周祥松，張萬松

（1．信陽市商城縣公安局，河南 信陽 465350；2．河南省公安廳刑事技術(shù)總隊，河南 鄭州 450003）

行走運動是人類最基本、最簡單的活動方式，是一種左右足交替向前重復(fù)進行的周期性運動，足在行走位移過程中起著至關(guān)重要的作用。足由26塊足骨、33個足關(guān)節(jié)、20多條肌肉和100多條韌帶組成。每個人的足骨組成盡管基本一致，但因其骨骼的形態(tài)并不完全相同，再加上受到生活習(xí)慣、勞動條件、生活環(huán)境、疾病或損傷以及遺傳等多種因素的影響，不同人其足的形態(tài)結(jié)構(gòu)有著各自的特殊性，這也是足跡檢驗的客觀依據(jù)之一。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)代制鞋理念發(fā)生了深刻的變革，男女鞋的鞋跟高度都在不斷增加，穿著中、高跟鞋日漸成為時尚的象征，這類足跡在犯罪現(xiàn)場也時有出現(xiàn)。利用傳統(tǒng)足跡檢驗技術(shù)分析這類足跡遺留人的人身特點出現(xiàn)了困難，檢驗鑒定結(jié)果的科學(xué)性受到不斷質(zhì)疑，原因在于鞋跟的增高，使足部承擔(dān)的人體壓力產(chǎn)生了前移，鞋底各部分的壓痕分布也產(chǎn)生了變化[1]。為了探索提高中、高跟足跡分析能力和量化檢驗水平，研究穿高跟鞋引起的足跡步法特征和足底壓力分布變化規(guī)律，為不同鞋跟高度的足跡檢驗提供理論依據(jù)、實用可靠的經(jīng)驗公式和方法，從而提高足跡檢驗的科學(xué)水平，拓寬足跡檢驗范圍。

1 材料與方法

1.1 儀器

本實驗所用儀器為刑警學(xué)院足跡教研室現(xiàn)有的Footscan足底壓力測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)由2 m長的壓力采集板與配套的分析軟件構(gòu)成。采集板的長度可以保證被采集人在自然行走狀態(tài)下的左右足跡連續(xù)記錄，且傳感器工作穩(wěn)定、精度與分辨率高，能夠滿足高跟鞋足跡分析的要求[2]。

1.2 對象

選取刑警學(xué)院50名男性學(xué)生作為研究對象，這50名學(xué)生年齡在20～25歲之間，體型適中，無過瘦過胖者，無X或O型腿，且下肢沒有任何疾病、殘疾、損傷、骨折等手術(shù)造成步態(tài)異常的歷史，同時實驗對象要有經(jīng)常穿高跟鞋（增高鞋）的習(xí)慣，從而提高了實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1.3 方法

鞋跟高度是相對鞋底腰部厚度而言，即鞋跟的整體高度。為達到不同鞋跟高度的目的，本次實驗特制不同厚度的高跟鞋墊墊在高幫鞋內(nèi)，從而滿足高跟鞋的實驗的要求，同時，考慮到鞋跟高度變化范圍較小，穿著時步幅類型區(qū)分度不明顯等的情況，實驗過程中，只選取平跟30、50、70mm4款高跟鞋。要求實驗對象分別穿這4款高跟鞋，從Footscan足底壓力測試系統(tǒng)的測力平臺上正常行走5次，每次均在測力平臺上遺留3枚有效足跡，步態(tài)周期、足底壓力等數(shù)據(jù)則采集并存儲在Footscan足底壓力測試系統(tǒng)軟件中。同時捺印對應(yīng)的穿不同高跟鞋的油墨樣本足跡。為避免實驗過程中穿鞋順序、穿鞋時間對數(shù)據(jù)的影響，要求實驗對象每穿一種鞋時有幾分鐘的行走適應(yīng)過程。

1.4 數(shù)據(jù)分析

選擇每名實驗對象中間3次行走的足底壓力數(shù)據(jù)進行分析，所有數(shù)據(jù)均用SPSS19.0統(tǒng)計分析軟件進行處理，P＜0.05表示差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 步態(tài)周期分析

步態(tài)周期，是指從一側(cè)足的足跟著地起，到同一側(cè)足跟再次著地為止的連續(xù)過程，是步行的時間參數(shù)。根據(jù)腿部的動作和運動特征，將步態(tài)周期分為支撐階段和擺動階段。其中，支撐階段是指足接觸地面和承受重力的時間段，約占步態(tài)周期的60%；擺動階段是指足在空中向前擺動的時間段，約占步態(tài)周期的40%[3]。

Footscan足底壓力測試系統(tǒng)獲得的實驗對象穿不同鞋跟高度鞋的步態(tài)周期變化情況，如表1所示。 其中，在 P＜0.05 的情況下，穿 30、50、70 mm 跟高的鞋正常行走時步態(tài)周期略大于穿著平跟鞋，穿30、50 mm跟高的鞋正常行走時步態(tài)周期顯著小于穿70mm跟高的鞋。隨著鞋后跟高度的增加，支撐階段所占步態(tài)周期比例減小，相對應(yīng)的擺動階段所占比例增加，穿平跟鞋正常行走時擺動階段所占比例小于穿30、50、70mm跟高的鞋。同時，雙足支撐階段所占步態(tài)周期比例也隨著鞋跟高度的增加而減小，穿30、50、70mm跟高的鞋正常行走時雙足支撐階段所占百分比均顯著小于穿平跟鞋。

表1 穿不同鞋跟高度鞋的步態(tài)周期表

2.2 動態(tài)足跡特征分析

人體在行走運動過程中，依靠自身重力作用，足跟最先與地面接觸過渡到前掌蹬離地面，身體前移這一過程，所受到承痕客體上的反作用力，即為足底壓力。由于不同人的足在解剖結(jié)構(gòu)方面的差異以及年齡、身高、體態(tài)、行走習(xí)慣的不同，足底與地面的接觸面積、接觸時間、相互作用力的大小等也不盡相同，從而在足跡上形成的特征也不同。同時，當(dāng)人體運動狀態(tài)發(fā)生變化時，足底壓力反映在承痕客體上的痕跡特征都會發(fā)生相應(yīng)的改變，因此，測試、分析不同狀態(tài)下的足底壓力分布情況，獲取人體相對應(yīng)的生理力學(xué)參數(shù)和機能參數(shù)，這對足跡檢驗理論研究具有重要意義。

Footscan步態(tài)分析系統(tǒng)獲得的實驗對象穿不同鞋跟高度鞋的足底壓力特征變化情況，壓力面，壓強曲線如圖1～4所示，正常行走時足底各區(qū)域壓強值，如表2、表3所示。由以上數(shù)據(jù)可知，實驗對象穿不同跟高的鞋正常行走時，左、右足各部位壓強相似，壓力分布基本相同，說明正常人站立或行走時步態(tài)正常，雙足承受壓力對稱，從而可以避免異常高足底壓力出現(xiàn)[4]，保證了實驗的準(zhǔn)確性。

對表中數(shù)據(jù)對比分析可知：在P＜0.05的情況下，鞋跟高度對足底各部位壓強有顯著影響。穿30、50、70 mm跟高的鞋時拇趾部位、第2跖、第3跖的壓強值均顯著大于穿平跟鞋，穿30、50 mm跟高的鞋時拇趾部位、第2跖、第3跖的壓強值均顯著小于穿70 mm跟高的鞋，說明隨著鞋跟高度的增加，跖趾區(qū)部位的壓強值增加。穿30、50、70mm跟高的鞋時弓區(qū)壓強值變化不顯著。穿30、50、70mm跟高的鞋時跟區(qū)內(nèi)側(cè)和外側(cè)部位的壓強值均顯著小于穿70mm跟高的鞋，穿70mm跟高的鞋時跟區(qū)的壓強值均顯著小于穿30、50 mm跟高的鞋，說明隨著鞋跟高度的增加，跟區(qū)部位壓強值降低。同時，隨著鞋跟高度的增加，弓區(qū)部位壓強值變化不明顯。

圖1 某實驗對象穿平跟鞋正常行走足底壓力面、壓強曲線

圖2 某實驗對象穿30mm跟高鞋正常行走足底壓力面、壓強曲線

圖3 某實驗對象穿50mm跟高鞋正常行走足底壓力面、壓強曲線

圖4 某實驗對象穿70mm跟高鞋正常行走足底壓力面、壓強曲線

表2 正常行走左足足底各區(qū)域壓強值表 （N/cm2）

表3 正常行走右足足底各區(qū)域壓強值表 （N/cm2）

2.3 靜態(tài)足跡特征分析

2.3.1 步幅特征

步幅特征，是指在成趟足跡中反映人行走時左右足跡在空間中的協(xié)調(diào)搭配關(guān)系特征，是行走運動習(xí)慣特征在成趟足跡中的一種反映形式，它蘊含著人行走運動中的內(nèi)在規(guī)律，是分析行走人運動姿勢的客觀依據(jù)，也是成趟足跡中的重要種屬特征[5]。實驗中，用油墨白紙捺印實驗對象穿不同跟高的鞋正常行走時的成趟樣本足跡，依據(jù)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，對成趟足跡樣本的步長、步寬、步角測量，統(tǒng)計分析結(jié)果如表4、表5所示。

對表中數(shù)據(jù)對比分析可知：在P＜0.05的情況下，鞋跟高度對步幅特征有顯著影響。穿30、50、70 mm跟高的鞋時步長值顯著小于穿平跟鞋，穿30、50 mm跟高的鞋時步長值顯著大于穿70 mm跟高的鞋，說明隨著鞋跟高度的增加，步長值變小。穿70 mm跟高的鞋時步寬值顯著大于穿平跟鞋，說明鞋跟高度增加，步寬值有所增加，但增加趨勢較小。同時，穿50mm跟高的鞋時步角值顯著小于穿平跟鞋，說明鞋跟高度增加，步寬值有所較小，當(dāng)鞋跟高度增加至50mm以上，步角值趨于穩(wěn)定。

表4 正常行走左足步幅特征參數(shù)值表

表4 正常行走左足步幅特征參數(shù)值表

2.3.2 步態(tài)特征

步態(tài)特征，是指足接觸地面各部位習(xí)慣動作所形成的痕跡，在行走運動過程中，隨著人體姿勢的變化和身體重心的移動，足與承痕客體接觸的先后順序和作用力的大小、方向等導(dǎo)致承痕客體產(chǎn)生與之適應(yīng)的痕跡，它反映留痕人的人身特點及習(xí)慣行走動作。

穿30mm高跟鞋與穿平跟鞋正常行走時，起落足階段步態(tài)特征無明顯變化。穿50、70 mm高跟鞋與穿平跟鞋正常行走步態(tài)特征相比較：落足階段，后跟后緣部位壓力略有較少，踏痕減輕但面積稍有增加，當(dāng)鞋跟高度增加至70mm時，步幅減小，步頻降低，有擦痕出現(xiàn)；支撐階段，足跡壓痕長度減少，跖趾部位壓力增加，后跟部位壓力稍有下降，因而，跖趾部位接觸地面較充分，對地面的沖擊作用明顯。同時，跖壓的壓力面稍微向足跡四周擴展，足跡趾壓前緣向前延伸；起足階段，跖區(qū)的蹬痕向趾區(qū)轉(zhuǎn)移，稍有加重，作用范圍略并向足跡趾區(qū)外側(cè)延伸，出現(xiàn)第二、第三趾蹬，捺印的成趟足跡樣本中可見明顯向后蹬地所產(chǎn)生的擦劃線條狀痕跡，當(dāng)鞋跟高度增加至70mm時，有伴生挑痕出現(xiàn)。

3 討論

3.1 步態(tài)周期分析

隨著鞋跟高度的增加，步態(tài)周期增大，這與吳劍，李建設(shè)通過研究青少年女性穿不同鞋行走時步態(tài)的動力學(xué)中發(fā)現(xiàn)“穿高跟鞋比穿平跟鞋平地行走步態(tài)周期更長”的結(jié)果一致[6]。由于人體行走運動是一個動態(tài)平衡的過程，隨著鞋跟高度的增加，可以推斷人體穩(wěn)定性必然會降低，實驗對象在行走過程中為了獲取更大的穩(wěn)定性必然會降低步速，從而導(dǎo)致步態(tài)周期時間延長。同時，跟高的增加，支撐階段和雙足支撐階段所占步態(tài)周期的比例減小，擺動階段所占比例增加，這與時會娟等[7]的研究結(jié)果“隨著高度的增加，支撐階段和雙足支撐階段所占步態(tài)周期的比例降低”一致。雙足支撐階段是指身體從一個靜態(tài)的相對穩(wěn)定狀態(tài)調(diào)整成動態(tài)的不穩(wěn)定位置的運足邁步過程，其所占步態(tài)周期比例降低，表明運動過程中身體重心轉(zhuǎn)移的工作還沒有徹底完成，而足已經(jīng)邁了出去，這樣的狀態(tài)若持續(xù)下去，身體會因失衡而摔倒，再加上擺動相的穩(wěn)定性不如支撐相，因此，支撐相的減小表明鞋跟高度的增加會使身體的穩(wěn)定性降低[8]。因此，在對高跟鞋足跡檢驗時，應(yīng)考慮鞋跟高度可能對步態(tài)周期造成的影響，對差異點作出科學(xué)合理的解釋，以確保足跡鑒定意見的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

3.2 動態(tài)足跡特征分析

有關(guān)足底壓力的分布情況，目前生物力學(xué)領(lǐng)域的研究結(jié)果普遍表明：正常人在步態(tài)周期支撐相中，足底壓力中心在足跟著地后，逐漸移到第2跖骨，在趾離地前的瞬間，移到第1趾骨頭和拇趾；同時，足的5趾壓力分布中，以拇趾最大，外側(cè)4趾壓力分布成比例的減小[9]；但5個跖骨的壓力分布一致存在爭議。在以往依靠專家經(jīng)驗積累的足跡檢驗中，也以這個研究成果為基礎(chǔ)對磨損特征和足跡動力形態(tài)特征進行定性研究。

通過對比分析可知：隨鞋跟高度的增加，跟區(qū)的壓強值減少，跖趾區(qū)的第2跖、第3跖的壓強值顯著增加，足底壓力由后向前轉(zhuǎn)移。這與王立平[10]通過對女性赤足、平跟鞋、中跟鞋和高跟鞋步態(tài)進行了全足底壓力分布研究的結(jié)果“穿高跟鞋行走時，足前掌受力明顯增加，足跟受力減小”一致。但與JOANNE等[11]通過研究女性穿不同跟高的鞋行走時的足底壓力的結(jié)果：“與赤足狀態(tài)下相比，隨著鞋后跟的增高，第五跖骨端的壓強明顯的降低”不一致，這可能與性別或?qū)嶒炗眯嘘P(guān)，JOANNE等研究的是女性高跟鞋，而本實驗研究側(cè)重的是男性高跟鞋（增高鞋），雖然都是鞋跟高度的增加，但男性鞋后跟部位的面積、鞋身的寬肥度要普遍大于女性高跟鞋。同時，JOANNE等的研究還指出鞋跟高度和跟區(qū)面積對足底壓力特征具有重要影響，因此，在對現(xiàn)場足跡進行分析、檢驗時還應(yīng)注意鞋跟高度和跟區(qū)面積的影響。

鞋跟高度對足弓壓強值變化均無顯著影響，這與王志彬等[12]的研究結(jié)果“足弓墊可以改變足底壓力分布，使足底壓力的57.1%集中在足弓墊下，有利于增加足弓的支撐力，緩解跖鍵膜的牽引力，減輕足跟的負(fù)重”相符合。足弓主要起到傳遞力和緩沖力的作用，同時鞋腰可以有效改變足底壓力的分布情況，因此，在穿鞋足跡檢驗中，一定要注意鞋腰部位對足底壓力特征造成的影響以及足跡中弓區(qū)特征的變化情況；同時，若發(fā)現(xiàn)足跡趾跖區(qū)域壓痕相較弓跟區(qū)域較重，并在趾跖區(qū)域分布均勻，就要綜合各方面因素仔細(xì)分析，可推斷犯罪嫌疑人有可能穿增高鞋的可能，從而為縮小排查范圍。

3.3 靜態(tài)足跡特征分析

3.3.1 步幅特征

步幅特征是一組隨機變量，然而隨著鞋跟高度的增加，這組變量卻表現(xiàn)出了一定的規(guī)律性：整體步幅特征參數(shù)值滿足“步長變小，步寬變大，步角變小”的規(guī)律。這與LEE等[13]通過研究穿高跟鞋和負(fù)重對青年女性正常行走時下肢運動學(xué)的影響發(fā)現(xiàn)“隨著鞋跟高度增加，步長變小，步寬略微變大”的結(jié)果基本一致。雖然跟高的增高，步寬、步角特征變化幅度較小，單從這兩種特征進行步幅檢驗時，區(qū)分不同人的能力不夠強，但如果把步長和其他特征結(jié)合起來加以考查，就可以把一個人的步幅從許多人中區(qū)別開來，至少可以把某一類型的步幅特征從眾多的步幅特征中區(qū)別出來。

3.3.2 步態(tài)特征

鞋跟高度增加，身體前傾，重心前移且略有增高，導(dǎo)致跖趾部位壓力增加，后跟部位壓力減少。跟高繼續(xù)增加，身體處于失衡狀態(tài)，行走無法繼續(xù)，在此狀態(tài)之前由于鞋的作用，落足階段會出現(xiàn)擦痕、起足階段會出現(xiàn)挑痕等伴生痕跡，在檢驗鑒定過程中應(yīng)特別注意。由于實驗對象均有穿高跟鞋的習(xí)慣，決定了步態(tài)特征規(guī)律具有一定的穩(wěn)定性，這種穩(wěn)定的步態(tài)特征是高跟鞋足跡檢驗的基礎(chǔ)。然而，實驗中，由于測力平板及通道條件的限制，實驗對象在在穿不同跟高的鞋時經(jīng)常為了能在儀器上行走而被動調(diào)整自己的行走動作，使得足跡步態(tài)特征發(fā)生不規(guī)律的變化[14]，給實驗結(jié)果造成一定的誤差。

4 結(jié)論

隨著鞋跟高度的增加，步態(tài)周期增加，步幅特征中步長變小，步寬變大，步角變小；足底壓力分布發(fā)生變化，跟區(qū)壓力較小，跖趾區(qū)壓力增加；鞋跟高度對步態(tài)特征影響較大，落足階段踏痕減輕，有時伴有擦痕出現(xiàn)，支撐階段跖趾部位與地面接觸充分，沖擊作用明顯，起足階段趾區(qū)的蹬痕加重且向足跡趾區(qū)外側(cè)延伸，有時伴有挑痕出現(xiàn)。因此，當(dāng)犯罪現(xiàn)場穿鞋足跡存在上述變化，利用傳統(tǒng)的步法特征推斷嫌疑人人身特點存在不確定性時，不能主觀臆斷、強加分析，應(yīng)結(jié)合其它證據(jù)線索、多方面多角度進行系統(tǒng)化檢驗，才能得到客觀正確的檢驗鑒定結(jié)論。本研究的結(jié)果有助于深入了解鞋跟高度對動、靜態(tài)足跡特征的影響和規(guī)律，同時也為案發(fā)現(xiàn)場利用高跟鞋足跡分析犯罪嫌疑人人身特點和作案過程提供可靠的理論依據(jù)和實用方法。