足部无束缚运动模式对第一跖趾关节形变的生物力学机理研究

Hallux valgus is one of the most common foot deformity, influenced by multi factors, one of which is the long term wearing of restricted, sharp-head or high heeled shoes. Base on the hallux valgus angle, it was defined as mild, moderate and severe deformity. The mild and moderate deformity are often neglected without pain or any discomfort; however, while becoming severe deformity, acute pain often disabled patients’ normal daily life and work. It needs surgery cutter and reclamation. Based on our previous research findings, the foot non-restrictions motion patterns is proposed in this study to conduct a 18-month longitudinal motion intervention, recording the foot morphology date and gait characteristics. Combining the kinetic results from biomechanical test, the finite element simulation analyze the internal stress strain properties of different models. The functions of musculoskeletal system, like muscle-tendon and lever arm length and force etc., will be calculated based on OpenSim model. It is aimed to investigate the biomechanical mechanism of the first metatarsophalangeal joint, and functions of lower limb musculoskeletal system during metatarsophalangeal deformation. A new behavioral medicine scheme will be proposed to rehabilitate and intervene mild and moderate hallux valgus.

拇外翻是最常见的足部畸形之一，受多重因素影响，其一为长期穿着束紧、尖头及高跟鞋具。轻、中度拇外翻常因无疼痛而常被患者忽视，达到重度时，又需临床手术矫正等手段。本项目在前期青年基金基础上，提出足部无束缚运动模式的行为矫正，对轻、中度拇外翻足女性进行18个月不同强度的干预，追踪记录足形数据及步态特征。结合不同足形数据建立特定的足部模型，同时开展运动生物力学测试。运用实验测试的力学结果，有限元模拟，分析不同模型内部应力、应变变化；基于OpenSim模型，计算相关肌肉肌腱长度和力臂等肌骨系统的机能变化。旨在探究第一跖趾关节形变的生物力学机理，及下肢肌骨系统在形变过程的机能，提出全新的轻、中度拇外翻畸形足的行为医学干预和康复方案。

拇外翻是最常见的足部畸形之一，受多重因素影响，其一为长期穿着束紧、尖头及高跟鞋具。轻、中度拇外翻常因无疼痛而常被患者忽视，达到重度时，又需临床手术矫正等手段。该研究聚焦跖趾关节形变干预的生物力学机理研究及行为医学矫形，探索跖趾关节在外部载荷作用下形变的生物力学机理，通过影像学技术和机器学习算法模型构建拇外翻足形及医学病理数据库。开展了被动提踵状态下大强度动作的生物力学测试，对比分析了拇外翻患者不同第一跖趾关节形态条件下的走、跑等步态特征，并结合有限元个体化建模揭示足内部骨骼间、组织间及骨骼-组织间的应力-应变力学特征。探究下肢肌骨系统对第一跖趾关节形变作用的生物力学机理，构建跖趾关节形变患者的三维足形及医学病理学数据库，研究发现，无束缚干预模式不仅能够在足部内外部肌肉力量增强，提高足部本体感觉，减少的足部落地时的冲击力和减少损伤等方面产生积极影响。而且，长期的极简鞋干预跑步干预可能会使第一跖趾关节和前足形变得到改善，并重新分布轻度和中度拇趾外翻人群的足部功能及足底压力分布。该研究实现分趾无束缚运动对跖趾关节形变的有效干预，并为建立拇外翻患者运动处方及行为医学数据库奠定了基础。