扁平足判定指標相關性之研究

扁平足判定指標相關性之研究

鍾祥賜

、陳五洲

、李宏滿

1國立體育大學

2國軍桃園總醫院

3國防部軍醫局

摘　要

扁平足因為足弓的避震效果較差，耐力不足，想要從事長時間的站 立、行走、長跑、登山等運動，有其潛在的困難和危險。有鑑於因此，

內政部於2007年將「扁平足」的規定修訂為站立照（X光攝影）足之正 側位（true lateral view）足弓角度大於168度。然而，X光是較費時耗 資的判定方法，是否有更便利的方法可以判定扁平足？本研究以1,290 名役齡男子為研究對象，量測方法分別採用X光攝影、踩足印及足底掃 描（Ming Scan），經放射科醫師、骨科醫師專業判定及研究人員進行 軟體分析計算，將所得資料以SPSS17.0軟體計算足弓角度（arch angle, AA）、足印的足弓指標（arch index, AI）與足底掃描所得的足弓指標 三者的相關性，顯著水準α = .05。結果顯示，在1,290名役齡男子中，

任一足足弓角度大於168度者有9位，比率為0.7%。X光足弓角度與足印 的AI的相關係數為0.556，達顯著正相關，且足印之足弓指標一定要大 於0.33才有可能大於168度； X光足弓角度與足底掃描測量的AI的相關 係數為0.412，達顯著正相關；足印的AI和Ming Scan量測的AI相關性最 高達0.794，顯見足印和Ming Scan量測的數值結果相當接近。根據以上 結果，若要用其它指標代替足弓角度，足印的足弓指標是較好的選擇，

本研究結果亦可供日後判定扁平足時參考。

關鍵詞：役齡男子、足印、足弓角度、足弓指標、足底掃描

* 通訊作者：李宏滿；國軍桃園總醫院，國防部軍醫局；E-mail: hungmaan@ms12.hinet.net

壹、緒論

足部是人體骨骼結構最複雜的部位，它是由28塊骨頭組成，還包含了108條 韌帶、32條肌肉並形成57個關節，構成複雜而不可思議的機能及狀態（郭耿舜，

2002）。足部重要的解剖構造有骨骼、關節、韌帶和足弓。其中，足弓依高低 又可分為高足弓、正常足與扁平足（Simkin, Leichter, Giladi, Stein, & Milgrom 1989）。正常的足弓是由足部骨頭及關節組成狀似弓箭的「弓」，配上足底的筋 膜等軟組織組成像弓箭的「弦」，這樣的構造好似足底避震的彈簧，在站立、行 走或進行其他運動時，能發揮支撐、避震的效果（王廷明，2006）。對扁平足而 言，其特徵為缺乏正常人足部所具有的足弓，亦即縱足弓下陷或完全消失。陳升 源（1997）指出扁平足的人走路會較緩慢且費力，其原因即在於腳底未具有足弓 的構造。而龍希文（2008）更點出骨頭與軟組織所組成內側之蹤向足弓，在步行 時是一個重要的角色，它不但提供站立期穩定度，也是肢體重心轉移的橋樑。

扁平足的足部與小腿的相關位置為外旋，距骨頭指向下及內旋，於是足內 側形成凸出，跟骨傾斜至外翻。距骨、跟骨形成時，畸形或足骨間韌帶張力不均 造成跟骨旋前（外翻），後距骨下壓、舟骨往內及蹠部移動貼地形成扁平足（陳 升源，1997）。扁平足的足部結構異常，造成扁平足足底壓力分布不均，負荷 過大，後足過度外翻，導致膝關節承受過大應力，而引起後脛骨肌腱疼痛、無法 長時間走或跑、不容易平衡、造成X型腿、膝外翻……等，甚至更易產生運動傷 害。此外，扁平足患者的蹠骨較分散，造成最大足底壓力容易出現在外蹠骨區和 一般人出現在足跟區或內側蹠骨區不同（張志清，1997）。畢柳鶯（2001）研究 扁平足對平衡之影響，也發現柔軟性扁平足兒童會有平衡差、動作笨拙與不協調 的現象。Giannini（1987）也指出扁平足者在平衡上會有困難，如單腳站立也較難 平衡。鄧復旦、朱岳喬、洪維憲與李言貞（1999）更指出長時間活動後，扁平足 容易比一般人更有足部疲勞與疼痛，且會造成足、踝關節承受過大壓力，髖關節 代償性過度內轉，致膝關節內側過多推力，外側過多拉力，而引起足部肌腱炎、

足底筋膜炎、蹠骨疼痛等問題。

有鑑於扁平足因為足弓的避震效果較差，耐力不足，想要從事長時間的站 立、行走、長跑、登山等運動，有其潛在的困難和危險。因此，根據內政部役政 署定頒之兵役法規定，於畸形足服役的體位判定上，有常備役、替代役體位和免 役體位三種。足弓角度大於165度者為扁平足，此判定是以站立照（X光攝影）

足之正側位計算足弓角度，方法為第五蹠骨下緣兩最低點連線與跟骨下緣兩最低 點連線之交角，任一足符合此標準者，判定為服替代役體位（內政部役政署，

2003）。以此標準，林育民（2005）對中部地區複檢役男進行扁平足盛行率分 析，發現成人扁平足在骨科兵役複檢觀察盛行率為13.53%，這是相當高的比率。

此篇研究同時發現足弓角度之最佳決斷點（cutoff point）為大於164度，敏感度 47.9%，特異度92.6%。若足弓角度之決斷點定為大於165度，敏感度40.6%，特異 度達94.4%。可見當超過164度時，決斷點提高時，其敏感度會下降、特異度則會 提高。有鑑於扁平足改服替代役比率仍高，國防部會同內政部於九十六年12月31 日將兵役法中，體位區分標準第127項次「畸形足」扁平足足弓角度可改服替代役 的標準上修為大於168度（內政部役政署，2007）。

X光檢查或電腦斷層掃描（Magnetic Resonance Imaging, MRI）優點是很精 確，其缺點則是耗資費時。判定扁平足的方法尚有臨床上評估、超音波判定、足 印參數等三種方式。臨床評估，憑藉的大多是骨科醫師的經驗法則，較少有大 量且精確的量化資料、超音波在判斷扁平足則較少採用。踩足印之後再計算其 足印參數相較於照X光，是省時省錢又不會對人體造成任何傷害的方式；陳嘉炘

（2007）認為內側縱弓一直是被認為定義扁平足的主要參考，而足印是足型的評 估最常用的工具。在國內外，運用足印參數中的足弓指標來判定扁平足已有許多 年歷史；從早期Cavanagh and Rodgers（1987）所發展的足弓指標（arch index, AI）以來，陸續有許多學者引用其方法探討扁平足。國內學者陳五洲、陳協鴻與 王素珍（2006）即以Cavanagh and Rodgers發展之足弓指標比例法為效標，進行我 國役齡男子足印參數邏輯迴歸分析，結果發現：當AI > 0.30的迴歸公式：logit p = 4.89 + （-8.20） × 比例法，解釋力可達82.9%，是最簡便的量測方式。其他如：

Kernozek and Richard（1990）、Gilmour and Burns（2001）、林育民（2005）、

王旭、馬昕、陳飛雁與顧湘杰（2006）、龍希文（2008）等學者都曾先後做過足 印參數研究，也提出各種扁平足判定之方法。Chen, Huang, Chen, Weng, Lee, and Wang（2006）發現足弓角度和第一蹠骨角度、距骨與水平之夾角及足弓高度是有 顯著相關的，距骨與水平之夾角和足中指標（midfoot arch index）一樣是有顯著 相關的。回俊岭、陳樹君、夏鳳歧、路蘭紅、牟兆新與井蘭香（2007）將X光足 弓角度、足印比值法及三線法做比較發現，兩種測量法與X光足弓角度測量結果 間密切相關。Eric, Chad, Christopher, and Alexis（2010）則證實縱足弓高度及修 正的足弓比例都具有一定的信、效度。Holly, Brismée, Phillip, and James（2011）

的研究指出不管是靜態站立或動態行走下，足弓指標、舟狀骨的下降及移動和內 側蹠骨的尖峰壓力是有顯著相關的。由以上文獻可知，足印法與足弓角度似乎有 相當程度之相關性且其信效度是被肯定的，可惜國內少有研究著重於彼此之關聯 性，因此本研究有進行之必要性。

近幾年隨著數位照相技術與分析軟體的進步，足底掃描儀器也應運而生。例 如：Ming Scan即為國內廠商所開發出方便又可靠的足底掃描系統，Ming Scan足 底掃描儀，除了可精確測量足底的長、寬及面積外，並可計算分析Cavanagh and Rodgers（1987）的AI指數。雖然，足底掃描儀很方便，信度也高，然而它終究 需要花一筆錢購買該儀器，如此的金額並非每個醫療院所都願意負擔。足底掃描 儀和踩足印在測量上，都是計算站立時足底接觸到地面的面積，過去要透過足印 去計算足弓指標，只能透過昂貴儀器的軟體，過程中需要人為描邊，此舉不但費 時還可能因此產生誤差。Cobb, James, Hiertstedt, and Krut（2011）的研究即以數 位影像的方式去測量腳的姿勢與結構得到描述性的數據，且證實其具有效度與信 度。所以，若能設計一套辨識軟體去辨識足印掃描檔並計算其AI值，在將兩者所 得數據做一比較，便可了解兩者相關性。若能證明兩者具有高度相關，即使沒有 足底掃描系統的單位，也可只準備足印紙、掃描器及辨識軟體就進行足印測量與 研究，未來只要透過足印就能評估是否為扁平足，此方式將使扁平足之判斷更加 迅速、準確及科學化，對於扁平足判定方式的普及化將有很大的助益。因此本研 究期望透過影像工程師設計一套方便實用的足印辨識軟體，來取代過去的不便及 可能產生的誤差。

因此，基於以上論述本研究的目的主要為「探討足弓角度、足印之足弓指標 及足底掃描之足弓指標之相關性」，其具體目的如下：

（一） 了解現在役男扁平足之比例。

（二） 撰寫足印辨識軟體以計算足印資料。

（三） 透過X光攝影、足印踏板、足底掃描等方法，比較不同方法間資料相關 性，作為判定扁平足之參考。

貳、方法

一、踩足印、 Ming Scan及X光攝影

（一）踩足印

實驗參與者為至國軍桃園總醫院進行兵役體檢之新兵，資料蒐集時間從96年 3月到96年9月，器材主要有：足印踏板、足印專用紙、墨水、滾輪。踩足印之流 程：先請參與者將足印紙上之基本資料填妥，再滴數滴墨汁於滾輪上，將滾輪上 墨汁均勻塗抹於橡膠表面，足印紙置入並輕輕蓋上橡膠。不踩足印的腳先上，另 一腳則隨後踩上；兩腳挺直，目視正前方，體重平均落於兩腳上，約5秒後，踩橡 膠的腳先抬起離開，再換另一隻腳離開。重複前述動作要領完成另一腳足印之收 集。足印蒐集後先進行掃描存檔，再進行足印辨識，最後才計算其面積及比例。

（二） Ming Scan

實驗參與者為至國軍桃園總醫院進行兵役體檢之新兵，其足印疑似為扁平足 者且願意接受足底掃描者。先填寫同意書後脫鞋襪，雙足站立於攝影臺上。雙足 與已標示的基準線保持約2公分的距離（如圖一）請參與者目視正前方。拍攝完一 次後，雙足再稍微抬起後重新放下，調整適當位置重拍一次。打開分析軟體，將 足底接觸鏡面的區域圈起來，計算其AI值。（如圖二）

圖一　Ming Scan 擷取畫面 圖二　Ming Scan 分析畫面

（三） X光攝影流程

外科醫師判定為疑似扁平足者，持單至放射科進行X光攝影。其流程為：脫 鞋後，站立於拍攝臺上，分別拍攝左右腳後離開。X光片經放射科沖洗成像後，

由骨科醫師劃線量測角度（即圖三中的α角），記錄於體檢表單上，交體檢中心登 錄角度。

圖三　正側位X光攝影判定扁平足

二、足印辨識軟體之設計與操作程序

（一）軟體架構

本軟體設計目的是為了大量擷取足印參數，因此設計一個統一且便利的管道 來進行足印的辨識與參數的取得，在軟體設計上是將掃描器輸出的足印圖檔，透 過數位影像處理的技術分析出所需的足印參數。本軟體於Borland C++ Builder 6.0 的開發平臺上建構完成。

本軟體輸入檔案格式為大小480 × 260以下的BMP點陣圖檔，輸入圖檔經由 彩色轉灰階處理後，經由臨界值二分法將足印像素與背景像素分離而完成初始步 驟。第二階段為影像前處理的部分，首先透過中值濾波器（median filter）將高頻

的雜訊濾除，接著經過連通單元檢測（connected component）將腳掌以外的部分 去除，最後經由邊緣檢測法（edge detection）將邊緣的像素標示出來而完成影像 前處理的部分。最後階段透過人工點選邊緣像素上的特徵點，依據Cavanagh and Rodgers（1987）定義的足弓指標B/(A + B + C)計算出足弓指標參數。A為足跟區 的面積、B為足中區的面積、C為前足區的面積。

（二）軟硬體規格

電腦機種：具有浮點運算的Pentium或同等級處理器的個人電腦及其相容型主 機，隨機存取記憶體512MB RAM以上、光碟機。容量40GB以上之硬式磁碟機一 部，彩色顯示器，網路卡一張，立體聲防磁喇叭。

作業系統：Windows XP為主。程式設計以Borland C++ Builder6.0為主。

（三）操作順序

1. 原始足印用scan maker以150dpi灰階scan並存成*.bmp檔。

2. 以小畫家軟體對足印做修邊、補白。

3. 以ACDSee pro軟體resize之功能，將圖片resize成480 × 234。

4. 開啟辨識軟體，開檔後調整亮度閾值，使足印成一完整圖形。

5. 依序進行前處理、選取及計算，即可算出AI值。

（四）介面示例

1. 開檔並進行前處理（圖四）。

2. 選取關鍵點及計算（圖五）。

三、資料分析

本研究參考Cavanagh and Rodgers (1987) 的定義，先做足的第二指向下垂直 線，連接到足跟的中點，這條線稱為足印中軸線，把中軸線平均分成三段，畫出 三條垂直線，垂直線把足印分成三個區域，足弓指標為 B/(A + B + C)，A為足跟 區面積、B為足中區面積、C為前足區面積，來計算足弓指標之數值（如圖六）。

將 參 與 者 踩 得 之 足 印 掃 描 並 存 於 電 腦 內 存 檔 。 開 啟 足 印 辨 識 軟 體 ， 並 計 算 出 AI值。

將足印的AI值、Ming Scan的AI值即足弓角度，所有數值以Excel檔處理並繪 成圖表，並使用統計軟體SPSS，計算三者的相關係數。

圖四　足印前處理圖

圖五　計算足印AI值

參、結果

一、役男扁平足之比例

兵役法中規定，扁平足的判定為站立照（X光攝影）足之正側位角度，其計 算方法為第五蹠骨下緣兩最低點連線與跟骨下緣兩最低點連線之交角，此交角即 為足弓角度。雖然，96年12月31日兵役法已將足弓角度上修到大於168度者才稱 為「扁平足」（內政部役政署，2007）。然而，因本研究進行當時，兵役法對於 扁平足之標準仍是以兩腳中有任一腳之足弓角度大於165度，因此本研究數據仍以 2003年頒布的標準為主，當然也會對新的標準進行附帶討論。根據所收集的1290 位兵役體檢的役男資料發現，有25位足弓角度大於165度，因此根據當時之標準判 定為服替代役體位，則此區役男扁平足盛行率為1.94%，相較文獻所提4%至15%

（王廷明，2006；林育民，2005），其比率偏低，可見國防部所訂之扁平足標準 是相當嚴格的。

二、各項指標間的相關性

本研究檢定足弓指標（AI）是根據Cavanagh and Rodgers（1987）的做法，將 足印之影像去除腳趾後，由第二趾與足跟中點連線，得到足印之中軸線，將此中 軸線之等分，沿前後均分各劃一線，垂直於中軸線，此兩線將足印分為前足區、

中足區及後足區，再將中足區面積除以足印面積所得之值，即為足弓指標。以下 分別敘述各指標之間的相關性：

圖六　足弓指標（Cavanagh ＆ Rodgers, 1987）

（一）足弓角度與足印的足弓指標相關性

本研究蒐集59名疑似扁平足的役男，左、右足共118個足印之足弓指標及其正 側位足弓角度中，得到兩者相關係數r = 0.556，達顯著正相關（p < .01）。從圖 中也可發現，若要足弓角度達165度（內政部役政署，2003），則足印之足弓指標 至少要達0.32；若要大於168度（內政部役政署，2007），則足印之足弓指標更要 達0.33，才有可能。

圖七為足弓指標與足弓角度兩者之散佈圖，由圖中觀察兩者雖已達顯著正相 關，但決定係數r² = 0.31，顯示其對應性仍不足，推究其原因可能是目前兵役法規 所規定的足弓角度是測量第五蹠骨與跟骨最低點連線的角度，由於第五蹠骨位置 在腳掌外側，而足弓指標之數值會較大主要是因內側蹠骨低下所造成。因此足弓 角度若能改測量第一蹠骨與跟骨之角度大小，其相關性將會有所不同。但由於第 一蹠骨在X光片中會與其他蹠骨重疊，恐怕也難以確認其正確位置，這可能是當 初不選擇第一蹠骨為測量目標之原因。

（二）足弓角度與 Ming Scan的足弓指標相關性

蒐集的59名役男，左、右足共118個足印中，X光足弓角度與Ming Scan測量 的足弓指標的相關係數為0.412，達顯著相關（p < .01）。兩者雖已達顯著正相 關，但決定係數r² = 0.17，顯示其對應性仍不足，比足印做出的對應性更低。

圖七　足弓指標與足弓角度散佈圖

（三）足印的足弓指標與 Ming Scan的足弓指標相關性

足印透過辨識軟體所得的足弓指標和Ming Scan量測的足弓指標之間的相關係 數在59名疑似扁平足的役男，左、右足共118個足印，其相關係數為0.794，達高 度相關（

p < . 01）。

以上各指標之間的相關性可列表如下，由表一我們發現，足印的足弓指標和 Ming Scan量測的足弓指標相關性最高達0.794，其決定係數r² = 0.63，亦即由足印 的AI值預測與Ming Scan量測的AI值正確的比例達63%。顯見兩者測量AI值的結果 相當接近。

表一　三種數值間相關係數表

相關係數（r） 足弓角度 足印的AI Ming Scan的AI

足弓角度 -- 0.556** 0.412**

足印的AI -- -- 0.794**

Ming Scan的AI -- -- --

**表示達顯著水準，p < .01。

相對地，足印的AI值和Ming Scan量測的AI值在解釋足弓角度變異所佔的百分 比（預測正確部分）就較少，分別為30.9%、17.0%。因此，若要此兩種方式去取 代足弓角度，仍需更多資料支持。

肆、討論

依據內政部體位區分標準修正案所定義的足弓角度計算方法─站立照（X光 攝影）足之正側位（true lateral view）足弓角度大於一百六十五度，任一足符合 此標準者者為「扁平足」。本次研究搜集的1,290名役齡男子，有25位達到此標 準，其比率為1.94%。較一般預估的4-15%低很多，可見國防部是採用相當嚴格的 指標，相較林育民（2005）發現中部地區成人扁平足在骨科兵役複檢觀察盛行率 為13.53%為低，最主要原因是本研究是針對兵役體檢初檢役男所做之調查，非複 檢役男。若將足弓角度標準提高到2007年底所修訂的168度，則只有9位足弓角度

大於168度，則此區役男因扁平足改服替代役之比率將下降至0.7%，將是更加難 以通過的規定。

X光足弓角度與足印的AI的相關係數為0.556，X光足弓角度與Ming Scan測 量的AI的相關係數為0.412，若要兩種測量足弓指標指標選擇一種來代替足弓角 度的話，足印的足弓指標會是較好的選擇。足印的AI和Ming Scan量測的AI相關 性達0.794，顯見足印和Ming Scan量測的數值結果有高度相關，其間的差異應該 是來自於人為描邊的誤差。從圖七可知，足弓角度要達165度足印之AI值最小需 為0.32；若要超過168度，則足印之足弓指標更要達0.33，才有可能。根據林育民

（2005）研究當足弓角超過164度時，決斷點提高時，其敏感度會下降、特異度則 會提高，因此當內政部將足弓角度標準由165度提高到168度時，其特異度將會提 高但敏感度則會下降。

足印辨識軟體的設計，大大降低過去要人工描邊的誤差及時間，也提昇了未 來使用足印判定各項指標的可行性。未來如能將文獻中不同足印參數的計算方式 都能寫入此辨識軟體中將會提高其應用性，同時它也才能提供更多不同指標之間 的比較（陳文基，2003）。

扁平足因為足弓結構差異，造成其足弓避震效果比一般人差，日常活動也易 形成足部傷害、造成蹠筋膜炎、肌肉代償性的作用、無法長時間運動……等方面 的不便。趙志雄（1997）建議扁平足者，選鞋時選擇直線形楦頭，且腳心部位拱 起鞋墊的鞋子，來支撐及增加腳底與鞋底接觸面積，提高避震效果，可減輕扁平 足症狀；並建議可以多做足底運動，如：反覆彎曲腳趾、踮腳尖動作、用腳尖走 路，均對腳底健康有益。其他各類的輔助工具，如減輕扁平足傷害的足弓鞋墊、

選擇功能性之運動鞋都是解決之道。

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致謝

本研究感謝國軍某總醫院民診基金九十六年醫學研究發展經費補助，並對協 助實驗進行之所有工作人員及研究參與者，致上十二萬分的謝意。

The Correlation Study of Determinate Index of Flatfoot

Hsiang-Szu Chung

, Wu-Chou Chen

, Hung-Maan Lee

1National Taiwan Sport University

2Taoyuan Armed Forces General Hospital

3Medical Affairs Bureau, Ministry of National Defense

Abstract

Because of the lower anti-vibration effect, it is difficult and dangerous for those people with flatfeet to standing, walking, running, climbing for long period. Thus, the Ministry of the Interior Taiwan R.O.C. gives a clear definition of flatfoot: the lateral view arch angle with X-ray is more than 168^o. However, to determinate flatfoot by taking X-ray picture is an expensive method. And it will take more time to make sure if it is flatfoot or not as well. Is there any more effective and inexpensive method? We recruit 1,290 draftees and take their footprint by X-ray, printed, plantar capture to compare arch angle (AA), arch index (AI) by taking footprint and AI by plantar capture. The results indicated that: (1) there were 9 persons whose arch angle was more than 168^o and the prevalence was about 0.7% in those 1,290 draftees. (2) The correlation was 0.556 between AA and AI by taking footprint. Only the value of AI was more than 0.33 then the AA will be larger than 168^o. (3) The correlation was 0.412 between AA and AI by Ming Scan. The correlation was 0.794 between AI by taking footprint and AI by Ming Scan. According to the results that mentioned above we considered that AI by taking footprint was similar to AI by Ming Scan. According to the results, if we want to substitute for AA, AI

* Corresponding author: Hung-Maan, Lee; Taoyuan Armed Forces General Hospital/Medical Affairs Bureau, Ministry of National Defense; E-mail: hungmaan@ms12.hinet.net

by taking footprint was better choice. They also provided references for determining flatfoot.

Key words: army draftees, foot print, arch angle, arch index, ming scan