足踝矫形器及其生物力学影响
足踝部异常除导致疼痛、畸形及运动障碍外，还可进一步影响膝关节、髋关节、骨盆和脊柱等的正常功能。足踝矫形器是以非手术方法解决足踝问题的穿戴器具。常见足踝矫形器包括鞋垫、足弓支撑、局部足垫、护踝等及类似产品。局部足垫是最简单的矫形器，放置于脚底常用以缓和前足痛。其存在多种样式、形状及大小，如圆形或者环形垫用以减缓胼胝或鸡眼受压。鞋垫放置于鞋子内部，可治疗包括关节炎和扁平足等在内的多种足部问题。市面可购买到多种型号和尺寸的成品来满足需求，特殊需求需要进行个性化定制。其软硬度范围较广，最终目的为预防或矫正足部功能异常或畸形，为人体提供稳固的基底支撑。但矫形鞋垫置入鞋内后改变鞋子支撑状态，可能引起疼痛或者应力增加，通常需要进行局部调整和适应期才能与鞋子成为一个整体的功能单元。
踝-足矫形器（ankle-foot-orthoses，AFO）主要控制参数为踝关节的运动范围，用于缓解或治疗踝关节炎、足下垂及肌腱炎等，也可用于长期卧床者保护足踝功能预防肌骨病变。典型的护踝矫形器呈L型，从膝盖下缘覆盖至足部跖骨头。其主要作用是固定关节正常功能位避免韧带异常拉伸，牵拉肌腱对抗肌肉挛缩，以及代偿部分肌无力，适用于控制有各种神经系统或肌骨系统病变引起的足下垂。运动中的足踝矫形器可以提高足踝稳定性，在步态摆动期使脚趾与地面之间保持间隙，降低脚趾拖地引起的摔倒风险。根据制作方法和功能不同，材料可以包括热成型塑料、金属、皮革及碳复合材料。足踝矫形器可使用于从幼儿至老人所有年龄段，是应用最广泛最常见的矫形器。
足踝矫形器作为人体外部辅助设备帮助人恢复或者加强身体局部的结构和功能缺陷，其影响范围包括足踝、下肢、骨盆甚至脊柱。其相关的生物力学参数主要包括关节运动及受力、肢体对线、接触界面应力等，通过调节这些参数改善人体运动的能动性、稳定性和协调性。
足踝矫形器对足踝的影响。足底支撑类及关节包裹类矫形器对足部的最直接影响是应力分布以及足踝内外反角度。在缓解足底疼痛类问题时，局部足底支撑影响限制在疼痛区域应力分布，对足踝或以上部分的运动影响甚微。治疗足内外翻类问题的鞋底支撑矫形器，如外侧或内侧楔形鞋垫可以影响足踝关节运动和角度，如减小足外翻，甚至足踝以上部分。矫形器设计形式、材料和鞋内放置方法不同对足踝生物力学将产生不同影响，也因此在矫形器对后足运动是否造成显著性影响问题上存在争议。通常内侧楔形鞋垫放置在后足区域，配合足弓支撑治疗后跟外翻或过度旋前问题，但近期研究表明，放置在前足或后足都会对过度旋前运动产生影响，前足的旋前会导致后足外翻增加甚至髋关节内转。有数据表明内侧垫放置前足和后足都会减小足外翻角度和速度；Nigg等则认为内侧楔形鞋垫仅可以降低旋前初期的足外翻，且后侧放置比前足放置这一效果更加明显；亦有不同观点称后足角度不会影响外翻的角度和时长。骨骼运动的监测受到包裹软组织的影响，矫形器的定量化影响作用并不易通过运动分析精确评估。为了消除软组织的在运动监测时造成的误差，有研究把运动检测点订入骨头替代贴在皮肤或鞋子表面，更加精确和定量化评估了内侧支撑矫形器对后跟外翻和胫骨转动的影响作用。
受定制 AFO 被广泛用于补偿跖曲肌肉功能，其有效性与产品的弯曲刚度紧密相关，而弯曲刚度的选取则取决于跖曲肌肉的活动度。跖曲肌在步态的支撑期为足踝提供稳定的上提和向前推进的力量，减少踝关节能量损耗，尤其在支撑期后期脚跟提起时控制小腿的稳定。当足底与地面全接触时，踝关节是距骨同小腿之间的旋转中心，此时距下关节运动帮助减小踝关节应力。跖曲肌弱化造成小腿失衡，呈现出屈膝步态、步长减小及步速降低等问题。对正常人佩戴AFO进行运动分析发现佩戴者跖曲肌的发力时间被提前，对于病人来讲跖曲肌提前发力并不可行，因此调用其他肌肉用更复杂的机制补偿该跖曲需求。有数据表明，AFO能够增加步态支撑期、足趾离地期以及摆动期的最大背曲量，在动力学方面AFO通过增加足底压力中心的路径长度降低了踝关节承载力矩。虽然临床研究证实AFO能够增强患侧承重能力以及改善膝踝运动功能，但尚未充分证明 AFO 可以改善髋关节运动学及其他关节动力学及肌肉力等。
足踝矫形器对下肢的影响。膝关节的轴向对线维持关节以上身体垂直方向平衡，其影响因素包括最大内收力矩及冠状面运动，膝关节内收力矩也是影响膝关节载荷的重要参数。外侧楔形鞋垫是非手术方法治疗膝关节炎的重要矫形器之一，其通过调整足部骨头位置以及关节对线来降低膝关节内侧压力。实验发现外侧楔形鞋垫能够减小冠状面膝关节内收力矩从而降低膝关节炎的恶化风险，但关节疼痛缓解作用并不优于普通平垫。如果伴随其他足踝问题，干预方法还有鞋型鞋垫加内侧足弓支撑、单独足弓支撑以及吸震鞋垫。但数据表明，外侧鞋型鞋垫加内侧足弓支撑对冠状面膝关节最大内收力矩并无明显影响 ，对冠状面踝关节和距下关节有较大影响。而单独内侧足弓支撑和单独吸震鞋垫干预则不会对膝关节内收力矩产生影响。内侧楔形鞋垫用于治疗身体对线异常综合症，数据证明其能够增加膝关节内收力矩和角度，但对膝关节内收的运动学参数无明显影响。Meadows在AFO对下肢生物力学影响方向的研究中较为全面阐述了AFO对青少年步态的影响，参数包括了地面反力作用位置和方向及步态周期参数，并指出 AFO 通过降低膝关节过度伸展和加强髋关节伸展增加了下肢的推进作用。在足跟触地期AFO能够显著减小膝关节内收力矩，增加膝关节的屈曲幅度和力矩，最大屈曲值在单脚支撑期也显著增加。膝关节的最大伸展角度在支撑期有显著性增加，但在摆动期则不产生影响。
足部矫形器对步长、步幅及步态对称性产生显著性影响，对小腿肌肉活动产生肌肉活动时段产生影响，但对肌肉活动度的影响作用在很多研究中发现并不明显。由距下关节内翻引起的小腿症状患者在足部矫形器干预下，胫骨前肌、腓骨长肌及腓肠肌在步态过程中的肌电信号发生变化，胫骨前肌的作用时长显著性增加，而三组肌肉的活动度无明显差别。在对下肢痛的缓解治疗研究中，下肢肌肉股二头肌和胫骨前肌的活动度在足部矫形器干预后情况后发生显著性变化，分别降低11.1%和增加 37.5%，而内侧腓肠肌、股内肌及股外肌的活动度则无明显变化。在AFO对肌肉活动的影响研究中已经证实AFO能够减少中风康复者的步行期间的能量损耗、增强患侧承重能力以及改善膝踝运动功能，但尚未充分证明 AFO 可以改善髋关节运动学、及其他关节动力学及肌肉力等。
足踝矫形器对骨盆及脊柱的影响。足部矫形器对下肢异常生物力学的改变被进一步用以治疗骨盆、脊柱及以上部位的对线或病痛。盆骨向上承接头部和躯干与髋关节相互作用，向下动态连接双侧下肢，是身体对线和运动体系的重要组成部分。盆底肌肉活动的对称性可以影响盆骨对线，进一步引起足底应力分布变化，反之亦然，足底压力分布调整优化也有利于盆骨的对称性。足部矫形器被用于治疗人体对线异常综合症，可改变下肢动力学参数来恢复脊柱和骨盆的正常功能和结构。
从临床和理论层面，足部矫形器被认为能够改变疼痛区域肌肉活动度来缓解疼痛，也被作为治疗下腰痛的手段之一。研究已经通过评定疼痛等级的方法证明足部矫形器对下背痛的缓解作用以及提高髋关节外展力矩的对称性。通过测量分析步态过程中背部肌肉的肌电信号，研究人员发现楔形鞋垫对肌肉活动程度没有明显影响，但却可以改变背部肌肉的活动时段。
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