研究冠状面楔形表面上的足部运动学具有重要意义，因为它能够精确揭示足部骨骼如何适应不同的角度和不平坦的地形。这项研究量化了下肢不同部分之间的机械关系，特别是脚跟运动与小腿旋转之间的耦合关系，从而指导工程设计出具有保护性和矫正性的鞋履。
核心要点 研究这些运动学特征为鞋底、足弓支撑和安全鞋的几何设计提供了科学依据。通过使鞋履设计与骨骼的自然适应性保持一致，工程师可以预防过度内旋或外旋引起的损伤，例如跟腱损伤和膝关节骨关节炎。
适应的生物力学
骨骼运动的耦合
足部并非一个刚性整体；它是由一系列相互协调运动的关节组成的复杂结构。这项研究的一个关键见解是跟骨内翻（脚跟向内转动）与胫骨旋转（小腿骨扭转）之间的耦合关系。
预测骨骼反应
理解这种耦合关系使设计者能够预测下肢对压力的反应。通过研究楔形表面的运动学特征，研究人员可以绘制出这些骨骼如何自然地适应地面角度变化的地形图。
将数据转化为设计
鞋底几何设计的科学依据
这些研究产生的数据使鞋履制造摆脱了猜测，走向了精密工程。它为鞋底的几何设计提供了科学依据，确保鞋子的基础能够满足足部实际的机械需求。
定制化的功能应用
这种“数据驱动”的方法对于专业设备尤其重要。它直接指导了旨在纠正特定步态异常的定制化功能性鞋垫和足弓支撑的开发。
增强安全鞋履
除了矫形器，这项研究还应用于工业安全鞋。通过整合运动学数据，安全鞋履可以在不平坦的表面上提供稳定性，同时又不限制足部骨骼的自然适应性。
忽视的风险
错位的后果
鞋履设计中的主要“权衡”是稳定性和自然运动之间的平衡。未能考虑冠状面运动学可能导致设计允许过度内旋或外旋。
特定的损伤途径
当鞋履无法管理这些生物力学力量时，重复性劳损的风险会显著增加。该研究特别指出，忽视这些运动学原理可能导致跟腱损伤和膝关节骨关节炎。
将生物力学应用于鞋履策略
要有效地利用这些见解，您必须将设计干预措施与特定的生物力学目标相匹配。
- 如果您的主要重点是预防损伤：优先考虑控制过度内旋和外旋的设计，以减轻跟腱和膝关节的压力。
- 如果您的主要重点是产品工程：利用关于跟骨内翻和胫骨旋转耦合的数据来塑造鞋底和足弓支撑的几何形状。
最终，整合冠状面运动学将鞋履从简单的防护装备转变为精确的肌肉骨骼健康工具。
总结表：
| 关键生物力学因素 | 设计中的意义 | 目标健康结果 |
|---|---|---|
| 跟骨-胫骨耦合 | 指导脚跟与小腿运动的同步性 | 预防下肢劳损 |
| 冠状面楔形表面数据 | 鞋底和足弓几何设计的科学依据 | 增强在不平坦地形上的稳定性 |
| 内旋/外旋控制 | 指导矫正性鞋垫的工程设计 | 降低肌腱损伤风险 |
| 骨骼适应性 | 使鞋子结构与自然运动保持一致 | 减轻膝关节骨关节炎 |
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参考文献
- Takuo Negishi, Naomichi Ogihara. Three-Dimensional Innate Mobility of the Human Foot on Coronally-Wedged Surfaces Using a Biplane X-Ray Fluoroscopy. DOI: 10.3389/fbioe.2022.800572
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