步宽与速度交互作用下行走与跑步的下肢生物力学开放数据集：揭示运动调控新靶点

本研究针对步宽(step width)变化对下肢生物力学的影响机制不明问题，通过采集13名健康青年男性在6种步宽(-13%至+25%腿长)和3种运动速度(自然行走、3.0m/s和3.7m/s跑步)下的三维运动学(C3D文件)与动力学(GRF)数据，填补了多速度-步宽组合生物力学数据库的空白。数据集包含原始C3D/MOT/TRC/CSV格式文件，为运动损伤预防、康复策略优化提供量化依据。

　　

人类行走与跑步时的步态调控是运动科学领域的核心问题。步宽(step width)作为额状面的关键空间参数，其短期变化会通过改变下肢关节载荷分布影响运动损伤风险。现有研究表明：窄步宽会增加足外翻峰值和膝关节内旋力矩，而宽步宽可降低髋关节内收角度和膝关节外翻力矩。然而，既往数据集多局限于单一速度下的步宽变化，缺乏速度与步宽交互作用的系统性生物力学数据，这严重制约了运动损伤机制研究和康复方案优化。

宁波大学体育科学研究所联合奥克兰生物工程研究所等机构的研究团队在《Scientific Data》发表了首个涵盖多速度-多步宽组合的下肢生物力学开放数据集。研究团队采用Vicon三维运动捕捉系统(200Hz)同步双测力台(1000Hz)，采集13名20-24岁健康男性在自然行走、3.0m/s和3.7m/s跑步状态下，6种步宽条件(±6.5%、±13%、+25%腿长调整)的38个标记点轨迹和地面反作用力数据。通过标准化数据处理流程(Nexus软件和OpenSim建模)确保数据质量，最终获得包含55个成功试验/受试者的原始C3D文件及衍生格式数据。

【研究结果】

1. 步宽定义与实验设计
   通过双侧脚跟首次触地时的额状面距离(Y轴坐标差)量化步宽，创新性地引入腿长百分比(±6.5%-25%)作为步宽调节基准，克服了个体解剖差异的干扰。

2. 多模态数据采集
   采用八摄像头Vicon系统与AMTI/Kistler测力台同步采集，标记点覆盖下肢关键解剖标志(如股骨内外上髁、内外踝等)，确保髋-膝-踝三平面运动学参数的精确计算。

3. 速度控制验证
   通过3米区间光电计时门验证跑步速度(3.0m/s允许±5%误差)，发现实际速度与目标速度的ICC>0.99，证实速度控制的可靠性。

4. 生物力学参数验证
   与既往研究对比显示，本数据集髋关节活动度(ROM)参数高度一致：髋屈曲ICC=0.994(95%CI:0.989-0.996)，髋内收ICC=0.923，证实数据有效性。

【结论与意义】
该研究建立了首个整合步宽-速度双变量的标准化生物力学数据库，其创新性体现在：

1. 首次在3.7m/s高速跑步状态下量化步宽调控效应，为短跑技术优化提供基准数据；
2. 通过±6.5%步宽微调数据，揭示步宽连续变化对COM(重心)稳定性的非线性影响；
3. 原始C3D文件支持OpenSim等平台二次开发，助力个性化运动处方生成。

研究局限性在于样本仅包含中国青年男性，未来需扩展人群多样性。该数据集已被应用于跑步者膝痛生物力学建模，证实宽步宽可降低13-22%的膝关节外翻力矩(KAM)，为运动损伤预防提供了量化调控靶点。数据开放共享模式将加速运动生物力学研究的可重复性发展。