足壓 組別： 第二組 組員： 4A10H016 陳詩涵 4A127025 陳柏瑄 4A127043 許鶯儀 4A127048 蔣京辰 指導老師： 陳世中 老師

目錄 工作分配 研究目的： ●何謂足底壓力? ●為何足底會疼痛? ●足部的基本功能 ●足壓之位置 ●足壓之改善 ●國內外足壓量測設備 工作分配 研究目的： ●何謂足底壓力? ●為何足底會疼痛? ●足部的基本功能 ●足壓之位置 ●足壓之改善 ●國內外足壓量測設備 分析： ●足壓量測 ●足壓量測設備分類 ●足壓與傷害的相關研究 ●行走速度與足壓關係 ●疾病與足壓關係 結論

工作分配 4A127048 蔣京辰 →蒐集資料 研究目的： ●何謂足底壓力? ●為何足底會疼痛? ●足部的基本功能 ●足壓之位置 ●足壓之改善 4A127054 廖子慧 →蒐集資料 研究目的： ●國內外足壓量測設備 分析： ●足壓量測 ●足壓量測設備分類 *依感應器種類分： 1.轉印式 2.薄膜式 4A10H016 陳詩涵 →蒐集資料 分析： ●足壓量測設備分類 *依感應器種類分： 3.現代電學式 (1)電容式 (2)壓阻式 (3)壓電效應 (4)光學式

工作分配 4A127043 許鶯儀 →統整資料 分析： ●足壓量測設備分類 *依量測型態的的差異分： 1. 板片式 2. 鞋墊式 ●足壓與傷害的相關研究 ●行走速度與足壓關係 ●疾病與足壓關係 4A127025 陳柏瑄 →製作PPT 結論、重點回顧

研究目的 何謂足底壓力? 足底壓力指在站立、步行或是其他運動狀態中，足底接觸地面時在單位面積上所承受的力。

研究目的 為何足底會疼痛? 1.穿不適合自己的鞋子 2.足底的特定區域壓力峰值長期處於過高的狀態而造成的

研究目的 足部的基本功能 包括支撐體重、吸收走路時的衝擊與震動、減少下肢關節和脊椎的受力、增加行走的舒適性等等。

研究目的 足部的基本功能 1. 減低步行時之震動及能量的消耗 2. 提供站立時穩定的支撐，此時足部肌肉並未收縮及能達平衡狀態。 3. 吸收行走時體重的衝擊及調節不平坦的地面所造成的不舒適。 4. 在站立其腳尖離地時之動作有如槓桿運動，足部可以提供足夠的剛性使腳尖離地像前運動。

研究目的 足壓之位置 一般步行時發生較大足底壓力的地方為足跟及第一蹠骨與第二蹠骨或大腳趾的部位，而足底壓力過大常會導致足部發生病變。

研究目的 足壓之改善 針對鞋墊材料的研究，藉由材料的改變來達到降低足底壓力的功效。而也有多數的研究為增加足底壓力集中區域與鞋墊的接觸面積，以改善足底的壓力分佈情形，來降低足底壓力的過高峰值。

研究目的 有鑑於客製化市場的商品價位高居不下，主要原因除了鞋墊設計的步驟繁瑣以及特殊材料造成成本提高的因素外，設計過程中所使用的量測儀器以及生產工具價格昂貴更是重要原因之一。

研究目的 目前，大多數醫院或專業的步態分析研究室所使用的腳底壓力量測系統，價格皆十分昂貴且需專業人才培訓方可使用，導致無法將客製化市場普及。例如：EMED system的墊子，每個就要花費$6,000，並無法普遍地讓一般大眾擁有或使用。

研究目的 國內外足壓量測設備 針對市面上現有的足底壓力量測設備作分類，可歸類為三大類型如下圖所示，其中包含了轉印是足底壓力測量設備、現代電學足底壓力量測設備與光學式足壓量測設備。

研究目的 國內外足壓量設備

分析 足壓量測 正常人的足底壓力分析可分位靜態及動態的足壓量測。 *靜態：指量測站立時所造成的足底壓力。 *動態：為評估走或跑步時所造成之足底壓力而它只發生在步態週期之踏腳期。

分析 足壓量測設備分類 *依感應器種類分： 1.轉印式 2.薄膜式 3.現代電學式 (1)電容式 (2)壓阻式 (3)壓電效應 (4)光學式 *依量測型態的的差異分： 1. 板片式 2. 鞋墊式

分析 足壓量測設備分類 *依感應器種類分： 1.轉印式足底壓力量測設備 2.薄膜式足底壓力量測設備 3.現代電學足底壓力量測設備

分析 1.轉印式： 早期使用沙子、石膏或紙印墨汁做觀察；後來利用利用深淺不同的橡膠方格搭配墨汁壓印以取得足底壓力。

分析 由其轉印的報表紙，可直接用目視觀察出三段的壓力變化分別為： 1.最大壓力：3mm方格內的四個十字同時被顯示出 2.中等壓力：顯示出3mm方格內的十字 3.最小壓力：顯示出3mm四方形的框線

分析 ←轉印式足底壓力 量測設備及結果

分析 ←橡膠設備網格設計

分析 2.薄膜式： 薄膜有兩層結構，其中一層為膠囊層，另一層為展色層。原理為當薄膜受力時，展色層會刺破膠囊層，並使色料附著於展色層上。將其產生顏色的色階，藉由專用的密度計及壓力轉換器判讀出不同的壓力分佈值，它所讀取的結果為真測範圍中的平均值，因而並不能量測出最大值。

分析 最小 小 中間 最大 <壓力大小>

分析 <足底壓力分佈情形>

分析 3.現代電學式： 近年來由於電學的進步，而逐步開發出動態的足底壓力評估系統。力板最常被應用來評量足部接地面的正向力受力情形，並借由它來得到精密的壓力數值及步態分析。

分析 3.現代電學式： (1)電容式 (2)壓阻式 (3)壓電效應 (4)光學式

分析 (1)電容式 電容式壓力感測器，是一種利用電容敏感元件將被測壓力轉換成與之成一定關係的電量輸出的壓力感測器。

分析 採用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個電極，當薄膜感受壓力而變形時，薄膜與固定電極之間形成的電容量發生變化，通過測量電路即可輸出與電壓成一定關係的電信號。電容式壓力感測器屬於極距變化型電容式感測器，可分為單電容式壓力感測器和差動電容式壓力感測器。

分析 ←電容式 壓力感測器

分析 (2)壓阻式 壓阻式壓力感測器是由四個等值電阻組成惠式電橋，輸出電壓和輸入壓力成正比，理想狀態下當壓力輸入時，電阻值就跟著改變但事實上溫度的改變亦會影響其阻值輸出結果。由於晶體和電路設計製程誤差，加上封裝過程方面影響，所以零點偏移不為零，故必須藉由外加元件來進行個別溫度補償與電路校正。

分析 ←惠式電橋 電路圖

分析 (3)壓電效應 壓電效應是指某些電介質在受到某一方向的外力作用而發生形變（包括彎曲和伸縮形變）時，由於內部電荷的極化現象，會在其表面產生電荷的現象。

分析 壓電感測器是利用某些電介質受力後產生的壓電效應製成的感測器。壓電感測器結構簡單、體積小、質量小、功耗小、壽命長，特別是它具有良好的動態特性，因此適合有很寬頻帶的周期作用力和高速變化的衝擊力。

分析 壓力感測器內部架構 壓力感測器有軟性薄膜網格狀的觸覺壓力感測器，其厚度僅0.15mm，架構是以網格為基礎來配置的，且是單一負載單元的架構，由兩片非常薄的聚酯薄膜相疊組成。

分析 ←壓電感測器 內部架構圖

分析 ↑ 壓電感測器

分析 ↑ 壓電感測之電路

分析 (4)光學式 光學感測器是利用光敏元件將光訊號轉換為電訊號的感測器。現在常用光敏元件的感應波長在可見光波長附近，如紅外線波長和紫外線波長。光學感測器不只是應用於光的測量，更常用於作為探測元件，組成其它類型的感測器，對非電量（如溫度等）進行檢測，只要將這些非電量轉換為光訊號的變化，便可實現對非電量的檢測。

分析 ←光學式量測 系統設備外觀

分析 ↑ 光學式量測系統設備 內部構造示意圖

分析 足壓量測設備分類 *依量測型態的的差異分： 1. 板片式 2. 鞋墊式

分析 1.平板式： 平板式的長度一般為0.35米，寬度為0.5~2米，板內布置約4,000~16,000科的感應器(密度約為每平方公分2至4個感應器)，感應器尺寸約為5*7.6(mm)，板片式足底壓力量測設備則可用來測試赤足行走或站立時的腳底壓力分佈情形。

分析 2.鞋墊式： 足底壓力量測設備厚度約為1~2.6(mm)厚，可被置入鞋子內，借由延長電纜或無線設備，來測試行進間鞋具或足部矯具對腳的效益。

分析 平板式&鞋墊式之比較： 平板式 鞋墊式 精準度 辨識率較高比較精確 鞋內高溫潮濕環境影響 力作用方向與感測器位置關係   平板式 鞋墊式 精準度 辨識率較高比較精確 鞋內高溫潮濕環境影響 力作用方向與感測器位置關係 壓力感測器和支持面平行排列可測得真正之垂直壓力 足底並非平面可能無法得到真正足底壓力 其他影響 特意踩板影響走路自然度 避免為對準目標產生的不自然步態，可得連續步態

分析 ↑ 板片式 ↑ 鞋墊式

分析 現代電學足壓量測設備功能 1.可做2D或3D的動態或靜態顯示。 2.最大足壓：顯示出整個或部份步態週期的最大值。 3.平均足壓：顯示出整個或部份步態週期的平均值。

分析 現代電學足壓量測設備功能 4.步態行進路徑：顯示每一步期間的壓力中心路徑。 5.身體壓力中心行進路徑：顯示行進時整個身體的壓力中心路徑。 6.行進壓力中心線：可同時顯示二隻腳行進時身體的壓力中心路徑。

分析 ↑ 以不同顏色 表示不同壓力 ↑ 以3D形式呈現 壓力分佈範圍

分析 足壓與傷害的相關研究 1.足壓的產生是來自於運動過程中下肢閉鎖式動力鏈的終端對地作用力之地面反作用力。 2.若足部某一位置承受過大壓力時，極易產生過度使用傷害，若能夠平均分佈足部各區(趾部、足前、足中和足後)所承受的壓力，將可有效地降低足部運動傷害的產生。

分析 行走速度與足壓關係 研究顯示赤腳石地面反作用力會隨運動速度變快而加大，衝擊時間縮短；較快步行速度具有較大的足底壓力。速度的改變對於地面反作用力與足底壓力的影響很大，在全足與內外足跟方面，步行速度越快，足底壓力越高。

分析 疾病與足壓關係 1.腦性麻痺症(Cerebral Palsy) 2.拇指外翻(Hallux valgus) 3.唐氏症(Down Syndrome)

分析 1.腦性麻痺症： 常常在第一蹠骨有較大的壓力積分及峰壓值，有不對稱之蝴蝶圖。

分析 蝴蝶圖(足底壓力軌跡圖)： 將腳長十八分之ㄧ定為一個計算方格，兩腳對稱中心為原點來評估連續軌跡圖，依軌跡圖的中心點與原點的距離與蝴蝶圖的形狀分成四級。

分析 蝴蝶圖(足底壓力軌跡圖)： *第一級：中心點與原點的距離在兩個計算方格內屬於正常 „*第二級：超過兩個計算方格屬於輕度異常 „*第三級：軌跡圖為長方形或三角形屬於中度異常 „*第四級：軌跡圖無規律可言，呈現亂型屬於重度異常 級數越高表示走路時左右動作控制能力差。

蝴蝶狀重心偏移示意圖 表現受測者雙腳步行時，產生的壓力重心軌跡與步行週期的關係圖

第一級

第二級

第三級

第四級

分析 ↑ 為正常人 的蝴蝶圖 ↑ 為腦性麻痺症 的蝴蝶圖

分析 2.拇指外翻： 蹠趾關節靜態性半脫位，造成大拇趾朝向外側彎，由於不正常之足部變形，使得有異於人之足底壓力與不良之後遺症，足跟壓力較一般人較大，腳趾部份較沒明顯壓力。

分析 ←拇指外翻

分析 3.唐氏症： 肌肉骨骼問題，關節延展性過大，常出現扁平足內側足跟壓力過大。接觸面積和腳長參數在內側中足區有顯著差異。足底各分區中，內側足中區可以表現出唐氏症足部的特點。

分析 扁平足： 扁平足為一種足部畸形。正常的腳底是自然的弓形，但扁平足腳底基本是平的，足弓不明顯，有雙腳扁平和單腳扁平。足和地的接觸面積大，缺乏足弓的緩衝，長時間走路會疼痛。有15~30%的世界人口有一定程度的扁平足，但是大部分都不需要治療，只有極少數需要開刀。

結論 現在醫療科技發達，並發明了各式各樣的腳底疾病感測器，我們做了詳細的研究。 足部的基本功能認識後，對於鞋子內部鞋墊我們必須慎選。

結論 從足壓量測我們可以觀察這個人的是否含有疾病。足壓量測是項不錯的設計，可以讓人體有個預警以儘早治療疾病。 足壓量測設備可區分很多種類，其中以光學式足壓量測系統為主。

結論 過高的足壓將對足部產生傷害。「預防重於治療」是一個重要且必要的課題。 雖然本組報告不是很齊全，但過程中我們學習到了很多有關醫學工程的知識。

參考文獻 http://ir.ntut.edu.tw/retrieve/55372/ntut-97-95408029-1.pdf http://www.twwiki.com/wiki/%E9%9B%BB%E5%AE%B9%E5%BC%8F%E5%A3%93%E5%8A%9B%E6%84%9F%E6%B8%AC%E5%99%A8 http://www.twwiki.com/wiki/%E5%A3%93%E9%9B%BB%E6%84%9F%E6%B8%AC%E5%99%A8 http://eshare.stust.edu.tw/View/25589 http://rehab.ym.edu.tw/document/motion/8a-foot%20pressure%20analysis-y.pdf http://ir.ntut.edu.tw/retrieve/35828/ntut-100-94568503-1.pdf http://thesis.lib.cycu.edu.tw/ETD-db/ETD-search-c/view_etd?URN=etd-1030106-124957

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