TWI394556B - A method for determining the arch type - Google Patents

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Description

判別足弓型態的量測方法
本發明是有關於足型分類之技術，特別是關於一種根據足印資料以判別足弓型態的量測方法。
足弓之功能主要是在提供人體足部結構於步行或運動時良好之避震效果，以減少足部傷害之發生。一般而言，足型之分類主要依據足弓高度，所謂足弓高度係指足內側縱弓至地平面之距離，一般以舟狀骨(scaphoid)凸點下緣至地面之垂直高度為基準；若距離過高稱為高足弓，而若距離過低一般稱之為低足弓，若該距離低於某一限度即為俗稱之扁平足(flat foot)。近年來許多文獻皆指出足弓高度異常(亦即上述之高足弓以及低足弓)與下肢運動相關性的傷害有密切的關係。
足弓型態的評估方法大致可分為醫療儀器(如X光檢查測量法、超音波檢查測量法等)、專業量角器(如測徑器、腳型測量儀等)、足印(footprint)觀察法以及實驗法(如足印參數等)。其中，與其他方法相較之下，使用足印進行分析以評估足弓之高度具有簡單方便和非侵入性等特色，因此，在習知技術中經常使用足印參數來有效的評估人體足弓高度是否異常。足印參數大多透過幾何學的方法(如線段長度、面積之計算)進行估算，常見的足印參數包括足弓角度(arch angle)、足印指數(footprint index)、足弓指數(arch index,AI)、足弓長度指數(arch length index)以及足趾截去指標(truncated arch index)等。其中，最為常見的足弓指數AI係由Cavanagh和Rodgers於1985年提出，其係在靜態站姿下取得足印，並將該足印不含腳趾的腳掌長度L等分為三段區域(請參見圖1)，然後量測各區域的面積，分別為後足面積A、中足面積B與前足面積C。足弓指數AI的計算方式為中足區域面積與足部全部面積(不包括腳趾)之比值，即足弓指數AI=B/(A+B+C)。當足弓指數AI的數值小於0.21為高足弓(high arch)；數值介於0.21及0.26為正常足弓(normal arch)；數值大於0.26為扁平足(flat foot)。
然而，上述習知足印參數之計算，往往需要較多的步驟或較大之計算成本(如足印面積積分)，因而使得這些足弓型態的評估無法即時快速的完成。
因此，有鑑於習知技術之各項問題，為了能夠兼顧解決之，本發明提出一種判別足弓類型的方法，以作為改善上述缺點之實現方式與依據。
有鑑於上述習知技術之問題，本發明之其中一目的就是在提供一種判別足弓型態的量測方法，以兼具簡單方便、低成本和非侵入性等優點之方法來判別足弓型態。
根據本發明之另一目的，提出一種判別足弓型態的量測方法，其根據人體足型之資料包含人體足部外側輪廓線以及內側輪廓線進行判別，該方法包含下列步驟：首先，取得足印，其係待測者在靜態站姿下的足印，且該足印包含外側輪廓線以及內側輪廓線；其次，取得該足印外掌切點與外跟切點，以及該足印內掌切點與內跟切點；其後，取得足掌中點及足跟中點，該足掌中點係為連接該外掌切點與該內掌切點之線段的中點；該足跟中點係為連接該外跟切點與該內跟切點之線段的中點；其次，取得足中軸線與足中垂線；然後，取得足寬長Lf ，其係足中垂線的長度；以及取得足弓寬La ；最後，將該足弓寬La 除以該足寬長Lf ，得到一足型指數(Foot Type Index,FTI)，即FTI=La /Lf 。
根據此一足型指數FTI即可判別該足印所表彰的足弓型態。例如，根據該足型指數FTI可將人體的足弓型態精確的分為扁平足(flatfoot)、低足弓(low arch)、正常足弓(normal or regular arch)、偏高足弓(little high arch)或高足弓(high arch)五種型態；或概分為扁平足、正常足弓及高足弓三種型態。
承上所述，依本發明之判別足弓型態的量測方法，其可具有一或多個下述優點：
(1)此方法採用人體足印資料進行線性量測與判別，其過程簡單方便且屬非侵入性評估法。
(2)此方法採用線性幾何學方式對足印資料進行線性量測與判別，不需進行複雜之計算，可有效降低計算成本並加快計算之速度。
上述「發明內容」並非用以限制所主張標的之範疇，本發明的各種樣態的詳細概觀，在下述實施方式段落會做更進一步描述。本發明內容並無意於識別所主張申請標的之關鍵特徵或基本特徵，也並非用來單獨決定所主張申請標的之範疇。
為充分瞭解本發明的目的、特徵及功效，茲藉由下述具體實施例，並配合所附圖式，對本發明做一詳細說明，下述說明中之相同元件係以相同之符號標示來說明。此處特地以特徵描述本發明的標的以符合法定需求，不過，此敘述本身並無意於限制本專利的範疇。發明人考慮到所主張申請標的也可用其他方式具體實施，例如包含不同步驟或結合類似於本文件內所描述之步驟的步驟組合、與其他目前或未來技術結合。再者，雖然此處可能會使用術語「步驟」等運用不同的方法元件，不過除非有明確描述個別步驟的順序，否則不應該將這些術語解譯為暗示此處揭示的許多步驟之間的任何特定順序。
請同時參閱圖2與圖3。圖2其係繪示了本發明之判別足弓型態的量測方法之步驟流程圖；圖3其係繪示了本發明之判別足弓型態的量測方法之量測點示意圖。
相關步驟流程說明如下：首先，於步驟S110，取得足印200，其係待測者在靜態站姿下的足印200，且該足印200具有一足印輪廓線230，該足印輪廓線230包含外側輪廓線210以及內側輪廓線220；其次，於步驟S120，取得該足印的外掌切點P1與外跟切點P2，其為該足印外側輪廓線210之該外側公切線段P1P2與該外側輪廓線210分別於足掌及足跟處之切點；其後，在步驟S130，再類似地取得該足印的內掌切點P3與內跟切點P4，其為該足印內側輪廓線220之該內側公切線段P3P4與該內側輪廓線220分別於足掌及足跟處之切點；接著，於步驟S140，取得足掌中點P5及足跟中點P6，該足掌中點P5係為連接該外掌切點P1與該內掌切點P3之線段的中點；該足跟中點P6係為連接該外跟切點P2與該內跟切點P4之線段的中點；接下來，於步驟S150，取得足中軸線PtPh，其係連接該足掌中點P5與該足跟中點P6之連線，並與該足印輪廓線230相交於該足掌前端點Pt以及該足掌末端點Ph；其次，在步驟S160，取得足中垂線PiPo，其係與足中軸線PtPh垂直且通過該足中軸線等分點Pm，並與該內側輪廓線220相交於該中垂內弓交點Pa，其中該足中軸線等分點Pm為該足中軸線PtPh的中點，該中垂內切點Pi為該足中垂線PiPo與該內側公切線段P3P4的交點，該中垂外切點Po為該足中垂線PiPo與該外側公切線段P1P2的交點；然後，在步驟S170，取得足寬長Lf ，其係該足中垂線PiPo的長度；以及取得足弓寬La ，其係該線段PaPo的長度；最後，於步驟S180，將該足弓寬La 除以該足寬長Lf ，即得到足型指數(Foot Type Index,FTI)，亦即FTI=La /Lf 。
其中，根據該足型指數FTI值的大小，即可將人體的足弓型態概分為扁平足、正常足弓及高足弓三種型態；或精確的分為扁平足、低足弓、正常足弓、偏高足弓或高足弓五種型態；或視需要將人體的足弓型態分為五種以上之型態。
實務上可以透過各種器材擷取足印200，常見的該類器材包括電子掃描器、油墨足印墊(Harris and Beath footprinting mat)、壓力感測器以及熱感應式感測器等。經由實驗得知，不論以何種器材擷取足印200，其AI值與FTI值皆高度相關。當以電子掃描器擷取足印200樣本，然後分別計算其AI值與FTI值，並進行迴歸分析，發現該AI值與FTI值間具有如下關係式：
AIe=0.31(FTIe)+0.0913
ρ=0.925，ρ為該AIe與該FTIe之相關係數，此處係為了避免混淆，將電子掃描器擷取足印200所計算之足弓指數簡稱為AIe，而所計算之足型指數簡稱為FTIe。
當以熱感應式感測器擷取足印200樣本，然後分別計算其AI值與FTI值，並進行迴歸分析，則發現該AI值與FTI值間具有如下關係式：
AIt=0.26(FTIt)+0.1274
ρ=0.951，ρ為該AIt與該FTIt之相關係數，此處係為了避免混淆，同樣地將以熱感應式感測器擷取足印200所計算之足弓指數簡稱為AIt，而所計算之足型指數簡稱為FTIt。
請參閱圖4，其係繪示了本發明之足弓型態的六分法(one sixth method)示意圖。圖中，顯示以五個點將該足中垂線PiPo之該足寬長Lf 等分為六段，並定義六分法足型指數FTI6 為線段PiPa的長度除以足寬長Lf 的值。當中垂內弓交點Pa落於該中垂內切點Pi與扁平點Pm2間時，FTI6 值大於0.66，即判別該足印200屬扁平足；當該中垂內弓交點Pa落於該扁平點Pm2與中足點Pm3間時，FTI6 值介於0.50~0.66之間，即判別該足印200屬低足弓；當該中垂內弓交點Pa落於該中足點Pm3與偏高點Pm4間時，FTI6 值介於0.33~0.50之間，即判別該足印200屬正常足弓；當該中垂內弓交點Pa落於偏高點Pm4與高弓點Pm5間時，FTI6 值介於0.16~0.33之間，即判別該足印200屬偏高足弓；當中垂內弓交點Pa落於高弓點Pm5與中垂外切點Po間時，FTI6 值小於0.16，即判別該足印200屬高足弓。此外，對於因為長時間站立或其他因素導致足弓結構因而塌陷之情況，該足印200其正常足弓的FTI6 值範圍可調整為介於0.30與0.57間；而FTI6 值介於0.57~0.66之間，即判別該足印200屬低足弓；FTI6 值介於0.16~0.30之間，即判別該足印200屬偏高足弓。
值得注意的是，該六分法係一簡易之足弓型態判別方法，因此適用於包括電子掃描器、油墨足印墊、壓力感測器以及熱感應式感測器等各種器材擷取之足印200，一旦取得足印200，即可以肉眼簡易判別該足印所屬足弓型態而無需進一步之詳細計算該FTI值之大小。
本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明的範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效的變化與置換，例如減少或增加足弓型態之分類，並定義相對應之足弓型態分類值，均應視為涵蓋於本發明的範疇內。因此，本發明的保護範圍當以下文的申請專利範圍所界定者為準。
S110-S180．．．流程步驟
200．．．足印
210．．．外側輪廓線
P1．．．外掌切點
P2．．．外跟切點
P3．．．內掌切點
P4．．．內跟切點
P5．．．足掌中點，為線段P1P3中點
P6．．．足跟中點，為線段P2P4中點
220．．．內側輪廓線
230．．．足印輪廓線
P1P2．．．外側公切線段
P3P4．．．內側公切線段
PtPh．．．足中軸線
Pt．．．足掌前端點
Ph．．．足掌末端點
Pm．．．足中軸線等分點，為足中軸線PtPh中點
Pm1．．．超平點
Pm2．．．扁平點
Pm3．．．中足點，為足中垂線PiPo中點
Pm4．．．偏高點
Pm5．．．高弓點
PiPo．．．足中垂線
Pi．．．中垂內切點
Po．．．中垂外切點
Pa．．．中垂內弓交點
L．．．腳掌長度
A．．．後足面積
B．．．中足面積
C．．．前足面積
AI．．．足弓指數(Arch Index)
AIe．．．電子掃描足弓指數
AIt．．．熱感應足弓指數
FTI．．．足型指數(Foot Type Index)
FTIt．．．熱感應足型指數
FTIe．．．電子掃描足型指數
FTI6 ．．．六分法足型指數
La ．．．足弓寬
Lf ．．．足寬長
圖1(a)與圖1(b)係習知足弓指數量測計算法示意圖。
圖2係本發明之判別足弓型態的量測方法之步驟流程圖。
圖3係本發明之判別足弓型態的量測方法之量測點示意圖。
圖4係繪示了本發明之足弓型態的六分法(one sixth method)示意圖。
S110-S180．．．流程步驟

Claims (4)

  1. 一種判別足弓型態的量測方法，其係根據一足印之資料進行量測與判別，該方法包含下列步驟：取得足印，其係一靜態站姿下擷取的足印，該足印之足印輪廓線包含外側輪廓線以及內側輪廓線；取得該足印外掌切點與外跟切點，其為該足印外側輪廓線之外側公切線段與該外側輪廓線分別於足掌及足跟處之切點；取得該足印內掌切點與內跟切點，其為該足印內側輪廓線之內側公切線段與該內側輪廓線分別於足掌及足跟處之切點；取得足掌中點及足跟中點，該足掌中點係為連接該外掌切點與該內掌切點之線段的中點；該足跟中點係為連接該外跟切點與該內跟切點之線段的中點；取得足中軸線，其係連接該足掌中點與該足跟中點之連線，並與該足印輪廓線相交於足掌前端點以及足掌末端點；取得足中垂線，其係與該足中軸線垂直且通過該足中軸線等分點，並與該內側輪廓線相交於該中垂內弓交點，其中該足中軸線等分點為該足中軸線的線段的中點，該中垂內切點為該足中垂線與該內側公切線段的交點，該中垂外切點為該足中垂線與該外側公切線段的交點；取得足寬長Lf ，其係該中垂內切點至該中垂外切點線段的長度；以及取得足弓寬La ，其係該中垂外切點至該中垂內弓交點線段的長度；以及計算足型指數(Foot Type Index,FTI)，其係將該足弓寬La 除以該足寬長Lf ，即FTI=La /Lf ，而根據此一足型指數FTI即可判別該足印表彰的足弓型態。
  2. 一種判別足弓型態的量測方法，其係根據一足印之資料進行量測與判別，該方法包含下列步驟：取得足印，其係一靜態站姿下擷取的足印，該足印之足印輪廓線包含外側輪廓線以及內側輪廓線；取得該足印外掌切點與外跟切點，其為該足印外側輪廓線之外側公切線段與該外側輪廓線分別於足掌及足跟處之切點；取得該足印內掌切點與內跟切點，其為該足印內側輪廓線之該內側公切線段與該內側輪廓線分別於足掌及足跟處之切點；取得足掌中點及足跟中點，該足掌中點係為連接該外掌切點與該內掌切點之線段的中點；該足跟中點係為連接該外跟切點與該內跟切點之線段的中點；取得足中軸線，其係連接該足掌中點與該足跟中點之連線，並與該足印輪廓線相交於足掌前端點以及足掌末端點；取得足中垂線，其係與該足中軸線垂直且通過該足中軸線等分點，並與該內側輪廓線相交於該中垂內弓交點，其中該足中軸線等分點為該足中軸線的線段的中點，該中垂內切點為該足中垂線與該內側公切線段的交點，該中垂外切點為該足中垂線與該外側公切線段的交點；取得足寬長Lf，其係該中垂內切點至該中垂外切點線段的長度；將該足寬長Lf 等分為六段，則根據該中垂內弓交點的落點即可判別該足印所表彰的足弓型態。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之判別足弓型態的量測方法，其中該中垂內弓交點與該中垂外切點線段的長度除以足寬長Lf 的值為六分法足型指數FTI6 ，且：當該中垂內弓交點落於該中垂內切點與該扁平點間時，FTI6 大於0.66，該足印係屬扁平足；當該中垂內弓交點落於該扁平點與該中足點間時，FTI6 介於0.50與0.66間，該足印係屬低足弓；當該中垂內弓交點落於該中足點與該偏高點間時，FTI6 介於0.33與0.50間，該足印係屬正常足弓；當該中垂內弓交點落於該偏高點與該高弓點間時，FTI6 介於0.16與0.33間，該足印係屬偏高足弓；當該中垂內弓交點落於該高弓點與該中垂外切點間時，FTI6 小於0.16，該足印即屬高足弓。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之判別足弓型態的量測方法，其中該足印為足弓結構塌陷之足印，則：FTI6 介於0.30與0.57間，該足印為正常足弓；而FTI6 介於0.57與0.66間，該足印屬低足弓；FTI6 介於0.16與0.30間，該足印為偏高足弓。
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