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当今都市社会，高跟鞋已成为女性必不可少的时尚装备，然而穿着高跟鞋所引起的跖间神经瘤已成为女性足部的常见疾病之一，极大危害了女性足部健康。Thomson等报道，中年女性跖间神经瘤的发病率较中年男性甚至超过10倍。早在1876年有关跖间神经瘤疾病的临床表现就已有报道，随后的研究发现其发病机制与足部长期的异常生物力学有很大关系，穿高跟鞋和过紧的鞋被认为是导致跖间神经瘤发生的主要原因之一，但其确切的诱发机制以及跖间神经瘤为何总是高发于第3、4跖骨间尚不明确，导致医生在临床治疗中对于是否松解跖间深横韧带、如何确定切除趾底总神经的起始点等无法做出准确预判。有限元分析是一种有效的力学定量研究手段，已经广泛应用于肌骨系统生物力学特性研究。
本课题组在前期建立的三维足-踝-鞋计算生物力学平台基础上，模拟分析穿高跟鞋平衡站立和行走时高跟鞋对前足内部跖间区域软组织应力的改变情况，定量分析足部异常生物力学诱发跖间神经瘤的机制。
基于1名无任何足部疾病女性志愿者(身高165cm，体重54kg，年龄28岁)，取右足在无负重时正中位进行MR冠状面断层扫描，获得层厚1mm的图像序列。结合解剖学知识，通过三维医学图像重建软件Mimics14.1分割并重建足部各个主要部分，其中包含28块骨骼、78根韧带和5列足底筋膜、9条肌肉及足部外围软组织。再导入SolidWorks2003软件进行三维重建，最后导入有限元分析软件ABAQUS建立有限元模型。通过鞋设计软件ShoeCAD(Excel-Last公司，香港)设计高跟鞋实体模型，分别建立0、2.54、5.08、7.62cm［0、1、2、3″(英寸)］4种跟高高跟鞋足底支撑模型。足-踝-鞋有限元模型如图所示。相关的足踝和高跟鞋有限元模型材料属性见表。
该足-踝-鞋计算模型平台在胫骨和腓骨远端完全约束，鞋底有地板模拟地面支撑。首先，分别模拟平衡站立于0、2.54、5.08、7.62cm的高跟足底支撑上，根据参数分析反推，于跟腱处分别施加75%、65%、80%和160%的半体重力(270N)，模拟站立重心与实验志愿者足底压力中心一致。对于穿高跟鞋行走的情况，先建立鞋与足的接触，然后根据实际情况施加跟腱力和其他8条外肌肉，驱动模型行走运动。角度参数通过采集的志愿者步态分析数据获得，肌肉力大小根据肌肉的生理横截面积和标准化的肌电信号数据计算获得，地面垂直反作用力分别取支撑相3个典型步态周期时刻，包括后跟着地期(29%)、站立中期(57%)和蹬地期(73%)。图2所示为志愿者步态实验中地面垂直反作用力随着步态周期的变化曲线。
处于平衡站立时，穿4种不同跟高高跟鞋足部跖间应力分布曲线如图3所示。跟高越高，跖间应力越大，即跟高和跖间应力呈现正相关。其中，穿跟高0、2.54、5.08、7.62cm高跟鞋时第3、4趾间的应力分别为17、23、32、53kPa，是各跖间中最大的，而第4、5趾间的应力与穿同跟高高跟鞋时其他趾间应力相比为最小。
穿5.08cm高跟鞋行走时步态周期下的趾间应力通过上述足-踝-鞋有限元模型对穿跟高为5.08cm高跟鞋行走时的步态周期进行模拟，得到足部跖间应力分布曲线。在一个步态周期内，从后跟着地到蹬地期，各跖间应力都呈现出上升的态势，特别是3、4趾间在后跟着地期、站立中期、蹬地期的应力分别为31、66、90kPa，都远高于同期其他跖间的应力值。图穿5.08cm高跟鞋行走时步态周期下各趾间组织应力。
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