足底各點壓力分布情況可以反映人靜止站立和行走時足底各關鍵支撐點所受力的大小,全面了解足底壓力分布及其變化對了解足的生物力學、臨床醫學診斷、疾病程度測定、術后療效客觀化評價、康復研究等方面均有重要意義。本文設計并制作了一種簡單易用的足底壓力測量裝置,采用FlexiForce柔性壓力傳感器測取足底不同部位的壓力信號,USB A/D采集板采集數據并將數據傳入電腦,電腦上基于VB編寫的上位機軟件可以記錄、存取和回放壓力數據。本文利用上述裝置測取了正常人及拇外翻患者術前和術后足底壓力分布,并對測量結果進行了對照分析,發現患有拇外翻的患者相對于正常人第二跖趾關節壓力很大并且整體受力外移,而拇外翻患者術后足底壓力與術前相比有很大改善,印證了裝置的作用。
引用本文： 朱險峰, 趙自雷, 許東浩, 徐東明. 足底壓力分布監測系統設計與初步臨床應用. 生物醫學工程學雜志, 2014, 31(2): 439-444. doi: 10.7507/1001-5515.20140081 復制
引言
足底壓力測定是康復醫學中步態分析的一個重要組成部分，是分析和衡量異常足底應力分布和步態的基礎[1-5]，能夠反映人體站立、行走時足部各支撐點的應力分布，對于了解足底壓力分布變化以及生物力學分析有重要作用[6-9]。在過去的足底壓力測量研究中，大多使用Fscan、Tekscan等國外公司生產的測力系統[10]，裝置結構復雜，價格昂貴，工作時占用較大空間，所測量的主要是某一特定人群的足底壓力分布，得到的是一些統計結果，并沒有對一些具有代表性的足部畸形和疾病所做的臨床試驗。本文在此基礎上設計了一種基于柔性壓力傳感器的多路壓力測量系統，可以根據需要靈活地改變測量多點位置，最多可以連接64路傳感器，通過64路模擬選通電路、放大器和數據采集卡，將64路壓力值采入上位機，屏幕以偽彩色實時顯示每一路的壓力數值。
拇外翻是涉及足部一系列解剖及生物力學異常的復雜三維畸形，主要以第1跖趾關節畸形為主，表現為拇趾外翻、第1跖骨內翻及第1跖骨頭內側拇囊炎，常伴發胼胝性跖痛及錘狀趾。拇外翻發病率較高。通常認為拇外翻足可能是先天性遺傳疾病或后天長期穿窄鞋、尖鞋的異常受力因素所致，同時也有許多內在的誘因。從生物力學角度來看，拇外翻足是足部趾骨和跖骨的正常負荷分布平衡狀態受到干擾和破壞而產生的應力性疾患[11-17]。因此，探討正常足和拇外翻足的各趾跖關節受力及其分布規律非常有臨床意義。拇外翻足在生物力學方面的變化，主要通過對足底壓力的測量分析來研究。本文使用自行設計的小型裝置對拇外翻患者與正常人以及拇外翻患者術后與未手術患者分別做了對比，并得出有意義的分析結論。
1 多路壓力檢測系統的設計
1.1 系統硬件總體結構
本文在前人研究工作的基礎上，本著降低成本、便于操作的原則，設計了多路壓力監測系統，主要包括壓力傳感器、多路信號選通模塊、放大模塊、基于USB接口的A/D采集系統、上位機數據顯示以及存儲與處理軟件。如圖 1所示。
圖1
多路壓力監測系統框圖
Figure1.
Diagram of the multiple pressure monitoring system
1.2 多路傳感器的選擇
由于本文是對人行走時足底的壓力進行測量，所選擇的傳感器應具有以下特點：靈敏、線性、抗干擾能力強、能夠方便地貼在腳底需要測量壓力的地方等。為此，本系統選用了美國TekScan公司生產的的FlexiForce柔性傳感器A201，該傳感器最大測量范圍可達100 lbs(1 lbs=4.4 N)。
該傳感器非常薄且為柔性，貼在腳底任何位置不會對行走造成影響。傳感器如圖 2所示。
圖2
FlexiForce A201傳感器
Figure2.
FlexiForce A201 sensor
該傳感器的壓力-電導特性曲線基本是線性的，所以系統中采用傳感器數據手冊中給出的典型接法連接傳感器與放大器，如圖 3所示。傳感器一端接-5 V電壓，另一端接到放大器的負輸入端，這樣可以得出輸出電壓為
| ${{V}_{out}}=-{{V}_{T}}\frac{{{R}_{F}}}{{{R}_{s}}},$ |
其中 VT=-5 V，RF為反饋電阻阻值，RS為傳感器阻值并隨壓力的變化而變化。
圖3
FlexiForce傳感器典型接法
Figure3.
Typical connection of the FlexiForce sensor
由于要同時測量足部多點壓力，因此要使用多個這樣的壓力傳感器，但放大器可以共用一個。所以本文設計了由兩級模擬開關芯片組成的可選64路模擬選通電路。所選用的芯片是TI公司的CD4051B，是八選一的模擬開關，用3個數字信號輸入信號控制端A,B,C來選擇8個模擬通道中的任意一個為“導通”狀態。第一級由八個CD4051B組成，第二級是一個，使用六位數字信號即可控制模擬開關的64個通道。這樣，在硬件上就可實現64路壓力傳感器的測量。模擬開關電路如圖 4所示。
圖4
兩級模擬開關
Figure4.
Two-level analog switch
1.3 基于USB接口的A/D采集卡
本文選用的北京啟創莫非公司的MPS-010501采集卡，如圖 5所示，是一款基于USB總線的多功能數據采集卡，具有4路差分模擬信號采集、1路模擬信號輸出和8路數字信號輸入/輸出，并可提供VC、VB、Labview等編程語言的函數接口。
圖5
MPS-010501采集卡
Figure5.
MPS-010501 data acquisition card
在本系統中，需要用到采集卡8路數字信號輸出中的6路即可實現64路模擬開關的切換，因為本系統所使用的CD4051B芯片本質上是3路數字信號控制8路模擬信號選通的數據選擇器，所以兩級模擬開關電路需要6路數字信號即可。
2 上位機軟件設計
2.1 功能設計
本文所設計上位機軟件是在VisualStudio2010開發環境中使用Visual Basic語言進行開發的，系統采用的A/D采集卡有可供VB開發的編程函數接口，其中有采集卡初始化及參數設置、模擬信號輸入/輸出、數字信號輸入/輸出等函數。軟件主要包括通道選擇、數據顯示、數據存儲、曲線繪制以及傳感器標定等功能。
2.2 程序實現
軟件運行時，首先設置A/D采集卡的工作模式、采樣頻率，然后讀取傳感器的定標系數。在測量壓力時，采集卡先執行輸出數字信號選通一個通道，再執行模擬信號輸入采集傳感器受壓變化而引起的電壓，通過讀取的各路傳感器的定標系數換算成壓力顯示在軟件界面上，與此同時，為了更直觀地反映壓力的變化，在軟件中還加入了偽彩色[1, 18]顯示功能，使指定區域的顏色隨壓力的變化逐漸改變。偽彩色的配色方案應符合以下幾點，首先偽彩色的過渡，要符合人眼對彩色的分辨特征；其次，偽彩色的對比要符合色彩調和理論；我們希望壓力最大的時候顏色能夠較突出地顯示出來，所以選擇紅色作為壓力峰值時的顏色，藍色作為壓力最低值時的顏色。在Visual Basic開發環境中，色彩是由RGB值來調和的，綜合上述的分析，采用藍色-青綠色-純綠色-黃色-紅色的過渡方案，其RGB值分別為(0,0,255)-(0,255,255)-(0,255,0)-(255,255,0)-(255,0,0)。軟件主界面如圖 6所示。
圖6
軟件主界面
Figure6.
Main interface
軟件自動將壓力數值保存為文本文檔，在曲線回放時調取數據文件即可繪制成曲線。曲線顯示時會將讀取的各路壓力值以不同顏色繪制成曲線，并可以拖動查看。
軟件中的一個重要功能是傳感器定標，當點擊該功能時，進入定標程序，選定傳感器序號，由于傳感器的電導特性曲線成線性，所以定標采用兩點定標法，記錄兩個不同的壓力時讀取的電壓值，由軟件計算出定標系數并保存。當下次運行時會自動讀取最新的定標系數。
2.3 效果驗證
程序編譯通過之后生成安裝文件，在Windows XP、Windows 7等平臺上均可正常安裝，程序運行之后首先定標，傳感器定標時由標準壓力計提供壓力，本文所使用壓力計為NK-500型小型壓力計，其滿量程為500 N，分辨率為2.5 N，誤差為±1%。
3 實驗設計
3.1 測量點選擇
根據人體足部的解剖結構，正常人在行走時腳底有幾個主要的受力點，分別是第1~5跖趾關節和足跟[19]，所以本文所設計的系統采用6路壓力傳感器采集這六個部位在行走時的壓力。
拇外翻畸形(如圖 7所示，A、 B、 C、 D、 E表示外翻角度逐漸增大)是一種復合畸形，包括跖趾關節脫位、第1跖骨內側移位、跖籽關節脫位等，這些畸形嚴重破壞了前足橫弓的三維結構，也干擾破壞了足底的正常負荷分布狀態，尤其以前足底的壓力分布變化最為明顯。綜合上述分析，我們選取了前足底5個跖趾關節和足跟共6個點作為驗證的測量點。跖趾關節如圖 8所示。
圖7
拇外翻示意圖
Figure7.
Hallux valgus
圖8
跖趾關節
Figure8.
Metatarsophalangeal joint
3.2 實驗方案
根據選取的6個測量點，制作出連接6個傳感器的采集裝置，貼在受試者足底如圖 9所示。軟件設置為6路采集，采集卡工作模式為復合模式，每路每秒更新顯示11次，可以滿足行走時的動態測量。
圖9
貼于患者足底的傳感器
Figure9.
Sensors fixed to patient’s plantar
進行測量時將傳感器1~6號分別貼在腳底的1~5跖趾關節以及足跟處。由于傳感器很薄，方便固定，所以不會影響受試者正常站立或走路。
每名受試者在測量之前均測量體重并記錄。受試者被告知首先靜止地站在原地測量靜態狀態下的足-地接觸力。之后在沒有負重的條件下正常走路，并且步幅盡量保持一致。分別測取受試者足-地接觸時的靜態受力和動態受力平均值，并將數據繪制成壓力-時間曲線。
3.3 實驗結果
本文選取20名足部無疾病的受試者(受試者體重為45.5~72.6 kg)，測量結果統計如表 1所示。其中傳感器1~6代表6個測試點，表格1列出受試者的6個測力點的壓力占體重百分比的范圍及平均值。
表1
受試者壓力測量結果
Table1.
Pressure measurement results
在對拇外翻患者的測試中，本文選取了患有拇外翻且未經手術治療的患者以及患有拇外翻且已經進行手術治療的患者做對比試驗。測得數據如表 2、表 3所示。
表2
未手術拇外翻患者(53 kg)測量結果
Table2.
Preoperative measurement results
表3
拇外翻患者(63 kg)術后測量結果
Table3.
Postoperative measurement results
4 實驗分析
正常人前足的5個跖趾關節距離地面的高度不同，呈扁平弧向上的弓形[19-21]。從上述測量結果的列表中可以看出，在靜態站立時，足部無疾病受試者的第1跖趾關節受力在五個跖趾關節中占體重百分比最大，第2、3、4三個跖趾關節所受壓力占體重的百分比較小，相對這三個跖趾關節，第5跖趾關節所受壓力占體重的百分比又有所增大。
相比正常人的足底壓力分布，拇外翻患者站立時足底的壓力分布有很大的不同。其中，五個跖趾關節中受力占體重比例最大的由第1跖趾關節轉移到了第2跖趾關節，第3、4、5跖趾關節受力占體重的百分比也有不同程度的增加。可見拇外翻患者足底5個跖趾關節受力開始向外側轉移。第2跖趾關節的受力占體重的百分比甚至超過了體重的10%，達到了11.3%，走路時自然成為拇外翻患者足前部的主要受力點，這也是造成拇外翻患者第2跖骨頭下疼痛的一個因素，進而影響拇外翻患者的步態，對其行走造成影響。
對比做完手術的拇外翻的患者，雖然第2跖趾關節仍然是受力最大的跖趾關節，但其占體重的百分比已經大為降低，拇外翻患者的足部形態也有了很大變化，接近于正常人，第2跖趾關節的疼痛也有了很大改善。
分析上述拇外翻患者和正常人足底壓力分布測量結果的不同，拇外翻畸形包括第1跖骨的內翻及籽骨的相對外側移位，同時前足寬度增加[20-25]，所以在站立或者行走負重時第1跖骨負重能力大大改變，從而直接影響了足底負重分布，造成了負重區域的外移以及第2跖骨的疼痛癥狀。
另外，在行走測量時(圖 10為某一正常受試者行走時數據回放所得曲線，其中CH1-6分別代表第1~5跖趾關節以及足跟)，正常人行走時前足第1跖趾關節為最大負重點，從整個足前部的受力情況來看，行走時的主要受力點為第1、2跖趾關節，第5跖趾關節也有較大受力，第3、4跖趾關節受力較小，并且在行走過程中，第1跖趾關節的受力甚至會超過足跟受力；對于拇外翻患者，這種情況出現在第2跖趾關節，這從動態行走的角度說明了拇外翻患者的足部畸變與不適。
圖10
動態數據回放
Figure10.
Dynamic data review
5 總結
本文在以往有關人步態分析以及足底壓力分析研究的基礎上，使用自行設計的壓力測量裝置。以往的研究中多使用專業測力板測取足底壓力分布，很少有應用于臨床分析的研究，特別是針對某一種極具代表性的足部畸形所做的針對性的研究。本文選取幾個足底關鍵受力點，將拇外翻患者的足底壓力分布與正常人做了對比分析，通過比較靜態站立以及行走的數據討論了靜態與動態兩種情況的差異。
在過去類似的研究中，大多使用的是一些歐美廠家的專業測力板，價格高昂且系統較為復雜。本系統使用獨立的柔性薄膜傳感器，可方便地固定在所需位置，不影響人的正常站立和行走。而且，上位機軟件添加軟件定標功能，在使用之前可方便地進行定標，保證測量的精度。通過對正常人以及手術和未手術治療的拇外翻患者的比較分析，可以很容易地看出二者的區別。本文研究總結拇外翻患者以及正常人跖骨應力分布規律，能夠為拇外翻的臨床治療提供簡單快捷并且成本較低的評估手段。該裝置成本低，結構簡單，使用方便，具有良好的使用價值。
引言
足底壓力測定是康復醫學中步態分析的一個重要組成部分，是分析和衡量異常足底應力分布和步態的基礎[1-5]，能夠反映人體站立、行走時足部各支撐點的應力分布，對于了解足底壓力分布變化以及生物力學分析有重要作用[6-9]。在過去的足底壓力測量研究中，大多使用Fscan、Tekscan等國外公司生產的測力系統[10]，裝置結構復雜，價格昂貴，工作時占用較大空間，所測量的主要是某一特定人群的足底壓力分布，得到的是一些統計結果，并沒有對一些具有代表性的足部畸形和疾病所做的臨床試驗。本文在此基礎上設計了一種基于柔性壓力傳感器的多路壓力測量系統，可以根據需要靈活地改變測量多點位置，最多可以連接64路傳感器，通過64路模擬選通電路、放大器和數據采集卡，將64路壓力值采入上位機，屏幕以偽彩色實時顯示每一路的壓力數值。
拇外翻是涉及足部一系列解剖及生物力學異常的復雜三維畸形，主要以第1跖趾關節畸形為主，表現為拇趾外翻、第1跖骨內翻及第1跖骨頭內側拇囊炎，常伴發胼胝性跖痛及錘狀趾。拇外翻發病率較高。通常認為拇外翻足可能是先天性遺傳疾病或后天長期穿窄鞋、尖鞋的異常受力因素所致，同時也有許多內在的誘因。從生物力學角度來看，拇外翻足是足部趾骨和跖骨的正常負荷分布平衡狀態受到干擾和破壞而產生的應力性疾患[11-17]。因此，探討正常足和拇外翻足的各趾跖關節受力及其分布規律非常有臨床意義。拇外翻足在生物力學方面的變化，主要通過對足底壓力的測量分析來研究。本文使用自行設計的小型裝置對拇外翻患者與正常人以及拇外翻患者術后與未手術患者分別做了對比，并得出有意義的分析結論。
1 多路壓力檢測系統的設計
1.1 系統硬件總體結構
本文在前人研究工作的基礎上，本著降低成本、便于操作的原則，設計了多路壓力監測系統，主要包括壓力傳感器、多路信號選通模塊、放大模塊、基于USB接口的A/D采集系統、上位機數據顯示以及存儲與處理軟件。如圖 1所示。
圖1
多路壓力監測系統框圖
Figure1.
Diagram of the multiple pressure monitoring system
1.2 多路傳感器的選擇
由于本文是對人行走時足底的壓力進行測量，所選擇的傳感器應具有以下特點：靈敏、線性、抗干擾能力強、能夠方便地貼在腳底需要測量壓力的地方等。為此，本系統選用了美國TekScan公司生產的的FlexiForce柔性傳感器A201，該傳感器最大測量范圍可達100 lbs(1 lbs=4.4 N)。
該傳感器非常薄且為柔性，貼在腳底任何位置不會對行走造成影響。傳感器如圖 2所示。
圖2
FlexiForce A201傳感器
Figure2.
FlexiForce A201 sensor
該傳感器的壓力-電導特性曲線基本是線性的，所以系統中采用傳感器數據手冊中給出的典型接法連接傳感器與放大器，如圖 3所示。傳感器一端接-5 V電壓，另一端接到放大器的負輸入端，這樣可以得出輸出電壓為
| ${{V}_{out}}=-{{V}_{T}}\frac{{{R}_{F}}}{{{R}_{s}}},$ |
其中 VT=-5 V，RF為反饋電阻阻值，RS為傳感器阻值并隨壓力的變化而變化。
圖3
FlexiForce傳感器典型接法
Figure3.
Typical connection of the FlexiForce sensor
由于要同時測量足部多點壓力，因此要使用多個這樣的壓力傳感器，但放大器可以共用一個。所以本文設計了由兩級模擬開關芯片組成的可選64路模擬選通電路。所選用的芯片是TI公司的CD4051B，是八選一的模擬開關，用3個數字信號輸入信號控制端A,B,C來選擇8個模擬通道中的任意一個為“導通”狀態。第一級由八個CD4051B組成，第二級是一個，使用六位數字信號即可控制模擬開關的64個通道。這樣，在硬件上就可實現64路壓力傳感器的測量。模擬開關電路如圖 4所示。
圖4
兩級模擬開關
Figure4.
Two-level analog switch
1.3 基于USB接口的A/D采集卡
本文選用的北京啟創莫非公司的MPS-010501采集卡，如圖 5所示，是一款基于USB總線的多功能數據采集卡，具有4路差分模擬信號采集、1路模擬信號輸出和8路數字信號輸入/輸出，并可提供VC、VB、Labview等編程語言的函數接口。
圖5
MPS-010501采集卡
Figure5.
MPS-010501 data acquisition card
在本系統中，需要用到采集卡8路數字信號輸出中的6路即可實現64路模擬開關的切換，因為本系統所使用的CD4051B芯片本質上是3路數字信號控制8路模擬信號選通的數據選擇器，所以兩級模擬開關電路需要6路數字信號即可。
2 上位機軟件設計
2.1 功能設計
本文所設計上位機軟件是在VisualStudio2010開發環境中使用Visual Basic語言進行開發的，系統采用的A/D采集卡有可供VB開發的編程函數接口，其中有采集卡初始化及參數設置、模擬信號輸入/輸出、數字信號輸入/輸出等函數。軟件主要包括通道選擇、數據顯示、數據存儲、曲線繪制以及傳感器標定等功能。
2.2 程序實現
軟件運行時，首先設置A/D采集卡的工作模式、采樣頻率，然后讀取傳感器的定標系數。在測量壓力時，采集卡先執行輸出數字信號選通一個通道，再執行模擬信號輸入采集傳感器受壓變化而引起的電壓，通過讀取的各路傳感器的定標系數換算成壓力顯示在軟件界面上，與此同時，為了更直觀地反映壓力的變化，在軟件中還加入了偽彩色[1, 18]顯示功能，使指定區域的顏色隨壓力的變化逐漸改變。偽彩色的配色方案應符合以下幾點，首先偽彩色的過渡，要符合人眼對彩色的分辨特征；其次，偽彩色的對比要符合色彩調和理論；我們希望壓力最大的時候顏色能夠較突出地顯示出來，所以選擇紅色作為壓力峰值時的顏色，藍色作為壓力最低值時的顏色。在Visual Basic開發環境中，色彩是由RGB值來調和的，綜合上述的分析，采用藍色-青綠色-純綠色-黃色-紅色的過渡方案，其RGB值分別為(0,0,255)-(0,255,255)-(0,255,0)-(255,255,0)-(255,0,0)。軟件主界面如圖 6所示。
圖6
軟件主界面
Figure6.
Main interface
軟件自動將壓力數值保存為文本文檔，在曲線回放時調取數據文件即可繪制成曲線。曲線顯示時會將讀取的各路壓力值以不同顏色繪制成曲線，并可以拖動查看。
軟件中的一個重要功能是傳感器定標，當點擊該功能時，進入定標程序，選定傳感器序號，由于傳感器的電導特性曲線成線性，所以定標采用兩點定標法，記錄兩個不同的壓力時讀取的電壓值，由軟件計算出定標系數并保存。當下次運行時會自動讀取最新的定標系數。
2.3 效果驗證
程序編譯通過之后生成安裝文件，在Windows XP、Windows 7等平臺上均可正常安裝，程序運行之后首先定標，傳感器定標時由標準壓力計提供壓力，本文所使用壓力計為NK-500型小型壓力計，其滿量程為500 N，分辨率為2.5 N，誤差為±1%。
3 實驗設計
3.1 測量點選擇
根據人體足部的解剖結構，正常人在行走時腳底有幾個主要的受力點，分別是第1~5跖趾關節和足跟[19]，所以本文所設計的系統采用6路壓力傳感器采集這六個部位在行走時的壓力。
拇外翻畸形(如圖 7所示，A、 B、 C、 D、 E表示外翻角度逐漸增大)是一種復合畸形，包括跖趾關節脫位、第1跖骨內側移位、跖籽關節脫位等，這些畸形嚴重破壞了前足橫弓的三維結構，也干擾破壞了足底的正常負荷分布狀態，尤其以前足底的壓力分布變化最為明顯。綜合上述分析，我們選取了前足底5個跖趾關節和足跟共6個點作為驗證的測量點。跖趾關節如圖 8所示。
圖7
拇外翻示意圖
Figure7.
Hallux valgus
圖8
跖趾關節
Figure8.
Metatarsophalangeal joint
3.2 實驗方案
根據選取的6個測量點，制作出連接6個傳感器的采集裝置，貼在受試者足底如圖 9所示。軟件設置為6路采集，采集卡工作模式為復合模式，每路每秒更新顯示11次，可以滿足行走時的動態測量。
圖9
貼于患者足底的傳感器
Figure9.
Sensors fixed to patient’s plantar
進行測量時將傳感器1~6號分別貼在腳底的1~5跖趾關節以及足跟處。由于傳感器很薄，方便固定，所以不會影響受試者正常站立或走路。
每名受試者在測量之前均測量體重并記錄。受試者被告知首先靜止地站在原地測量靜態狀態下的足-地接觸力。之后在沒有負重的條件下正常走路，并且步幅盡量保持一致。分別測取受試者足-地接觸時的靜態受力和動態受力平均值，并將數據繪制成壓力-時間曲線。
3.3 實驗結果
本文選取20名足部無疾病的受試者(受試者體重為45.5~72.6 kg)，測量結果統計如表 1所示。其中傳感器1~6代表6個測試點，表格1列出受試者的6個測力點的壓力占體重百分比的范圍及平均值。
表1
受試者壓力測量結果
Table1.
Pressure measurement results
在對拇外翻患者的測試中，本文選取了患有拇外翻且未經手術治療的患者以及患有拇外翻且已經進行手術治療的患者做對比試驗。測得數據如表 2、表 3所示。
表2
未手術拇外翻患者(53 kg)測量結果
Table2.
Preoperative measurement results
表3
拇外翻患者(63 kg)術后測量結果
Table3.
Postoperative measurement results
4 實驗分析
正常人前足的5個跖趾關節距離地面的高度不同，呈扁平弧向上的弓形[19-21]。從上述測量結果的列表中可以看出，在靜態站立時，足部無疾病受試者的第1跖趾關節受力在五個跖趾關節中占體重百分比最大，第2、3、4三個跖趾關節所受壓力占體重的百分比較小，相對這三個跖趾關節，第5跖趾關節所受壓力占體重的百分比又有所增大。
相比正常人的足底壓力分布，拇外翻患者站立時足底的壓力分布有很大的不同。其中，五個跖趾關節中受力占體重比例最大的由第1跖趾關節轉移到了第2跖趾關節，第3、4、5跖趾關節受力占體重的百分比也有不同程度的增加。可見拇外翻患者足底5個跖趾關節受力開始向外側轉移。第2跖趾關節的受力占體重的百分比甚至超過了體重的10%，達到了11.3%，走路時自然成為拇外翻患者足前部的主要受力點，這也是造成拇外翻患者第2跖骨頭下疼痛的一個因素，進而影響拇外翻患者的步態，對其行走造成影響。
對比做完手術的拇外翻的患者，雖然第2跖趾關節仍然是受力最大的跖趾關節，但其占體重的百分比已經大為降低，拇外翻患者的足部形態也有了很大變化，接近于正常人，第2跖趾關節的疼痛也有了很大改善。
分析上述拇外翻患者和正常人足底壓力分布測量結果的不同，拇外翻畸形包括第1跖骨的內翻及籽骨的相對外側移位，同時前足寬度增加[20-25]，所以在站立或者行走負重時第1跖骨負重能力大大改變，從而直接影響了足底負重分布，造成了負重區域的外移以及第2跖骨的疼痛癥狀。
另外，在行走測量時(圖 10為某一正常受試者行走時數據回放所得曲線，其中CH1-6分別代表第1~5跖趾關節以及足跟)，正常人行走時前足第1跖趾關節為最大負重點，從整個足前部的受力情況來看，行走時的主要受力點為第1、2跖趾關節，第5跖趾關節也有較大受力，第3、4跖趾關節受力較小，并且在行走過程中，第1跖趾關節的受力甚至會超過足跟受力；對于拇外翻患者，這種情況出現在第2跖趾關節，這從動態行走的角度說明了拇外翻患者的足部畸變與不適。
圖10
動態數據回放
Figure10.
Dynamic data review
5 總結
本文在以往有關人步態分析以及足底壓力分析研究的基礎上，使用自行設計的壓力測量裝置。以往的研究中多使用專業測力板測取足底壓力分布，很少有應用于臨床分析的研究，特別是針對某一種極具代表性的足部畸形所做的針對性的研究。本文選取幾個足底關鍵受力點，將拇外翻患者的足底壓力分布與正常人做了對比分析，通過比較靜態站立以及行走的數據討論了靜態與動態兩種情況的差異。
在過去類似的研究中，大多使用的是一些歐美廠家的專業測力板，價格高昂且系統較為復雜。本系統使用獨立的柔性薄膜傳感器，可方便地固定在所需位置，不影響人的正常站立和行走。而且，上位機軟件添加軟件定標功能，在使用之前可方便地進行定標，保證測量的精度。通過對正常人以及手術和未手術治療的拇外翻患者的比較分析，可以很容易地看出二者的區別。本文研究總結拇外翻患者以及正常人跖骨應力分布規律，能夠為拇外翻的臨床治療提供簡單快捷并且成本較低的評估手段。該裝置成本低，結構簡單，使用方便，具有良好的使用價值。
