌跡

髕骨勞損是指髕骨周邊的腱止裝置和髕骨軟骨病的慢性損傷的總稱。這兩種疾病有可能獨立發生，也有可能同時發在，兩者的損傷機制基本相似，癥狀也有相同點，所以用髕骨勞損的名稱［1-2］。 COP 軌跡（center of pressure）為人體的足底壓力中心，是人體在行走的過程中足與地面接觸作用力大小、位置、力度順序與分布的綜合反映，也是對人體行走運動姿態的間接反映，是一種重要的步態支撐期足底壓力特征［3-4］。人體COP軌跡的變化規律與整個身體重心運動及下肢關節周圍肌肉的變化相關。人體COP軌跡從足后跟至趾尖總體形態呈“S”［5-8］。本文假設髕骨勞損會對人體COP軌跡和及各項數據有影響。對患有髕骨勞損的受試者進行足底壓力測試分析討論，為髕骨勞損患者康復、預防提供一定的數據支持.

1 研究對象

從南京師范大學體育科學學院選取15名具有髕骨勞損的男性學生，年齡 20-22歲，身高 177.5±3.5cm，體重 71.25±6.2Kg。

入選標準：1）半蹲、起跳、落地、急停或上下樓梯時膝前疼痛；2）正常步態時膝有疼痛感；3）在髕骨軟骨摩擦實驗中髕骨具有骨摩擦音；4）髕骨軟骨抽動試驗中髕骨有粗糙摩擦音或摩擦感；5）髕骨抽動試驗中髕骨下方有痛感；6）伸膝抗阻試驗中具有膝軟或痛感。滿足以上條件者可診斷為髕骨勞損，可選為實驗對象。排除標準：1）膝關節具有骨性關節炎；2）膝關節具有骨裂；3）膝關節具有骨折；4）膝關節具有交叉韌帶損傷；5）下肢及足部神經肌肉病變；6）下肢畸形；7）髕骨抽動實驗時出現假病理現象。實驗對象排除具有上述條件者。

2 研究方法

2.1 文獻資料法

通過檢索查閱中國知網（CNKI）、讀秀學術搜索引擎及南京師范大學圖書館，以髕骨勞損、人體COP軌跡、單幀平均壓力等關鍵詞搜索相關的碩博士論文、期刊論文和公報，為本研究奠定了一定的理論研究基礎與實證研究的數據支撐。

2.2 實驗法

2.2.1 測試儀器

數字場地測力平臺。工作原理：測試開始時數字場地與MotionAnalysisStudio系統（運動分析工作室）相連接，測試過程中數據采集系統會根據測試者的運動軌跡自動采集與足部相關的數據。

2.2.2 測試流程

實驗采用數字場地和MotionAnalysisStudio系統采集數據，采集實驗所需的所有數據。實驗開始時，測試者發“開始”信號，受試者按要求從場地邊緣開始向前直走，要求以正常步態向前直走6-10步，軀干保持直立，目視前方。依次類推，直至所有受試者全部測完，如圖1。正常步態數據采集完成后采集靜力半蹲的數據，要求全腳掌著地，慢蹲慢起，上體保持直立，下蹲角度為90°，動作個數6-8個。實驗針對足底壓力研究，在實驗過程中，要求受試者必須完成所需的步數和蹲起的個數。

實驗中兩種動作都要求受試者必須全腳掌著地，蹲起實驗時要求軀干挺直，整個實驗動作必須維持軀干穩定。實驗完成后及時錄取數據值。

圖1 數字場地示意圖

2.2.3 測試指標

1）腳印面積：是指足底在與支撐面接觸的面積，簡稱腳印面積。

2）單幀平均壓力：足底在測力平臺上時瞬時所有壓力的平均值。足底壓力就是腳底與地面或支撐物的作用力。壓力與接觸面積沒有任何關系。（P=F/S，F=壓力、S=面積、P=壓強，而影響摩擦力的因素是摩擦因數N。）

3）COP軌跡：簡稱人體足底壓力中心，以測力臺測所得處的相關數據，在單位時間內的自變量，人體所有作用力的合力點就是人體壓力中心壓力中心。受試者在測力平臺的實驗動作移動軌跡中，壓力中心會隨身體的移動一起移動，將所有壓力中心點連接起來就是COP的移動軌跡。

4）COP標準差（X軸）：是指人體壓力中心在測力臺上的X軸數據的標準差，也是人體壓力中心在測力臺上的X軸數據方差的算術平方根。能夠反映COP在X軸上數據的集散程度。

5）COP標準差（Y軸）：是指人體壓力中心在測力臺上的Y軸數據的標準差，也是人體壓力中心在測力臺上的Y軸數據方差的算術平方根。能夠反映COP在Y軸上數據的集散程度。

6）幾何中心：是指足底與支撐面接觸時所有作用力的垂線的交點，即足底幾何中心。

2.3 數理統計法

用Excel整理數據并運用SPSS 20.0統計軟件對受試者健肢和患肢測得的數據進行配對樣本T檢驗統計處理，檢驗其顯著性水平。

實驗針對髕骨勞損是否影響足底壓力分布，人體在正常步態行走時明顯的身體形態是不會出現雙腳離地，所以人體正常行走的軌跡是：始終保持一只腳在地面（力的支撐面）上，正常步態下是由前、后支撐兩個動作組成的，當腳處于前支撐時身體的重心在支撐點的后方，當腳處于后支撐時身體重心在支撐點的前方。在做蹲起時，雙腳同時著地，在蹲-起的過程中雙腳發力不一致時也會對足底的壓力造成影響，所以在數據整理的時候要將受試者的健肢和患肢的數據分開處理。

3 研究結果

3.1 正常行走狀態下健肢與患肢對比

表1 正常步態下患肢與健肢的統計顯著性分析表

表1是受試者正常行走狀態下患肢和健肢各4步數據的配對樣本t檢驗數據，從中可以看出受試者患肢與健肢的腳印面積指標具有顯著性差異，P值為0.392，患肢與健肢的單幀平均壓力指標之間差異非常顯著P值為（P＜0.01）、患肢與健肢的COP軌跡指標具有顯著性差異，（P＜0.01）。患肢與健肢的COP軌跡X指標（P＜0.05），有統計學差異、患肢與健肢的COP軌跡Y軸指標之間無統計學差異（P＞0.05）。患肢與健肢的幾何中心指標間差異非常顯著（P＜0.01）。

3.2 蹲起狀態下健肢與患肢對比

表2 蹲起動作下患肢與健肢的統計顯著性分析表

表2是受試者蹲起時患肢和健肢數據的配對樣本t檢驗的數據，從表中可以得出受試者患肢與健肢的腳印面積指標、單幀平均壓力指標、COP軌跡指標、COP軌跡Y軸指標、幾何中心指標均無統計學差異（P＞0.05）。而受試者患肢與健肢的COP軌跡X軸指標之間具有統計學差異，并且差異非常顯著（P＜0.01）。

4 討論

研究以15名有髕骨勞損疾病的男大學生作為測試對象，以正常步態和半蹲動作為測試內容，測試受試者患肢與健肢腳印面積、單幀平均壓力、人體COP軌跡、COP軌跡X軸、COP軌跡Y軸以及幾何中心等指標，并利用SPSS 20.0進行患肢與健肢體的配對樣本T檢驗，檢驗其顯著性水平。實驗結果表明：髕骨勞損患者患肢與健肢步態數據比較發現，健肢腳印面積、單幀平均壓力、COP軌跡X軸比患肢腳印面積數值低，健肢COP軌跡、COP軌跡Y軸、幾何中心比患肢的數值高。單幀平均壓力、COP軌跡和幾何中心這3個指標在患肢與健肢體的比較中，差異非常顯著，而腳印面積與COP軌跡Y軸則沒有統計學差異。受試者蹲起實驗數據比較發現，健肢腳印面積、COP軌跡、COP軌跡X軸、幾何中心比患肢數值高，健肢單幀平均壓力、COP軌跡Y軸比患肢數值低。將受試者步態和蹲起的腳印面積、單幀平均壓力、COP軌跡、COP軌跡X軸、COP軌跡Y軸、幾何中心的健肢數據分別與患肢數據相比較，發現除了COP軌跡X軸有統計學差異以外，其余指標均無統計學意義。其原因可能是蹲起動作雖然與人體COP軌跡有一定關系，但關聯性并不強。目前，關于膝關節損傷步態變化的研究主要集中在步態分區研究，而在數字場地上進行相關測試的研究報告尚不多見。

5 結論

1）髕骨勞損受試者在正常步態下，患肢的單幀平均壓力明顯大于健肢，COP軌跡患肢數據明顯小于健肢，COP軌跡X軸數據大于健肢，而髕骨勞損對COP軌跡Y軸的影響不大。正常步態下，患肢和健肢的幾何中心差異顯著。2）髕骨勞損受試者在蹲起狀態下，COP軌跡X軸患肢數據明顯小于健肢，而在腳印面積、單幀平均壓力、COP軌跡、COP軌跡Y軸以及幾何中心等指標上卻沒有顯著性差異。

［1］向 晶.髕骨勞損三種康復方案療效的對比研究［D］.西安體育學院，2014.

［2］徐 陽.人體站立平衡壓力中心COP軌跡線的成分分析［D］.北京體育大學，2010.

［3］Giacomozzi C.Appropriateness of plantar pressure measurement devices：A comparative technical assessment ［J］.Gait&Posture，2010， 32（1）：141-4.

［4］黃紅拾，邱健威，于媛媛，等.健康女大學生步行和慢跑運動模式下足底壓力中心軌跡相似度分析［J］.北京大學學報（自然科學版），2015，51（6）：1035-1039.

［5］汪東明，段子才.肌力鍛煉對髕骨勞損患者的療效評價［D］.北京體育大學，2008.

［6］張 妍，顧耀東，李建設.乒乓球不同水平運動員正手弧圈球足底壓力中心軌跡特征研究［C］.2015全國體育科學大會，2015.

［7］Chau T.A review of analytical techniques for gait data.Part 1：fuzzy，statistical and fractal methods［J］.Gait&Posture， 2001， 13（1）：49-66.

［8］閆松華，楊 進，劉志成.運動性疲勞對健康男大學生足底壓力分布的影響［J］.中國運動醫學雜志，2009，28（4）：372-376.

Patella Strain Effects on Center of Pressure (COP)Trajectory of Students Majoring in Physical Education

汪 濤1，邱夢娟2

Objective This experiment observed the changes of gait related indexes of students with patellar strain，and analyzed whether there was correlation between patellar strain and human COP trajectory changes.It provided some reference for rehabilitation，prevention and sports training of patients with patellar strain.Methods 15 male college students with patellar strain were tested by digital field and Motion Analysis Studio system， data such as plantar area， COP trajectory， COP X axis and Y axis trajectory and geometric center were collected，and SPSS 20.0 statistical Analysis was used.Results and Conclusion Under the normal walking condition， significant(P＜0.01)difference was observed between unaffected extremity and affected extremity on indexes of average single frame，COP trajectory and geometric center.There was significant difference in X axis index of COP Trajectory in squat test (P＜0.01).However， there was no significant difference in footprint area， mean single frame pressure， COP trajectory， Y axis and geometric center.

patella strain； gait； COP trajectory

G80-05

A

1003-983X（2017）07-0603-03

2017-03-22

汪濤（1995-），男，安徽馬鞍山人，在讀碩士，研究方向：運動訓練.

1.南京師范大學體育科學學院，江蘇 南京，210046；2.安徽省體育科學技術研究所，安徽 合肥，230001 1.College of Physical Education， Nanjing Normal University，Nanjing 210046， China；2.Anhui Institute of Sport Science and Technology，Hefei 230001，China