从足底受力情况看踏痕分析年龄的可靠性研究

李 冬， 廖举峰， 初 凯， 时 光

(1.吉林警察学院， 吉林长春 130117； 2.肇庆市公安局， 广东肇庆 526060)

从足底受力情况看踏痕分析年龄的可靠性研究

李 冬1， 廖举峰2， 初 凯1， 时 光1

(1.吉林警察学院， 吉林长春 130117； 2.肇庆市公安局， 广东肇庆 526060)

从足迹踏痕与各个年龄段之间的关系进行研究，利用足底步态分析系统收集不同年龄段的足迹样本，分析归纳出足迹踏痕在不同年龄段反映出的变化规律，得到踏痕分析年龄的可靠性，为依靠足迹进行年龄分析提供参考。

踏痕; 年龄分析; 可靠性

0 引言

踏痕位于足迹后跟部，是反映落足阶段的主体特征。踏痕形状多呈弧形，痕起缘位于足跟后边缘，其中点称为落足点；踏痕止缘呈弓弦形，位于踏痕起缘前方，落足结束的瞬间形成踏痕止缘和垂直支撑阶段开始的瞬间形成的跟压痕后缘基本重叠。踏痕的起缘与止缘在跟后外缘有一交汇点，即踏痕的跃变点。踏痕的落足点至跃变点的距离长度即踏痕的半径。根据落足位置的不同，踏痕分为外踏、偏外踏、正踏、偏内踏、内踏。踏痕出现的位置与落足部位是一致的。

踏痕的反映与人的年龄、行走速度、步幅大小、鞋底软硬、承痕客体的性质有关。一般来说，人的年龄小其落足位置就高，所产生的踏痕面积就相应的小；如果是小个子迈大步时，其所造成的踏痕就会很明显；如果是鞋底材质比较软时，其所造成的踏痕就会变模糊。

1 足迹踏痕对年龄进行分析的可靠性

随着人的年龄的增长，人的重心稳定的能力会有所下降，人的肌肉强度和韧带强度会下降，为了能够正常行走，人体自身会进行适当的自我调整，加大动力臂和阻力臂的比例。因此，落足部位压力的作用点会逐渐向后移动，导致了跃变点的位置由靠近足后跟处向上侧移动。随着年龄的不断变化，所产生踏痕跃变点位置是由内向外转移的。由此我们就可以根据踏痕跃变点所在的位置对人的年龄大概进行判断。

用踏痕的半径分析年龄，主要是通过受力点位置的确定。在各类足迹中，不同客体受到落足的踏压力后，产生的痕迹特征反映是不一样的。一般根据足跟区物质聚集形成的凹凸压擦痕，再结合足跟的磕痕、擦痕、推痕等伴生痕迹出现的情况来确定踏痕的落足点和跃变点。与此同时，由于踏痕等步态特征主要与个体的身体、生理结构和行走习惯相关，因此，我们在实验中借助足底压力分析设备，尽量减少鞋种对踏痕的影响，而更多对足底受力位置、范围等做了一些探讨，从中找出踏痕分析年龄的可靠性。

2 利用足底步态分析系统对踏痕的研究

2.1 步态分析系统

步态分析是指运用力学基本概念与人体解剖学、生理学知识，系统地测量、描述人体运动，对人体行走功能进行对比、量化分析的一种生物力学研究方法。本次论文将采用的实验仪器是Footscan步态分析系统。其传感器的密度高达4个/cm2，最高能用每秒500 Hz的动态扫描频率高速扫描足趾、足底、足跟等足底各部位的压力分布情况，并详细测量、记录、计算足底压力的动态变化信息。进行测量时，测试者在FootScan足底压力传感器的测力平板上正常地行走，传感器接收到压力信号后，把压力的数据传输到计算机内进行分析，形成整个行走过程的不同时段的压力作用图并在计算机上显示出来，以便进行左右足底压力同步分析。

2.2 实验数据的记录

本次实验共有30名不同年龄段(20～30、30～40、40～50)的实验者，每个年龄组的各10名测试者穿同一批次的皮鞋在足底压力测试板上依次正常行走，利用足底步态分析系统多次采集足底力学信息。为保证实验数据的准确，试验中只采集2米长的测力板上左右各一枚且相对稳定下的足迹样本。本文以皮鞋为例观察足底压力、压强的数据变化来观测和寻找足迹踏痕特征相应的变化，通过科学的数据处理分析方法，得出数据与年龄之间的相关性；通过对皮鞋的踏痕观察的比对研究，来验证利用踏痕分析年龄段的可靠性，从而为现场足迹分析中踏痕特征的观测以及踏痕特征的选用提供正确的方法。

3 实验数据采集与分析

选择30名男性，其中每个年龄段的测试者各10名，依次编号1～10，受测试者均身体健康，没有足部疾病，行走没有明显的特殊姿势，均按照平时的行走动作进行测试。测试者人身信息如表1所示。

表1 实验对象基本信息

利用足底压力分析系统导出10名测试者足底压强峰值进行分析。对每组的10名测试者的左右足迹足底压强峰值进行统计分析数据如表2、表3所示。

表2 20～30岁穿皮鞋左脚足底压强峰值分布 单位：N/cm2

表3 20～30岁穿皮鞋右脚足底压强峰值分布 单位：N/cm2

从表中信息可以看出，20～30岁穿皮鞋足底压强峰均值大小为：足跟区>第一跖趾区>第二跖趾区>第三跖趾区>第四跖趾区>第五跖趾区；变异系数大小为：第五跖趾区>第四跖趾区>第二跖趾区>第三跖趾区>第一跖趾区>足跟区，这说明20～30岁年龄段的人穿皮鞋足底压强峰值在足迹痕迹形成的每个阶段，足跟区与第一、二跖趾区所在连线范围的区域比较大，且压强峰值大小比较稳定。以20岁为例压强峰值分布与对应的捺印痕迹形态样本如图1，图2所示。

对30～40岁一组的10名测试者的左右足迹足底压强峰值进行统计分析数据如表4、表5所示。

图1 20岁左右脚压强峰值分布图

图2 20岁左右脚捺印样本

从上表可知，30～40岁穿皮鞋足底压强峰均值大小分为：第二跖趾区>第三跖趾区>第四跖趾区>足跟区>第一跖趾区>第五跖趾区；变异系数大小为：第五跖趾区>第一跖趾区>第四跖趾区>第三跖趾区>第二跖趾区>足跟区，这说明30岁人穿皮鞋的足底压强峰值在足迹痕迹形成的每个阶段，足跟区与第二、三跖趾区所在连线范围的区域相对比较大，且压强峰值大小比较稳定。压强峰值分布如图3所示。

对40～50岁一组的10名测试者的左右足迹足底压强峰值进行统计分析数据如表6、表7所示。

表4 30～40岁穿皮鞋左脚足底压强峰值分布 单位：N/cm2

表5 30～40岁穿皮鞋右脚足底压强峰值分布 单位：N/cm2

表6 40～50岁穿皮鞋左脚足底压强峰值分布 单位：N/cm2

图3 30～40岁人左右脚足底压强峰值分布图

表7 40～50岁穿皮鞋右脚足底压强峰值分布 单位：N/cm2

图4 40～50岁左右脚压强峰值分布图

从表中信息可以看出，40岁穿皮鞋足底压强峰均值大小分为：足跟区>第三跖趾区>第二跖趾区>第四跖趾区>第一跖趾区>第五跖趾区；变异系数大小为：第五跖趾区>第一跖趾区>第四跖趾区>第二跖趾区>第三跖趾区>足跟区，这说明40岁人穿皮鞋足底压强峰值在足迹痕迹形成的每个阶段，足跟区与第三、四跖趾区所在连线范围的区域相对比较大，且压强峰值大小比较稳定可靠。压强峰值分布如图4所示。

本次实验采用的是Footscan步态分析系统，对于多名不同实验者穿着不同皮鞋收集到的足底压力实测数据，能够保证可靠性和稳定性，不会因为鞋种的不同导致数据出现较大的偏差。因此本次实验得出的分析结论在总体上具有科学性和可靠性，但可能会由于样本数量较少及个人行走习惯不一致产生误差。

4 结论

在正常行走的情况下，人体随着年龄的不断增大，足底足跟部即踏痕所在的区域，压强峰值逐渐增大，压强峰值趋于稳定；踏痕的区域也随之向足跟部内侧移动，并且区域逐渐变大。与此同时，人体在20岁左右时足底压强峰值主要集中在足跟区、第一、二跖趾区，且在这些区域是峰值出现的相对最为稳定的区域；在30岁左右时足底压强峰值主要集中在足跟区、第二、三跖趾区，且在这两个区域是峰值出现的相对最为稳定的区域；而在40岁左右时足底压强峰值出现在足跟区、第三、四跖趾区，且在此区域相对最为稳定区域。可见，均有足跟部位参与主要受力形成痕迹，且变异小，稳定可靠。同时，左右足底压强峰值出现的部位基本相同，只是峰值在大小上略有差异。这也从另一方面印证了足迹踏痕峰值的稳定性和可靠性。

此外，由于足迹步态分析系统对于人体是否穿鞋，鞋种的不同没有较大的影响，因此，在穿不同鞋时，尽管足底压强峰值大小不相同，但是在不同年龄段压强峰值所在区域位置基本相同。这一实验结果说明了人体随着年龄的增长，足迹踏痕对于承痕客体的压强逐渐增大，并且保持一定的规律。通过对足迹踏痕的研究分析，能够对与被鉴定人的年龄段做出一个较为准确的分析判断，因此，利用足迹踏痕对于年龄段的分析具有科学性和可靠性。

[1] 史力民．足迹检验技术规范[M]. 北京：中国人民公安大学出版社，2012．

[2] 袁刚,张木勋.正常人足底压力分布及其影响因素分析[J].中华物理医学与康复杂志，2014(3).

[3] 汤澄清.青年与中年人赤足行走足底压力参数的比较[J].中国人民公安大学学报，2010(5).

(责任编辑 陈小明)

吉林省教育厅“十三五”科学技术研究项目“足迹特征稳定性及在侦查破案中利用价值研究”(吉林科学字2016第559号)；痕迹检验鉴定技术公安部重点实验实开放课题项目“足迹特征稳定性及在侦查破案中利用价值研究”阶段性成果。

李 冬(1974—)，女，吉林长春人，博士，副教授。研究方向为痕迹检验教学与科研工作。

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