動(dòng)踝矯形鞋對(duì)腦癱兒童踝關(guān)節(jié)的影響

杜　文靜，　李慧慧，　談恩民，　王　磊，2（.中國(guó)科學(xué)院　深圳先進(jìn)技術(shù)研究院，廣東　深圳　58055；2.深圳市　低成本健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東　深圳　58055；3.桂林電子科技大學(xué)　電子工程與自動(dòng)化學(xué)院，廣西　桂林　54004）

動(dòng)踝矯形鞋對(duì)腦癱兒童踝關(guān)節(jié)的影響

杜文靜1，2，3，李慧慧2，3，談恩民1，王磊1，2
（1.中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院，廣東深圳518055；2.深圳市低成本健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東深圳518055；3.桂林電子科技大學(xué)電子工程與自動(dòng)化學(xué)院，廣西桂林541004）

目的：分析踝足矯形器對(duì)腦癱兒童下肢踝關(guān)節(jié)跖屈、背伸角度以及步行周期的影響.方法：于2014－06/2014－07選擇深圳市殘疾人康復(fù)中心的腦癱兒童25名，均為下肢步行異常，監(jiān)護(hù)人知情同意.根據(jù)實(shí)足年齡分組，2～4歲組（2歲年齡＜4歲）5人，4～6歲組（4歲年齡＜6歲）6人，6～8歲組（6歲年齡＜8歲）10人，8～10歲（8歲年齡＜10）4人.應(yīng)用美國(guó)BIOPAC數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)采集受試者穿戴踝足矯治鞋前后沿著5米步態(tài)測(cè)試平臺(tái)自由步行的踝關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)，包括踝關(guān)節(jié)跖屈角度、背伸角度和時(shí)間周期.結(jié)果：25名受試者均進(jìn)入結(jié)果分析.總體樣本，性別無(wú)顯著性差異（P＞0.05）；左右側(cè)之間無(wú)顯著性差異（P＞0.05），方差相等.各年齡組參數(shù)除各組之間佩戴踝足矯形鞋后時(shí)間周期具有顯著性差異外（P＝0.02＜0.05），其余組間差異均無(wú)顯著性意義（P＞0.05）.全體樣本在佩戴矯形鞋前左側(cè)時(shí)間周期/右側(cè)時(shí)間周期為0.989±0.071，變異系數(shù)等于7.18%；佩戴踝足矯形鞋后左側(cè)時(shí)間周期/右側(cè)時(shí)間周期為1.003±0.045，變異系數(shù)為4.49%，顯示步態(tài)具有左右對(duì)稱性.結(jié)論：25名受試者佩戴踝足矯治鞋前后數(shù)據(jù)差異發(fā)生顯著變化.①除2～4歲組外，不同年齡組患者赤腳步行踝關(guān)節(jié)跖屈角度隨著年齡的增長(zhǎng)呈減小趨勢(shì).②除2～4歲組右側(cè)、8～10歲組左側(cè)外，其余各年齡組兒童佩戴矯形鞋后踝關(guān)節(jié)跖屈角度均減小；而且各年齡組穿矯形鞋后背伸角度均增大.③除2～4歲組外，不同年齡組兒童穿矯形鞋后時(shí)間周期隨著年齡的增長(zhǎng)呈增加趨勢(shì).

動(dòng)踝矯形鞋；腦癱；踝足跖屈角度；踝足背伸角度；時(shí)間周期

腦性癱瘓（簡(jiǎn)稱腦癱）患者是由于發(fā)育中的胎兒或嬰兒腦部受到非進(jìn)行性損傷引起的，以持續(xù)性運(yùn)動(dòng)和姿勢(shì)異常、活動(dòng)受限為主要表現(xiàn)的綜合征，常伴有認(rèn)知、感覺、交流或行為障礙［1－5］.踝足矯形器的主要輔助腦癱患者站立和行走、矯正畸形或鞏固矯正效果、影響肌張力等［6－8］.如果長(zhǎng)期不穿戴會(huì)容易出現(xiàn)膝、踝、足的變形［9］.在給予適合的矯形器穿戴后，由于力線糾正，孩子的一些關(guān)節(jié)尤其是足的發(fā)育，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)突飛猛進(jìn)的補(bǔ)償性恢復(fù)階段.因此，踝關(guān)節(jié)矯治器在提高腦癱穩(wěn)定性和運(yùn)動(dòng)功能方面起到積極的作用［10－11］.本研究觀察腦癱患兒在綜合康復(fù)治療的同時(shí)［12］，赤腳步行與佩戴踝足矯形鞋步行前、后踝關(guān)節(jié)跖屈角度、背伸角度以及時(shí)間周期的變化.

1　對(duì)象和方法

1.1單位

深圳市殘疾人康復(fù)中心和中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院.

1.2研究對(duì)象

與2014－06/2014－07選擇在深圳市殘疾人康復(fù)中心進(jìn)行康復(fù)評(píng)估的腦癱兒童25例.入選兒童均符合以下標(biāo)準(zhǔn)：1）被診斷為腦性癱瘓；2）非其他病因?qū)е碌南轮惓＃?）均佩戴踝足矯治鞋.監(jiān)護(hù)人均知情同意.25人中男21人，女4人，年齡2～10歲，平均年齡5.6歲.根據(jù)實(shí)足年齡分組，2～4歲組（2歲≤年齡＜4歲）5人，4～6歲組（4歲≤年齡＜6歲）6人，6～8歲組（6歲≤年齡＜8歲）10人，8～10歲（8歲≤年齡＜10）4人.

1.3實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用Xsens公司MTX運(yùn)動(dòng)跟蹤器和美國(guó)BIOPAC公司的MP150數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，用于獲取人體姿態(tài)估計(jì)踝關(guān)節(jié)的角度和識(shí)別時(shí)間周期.數(shù)據(jù)采集不需要精確踝關(guān)節(jié)與相應(yīng)傳感器之間的距離.

1.4實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)一：受試者進(jìn)行佩戴踝足矯形鞋前赤腳數(shù)據(jù)采集.受試者下肢左右腳面上均佩戴加速度傳感器，傳感器輸出連接雙軸角度計(jì)（TSD130B），并通過數(shù)模轉(zhuǎn)換放大器（DA100C）連接到MP150主機(jī).測(cè)試儀器佩戴完畢，受試者在步態(tài)測(cè)試平臺(tái)上靜止站立1 min并校準(zhǔn)角度計(jì)測(cè)試方向后，開始沿著軌道以自己最為舒適的姿勢(shì)和步速在5 m步態(tài)測(cè)試平臺(tái)上自由行走，同時(shí)采集受試者下肢左右踝關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)，如圖1.每位受試者重復(fù)測(cè)試3次，并記錄每次測(cè)試數(shù)據(jù)，每次測(cè)試放大器放大倍數(shù)以及其他設(shè)定參數(shù)保持不變.每次測(cè)試前患者休息2～3分鐘，以避免肌肉疲勞.

圖1　1名受試者佩戴踝足矯形鞋前、后數(shù)據(jù)采集過程Fig.1　The procedure of acquiring information of a child withcerebral palsy during walking

實(shí)驗(yàn)二：受試者佩戴踝足矯形鞋后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集.受試者在醫(yī)師指導(dǎo)下和研究人員的幫助下佩戴好自己的踝足矯形鞋.實(shí)驗(yàn)二除受試者佩戴踝足矯形鞋外，實(shí)驗(yàn)過程與實(shí)驗(yàn)一相同，同時(shí)記錄患者下肢踝關(guān)節(jié)數(shù)據(jù).

1.5數(shù)據(jù)分析

（1）數(shù)據(jù)欲處理將采集的.mtb踝關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)在MT Manager軟件中進(jìn)行轉(zhuǎn)化為.txt文件.

（2）參數(shù)提取足部坐標(biāo)系如下：Z軸與足平面垂直，指向朝上；X軸與足平面平行，指向朝前；Y軸由X軸、Z軸的正交得到.利用可測(cè)量的解剖學(xué)上的特征點(diǎn)，人體下肢坐標(biāo)系能夠精確確立.慣性傳感器節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系經(jīng)過轉(zhuǎn)換后與人體下肢坐標(biāo)系一致，則人體下肢的姿態(tài)可由傳感器節(jié)點(diǎn)姿態(tài)代表，傳感器輸出信號(hào)經(jīng)過處理得出實(shí)時(shí)姿態(tài)數(shù)據(jù).使用Matlab R2010b軟件主要進(jìn)行編程，提取特征參數(shù)，對(duì)腦癱患者佩戴矯形鞋前后進(jìn)行分析.

佩戴矯形鞋前后，踝關(guān)節(jié)跖屈、背伸角度大小.踝關(guān)節(jié)有兩種主要的運(yùn)動(dòng)模式，跖屈和背伸.此處研究跖屈角度指步行時(shí)水平地面到腳后跟抬起最大腳尖未離開地面的角度，設(shè)定這個(gè)方向的角度為正值；同樣背伸角度是指步行時(shí)水平地面到腳尖抬起最大且后跟未離地時(shí)的角度，設(shè)定這個(gè)方向的角度為負(fù)值.

計(jì)算每位測(cè)試者的踝關(guān)節(jié)跖屈角度（α）與背伸角度（β）.取單次踝關(guān)節(jié)跖屈和背伸峰值各4個(gè)，即為α1、β1；α2、β2；α3、β3，α4、β4，4點(diǎn)角度值的平均值為受試者單次踝關(guān)節(jié)跖屈角度α＝（α1＋α2＋α3＋α4）/4；β＝（β1＋β2＋β3＋β4）/4.

圖2　一位受試者測(cè)量一次的踝關(guān)節(jié)角度圖Fig.2　The figure of the angle of ankle joints from a subject during walking

佩戴矯形鞋前后，時(shí)間周期.此處時(shí)間周期是指左側(cè)踝關(guān)節(jié)跖屈峰值出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)到下次峰值再次出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間，如圖1中的t1、t2和t3.每位受試者單次測(cè)量共采集3個(gè)時(shí)間周期分別為t1、t2、t3，記錄最終時(shí)間周t＝（t1＋t2＋t3）/3作為受試者單次時(shí)間周期.比較佩戴矯形鞋前后時(shí)間周期可以看出受試者前后步行速度的變化.

1.6統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

Excle2013進(jìn)行均值計(jì)算，用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)各參數(shù)進(jìn)行分析，所有數(shù)據(jù)以mean±s表示.

2　結(jié)果

對(duì)25位腦癱兒童獲取了佩戴矯形鞋前后踝關(guān)節(jié)跖屈角度、背伸角度以及時(shí)間周期.對(duì)總體樣本是否存在男女差異性進(jìn)行t檢驗(yàn)，結(jié)果顯示男女之間的差異亦無(wú)顯著性意義（P＞0.05）.對(duì)總體樣本左右側(cè)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果顯示左右側(cè)之間無(wú)顯著性差異（P＞0.05），方差相等.對(duì)各年齡組參數(shù)進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果顯示除各組之間佩戴踝足矯形鞋后時(shí)間周期參數(shù)具有顯著性差異外（P＝0.02＜0.05），其余組間差異均無(wú)顯著性意義（P＞0.05）.

2.1各年齡組兒童佩戴踝足矯形鞋前后行走下肢踝關(guān)節(jié)跖屈、背伸角度比較

各年齡組兒童佩戴踝足矯形鞋前后行走下肢踝關(guān)節(jié)跖屈、背伸角度比較，見表1、表2.

表1　各年齡組兒童赤腳步行踝關(guān)節(jié)跖屈角度和背伸角度的比較Table 1　Comparison of the angles of ankle plantar flexion and dorsiflexion during walking without wearing ankle-foot ortho-pedic in different age group

表2　各年齡組兒童佩戴矯形鞋步行踝關(guān)節(jié)跖屈角度和背伸角度的比較Table 2　Comparison of the angles of ankle plantar flexion and dorsiflexion during walking with wearing ankle-foot orthope-dic in different age group

如表1所示，（1）赤腳行走測(cè)試中，除2～4歲組外，不同年齡組兒童左右踝關(guān)節(jié)跖屈角度隨著年齡的增長(zhǎng)呈減小趨勢(shì)，見圖3（a）、（b）；表2表明佩戴踝足矯形鞋之后，除2～4歲組外，不同年齡組兒童右側(cè)踝關(guān)節(jié)跖屈角度同樣隨著年齡的增長(zhǎng)呈減小趨勢(shì)，見圖3（b）.（2）赤腳行走測(cè)試中，2～4歲組左右踝關(guān)節(jié)背伸角度較其他3組患者角度相對(duì)較大，并且其他3組腦癱患者對(duì)應(yīng)左右踝關(guān)節(jié)背伸角度相差不大，見圖3（c）、（d）；佩戴矯形鞋后，除8～10歲組外，其他不同年齡組兒童左側(cè)踝關(guān)節(jié)背伸角度隨著年齡的增長(zhǎng)呈增加趨勢(shì)圖3（c），而不同年齡組兒童右側(cè)背伸角度隨著年齡的增長(zhǎng)呈減小趨勢(shì)圖3（d）.

2.2各年齡組兒童佩戴矯形鞋前、后時(shí)間周期比較

各年齡組兒童佩戴矯形鞋前、后時(shí)間周期比較，見表3.

圖3　踝關(guān)節(jié)跖屈、背伸角度角度與年齡的關(guān)系Fig.3　the relationship between the angles of ankle plantar flexion and dorsiflexion and age during walking

表3　各年齡組兒童佩戴矯形鞋前后步行時(shí)間周期的比較Table 3　Comparison of the cycle of time during walking with no wearing ankle-foot orthopedic and wearing ankle-foot or-thopedic in different age group

除過4～6歲組腦癱兒童外，穿矯形鞋后不同年齡組兒童時(shí)間周期隨著年齡的增長(zhǎng)呈增加趨勢(shì)，見圖4所示.

據(jù)統(tǒng)計(jì)佩戴踝足矯形鞋前后時(shí)間周期未表現(xiàn)出顯著的變化（P＝0.24＞0.05）.

2.3兒童步態(tài)的對(duì)稱性分析

變異系數(shù)是用來(lái)判定統(tǒng)計(jì)結(jié)果的變異性的一種簡(jiǎn)單有效的指標(biāo).變異系數(shù)＝（S.D/Mean）×100%，當(dāng)變異系數(shù)＜12.5%時(shí)，認(rèn)為該參數(shù)的變異性處于可接受水平［13－14］.佩戴踝足矯形鞋前后左側(cè)時(shí)間周期/右側(cè)時(shí)間周期，以及變異系數(shù)見表4所示.

圖4　時(shí)間周期與年齡的關(guān)系Fig.4　The relationship between the cycle of time and age

表4　各年齡組兒童佩戴矯形鞋前后步行左右時(shí)間周期比值的比較Table 4　Comparison of the cycle of time of left side and right side during walking with no wearing ankle-foot orthopedic and wearing ankle-foot orthopedic in different age group

全體樣本在佩戴矯形鞋前左側(cè)時(shí)間周期/右側(cè)時(shí)間周期為0.989±0.071，變異系數(shù)等于7.18%；佩戴踝足矯形鞋后左側(cè)時(shí)間周期/右側(cè)時(shí)間周期為1.003±0.045，變異系數(shù)為4.49%，提示步態(tài)具有左右對(duì)稱性.

3　討論與結(jié)論

康復(fù)治療對(duì)于腦癱患者來(lái)講非常重要.目的就是改變肢體麻木障礙、改善肌張力和關(guān)節(jié)活動(dòng)障礙等癥狀，使之達(dá)到最佳狀態(tài)，并逐漸恢復(fù)部分肢體運(yùn)動(dòng).尤其是在恢復(fù)肢體運(yùn)動(dòng)障礙方面更為顯得突出［15］.

此次試驗(yàn)著重分析了腦癱兒童穿踝足矯形鞋前、后的各參數(shù)變化，男女并未顯示出明顯的差異性.結(jié)果顯示除2～4歲組兒童外，其他年齡組兒童在不佩戴踝足矯形鞋的情況下，左右側(cè)踝關(guān)節(jié)跖屈角度隨著年齡的增長(zhǎng)呈減小趨勢(shì)；而右側(cè)踝關(guān)節(jié)的背伸角度隨著年齡的增長(zhǎng)也呈減小趨勢(shì).佩戴踝足矯形鞋后，左側(cè)踝關(guān)節(jié)背伸角度隨著年齡的增長(zhǎng)呈增加趨勢(shì)；右側(cè)踝關(guān)節(jié)跖屈角度和背伸角度均隨著年齡的增長(zhǎng)呈減小趨勢(shì).可能因樣本量較小有關(guān)，2～4歲組與8～10組與本結(jié)論存在差異性，有待加大樣本量進(jìn)一步分析.而且從圖3可得，各年齡組穿踝足矯形鞋前、后之間對(duì)比，除2～4歲組右側(cè)和8 ～10歲組左側(cè)呈增加趨勢(shì)，各年齡組兒童踝關(guān)節(jié)跖屈角度相對(duì)各組穿矯形鞋后呈減小趨勢(shì)；而背伸角度穿矯形鞋前相對(duì)穿矯形鞋后呈增加趨勢(shì).

從患者佩戴踝足矯形鞋前、后短時(shí)間的時(shí)間周期結(jié)果顯示，未穿矯形鞋前，各年齡組患者左右時(shí)間周期與年齡之間沒有明顯的規(guī)律性；穿矯形鞋后除4～6歲組兒童外，不同年齡組兒童時(shí)間周期隨年齡的增長(zhǎng)呈增加趨勢(shì).再者，從各年齡組兒童穿踝足矯形鞋前、后之間對(duì)比，除4～6歲組患者穿矯形鞋后左右時(shí)間周期比穿矯形鞋之前增大外，各年齡組患兒穿矯形鞋后的左右時(shí)間周期相對(duì)穿矯形鞋前減小.從左右對(duì)稱性來(lái)看，不僅正常兒童步態(tài)具有對(duì)稱性的特點(diǎn)［16］，腦癱兒童異常的下肢也具有對(duì)稱性的特點(diǎn).

此實(shí)驗(yàn)過程采用的均是動(dòng)踝矯形鞋，佩戴矯形鞋后踝關(guān)節(jié)跖屈、背伸角度以及時(shí)間周期都有變化［17］，雖然，這種變化因時(shí)間較短而不顯著，但是這種短期的矯正意識(shí)在患者的腦海中是存在的，使得穿戴矯形鞋后的確對(duì)患者的上述參數(shù)有所改善.因此，在康復(fù)訓(xùn)練中給腦癱兒童佩戴合適的踝足矯形鞋，給患者形成正確的步態(tài)意識(shí)，有助于腦癱兒童早日康復(fù).此實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為腦癱兒童佩戴矯形鞋提供一定的理論依據(jù).

致謝：本論文涉及的項(xiàng)目部分由國(guó)家自然科學(xué)基金（61401454）、國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目（2012AA02A604）支持.感謝廣東省科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院以及深圳先進(jìn)院低成本健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)的科研人員對(duì)項(xiàng)目的支持，同時(shí)感謝王磊博士對(duì)項(xiàng)目的支持以及李慧慧博士對(duì)項(xiàng)目數(shù)據(jù)的采集，感謝談恩民導(dǎo)師對(duì)本論文的指導(dǎo).

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［責(zé)任編輯：劉蔚綏］

The effect of dynamic ankle-foot orthosis on ankle joints of children with cerebral palsy

DU Wenjing1，2，3，LI Huihui2，3，TAN Enmin1，WANG Lei1，2
（1.Shenzhen Institutes of Advanced Technology，Chinese Academy of Sciences，Shenzhen 518055，China；2.Shenzhen Key Lab for Low-cost Healthcare，Shenzhen 518055，China；3.Electronic Engineering and Automation，Guilin University of Electronic Technology，Guilin 541004，China）

Aim：To analyze the effects of ankle foot orthosis on angle of ankle plantar flexion and dorsiflexion，and the walking cycle of lower limbs of children with cerebral palsy.Methods：25 subjects with cerebral palsy came to the physical therapy rehabilitation center volunteered to participate in the ex-periment in Shenzhen Disabled Rehabilitation Center，Guangdong，China in 2014－06/2014－07，whowere abnormal during walking.The childs parents or guardian informed consent.According to the chron-ological age，subjects were divided into four groups，5 of 2～4 years old group（2yage＜4y），6 of 4 ～6 years old group（4yage＜6y），10 of 6～8 year old group（6yage＜8y）and 4 of 8～10 years old group（8yage＜10y）.Using MP150 analysis system of American BIOPAC to acquire the informa-tion of ankle joints during walking straight for 5 meters at their self-selected comfortable speed toward a target line on the floor，including the angle of ankle plantar flexion and dorsiflexion，and the cycle of time of walking.Results：25 subjects involved in the result analysis.In the overall sample，there was no signif-icant differences in gender（P＞0.05），and there was no significant difference between left and right side（P＞0.05），the variance was equal.Between each age group，the parameters had no significant difference（P＞0.05）expect for the cycle time between no wearing ankle-foot orthopedic and wearing ankle－foot orthopedic（P＝0.02＜0.05）.The cycle of time of left/right was 0.989±0.071 during no wearing ankle-foot orthopedic，and the coefficient of variation was 7.18%in all the samples.The cycle of time of left/right was 1.003±0.045 during wearing ankle-foot orthopedic，and the coefficient of variation was 4.49%in all the samples.It indicated that the gait of left and right was symmetry.Conclusion：The datas of 25 subjects were different between no wearing ankle-foot orthopedic and wearing ankle-foot ortho-pedic.①The more age were older，the smaller the angles of ankle plantar flexion were during no wearing ankle-foot orthopedic in all groups except 2～4 years old group.②The angle of ankle plantar flexion of children with wearing ankle-foot orthopedic were bigger than that of children without wearing ankle-foot orthopedic in different groups except the right side of 2～4 years old group and left side of 8～10 years old group，and the angle of ankle dorsiflexion of children with wearing ankle-foot orthopedic were bigger than that of children without wearing ankle-foot orthopedic in different groups.③The more age were ol-der，the bigger the cycle of time was during wearing wearing ankle-foot orthopedic in all subjects except for 2～4 years old group.

dynamic ankle-foot orthosis；cerebral palsy；the angle of ankle plantar flexion；the angle of ankle dorsiflexion；the cycle of time

R742.3

A

1000－9965（2015）06－0530－07

10.11778/j.jdxb.2015.06.016

2015－06－30

廣東省科技計(jì)劃國(guó)際合作項(xiàng)目（2012B050200004）

杜文靜（1989－），女，研究方向：人體運(yùn)動(dòng)和圖像處理.

李慧慧，女，Mobile：13632630881，E-mail：wj.du＠siat.ac.cn