矯形鞋墊應用于足部疾患人群的研究進展

胡 可 劉春龍(通信作者)

( 廣州中醫藥大學, 廣東 廣州 510000 )

受遺傳、疾病、環境等各方面因素影響,足部產生畸形、或受所患疾病影響導致的足部潰瘍、感染等足部疾患人群并不罕見。 隨著社會的不斷進步發展,人們的健康意識逐漸上升,對生活水平的要求也隨之升高,足部畸形和足部疾病也逐漸為人所重視,針對各類足部異常情況的功能矯形鞋墊應運而生[1]。 足部畸形及疾病多以扁平足、高弓足、內外翻足為主,還包括糖尿病引發的足部潰瘍、先天下肢不等長以及跖骨痛等問題。 足部形態結構異常需要早發現,并及時進行干預、治療、改善,否則會嚴重影響患者的正常行走能力以及足部和腿部的正常功能。進而會導致患者步行時姿勢異常,這樣明顯的功能缺陷,極易對患者個人身體、心靈甚至包括患者的家庭造成負面影響[2]。 足部發生畸形或潰瘍的患者往往出現站立、行走時平衡異常,有時還會伴隨因過度受壓而產生的疼痛,又或是下肢的活動受限問題。通常來說,為治療或改善足部畸形、足部患病情況,可供選擇的方式分為保守治療和手術治療2 種。 考慮到矯形鞋墊具有改善以上功能障礙、提高生存質量的優點,以及其日常性和放置位置能一定程度地避免或減少患者使用矯形器的心理障礙的特性。 對于抗拒手術并且可以采用保守治療使病痛得到改善的患者,矯形鞋墊是相對簡單、便捷、無創的治療手段。 此外,從安全性、個性化角度考慮,臨床上矯形鞋墊的應用也越來越廣泛[3]。 本文對足部疾患人群采用矯形鞋墊進行治療,對足部畸形的功能康復和平衡功能康復展開研究與前景展望,以其改善足部疾患人群的功能障礙、緩解足部畸形帶來的疼痛、重新恢復其社會參與的能力,為足部疾患人群的功能康復提供一定的參考。 現綜述如下。

1 矯形鞋墊概述

矯形鞋墊又稱足矯形器,是根據人體足踝部的解剖學結構特點制定的、以恢復人體正常生物力學為目的的矯正輔助器具[4]。 矯形鞋墊利用生物力學原理或采用補高方式調整人體異常力線、改善下肢對線,也可以為潰瘍、磨損或受壓過度的足底部位的進行免荷處理。 此外,矯形鞋墊還具備提升足踝穩定性的功能,能夠使足底壓力面分布均勻,減弱運動過程對足部造成的沖擊力,進而減輕疼痛、避免磨損,起到預防并發癥再次惡化以及矯正足部異常結構的作用[5]。

2 矯形鞋墊的分類

矯形鞋墊是放入鞋內,以改善足部功能,預防、矯正足部畸形,促進康復效果提升的一種體外裝置。矯形鞋墊是以足部的人體生物力學為基礎,為達到恢復人體下肢正常力線目的,依照足部解剖學構造成特性制作的矯正輔助器具[6-7]。 矯形鞋墊按照不同的分類方式,可以被分為各種各樣不同的類型。

2.1 按功能以及作用原理分類

矯形鞋墊按照其功能以及作用原理可以分為全接觸式鞋墊(total contact insole,TCI)、功能性矯形鞋墊(functional foot orthosis,FFO)、感受刺激性鞋墊(sensorimotor stimulating insole,SSI)以及補高鞋墊(height-filled insole,HI)。 全接觸式鞋墊:利用壓力分散的全接觸原理,使得足底受力均衡,避免了壓力集中分布在足底的某一區域,也稱為舒適型鞋墊(accommodative insole)。 可以減少麻風患者足底壓力,預防足底潰瘍[8]。 功能性矯形鞋墊:利用生物力學原理調整人體異常力線,引導肢體實現正常功能。感受刺激性鞋墊:為達到改善身體功能的目標,對神經傳導通路中的傳入性感受器進行體外刺激,以此來影響人體平衡。 補高鞋墊:采用長度補償的方式,使足底負重均勻,改善下肢對線,預防骨盆傾斜、脊柱側彎等并發癥的進一步發展。

2.2 按照制作方式分類

矯形鞋墊按照其制造形式可以分為定制矯形鞋墊、定制-模制矯形鞋墊,以及預制矯形鞋墊。 預制矯形鞋墊:分為足跟墊、足弓墊、全足墊等3 種類型。定制-模制矯形鞋墊:是所有類型中個性化程度最高,也是能夠最大程度滿足足部疾患人群治療需求的矯形鞋墊。 相應的,是價格最為貴的鞋墊,同時也在臨床中更為常見[9]。 定制矯形鞋墊:通常用于治療或預防與足部畸形相關的步態改變和生物力學變化,這些變化會導致足部負荷異常。 此時定制矯形鞋墊的目的是減少過度的足底壓力、提供足部支撐穩定性、增加接觸面積以提高舒適性[10]。

2.3 按照材料分類

制作矯形鞋墊的常用材料有乙烯醋酸乙烯酯(EVA)泡沫材料、熱塑性塑料、金屬、碳纖材料、皮革等。 硅膠、橡膠等兼具透氣性、工藝性、耐用性的高分子材料也逐漸被應用于矯形鞋墊的制作。 按照制作矯形鞋墊時使用的材料,可以分為硬性鞋墊、半硬性鞋墊以及軟性鞋墊3 種。 硬性鞋墊:主要由金屬、聚丙烯聚乙烯材料制作而成,其耐用性強,對足部的支撐性更強。 半硬性鞋墊:通常為皮質、軟木質或塑料化合物,具有硬性鞋墊以及軟性鞋墊的優點。 軟性鞋墊:一般由泡沫板材制成,較為舒適。

2.4 按照治療的疾病分類

一些矯形鞋墊的名稱與它們用于治療特定疾病的名稱聯系在一起,例如:糖尿病足鞋墊、平足鞋墊等。

2.5 按照用途分類

可分為運動型鞋墊、病理型鞋墊、高跟鞋墊等。

3 典型足部疾病中的應用

3.1 扁平足

扁平足是一種足弓塌陷或消失為主要表現的足部疾患。 由扁平足為病因,引起的足踝部疼痛,通常伴隨足部生理功能被限制或缺失的癥狀一般稱為平足癥[11]。 2 歲以內嬰幼兒由于其足部內側縱弓下存在一層脂肪墊,且足底的韌帶較為松弛,所以處于平足狀態。 但是此時的平足并不是病理性的,無需干預或治療,臨床上將這種平足狀態稱為生理性平足。嬰幼兒年齡增長的過程中,其足骨、肌肉以及足部韌帶均在生長發育。 足弓的形成依靠足底韌帶、肌肉以及包膜結構的支撐,所以生理性平足可以在身體生長發育的同時消失,并在足部形成正常的足弓,一般情況下,若是兒童成長到10 歲還未形成正常足弓,將被視為病理性平足[12-13]。 扁平足常表現為內側縱弓塌陷、距骨關節外展以及距下關節外翻[14],這些足部結構異常均有可能引起負重狀態下的足部局部應力上升[15]。 不同的扁平足患者在足部異常結構上仍然存在著個體差異,并且會因為患病程度不同而需要被分類討論。 于是臨床治療時,外科醫生在選擇恰當的手術方案時往往會面臨多方面因素造成的困難[16]。 病情允許在保守治療與手術治療之間選擇的情況下,相比于手術治療,考慮到非手術治療的無創、安全性以及花費低的優勢,大多數患者會選擇使用足矯形器進行保守治療[17]。 廖蘇[18]通過各系統準確收集采樣參與者的步態特征后發現,矯形鞋墊具備改善扁平足步態特征的能力,若能實現長期穿戴還可以起到鍛煉跖屈能力、提高外側縱弓支撐性、降低踝關節外翻水平的作用。 楊宗宇[19]等研究后發現利用3D 打印技術制作出的矯形鞋墊再結合足部肌群訓練,患者的足弓高度以及足部功能可以得到顯著的改善,并且總體的優良率可以達到93.3 % ,比較好方向矯形鞋墊非常適合被可塑性平足困擾的疾患人群,此矯形鞋墊值得在臨床治療中進行推廣。 翟俊娜[20]等認為矯形鞋墊利用抬高使用者低平的足弓的方法,可以實現將患者足骨部位排列的異常結構還原成人體足骨正常結構的目的[21]。 陳莉[22]等研究后得出結論,為了矯正扁平足,為了緩解步行、運動時候的疼痛和不適感,平足患者在選擇矯形鞋墊時,應當選用可以同時滿足以下條件的鞋墊:鞋墊彈力適中;鞋墊的形狀符合人體功能學;使用鞋墊的過程舒適。 同時,研究提出正確地使用足弓墊能夠通過改變患者與地面接觸時足底受力分布情況來改變患者下肢的生物力線分布。 進而避免足部受壓不均勻,減輕足底痛感。 由此得出結論,矯形鞋墊具備糾正足骨結構形態的功能,可以對足底壓力重新進行均勻分布,進一步醫治因為足底受壓不均衡導致的一系列影響患者日常生活的并發癥。

3.2 高弓足

將足縱弓的畸形增高視為關鍵特征的足部異常結構稱為高弓足。 其典型癥狀為足縱弓異常增高,足長度變短,行走困難并且足部疼痛。 高弓足患者常伴有其他骨或軟組織結構異常,例如足內收畸形、跟骨內收畸形、內翻畸形、馬蹄足[23]、足趾屈曲畸形、中足的跖屈畸形、等,會使得患者足部極易疲勞,不能持續長時間走動,還會造成足部疼痛。 高弓足在全掌觸地階段用時少,前掌觸地階段用時增多,患者的足部運動策略與正常人群有所不同,這導致了患者容易在運動過程中產生損傷的狀況[24]。 導致高弓足的原因較為復雜,目前研究發現,患有高弓足的主要原因包含先天性發病,神經系統疾患(脊髓栓系綜合征、脊髓空洞等)以及外傷。 高弓足具有多種分類方式,按照高弓足的異常形態產生位置一般分為前足高弓、中足高弓、后足高弓或者復合高弓畸形。 按照高弓足的病因分類可以分為先天性、創傷性、特發性、獲得性。 按照高弓足的異常僵硬水平能夠分為柔韌性高弓足和僵硬性高弓足。 依照足部異常的部位區別以及足部畸形僵硬水平的不同可以被選擇的臨床治療方式會不一樣,目前對于高弓足的治療尚無統一標準[25]。 楚鵬飛[26]等認為根據人體足底幾何形狀和壓力測量的結果,設計的具有分區域梯度硬度的定制化矯形鞋墊具備使得高弓足在前足和后足接觸壓力均勻化的功能。 將其與普通平板鞋墊對比,發現所設計的全接觸鞋墊可以使高弓足患者在靜態站立時的峰值壓力降低41.1%。 利用增材制造技術制作具備獨特多孔構造的定制款鞋墊,這樣經過優化的全接觸式鞋墊能夠一定程度上降低步行時的足底峰值壓力,經測量得足底部的最高值壓力會跟著時間積分下降18.43 %。 羅向東[27]等采用鞋墊式足底壓力儀進行研究發現,當矯形鞋墊的前掌、腰窩和后跟位置的厚度發生變化時,高弓足患者在步行狀態下的足底壓力也會隨之發生變化。 進而使得高弓足群體在正?；顒訒r產生的后跟處壓力緩解,提高患者日常生活的舒適度。 同時,楊劼[28]等研究后表示,也有學者提出保守治療對于高弓足,特別是病情嚴重的高弓足無效。 對于各類高弓足的治療方法以及治療效果的研究,值得限制條件后再次分類探討。

3.3 糖尿病足

糖尿病足(diabetic foot,DF)是糖尿病患者受周圍神經病變及雙下肢動脈供血不足的影響,足部神經、血管發生病理性改變,導致足部局部感覺異常、缺血,此時足部易發生皮膚潰瘍。 而糖尿病足潰瘍是糖尿病嚴重的并發癥之一,極易致殘。 糖尿病足潰瘍的終身患病率達19% -34%,其愈合再次潰瘍的復發率達到40 %。 糖尿病足潰瘍的患者5 年死亡風險是沒有足潰瘍的糖尿病患者的2.5 倍之大。研究還提出,糖尿病足潰瘍患者截肢手術后5 年死亡率高達70 %[29]。 如果出現治療延誤,病情嚴重者會影響肌肉、骨骼,最終造成足部的組織壞死或截肢,那么將對患者的生活質量以及患者的整個家庭造成嚴重影響[30-31]。 在治療糖尿病足時一般選用改善足部受壓情況,充分而徹底地進行清創,遵醫囑進行換藥,做好防止感染的治療工作,以及持續的控制患者血糖情況等綜合治療方式[32-34]。 湯合杰[35]等研究表明,糖尿病足患者使用的矯形鞋墊可以同時滿足多項條件。 其中包括使壓力在足底均勻分布,防止足部潰瘍區域的載荷過重以及壓力過大等條件,并且起到合腳舒適、能夠糾正錯誤步態、減緩地面沖擊力等作用。 張永鎮[36]等通過薈萃分析得出結論為矯形鞋墊具有降低足底峰值壓強作用。 在改善足底壓力分布方面,將矯形鞋墊在不同部位的使用納入考慮后,再挑選符合條件的結構和材料,鞋墊足弓、跖骨、足跟和全足較平坦式鞋墊組對糖尿病足康復產生良好影響具有統計學意義(P＜0.05)。研究證實,矯形鞋墊對減小糖尿病足足底壓力有不錯成效。 矯形鞋墊不僅可以預防足部潰瘍惡化,并且干預效果較好。 賈川[37]提出雖然矯形鞋墊無法在短時間內有效地矯正步態,但確實可以顯著地糾正患者異常的生物力學表現。 并且定制的矯形鞋墊對于分散應力、恢復足軸角度起作用,進而對糖尿病足患者緩解疼痛、恢復功能有一定的治療效果。 陳薇薇[38]等研究后表示,3D 打印技術中改變填充率從而更改密度的方式,能被用來調整鞋墊的軟硬度及提升舒適度。 可以有針對性地降低足底高壓區域的受力, 從而做到依據患者身體情況量身打造最合適的矯形鞋墊。 采取3D 打印技術定制鞋墊的方法時,能夠利用改良版的高分子聚丙烯同步實現維持穩定以及確保足弓彈性的功能, 再利用poron 泡棉材料實現減緩地面沖擊力的功能,能減輕患者足部磨損,減少發生足潰瘍的可能性。 通過矯形鞋墊的治療可以使糖尿病足潰瘍發生率減小,并且提高糖尿病足治療的成功率,進而避免患者需要通過截肢手段進行治療。 利用矯形鞋墊治療糖尿病足簡單方便,患者的順應性佳,療效好。 對比其他花費大量精力、財力的治療方式,矯形鞋墊更為經濟而便捷,值得推廣。

3.4 下肢不等長

下肢不等長(leg length discrepancy,LLD)是骨科以及康復領域中不算罕見的疾病,形成原因一般為受外力引起、人體生長或發育時的異常以及其他骨性疾病[39-40]。 日常生活中的不良習慣導致雙足壓力不勻后,也有概率出現雙下肢不等長。 此外,王慶雷[41]認為若下肢不等長無法得到及時矯正,還可能導致脊柱應力分布異常、腰腿痛等問題。 馬濟民[42]等表明雙下肢不等長可能會帶來髖部痛、步態障礙、關節不穩定和其他不適[43-44]。 除了以上對患者生理上造成的負擔,雙下肢不等長患者在社會生活與交往中更容易產生沉重的心理壓力。 鄧遷[45]等研究得出結論,拓撲優化后的3D 打印矯形鞋墊可以發揮增強下肢運動節律協調性、降低地面對足部的沖擊、舒緩足部疼痛以及加強足部功能的作用。 王向前[40]等認為下肢不等長患者使用3D 打印矯形鞋墊能夠提高其下肢功能,并使患者能夠更好地參與進社會生活中。 矯形鞋墊放于鞋內使用的特點賦予它隱蔽性的優勢,可以助力患者在回歸社會時減輕心理壓力。 史媛媛[46]等提出下肢不等長的兒童可以利用增高鞋墊改善步態,增強運動穩定性。 若采用矯形鞋墊或者矯形鞋墊結合矯形鞋的方式對患者進行保守治療,不僅可以便于患者出行、工作等日?；顒?還會使患者的自信心得到一定水平的提升。

4 矯形鞋墊制作中常見的技術手段

臨床上常使用的定制型矯形鞋墊一般分為2 個大類,分別為傳統手工制作和新興的高科技技術。傳統手工制作通常按照取模方式再分為2 種-泡沫取模和石膏取模。 傳統手工制作的弊端是制作使用的矯形鞋墊具備的臨床療效會極度地考驗矯形師的“手感”、工藝水準以及相應的臨床經驗。 在科技水平迅速發展的今天,各式各樣的計算機軟件、高級的醫療設施和增材制造技術等進步發展、更新換代,根據患者情況與需求設計、定制矯形鞋墊的過程更加傾向于數字化和精確化[47]。 增材制造技術是快速成型技術的一種,又稱3D 打印技術,是一種以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等黏合材料,通過逐層打印的方式來構造實體的技術[48]。 張成[49]等指出矯形康復領域采用3D 打印技術能進行個性化、精準化、高效化治療。 高斌[50]等研究后提出數字化三維重建技術和快速成型技術在臨床上的結合使用,可以通過患者足部CT 掃描得到的數據,在計算機內重新構建成為數字化的立體模型并以此來精確且直接地反映患者的足部結構特征。 利用以上技術精準直觀地研究患處的立體形態以及畸形結構,可以為矯形師制作矯形鞋墊時提供巨大的幫助。對制造出來的足部模型進行模擬設計和分析,也可以很大程度的保證后續制造矯形鞋墊的準確性。

5 總結與展望

根據相關研究,矯形鞋墊的確可以通過改變其各組成部位的結構與設計,改善患者下肢對線、生物學力線、提高患者足部以及腿部功能,達到預防及治療足部疾患的作用。 多項研究證實,正確地使用矯形鞋墊對足部疾患人群有益,并且對于改良步態、使足部壓力均衡方面有顯著效果,是值得嘗試的保守治療方式。 隨著科技水平的不斷發展,矯形鞋墊的制作方法也變得便捷、精準、高效。 確保矯形鞋墊療效以及安全性的前提下,技術創新也非常重要[1]。3D 打印技術雖然更為頻繁地應用在了康復輔具領域,但由于其材料選擇的局限性,對于操作人員知識面的高要求,以及普遍收費高于手工制作的情況,臨床治療上依舊還是手工制作的定制矯形鞋墊居多。未來若是能夠克服材料的選擇、操作人員的技術要求以及造價問題,各部門、各相關領域專業人士合作,探索具有不同功能的適合各類足部疾患人群的矯形鞋墊打印材料,矯形鞋墊在臨床上的應用和療效將會持續大幅度提升[51]。