三种足踝辅助装置的生物力学比较分析

三种足踝辅助装置的生物力学比较分析

许多疾病都会影响足部和踝关节，包括糖尿病足溃疡、跟腱断裂、足部和踝关节骨折和扭伤，以及踝关节置换或融合等外科手术。这些情况通常需要患者长时间避免下肢着地受力。例如，先前的研究报道踝关节骨折的周期约为4-8周，Charcot骨关节病的周期长达24周，糖尿病溃疡的周期长达38周。因此，通常要求使用辅助行走装置，以方便行走，同时避免患病腿承受不必要的重量。

最近，有人提出了在步行时减轻足部和踝关节受力的替代装置。其中一种设备是iWalk膝拐，它可以在小腿不负重的情况下实现免提步态。它的结构包括一个L形拐杖，使用者的小腿和大腿通过绑带固定在拐杖上。行走时，膝关节保持固定90度角，足部和踝关节不负重。研究表明，使用iWalk行走可以减少上肢不适，患者感知到的劳累和偏好也更好。

另一种可以提供踝足卸荷的装置是踝足矫形器（AFO）。特别是，可以设计AFO，使GRF通过周围的支架转移到小腿，同时保持受影响足的完全卸载。ZeroG AFO声称是唯一一款提供足部和踝关节完全卸载的预制支架。研究表明，卸载AFO可能比拐杖有利，原因有几个。首先，与膝盖拐杖类似，它们可以增加上肢的活动性。其次，它们允许受影响的近端腿的活动和负荷，这可能促进更对称和自然的行走模式，并降低代谢成本。

本研究旨在研究与无辅助正常步态（NG）相比，使用三种不同的踝足卸荷装置行走的生物力学、代谢和主观结果。采用重复测量的受试者交叉研究设计，比较了每个参与者的NG与步态。实验由20名健康参与者在四种条件下以自行选择的速度行走。测量关节的三维运动学和质心（CoM）、GRFs和代谢成本，参与者通过问卷对稳定性、感知用力、舒适度、压力和疼痛进行主观评分。

研究结果显示，三种装置对健全人步态的影响有显著性差异。在这些设备中，ZeroG表现出明显更快的步行速度和更低的代谢成本。对于负重腿，ZeroG表现出最短的站立阶段，最低的制动力，髋关节和膝关节角度与正常步态最相似。然而，使用ZeroG推后踝关节跖外翻与正常步态差异最大。步行和拐杖分别造成了更大的重心、中外侧和垂直功能。参与者认为ZeroG是最稳定的，但更多的参与者抱怨它造成了过度的压力和疼痛。拐杖被评为最高的感知劳累和最低的舒适度，而ZeroG和iWalk在这些参数上没有发现显著差异。

研究结论指出，在所有测量中，这些设备之间存在显著差异，与之前对拐杖和iWalk的研究一致。ZeroG在大多数方面表现良好，突出了AFO在需要卸载时增强步态康复的潜力。然而，ZeroG的舒适性差和非典型的踝关节运动很明显。这些发现可以帮助临床医生在处方踝足卸压装置时做出明智的决定，并指导设计改进的装置，克服现有解决方案的局限性。

图1 本研究中检测的踝足卸载装置：前臂拐杖（CR），iWalk 2.0（IW），零重力踝足矫形器（ZG）。所有的装置都是这样使用的，只有一只脚承重，另一只脚完全无负重

所检查的标量参数的汇总统计信息。黑色水平线表示配对条件之间无显著差异。a 6MWT时的步行速度，b代谢成本，c第二次步行试验时的站立阶段持续时间，d舒适度，e感觉劳累，f稳定性

GRF的垂直和前后（AP）分量按体重（BW）归一化。a在姿态阶段的垂直和AP轨迹。实线表示中位数，阴影区域表示所有周期的范围。b - i GRF各峰的汇总统计：b垂直GRF第1峰，c垂直GRF第1峰时间，d垂直GRF第2峰时间，e垂直GRF第2峰时间，f AP GRF第1峰时间，g AP GRF第1峰时间，h AP GRF第2峰时间，i AP GRF第2峰时间。黑色水平线表示差异不显著

参与者对每个装置所指示的未负重腿的压力和疼痛位置的评级

本文原文来自《神经工程与康复》杂志。