踝足矯形器發展現狀與設計研究

張芳蘭　邵帥

摘 要：文章介紹了足下垂患者使用的踝足矯形器產品功能及發展現狀。通過比較靜態式、動態式、定制型三種踝足矯形器在結構及制作方式的不同對患者佩戴舒適性與步行模式的影響，結合國內外的相關研究，對現有踝足矯形器產品在設計結構、制作方法、使用材料等方面存在的問題進行分析，提出在改善矯形器使用體驗與康復效果的同時，應將制作時間與成本控制在合理范圍，為相關領域產品的設計改良提供思路。

關鍵詞：足下垂；踝足矯形器；使用體驗；設計改良

中圖分類號：TH77 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）03-0100-02

Abstract： This paper introduces the function and development of ankle-foot orthosis used by patients with foot drop. By comparing the influence of the structure and manufacture method of static， dynamic and custom ankle-foot orthoses on patients' wearing comfort and walking mode， and combining the related research at home and abroad， this paper analyzes the effects of the three kinds of ankle-foot orthotics on the patients' comfort and walking mode. The existing problems in the design structure， production method and materials of ankle foot orthosis were analyzed. It was suggested that the production time and cost should be controlled in a reasonable range while improving the use experience and rehabilitation effect of ankle foot orthosis. This provides ideas for product design improvement in related fields.

Keywords： foot drop； ankle foot orthosis； use experience； design improvement

偏癱患者由于中樞神經系統受損，出現足下垂、足內翻、直膝等異常步態，影響患者行走等日常活動能力[1]。踝足矯形器（ankle foot orthosis， AFO）是目前偏癱患者使用較為廣泛的矯形器之一，主要用于矯正足部畸形改善患者的異常步態，協助行走[2]。近年來由于新技術的發展，矯形器已在偏癱、腦癱的治療中發揮越來越重要的作用[3]。國內關于矯形器的文獻，唐元明等[4]對AFO的結構設計與制作材料的改良進行了分析；周大偉等[5]研究了固定式AFO對患者下肢除踝關節以外部分的影響等。但上述研究內容更多的是對功能的驗證以及對制作材料的探索，對AFO的制作方法、成本、佩戴舒適性等方面的關注較欠缺。矯形器因其特殊性，使得患者在穿戴時的使用體驗直接關系到康復效果，因此AFO的設計制作除了要滿足基本的功能外，提高患者使用舒適性同樣重要。

1 現有AFO產品分析

AFO配合腦卒中偏癱患者進行康復訓練時，可以有效提高步行速率及穩定性。目前市場上的AFO產品，根據制作方法以及結構的不同，主要分為靜態式AFO，動態式AFO以及定制型AFO三種。

1.1 靜態式AFO

靜態式AFO在配合偏癱患者的康復治療中較為常見，產品樣式如圖1所示。靜態式AFO采用的一體式結構將患者的小腿與足部固定成直角，對足下垂及足內外翻等病癥起到矯正作用，但是患者踝關節的正常活動范圍也因此受到限制，造成步態僵硬。靜態式AFO使用預制模具生產，無法對患者的個體特征進行匹配，患者初次佩戴AFO需要適應，間接影響了康復效果。

1.2 動態式AFO

動態式AFO如圖2所示，與靜態式AFO最大的區別是固定患者小腿與足部的部分采用分體式結構，允許踝關節進行一定程度的背屈運動。這種結構在糾正異常步態的同時降低患者下肢肌肉的過度活動，減少使用疲勞感，改善患者佩戴AFO行走時的舒適性。國內的相關研究證明了動態式AFO對偏癱患者的康復具有更好的效果，但由于動態式AFO同樣使用預制模具生產，因此佩戴舒適度方面仍需改進。

1.3 定制型AFO

定制型AFO因為制作難度高、價格昂貴，在國內的矯形器市場中較為少見。目前國外定制型矯形器的制作多數需要矯形醫師的配合，制作過程如圖3所示。患者需要穿戴裝有塑料固定板的襪子，矯形醫師在襪子上進行關鍵點的標記；用鋸按照標記點沿襪子外輪廓切開，路徑與患者的脛骨一致；將石膏灌入開口中制作足部及腿部的陰模；石膏冷卻后，將柔性樹脂材料套在石膏陰模上，切割樹脂模型邊緣并進行打磨。

通過分析上述生產過程可以發現，定制型AFO在調整與制作方面較為繁瑣，且需要有經驗的矯形師配合，制作時間與制作成本均高于預制型AFO，患者對定制型AFO的接受度較低。

2 存在的問題

隨著AFO在偏癱患者康復治療中的應用愈發廣泛，與其相關的設計研究也越來越得到人們的重視。通過對現有AFO產品在設計結構、制作方法、使用材料方面存在的問題進行分析，為矯形器產品在改善患者使用體驗與康復效果方面提供思路。

2.1 設計結構

在設計結構方面，靜態式AFO的一體式結構限制了患者踝關節的正常活動范圍，造成患者在矯正時的使用體驗不佳；動態式AFO由于使用分體式結構，減少了肌肉的過度運動，使患者的步行模式更接近正常；定制型AFO的結構在設計制作時可按照患者的個人情況進行修改，相對于其他兩種AFO可以提供更好的使用舒適性和康復效果。

2.2 制作方法

市面上的靜態式AFO和動態式AFO使用預制模具進行生產，可以實現快速批量制造，并且成本較低。但由于患者間的個體化差異，在佩戴時無法保證AFO與患者足部及腿部完全貼合，影響了患者的使用體驗。定制型AFO的制作模具可根據患者的足部腿部尺寸與輪廓進行調整，提高佩戴舒適性的同時增加了制作所需時間，成本也高于預制類AFO。

2.3 使用材料

在AFO的制作材料方面，目前預制類模具使用較多的為熱塑性樹脂，制作成本較低，在韌性以及輕量化方面需要進一步研究。近年來有關矯形器制作方面的研究逐漸傾向于輕質材料的使用，國外已有將碳纖維材料應用于矯形器結構設計中的研究[6]。相關研究證明，使用輕型材料制作的AFO可以有效減少患者行走時所消耗的能量，更有利于患者的治療與康復。

3 結束語

本文通過比較靜態式、動態式、定制型三種AFO產品的結構及制作方式，提出現有AFO產品使用分體式結構在糾正患者異常步態及康復方面具有更好的效果；并對定制型AFO的優缺點進行分析，總結出AFO在設計改善患者使用體驗的同時應優化制作過程，以降低制造時間與成本，為新型矯形器的研發及相關產品的設計制作提供指導。

參考文獻：

[1]勵建安，孟殿懷.步態分析的臨床應用[J].中華物理醫學與康復雜志，2006，28（07）：500-503.

[2]王妍，熊杰.不同類型矯形器在腦卒中偏癱患者應用中的功能效應[J].中國組織工程研究，2013，17（42）：7475-7480.

[3]高懷民.使用助行器械和矯形器步行訓練的最新進展[J].現代康復，2000，4（7）：964-965.

[4]唐元明，舒彬.踝足矯形器在腦性癱瘓治療中的應用及其改進[J].中國組織工程研究與臨床康復，2008，12（39）：7703-7706.

[5]周大偉，楊建坤.固定式踝足矯形器對下肢的影響[J].中國康復醫學雜志，2006，21（9）：829-831.

[6]Bertram S， Jaan-Willem S， Stefanie R. Numerical and experimental investigation of the structural behavior of a carbon fiber reinforced ankle-foot orthosis[J]. Medical Engineering and Physics，2015，37（5）：505-511.