青年非竞技运动员脚型研究.docx

青年非竞技运动员脚型研究 周捷 李健 马秋瑞摘要： 针对青年非竞技运动员脚型研究较少的问题，文章利用三维人体足部测量技术，对122名18～35岁的女性和84名男性非竞技运动员进行脚型特点对比采用主成分因子分析，将17项足部指标降维至4个独立和标准化变量，以提取的4个主成分为分类标准进行K-均值聚类，将男性脚型分为跖低足（39.29%）、低长足（25.00%）和跖高足（35.71%），女性脚型分为壮足（30.33%）、细足（36.06%）和高长足（33.61%）此外，在以足长尺寸将脚型参数标准化后，还观察到脚型存在左右足及性别差异研究结果可为运动鞋的设计和制作提供数据参考关键词： 非竞技运动员;三维扫描;脚型分类;性别差异;鞋类Abstract： In view of the lack of research on foot shapes of young non-competitive athletes， the foot shape characteristics of 122 female and 84 male non-competitive athletes aged 18-35 were compared using 3D human foot measuring technique. Through principal component and factor analysis， 17 foot indexes were reduced to 4 independent and standardized variables. With the four principal components extracted as the classification criteria， K-means clustering was carried out， male foot shapes were divided into low plantar foot（39.29%）， low long foot（25.00%） and high plantar foot（35.71%）， while female foot shapes were divided into sturdy foot（30.33%）， slender foot（36.06%） and high long foot（33.61%）. In addition， after foot shape parameters were standardized by foot length， it was also observed that there were differences between left and right feet and genders. The research results can offer a data reference for the design and manufacture of sneakers.Key words： non-competitive athletes; 3D scanning; classification of foot shapes; gender difference; footwear人體足部承载着行走、负重及平衡身体等功能，负重足承受1.5～3.0倍人体体重的运动负荷[1-2]。

定期参加体育锻炼后，足部因长期承受异常的足底压力，导致脚型可能会发生改变，并引发相关的足部疾病[3-5]足部尺寸是鞋类设计的依据，长期穿着不合脚的运动鞋会引起足部疾病或运动损伤[6]因此，研究体育锻炼较多人群的脚型特征，对鞋类选择、足病预防和临床治疗具有重要意义目前，大量学者对不同性别[7-8]、年龄[9-11]、群体[12-13]及运动习惯[14-16]的脚型进行了研究这些研究为鞋类设计提供了有益的参考，但非竞技运动员脚型特征的研究尚未见报道随着全民运动时间和运动强度的增加，非竞技运动员已成为一个不容忽视的特殊群体脚型受运动习惯等因素影响，运动员与锻炼较少者的足部特征存在差异[5，17]为了增加足部与地面的接触时间及提高训练效果，运动员通常拥有更长的肌肉束、脚趾及更短的跟腱力矩臂[5]因此，普通的休闲鞋并不一定适用于非竞技运动员，不合脚的鞋类会影响其行走或跑步时的运动性能为避免这个问题，在设计鞋楦时应考虑非竞技运动员与普通群体的足形特征差异更重要的是，在现行的制鞋技术中，女鞋的设计制造大多以男鞋按一定比例缩小而来[18-19]由于男女脚型存在明显差异，脚型的性别差异应给予更多的关注随着现代科技的发展，三维足部扫描技术被认为较传统的手工测量方法更精确、更可靠[20]。

目前中国脚型资料尚不完备，利用三维扫描技术获取足部尺寸对脚型研究具有重要意义尽管运动员的足形特征已被证明与普通人不同，但关于非竞技运动员（即休闲运动员）是否也具有相似的足形特征的信息却很少基于此，本文采用三维足部扫描仪，探究青年非竞技运动员脚型特征及其差异，研究结果将为非竞技运动员鞋类设计提供数据参考，以提高跑鞋的合脚性、舒适性和跑步性能1 实 验1.1 对 象从国内体育院校及健身俱乐部中招募230名受试者作为实验对象，参照相关研究[9，11-13，21]，样本量符合数理统计要求在招募受试者时，要求受试者均为汉族，无足部疾病或畸形，且每周至少参加2次不少于30～60 min的中等至高强度的定期训练[22-23]在230名受试者中，共有24名受试者由于数据缺失或明显的足部畸形而被取消资格，最终纳入84名男性（年龄（27.351）岁，身高（1745.9） cm，体重（70.110.3） kg，体重指数（23.43.0） kg/m2）和122名女性（年龄（25.67.8）岁，身高（162.95.5） cm，体重（53.18.9） kg，体重指数（20.022） kg/m2）所有程序获得受试者的书面知情同意。

1.2 测试仪器采用LSF脚型三维扫描仪（深圳市精易迅科技有限公司），扫描精度≤1.0 mm，扫描单只足约10 s受试者将裤腿挽至小腿中部以上，使不遮挡足踝部测试时，要求被测人员身体保持正直，保证足部的直立状态，左右脚各测一次足部测量姿势如图1所示1.3 测量指标足部是一个不规则的曲面实体，测试指标众多测量指标依据项目的实际需要，分别从长度：足长（L1）、第一跖趾关节长（L2）、第五跖趾关节长（L3）、第五足趾端点长（L4）和踵心位置长（L5）;宽度：基本宽度（W1）、第一跖趾里宽（W2）、踵心宽度和跖趾斜宽（W3）;围度：跖围（G1）、前跗骨围（G2）和兜根围（G3）及高度：拇指高（H1）、第一跖趾高（H2）、前跗骨高（H3）、外踝下缘高（H4）和足弓高（H5）4个方面提取17项指标，足部各尺寸测量方法如图2所示1.4 数据分析采用SPSS 26.0数据分析软件，对各项目分别求均值及标准差，再将标准化数据以3σ为依据进行筛选依次对长度、宽度、围度和高度指标进行正态性检验，结果显示足部数据均服从正态分布（P>0.05）采用独立样本T检验，进行组间对比，检验脚型数据是否存在显著性差异通过主成分分析提取青年非竞技运动员的足部变量，采用K-均值聚类进行脚型分类。

2 结果与分析2.1 鞋码分布鞋码是指衡量人体脚型以便选配鞋的标准系统图3展示了受试者鞋码在欧制鞋码类别中的分布情况由图3可知，青年女性非竞技运动员鞋码分布范围是34～39码，尤以36和37码居多（经计算占比66.4%）;而青年男性非竞技运动员鞋码分布范围是39～44码，以41、42和43码居多（经计算占比66.6%）2.2 脚型参数特征青年非竞技运动员脚型指标数据的平均值及标准差见表1表1结果显示：1）男性17个脚型指标的平均值及标准差均明显大于女性，即男性骨骼发育程度及差异性大于女性;2）女性在第一跖趾里宽（P<0.001）、兜跟围（P<0.01）和外踝下缘高（P<0.05）存在显著性差异，即女性在以上指标的发育情况差异较大;3）男性所有足部指标均不存在显著性差异，即男性在成长过程中双脚发育情况比较一致2.3 主成分分析通过主成分分析提取主要特征参数来描述脚型差异，对17项脚型指标进行KMO和Barlette球度检验结果显示，男性脚型指标的KMO值为0.830（>0.6），Barlette球度检验的Sig.值为0.000（0.6），Barlette球度检验的Sig.值为0.000（<0.05），即足部数据适用于主成分分析且效果较好[24]。

在SPSS 26.0软件中以主成分法提取因子，青年非竞技运动员脚型数据的主成分结果见表2按特征值大于1和累计贡献率大于70%的原则，提取4个主成分男性累计方差贡献率达到77.895%，女性累计方差贡献率达到75.528%，即4个主成分构成的信息足以反映原来变量的大部分信息[21]对于男性，第1主成分F1包含L1、L2、L3、L4和L5指标，称为足长度因子，是用于描述人体足部长短的指标;第2主成分F2包含W1、W3、G1和G2指标，称为足躯干因子，是用于描述人体足部形态特征的指标;第3主成分F3包含H3、H4和H5指标，称为足高度因子，是用于描述人体足部高低的指标;第4主成分F4包含H2指标，称为跖趾高因子，是用于描述第一跖趾高低的指标同样，对于女性，本文也依据主成分结果将女性4个主成分依次命名为足长度因子、足躯干因子、足宽度因子和足高度因子2.4 脚型分类分类数的确定是脚型分类的基础本文参照文献[7，10]的脚型分类方法，以因子分析提取的4个主成分为聚类指标，聚类数定为3进行K-均值聚类青年非竞技运动员的脚型分型特征见图4为了便于描述脚型特征，以女性脚型为例，根据3种脚型在足长度因子、足躯干因子、足宽度因子和足高度因子方面的Z值得分情况，将脚型分别命名为壮足、细足和高长足。

女性脚型的特征概括如下：1）壯足（n=37，30.33%）：壮足的足宽度因子较大，Z值达到为0.840;足高度因子非常小，Z值仅为-0.499即足长较短，基本宽度和足躯干较大，足弓非常低2）细足（n=44，36.06%）：细足在3种脚型中所占比例最多细足的足长度因子、足躯干因子、足宽度因子和足高度因子非常小，Z值均为负值即足长较短、足躯干较细、脚掌宽度较窄和足高度较低3）高长足（n=41，33.61%）：高长足的足长度因子和足高度因子的Z值为正值，分别为0.612和0.771;足宽度因子的Z值非常小，仅为-0.367即足长度较大，足躯干和基本宽度较窄，足弓高度非常高同样的，根据男性脚型在足长度因子、足躯干因子、足高度因子和跖趾高因子方面的Z值得分情况，将脚型分别命名为跖低足（n=33，39.29%）、低长足（n=21，25.00%）和跖高足（n=30，35.71%）在进行脚型分类后，不同脚型在整个男女鞋码范围内的分布规律如图5所示从图5可知，男性脚型鞋码相差4～5个，而女性脚型鞋码相差均为4个男性跖高足和跖低足均以41码居多，男低长足以43码最多;女性壮足和高长足均以37码居多，女细足以36码最多。

这样可以减少鞋码分级数量，并提供基于脚型的鞋码尺寸因此，鞋类制造商可将这些结果应用于鞋码分级中，以获得更好的适应性和降低成本3 讨 论本文分析了中国青年非竞技运动员的脚型特征，研究结果符合生理学常识，为鞋类设计提供了一定的启示文献[19]指出，脚型指标通过足长尺寸完成标准化后，男女脚型指标存在显著性差异为了比较脚型的性别差异及左右足差异，数据标准化是非常必要的然而，本文是以绝对尺寸为依据探讨脚型特征，对标准化后的相对尺寸数据是否存在显著的性别差异及左右足差异，还有待。