步态分析与足底压力：人体工程学在鞋垫设计中的应用

人为因素和人体工程学 (HF/E) 未来可以在多个方面进行拓展和深入研究，例如，可以进一步探索人体测量学和生物力学在不同行业和领域的应用，包括医疗保健、交通运输、**等。

此外，可以研究新技术对人类行为和工作环境的影响，如人工智能、虚拟现实和增强现实技术。

另外，还可以关注不同人群（如老年人、残障人士）的需求，以及跨文化环境下的HF/E问题。通过这些研究，可以更好地理解人类与环境的互动，推动技术和产品的创新，提高工作效率和人类福祉。

人体工程学/人为因素知识在安全鞋和鞋垫的创造和设计有助于保护人体、提高舒适度和稳定性。人体工程学任务可以分为矫正或设计（解决由于使用产品或与特定环境相关的问题）。

• 校正任务：当使用人体工程学来解决由于使用产品或与特定环境相关的问题时；
• 设计任务：当使用人体工程学来评估人们在日常生活活动中需要涉及的系统的整体质量时。

为了实现这一目标，人体工程学与另外两个科学领域相关：人体测量学和生物力学。

人体工学应用于防护鞋鞋垫的开发和评估

该研究的目的是比较以前的鞋垫设计，并使用Oxford 足部模型协议分析足底压力和步态模式运动学。本节分为动力学（足底压力变量）、运动学变量 (OFM) 和 3D 人体测量测量方面的研究变量。

测试根据脚型分类，比较了步态的三个摇杆（以脚跟、中足和前脚为**）的环境。

双脚（对称）被同等分类的受试者表现如下：

(1)赤脚行走的环境；

(2)环境包括使用根据参与者鞋码调整的标准鞋垫行走；

(3)基于创新鞋垫的环境，根据参与者的脚型分类（正常脚、扁平脚和高弓足）。

对于具有不同足部分类（足部之间不对称）的参与者，数据收集按以下方式进行：

(1)赤脚行走的环境；

(2)环境包括使用根据参与者鞋码调整的标准鞋垫行走；

(3)双脚使用普通鞋垫的环境；

(4)每只脚都配有适合脚型分类（例如，正常脚和扁平脚）的鞋垫的环境；

(5)双脚穿着矫正鞋垫的环境（例如，即使一只脚正常，双脚也穿着平底鞋垫）。

该研究还考虑了其他因素，包括鞋垫材料、结构设计、舒适性和性能评估等。

在材料选择方面，作者强调了选择能够提供足够支撑和缓冲的材料的重要性，这些材料必须具有合适的弹性和耐磨性，以确保鞋垫在长时间使用中能够保持其功能。

在结构设计方面，作者指出了鞋垫应该具有适当的形状和厚度，以提供足够的支撑和保护。他们还提到了一些创新的设计理念，如减震技术和压力分布设计，以进一步提高鞋垫的性能。

要点

01 步态数据统计分析

所有收集的数据（足底压力和步态数据）均使用 Microsoft Excel 16（Microsoft Excel® ，Microsoft Corporation，Redmond，WA，USA）进行组织。

由于数据呈正态分布，因此使用平均值和标准差来描述特征。为了比较组间的这些特征，使用了**数据的t检验。

运动学数据被标准化为步态姿态。组内相关系数（ICC）用于评估时间序列之间的一致性。用于评估的工具必须建立其可靠性（可靠性被翻译为测量可以复制的程度，不仅体现在相关性方面，而且体现在测量之间的一致性方面）。

可靠性值在 0 和 1 之间变化。值越接近 1 表示可靠性越高。低于 0.5 的值表示一致性较差，介于 0.5 和 0.75 之间的值表示中等一致性，介于 0.75 和 0.9 之间的值表示良好的可靠性，而高于 0.9 的值表示值之间具有很强或极好的一致性。

t检验和 ICC 估计值及其 95% 置信区间均使用 IBM SPSS 统计数据计算。

02 3D人体测量

Mondopoint 是一种通用鞋码系统，以毫米为单位计算脚的宽度和长度（国际标准化组织，2019 年）。为了对参与者足部的人体测量进行 3D 数字化，选择的测量方法是：

1. 脚长，其特征是平行于脚长轴的距离，从脚跟的*末端到*长脚趾的**；
2. 足部宽度，被认为是沿足部垂直于长轴的**水平宽度；
3. 足周长，即从**跖骨骨头侧面到第五跖骨的周长。

为了标记稍后要测量的解剖点，将蓝色贴纸粘在参与者的皮肤上。测量是使用移动设备传感器、结构传感器 3D 扫描仪进行的。参与者需要保持两个姿势进行足部扫描；**个处于直立位置，第二个处于抬高脚并处于中立位置的位置（图 5）。

使用 Blender™ 软件（v.2.9/2020）进行测量。

03 结论

对足底压力的总压力和**分布进行分析表明，创新鞋垫在后足和前足区域施加的**足底压力方面呈现出更好的负载分布。在步态的生物力学分析中，所研究的五个变量在所考虑的三种环境中均未显示足部正常力学的变化。正如预期的那样，拇趾关节在幅度和变异性方面与赤脚的差异**。

具体数据如下：