矫正鞋(矫形鞋)在儿童足踝问题中的临床应用-博士学位论文-乐康步足踝矫形中心.pdf

中图分类号 中图分类号 R318 论 文 编 号论 文 编 号 10006BY1010115 博 士 学 位 论 文 儿童足踝畸形矫形器矫治的儿童足踝畸形矫形器矫治的 生物力学研究生物力学研究 作 者 姓 名 陈 薇 学 科 专 业 生物医学工程 指 导 教 师 张 明 樊 瑜 波 教 授 培 养 院 系 生物与医学工程学院 Biomechanical study on orthoses correction in children s foot and ankle deformities A Dissertation Submitted for the Degree of Doctor of Philosophy Candidate Chen Wei Supervisor Prof Zhang Ming Prof Fan Yubo School of Biological Science and Medical Engineering Beihang University Beijing China 中图分类号 中图分类号 R318 论 文 编 号论 文 编 号 10006BY1010115 博 士 学 位 论 文 儿童足踝畸形矫形器矫治的生物力学研究 作者姓名 陈薇 申请学位级别 工学博士 指导教师 张明 樊瑜波 职 称 教授 学科专业 生物医学工程 研究方向 生物力学 学习时间自 2010 年 9 月 9 日 起至 2015 年 12 月 14 日止 论文提交日期 年 月 日 论文答辩日期 年 月 日 学位授予单位 北京航空航天大学 学位授予日期 年 月 日 摘摘 要要 足踝部畸形是指足踝部结构或者形态的异常 根据足踝部畸形所在的平面进 行划分 在矢状面可以分为尖足和跟足畸形 在冠状面分为内翻和外翻畸形 在 水平面还分为内收和外展畸形 从三平面综合来看 还可以分为内旋和外旋畸形 在儿童期对足部畸形进行以生物力学为手段的矫正治疗 有效矫正和控制畸形发 展 对改善患儿步态 提高生活质量具有重要的意义 尖足畸形 外翻畸形和内收畸形分别是三种不同平面内典型的足踝部畸形 本研究对这三种畸形采用生物力学评价方式 用矫形器矫治为手段 开展儿童足 踝矫正治疗工作并进行长期的效果评估 尖足是脑瘫儿童最常见的足踝部畸形之一 被动的牵引治疗是矫正尖足畸形 的最主要的方法 使用踝足矫形器 ankle foot orthoses AFO 矫正尖足畸形是 最常见的矫治方式 但是 有研究指出 对 AFO 矫正尖足的长期效果是不明确 的 这或许是由于 AFO 仅保持踝关节处于中立位 缺少对小腿三头肌和跟腱的 有效牵引 并且 对尖足畸形矫正效果也缺乏定量化的长期的效果评估 因此 本研究在现有的 AFO 基础上 提出了一种改进的牵引式矫形鞋 选择了 88 名儿 童作为受试者 用生物力学评价方式对这种新的牵引矫形方式和原有的 AFO 矫 形方式进行长期的治疗效果评价 其中 28 名脑瘫儿童使用新的牵引矫形方式 30 名脑瘫儿童使用 AFO 矫形方式 30 名正常儿童作为对照组 随访时间为 12 个月 每 6 个月复查一次 并采用足跟与前足的峰值压力比作为评价指标 研究 结果表明 使用新的牵引矫形鞋具有显著的长期效果 可以为临床脑瘫儿童尖足 畸形矫正提供新的思路 足外翻畸形也是脑瘫儿童最常见的冠状面足部畸形之一 本文提出了区别于 评价足外翻的足底压力指标和几何测量指标外的一个新指标 距下关节表观 刚度 并希望能将这个指标用于衡量足外翻的程度等级 我们深入分析了足外翻 矫正过程中的特点以及规律 并设计了用于足表观刚度的装置 实现表观刚度的 定量化测量 我们挑选了 19 名痉挛型脑瘫足外翻儿童 按照外翻角度将其分为 了轻度和中度两组 随后我们对其每只外翻足进行了距下关节表观刚度的测量 发现刚度指标跟外翻角度之间无显著相关性 我们又挑选了痉挛型脑瘫 肌张力 低下型脑瘫和正常的外翻儿童各 10 名 对其进行距下关节表观刚度测量 结果 发现不同类别的外翻儿童 其足的刚度值具有显著性差异 以上研究结果表明 距下关节表观刚度是一个独立的指标 运用这个指标或许可以更加准确地描述和 预测脑瘫患儿足外翻畸形发展情况 前足内收是水平面内常见的足部畸形 而具有前足内收畸形最多的人群是先 天性马蹄内翻足儿童 本研究提出了一种新的夜用型足外展矫形鞋设计思路 提 出了采用日用矫形鞋和外展矫形鞋组合的方式对步行后的马蹄内翻足儿童进行 足内收畸形的矫治 并对比分析了这种新的矫形方式和传统矫形方式对马蹄内翻 足畸形的矫正效果 一共分别有 15 名儿童接受了丹尼斯布朗支架矫正 20 名儿 童接受了丹尼斯布朗支架结合日用矫形鞋矫正 18 名儿童接受了夜用外展矫形 鞋结合日用矫形鞋进行矫正 本研究对患者进行了平均长达 44 个月的复查随访 并采用了几何参数测量结合足底压力分析的手段对不同矫形方式下马蹄内翻足 畸形的程度进行客观的评估 研究结果表明 夜用外展矫形鞋对于矫正前足内收 畸形具有显著的优势 同时配合日用矫形鞋进行治疗 可以有效控制尖足和内翻 畸形 仅使用丹尼斯布朗支架作为矫正方式的 其尖足 内翻和内收畸形都明显 高于其他两组 本研究基于实际的病例基础之上 结果对实际的临床矫正工作提 供了新的思路和依据 或许这种新的矫形方式是可以替代传统的矫形方式并用于 临床推广 本文从足部畸形的评价方式到矫形方式 系统的讲述了儿童足部畸形的研究 现状以及治疗趋势 应用生物力学的评价方法对足部畸形进行了描述 并对矫正 治疗效果做了长期的临床随访 从而验证了矫正方式的有效性 关键词 关键词 足部畸形 生物力学 矫形器 儿童 1 Abstract Children s foot bones structure is full of cartilage the organic substance and water take large percentage of the bone and inorganic salt takes minor part therefore the children s foot bone are more flexible and tenacious which leads to deformity easily Early interfere of children s foot deformity can correct it effectively Corrective therapy with the right biomechanical method to treat foot deformity caused by certain diseases makes significant changes to improve children s gait and promoted their life quality greatly The foot deformity can be divided by the causes into congenital intrinsic innateness and diseased causes Among disease caused foot deformities Cerebral Palsy CP and congenital talipes equinovarus or clubfoot are most common causes From the aspect of the description of deformity it shows as equines and calcaneus in the sagittal plane adduction and abduction in the horizontal plane as well as valgus and varus in frontal plane From the comprehensive analysis of the three planes it also shows as pronated and supinated deformity Early interfere of children s foot deformity can correct it effectively Although there are already deep research in the causes and clinical expression it is still lack of systematic research in the evaluation and treatment methods This essay will emphasize systematically on the current research on evaluation and correction method on children s foot deformity as well as the future treatment trend tendency The main structure of this essay includes three aspects 1 Equinus deformity correction on the sagittal plane This research was based on CP children as typical observation group we used equinus foot as example and made thoroughly biomechanical analysis on the causes and characteristics of equinus foot as well as measured the correction force and its torque Orthoterion orthotics was designed and manufactured to correct equinus foot Customize designed orthotics were applied to different stages of treatment as well as to fit individual difference The stretch was achieved on the posterior tibial muscle group and the Achilles s tendon by the orthoterion orthotics the spasm of muscle tendon and ligament are released significantly which improved the degree of equinus deformity greatly This research also evaluated the equinus deformity degree with plantar pressure analysis method A twelve month follow up of the patients was done as well until we reached objective evaluation on the effect of the orthotics This research also analyze the influence of age and muscle tension degree on equinus foot and found out both could affect the correction results 2 Foot valgus deformity correction on the frontal plane This research promotes a new index known as apparent stiffness to differentiate the plantar pressure index and the morphological index used in evaluation of the degree of foot valgus deformity We thoroughly analysed the characteristics and rule during correction procedure and designed a device for quantitative measurement of foot stiffness This research applied the stiffness index into clinical correction treatment and proposed the idea of divide the children s valgus degree according to their stiffness value Suggested dividing standard and accordingly correction treatment plan were also proposed The treatment plan was practiced as well This new evaluation method can illustrate and predict more accurately the development of CP children s foot valgus therefore it provided important evidence for proper treatment plan It also can be applied in related biomechanical research It has important scientific significance and practical application value In this research we did long term clinical experiment on stiffness index and found that the stiffness index are better that traditional plantar pressure index and morphological measurement index in the evaluation of correction result of foot valgus 3 Forefoot adduct deformity correction on the horizontal plane This research was based on congenital talipes equinovarus CTEV as typical observation group We used adduction deformity as example to describe in detail of the long term clinical result evaluation by using three different correction methods on correction of CTEV typically on adduction deformity This research thoroughly analysed the cause of adduction deformity and its biomechanical characteristics Abduct orthotics were designed and manufactured for this purpose a combination method of using daytime use orthoses and nigh time use orthoses for the correction foot deformity of children with CTEV when they reach walking age was also introduced in this research Through the strech on the the medial plantar fascia muscle and tendon made by the abduct orthotics the spasm and contracture of muscle and ligament are released significantly which improved the adduction deformity degree greatly The daytime use of orthotics also controlled varus and equinus deformities effectively This research also evaluated the CTEV deformity degree which was treated with different methods using dynamic plantar pressure analysis method combined with the morphological index measurement A forty four month follow up visit of the patients was done as well until we reached objective evaluation on the effect of each treatment method This research was based on clinical correction treatment and real case basis The results provide new evidence and idea for practical clinical correction treatment This new method might be able to take place of the traditional correction method and be promoted clinically Key words foot deformity biomechanics orthosis children 以上研究患者数据采集 矫形鞋制作和随访工作均在北京以上研究患者数据采集 矫形鞋制作和随访工作均在北京乐康步乐康步足踝矫形中心完成 足踝矫形中心完成 乐康步乐康步主营足踝矫形器 矫形鞋 病理鞋 矫形鞋垫等足部矫形产品 产品归属假肢 矫主营足踝矫形器 矫形鞋 病理鞋 矫形鞋垫等足部矫形产品 产品归属假肢 矫 形器类别 服从民政部社会福利和慈善事业促进司和工商局统一管理 为中国康复器具协形器类别 服从民政部社会福利和慈善事业促进司和工商局统一管理 为中国康复器具协 会会员单位会会员单位 北京航空航天大学生物与医学工程学院本科生临床实习教学基地 北京航空航天大学生物与医学工程学院本科生临床实习教学基地 乐康步足踝矫形中心工作人员具备合格的医师执业资格和矫形器师执业资格 目前有副乐康步足踝矫形中心工作人员具备合格的医师执业资格和矫形器师执业资格 目前有副 主任医师主任医师 2 名 主治医师名 主治医师 1 名 博士后一名 博士生名 博士后一名 博士生 2 名 硕士生名 硕士生 1 名 乐康步位于北京名 乐康步位于北京 市朝阳区水立方市朝阳区水立方三层三层 诊室面积诊室面积 400 平 平 拥有拥有欧美标准的的足部检测 诊断 取型 制垫欧美标准的的足部检测 诊断 取型 制垫 设备和技术 我们在足踝部畸形领域进行了大量的基础和临床研究工作 具备国际最先进设备和技术 我们在足踝部畸形领域进行了大量的基础和临床研究工作 具备国际最先进 的矫形理论和实践经验 尤其擅长各种儿童足踝矫形和足踝生物力学评价 目前发表国际的矫形理论和实践经验 尤其擅长各种儿童足踝矫形和足踝生物力学评价 目前发表国际 Q1 区区 SCI 论文论文 3 篇 篇 Q2 区区 SCI 论文论文 4 篇 篇 Q3 区区 SCI 论文论文 1 篇 核心期刊论文若干篇 核心期刊论文若干 乐 乐 康步足踝矫形中心康步足踝矫形中心是一家是一家以科研和高新技术创新为宗旨的企业以科研和高新技术创新为宗旨的企业 与美国伊利诺伊大学 意 与美国伊利诺伊大学 意 大利博洛尼亚大学等知名大学之间具有科研合作项目 与意大利 加拿大 德国 法国等大利博洛尼亚大学等知名大学之间具有科研合作项目 与意大利 加拿大 德国 法国等 知名矫形器和矫形鞋公司具有友好往来 乐康步在国际足踝生物力学会 国际足踝医学知名矫形器和矫形鞋公司具有友好往来 乐康步在国际足踝生物力学会 国际足踝医学会 会 中华医学会骨科学会上均有论文发表和邀请报告 中华医学会骨科学会上均有论文发表和邀请报告 所有科研成果和论文均张贴在门诊宣传所有科研成果和论文均张贴在门诊宣传 栏中 供门诊家长阅览 栏中 供门诊家长阅览 乐康步足踝矫形中心全部采用电话预约制对就诊患者安排就诊 预约电话 乐康步足踝矫形中心全部采用电话预约制对就诊患者安排就诊 预约电话 4006 120 121 网站网站 每位患者检查诊断时间约为每位患者检查诊断时间约为 1 个小时 预约登记后个小时 预约登记后从从水立方西门水立方西门 在乐康步负责验票的员工处凭预约短信领票进入水立方来乐康步就诊 在乐康步负责验票的员工处凭预约短信领票进入水立方来乐康步就诊 作者简介 作者简介 陈薇 Wei Chen Mar 2016 Present Sep 2010 Dec 2015 School of Biological Science and Medical Engineering Beihang University Postdoctoral of Biomedical engineering Research area Rehabilitation Engineering School of Biological Science and Medical Engineering Beihang University PhD of Biomedical engineering Research area Biomedical Engineering Rehabilitation Engineering Sep 2007 Jan 2010 School of Biological Science and Medical Engineering BeihangUniversity Postgraduate of Biomedical engineering Research area Biomedical Engineering Rehabilitation Engineering Sep 2003 Jul 2007 School of biomedical engineering Capital MedicalUniversity Bachelor of Biomedical engineering 文章发表列表文章发表列表 PUBLICATIONS 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 Papers Wei Chen Fang Pu Yang Yang Jie Yao Lizhen Wang Hong Liu Yubo Fan Correcting Congenital Talipes Equinovarus in Children Using Three Different Corrective Methods A Consort Study Medicine 2015 94 28 1 7 Wei Chen Xiaoyu Liu Fang Pu Yang Yang Lizhen Wang Hong Liu Yubo Fan Conservative Treatment for Equinus Deformity in Children with Cerebral Palsy using an Adjustable Splint assisted Ankle foot Orthosis Medicine 2016 accept with publication Wei Chen Fang Pu Yang Yang Jie Yao Lizhen Wang Yubo Fan Quantitative measurement of subtalar joint passive stiffness in children with cerebral palsy IFMBE Proceeding 2015 51 1132 1136 Junchao Guo Lizhen Wang Wei Chen Chengfei Du Zhongjun Mo and Yubo Fan Parametric study of orthopedic insole of valgus foot on partial foot amputation J Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering 2015 e1 7 Junchao Guo Lizhen Wang Zhongjun Mo Wei Chen and Yubo Fan Biomechanical analysis of suture locations of the distal plantar fascia in partial foot J International Orthopaedics 2015 e1 8 Junchao Guo Lizhen Wang Zhongjun Mo Wei Chen and Yubo Fan Biomechanical behavior of valgus foot in children with cerebral palsy A comparative study J Journal of Biomechanics 2015 48 12 3170 3177 Fang Pu Xiaoya Fan Yang Yang Wei Chen Shuyu Li Deyu Li and Yubo Fan Feedback system based on plantar pressure for monitoring toe walking strides in children with cerebral palsy J American Journal of Physical Medicine Rehabilitation2014 93 2 122 129 Conference Wei Chen Fang Pu Yang Yang Jie Yao Lizhen Wang Hong Liu and Yubo Fan Subtalar Joint Stiffness measurements in children with cerebral palsy C Foot International Berlin 2016 Wei Chen Fang Pu Yang Yang Hong Liu and Yubo Fan B