矫形鞋垫应用于足部疾患人群的研究进展

胡 可 刘春龙(通信作者)

( 广州中医药大学, 广东 广州 510000 )

受遗传、疾病、环境等各方面因素影响,足部产生畸形、或受所患疾病影响导致的足部溃疡、感染等足部疾患人群并不罕见。 随着社会的不断进步发展,人们的健康意识逐渐上升,对生活水平的要求也随之升高,足部畸形和足部疾病也逐渐为人所重视,针对各类足部异常情况的功能矫形鞋垫应运而生[1]。 足部畸形及疾病多以扁平足、高弓足、内外翻足为主,还包括糖尿病引发的足部溃疡、先天下肢不等长以及跖骨痛等问题。 足部形态结构异常需要早发现,并及时进行干预、治疗、改善,否则会严重影响患者的正常行走能力以及足部和腿部的正常功能。进而会导致患者步行时姿势异常,这样明显的功能缺陷,极易对患者个人身体、心灵甚至包括患者的家庭造成负面影响[2]。 足部发生畸形或溃疡的患者往往出现站立、行走时平衡异常,有时还会伴随因过度受压而产生的疼痛,又或是下肢的活动受限问题。通常来说,为治疗或改善足部畸形、足部患病情况,可供选择的方式分为保守治疗和手术治疗2 种。 考虑到矫形鞋垫具有改善以上功能障碍、提高生存质量的优点,以及其日常性和放置位置能一定程度地避免或减少患者使用矫形器的心理障碍的特性。 对于抗拒手术并且可以采用保守治疗使病痛得到改善的患者,矫形鞋垫是相对简单、便捷、无创的治疗手段。 此外,从安全性、个性化角度考虑,临床上矫形鞋垫的应用也越来越广泛[3]。 本文对足部疾患人群采用矫形鞋垫进行治疗,对足部畸形的功能康复和平衡功能康复展开研究与前景展望,以其改善足部疾患人群的功能障碍、缓解足部畸形带来的疼痛、重新恢复其社会参与的能力,为足部疾患人群的功能康复提供一定的参考。 现综述如下。

1 矫形鞋垫概述

矫形鞋垫又称足矫形器,是根据人体足踝部的解剖学结构特点制定的、以恢复人体正常生物力学为目的的矫正辅助器具[4]。 矫形鞋垫利用生物力学原理或采用补高方式调整人体异常力线、改善下肢对线,也可以为溃疡、磨损或受压过度的足底部位的进行免荷处理。 此外,矫形鞋垫还具备提升足踝稳定性的功能,能够使足底压力面分布均匀,减弱运动过程对足部造成的冲击力,进而减轻疼痛、避免磨损,起到预防并发症再次恶化以及矫正足部异常结构的作用[5]。

2 矫形鞋垫的分类

矫形鞋垫是放入鞋内,以改善足部功能,预防、矫正足部畸形,促进康复效果提升的一种体外装置。矫形鞋垫是以足部的人体生物力学为基础,为达到恢复人体下肢正常力线目的,依照足部解剖学构造成特性制作的矫正辅助器具[6-7]。 矫形鞋垫按照不同的分类方式,可以被分为各种各样不同的类型。

2.1 按功能以及作用原理分类

矫形鞋垫按照其功能以及作用原理可以分为全接触式鞋垫(total contact insole,TCI)、功能性矫形鞋垫(functional foot orthosis,FFO)、感受刺激性鞋垫(sensorimotor stimulating insole,SSI)以及补高鞋垫(height-filled insole,HI)。 全接触式鞋垫:利用压力分散的全接触原理,使得足底受力均衡,避免了压力集中分布在足底的某一区域,也称为舒适型鞋垫(accommodative insole)。 可以减少麻风患者足底压力,预防足底溃疡[8]。 功能性矫形鞋垫:利用生物力学原理调整人体异常力线,引导肢体实现正常功能。感受刺激性鞋垫:为达到改善身体功能的目标,对神经传导通路中的传入性感受器进行体外刺激,以此来影响人体平衡。 补高鞋垫:采用长度补偿的方式,使足底负重均匀,改善下肢对线,预防骨盆倾斜、脊柱侧弯等并发症的进一步发展。

2.2 按照制作方式分类

矫形鞋垫按照其制造形式可以分为定制矫形鞋垫、定制-模制矫形鞋垫,以及预制矫形鞋垫。 预制矫形鞋垫:分为足跟垫、足弓垫、全足垫等3 种类型。定制-模制矫形鞋垫:是所有类型中个性化程度最高,也是能够最大程度满足足部疾患人群治疗需求的矫形鞋垫。 相应的,是价格最为贵的鞋垫,同时也在临床中更为常见[9]。 定制矫形鞋垫:通常用于治疗或预防与足部畸形相关的步态改变和生物力学变化,这些变化会导致足部负荷异常。 此时定制矫形鞋垫的目的是减少过度的足底压力、提供足部支撑稳定性、增加接触面积以提高舒适性[10]。

2.3 按照材料分类

制作矫形鞋垫的常用材料有乙烯醋酸乙烯酯(EVA)泡沫材料、热塑性塑料、金属、碳纤材料、皮革等。 硅胶、橡胶等兼具透气性、工艺性、耐用性的高分子材料也逐渐被应用于矫形鞋垫的制作。 按照制作矫形鞋垫时使用的材料,可以分为硬性鞋垫、半硬性鞋垫以及软性鞋垫3 种。 硬性鞋垫:主要由金属、聚丙烯聚乙烯材料制作而成,其耐用性强,对足部的支撑性更强。 半硬性鞋垫:通常为皮质、软木质或塑料化合物,具有硬性鞋垫以及软性鞋垫的优点。 软性鞋垫:一般由泡沫板材制成,较为舒适。

2.4 按照治疗的疾病分类

一些矫形鞋垫的名称与它们用于治疗特定疾病的名称联系在一起,例如:糖尿病足鞋垫、平足鞋垫等。

2.5 按照用途分类

可分为运动型鞋垫、病理型鞋垫、高跟鞋垫等。

3 典型足部疾病中的应用

3.1 扁平足

扁平足是一种足弓塌陷或消失为主要表现的足部疾患。 由扁平足为病因,引起的足踝部疼痛,通常伴随足部生理功能被限制或缺失的症状一般称为平足症[11]。 2 岁以内婴幼儿由于其足部内侧纵弓下存在一层脂肪垫,且足底的韧带较为松弛,所以处于平足状态。 但是此时的平足并不是病理性的,无需干预或治疗,临床上将这种平足状态称为生理性平足。婴幼儿年龄增长的过程中,其足骨、肌肉以及足部韧带均在生长发育。 足弓的形成依靠足底韧带、肌肉以及包膜结构的支撑,所以生理性平足可以在身体生长发育的同时消失,并在足部形成正常的足弓,一般情况下,若是儿童成长到10 岁还未形成正常足弓,将被视为病理性平足[12-13]。 扁平足常表现为内侧纵弓塌陷、距骨关节外展以及距下关节外翻[14],这些足部结构异常均有可能引起负重状态下的足部局部应力上升[15]。 不同的扁平足患者在足部异常结构上仍然存在着个体差异,并且会因为患病程度不同而需要被分类讨论。 于是临床治疗时,外科医生在选择恰当的手术方案时往往会面临多方面因素造成的困难[16]。 病情允许在保守治疗与手术治疗之间选择的情况下,相比于手术治疗,考虑到非手术治疗的无创、安全性以及花费低的优势,大多数患者会选择使用足矫形器进行保守治疗[17]。 廖苏[18]通过各系统准确收集采样参与者的步态特征后发现,矫形鞋垫具备改善扁平足步态特征的能力,若能实现长期穿戴还可以起到锻炼跖屈能力、提高外侧纵弓支撑性、降低踝关节外翻水平的作用。 杨宗宇[19]等研究后发现利用3D 打印技术制作出的矫形鞋垫再结合足部肌群训练,患者的足弓高度以及足部功能可以得到显著的改善,并且总体的优良率可以达到93.3 % ,比较好方向矫形鞋垫非常适合被可塑性平足困扰的疾患人群,此矫形鞋垫值得在临床治疗中进行推广。 翟俊娜[20]等认为矫形鞋垫利用抬高使用者低平的足弓的方法,可以实现将患者足骨部位排列的异常结构还原成人体足骨正常结构的目的[21]。 陈莉[22]等研究后得出结论,为了矫正扁平足,为了缓解步行、运动时候的疼痛和不适感,平足患者在选择矫形鞋垫时,应当选用可以同时满足以下条件的鞋垫:鞋垫弹力适中;鞋垫的形状符合人体功能学;使用鞋垫的过程舒适。 同时,研究提出正确地使用足弓垫能够通过改变患者与地面接触时足底受力分布情况来改变患者下肢的生物力线分布。 进而避免足部受压不均匀,减轻足底痛感。 由此得出结论,矫形鞋垫具备纠正足骨结构形态的功能,可以对足底压力重新进行均匀分布,进一步医治因为足底受压不均衡导致的一系列影响患者日常生活的并发症。

3.2 高弓足

将足纵弓的畸形增高视为关键特征的足部异常结构称为高弓足。 其典型症状为足纵弓异常增高,足长度变短,行走困难并且足部疼痛。 高弓足患者常伴有其他骨或软组织结构异常,例如足内收畸形、跟骨内收畸形、内翻畸形、马蹄足[23]、足趾屈曲畸形、中足的跖屈畸形、等,会使得患者足部极易疲劳,不能持续长时间走动,还会造成足部疼痛。 高弓足在全掌触地阶段用时少,前掌触地阶段用时增多,患者的足部运动策略与正常人群有所不同,这导致了患者容易在运动过程中产生损伤的状况[24]。 导致高弓足的原因较为复杂,目前研究发现,患有高弓足的主要原因包含先天性发病,神经系统疾患(脊髓栓系综合征、脊髓空洞等)以及外伤。 高弓足具有多种分类方式,按照高弓足的异常形态产生位置一般分为前足高弓、中足高弓、后足高弓或者复合高弓畸形。 按照高弓足的病因分类可以分为先天性、创伤性、特发性、获得性。 按照高弓足的异常僵硬水平能够分为柔韧性高弓足和僵硬性高弓足。 依照足部异常的部位区别以及足部畸形僵硬水平的不同可以被选择的临床治疗方式会不一样,目前对于高弓足的治疗尚无统一标准[25]。 楚鹏飞[26]等认为根据人体足底几何形状和压力测量的结果,设计的具有分区域梯度硬度的定制化矫形鞋垫具备使得高弓足在前足和后足接触压力均匀化的功能。 将其与普通平板鞋垫对比,发现所设计的全接触鞋垫可以使高弓足患者在静态站立时的峰值压力降低41.1%。 利用增材制造技术制作具备独特多孔构造的定制款鞋垫,这样经过优化的全接触式鞋垫能够一定程度上降低步行时的足底峰值压力,经测量得足底部的最高值压力会跟着时间积分下降18.43 %。 罗向东[27]等采用鞋垫式足底压力仪进行研究发现,当矫形鞋垫的前掌、腰窝和后跟位置的厚度发生变化时,高弓足患者在步行状态下的足底压力也会随之发生变化。 进而使得高弓足群体在正常活动时产生的后跟处压力缓解,提高患者日常生活的舒适度。 同时,杨劼[28]等研究后表示,也有学者提出保守治疗对于高弓足,特别是病情严重的高弓足无效。 对于各类高弓足的治疗方法以及治疗效果的研究,值得限制条件后再次分类探讨。

3.3 糖尿病足

糖尿病足(diabetic foot,DF)是糖尿病患者受周围神经病变及双下肢动脉供血不足的影响,足部神经、血管发生病理性改变,导致足部局部感觉异常、缺血,此时足部易发生皮肤溃疡。 而糖尿病足溃疡是糖尿病严重的并发症之一,极易致残。 糖尿病足溃疡的终身患病率达19% -34%,其愈合再次溃疡的复发率达到40 %。 糖尿病足溃疡的患者5 年死亡风险是没有足溃疡的糖尿病患者的2.5 倍之大。研究还提出,糖尿病足溃疡患者截肢手术后5 年死亡率高达70 %[29]。 如果出现治疗延误,病情严重者会影响肌肉、骨骼,最终造成足部的组织坏死或截肢,那么将对患者的生活质量以及患者的整个家庭造成严重影响[30-31]。 在治疗糖尿病足时一般选用改善足部受压情况,充分而彻底地进行清创,遵医嘱进行换药,做好防止感染的治疗工作,以及持续的控制患者血糖情况等综合治疗方式[32-34]。 汤合杰[35]等研究表明,糖尿病足患者使用的矫形鞋垫可以同时满足多项条件。 其中包括使压力在足底均匀分布,防止足部溃疡区域的载荷过重以及压力过大等条件,并且起到合脚舒适、能够纠正错误步态、减缓地面冲击力等作用。 张永镇[36]等通过荟萃分析得出结论为矫形鞋垫具有降低足底峰值压强作用。 在改善足底压力分布方面,将矫形鞋垫在不同部位的使用纳入考虑后,再挑选符合条件的结构和材料,鞋垫足弓、跖骨、足跟和全足较平坦式鞋垫组对糖尿病足康复产生良好影响具有统计学意义(P＜0.05)。研究证实,矫形鞋垫对减小糖尿病足足底压力有不错成效。 矫形鞋垫不仅可以预防足部溃疡恶化,并且干预效果较好。 贾川[37]提出虽然矫形鞋垫无法在短时间内有效地矫正步态,但确实可以显著地纠正患者异常的生物力学表现。 并且定制的矫形鞋垫对于分散应力、恢复足轴角度起作用,进而对糖尿病足患者缓解疼痛、恢复功能有一定的治疗效果。 陈薇薇[38]等研究后表示,3D 打印技术中改变填充率从而更改密度的方式,能被用来调整鞋垫的软硬度及提升舒适度。 可以有针对性地降低足底高压区域的受力, 从而做到依据患者身体情况量身打造最合适的矫形鞋垫。 采取3D 打印技术定制鞋垫的方法时,能够利用改良版的高分子聚丙烯同步实现维持稳定以及确保足弓弹性的功能, 再利用poron 泡棉材料实现减缓地面冲击力的功能,能减轻患者足部磨损,减少发生足溃疡的可能性。 通过矫形鞋垫的治疗可以使糖尿病足溃疡发生率减小,并且提高糖尿病足治疗的成功率,进而避免患者需要通过截肢手段进行治疗。 利用矫形鞋垫治疗糖尿病足简单方便,患者的顺应性佳,疗效好。 对比其他花费大量精力、财力的治疗方式,矫形鞋垫更为经济而便捷,值得推广。

3.4 下肢不等长

下肢不等长(leg length discrepancy,LLD)是骨科以及康复领域中不算罕见的疾病,形成原因一般为受外力引起、人体生长或发育时的异常以及其他骨性疾病[39-40]。 日常生活中的不良习惯导致双足压力不匀后,也有概率出现双下肢不等长。 此外,王庆雷[41]认为若下肢不等长无法得到及时矫正,还可能导致脊柱应力分布异常、腰腿痛等问题。 马济民[42]等表明双下肢不等长可能会带来髋部痛、步态障碍、关节不稳定和其他不适[43-44]。 除了以上对患者生理上造成的负担,双下肢不等长患者在社会生活与交往中更容易产生沉重的心理压力。 邓迁[45]等研究得出结论,拓扑优化后的3D 打印矫形鞋垫可以发挥增强下肢运动节律协调性、降低地面对足部的冲击、舒缓足部疼痛以及加强足部功能的作用。 王向前[40]等认为下肢不等长患者使用3D 打印矫形鞋垫能够提高其下肢功能,并使患者能够更好地参与进社会生活中。 矫形鞋垫放于鞋内使用的特点赋予它隐蔽性的优势,可以助力患者在回归社会时减轻心理压力。 史媛媛[46]等提出下肢不等长的儿童可以利用增高鞋垫改善步态,增强运动稳定性。 若采用矫形鞋垫或者矫形鞋垫结合矫形鞋的方式对患者进行保守治疗,不仅可以便于患者出行、工作等日常活动,还会使患者的自信心得到一定水平的提升。

4 矫形鞋垫制作中常见的技术手段

临床上常使用的定制型矫形鞋垫一般分为2 个大类,分别为传统手工制作和新兴的高科技技术。传统手工制作通常按照取模方式再分为2 种-泡沫取模和石膏取模。 传统手工制作的弊端是制作使用的矫形鞋垫具备的临床疗效会极度地考验矫形师的“手感”、工艺水准以及相应的临床经验。 在科技水平迅速发展的今天,各式各样的计算机软件、高级的医疗设施和增材制造技术等进步发展、更新换代,根据患者情况与需求设计、定制矫形鞋垫的过程更加倾向于数字化和精确化[47]。 增材制造技术是快速成型技术的一种,又称3D 打印技术,是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等黏合材料,通过逐层打印的方式来构造实体的技术[48]。 张成[49]等指出矫形康复领域采用3D 打印技术能进行个性化、精准化、高效化治疗。 高斌[50]等研究后提出数字化三维重建技术和快速成型技术在临床上的结合使用,可以通过患者足部CT 扫描得到的数据,在计算机内重新构建成为数字化的立体模型并以此来精确且直接地反映患者的足部结构特征。 利用以上技术精准直观地研究患处的立体形态以及畸形结构,可以为矫形师制作矫形鞋垫时提供巨大的帮助。对制造出来的足部模型进行模拟设计和分析,也可以很大程度的保证后续制造矫形鞋垫的准确性。

5 总结与展望

根据相关研究,矫形鞋垫的确可以通过改变其各组成部位的结构与设计,改善患者下肢对线、生物学力线、提高患者足部以及腿部功能,达到预防及治疗足部疾患的作用。 多项研究证实,正确地使用矫形鞋垫对足部疾患人群有益,并且对于改良步态、使足部压力均衡方面有显著效果,是值得尝试的保守治疗方式。 随着科技水平的不断发展,矫形鞋垫的制作方法也变得便捷、精准、高效。 确保矫形鞋垫疗效以及安全性的前提下,技术创新也非常重要[1]。3D 打印技术虽然更为频繁地应用在了康复辅具领域,但由于其材料选择的局限性,对于操作人员知识面的高要求,以及普遍收费高于手工制作的情况,临床治疗上依旧还是手工制作的定制矫形鞋垫居多。未来若是能够克服材料的选择、操作人员的技术要求以及造价问题,各部门、各相关领域专业人士合作,探索具有不同功能的适合各类足部疾患人群的矫形鞋垫打印材料,矫形鞋垫在临床上的应用和疗效将会持续大幅度提升[51]。