創(chuàng)傷性足下垂畸形進(jìn)行Ilizarov外固定架治療后的足底壓力分析

徐 劍，孟國(guó)林，程建崗，徐 超，趙 飛，袁 志

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·臨床醫(yī)學(xué)· ·論著·

創(chuàng)傷性足下垂畸形進(jìn)行Ilizarov外固定架治療后的足底壓力分析

徐 劍，孟國(guó)林，程建崗，徐 超，趙 飛，袁 志

目的 研究創(chuàng)傷性足下垂患者進(jìn)行Ilizarov外固定架治療后的足底壓力分布情況，為患者的手術(shù)治療和康復(fù)提供有參考價(jià)值的生物力學(xué)結(jié)果。方法 選取30名接受Ilizarov外固定架治療的創(chuàng)傷性足下垂成人患者作為實(shí)驗(yàn)組，同時(shí)以30名同年齡健康人作為對(duì)照組，通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組足底各分區(qū)的峰值壓強(qiáng)(peak pressure, PP)，觸地面積(contact area, CA)和壓強(qiáng)-時(shí)間積分(pressure-time integral，PTI)等指標(biāo)評(píng)估行走狀態(tài)下術(shù)后患者的足底壓力變化情況。結(jié)果 與對(duì)照組相比，患足在足趾區(qū)域的PP，CA和PTI降低，在第五跖骨頭、足跟外側(cè)區(qū)域的PP，CA和PTI升高。結(jié)論 創(chuàng)傷性足下垂畸形患者進(jìn)行Ilizarov外固定架治療術(shù)后的足底壓力尚未恢復(fù)正常，前足外側(cè)區(qū)域有應(yīng)力過(guò)載風(fēng)險(xiǎn)，臨床中還需長(zhǎng)時(shí)間的康復(fù)治療來(lái)恢復(fù)正常的足底壓力分布。

足畸形；足下垂；Ilizarov技術(shù)；足底壓力；步態(tài)分析

足下垂是下肢常見(jiàn)畸形，表現(xiàn)為踝關(guān)節(jié)僵直、背屈受限等。由踝關(guān)節(jié)周?chē)钦鄣葥p傷性因素引起的足下垂畸形，其發(fā)病機(jī)理非常復(fù)雜，骨骼、關(guān)節(jié)和軟組織等多方面因素會(huì)對(duì)疾病進(jìn)展產(chǎn)生重要影響。嚴(yán)重的足下垂畸形往往需要手術(shù)干預(yù)，臨床常見(jiàn)的治療方法包括踝關(guān)節(jié)融合、跟腱延長(zhǎng)、Ilizarov外固定架牽拉等，有時(shí)還需要根據(jù)畸形的程度進(jìn)行有限截骨[1-2]。針對(duì)病程較長(zhǎng)、復(fù)雜和頑固的畸形，目前傾向應(yīng)用Ilizarov技術(shù)進(jìn)行治療。針對(duì)畸形的嚴(yán)重程度和類(lèi)型，有不同學(xué)者先后設(shè)計(jì)出了多種構(gòu)型的矯形支架，但都遵循矯形的基本原則：成角旋轉(zhuǎn)中心(center of rotation of angulation，CORA)和矯正軸原則[3]，常見(jiàn)的外固定架包括脛骨和足部2個(gè)固定器，二者以鉸鏈相連，鉸鏈的旋轉(zhuǎn)中心與畸形的CORA重合。2個(gè)固定器之間安裝有可以調(diào)整長(zhǎng)度的螺紋桿，術(shù)后根據(jù)軟組織的耐受程度調(diào)整螺紋桿的長(zhǎng)度，對(duì)畸形進(jìn)行緩慢的牽拉，并在治療的后期逐漸負(fù)重行走[4]。外固定架牽拉矯形在臨床治療中取得了良好的療效，患者術(shù)后踝關(guān)節(jié)至少可達(dá)到中立位，部分患者術(shù)后踝關(guān)節(jié)有一定活動(dòng)度，最大限度的保留了足踝部的結(jié)構(gòu)和功能，步態(tài)可恢復(fù)正?；蚪普4-5]。但也有學(xué)者報(bào)道經(jīng)過(guò)治療的患者遠(yuǎn)期可能出現(xiàn)足底胼胝、疼痛、潰瘍等癥狀[6-7]，嚴(yán)重影響患者的正常步態(tài)和生活質(zhì)量。

目前臨床上對(duì)于llizarov外固定架的治療效果，尚未有統(tǒng)一的評(píng)價(jià)“金標(biāo)準(zhǔn)”，常用的評(píng)價(jià)系統(tǒng)包括國(guó)際馬蹄足畸形研究學(xué)組(ICFSG)評(píng)分、Laaveg-Ponseti評(píng)分、Lehman評(píng)分、美國(guó)足踝外科學(xué)會(huì)(American Orthopedic Foot Ankle Society，AOFAS)后足評(píng)分等[3，8]。例如，ICFSG評(píng)分系統(tǒng)從患肢外觀、功能以及影像學(xué)表現(xiàn)三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，三個(gè)部分分?jǐn)?shù)分別是12分、36分、12分，相加得到的總分被分為優(yōu)(≤5分)、良(6～15分)、中(16～30分)、差(31～60分)，這一評(píng)分可以較為全面而均衡的對(duì)患者術(shù)后情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

足底壓力分析是一種生物力學(xué)研究方法，作為一種無(wú)創(chuàng)、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)的檢查手段已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于術(shù)后療效評(píng)估，個(gè)體化定制矯形鞋墊的制作，運(yùn)動(dòng)損傷危險(xiǎn)因素的探究與預(yù)防等研究領(lǐng)域[9-10]。能夠提供全足各亞區(qū)域運(yùn)動(dòng)負(fù)載的客觀信息，有助于臨床醫(yī)生更好地評(píng)估術(shù)后患者的運(yùn)動(dòng)功能，從而更加科學(xué)謹(jǐn)慎地制定術(shù)后康復(fù)方案。查閱文獻(xiàn)后我們發(fā)現(xiàn)，目前尚無(wú)針對(duì)llizarov外固定架治療術(shù)后患者足底壓力分布的相關(guān)研究。

本試驗(yàn)旨在研究llizarov外固定架治療后的創(chuàng)傷性足下垂患者的足底壓力分布特征，發(fā)現(xiàn)術(shù)后殘留的異常壓力分布，找到足部疼痛和損傷發(fā)生的高危區(qū)域，幫助分析患者遠(yuǎn)期足底疼痛、潰瘍以及步態(tài)異常的原因，為患者術(shù)后的康復(fù)提供有參考價(jià)值的生物力學(xué)信息。筆者對(duì)2010年1月至2016年1月的30例經(jīng)llizarov外固定架治療治療的創(chuàng)傷性足下垂患者進(jìn)行了術(shù)后隨訪，采用Footscan足底壓力測(cè)試系統(tǒng)(RSscanInternational，比利時(shí))測(cè)量動(dòng)態(tài)足底壓力并進(jìn)行分析，報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 實(shí)驗(yàn)組男25例，女5例，年齡(31.76±9.04)歲。進(jìn)行足底壓力測(cè)試時(shí)為術(shù)后(30.2±20.1)個(gè)月。實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組在年齡、體質(zhì)量、身高、體質(zhì)量指數(shù)(BMI)等方面差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

在步態(tài)測(cè)試前，按照ICFSG評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)所有受試對(duì)象外固定架的治療效果進(jìn)行評(píng)分。在ICFSG量表中，對(duì)每一項(xiàng)分別評(píng)分，最終計(jì)算總分，分值越高說(shuō)明療效越差。

1.2 納入標(biāo)準(zhǔn) 實(shí)驗(yàn)組為術(shù)前診斷為創(chuàng)傷性足下垂的患者。納入標(biāo)準(zhǔn)為：(1)年齡>18周歲；(2)僅單側(cè)下肢患??；(3)行Ilizarov外固定架治療且術(shù)后>6月；(4)已經(jīng)能夠完全負(fù)重行走>3月；(5)術(shù)后患肢踝關(guān)節(jié)按照ICFSG評(píng)分評(píng)價(jià)為優(yōu)或良(≤15分)；(5)無(wú)下肢神經(jīng)損傷，無(wú)髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)疾病，無(wú)結(jié)締組織疾病或退行性關(guān)節(jié)炎；(7)除Ilizarov外固定架外無(wú)其他手術(shù)史。同時(shí)選取同年齡健康成人30名作為對(duì)照組，對(duì)照組在性別、年齡、BMI上與實(shí)驗(yàn)組嚴(yán)格按照1∶1配比。本研究得到了第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)，所有受試對(duì)象在參與前均閱讀并簽署了知情同意書(shū)。

1.3 測(cè)量方法 使用Footscan足底壓力測(cè)試系統(tǒng)(RSscanInternational，比利時(shí)，2 m×0.4 m×0.02 m，采集頻率125 Hz)采集受試者的足底壓力動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，測(cè)試系統(tǒng)被放置在地面平整的實(shí)驗(yàn)室中，測(cè)試平板的兩端分別拼接兩段與平板寬度和高度相同、長(zhǎng)度為1 m的硬墊，組成一套長(zhǎng)度為4 m的完整測(cè)試平臺(tái)，其上覆蓋塑料薄膜達(dá)到“隱蔽”的目的，避免對(duì)患者造成心理暗示作用[11]。受試者除去鞋襪以自我感覺(jué)舒適的步頻和步速行走，收集受試者5次完整時(shí)相的足底壓力數(shù)據(jù)并取平均值，使用Scientific Footscan軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。足底區(qū)域被劃分為拇趾(T1)、第2～5趾(T2-5)、第1～5跖骨區(qū)(M1～M5)、足中部(MF)、足跟內(nèi)側(cè)區(qū)(MH)及足跟外側(cè)區(qū)(LH)10個(gè)區(qū)域，這些區(qū)域?qū)⒈卉浖詣?dòng)區(qū)分并分別采集參數(shù)(見(jiàn)圖1)。測(cè)量的參數(shù)包括：(1)足底各分區(qū)的峰值壓強(qiáng)(peak pressure, PP)；(2)足底各分區(qū)的觸地面積(contact area, CA)，CA以各區(qū)域在足底總面積中的占比(CA%)表示；(3)足底各分區(qū)壓強(qiáng)-時(shí)間積分(pressure-time integral，PTI)。

圖1 足底10個(gè)分區(qū)示意圖

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件分析。數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)表示，計(jì)算實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組相應(yīng)參數(shù)差值，繪制Q-Q圖并進(jìn)行Shapiro-Wilk檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)符合正態(tài)分布，故實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組在PP、CA%、PTI等指標(biāo)上的差異采用配對(duì)t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

實(shí)驗(yàn)組ICFSG評(píng)分6～15分，形態(tài)學(xué)評(píng)分(1.93±0.69)分，功能評(píng)分(6.47±2.85)分，影像學(xué)評(píng)分(2.87±1.76)分，平均(11.27±2.61)分，均為“良好”。提示實(shí)驗(yàn)組對(duì)象在經(jīng)過(guò)治療后，均取得了較為滿(mǎn)意的治療效果，ICFSG評(píng)分達(dá)到良好以上(≤15分)。

但在步態(tài)分析方面，結(jié)果顯示患者術(shù)后的足底壓力參數(shù)仍存在異常。與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組在T1、T2～5、M1、MH區(qū)域的PP降低，M5、LH區(qū)域的PP升高。2組其他區(qū)域PP的比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組足底峰值壓強(qiáng)的比較(kPa，x±s)

注：PP為峰值壓強(qiáng)

2組CA%的比較結(jié)果見(jiàn)表2。實(shí)驗(yàn)組T1、T2-5區(qū)域的CA%較對(duì)照組減小，而在M4、M5、LH區(qū)域大于對(duì)照組(P<0.05)。2組其他區(qū)域CA%的比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

表2 實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組區(qū)域觸地面積比值的比較(%，x±s)

2組PTI的比較結(jié)果見(jiàn)表3。與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組T1、T2～5、MF區(qū)域的PTI降低，而在M4、M5、LH區(qū)域升高。2組其他區(qū)域PTI的比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。正常人與典型患者足底可視化PTI圖像見(jiàn)圖2，圖中紅色部分為力量過(guò)載區(qū)域。

表3 實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組壓強(qiáng)時(shí)間積分的比較(kPa·s，x±s)

圖2 正常足底壓力分布(左)與典型術(shù)后患者足底壓力分布(右)示意圖

3 討論

成人創(chuàng)傷性足下垂的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，初次損傷的骨折類(lèi)型多變，踝關(guān)節(jié)周?chē)つw、軟組織損傷，脛后肌群肌力減退造成的肌力不平衡等因素會(huì)增加治療的難度[12-14]。針對(duì)發(fā)生畸形的程度以及跟腱短縮和肌肉力量等狀況，有時(shí)會(huì)聯(lián)合有限截骨、跟腱延長(zhǎng)等對(duì)畸形進(jìn)行矯形[15-20]。傳統(tǒng)的踝關(guān)節(jié)融合術(shù)在當(dāng)前臨床治療中仍然常用，尤其是伴有比較嚴(yán)重的創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎的患者，行關(guān)節(jié)融合可有效地減輕疼痛癥狀，改善運(yùn)動(dòng)功能。但關(guān)節(jié)融合術(shù)創(chuàng)傷大，容易引起較多并發(fā)癥，對(duì)患處局部皮膚軟組織的要求較高[21-22]。近年來(lái)采用Ilizarov技術(shù)治療足下垂畸形尤其是復(fù)雜、頑固的畸形取得了良好的療效。Ilizarov技術(shù)有以下優(yōu)勢(shì)：(1)對(duì)關(guān)節(jié)緩慢牽拉，其矯正速度與局部軟組織情況相適應(yīng)，在治療的過(guò)程中可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，部分跟腱短縮不嚴(yán)重的患者可能不必進(jìn)行跟腱延長(zhǎng)和軟組織松解[6]；(2)對(duì)非僵硬性足下垂畸形患者，Ilizarov技術(shù)保留了關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，患者術(shù)后踝關(guān)節(jié)有一定活動(dòng)度，對(duì)恢復(fù)下肢運(yùn)動(dòng)能力有重要意義[23]。

但采用Ilizarov技術(shù)治療也有以下不足：(1)經(jīng)治療的足下垂畸形容易復(fù)發(fā)，通常為部分復(fù)發(fā)，引起復(fù)發(fā)的原因可能是戴架治療時(shí)間過(guò)短、術(shù)后康復(fù)鍛煉不足所致，但仍取得了良好的治療效果，通過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間的戴架治療并達(dá)到“矯枉過(guò)正”的治療效果一般可以避免[2]；(2)術(shù)后踝關(guān)節(jié)逐漸背伸，由于跖腱膜、拇長(zhǎng)屈肌、趾長(zhǎng)屈肌攣縮，容易造成錘狀趾畸形，在治療后期可能需要進(jìn)行松解和延長(zhǎng)。采用上述方法治療的患者下肢運(yùn)動(dòng)功能均有所改善，但對(duì)于相關(guān)報(bào)道的足底胼胝、潰瘍和疼痛目前尚沒(méi)有足夠的關(guān)注。

借助動(dòng)態(tài)足底壓力分析可以測(cè)量患者行進(jìn)中的多項(xiàng)指標(biāo)，其中PP、 CA和PTI是較為常用的足底壓力參數(shù)[24-25]，也是本實(shí)驗(yàn)中分析患者足底壓力異常分布的主要指標(biāo)，有助于解釋出現(xiàn)部分術(shù)后并發(fā)癥的原因。本研究的實(shí)驗(yàn)對(duì)象其ICFSG評(píng)分均≤15分，表明其術(shù)后在影像學(xué)和功能評(píng)價(jià)方面均取得了較為滿(mǎn)意的結(jié)果，但動(dòng)態(tài)足底壓力仍與對(duì)照組有明顯差異。

與對(duì)照組相比，患足全部足趾(T1、T2～5)區(qū)域PP降低，同時(shí)CA減小，此區(qū)域存在明顯的應(yīng)力缺失，PTI的降低同樣反映了這一現(xiàn)象，說(shuō)明在整個(gè)步態(tài)周期中足趾對(duì)足底應(yīng)力的分散可能沒(méi)有起到足夠的作用。沒(méi)有被分散的力量在前足將會(huì)集中于跖骨頭區(qū)域。

與此同時(shí)筆者還發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，M5區(qū)域PP升高，CA降低，PTI升高，M4區(qū)域的PP和PTI也有類(lèi)似的差異。提示在M4、M5區(qū)域應(yīng)力過(guò)載，這與上述足趾區(qū)域的發(fā)現(xiàn)和推斷是一致的?；贾白愕膲毫Ψ植汲霈F(xiàn)了明顯的異常，力量有向第四、五跖骨頭轉(zhuǎn)移和集中的趨勢(shì)。

造成這一結(jié)果可能有以下原因：(1)在外架牽拉過(guò)程中，隨著踝關(guān)節(jié)逐漸背伸，造成跖筋膜、拇長(zhǎng)屈肌腱的緊張，容易使足趾屈曲畸形，影響關(guān)節(jié)活動(dòng)度的同時(shí)導(dǎo)致足趾觸地面積減小，前足的應(yīng)力區(qū)域相對(duì)后移至第四、五跖骨頭，同時(shí)增大了第四、五跖骨頭的觸地面積；(2)應(yīng)力區(qū)域后移使原本足趾與跖骨頭分散的壓力集中在后者區(qū)域，造成PP和PTI增大。上述因素共同作用下導(dǎo)致M4、M5應(yīng)力過(guò)載，在患足觸地的過(guò)程中，前足外側(cè)區(qū)域受力增大，面臨磨損及損傷的機(jī)會(huì)也將增大。以上結(jié)果與臨床上該類(lèi)患者容易發(fā)生足底胼胝、潰瘍的部位相吻合。在對(duì)此類(lèi)患者進(jìn)行術(shù)后療效評(píng)估的過(guò)程中，這些區(qū)域應(yīng)該被重點(diǎn)關(guān)注。

在本次研究中同時(shí)還發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組LH區(qū)域的PP、CA和PTI均升高，MH區(qū)域的PP降低。結(jié)合上述M4、M5區(qū)域的發(fā)現(xiàn)，提示后足和前足一樣有受力區(qū)域外移的趨勢(shì)。分析其原因有可能是創(chuàng)傷性足下垂患者容易合并內(nèi)翻畸形，或者輕度的內(nèi)翻畸形沒(méi)有得到矯正。踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻畸形的患者足底受力集中于外側(cè)區(qū)域，由于觸地面積的減小導(dǎo)致峰值壓強(qiáng)顯著升高，尤其是足跟離地后應(yīng)力集中于前足外側(cè)區(qū)域，導(dǎo)致相應(yīng)區(qū)域受損的風(fēng)險(xiǎn)增大[26]。

對(duì)發(fā)生足底相關(guān)并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)升高的患者，可以考慮采用個(gè)體化定制足墊來(lái)分散這種應(yīng)力集中的趨勢(shì)[27]，這將有助于患者進(jìn)行術(shù)后康復(fù)訓(xùn)練并降低相關(guān)并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)。

本研究沒(méi)有收集患者術(shù)前的足底壓力數(shù)據(jù)，因而無(wú)法對(duì)手術(shù)的療效進(jìn)行評(píng)價(jià)。但是此類(lèi)患者術(shù)前畸形往往已經(jīng)比較嚴(yán)重，患肢運(yùn)動(dòng)功能已經(jīng)受到嚴(yán)重影響，不滿(mǎn)足進(jìn)行測(cè)試的條件。另外這些患者術(shù)前和術(shù)后踝關(guān)節(jié)及足部的解剖結(jié)構(gòu)已經(jīng)已經(jīng)發(fā)生明顯的改變，極大地影響了局部的功能，因此手術(shù)前后足底壓力參數(shù)的對(duì)比意義可能不大。

綜上所述，創(chuàng)傷性足下垂患者接受Ilizarov外固定架治療后，其患肢功能有明顯改善，但術(shù)后足底壓力分布異常：(1)與對(duì)照組相比，患足T1、T2-5區(qū)域PP、CA%和PTI均顯著降低，應(yīng)力缺失；(2)與對(duì)照組相比，患足M4、M5區(qū)域CA%、PTI均顯著升高，M5區(qū)域PP升高，應(yīng)力過(guò)載；(3)與對(duì)照組相比，患足LH區(qū)域PP、CA%、PTI升高，應(yīng)力過(guò)載，患足整體有內(nèi)翻、力線外移的趨勢(shì)；(4)上述異常提示創(chuàng)傷性足下垂患者接受Ilizarov外固定架治療后足底壓力分布仍存在異常，對(duì)發(fā)現(xiàn)相關(guān)并發(fā)癥及進(jìn)行預(yù)防有重要意義。

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(本文編輯：甘輝亮)

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，第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院骨科

R318.01

A

10.3969/j.issn.1009-0754.2017.03.026

2016-11-23)