創傷性足下垂畸形進行Ilizarov外固定架治療后的足底壓力分析

徐 劍，孟國林，程建崗，徐 超，趙 飛，袁 志

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·臨床醫學· ·論著·

創傷性足下垂畸形進行Ilizarov外固定架治療后的足底壓力分析

徐 劍，孟國林，程建崗，徐 超，趙 飛，袁 志

目的 研究創傷性足下垂患者進行Ilizarov外固定架治療后的足底壓力分布情況，為患者的手術治療和康復提供有參考價值的生物力學結果。方法 選取30名接受Ilizarov外固定架治療的創傷性足下垂成人患者作為實驗組，同時以30名同年齡健康人作為對照組，通過比較實驗組和對照組足底各分區的峰值壓強(peak pressure, PP)，觸地面積(contact area, CA)和壓強-時間積分(pressure-time integral，PTI)等指標評估行走狀態下術后患者的足底壓力變化情況。結果 與對照組相比，患足在足趾區域的PP，CA和PTI降低，在第五跖骨頭、足跟外側區域的PP，CA和PTI升高。結論 創傷性足下垂畸形患者進行Ilizarov外固定架治療術后的足底壓力尚未恢復正常，前足外側區域有應力過載風險，臨床中還需長時間的康復治療來恢復正常的足底壓力分布。

足畸形；足下垂；Ilizarov技術；足底壓力；步態分析

足下垂是下肢常見畸形，表現為踝關節僵直、背屈受限等。由踝關節周圍骨折等損傷性因素引起的足下垂畸形，其發病機理非常復雜，骨骼、關節和軟組織等多方面因素會對疾病進展產生重要影響。嚴重的足下垂畸形往往需要手術干預，臨床常見的治療方法包括踝關節融合、跟腱延長、Ilizarov外固定架牽拉等，有時還需要根據畸形的程度進行有限截骨[1-2]。針對病程較長、復雜和頑固的畸形，目前傾向應用Ilizarov技術進行治療。針對畸形的嚴重程度和類型，有不同學者先后設計出了多種構型的矯形支架，但都遵循矯形的基本原則：成角旋轉中心(center of rotation of angulation，CORA)和矯正軸原則[3]，常見的外固定架包括脛骨和足部2個固定器，二者以鉸鏈相連，鉸鏈的旋轉中心與畸形的CORA重合。2個固定器之間安裝有可以調整長度的螺紋桿，術后根據軟組織的耐受程度調整螺紋桿的長度，對畸形進行緩慢的牽拉，并在治療的后期逐漸負重行走[4]。外固定架牽拉矯形在臨床治療中取得了良好的療效，患者術后踝關節至少可達到中立位，部分患者術后踝關節有一定活動度，最大限度的保留了足踝部的結構和功能，步態可恢復正?；蚪普4-5]。但也有學者報道經過治療的患者遠期可能出現足底胼胝、疼痛、潰瘍等癥狀[6-7]，嚴重影響患者的正常步態和生活質量。

目前臨床上對于llizarov外固定架的治療效果，尚未有統一的評價“金標準”，常用的評價系統包括國際馬蹄足畸形研究學組(ICFSG)評分、Laaveg-Ponseti評分、Lehman評分、美國足踝外科學會(American Orthopedic Foot Ankle Society，AOFAS)后足評分等[3，8]。例如，ICFSG評分系統從患肢外觀、功能以及影像學表現三個方面進行評價，三個部分分數分別是12分、36分、12分，相加得到的總分被分為優(≤5分)、良(6～15分)、中(16～30分)、差(31～60分)，這一評分可以較為全面而均衡的對患者術后情況進行評價。

足底壓力分析是一種生物力學研究方法，作為一種無創、準確、經濟的檢查手段已經被廣泛的應用于術后療效評估，個體化定制矯形鞋墊的制作，運動損傷危險因素的探究與預防等研究領域[9-10]。能夠提供全足各亞區域運動負載的客觀信息，有助于臨床醫生更好地評估術后患者的運動功能，從而更加科學謹慎地制定術后康復方案。查閱文獻后我們發現，目前尚無針對llizarov外固定架治療術后患者足底壓力分布的相關研究。

本試驗旨在研究llizarov外固定架治療后的創傷性足下垂患者的足底壓力分布特征，發現術后殘留的異常壓力分布，找到足部疼痛和損傷發生的高危區域，幫助分析患者遠期足底疼痛、潰瘍以及步態異常的原因，為患者術后的康復提供有參考價值的生物力學信息。筆者對2010年1月至2016年1月的30例經llizarov外固定架治療治療的創傷性足下垂患者進行了術后隨訪，采用Footscan足底壓力測試系統(RSscanInternational，比利時)測量動態足底壓力并進行分析，報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 實驗組男25例，女5例，年齡(31.76±9.04)歲。進行足底壓力測試時為術后(30.2±20.1)個月。實驗組與對照組在年齡、體質量、身高、體質量指數(BMI)等方面差異無統計學意義(P>0.05)。

在步態測試前，按照ICFSG評分標準，對所有受試對象外固定架的治療效果進行評分。在ICFSG量表中，對每一項分別評分，最終計算總分，分值越高說明療效越差。

1.2 納入標準 實驗組為術前診斷為創傷性足下垂的患者。納入標準為：(1)年齡>18周歲；(2)僅單側下肢患病；(3)行Ilizarov外固定架治療且術后>6月；(4)已經能夠完全負重行走>3月；(5)術后患肢踝關節按照ICFSG評分評價為優或良(≤15分)；(5)無下肢神經損傷，無髖關節、膝關節疾病，無結締組織疾病或退行性關節炎；(7)除Ilizarov外固定架外無其他手術史。同時選取同年齡健康成人30名作為對照組，對照組在性別、年齡、BMI上與實驗組嚴格按照1∶1配比。本研究得到了第四軍醫大學西京醫院醫學倫理委員會的批準，所有受試對象在參與前均閱讀并簽署了知情同意書。

1.3 測量方法 使用Footscan足底壓力測試系統(RSscanInternational，比利時，2 m×0.4 m×0.02 m，采集頻率125 Hz)采集受試者的足底壓力動態數據，測試系統被放置在地面平整的實驗室中，測試平板的兩端分別拼接兩段與平板寬度和高度相同、長度為1 m的硬墊，組成一套長度為4 m的完整測試平臺，其上覆蓋塑料薄膜達到“隱蔽”的目的，避免對患者造成心理暗示作用[11]。受試者除去鞋襪以自我感覺舒適的步頻和步速行走，收集受試者5次完整時相的足底壓力數據并取平均值，使用Scientific Footscan軟件進行數據處理與分析。足底區域被劃分為拇趾(T1)、第2～5趾(T2-5)、第1～5跖骨區(M1～M5)、足中部(MF)、足跟內側區(MH)及足跟外側區(LH)10個區域，這些區域將被軟件自動區分并分別采集參數(見圖1)。測量的參數包括：(1)足底各分區的峰值壓強(peak pressure, PP)；(2)足底各分區的觸地面積(contact area, CA)，CA以各區域在足底總面積中的占比(CA%)表示；(3)足底各分區壓強-時間積分(pressure-time integral，PTI)。

圖1 足底10個分區示意圖

1.4 統計學處理 采用SPSS 19.0統計軟件分析。數據以均數±標準差(x±s)表示，計算實驗組與對照組相應參數差值，繪制Q-Q圖并進行Shapiro-Wilk檢驗發現符合正態分布，故實驗組與對照組在PP、CA%、PTI等指標上的差異采用配對t檢驗，檢驗水準α=0.05。

2 結果

實驗組ICFSG評分6～15分，形態學評分(1.93±0.69)分，功能評分(6.47±2.85)分，影像學評分(2.87±1.76)分，平均(11.27±2.61)分，均為“良好”。提示實驗組對象在經過治療后，均取得了較為滿意的治療效果，ICFSG評分達到良好以上(≤15分)。

但在步態分析方面，結果顯示患者術后的足底壓力參數仍存在異常。與對照組相比，實驗組在T1、T2～5、M1、MH區域的PP降低，M5、LH區域的PP升高。2組其他區域PP的比較差異無統計學意義(P>0.05)。見表1。

表1 實驗組與對照組足底峰值壓強的比較(kPa，x±s)

注：PP為峰值壓強

2組CA%的比較結果見表2。實驗組T1、T2-5區域的CA%較對照組減小，而在M4、M5、LH區域大于對照組(P<0.05)。2組其他區域CA%的比較差異無統計學意義(P>0.05)。

表2 實驗組與對照組區域觸地面積比值的比較(%，x±s)

2組PTI的比較結果見表3。與對照組相比，實驗組T1、T2～5、MF區域的PTI降低，而在M4、M5、LH區域升高。2組其他區域PTI的比較差異無統計學意義。正常人與典型患者足底可視化PTI圖像見圖2，圖中紅色部分為力量過載區域。

表3 實驗組與對照組壓強時間積分的比較(kPa·s，x±s)

圖2 正常足底壓力分布(左)與典型術后患者足底壓力分布(右)示意圖

3 討論

成人創傷性足下垂的發病機制復雜，初次損傷的骨折類型多變，踝關節周圍皮膚、軟組織損傷，脛后肌群肌力減退造成的肌力不平衡等因素會增加治療的難度[12-14]。針對發生畸形的程度以及跟腱短縮和肌肉力量等狀況，有時會聯合有限截骨、跟腱延長等對畸形進行矯形[15-20]。傳統的踝關節融合術在當前臨床治療中仍然常用，尤其是伴有比較嚴重的創傷性關節炎的患者，行關節融合可有效地減輕疼痛癥狀，改善運動功能。但關節融合術創傷大，容易引起較多并發癥，對患處局部皮膚軟組織的要求較高[21-22]。近年來采用Ilizarov技術治療足下垂畸形尤其是復雜、頑固的畸形取得了良好的療效。Ilizarov技術有以下優勢：(1)對關節緩慢牽拉，其矯正速度與局部軟組織情況相適應，在治療的過程中可以根據需要進行調整，部分跟腱短縮不嚴重的患者可能不必進行跟腱延長和軟組織松解[6]；(2)對非僵硬性足下垂畸形患者，Ilizarov技術保留了關節結構，患者術后踝關節有一定活動度，對恢復下肢運動能力有重要意義[23]。

但采用Ilizarov技術治療也有以下不足：(1)經治療的足下垂畸形容易復發，通常為部分復發，引起復發的原因可能是戴架治療時間過短、術后康復鍛煉不足所致，但仍取得了良好的治療效果，通過足夠長時間的戴架治療并達到“矯枉過正”的治療效果一般可以避免[2]；(2)術后踝關節逐漸背伸，由于跖腱膜、拇長屈肌、趾長屈肌攣縮，容易造成錘狀趾畸形，在治療后期可能需要進行松解和延長。采用上述方法治療的患者下肢運動功能均有所改善，但對于相關報道的足底胼胝、潰瘍和疼痛目前尚沒有足夠的關注。

借助動態足底壓力分析可以測量患者行進中的多項指標，其中PP、 CA和PTI是較為常用的足底壓力參數[24-25]，也是本實驗中分析患者足底壓力異常分布的主要指標，有助于解釋出現部分術后并發癥的原因。本研究的實驗對象其ICFSG評分均≤15分，表明其術后在影像學和功能評價方面均取得了較為滿意的結果，但動態足底壓力仍與對照組有明顯差異。

與對照組相比，患足全部足趾(T1、T2～5)區域PP降低，同時CA減小，此區域存在明顯的應力缺失，PTI的降低同樣反映了這一現象，說明在整個步態周期中足趾對足底應力的分散可能沒有起到足夠的作用。沒有被分散的力量在前足將會集中于跖骨頭區域。

與此同時筆者還發現與對照組相比，M5區域PP升高，CA降低，PTI升高，M4區域的PP和PTI也有類似的差異。提示在M4、M5區域應力過載，這與上述足趾區域的發現和推斷是一致的。患肢前足的壓力分布出現了明顯的異常，力量有向第四、五跖骨頭轉移和集中的趨勢。

造成這一結果可能有以下原因：(1)在外架牽拉過程中，隨著踝關節逐漸背伸，造成跖筋膜、拇長屈肌腱的緊張，容易使足趾屈曲畸形，影響關節活動度的同時導致足趾觸地面積減小，前足的應力區域相對后移至第四、五跖骨頭，同時增大了第四、五跖骨頭的觸地面積；(2)應力區域后移使原本足趾與跖骨頭分散的壓力集中在后者區域，造成PP和PTI增大。上述因素共同作用下導致M4、M5應力過載，在患足觸地的過程中，前足外側區域受力增大，面臨磨損及損傷的機會也將增大。以上結果與臨床上該類患者容易發生足底胼胝、潰瘍的部位相吻合。在對此類患者進行術后療效評估的過程中，這些區域應該被重點關注。

在本次研究中同時還發現與對照組相比，實驗組LH區域的PP、CA和PTI均升高，MH區域的PP降低。結合上述M4、M5區域的發現，提示后足和前足一樣有受力區域外移的趨勢。分析其原因有可能是創傷性足下垂患者容易合并內翻畸形，或者輕度的內翻畸形沒有得到矯正。踝關節內翻畸形的患者足底受力集中于外側區域，由于觸地面積的減小導致峰值壓強顯著升高，尤其是足跟離地后應力集中于前足外側區域，導致相應區域受損的風險增大[26]。

對發生足底相關并發癥風險升高的患者，可以考慮采用個體化定制足墊來分散這種應力集中的趨勢[27]，這將有助于患者進行術后康復訓練并降低相關并發癥的風險。

本研究沒有收集患者術前的足底壓力數據，因而無法對手術的療效進行評價。但是此類患者術前畸形往往已經比較嚴重，患肢運動功能已經受到嚴重影響，不滿足進行測試的條件。另外這些患者術前和術后踝關節及足部的解剖結構已經已經發生明顯的改變，極大地影響了局部的功能，因此手術前后足底壓力參數的對比意義可能不大。

綜上所述，創傷性足下垂患者接受Ilizarov外固定架治療后，其患肢功能有明顯改善，但術后足底壓力分布異常：(1)與對照組相比，患足T1、T2-5區域PP、CA%和PTI均顯著降低，應力缺失；(2)與對照組相比，患足M4、M5區域CA%、PTI均顯著升高，M5區域PP升高，應力過載；(3)與對照組相比，患足LH區域PP、CA%、PTI升高，應力過載，患足整體有內翻、力線外移的趨勢；(4)上述異常提示創傷性足下垂患者接受Ilizarov外固定架治療后足底壓力分布仍存在異常，對發現相關并發癥及進行預防有重要意義。

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(本文編輯：甘輝亮)

Dynamic analysis of plantar pressure in patients with posttraumatic foot-drop deformity with Ilizarov treatment

XuJian,MengGuolin,ChengJiangang,XuChao,ZhaoFei,YuanZhi

(DepartmentofOrthopedics,XijingHospital,FourthMilitaryMedicalUniversity,Xi'an710032,China)

Objective To investigate plantar pressure distributions in patients with posttraumatic foot-drop deformity with Ilizarov treatment, so as to provide biomechanical data of such patients for surgery and rehabilitation.Methods Thirty adult patients with posttraumatic foot-drop deformity who underwent Ilizarov treatment were designated as the experimental group, while another 30 healthy individuals with the same age were selected as the control group. Changes in the distribution of plantar pressure at walking stance were evaluated by comparing the peak pressure (PP), the contact area (CA), the pressure-time integral(PTI)in both groups.Results Compared with those of the control group, the affected feet in the experimental group displayed lower PP, CA and PTI in the toe area, while on the other hand higher PP, CA and PTI were shown in the 5the metatarsal and lateral heel zone.Conclusion Plantar pressure distribution was still abnormal after Ilizarov treatment in the patients with posttraumatic foot-drop deformity. In lateral forefoot there was still overload risk in such patients. For this reason, a long-term rehabilitation treatment was required for full recovery of normal plantar pressure distribution.

Foot deformity; Foot-drop deformity; Ilizarov technology; Plantar Pressure; Gait analysis

710032 西安，第四軍醫大學西京醫院骨科

R318.01

A

10.3969/j.issn.1009-0754.2017.03.026

2016-11-23)