關於走路時身體質心的軌跡，下列何者正確？

本題觀念：

本題主要測驗步態週期（Gait Cycle）中身體**質心（Center of Mass, COM）的位移軌跡與動力學特性。 正常步態中，人體質心的移動軌跡可視為一個倒單擺（Inverted Pendulum）**模型，呈現規律的「正弦波」（Sinusoidal）運動：

1. 垂直位移（Vertical Displacement）：上下起伏，一週期有兩次最高點與兩次最低點。
2. 側向位移（Lateral Displacement）：左右移動，隨著支撐腳（Stance foot）切換而移動。

選項分析

• A. 在兩腳支撐期時，質心高度最高 (錯誤)

  • 分析：在步態週期中，質心的最低點發生在雙腳支撐期（Double limb support），即一腳足跟著地（Initial contact）而另一腳即將離地（Pre-swing）的時刻。此時雙腳張開距離最遠，身體重心降至最低。
  • 修正：質心高度最高發生在站立中期（Mid-stance），此時支撐腳伸直，身體通過支撐腳的正上方，類似單擺擺盪到最高點。

• B. 左腳在中擺盪期時，質心最靠近右腳 (正確)

  • 分析：當左腳處於中擺盪期（Mid-swing）時，相對應的右腳正處於站立中期（Mid-stance）。
  • 為了保持平衡，身體的質心必須側向位移至支撐腳（右腳）的上方。因此，在右腳站立中期（即左腳中擺盪期），質心會達到向右側移的最大值，此時質心在水平面上最靠近右腳。

• C. 左腳腳跟著地後，質心便會開始往前往右移動 (錯誤)

  • 分析：**左腳腳跟著地（Left heel strike）**標誌著左腳站立期的開始（承重反應期 Loading Response）。此時身體重心需要轉移到新的支撐腳（左腳）上以維持平衡。
  • 修正：左腳著地後，質心會開始往前並往左移動，直到在左腳站立中期達到最左側。往右移動是發生在右腳著地之後。

• D. 右腳站立中期後，質心高度會越來越高 (錯誤)

  • 分析：站立中期（Mid-stance）是質心垂直高度的最高點。
  • 修正：過了站立中期後，身體會進入站立末期（Terminal Stance）並準備進入雙腳支撐期，質心會像單擺過了最高點一樣，開始下降，直到雙腳支撐期降至最低點。

答案解析

正確答案為 (B)。 步態週期中，質心的軌跡遵循以下規律：

1. 垂直方向：站立中期（Mid-stance）最高，雙腳支撐期（Double support）最低。
2. 側向方向：質心總是移向承重側（Stance leg）。當左腳在擺盪時，右腳負責承重（單腳支撐），質心必須移向右側至極大值，因此最靠近右腳。

核心知識點

考生應掌握 Saunders 的步態決定因子（Determinants of Gait） 與質心軌跡：

1. 質心軌跡形狀：從後方看呈「8字形」或正弦波，上下移動約 5 cm，左右移動約 5 cm。
2. 最高點：單腳站立中期（Mid-stance）。
3. 最低點：雙腳支撐期（Double limb support）。
4. 最側邊點：單腳站立中期（移向支撐腳）。
5. 能量轉換：站立中期位能（PE）最大、動能（KE）最小；雙腳支撐期位能最小、動能最大（動能與位能互相轉換以節省能量）。

參考資料

1. Perry, J., & Burnfield, J. M. (2010). Gait Analysis: Normal and Pathological Function.
2. Kirsten Götz-Neumann. (2025). Gait Analysis: The Stance and Swing Phases.
3. Physiopedia - Gait Cycle & Center of Mass (COM) displacement mechanics.