足部传递振动对步态参数、运动学及动态稳定性的影响机制研究

针对运输作业中振动地板导致的跌倒风险增加问题，研究人员通过21名受试者在多向振动平台（0.5-1.5 Hz）上的步态实验，揭示了ML（内侧-外侧）方向1.5 Hz振动对步宽（Step-W）、步频（Cadence）和动态稳定边界（MoS）的显著影响，为制定FTV（足部传递振动）安全标准提供了关键生物力学依据。

　　

在船舶、列车等运输工具中，工作人员和乘客常面临振动地板引发的步态不稳问题。当前国际标准ISO 2631-1（1997）未涵盖行走状态下的全身振动（WBV）评估，而足部传递振动（FTV）作为WBV的子类长期缺乏针对性规范。据统计，船舶行业24%的非致命伤害源于移动表面导致的滑倒，凸显了建立FTV专项安全标准的紧迫性。意大利米兰理工大学（Politecnico di Milano）机械工程系的研究团队通过系统实验，揭示了低频FTV对步态生物力学的特异性影响，相关成果发表于《Applied Ergonomics》。

研究采用Hexalab六自由度振动平台结合红外运动捕捉系统，对21名健康受试者进行四方向（ML/AP/roll/pitch）、四频率（0.5/0.75/1/1.5 Hz）的振动暴露测试。关键技术包括：1）基于标记点的三维运动学分析（采样率100 Hz）；2）步态周期（GC）参数化（步长Step-L、步宽Step-W等）；3）动态稳定边界（MoS）计算模型；4）统计参数映射（SPM）分析关节角度变化。

3.1 稳态振动效应

ML方向1.5 Hz振动引发最显著改变：步频增加15%（p<0.001），步宽扩大至0.18±0.03 m，同时髋关节外展角（Hip-Abd/Add）增加5°，膝关节在站立期屈曲度（Kne-Flex/Ext）提升12°。这些代偿策略使重心（CoM）更贴近支撑面，但导致前后向MoS变异系数达0.28±0.05，显著高于其他方向（p<0.01）。

3.2 瞬态适应过程

振动启动后需6个步态周期（GC）达到稳态，ML方向调整最慢。肩关节外展（Shou-Abd/Add）在ML振动中持续增加5°，而步长（Step-L）呈现先增后减的"震荡适应"模式。值得注意的是，振动停止后步态参数在3个GC内恢复基线，但ML方向的动态稳定性滞后现象提示其潜在风险更高。

4.4 标准制定启示

研究发现1.5 Hz振动对应的0.63 m/s²加速度（位移2 cm）是触发代偿步态的临界值。Bertozzi等（2024）和Marrone等（2025）的独立研究共同支持频率-加速度耦合效应，建议新标准应赋予ML方向更高权重系数。实际应用中，建议通过振动隔离走道、定向工作区布局（减少ML暴露）等工程控制措施降低风险。

该研究首次系统量化了FTV频率/方向与步态参数的剂量-反应关系，为修订ISO 2631-1提供了实验依据。未来需扩大样本年龄范围（当前25.5±2.0岁）并探索复合振动模式，以更贴近运输工具的真实振动环境。