三維步態分析踝足疾病應用矯形鞋墊后的效果研究

舒馨馨，邵夢鳴，駱 馳，田曉斌，邱紀方

(浙江康復醫療中心康復評定與治療中心，浙江 杭州 310000)

足部與地面接觸時，會在重力的作用下對地面產生壓力，正常情況下足底壓力是正常分布的，若長期處在異常力線下使足底壓力分布不均則可能導致足部不適，包括足部疼痛、拇囊腫、足外翻，甚至扁平足、足底筋膜炎、膝內側疼痛等[1]。臨床上腦卒中偏癱步態中，足內翻下垂畸形也是非常常見的足部疾病。對于這幾種踝足疾病的輕度發病者均可以應用矯形鞋墊進行治療。

矯形鞋墊的設計原理主要是通過鞋墊的機械支撐作用來改善足底壓力分布，并糾正下肢生物力線，從而改善疼痛和步態異常姿勢[2]。隨著科技的迅猛發展，3D 打印技術正逐步應用于矯形鞋墊的制作中，其能夠根據患者的需求進行產品的量身定制，且能夠最大限度地發揮生產者和設計者的想象力和創造力[3]。

針對扁平足、足下垂、拇外翻等踝足疾病使用矯形鞋墊后的療效分析，研究者此前多使用一些量表或足底局部壓力進行評價[1、4-5]，少有更加全面的定量化評估依據。三維步態分析是利用三維運動捕捉系統、測力臺系統及表面肌電采集與分析系統等設備對步態的時-空、運動學、動力學及肌電參數進行的全方位采集與分析，其結果具有客觀性和準確性特點，被公認為是步態分析的“黃金標準”，已越來越廣泛地應用于臨床診斷、療效評定、機制研究等[6]。 因此，本研究應用三維步態分析技術對踝足疾病患者使用矯形鞋墊后的效果進行分析。

1 資料與方法

1.1資料

1.1.1一般資料 受試者均來自2018年1—8月在浙江康復醫療中心住院的腦卒中偏癱輕度足下垂患者和本中心職工中患有踝足疾病者。

1.1.2納入及排出標準 納入標準：(1)可在無輔具的情況下行走10 m以上；(2)無其他神經系統、肌肉骨骼系統等疾病；(3)在過去的6個月內沒有接受過足部矯形器治療、關節內注射或手術治療等；(4)無認知功能障礙或視覺障礙；(5)充分了解本次研究并簽署知情同意書。排除標準：(1)患有其他神經系統、肌肉骨骼系統、心血管系統等疾病，或有矯形手術史影響本次研究者；(2)無法完成本研究者。由于各種因素(患者出院、未收到鞋墊等)，最后共有14例受試者完成本研究，其中腦卒中偏癱患者6例、足內翻患者1例、扁平足患者5例、拇外翻患者1例、足外翻患者1例。

1.1.3測量設備 本研究采用三維運動捕捉分析系統對受試者進行數據采集，該系統由英國Vicon光學運動捕捉系統(共6臺高速紅外攝像頭)和美國AMTI測力臺(共4臺)共同采集數據，由Vicon Polygon數據分析軟件進行數據處理。

1.2方法

1.2.1測量方法 受試者使用的3D打印技術矯形鞋墊由奧托博克(中國)工業有限公司設計、制作，分別于穿鞋墊前和穿鞋墊后即刻進行步態數據采集，要求前后采集數據時穿同一雙鞋。測試時，受試者穿緊身衣褲，采用PlugInGait LowerBody貼點模式，分別于雙下肢髂前上棘、髂后上棘、大腿、股骨外側髁、小腿、外踝、第二和三趾跖關節之間、足跟(足跟點與第二和三趾跖關節之間點在同一高度)共16個標志點粘貼反光球，囑受試者以自然步態在測試區域內來回行走6～7次，取其中有效數據進行分析。

1.2.2分析參數 包括運動學和動力學參數。運動學參數包括踝關節背伸/跖屈、內翻/外翻、內旋/外旋活動范圍；動力學參數包括膝關節內收力矩峰值，踝關節屈曲、內翻/外翻、內旋/外旋力矩峰值。

2 結 果

2.1穿鞋墊前后踝關節運動學參數比較 穿鞋墊后即刻，受試者踝關節矢狀面活動范圍(ROM)比穿鞋墊前增大，但差異無統計學意義(P>0.05)；踝冠狀面、水平面ROM較前減小，差異均有統計學意義(P<0.05)，見表1。

表1 穿戴前后踝關節運動學參數比較

2.2穿鞋墊前后膝、踝關節動力學參數比較 穿鞋墊后即刻，受試者膝內收力矩峰值較穿鞋墊前增大，踝外翻力矩峰值較前減小，差異均有統計學意義(P<0.05)；踝屈曲、外旋力矩峰值較前減小，內翻、內旋力矩峰值較前增大，但差異均無統計學意義(P>0.05)，見表2。

表2 穿鞋墊前后膝、踝關節動力學參數比較

3 討 論

各種踝足疾病患者由于長期異常受力，會造成足底壓力分布不均，并繼發各種足部及下肢問題。矯形鞋墊治療踝足疾病日漸增多，3D打印技術制成的矯形鞋墊完全貼合人體足部受力設計，對異常受力模式起到了更好的改善作用。本研究應用三維步態分析顯示，使用3D打印矯形鞋墊后踝關節在額狀面和水平面的ROM減小了，差異均有統計學意義(P<0.05)，矢狀面的ROM增大了，但差異無統計學意義(P>0.05)，說明矯形鞋墊能夠增強足部在額狀面和水平面運動的穩定性，從而減小足部運動時損傷的風險。

在多項楔形鞋墊對膝關節骨性關節炎患者步態影響研究[7-12]中發現，患者下肢運動學、動力學和時空參數均發生了改變，如增加了踝關節外翻角度和力矩，減少了膝關節內收力矩[13]，可見其所帶來的對踝關節受力異常等不良反應，仍要接受長期臨床試驗的驗證，同時還要加入舒適度等因素進行綜合考察[14]。 HUNT等[15]研究了帶有和不帶定制足弓支撐的楔形鞋墊對膝關節骨性關節炎患者的效果，證明帶有足弓支撐的鞋墊可以使膝關節疼痛、身體功能及足部疼痛和僵硬度得到更大的改善，并且會更舒適。本研究納入的患者都需增強對其足弓的支撐，因此鞋墊內側足弓部分都做了墊高，結果顯示踝關節的外翻力矩減小，差異有統計學意義(P<0.05)；屈曲、外旋力矩減小，內收、內旋力矩增大，但差異均無統計學意義(P>0.05)，由此可見，3D打印矯形鞋墊在加大足弓支撐力的情況下并不會造成踝關節受力異常，從而影響足底舒適度，但是增大了膝內收力矩，與上述幾項研究相似，且與關于足部矯正器對扁平足患者步態的影響研究[16]得出的膝關節內翻力矩峰值增大這個結果也相同，長期使用可能造成膝關節不適，因此此類患者還應多方面考慮鞋墊對整個下肢的影響，斟酌使用，且矯形鞋墊只適用于輕度足內翻、扁平足等患者，重度患者還需使用矯形器或手術治療[4]。

綜上所述，本研究應用三維步態分析踝足疾病應用矯形鞋墊的效果時，除了分析踝關節ROM的變化對其穩定性影響外，還分析了踝關節在各個平面力矩的變化對其局部受力、協調性、舒適度影響及對相鄰膝關節的影響，從而更加全面考慮鞋墊是否真正適合穿戴，且結果顯示，鞋墊雖改善了踝關節的功能，但卻增大了膝關節壓力，所以鞋墊能否使用還應斟酌。在下一步研究計劃中，要考慮不同疾病導致的踝足畸形不同、生物力學不同應分別進行分析。如何選擇不同疾病的三維步態分析參數也是進一步要思考的問題，從而為每種疾病提供個性化三維步態分析數據。