创伤性足下垂畸形进行Ilizarov外固定架治疗后的足底压力分析

徐 剑，孟国林，程建岗，徐 超，赵 飞，袁 志



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创伤性足下垂畸形进行Ilizarov外固定架治疗后的足底压力分析

徐 剑，孟国林，程建岗，徐 超，赵 飞，袁 志

目的 研究创伤性足下垂患者进行Ilizarov外固定架治疗后的足底压力分布情况，为患者的手术治疗和康复提供有参考价值的生物力学结果。方法 选取30名接受Ilizarov外固定架治疗的创伤性足下垂成人患者作为实验组，同时以30名同年龄健康人作为对照组，通过比较实验组和对照组足底各分区的峰值压强(peak pressure, PP)，触地面积(contact area, CA)和压强-时间积分(pressure-time integral，PTI)等指标评估行走状态下术后患者的足底压力变化情况。结果 与对照组相比，患足在足趾区域的PP，CA和PTI降低，在第五跖骨头、足跟外侧区域的PP，CA和PTI升高。结论 创伤性足下垂畸形患者进行Ilizarov外固定架治疗术后的足底压力尚未恢复正常，前足外侧区域有应力过载风险，临床中还需长时间的康复治疗来恢复正常的足底压力分布。

足畸形；足下垂；Ilizarov技术；足底压力；步态分析

足下垂是下肢常见畸形，表现为踝关节僵直、背屈受限等。由踝关节周围骨折等损伤性因素引起的足下垂畸形，其发病机理非常复杂，骨骼、关节和软组织等多方面因素会对疾病进展产生重要影响。严重的足下垂畸形往往需要手术干预，临床常见的治疗方法包括踝关节融合、跟腱延长、Ilizarov外固定架牵拉等，有时还需要根据畸形的程度进行有限截骨[1-2]。针对病程较长、复杂和顽固的畸形，目前倾向应用Ilizarov技术进行治疗。针对畸形的严重程度和类型，有不同学者先后设计出了多种构型的矫形支架，但都遵循矫形的基本原则：成角旋转中心(center of rotation of angulation，CORA)和矫正轴原则[3]，常见的外固定架包括胫骨和足部2个固定器，二者以铰链相连，铰链的旋转中心与畸形的CORA重合。2个固定器之间安装有可以调整长度的螺纹杆，术后根据软组织的耐受程度调整螺纹杆的长度，对畸形进行缓慢的牵拉，并在治疗的后期逐渐负重行走[4]。外固定架牵拉矫形在临床治疗中取得了良好的疗效，患者术后踝关节至少可达到中立位，部分患者术后踝关节有一定活动度，最大限度的保留了足踝部的结构和功能，步态可恢复正常或近似正常[4-5]。但也有学者报道经过治疗的患者远期可能出现足底胼胝、疼痛、溃疡等症状[6-7]，严重影响患者的正常步态和生活质量。

目前临床上对于llizarov外固定架的治疗效果，尚未有统一的评价“金标准”，常用的评价系统包括国际马蹄足畸形研究学组(ICFSG)评分、Laaveg-Ponseti评分、Lehman评分、美国足踝外科学会(American Orthopedic Foot Ankle Society，AOFAS)后足评分等[3，8]。例如，ICFSG评分系统从患肢外观、功能以及影像学表现三个方面进行评价，三个部分分数分别是12分、36分、12分，相加得到的总分被分为优(≤5分)、良(6～15分)、中(16～30分)、差(31～60分)，这一评分可以较为全面而均衡的对患者术后情况进行评价。

足底压力分析是一种生物力学研究方法，作为一种无创、准确、经济的检查手段已经被广泛的应用于术后疗效评估，个体化定制矫形鞋垫的制作，运动损伤危险因素的探究与预防等研究领域[9-10]。能够提供全足各亚区域运动负载的客观信息，有助于临床医生更好地评估术后患者的运动功能，从而更加科学谨慎地制定术后康复方案。查阅文献后我们发现，目前尚无针对llizarov外固定架治疗术后患者足底压力分布的相关研究。

本试验旨在研究llizarov外固定架治疗后的创伤性足下垂患者的足底压力分布特征，发现术后残留的异常压力分布，找到足部疼痛和损伤发生的高危区域，帮助分析患者远期足底疼痛、溃疡以及步态异常的原因，为患者术后的康复提供有参考价值的生物力学信息。笔者对2010年1月至2016年1月的30例经llizarov外固定架治疗治疗的创伤性足下垂患者进行了术后随访，采用Footscan足底压力测试系统(RSscanInternational，比利时)测量动态足底压力并进行分析，报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 实验组男25例，女5例，年龄(31.76±9.04)岁。进行足底压力测试时为术后(30.2±20.1)个月。实验组与对照组在年龄、体质量、身高、体质量指数(BMI)等方面差异无统计学意义(P>0.05)。

在步态测试前，按照ICFSG评分标准，对所有受试对象外固定架的治疗效果进行评分。在ICFSG量表中，对每一项分别评分，最终计算总分，分值越高说明疗效越差。

1.2 纳入标准 实验组为术前诊断为创伤性足下垂的患者。纳入标准为：(1)年龄>18周岁；(2)仅单侧下肢患病；(3)行Ilizarov外固定架治疗且术后>6月；(4)已经能够完全负重行走>3月；(5)术后患肢踝关节按照ICFSG评分评价为优或良(≤15分)；(5)无下肢神经损伤，无髋关节、膝关节疾病，无结缔组织疾病或退行性关节炎；(7)除Ilizarov外固定架外无其他手术史。同时选取同年龄健康成人30名作为对照组，对照组在性别、年龄、BMI上与实验组严格按照1∶1配比。本研究得到了第四军医大学西京医院医学伦理委员会的批准，所有受试对象在参与前均阅读并签署了知情同意书。

1.3 测量方法 使用Footscan足底压力测试系统(RSscanInternational，比利时，2 m×0.4 m×0.02 m，采集频率125 Hz)采集受试者的足底压力动态数据，测试系统被放置在地面平整的实验室中，测试平板的两端分别拼接两段与平板宽度和高度相同、长度为1 m的硬垫，组成一套长度为4 m的完整测试平台，其上覆盖塑料薄膜达到“隐蔽”的目的，避免对患者造成心理暗示作用[11]。受试者除去鞋袜以自我感觉舒适的步频和步速行走，收集受试者5次完整时相的足底压力数据并取平均值，使用Scientific Footscan软件进行数据处理与分析。足底区域被划分为拇趾(T1)、第2～5趾(T2-5)、第1～5跖骨区(M1～M5)、足中部(MF)、足跟内侧区(MH)及足跟外侧区(LH)10个区域，这些区域将被软件自动区分并分别采集参数(见图1)。测量的参数包括：(1)足底各分区的峰值压强(peak pressure, PP)；(2)足底各分区的触地面积(contact area, CA)，CA以各区域在足底总面积中的占比(CA%)表示；(3)足底各分区压强-时间积分(pressure-time integral，PTI)。

图1 足底10个分区示意图

1.4 统计学处理 采用SPSS 19.0统计软件分析。数据以均数±标准差(x±s)表示，计算实验组与对照组相应参数差值，绘制Q-Q图并进行Shapiro-Wilk检验发现符合正态分布，故实验组与对照组在PP、CA%、PTI等指标上的差异采用配对t检验，检验水准α=0.05。

2 结果

实验组ICFSG评分6～15分，形态学评分(1.93±0.69)分，功能评分(6.47±2.85)分，影像学评分(2.87±1.76)分，平均(11.27±2.61)分，均为“良好”。提示实验组对象在经过治疗后，均取得了较为满意的治疗效果，ICFSG评分达到良好以上(≤15分)。

但在步态分析方面，结果显示患者术后的足底压力参数仍存在异常。与对照组相比，实验组在T1、T2～5、M1、MH区域的PP降低，M5、LH区域的PP升高。2组其他区域PP的比较差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

表1 实验组与对照组足底峰值压强的比较(kPa，x±s)

注：PP为峰值压强

2组CA%的比较结果见表2。实验组T1、T2-5区域的CA%较对照组减小，而在M4、M5、LH区域大于对照组(P<0.05)。2组其他区域CA%的比较差异无统计学意义(P>0.05)。

表2 实验组与对照组区域触地面积比值的比较(%，x±s)

2组PTI的比较结果见表3。与对照组相比，实验组T1、T2～5、MF区域的PTI降低，而在M4、M5、LH区域升高。2组其他区域PTI的比较差异无统计学意义。正常人与典型患者足底可视化PTI图像见图2，图中红色部分为力量过载区域。

表3 实验组与对照组压强时间积分的比较(kPa·s，x±s)

图2 正常足底压力分布(左)与典型术后患者足底压力分布(右)示意图

3 讨论

成人创伤性足下垂的发病机制复杂，初次损伤的骨折类型多变，踝关节周围皮肤、软组织损伤，胫后肌群肌力减退造成的肌力不平衡等因素会增加治疗的难度[12-14]。针对发生畸形的程度以及跟腱短缩和肌肉力量等状况，有时会联合有限截骨、跟腱延长等对畸形进行矫形[15-20]。传统的踝关节融合术在当前临床治疗中仍然常用，尤其是伴有比较严重的创伤性关节炎的患者，行关节融合可有效地减轻疼痛症状，改善运动功能。但关节融合术创伤大，容易引起较多并发症，对患处局部皮肤软组织的要求较高[21-22]。近年来采用Ilizarov技术治疗足下垂畸形尤其是复杂、顽固的畸形取得了良好的疗效。Ilizarov技术有以下优势：(1)对关节缓慢牵拉，其矫正速度与局部软组织情况相适应，在治疗的过程中可以根据需要进行调整，部分跟腱短缩不严重的患者可能不必进行跟腱延长和软组织松解[6]；(2)对非僵硬性足下垂畸形患者，Ilizarov技术保留了关节结构，患者术后踝关节有一定活动度，对恢复下肢运动能力有重要意义[23]。

但采用Ilizarov技术治疗也有以下不足：(1)经治疗的足下垂畸形容易复发，通常为部分复发，引起复发的原因可能是戴架治疗时间过短、术后康复锻炼不足所致，但仍取得了良好的治疗效果，通过足够长时间的戴架治疗并达到“矫枉过正”的治疗效果一般可以避免[2]；(2)术后踝关节逐渐背伸，由于跖腱膜、拇长屈肌、趾长屈肌挛缩，容易造成锤状趾畸形，在治疗后期可能需要进行松解和延长。采用上述方法治疗的患者下肢运动功能均有所改善，但对于相关报道的足底胼胝、溃疡和疼痛目前尚没有足够的关注。

借助动态足底压力分析可以测量患者行进中的多项指标，其中PP、 CA和PTI是较为常用的足底压力参数[24-25]，也是本实验中分析患者足底压力异常分布的主要指标，有助于解释出现部分术后并发症的原因。本研究的实验对象其ICFSG评分均≤15分，表明其术后在影像学和功能评价方面均取得了较为满意的结果，但动态足底压力仍与对照组有明显差异。

与对照组相比，患足全部足趾(T1、T2～5)区域PP降低，同时CA减小，此区域存在明显的应力缺失，PTI的降低同样反映了这一现象，说明在整个步态周期中足趾对足底应力的分散可能没有起到足够的作用。没有被分散的力量在前足将会集中于跖骨头区域。

与此同时笔者还发现与对照组相比，M5区域PP升高，CA降低，PTI升高，M4区域的PP和PTI也有类似的差异。提示在M4、M5区域应力过载，这与上述足趾区域的发现和推断是一致的。患肢前足的压力分布出现了明显的异常，力量有向第四、五跖骨头转移和集中的趋势。

造成这一结果可能有以下原因：(1)在外架牵拉过程中，随着踝关节逐渐背伸，造成跖筋膜、拇长屈肌腱的紧张，容易使足趾屈曲畸形，影响关节活动度的同时导致足趾触地面积减小，前足的应力区域相对后移至第四、五跖骨头，同时增大了第四、五跖骨头的触地面积；(2)应力区域后移使原本足趾与跖骨头分散的压力集中在后者区域，造成PP和PTI增大。上述因素共同作用下导致M4、M5应力过载，在患足触地的过程中，前足外侧区域受力增大，面临磨损及损伤的机会也将增大。以上结果与临床上该类患者容易发生足底胼胝、溃疡的部位相吻合。在对此类患者进行术后疗效评估的过程中，这些区域应该被重点关注。

在本次研究中同时还发现与对照组相比，实验组LH区域的PP、CA和PTI均升高，MH区域的PP降低。结合上述M4、M5区域的发现，提示后足和前足一样有受力区域外移的趋势。分析其原因有可能是创伤性足下垂患者容易合并内翻畸形，或者轻度的内翻畸形没有得到矫正。踝关节内翻畸形的患者足底受力集中于外侧区域，由于触地面积的减小导致峰值压强显著升高，尤其是足跟离地后应力集中于前足外侧区域，导致相应区域受损的风险增大[26]。

对发生足底相关并发症风险升高的患者，可以考虑采用个体化定制足垫来分散这种应力集中的趋势[27]，这将有助于患者进行术后康复训练并降低相关并发症的风险。

本研究没有收集患者术前的足底压力数据，因而无法对手术的疗效进行评价。但是此类患者术前畸形往往已经比较严重，患肢运动功能已经受到严重影响，不满足进行测试的条件。另外这些患者术前和术后踝关节及足部的解剖结构已经已经发生明显的改变，极大地影响了局部的功能，因此手术前后足底压力参数的对比意义可能不大。

综上所述，创伤性足下垂患者接受Ilizarov外固定架治疗后，其患肢功能有明显改善，但术后足底压力分布异常：(1)与对照组相比，患足T1、T2-5区域PP、CA%和PTI均显著降低，应力缺失；(2)与对照组相比，患足M4、M5区域CA%、PTI均显著升高，M5区域PP升高，应力过载；(3)与对照组相比，患足LH区域PP、CA%、PTI升高，应力过载，患足整体有内翻、力线外移的趋势；(4)上述异常提示创伤性足下垂患者接受Ilizarov外固定架治疗后足底压力分布仍存在异常，对发现相关并发症及进行预防有重要意义。

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(本文编辑：甘辉亮)

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，第四军医大学西京医院骨科

R318.01

A

10.3969/j.issn.1009-0754.2017.03.026

2016-11-23)