三、膝踝足矫形器
膝踝足矫形器（Knee-Ankle-Foot Orthosis，KAFO）是一类用于膝关节、踝关节和足部的矫形器，按主要制造材料可分为金属条KAFO和塑料KAFO。
（一）金属条KAFO
1.基本结构 KAFO的基本构成是以AFO为基础，增加了膝关节铰链、膝上支条、金属箍和环带（膝上、膝下）、膝罩等部件。
金属条KAFO按结构可以分成单侧金属直条KAFO和双侧金属直条KAFO。（图2-3-23）
图2-3-23 双金属直条KAFO的基本构成
A.足镫 B.踝铰链 C.膝下支条 D.膝下半月箍 E.膝铰链
F.膝罩 G.膝上半月箍 H.髋下半月箍 I.髋下环带
2.膝关节铰链种类与选用 膝关节铰链是KAFO的基本部件。常用的有以下几种。（图2-3-24）
（1）自由运动膝铰链（Free Motion Knee Joint）：可以控制膝关节侧方运动，允许膝关节自由屈伸，但不允许膝关节过伸；主要适用于站立、步行中控制膝关节的过伸和侧方的异常活动。
（2）轴心后移膝铰链（Offset Knee Joint）：又称为功能性膝铰链。其特点是在下肢的矢状面上膝关节的转动轴心位于下肢承重力线的后方1cm～2cm。这种膝铰链轴心的后移可以增加膝关节步行中支撑期的稳定性，而摆动期又可以自由屈膝。这种膝铰链适合于四头肌麻痹，没有屈膝畸形，臀大肌、小腿三头肌力量良好的患者使用。这样可以帮助患者既能膝关节支撑期保持稳定，又能步行中摆动期屈膝，改善了步态。
（3）带锁的膝铰链（Knee Joint with Lock）：膝关节伸直位一般都是自动锁住，可以可靠地稳定膝关节，以利于无力的下肢步行；打开膝铰链锁可以屈膝，坐下。常用的膝铰链锁有两种：一种是落环锁（Drop Ring Lock），又称箍锁。一般只在外侧铰链加锁，使用方便，对合并有屈膝畸形或腘绳肌痉挛的患者应两侧应用环锁，否则矫形器容易发生扭转变形。另一种是棘爪锁（Pawl Lock），又称瑞士锁（Swiss Lock），特点是当膝关节伸直时可以自动锁住，升提拉线可以方便地打开膝锁。
图2-3-24 膝关节铰链品种、生物力学作用和典型应用
（4）支撑期控制膝铰链（stance control knee joint）：用这种铰链制成的膝踝足矫形器称为支撑期控制膝踝足矫形器（Stance Control Knee Ankle Foot Orthoses，SCKAFOs），也称为支撑控制矫形器（Stance Control Orthoses，SCOs）。传统的膝踝足矫形器只能依靠膝关节锁，帮助残疾人保持步行中支撑期的稳定，而摆动期膝关节不能屈曲，只能直腿迈步，这样步态不良而且费力。而膝关节轴心后移型膝踝足矫形器步行摆动期允许屈膝，但是减少了支撑期稳定性，增加了膝关节打软腿、摔倒的危险。支撑期控制膝踝足矫形器的设计任务就是在步行的支撑期能自动锁住膝关节，而在摆动期能及时地自动打开锁，允许膝关节屈曲、摆动，步态更自然，更省力。这是近10年来国际上的新产品。其中的E-MAG 就是由于应用了电磁（Electronic Magnet）技术而命名。E-MAG膝铰链由于价格高，使用受限。（有关E-MAG的应用适应证、禁忌证参见表2-3-1）
表2-3-1 E-MAG的适应证和禁忌证
引自：Balkowski J.Market Manager-Technical Orthopedics，Otto Bock Healthcare，Burlington，Ontario.Email Mar 25，2010
（5）可调节膝关节角度的膝铰链（adjustable knee joint）：适用于前交叉韧带损伤及膝关节置换术后膝关节保护。
（6）多轴心膝铰链（polycentric knee joint）：较符合生理膝关节的运动特性。适用于膝关节屈伸运动中需要严格控制小腿前后异常运动的患者使用，常用于自悬吊膝矫形器。
3.半月箍、环带、膝罩的位置与KAFO三点作用力的原则 半月箍系金属板制成，连接着两侧金属条，形成受力的框架结构；环带（或半环带）、膝罩既是矫形器的固定带、悬吊带，也是稳定膝关节的作用力带。神经肌肉疾病患者使用KAFO的主要目的是稳定膝关节，避免无力的膝关节承重时突然弯曲。稳定膝关节需要三个力量（图2-3-25）。①位于膝前中部的作用力：一些研究工作表明作用力越是接近膝关节轴心，作用力矩越大，需要维持膝关节稳定的力越小；如膝屈曲畸形越严重，站立位承重时维持膝关节稳定所需要的作用力也越大。②位于大腿后上部的反作用力：为取得尽量长的杠杆臂，大腿上箍尽量往上置放，但不能引起坐骨结节和耻骨联合处的不适。③下部反作用力：作用点位于鞋处。一般是通过安装环带、半环带、膝罩来调节前部的作用力。方法有六种，可以根据临床需要选用。（图2-3-26）
图2-3-25 用于稳定无力的膝关节的三点作用力
A.作用力 B.反作用力 C.反作用力
图2-3-26 膝作用力带和膝罩使用的六种方法
A.髌上带、髌韧带带 B.大腿下带、小腿肚前方带 C.大腿下带、髌韧带带D.髌上带 E.髌韧带带 F.膝罩
4.单侧金属条KAFO
（1）结构特点：带有膝关节铰链、踝关节铰链；根据控制畸形的需要决定支条放在下肢的内侧或外侧。（图2-3-27）
图2-3-27 金属单支条KAFO
（2）功能：主要用于控制膝关节内翻或外翻。典型的使用方法是：膝关节内翻时，将支条置于下肢的内侧；膝关节外翻时，将支条置于下肢的外侧。膝关节可以带锁，打开后可以坐下，站立、步行中需要锁住，保持膝关节处于伸直状态。踝关节铰链可以根据病人踝足畸形状态决定其控制功能，可以跖屈、背屈自由活动，而控制距下关节的内翻或外翻活动，也可以背屈自由活动，跖屈止动等等。（详见AFO中有关踝铰链的介绍）
（3）作用力系统：对于膝外翻畸形，金属支条置于下肢的外侧。其主要的三点作用力系统位于额状面（图2-3-27）。三点力位于：① 反作用力点位于大腿近端外侧，为向内侧方向的力；②作用力点位于膝关节的内侧，为向外侧方向的力；③反作用力点位于跟骨外侧，向内侧方向的力。对于膝内翻畸形，金属条置于下肢的内侧。其作用力点位于膝关节的外侧，两个反作用力点分别位于大腿的近端内侧和足跟的内侧。
（4）适应疾病与症状：主要适用于预防和矫正膝关节的内翻畸形或外翻畸形。由于矫形器是单侧金属直条构成，结构简单，重量较轻，但是结构的强度不够，容易变形，因此只适合小儿和体重轻的老人使用。
（5）检查要点：主要一点是患者穿戴矫形器使用中膝关节必须处于完全伸直位。这是因为只有膝关节处于完全伸直位时，矫形器的三点作用力系才能处于一个额状面内，才能具有矫正能力。如果穿戴矫形器后患者膝关节仍然处于屈曲位，哪怕是轻度屈曲位，矫形器也会变得毫无用途。其他检查要点参见KAFO检查要点。
5.双支条KAFO与塑料金属条混合式KAFO
（1）结构特点：双金属直条KAFO是一种最常用的膝踝足矫形器，带有双侧金属直条和膝、踝铰链。根据疾病及其畸形控制的生物力学需要选用膝关节铰链和踝关节铰链的品种。双金属直条KAFO是一种传统的矫形器，优点是坚固、耐用、便宜，缺点是比较重。为了减轻重量，用铝合金直条或钛合金直条代替钢直条。铝合金直条KAFO重量轻，但是结构的强度较差，仅仅适合儿童或体重小、活动水平低的成人使用。钛合金的KAFO重量轻，强度也好，但是价格比较贵。
塑料金属条混合式KAFO一般是一种带有双侧金属直条、膝关节铰链、硬踝的塑料膝踝足矫形器，都是应用患者的下肢石膏模型，经模塑制成。膝、踝关节铰链的选择及生物力学控制要求应根据下肢畸形和功能障碍的控制的需要选用。这类矫形器的优点是与肢体的伏贴性好、重量轻，缺点是透气性差一些。（图2-3-28）
图2-3-28 塑料金属条混合式KAFO
这种矫形器的模塑塑料部分的制造材料分两类：一类是应用了树脂（如丙烯酸树脂）及增强材料制造的，结构强度好，稍重一些，但坚固耐用；另一类是应用了热塑性的塑料板材制成的，工艺比前者简单，较轻，价格较便宜。
（2）功能：①控制膝关节的内翻畸形，控制膝关节的外翻畸形，控制膝关节的过伸畸形。②控制膝关节的屈曲，改善膝关节的支撑稳定性。③踝部可以根据踝足畸形控制需要选用合适的踝部结构，得到不同的功能：可以是跖屈、背屈自由，止动距下关节活动；可以是跖屈止动；可以是背屈助动，跖屈阻动；也可以制成硬踝。参见有关踝关节铰链介绍。
（3）作用力系统
1）第一个力系统位于膝关节的额状面，控制膝关节的内翻畸形或外翻畸形，三点力位置参见金属单直条KAFO。
2）第二个力系统位于膝关节的矢状面，控制膝关节的屈曲或过伸。控制膝关节屈曲的三点力参见图2-3-25。控制膝关节过伸的三点力：①位于大腿近端的前方，向后的力；②位于膝关节的后方，向前的力；③位于足跟的后方，向前的力。
有关踝足的作用力系统，参见踝足矫形器。
（4）适用疾病与症状：这一类矫形器主要适用于脑卒中引起的偏瘫，脊髓损伤后的截瘫，儿麻后遗症、肌肉营养不良、格林巴式综合征、脊椎裂等原因引起的下肢肌肉广泛无力，用于稳定膝、踝关节，改善站立步行功能；也适用于预防和矫正由于各种原因引起的膝关节外翻畸形、内翻畸形、过伸畸形以及各种踝部、足部畸形。如果在KAFO的大腿塑料后托上缘或大腿近端后箍的上缘增加坐骨托则可以形成免荷性膝踝足矫形器，可以全部或部分免除下肢的承重。
（5）检查要点：参见KAFO检查常规。
（二）全塑料KAFO
全塑料的KAFO的品种较少。塑料髁上KAFO是一种全塑料的KAFO。（图2-3-29）
图2-3-29 全塑料髁上KAFO
1.结构特点 全部为塑料制成，与全塑料的KO相似，不同的是在KO的基础上向下延长到足部，把踝部、足部都包括在内。这种矫形器由于是全部为塑料制成，具有重量轻，与下肢伏贴性好，便于清洁，穿戴方便的优点。另外，由于是全塑料制成的，没有应用任何零部件，因此整体性好，使得矫形器比较坚固耐用。
2.功能 踝部为硬踝结构：具有控制距下关节内翻、外翻的功能；具有踝关节的背屈、跖屈的止动功能。对膝关节具有内外侧的稳定作用。当踝关节被固定在轻度跖屈位或中立位，站立、步行中足底放平时，地面反作用力可以形成一个位于胫骨上端的前方，能推动膝关节向后，伸直膝关节的力量。
3.主要适应疾病、症状和选择中的考虑 主要适用于一部分由于各种原因引起的股四头肌、踝足肌肉麻痹者，用于控制膝踝关节不稳和膝关节过伸，可以代替一部分带膝关节铰链的KAFO。这种矫形器没有膝关节铰链和铰链锁，步行中可以做到支撑期稳定，摆动期可以屈膝，不必总是直腿走路。与此同时还具有一定的预防和矫正膝关节过伸的功能。
这种矫形器的缺点是患者穿戴矫形器坐下时矫形器的上缘突出，外观不大好看。如果把上缘降低则会将减少了矫形的作用力臂，而会增加上缘的局部压力。
4.检查要点 可较好地限制距下关节和踝关节活动。由于踝关节固定在轻度马蹄位，因此步行中站立后期由于地面反作用力的作用可以产生一个伸膝力矩，用于辅助稳定膝关节。这个由于地面反作用力产生的伸膝力矩，与矫形器的踝足部分的固定角度密切相关。要求固定角度稍有跖屈，跖屈角度过大则会引起向后推动膝关节的推力过大，使足部难以向前滚动；而踝部跖屈过小则会引起支撑期膝关节的不稳。为此需要患者穿戴矫形器后，一定要在穿上鞋后再进行站立、步行检查和精细的调整。要求：支撑期膝关节稳定；支撑期足平之后，患足能容易地向前滚动。如果患足向前滚动不好除了可能与踝关节的固定角度有关外，还可能与足底板过长，足底板前部上翘不够、前部过硬有关。
（三）免荷性KAFO
免荷性KAFO（Unweighting Knee Ankle Foot Orthosis），亦称为坐骨承重矫形器（ischial weight bearing orthosis）。(https://www.daowen.com)
1.结构特点 其特点是大腿的上部设有类似大腿假肢的接受腔或坐骨承重圈。（图2-3-30）
图2-3-30 坐骨承重接受腔与坐骨承重圈
A.坐骨承重接受腔 B.坐骨承重圈
图中的A是为达到较好地坐骨承重而制作的接受腔。这类接受腔如同大腿假肢的接受腔一样，可分为四边形接受腔和坐骨包容性两种。坐骨包容性接受腔为坐骨、坐骨支内侧面与股骨上段外侧面形成的骨性支撑，不压迫股三角部位的血管与神经；B为坐骨承重环，制造简单，但坐骨承重效果较差，患者也不舒服。为了确保坐骨承重，在矫形器的下端加用马镫。（图2-3-31）
图2-3-31 马镫
2.功能 此矫形器的主要作用是使站立、步行中的体重通过坐骨结节传至矫形器，再传至地面，减轻髋关节和下肢的承重。免荷性KAFO的免荷作用受矫形器结构和是否经过使用训练很大的影响（图2-3-32，表2-3-2）。
图2-3-32 免荷性KAFO品种
A.部分免荷金属条KAFO B.部分免荷塑料KAFO C.全免荷金属条KAFO
表2-3-2 使用训练对下肢减轻承重的影响
坐骨承重矫形器对髋关节减轻承重的作用在理论上想象体重通过坐骨结节传至矫形器的坐骨承受部位，可以100%地免除髋关节荷重；但实际测量结果表明通过坐骨结节传至矫形器的力仅40%，其余部分则仍然通过髋关节传至股骨，再经大腿软组织传至矫形器。因此，坐骨承重矫形器用于治疗股骨头缺血性坏死时，仍应辅助使用拐杖，以尽量减轻股骨头的承重。
3.适应疾病与症状 主要适用于胫腓骨上段、膝关节、股骨及髋关节部位的骨折与疾病，促进骨折愈合，辅助治疗骨折的迟延愈合、不愈合，及膝关节炎症，也可以用于治疗青少年的股骨头无菌性缺血性坏死。用于治疗青少年股骨头无菌性缺血性坏死时，应要求尽量做到全免荷，并注意保持髋关节处于外展、内旋位。
4.适合检查要点
（1）可靠的坐骨承重。
（2）部分免荷的KAFO，其踝部应固定于背屈5°～7°位，鞋底的形状应有利于足的向前滚动。
（3）全免荷的KAFO，其马镫下方的胶垫应利于向前滚动，鞋底与马镫间应留有3～5cm的距离，以确保步行中足尖不会触地。
（4）健肢应补高到患者的骨盆的两侧髂前上棘处于水平位。
（四）KAFO的常规适合检查
1.穿着时检查
（1）是否符合处方要求。
（2）患者是否能没有困难地穿上矫形器。
2.站立位检查：要求患者穿上鞋，双足间距5cm～10cm，双下肢均匀称重。
（1）鞋的肥瘦、长度是否合适。
（2）鞋底、鞋跟能否在地上放平。
（3）矫形器踝铰链轴心位于内踝下缘。（参见图2-3-20）
（4）鞋底、鞋内附加物（垫偏、横条、鞋垫）及T形内翻矫正带、Y形外翻矫正带的位置、矫正力量是否合适，会不会引起很大的不适、疼痛，矫正效果如何，适应效果如何？
（5）鞋、足托的前部分有无利于滚动的上翘。
（6）膝铰链轴近似地与解剖膝关节轴心相符。（图2-3-33）
图2-3-33 矢状面膝关节铰链轴心位于膝关节前后径的中点与中后1/3分界点之间的中点
正常膝关节屈伸运动时的运动轴心位置在不断地变动着，单轴的膝关节铰链轴心只能近似地与正常膝关节运动轴心位置相近。临床要求患者由站位转为坐位时或由坐位转为站位时，患者的膝部在KAFO内没有明显的向上、向下、向前、向后的移动，不会造成膝部皮肤的不适、疼痛。
（7）膝铰链锁是否可靠，打开是否容易。
（8）金属条或塑料壳的形状与大腿、小腿轮廓相符，两侧金属条与腿之间的间隙是否均匀。
（9）内侧金属条的上端与会阴部位有足够间隙。
（10）外侧金属条的上端应位于大转子之下，比内侧金属条高2cm～3cm。
（11）儿童KAFO的金属条长度是否可调。
（12）所有的半月箍、环带符合腿形。
（13）腓骨头与其下2cm的部位留有间隙，以免引起皮肤损伤和压迫腓总神经。
（14）膝上箍和膝下箍离膝铰链轴心的距离相等，以免屈膝时压迫大腿远端后面或小腿近端后面的软组织。
（15）免荷性KAFO，四边形接受腔上口的后缘，应近似地与地面平行，坐骨结节应落于坐托部位，内收肌部位不受压，会阴部位不受压。
（16）髋铰链中心位于大转子最突起前约lcm、上2cm处。
（17）髋关节锁可靠，打开容易。
（18）骨盆带与骨盆部位轮廓相符。
（19）患者能否稳定地站立：特别是对硬踝AFO或控制踝关节跖屈、背屈的AFO，必须认真检查患者能否稳定地站立，即站立位的对线。如果站立位患者感觉身体有向前倾倒或向后倾倒的倾向，则表明矢状面的对线不正确。引起不正确的对线可能由于AFO的踝关节固定或控制的角度不对，也可能由于患者的鞋跟高度不合适引起。如果AFO对线不正确，则应进行细致的调整。（参见图2-3-21，图2-3-22）
（20）膝、踝铰链与膝、踝皮肤间有足够的间隙。
3.步行中检查
（1）步态检查 在平地上步行，应注意观察有无异常步态，参见AFO检查。
（2）有无特殊响声。
4.坐位检查
（1）膝关节屈曲105°时患者能舒服地坐着。
（2）膝铰链轴心与解剖膝关节轴心大致相符，没有因为坐下引起膝关节在矫形器内发生明显的向上、向下、向前、向后运动。
5.脱去矫形器检查
（1）肢体有无皮肤压迫症状。
（2）在没有任何控制下观察膝、踝关节活动范围。
（3）检查矫形器内、外侧的踝关节铰链的止动装置，当踝铰链跖屈或背屈时，是否能同时接触。
（4）从矫形器工艺和外观角度检查是否满意。