髌骨劳损对体育专业学生足底压力轨迹（COP）的影响

WANG Tao，QIU Mengjuan

髌骨劳损对体育专业学生足底压力轨迹（COP）的影响

WANG Tao1，QIU Mengjuan2

目的观察患有髌骨劳损学生步态相关指标的变化，分析髌骨劳损与人体COP轨迹变化是否存在相关性。为髌骨劳损患者康复、预防以及运动训练提供一定的参考依据。方法采用数字化场地和Motion Analysis Studio系统对患有髌骨劳损症状的15名男大学生进行测试，采集足底面积、COP轨迹、COP轨迹X轴、COP轨迹Y轴、几何中心等相关数据，数据整理后用SPSS 20.0进行统计分析。结果与结论 正常行走状态下受试者患肢与健肢的单帧平均压力指标、COP轨迹指标、几何中心指标具有显著性差异(P＜0.01)。蹲起动作测试中人体COP轨迹X轴指标具有显著性差异(P＜0.01)。脚印面积、单帧平均压力、COP轨迹、COP轨迹Y轴以及几何中心等指标没有显著性差异。

髌骨劳损；步态；COP轨迹

髌骨劳损是指髌骨周边的腱止装置和髌骨软骨病的慢性损伤的总称。这两种疾病有可能独立发生，也有可能同时发在，两者的损伤机制基本相似，症状也有相同点，所以用髌骨劳损的名称［1-2］。 COP 轨迹（center of pressure）为人体的足底压力中心，是人体在行走的过程中足与地面接触作用力大小、位置、力度顺序与分布的综合反映，也是对人体行走运动姿态的间接反映，是一种重要的步态支撑期足底压力特征［3-4］。人体COP轨迹的变化规律与整个身体重心运动及下肢关节周围肌肉的变化相关。人体COP轨迹从足后跟至趾尖总体形态呈“S”［5-8］。本文假设髌骨劳损会对人体COP轨迹和及各项数据有影响。对患有髌骨劳损的受试者进行足底压力测试分析讨论，为髌骨劳损患者康复、预防提供一定的数据支持.

1 研究对象

从南京师范大学体育科学学院选取15名具有髌骨劳损的男性学生，年龄 20-22岁，身高 177.5±3.5cm，体重 71.25±6.2Kg。

入选标准：1）半蹲、起跳、落地、急停或上下楼梯时膝前疼痛；2）正常步态时膝有疼痛感；3）在髌骨软骨摩擦实验中髌骨具有骨摩擦音；4）髌骨软骨抽动试验中髌骨有粗糙摩擦音或摩擦感；5）髌骨抽动试验中髌骨下方有痛感；6）伸膝抗阻试验中具有膝软或痛感。满足以上条件者可诊断为髌骨劳损，可选为实验对象。排除标准：1）膝关节具有骨性关节炎；2）膝关节具有骨裂；3）膝关节具有骨折；4）膝关节具有交叉韧带损伤；5）下肢及足部神经肌肉病变；6）下肢畸形；7）髌骨抽动实验时出现假病理现象。实验对象排除具有上述条件者。

2 研究方法

2.1 文献资料法

通过检索查阅中国知网（CNKI）、读秀学术搜索引擎及南京师范大学图书馆，以髌骨劳损、人体COP轨迹、单帧平均压力等关键词搜索相关的硕博士论文、期刊论文和公报，为本研究奠定了一定的理论研究基础与实证研究的数据支撑。

2.2 实验法

2.2.1 测试仪器

数字场地测力平台。工作原理：测试开始时数字场地与MotionAnalysisStudio系统（运动分析工作室）相连接，测试过程中数据采集系统会根据测试者的运动轨迹自动采集与足部相关的数据。

2.2.2 测试流程

实验采用数字场地和MotionAnalysisStudio系统采集数据，采集实验所需的所有数据。实验开始时，测试者发“开始”信号，受试者按要求从场地边缘开始向前直走，要求以正常步态向前直走6-10步，躯干保持直立，目视前方。依次类推，直至所有受试者全部测完，如图1。正常步态数据采集完成后采集静力半蹲的数据，要求全脚掌着地，慢蹲慢起，上体保持直立，下蹲角度为90°，动作个数6-8个。实验针对足底压力研究，在实验过程中，要求受试者必须完成所需的步数和蹲起的个数。

实验中两种动作都要求受试者必须全脚掌着地，蹲起实验时要求躯干挺直，整个实验动作必须维持躯干稳定。实验完成后及时录取数据值。

图1 数字场地示意图

2.2.3 测试指标

1）脚印面积：是指足底在与支撑面接触的面积，简称脚印面积。

2）单帧平均压力：足底在测力平台上时瞬时所有压力的平均值。足底压力就是脚底与地面或支撑物的作用力。压力与接触面积没有任何关系。（P=F/S，F=压力、S=面积、P=压强，而影响摩擦力的因素是摩擦因数N。）

3）COP轨迹：简称人体足底压力中心，以测力台测所得处的相关数据，在单位时间内的自变量，人体所有作用力的合力点就是人体压力中心压力中心。受试者在测力平台的实验动作移动轨迹中，压力中心会随身体的移动一起移动，将所有压力中心点连接起来就是COP的移动轨迹。

4）COP标准差（X轴）：是指人体压力中心在测力台上的X轴数据的标准差，也是人体压力中心在测力台上的X轴数据方差的算术平方根。能够反映COP在X轴上数据的集散程度。

5）COP标准差（Y轴）：是指人体压力中心在测力台上的Y轴数据的标准差，也是人体压力中心在测力台上的Y轴数据方差的算术平方根。能够反映COP在Y轴上数据的集散程度。

6）几何中心：是指足底与支撑面接触时所有作用力的垂线的交点，即足底几何中心。

2.3 数理统计法

用Excel整理数据并运用SPSS 20.0统计软件对受试者健肢和患肢测得的数据进行配对样本T检验统计处理，检验其显著性水平。

实验针对髌骨劳损是否影响足底压力分布，人体在正常步态行走时明显的身体形态是不会出现双脚离地，所以人体正常行走的轨迹是：始终保持一只脚在地面（力的支撑面）上，正常步态下是由前、后支撑两个动作组成的，当脚处于前支撑时身体的重心在支撑点的后方，当脚处于后支撑时身体重心在支撑点的前方。在做蹲起时，双脚同时着地，在蹲-起的过程中双脚发力不一致时也会对足底的压力造成影响，所以在数据整理的时候要将受试者的健肢和患肢的数据分开处理。

3 研究结果

3.1 正常行走状态下健肢与患肢对比

表1 正常步态下患肢与健肢的统计显著性分析表

表1是受试者正常行走状态下患肢和健肢各4步数据的配对样本t检验数据，从中可以看出受试者患肢与健肢的脚印面积指标具有显著性差异，P值为0.392，患肢与健肢的单帧平均压力指标之间差异非常显著P值为（P＜0.01）、患肢与健肢的COP轨迹指标具有显著性差异，（P＜0.01）。患肢与健肢的COP轨迹X指标（P＜0.05），有统计学差异、患肢与健肢的COP轨迹Y轴指标之间无统计学差异（P＞0.05）。患肢与健肢的几何中心指标间差异非常显著（P＜0.01）。

3.2 蹲起状态下健肢与患肢对比

表2 蹲起动作下患肢与健肢的统计显著性分析表

表2是受试者蹲起时患肢和健肢数据的配对样本t检验的数据，从表中可以得出受试者患肢与健肢的脚印面积指标、单帧平均压力指标、COP轨迹指标、COP轨迹Y轴指标、几何中心指标均无统计学差异（P＞0.05）。而受试者患肢与健肢的COP轨迹X轴指标之间具有统计学差异，并且差异非常显著（P＜0.01）。

4 讨论

研究以15名有髌骨劳损疾病的男大学生作为测试对象，以正常步态和半蹲动作为测试内容，测试受试者患肢与健肢脚印面积、单帧平均压力、人体COP轨迹、COP轨迹X轴、COP轨迹Y轴以及几何中心等指标，并利用SPSS 20.0进行患肢与健肢体的配对样本T检验，检验其显著性水平。实验结果表明：髌骨劳损患者患肢与健肢步态数据比较发现，健肢脚印面积、单帧平均压力、COP轨迹X轴比患肢脚印面积数值低，健肢COP轨迹、COP轨迹Y轴、几何中心比患肢的数值高。单帧平均压力、COP轨迹和几何中心这3个指标在患肢与健肢体的比较中，差异非常显著，而脚印面积与COP轨迹Y轴则没有统计学差异。受试者蹲起实验数据比较发现，健肢脚印面积、COP轨迹、COP轨迹X轴、几何中心比患肢数值高，健肢单帧平均压力、COP轨迹Y轴比患肢数值低。将受试者步态和蹲起的脚印面积、单帧平均压力、COP轨迹、COP轨迹X轴、COP轨迹Y轴、几何中心的健肢数据分别与患肢数据相比较，发现除了COP轨迹X轴有统计学差异以外，其余指标均无统计学意义。其原因可能是蹲起动作虽然与人体COP轨迹有一定关系，但关联性并不强。目前，关于膝关节损伤步态变化的研究主要集中在步态分区研究，而在数字场地上进行相关测试的研究报告尚不多见。

5 结论

1）髌骨劳损受试者在正常步态下，患肢的单帧平均压力明显大于健肢，COP轨迹患肢数据明显小于健肢，COP轨迹X轴数据大于健肢，而髌骨劳损对COP轨迹Y轴的影响不大。正常步态下，患肢和健肢的几何中心差异显著。2）髌骨劳损受试者在蹲起状态下，COP轨迹X轴患肢数据明显小于健肢，而在脚印面积、单帧平均压力、COP轨迹、COP轨迹Y轴以及几何中心等指标上却没有显著性差异。

［1］向 晶.髌骨劳损三种康复方案疗效的对比研究［D］.西安体育学院，2014.

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［4］黄红拾，邱健威，于媛媛，等.健康女大学生步行和慢跑运动模式下足底压力中心轨迹相似度分析［J］.北京大学学报（自然科学版），2015，51（6）：1035-1039.

［5］汪东明，段子才.肌力锻炼对髌骨劳损患者的疗效评价［D］.北京体育大学，2008.

［6］张 妍，顾耀东，李建设.乒乓球不同水平运动员正手弧圈球足底压力中心轨迹特征研究［C］.2015全国体育科学大会，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.

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

汪 涛1，邱梦娟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

汪涛（1995-），男，安徽马鞍山人，在读硕士，研究方向：运动训练.

1.南京师范大学体育科学学院，江苏 南京，210046；2.安徽省体育科学技术研究所，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