A study on the distribution of the footsole pressure with standing on one leg Masabumi Miyamoto Department of Orthopedics (Director : Prof. Yasumasa Shirai), Nippon Medical School Much has been reported about the quantitative analysis of the footsole pressure in normal persons, but no definite conclusions have been obtained from these studies. This is also particularly true in the study of deformed feet. In order to analyse the extent and degree of deformities, distribution maps of footsole pressure were made to compare normal and deformed feet. One hundred feet in 50 normal persons and 172 feet in 96 patients with RA with flat foot, hallux valgus or spread foot deformity were tested. Footsole pressure maps were made from the high sensitive film "Prescale", made by Fuji film. Each person was asked to stand on one leg on the film for 5 seconds. Bony anatomical observations of the foot were done with two views of X-ray film. In this study, distribution maps and the X-ray film were analyzed only in the forefoot. Results : 1) In normal persons, the highest pressure was observed in the Ist metatarsal head, 1.74% per cm2 of the body weight, and the mean value of II, III, N and V metatarsal head decreased in order. 2) The medial longitudinal arch was higher in cases with a higher value in I metatarsal head than in the others. 3) Footsole pressure in RA showed an increasing weight bearing area on the V metatarsal head and V tarso-metatarsal joint. 4) In cases of flat feet, when C/OY, N/OY and L/OY had a lower value than 0.25, 0.22 and 0.17 respectively, the weight bearing area showed up on I TMT joint initially, and with progress of deformity, pressure increased on the area. 5) In hallux valgus, pressure was higher on the III MTH with an increasing degree of deformity. 6) There were no changes of the footsole pressure maps in spread foot deformity compared with a normal foot. Key words : prescale film, rheumatoid arthritis, footsole pressure, quantitative analysis, foot deformity Present address : Department of Orthopedics, Nippon Medical School, 1-1-5,,Sendagi, Bunkyo-ku, Tokyo, 113 Japan
(357)43 フ ィル ム プ レス ケー ル を用 い る こ とに よ り,簡 便 で容 易 な操 作 に よ り足 底 面 圧 の定 量 的 解 析 を行 い, さ らにX線 計 測 値 か ら足 部 の骨 格 構 造 を評 価 し,そ の (2)方 法 各 対 象 足 は足 底 面 圧 計 測 の た め のFoot Printを 両 者 の結 果 を対 比 させ る こ とに よ り新 た な観 点 か ら正 け る足 底 面 圧 を計 測 した.ま た足 部 変 形 の評 価 は,X 常 者 の立 位 足 底 面 圧 分 布 に つ い て検 討 を加 え た.ま た, 線 像 を下 記 の方 法 にて 計 測 して 行 っ た. 正 常 足 との 比較 検 討 に お い て代 表的 な足 部 変 形 で あ る 扁 平 足,外 反 母 趾,開 張 足 等 の足 底 面 圧 分 布 を計 測 し, 採 取 し,足 部X線 像 と照 合 し,足 底 各 部 の 単 位面 積 にお 1)Foot Printの 採 取 足 底 面 圧 を計 測 す る手 段 と して 富 士 フ イル ム社 製 超 そ れ ぞれ の変 形 の過 程 が足 底 面 圧 に及 ぼ す影 響 に つ い 低 圧 用 感 圧 フ ィル ム プ レス ケー ル て 検 討 した, こ の感 圧 フ ィル ム の測 定 域 は5 25kg/cm2で を使 用 し た. あ り, 直 接足 底 面 圧 を測 定 す る の は 困難 で あ る の で,増 感 度 研 究対 象 お よ び 方 法 (1)対 装 置10)として高 さ2.2mm,底 象 起4134個 正 常 例 と して,足 部 の疼 痛 お よ び 変形 の な い健 康 人 を選 び,18 58歳 の成 人 男 女50名,100足 を正常 辺5mm径 の 円錐 状 突 を 片面 に しき つ め た合 成 ゴ ム マ ッ トを使 用 した.こ れ に よ り測 定域 は0.1 10kg/cm2と な り足 底 面圧 の 計 測 が 可能 とな っ た. Foot Printの 採 取 は ゴム マ ッ トの 突起 面 とア ク リル 足 と した. 異 常 例 と して,日 本 医 科 大学 付 属 病 院 整 形 外 科 お よ び 関 連 病 院 にて 治 療 中 の 年 齢29 89歳 に お よ ぶ96 板 の 間 に感圧 フ ィル ム を 置 き,マ ッ トの上 に片 足 を の せ て5秒 間 片 脚 起 立位 を保 持 させ る方 法 を とっ た.足 を リウ マ チ足 と した.リ ウ 底 面 圧 測 定 時 に剪 力 を働 か せ な い よ うに可 及 的 正 確 に マ チ足 は 変 形,異 常 を呈 す る確 率 が 高 い の で,本 研 究 垂 直 方 向 の 力 のみ を か け る 必 要 が あ り,片 脚起 立 時 の 名 の リウ マチ 患 者 の172足 で は変 形 足 の代 表 と して リウ マチ 足 を選 ん だ.ま そ の変 形 は種 々 あ るが,そ た, の 中で 今 回 は 扁 平 足,外 反 母 趾 お よび 開 張 足 変 形 のみ につ い て の検 討 を行 っ た. Fig. 1 New designed supporting ぐ らつ き を予 防 し足 底 面圧 分 布 の 再 現性 を確 保 す る 目 的 でFig.1に 示 す 支持 器 を考 案 した.採 取 に先 立 ち 被 験 者 に十 分 説 明 し練 習 して か ら施 行 した. device to minimize the body shifts
44(358) 2)X線 撮影 angle)を 正面像は西野式下肢像消去法 に準 じて 撮 影 した. こ の方 法 は足 関 節 底 屈 位 と背 屈 位 を同 一 フ ィル ム に重 4)足 そ れ ぞ れ 求 め た(Fig.2). 底面圧の計測 Foot printと 正 面X線 像 を照 合 し,第1 5中 複 撮 影 す る こ と に よ り,下 腿 像 を 消 去 し足 の全 骨 格 の 骨 骨 頭 部(1MTH 5MTH),第1足 背 底 像 を写 し出 す こ とが で き る 部(1TMTJ),第5足 側 面 像 は 足 長 軸 に直 交 し焦 点 を 舟 状 骨 にあ わ せ て フ ロア ー と平 行 な 角 度 よ り撮 影 した. 3)X線 (i)正 Markを 像の計測 Pkgを 面X線 像 の値 を除 し,足 底1cm2に 第1足 指 基 節 骨,第1,第2お よび 第5中 足 骨 にそ れ ぞ れ 中線 を 引 き骨 軸 とな し,第1足 %値 根 中足 骨 関 節 根 中 足 骨 関 節部(5TMTJ)お よび 踵 骨 隆 起 部(Heel)の7カ Calibration 足 所 につ い てFoot 用 いて1cm2に 計 測 した(Fig.3).さ Load お け る荷 重 ら に体 重Wkgで そ 及 ぼ す 体 重 の 割 合P/Wを と して 計 算 した. 指基節骨骨軸 と 5)足 部変形の評価 足 骨 骨 軸 と第2 X線 計 測 値 よ り扁 平 足,外 反 母 趾,開 張 足 の 変 形 の 中足 骨骨 軸 の な す 角 度 お よ び 第1中 足 骨骨 軸 と第5中 有 無 を 検 討 し た.判 定 基 準 は 扁 平 足 に つ い て は 横 倉 法 足 骨 骨 軸 との な す 角 度 をそれ ぞれ 求 め た. に準 じてC/OYが0.30以 第1中 足 骨 骨 軸 との な す 角 度,第1中 (ii)側 面X線 像 横 倉法 下 の も の と した.外 反 母 趾 は 第1足 指 基 節 骨骨 軸 と第 に 準 じて,踵 骨 隆 起 の最 下点 をo点,第 1中 足骨 種 子 骨 最 下 点 をy点,距 点 をc点,第1楔 骨 舟 状骨 関 節 の 中 央 状 骨 舟 状 骨 関 節 の中 央 点 をn点, 第1中 足 骨 楔 状 骨 関 節 の 中央 点 を1点 か らc,n,1点 下 か っN/OYが0.26以 度 が30 よ り大 き い もの と した. と した.直 線oy ま で の 距 離 をC,N,Lと し,直 線oy の 長 さOYで 除 した値C/OY,N/OY,L/OYの 求 め た.o点 よ り踵 骨 底 面 の接 線 をひ き,そ れ とoy との な す 角 度(calcanealpitch)と,o点 1中 足 骨 骨 軸 の な す 角 度 が20 よ り大 きい もの と し, 開 張 足 は 第1中 足 骨 骨 軸 と 第5中 足 骨 骨 軸 の な す角 値を よ りひ い た 踵 骨 底 面 の接 線 と第1中 足 骨 骨 軸 との な す 角 度(hibbus Fig. 2 Anatomical bony landmarks Fig. 3 Superimposing foot print over a X-ray film
Table 1 Mean value and its standard deviation of P/W in each region of footsole in normal feet (359)45 (n=100) Table 2 Mean value and its standard in Type 1 and 2 deviation of P/W in each region of footsole (Type 1 n=38, Type 2 n=24) Fig. 4 The footsole pressure in normal person In Type 1, load pressure shifted toward the 1st metatarsal head in the fore foot, and Type 2, the 2nd and 3rd metatarsal heads. Table 3 C/OY, N/OY, M.I.P.I. angles and Int. m. 1-5 angles of normal persons (n=100)
46(360) Table 4 Mean value and its standard deviation of P/W in each region of footsole in 172 deformed feet in rheumatoid arthritis (n=172) Fig. 5 Classification of deformed arthritis feet in rheumatoid Table 5 Obtained values in the flat foot, hallux valgus, and spread foot group
Fig. 6 P/W value in rheumatoid foot and normal foot There were significant difference statisticaly between P/W in the 1st TMT joint, the 5th metatarsal head and the 5th TMT joint. Fig. 7 P/W value in flat foot and normal foot There were significant difference statistically between P/W value in the 1st TMT joint and the 5th TMT joint. Fig. 8 The correlation between P/W values of the 1st TMT joint and C/OY
48(362) Fig. 9 The correlation between P/W values of the 1st TMT joint and N/OY Fig. 11 P/W value in the hallux valgus and normal foot There were significant difference statistically between P/W value in the 3rd metatarsal head, the 5th metatarsal head and the 5th TMT joint. Fig. 10 The correlation between P/W values of the 1st TMT joint and L/OY Fig. 12 The correlation between P/W values in the 3rd metatarsal head and metatarsal 1-phalangeal 1 angle
(363)49 Fig. 13 P/W value in the spread foot group and normal foot There were significant difference between P/W value in the 3rd metatarsal head, the 5th metatarsal head, the 5th MTM joint and calcaneal tuberosity.
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