现成踝足矫形器的矫形特性：尺寸如何影响尺寸和刚度

《Journal of Biomechanics》：Orthotic characteristics of off-the-shelf ankle–foot orthoses; how size affects dimensions and stiffness

本文针对现成踝足矫形器(AFO)特性信息不透明的问题，研究人员系统评估了15款市售碳纤维AFO的尺寸、重量、踝刚度(0.2–4.0 Nm/degree)和足板刚度(0.07–0.28 Nm/degree)等特性。研究发现AFO尺寸显著影响其刚度(p<0.001)，且最大踝刚度(<4.0 Nm/degree)难以满足小腿肌无力患者的高刚度需求。该研究为个性化AFO处方提供了关键数据支持，对提升神经肌肉疾病患者行走能力具有重要意义。

　　

行走，这一看似简单的日常活动，对于小腿肌肉无力的人群而言，却可能是一项巨大的挑战。这类肌肉无力常见于各种神经和神经肌肉疾病，如中风、脊髓损伤或多发性硬化等。为了改善行走能力，踝足矫形器(Ankle-Foot Orthosis, AFO)成为了重要的辅助设备。AFO是一种包裹并支撑足部和踝关节的装置，旨在补偿肌肉功能，改善步态。然而，临床实践中一个突出的问题是，许多使用者并未从其AFO中获得预期的效果。究其原因，AFO的治疗效果高度依赖于其特性与使用者个体肌肉损伤程度之间的匹配度，其中，踝关节周围的刚度（即AFO抵抗弯曲的难易程度，踝刚度）是至关重要的参数。

对于小腿肌肉（跖屈肌）无力的患者，AFO需要在站立相为身体提供足够的支撑力矩，这往往需要相对较高的踝刚度（通常超过3.5 Nm/degree）。然而，患者的体重、无力的严重程度以及步行速度等因素差异巨大，这意味着所需的AFO踝刚度也必须高度个体化。在临床中，现成的、市售的AFO因其便利性而被广泛使用。这些AFO大多由碳纤维制成，制造商通常根据尺寸和宣称的刚度对其进行分类。但问题是，关于这些AFO具体特性（如确切的踝刚度、足板刚度、重量、尺寸比例等）的量化信息非常缺乏且不透明。更关键的是，AFO的尺寸是否以及如何影响其关键力学特性（如刚度），目前尚不明确。这种信息的缺失严重阻碍了医疗专业人员为患者选择最合适的AFO，从而影响了治疗效果。

为了填补这一知识空白，为循证AFO处方提供数据支持，来自阿姆斯特丹大学医学中心(Amsterdam UMC)的研究团队N.F.J. Waterval, M.M. van der Krogt, L.A.F. de Jong和M.A. Brehm开展了一项系统性的研究。他们的目标是详细描绘市面上现成碳纤维AFO的特性图谱，并重点探究尺寸对这些特性，特别是刚度的影响。这项研究成果发表在生物力学领域的权威期刊《Journal of Biomechanics》上。

为了达成研究目标，研究人员采用了严谨的方法。他们选取了来自三家国际主要制造商（Allard, OttoBock, Thuasne）的15款商用现成碳纤维AFO，并测试了所有可用尺寸（从XS到XL，共计69个AFO）。对每个AFO，他们精确测量了其重量、高度、足板长度和宽度等基本尺寸特征。最关键的部分是力学特性评估：研究人员使用了一种名为“双关节往复通用顺应性评估仪”的专业设备来测量AFO的踝刚度和足板刚度。该设备通过模拟踝关节和跖趾关节的运动，记录AFO在弯曲过程中的角度和外力矩变化，并通过线性拟合来计算刚度值，这种方法已被证明具有高度的可靠性。

研究结果

AFO特性存在巨大变异

研究结果显示，不同型号、不同尺寸的AFO之间，所有测量特性均存在相当大的变异。以常见的L码为例，AFO的重量差异可达96%（207至407克），踝刚度差异高达1800%（0.2至3.62 Nm/degree），足板刚度差异达357%（0.07至0.25 Nm/degree）。这种巨大的变异凸显了仅凭制造商提供的尺寸和粗略的刚度分类来选择AFO的局限性。

尺寸显著影响AFO特性

统计分析明确表明，随着AFO尺寸的增大，其重量、尺寸比（足板长度与AFO高度的比值）、踝刚度和足板刚度均显著增加。平均而言，尺寸从XS（或S）增加到XL，踝刚度增加了-0.4至+2.4 Nm/degree，足板刚度增加了0.01至0.18 Nm/degree。然而，这种尺寸效应的大小因AFO型号的不同而存在显著差异。这意味着，即使是同一型号的AFO，不同尺寸可能具有截然不同的力学性能。

AFO重量与刚度相关

在排除了尺寸的影响后，研究发现AFO的重量与踝刚度之间存在中等程度的相关性，与足板刚度存在弱相关性。这表明，重量在一定程度上可以作为AFO刚度的间接指示指标。但踝刚度与足板刚度之间未发现显著相关性，说明这两个特性是相对独立的，需要在AFO设计和选择中分别考虑。

讨论与结论

本研究首次系统地揭示了现成碳纤维AFO尺寸对其关键力学特性的深远影响。核心结论是：现成AFO的踝刚度和足板刚度高度依赖于其尺寸，较小的AFO通常刚度较低。这一发现，结合研究中观察到的AFO最大踝刚度普遍较低（低于4.0 Nm/degree）的现实，严重限制了现成AFO在需要较高刚度支持的患者群体（如严重小腿肌无力患者）中的适用性。对于这些患者，文献报道的最佳踝刚度可能高达7 Nm/degree，而市售现成产品均无法达到。

此外，研究还指出，随着尺寸增大，AFO的尺寸比（足板长度相对与支撑杆高度的比例）也在增加，这可能导致AFO与使用者肢体解剖结构不匹配，引起不适或功能异常。同时，AFO足板的宽长比普遍小于健康人群的足部宽长比，这可能会造成穿着不适，需要额外的鞋垫或频繁的调整。

这项研究的意义重大。它为临床医生、康复治疗师和矫形师提供了宝贵的定量数据，使他们在为患者选择AFO时，能够超越简单的尺寸和厂商标签，更精确地匹配患者的生物力学需求。研究结果强烈呼吁AFO制造商应公开、透明地提供其产品的详细特性参数。同时，它也提示未来关于AFO的科学研究必须明确说明所使用AFO的尺寸，并尽可能测量和报告其具体特性，以利于研究之间的比较和证据的积累。

总之，Waterval及其同事的这项工作为推进踝足矫形器的精准医疗迈出了关键一步。它不仅揭示了当前现成AFO在满足临床需求方面的局限性，也为未来开发性能更优、信息更透明的矫形器产品指明了方向，最终有望帮助更多行动障碍者改善步态，提升生活质量。