外側楔型鞋墊對退化性膝關節炎患者水平步行之療效探討; The Effects of Inserted Lateral Wedged Insole on the Level Walking in Patients with Knee Osteoarthritis involving the Medial Compartment

全文

(1)中國醫藥大學醫學研究所碩士學位論文. 外側楔型鞋墊對退化性膝關節炎患者水平步行之療效探討. 中國醫藥大學醫學研究所碩士學位論文. 外側楔型鞋墊對退化性膝關節炎患者水平步行之療效探討. The Effects of Inserted Lateral Wedged Insole on the Level Walking in Patients with Knee Osteoarthritis involving the Medial Compartment. 指導教授：許弘昌. 副教授. 共同指導教授：吳鴻文助理教授. 周立偉中華民國九十五年七月. 研究生：周立偉. 中華民國九十五年七月.

(2) 學位考試委員審定書中國醫藥大學. 醫學研究所. 碩士候選人學位考試論文題目中文：外側楔型鞋墊對退化性膝關節炎患者水平步行之療效探討英文：The Effects of Inserted Lateral Wedged Insole on the Level Walking in Patients with Knee Osteoarthritis involving the Medial Compartment. 於中國醫藥大學醫學研究所完成之本論文係周立偉碩士論文，經考試委員審查及口試合格，特此證明。考試委員許弘昌吳鴻文張文正洪章仁蘇芳慶所長: 藍先元中華民國. 九十五. 年七月八日 1.

(3) 中文摘要外側楔型鞋墊對退化性膝關節炎患者水平步行之療效探討. 目的：隨著高齡化社會的來臨，膝關節為最常發生退化的關節。退化性膝關節炎的患者常有膝關節疼痛、膝關節僵硬、膝關節活動度減少、下肢肌肉萎縮、走路速度較慢等徵狀發生。這些徵狀明顯的會影響患者在從事一些日常功能性活動，進而造成患者易發生一些潛藏的危險。本研究嘗試解釋退化性膝關節炎患者在水平步行時下肢運動學及動力學的差異。外側楔型鞋墊已被應用在治療退化性膝關節炎，但是其生物力學機轉並未被深入探討，同時是否會產生副作用仍不清楚。本實驗中，外側楔型鞋墊對水平步行所造成的影響及副作用將被探討。最終，期望將外側楔型鞋墊應用於臨床上，以減緩退化性膝關節炎的惡化，維持老年人之生活品質，以及減少醫療成本支出（藥物，復健，手術）。方法：選擇十二名確定診斷為退化性膝關節炎的門診患者（八名女性，四名男性：平均年齡：70.7 ± 5.9 歲）給予外側高 12 mm 的外側楔型鞋墊治療十二週。比較受試前和十二週後的自覺疼痛指數和嚴重程度（Lequesne Index）。以站立 X –光評估受試者在受試前裸足，第一次穿外側楔型鞋墊，以及穿外側楔型鞋墊十二週後裸足之間的距骨跟骨夾角，距骨傾斜角以及股骨脛骨夾角是否有明顯改變。接. 2.

(4) 著利用三度空間動作分析和力板系統來計算受試者水平行走時運動學和動力學參數，包括空間時間參數，下肢關節，軀幹和頭部的活動角度變化，下肢各關節受力及承受力矩改變情形，以及身體重心擺動情形。所有參數以相依樣本 T 考驗（paired-t test）檢定。所有資料之 P < 0.05 即達到統計上的顯著意義。結果：十二名患者全程完成所有十二週之實驗步驟。患者使用外側楔型鞋墊後不論是症狀的改善或是疼痛的減輕都有明顯的差異（P<0.0001），但 X-光檢查評估距骨跟骨夾角，距骨傾斜角以及股骨脛骨夾角時都沒有明顯改變。受試者會以較大的步寬來維持平衡，增加穩定度。並透過擺盪期時間增加和站立期佔步態週期百分比減少來減少膝關節承重，以減緩膝關節退化的惡化。外側楔型鞋墊可以直接造成踝關節的內翻外翻角度增加和蹠屈背屈角度減少。而膝關節的屈曲伸展角度在十二週後明顯減少。足踝部的內翻力矩峰值和內旋力矩峰值明顯增加、還有足踝外翻力矩峰值和蹠屈力矩峰值明顯減少。膝部的伸展力矩峰值在立即變化和十二週後追蹤都有增加的趨勢。髖屈曲力矩峰值和外展力矩峰值也有減少的趨勢。結論：外側楔型鞋墊治療退化性膝關節炎雖然在 X-光上並無明顯變化，但從步態分析中確實可以發現一些運動學和動力學參數的變化。更長時間的追蹤以瞭解外側楔型鞋墊的長程效果和避免負面作用是相當重要的。關鍵詞：退化性膝關節炎，外側楔型鞋墊，水平步行，步態分析，復健。 3.

(5) 英文摘要 The Effects of Inserted Lateral Wedged Insole on the Level Walking in Patients with Knee Osteoarthritis involving the Medial Compartment. Objective： The knee joints are most frequently involved degenerative arthritis for the patients in the older society. The patients with knee osteoarthritis (OA) may have the following complaints： knee joint pain, stiffness of the knee joint, limited range of motion (ROM), wasting of the lower limb muscle, and decreased walking speed. These symptoms can decrease the performance of some activities of daily life obviously and followed a potential dangerousness. This research attempts to explain the changes of the kinetics and kinematics of the lower limbs while knee OA patients performing level walking. Lateral-wedge insole has been used to treat knee OA, but the biomechanical nature has not been well studied, and its side effect is unclear. In this study, the influence and the side-effect of the lateral-wedge insole will be investigated. Finally, we expected to apply the insole clinically to slow the degenerative process of the knee joint, to maintain life quality of the elder, and to reduce the medical costs （medicine, physical therapy, and surgery）.. Methods： Twelve outpatients (eight female and four male, mean age, 70.7; standard deviation, 5.9) with knee OA involving the medial compartment were prospectively treated with an inserted wedged insole with lateral elevation of 12 mm for twelve weeks. The visual analog scale (VAS) scores for subjective knee pain and the remission score of the Lequesne index of severity for knee OA were assessed before and 3-months after treatment. Standing radiographs with and without insoles were used to analyze the femorotibial, talocalcaneal and talar tilt angles at baseline, immediate and final assessment. Three-dimensional motion 4.

(6) analysis system and force platform were used to calculate kinematic and kinetic gait parameters in level walking, including spatiotemporal parameters, range of motion (in lower limbs, trunk and head), forces and moments in hip, knee and ankle joints and sway range of the center of gravity. Difference in all parameters between baseline assessments and immediate or final assessments were compared using a paired t test.. Results： The 12 patients who completed the 12-weeks study were evaluated. Participants wearing the inserted lateral wedged insole had significantly improved VAS pain score and remission score of the Lequesne index (P<0.0001). No significant differences were found in femorotibial, talocalcaneal and talar tilt angles while comparison among values at baseline, immediate and 3-months after treatment. Patients using a lateral wedged insole had an immediate and significant increase in step width, heel maximum height, and swing phase time, but reduced stance phase of the gait cycle as compared with the baseline data. Beside, increased ROM in ankle inversion-eversion and decreased ankle plantar-dorsiflexion ROM were found. They also generated more ankle invertor moment, internal rotator moment, knee extensor moment, and less ankle plantar flexor moment, ankle evertor moment and hip flexor and abductor moment.. Conclusion： The inserted lateral wedged insole may induce symptomatic relief in patients with medial compartment knee OA, but not make any significant changes in the radiographs taken in the static position. The therapeutic effects were further evaluated during the dynamic phase with motion analysis system and force plates to determine the kinematic & kinetic effects. Longer-term clinical follow up should be addressed in future studies.. Key words：knee osteoarthritis，lateral wedged insole，level walking，gait analysis， rehabilitation。. 5.

(7) 致謝本論文得以完成要感謝許多人。首先要感謝我的指導老師許弘昌主任這兩年來在研究及課業上的悉心指導。也要感謝運動醫學系吳鴻文主任在研究上的建議與教導，使我能順利完成研究。此外，還要感謝台北市立聯合醫院復健科高木榮主任和前醫學院院長余仁教授在研究構思和設計上，提供寶貴的經驗及精神上的鼓勵。接下來要感謝的是協助參與本研究的所有受試者，沒有他們不求回報的配合研究，這篇論文是一定無法完成的。另外，還要感謝運動力學實驗室的成員—仁溢、蒼牧、以及運動醫學系的學妹，祺雅和孟亭，協助我收集及處理實驗資料。此外，還要感謝長健復健器材有限公司張智勝先生和歐柏（OppO）醫療器材有限公司的江志勇先生幫我解決外側楔型鞋墊製作上的問題。這篇論文的完成，還有兩個很重要的人要感謝的—洪振芳和林敬育，謝謝他們在我最需要的時候，提供統計方法和圖表製作上的諮詢和協助。感謝醫院同仁，研究所同學，以及那些曾經鼓勵及支持我的人，伴我渡過這兩年難忘的研究生涯。最後，感謝我親愛的家人，爸爸、媽媽、老婆、還有兩個可愛的兒子—育揚和育聖，給我最大的支持與鼓勵，使我能無後顧之憂的完成此論文。僅以此文，獻給他們。. 6.

(8) 目. 錄. 學位考試委員審定書...........................................................................................1 中文摘要...............................................................................................................2 英文摘要...............................................................................................................4 致謝.......................................................................................................................6 目. 錄...................................................................................................................7. 圖目錄.................................................................................................................11 表目錄.................................................................................................................14 第一章前言.......................................................................................................15 第一節研究背景........................................................................................15 1.1.1. 退化性膝關節炎的盛行率與臨床特性.................................15 1.1.2. 退化性膝關節炎患者的步態特性.........................................18 1.1.3. 外側楔形鞋墊的由來及應用.................................................23 1.1.4. 使用外側楔形鞋墊後的步態特徵.........................................26 1.1.5. 總結文獻探討與研究動機.....................................................28 第二節研究目的........................................................................................30 第二章研究方法...............................................................................................31 第一節研究材料........................................................................................31 2.1.1.研究對象...................................................................................31. 7.

(9) 2.1.2.實驗設備...................................................................................33 （1）動作分析系統（Motion Analysis System）................33 （2）三維測力板系統（Force plates）................................34 （3）反光球（Retro-reflective markers）........................35 （4）平面步道 ............................................................................37 （5）外側楔型鞋墊及鞋子........................................................37 第二節研究設計........................................................................................39 2.2.1.實驗室流程...............................................................................39 2.2.2.實驗步驟...................................................................................40 第三節統計方法........................................................................................41 第三章研究結果...............................................................................................42 第一節描述性統計分析............................................................................42 3.1.1. 受試者資料.............................................................................42 3.1.2. 受試者自覺疼痛指數（Visual Analog Scale） ..............43 3.1.3. 受試者退化性膝關節炎嚴重程度（Lequesne Index） ....44 3.1.4. 受試者下肢 X-光變化...........................................................45 3.1.5. 受試者步態分析中的空間與時間參數.................................48 第二節推論性統計分析............................................................................50 3.2.1. 自覺疼痛指數（Visual Analog Scale）比較...................50. 8.

(10) 3.2.2. 退化性膝關節炎嚴重程度（Lequesne Index）比較 ........51 3.2.3. 下肢 X-光變化比較...............................................................52 3.2.4. 空間與時間參數比較.............................................................55 3.2.5. 下肢關節、軀幹、及頭部活動角度比較.............................65 3.2.6. 下肢各關節受力及承受力矩之比較.....................................77 3.2.7. 身體重心（center of gravity）改變之比較...................92 第四章討論.......................................................................................................97 第一節結果討論........................................................................................97 4.1.1. 受試者主觀症狀改善情形.....................................................97 4.1.2. 下肢 X-光改變情形...............................................................99 4.1.3. 空間與時間參數改變情形...................................................102 4.1.4. 下肢關節、軀幹、及頭部活動角度改變情形...................104 4.1.5. 下肢各關節受力及承受力矩改變情形...............................106 4.1.6. 身體重心（center of gravity）改變情形.....................111 第二節其他相關性討論..........................................................................113 第三節研究限制......................................................................................115 第五章結論與建議.........................................................................................118 第一節結論..............................................................................................118 第二節建議..............................................................................................121. 9.

(11) 參考文獻...........................................................................................................122 附錄一...............................................................................................................130 附錄二...............................................................................................................131 附錄三...............................................................................................................132 附錄四...............................................................................................................133. 10.

(12) 圖目錄圖 2.1. (左) 正常成人膝關節 X-光 (右) 退化性膝關節炎患者 X-光 . 31. 圖 2.2 中國醫藥大學運動力學實驗室 ............................. 33 圖 2.3 紅色光攝影機 ........................................... 34 圖 2.4. VICON 動作分析系統 .................................... 34. 圖 2.5 三維測力板系統 ......................................... 35 圖 2.6 反光球貼在受試者身上的特定位置 ......................... 36 圖 2.7 反光球貼在受試者身上的實驗照片 ......................... 36 圖 2.8 外側楔型鞋墊（外側，後側，內側視圖） ................... 38 圖 2.9 外側楔型鞋墊（上，下視圖） ............................. 38 圖 2.10（左）運動鞋（右）將鞋墊置於運動鞋中 .................. 38 圖 3.1 A. 股骨脛骨夾角，B. 距骨跟骨夾角，C.距骨傾斜角 ......... 46 圖 3.2 步態週期示意圖 ......................................... 49 圖 3.3 步態週期的相關參數 ..................................... 49 圖 3.4 受試者之自覺疼痛指數（VAS）比較 ........................ 50 圖 3.5 受試者之 Lequesne Index 比較 ............................ 51 圖 3.6 受試者股骨脛骨夾角比較 ................................. 52 圖 3.7 受試者距骨跟骨夾角比較 ................................. 53 圖 3.8 受試者距骨傾斜角比較 ................................... 54. 11.

(13) 圖 3.9 受試者跨步長比較 ....................................... 56 圖 3.10 受試者步長比較 ........................................ 57 圖 3.11 受試者步寬比較 ........................................ 58 圖 3.12 受試者足跟離地最大高度比較 ............................ 59 圖 3.13 受試者步行速度比較 .................................... 60 圖 3.14 受試者週期時間比較 .................................... 61 圖 3.15 受試者站立期時間比較 .................................. 62 圖 3.16 受試者擺盪期時間比較 .................................. 63 圖 3.17 受試者站立期佔步態週期百分比之比較 .................... 64 圖 3.18 受試者髖關節屈曲伸展角度之比較 ........................ 66 圖 3.19 受試者髖關節外展內收角度之比較 ........................ 67 圖 3.20 受試者髖關節旋轉角度之比較 ............................ 68 圖 3.21 受試者膝關節屈曲伸展角度之比較 ........................ 69 圖 3.22 受試者膝關節外展內收角度之比較 ........................ 70 圖 3.23 受試者膝關節旋轉角度之比較 ............................ 71 圖 3.24 受試者踝關節蹠屈背屈角度之比較 ........................ 72 圖 3.25 受試者踝關節內翻外翻角度之比較 ........................ 73 圖 3.26 受試者踝關節腳趾內外向角度之比較 ...................... 74 圖 3.27 受試者軀幹屈曲伸展，側彎，旋轉角度之比較 .............. 75. 12.

(14) 圖 3.28 受試者頭屈曲伸展，側彎，旋轉角度之比較 ................ 76 圖 3.29 受試者髖關節前向分力，後向分力之比較 .................. 78 圖 3.30 受試者髖關節內向分力，外向分力之比較 .................. 79 圖 3.31 受試者髖關節張力，擠壓受力之比較 ...................... 80 圖 3.32 受試者髖關節力矩之比較 ................................ 82 圖 3.33 受試者膝關節前向分力，後向分力之比較 .................. 83 圖 3.34 受試者膝關節內向分力，外向分力之比較 .................. 84 圖 3.35 受試者膝關節張力，擠壓受力之比較 ...................... 85 圖 3.36 受試者膝關節力矩之比較 ................................ 86 圖 3.37 受試者踝關節前向分力，後向分力之比較 .................. 87 圖 3.38 受試者踝關節內向分力，外向分力之比較 .................. 88 圖 3.39 受試者踝關節張力，擠壓受力之比較 ...................... 89 圖 3.40 受試者踝關節力矩之比較 ................................ 91 圖 3.41 受試者重心內外側擺動幅度比較 .......................... 93 圖 3.42 受試者重心垂直擺動幅度比較 ............................ 94 圖 3.43 受試者重心左側，右側擺動速度極值之比較 ................ 95 圖 3.44 受試者重心上，下擺動速度極值之比較 .................... 96. 13.

(15) 表目錄表 2.1 排除條件（exclusion criteria） ......................... 32 表 3.1 受試者基本資料平均值（Mean）和標準差（S.D.） ........... 42 表 3.2 受試者自覺疼痛指數平均值（Mean）和標準差（S.D.） ....... 44 表 3.3 受試者 Lequesne Index 之平均值（Mean）和標準差（S.D.） .. 45 表 3.4 受試者受測前裸足『站立 X 光』檢查的角度資料 ............. 47 表 3.5 受試者受測前穿外側楔型鞋墊『站立 X 光』檢查的角度資料 ... 47 表 3.6 受試者十二週後裸足『站立 X 光』檢查的角度資料 ........... 48 表 4.1 下肢站立 X-光角度變化 ................................. 100 表 4.2 空間與時間參數變化 .................................... 103 表 4.3 下肢關節、軀幹、及頭部活動角度變化 .................... 105 表 4.4 踝關節受力及力矩變化 .................................. 106 表 4.5 膝關節受力及力矩變化 .................................. 107 表 4.6 髖關節受力及力矩峰值變化 .............................. 109 表 4.7 身體重心變化 .......................................... 112. 14.

(16) 第一章前言第一節研究背景 1.1.1. 退化性膝關節炎的盛行率與臨床特性隨著環境衛生的改善和醫療科技的進步，人類的壽命得以延長，然而隨之而來的老年醫療照護問題便更形重要。台灣地區於民國八十二年底正式邁入所謂的『高齡化社會』（即世界衛生組織（WHO）定義，65歲以上的人口佔總人口之百分比超過百分之七）。身體的老化，人類的骨骼肌肉系統也會產生許多變化。常見的老年骨骼肌肉系統的變化，包括骨折、骨質疏鬆症、退化性關節炎、肌腱韌帶病變等，而退化性關節炎（degenerative arthritis）就是最常見的退化性疾病之一。退化性關節炎. 1-3. ，又稱骨關節炎（osteoarthritis），可以發生在. 全身的各個關節，包括了手關節、膝關節、髖關節及脊柱關節。由於骨關節炎的臨床症狀多樣化，且與放射影像學上的表現呈不完全一致性，所以造成流行病學的統計上有極大的變異。超過一半以上的成年人在常規的影像學檢查中發現有退化性關節炎的現象，但是僅有四分之一的 Kellgren and Lawrence stage II 的骨關節炎患者以及六成的stage III 的骨關節炎患者在臨床上有症狀表現（附錄一）（Kellgren，1957； Hart，2000； 4-6. Cunningham， 1984）。文獻上針對有症狀的骨關節炎的盛行率，統計如. 15.

(17) 下：手關節（Hand joint） — 40 到 49 歲約有 10 %，70 歲以上佔 80 %；髖關節（Hip joint） — 55 歲以上佔 2-10 %；膝關節（knee joint） — 45 歲以上約有 15 %，75 歲以上佔 40 %。承受身體重量的關節（weight bearing joint ），其中又以下肢的膝關節是最常發生退化的關節（Cunningham L，1984； Felson D，1990； Petersson，1996； Peat， 6-9. 2001）。正常的膝關節，構造上包括三個關節面：內側脛骨股骨關節面（medial tibiofemoral compartment）、外側脛骨股骨關節面（lateral tibiofemoral compartment ）和臏骨股骨關節面（ patellofemoral compartment）。膝關節囊是人體最大的關節囊；關節囊外除了包覆的肌肉及肌腱外，內側和外側各有一條副側韌帶；關節囊內則有前、後十字韌帶，內、外側半月板和膕肌腱。關節囊能分泌粘性淺黃色之關節液，為關節軟骨之營養來源與關節面之潤滑作用。退化性膝關節炎的病因，主要是因為膝關節結構上出現病變，關節軟骨（ cartilage ）細胞會肥大且增厚（hypertrophy），導致關節囊內滑囊液養份供應不足，軟骨隨之變性，第二型膠原蛋白被第一型的膠原蛋白所取代。透明軟骨轉性為纖維軟骨，軟骨的表面由平滑逐漸變為粗糙，造成關節軟骨能承受壓力機轉的能力降低，相對地使骨骼承受壓力增加，逐漸的關節面被磨損，進而形成關節腔狹窄、形成骨刺，然後產生臨床症狀。. 16.

(18) 許多學者探討過導致膝關節退化的危險因子，包括了年齡，性別，肥胖，膝關節損傷或過度使用等. 10, 11. ，但是膝關節的排列（knee alignment）. 12. 更是扮演著一個很重要的角色。正常的膝關節，承載重量的合力線剛好通 13. 過關節中點，且力量均勻分佈至整個關節面。當各種造成載重合力線離開膝關節面中點的原因發生時，會使局部關節面承受超過平常之壓力因而逐漸演變成退化性關節炎。通常兩側膝關節都會發生，但病變程度並不一定 14. 一樣。Ahlback 等學者（1968）曾在發表的文獻指出，退化性關節炎早期主要由內側關節面開始受到影響，約為外側關節面的十倍。發生退化性膝關節炎的病人，早期的症狀包括膝部酸痛無力，膝膕窩處僵硬不靈活，無法輕鬆蹲下，蹲下後不易站起來，上下樓梯不方便，偶爾伴有膝關節腫大的現象。症狀加重時，則出現內側膝關節疼痛，向上牽連引起腰酸背痛，向下蔓延引起小腿肚疼痛或足踝疼痛，股四頭肌逐漸萎縮，膝關節漸形成內翻變型（varus deformity），無法走遠路，夜裏睡覺時膝部會酸痛，早晨起床時膝關節僵硬尤為嚴重。更厲害的退化性關節炎，則疼痛加劇，變型更加明顯，膝部關節角度受限，屈曲攣縮不能完全伸直，關節活動時有摩擦聲，走路時左右搖擺，速度較慢，需要柺杖或旁 15. 人幫忙。這些徵狀明顯的會影響患者在從事一些日常功能性活動，如走路、從椅子上站起來、從蹲姿到站立、上下樓梯、跨越障礙物等活動的表現變差，同時較少活動更會造成下肢肌肉的萎縮，平衡感及協調能力減弱，. 17.

(19) 進而造成患者容易發生一些潛藏的危險，如走路或跨越障礙物時跌倒造成 15. 骨折等等。在一個英國的研究報告中，Carr AJ （1999）指出超過九成的退化性膝關節炎的患者表示在他們的日常生活（activities of daily living ， ADLs ）中具有某些程度的不方便，不亞於類風濕性關節炎（rheumatoid arthritis）患者。這些退化性關節炎所造成的個人，甚至於家庭及社會的不方便，不僅會造成社會醫療的負擔，也帶給患者負面的生活品質。. 1.1.2. 退化性膝關節炎患者的步態特性從過去的文獻中我們可以知道：在運動學方面，正常老年人在走路的速度上會比年輕人來的慢，步長(step length)會比年輕人短，步頻 (cadence)也會較年輕人減少。在關節角度的變化方面，Winter （1991） 16. 指出在步態分析中，正常老年人在下肢關節角度的變化與年輕人比較，. 存在著一些變異：老年人的踝關節動態關節角度活動範圍（dynamic range of motion）比年輕人小，但髖關節的動態關節角度活動範圍比年輕人大，但並不是非常明顯；至於在膝關節角度的活動範圍則是最明顯的，他指出在承重反應期（loading response），正常老年人的膝關節屈曲（knee flexion）角度要比年輕人來的少，因此造成老年人的步長比正常年輕人來的短。在動力學方面，在 Winter 的文章中指出，正常老年人在踝關節蹠. 18.

(20) 屈力矩峰值（ankle plantarflexor peak moment）會比年輕人來的小。另外，從站立期（stance phase）轉換到擺盪期（swing phase）時，正常老年人走路時的膝關節屈曲力矩（flexion moment）要比年輕人小，這可能和正常老年人膝關節所吸收的能量要比年輕人來的高有關係。至於在髖關節的部份正常老年人與年輕人則是沒有很明確的差異。Prince等學者（1997）. 17. 更指出老年人在步態上的改變是為了因應年齡的增長而出現在. 神經肌肉骨骼系統上的一些生理變化，例如肌力變差、關節變得比較僵硬、以及平衡變差等所做出的調整策略。這些策略包括了走路速度比年輕人來的慢、步長比年輕人短、步頻也比年輕人小、關節角度減少、關節力矩出現變化等等。 Stauffer 等學者（1977）. 18. 比較退化性膝關節炎患者和正常年輕. 人在走路時的步態，發現退化性膝關節炎患者的膝關節活動角度、膝部等長收縮的肌力（isometric knee strength）、以及地面反作用力峰值（peak ground-reaction force）都會比正常年輕人來的少。 19. Kaufman 等學者（2001）收集了 139 位患者（47 位男性，92 位女性），年齡介於 30 歲到 82 歲（平均年齡：57 ± 12.5 歲），退化性膝關節炎程度在 Grade II 的患者，與 20 位正常人（9 位男性，11 位女性），年齡介於 20 歲到 42 歲（平均年齡：57 ± 12.5 歲）做步態分析比較，指出退化性膝關節炎患者的走路速度上比正常人來的慢，在擺盪期. 19.

(21) （swing phase）時，有最大的膝關節屈曲角度（maximum knee flexion angle）。在平地走路（level walking）時，退化性膝關節炎患者的膝關節最大活動度（peak knee motion）會比正常人小 6 度（54° 和 60°）。在走路時，為了維持膝關節的穩定度，膝關節會先受到一個屈曲力矩（flexor moment）的作用，然後才是伸展力矩（extensor moment）。和正常人比較，退化性膝關節炎患者的膝關節伸展力矩峰值（knee peak extension moment）會減少，同時內翻力矩（varus moment）會明顯增加，藉此來降低膝關節的承重，以達到減低步行時膝關節疼痛的效果。由 Kaufman 的研究中可知，退化性膝關節炎患者的走路步態，確實與正常人有明顯差異的。另外，在 Kaufman 的研究中也發現性別差異和身體質量指 2. 數（Body mass index （BMI） — kg / m ）對退化性膝關節炎的影響：雖然兩性在步行速度上沒有明顯的差距，但女性受試者的膝關節屈曲和伸展力矩峰值（peak knee flexion and extension moments）確實較男性患者大，這可以解釋女性較容易罹患退化性膝關節炎；同時當身體質量指數（BMI）增加時，可以藉由降低膝關節伸展力矩（knee extension moment）來減少膝關節的承重。 20. Al-Zahrani 和 Bakheit (2002). 選擇了 58 名被認為需要接受膝. 關節置換術的嚴重退化性膝關節患者（平均年齡：71 ± 8.4 歲；男性 14 名，女性 44 名；自覺膝疼痛指數（VAS）介於 5.48 和 7.88 之間）與 25. 20.

(22) 名健康老年人（平均年齡：69 ± 7.29 歲；男性 10 名，女性 15 名）接受測試，他們發現這些退化性膝關節患者確實在步行時比健康老年人有較短的跨步長（stride length），較慢的步行速度（walking velocity），以及較長的站立期（stance phase of the gait cycle）。更進一步，他們發現這些退化性膝關節患者的踝關節，膝關節以及髖關節的動態關節角度活動範圍（dynamic range of motion）比健康老年人減少；膝屈曲力矩（knee flexion moment）增加但膝功率（knee power）並沒有增加，推測可能是因為在站立期（stance phase）時，股直肌（rectus femoris）持續收縮所造成的，至於在前擺盪期（pre-swing）的踝背屈力矩（ankle dorsiflexion moment）和踝功率（ankle power）則是同步減少，他們推測應該是患者藉由走較慢的速度來達到動態穩定（dynamic stability）的目的。 Baliunas 和 Hurwitz 等學者（2002）. 21,22. 探討退化性膝關節炎患. 者在平地走路（level walking）時，膝關節的疼痛與關節受力的情形。他們指出當膝關節疼痛上升時，膝關節的外部內收力矩峰值（peak external adduction moment）與外部屈曲力矩峰值（peak external flexion moment）都會下降；反之，當膝關節疼痛下降時，膝關節的外部內收力矩峰值（peak external adduction moment）與外部屈曲力矩峰值（peak external flexion moment）都會上升。. 21.

(23) 23. 林瀛洲等學者（2005）藉由步態分析來評估早期退化性膝關節炎患者細微且臨床上不易觀察到步態變化。他們選擇了 26 位單側有症狀的退化性膝關節炎患者（年齡：65.7 ± 8.5 歲）和 20 位年齡，身高，體重相當的正常老人（年齡：63.6 ± 11.3 歲）作測試，確實發現了退化性膝關節炎患者的骨盆上傾和下傾（pelvic tilt up & down），膝關節外翻（knee valgus），足踝背屈和旋轉（ankle dorsiflexion and ankle rotation）的角度位移峰值（peak angular displacement）明顯低於正常老人；但膝關節內翻（knee varus）的角度位移峰值則明顯高於正常老人。同時他們也發現退化性膝關節炎患者的髖關節屈曲和外展（ hip flexion and abduction），膝關節伸展和外翻（knee extension and valgus）以及足踝蹠曲（ankle plantarflexion）的力矩峰值（peak moment）明顯優於正常老人；而膝關節的屈曲和內翻（knee flexion and varus）的力矩峰值則明顯低於正常老人。因此推論退化性膝關節炎患者藉著減少骨盆的上傾和下傾來限制下肢活動；限制足踝背屈和旋轉以及膝外翻來減輕疼痛。因為膝關節的內翻變形（varus deformity）以及韌帶鬆弛而造成膝內翻角度增加，進而導致下肢承重力線內移而將過度的壓力集中在膝關節內側；隨著內翻變形的惡化，為了要維持膝關節在步行中的穩定度，勢必要以增加外翻力矩來達到此目的。總結上述各學者對退化性膝關節炎患者不論在步態特徵，運動學. 22.

(24) （kinematics）及動力學（kinetics）上的表現，與健康成年人比較確實有極大的差異，這些差異都可能限制了老年人的日常生活能力，包括了行走，上下樓梯，跨越障礙物，以及從坐到站等。. 1.1.3. 外側楔形鞋墊的由來及應用在了解退化性膝關節炎所造成的症狀和日常生活障礙，以及運動學和動力學上的特點後，接著要探討的是有哪些治療方法可以改善老年人退化性膝關節炎的問題。對於退化性膝關節炎之治療，首重對引發病因之瞭解以及對膝關節內部狀況之評估（Gaby，1999； Felson，2006）. 1, 24. 。體重過重須先訂下. 減肥計劃，其他的原發病因如半月板破裂、十字韌帶斷裂、下肢不等長、脊柱側彎、痛風、類風濕性關節炎等都應該針對原因予以治療。藥物治療上可給予非類固醇消炎止痛藥物（ non-steroid anti-inflammatory drug， NSAID），葡萄糖胺（glucosamin）或膝關節玻尿酸注射（hyaluronic acid）。膝部局部物理治療和活動時戴用護膝都是對患者有幫助的。膝痛發作時應減少活動，尤其是避免載重之運動，但是仍要注意股四頭肌之復健，做無載重性的運動，防止肌肉萎縮無力。當患者的膝部站立 X-光檢查顯現內側關節面變窄、長出骨刺，力學軸偏向膝內側時，可以進一步安排做膝關節鏡檢查。如果關節損害只局限在內側脛骨股骨關節面，而其他兩個關節面. 23.

(25) 均正常，可以考慮行脛骨高位切骨術（high tibial osteotomy）. 25. 冶療。. 當嚴重到影響所有關節面時，病人的膝痛無法獲得減緩時，可以考慮做全 26. 人工膝關節置換術（total knee arthroplasty）。這其中所耗費的社會及醫療資源不可計數。所以，尋求其他的治療方法以減緩退化性膝關節炎的惡化，將是刻不容緩。 Sasaki T 和 Yasua K. （1987）. 27. 首度嘗試著將新型的『外側楔. 型鞋墊（laterally wedged insole）』應用在治療內側退化性膝關節炎（medial osteoarthritis of the knee）患者身上。他們以患者自述疼痛減輕情況，走路狀態及 X-光檢查作為療效評估工具，發現對於輕度膝關節退化性患者（Stages I，II，和 III）有明顯的改善，但嚴重的患者（Stages IV）則效果不好。所以他們建議可以將楔型鞋墊應用在矯正退化性膝關節炎的內翻變形問題（varus deformity），當成早期退化性膝關節炎的保守療法的選擇之一。Maillefert JF. （2001）. 28. 和 Pham T（2004）. 29. 等學. 者指出退化性膝關節炎的患者在穿過外側楔型鞋墊後，可以減輕膝關節疼痛的問題，並減少非類固醇類消炎止痛藥（NSAID）的用量。Toda Y（2002） 30. 和 Russel Rubin BH（2005）. 31. 等學者更指出較好的效果會表現在年輕. 患者以及單位體重中下肢 lean body mass （L-LBM）較高的患者；相對來說，較年長的患者同時合併下背及薦部痛（sarcopenia）的患者則效果較差。. 24.

(26) 外側楔型鞋墊的高度和角度的選擇已有多位學者嘗試過，包括了 Crenshaw 等人（2000）. 32. 以 5 度傾斜角的外側楔型鞋墊當作實驗材料；. 28. Maillefert JF （2001）和 Pham （2004）. 29. 以特殊材料（Ledos material）. 加工成一楔型物黏在足跟處，但文獻中未提出高度為何；所以何者型式的鞋墊比較合適退化性膝關節炎的患者一直未有定論。直到 Toda 等學者 33. （2004）採用雙盲實驗，利用站立 X-光檢查和患者自覺症狀改善程度來評估並比較不同高度（8，12 和 16 mm）的外側楔型鞋墊發現，高度越高（傾斜角度越大）的鞋墊可以造成較大股骨脛骨夾角（femorotibial angle）的外翻矯正（valgus correction）。而適度的傾斜角及高度的鞋墊（8- or 12-mm elevation wedged insoles）比較舒適且對減低疼痛的效果較好。外側楔型鞋墊在臨床上被應用來治療內側退化性膝關節炎，目的希望在生物力學上會藉由減少內側脛骨股骨關節面（medial tibiofemoral compartment）的承重（loading）來減緩膝骨關節炎的惡化。Toda 等學者（2001,2003）. 34, 35. 讓患者穿外側楔型鞋墊後，追蹤站立 X-光檢查發現在. 距骨跟骨夾角（talocalcaneal angle），距骨傾斜角（talar tilt angle）以及股骨脛骨夾角（femorotibial angle）都有明顯的改變。但是不同方式的使用鞋墊，如直接放在傳統鞋子中，或是以綁帶綁在腳底下使用（subtalar strapping），雖然患者的自覺症狀改善及滿意程度皆有顯著. 25.

(27) 差異，但在 X-光檢查上的角度變化並非都有明顯改變。這可能是因為長時間骨關節的退化現象（如關節間隙狹窄，骨刺，膝蓋內翻變形）無法藉由數週至數月短時間的非手術介入而改變；同時，單次的平面靜態影像學檢查確實無法真實的表現出明顯差異，所以更進一步的動態評估來探討其中運動學和動力學的差異是絕對必要的。. 1.1.4. 使用外側楔形鞋墊後的步態特徵 32. Crenshaw 等學者（2000）首度利用動作分析（motion analysis system）和測力板系統（force plate）來評估及比較健康成年人（年齡： 27.7 ± 6.5 歲；身高：167.1 ± 9.6 公分；體重：67.7 ± 15.1 公斤）穿平底鞋墊和外側楔型鞋墊（5 度傾斜角）前後的立即步態變化。結果在步態分析中的時間和空間參數（temporal and spatial parameters），髖關節、膝關節、踝關節的角度變化，以及髖關節和踝關節的動力學（kinetics）變化上並無明顯差距。但在外側楔型鞋墊組則發現膝關節的外部內翻力矩（external varus moment）和膝內側骨關節面承重（medial compartment load）有減少的現象，推測這可能是導致退化性膝關節炎患者疼痛減輕和改善功能的主要原因。 Kerrigan DC 等學者（2002）. 36. 進一步比較不同高度和不同傾斜角. 的鞋墊對退化性膝關節炎患者步態的立即影響。15 名確定診斷為退化性膝. 26.

(28) 關節炎患者（年齡：69.7 ± 7.6 歲），依隨機順序穿五種不同的鞋墊（平常習慣的鞋子，5 度和10 度的外側楔型鞋墊，3.175-mm 和 6.35-mm 高的平底鞋墊），接受動作分析和力板系統測試。他們發現兩種外側楔型鞋墊都會明顯的減少患者步行時膝關節的內翻扭力（knee varus torque），這可以用患者減慢步行速度和鞋墊的緩衝效應（cushioning effect）來解釋。另外，和不穿鞋墊時的步態比較， 5 度的外側楔型鞋墊可以減少大約 6 % 的外部膝內翻扭力峰值（Peak external knee varus torques），10 度的外側楔型鞋墊可以減少約 8 % 的外部膝內翻扭力峰值。雖然在統計上，步行速度並無顯著差異，但 10 度的外側楔型鞋墊和 6.35-mm 高的平底鞋墊確實會造成較多的不舒服。 37. Kakihana 等學者（2004）比較正常年輕人（平均年齡約 25 歲）穿不同高度的外側楔型鞋墊（平底鞋墊，3 度和 6 度）所時立即產生的運動學及動力學效應。他們發現較高的楔型鞋墊會明顯減少步行時的膝關節內翻力矩（knee joint varus moment），同時增加距骨關節外翻力矩（subtalar joint valgus moment）。但是在穿不同高度的外側楔型鞋墊時，不管在膝關節或距骨關節上的角度並無明顯改變，作者推測這可能是因為壓力中心（center of pressure）外移和距骨關節外翻力矩的力臂變 38. 長所造成的。隔年，這些學者（2005）再進行另一個研究，他們讓 13 名健康老人（年齡：64.6 ± 2.3 歲）及 13 名有退化性膝關節的老人（年齡：. 27.

(29) 63.3 ± 5.6 歲）個別穿外側六度傾斜角的楔型鞋墊（6 degrees lateral wedge）和平底鞋墊（0 degrees control wedge）來做比較。結果發現外側楔型鞋墊同樣可以明顯減少健康老人及退化性膝關節炎老人的膝關節內翻力矩（knee joint varus moment）和增加距骨關節外翻力矩（subtalar joint valgus moment）。. 1.1.5. 總結文獻探討與研究動機雖然近年來，我們已明確的瞭解到退化性膝關節炎的患者在步態特徵方面與正常人有差異。這些差異包括走路的速度慢、步長較短、步頻較少、關節活動度減少及關節力矩變小等。在臨床上，尋找延緩及改善退化性膝關節炎惡化的治療方法更是當務之急。雖然已有若干文章針對外側楔型鞋墊對退化性膝關節炎的影響提出一些看法，但仍有許多不足之處，包括如下：（1）之前的研究多著重於穿外側楔型鞋墊的靜態 X-光評估，以及立即步態變化，但是對於水平步行（level walking）的運動學和動力學長期變化之觀察仍嫌不足。（2）過去的文獻並未提及穿外側楔型鞋墊前後，身體重心（center of gravity）的改變。（3）大多數的研究只觀察和探討足部，踝部和膝關節之間的影響，未. 28.

(30) 提到外側楔型鞋墊是否會影響髖部及軀幹和頭部的動力學及運動學。（4）從未有人探討穿外側楔型鞋墊是否會導致其他關節的代償受力增加，或影響站立平衡（stance balance）。外側楔型鞋墊的構想雖已提出十餘年，但仍只保持在實驗室階段，未被廣泛應用於臨床實務上。期望透過本研究，解決上述先前學者研究不足之處，並應用於臨床之上，以減緩退化性膝關節炎的惡化，維持老年人之生活品質，以及減少醫療成本支出（藥物，復健，手術）。. 29.

(31) 第二節研究目的本研究主要目的：（1）進一步探討外側楔型鞋墊對退化性膝關節炎患者水平步行（level walking）的下肢運動學及動力學的長期變化及差異。（2）觀察穿外側楔型鞋墊前後，身體重心（center of gravity）的改變狀況。（3）觀察並探討外側楔型鞋墊對足踝部，膝關節，髖部及軀幹和頭部之間的關係。（4）探討穿外側楔型鞋墊是否會導致其他關節的代償受力增加，或影響站立平衡（stance balance）。（5）將實驗結果分析及探討，促使外側楔型鞋墊應用於臨床上。. 30.

(32) 第二章研究方法第一節研究材料 2.1.1.研究對象本研究以復健科或骨科門診確定罹患退化性膝關節炎患者為研究對象。診斷標準以美國風濕病學會（American College of Rheumatology）所制定之標準為依據（見附錄二）。患者年齡必須在 50 歲以上，自述內側膝關節疼痛，早晨起床時膝關節僵硬尤為嚴重（超過三十分鐘），關節活動時有摩擦聲（crepitus on motion），X–光檢查確定膝關節內側長有骨刺，且有關節間隙狹窄現象（圖2.1）。患者除了一些不影響行走能力的慢性疾病，如高血壓、糖尿病等外，如果有以下任何條件不符，也不予參與本實驗，排除條件（exclusion criteria）如表2.1。. 圖 2.1. (左) 正常成人膝關節 X-光 (右) 退化性膝關節炎患者 X-光. 31.

(33) 表 2.1 排除條件（exclusion criteria） 1. 不能夠獨力行走而需要任何輔具或助行器者。 2. 罹患神經系統方面的疾病，如腦中風（cerebral vascular accident）、帕金森氏症（Parkinson＇s disease）、阿茲海默氏症（Alzheimer's disease）、多發性硬化症（Multiple Sclerosis）等。 3. 類風溼性關節炎（rheumatoid arthritis）或相關的下肢發炎性關節疾病，如痛風（gout）等。 4. 下肢關節（髖關節、膝關節及踝關節）有受過外傷或曾經骨折者。 5. 下肢做過任何型式的手術，如關節置換術、截肢（amputation）或韌帶重建術（ligament repair）等。 6. 膝關節退化的程度在grade II 以下的患者。（根據Kellgren and Lawrence grading system （1963）標準，見附錄一） 7. 實驗過程中，持續或曾經接受物理治療者。 8. 無法了解或完成整個實驗流程者。. 本實驗內容經『中國醫藥大學附設醫院人體試驗委員會（China Medical University Hospital Instituted Review of Board）』審查通過（見附錄三），每位受試者在予以告知並了解整個實驗目的與流程之後，均要簽署受試者同意書，才得以進行整個實驗至完成為止。所有實驗均在. 32.

(34) 中國醫藥大學運動力學實驗室完成（圖2.2）。. 圖 2.2 中國醫藥大學運動力學實驗室. 2.1.2.實驗設備（1）動作分析系統（Motion Analysis System）使用六台 1000 赫茲（1000 Hz）的紅色光攝影機（圖2.3），並配合 VICON 612 動作分析系統（VICON 612 motion analysis system，Oxford Metrics Limited., UK）（圖2.4）介面來收集資料。藉由六台攝影機收集貼在受試者身上特定部位的反光球所移動產生的三維軌跡（three-dimensional trajectory），來定義出受試者軀幹及上、下肢肢段在實驗室中的位置。再經由程式之計算可得出下肢關節角度活動度的大小。. 33.

(35) 圖 2.3 紅色光攝影機. 圖 2.4. VICON 動作分析系統. （2）三維測力板系統（Force plates）使用 AMTI 三維測力板系統（AMTI force plates，Type OR6-6， Watertown，MA，U.S.A.）（圖2.5）。以1000 赫茲（1000Hz）收集受試者水平步行時地面反作用力及力矩。並藉由類比數位轉換器（A/D converter）與 VICON 612 動作分析系統達到同步的效果。配合動作分析系統所得到的下肢肢段位置資料，加以運算後可得到下肢關節的角度及三維受力情形。. 34.

(36) 圖 2.5 三維測力板系統. （3）反光球（Retro-reflective markers）反光球為直徑 2.5 公分圓形的球型物，球表層再貼上 3M 的反光貼紙，藉由六台紅色光攝影機所投射出來的光線返射回去，讓攝影機擷取其位置。實驗期間，有 27 顆反光球貼在受試者身上的特定位置，分別是身體兩側的顳顎關節（temporo-mandibular joint）、肩峰（acromion）、肱骨外上髁（lateral epicondyle of the humerus）、橈骨莖突（styloid process of radius）、髂骨前上嵴（anterior superior iliac spine）、大腿外側（lateral thigh）、股骨外上髁（lateral epicondyle of femur）、小腿外側（lateral shank）、腳踝外踝（lateral malleolus）、第二蹠骨尖（second metatarsal head）、腳跟（calcaneus）及薦骨一顆（sacrum, midline of posteroir superior iliac spine）（圖2.6）（圖2.7）。此外，在靜止站立時還包括了股骨內髁（medial epicondyle of femur）及腳踝內踝（medial malleolus），以便計算受試者活動時膝關節及踝關節之中心。藉由股骨內、外上髁及腳踝內、外髁的中心點，定義為膝關節及 35.

(37) 踝關節之中心。並計算膝關節及踝關節中心於靜止站立時，分別相對大腿及小腿其它三顆反光球之位置，以便於受試者活動時計算膝關節及踝關節中心之動態位置。. 圖 2.6 反光球貼在受試者身上的特定位置. 圖 2.7 反光球貼在受試者身上的實驗照片. 36.

(38) 透過反光球的位置我們可以訂定七個坐標系來計算關節的角運動，包括：骨盆坐標系（pelvis coordinate system），兩側之大腿坐標系（bilateral thigh coordinate systems），兩側之小腿坐標系（bilateral shank coordinate systems），兩側足部坐標系（bilateral foot coordinate systems)，其計算肢段座標系統，主要採用 Helen Hayes model 定義之方式。利用旋轉矩陣可表示每一個下肢肢段在空間中的位置，透過矩陣的運算，我們可將關節角運動視為遠端肢段相對於近端肢段的運動。當下肢肢段的運動學，地面的反作用力與力矩以及人體計測資料(anthropometric data)取得後，關節所受三維力量與力矩可以被進一步計算求取。我們可以利用肢段自由體圖(free-body diagram)的分析，透過牛頓-尤拉方程式 (Newton-Euler equations)來求取實驗相關資料。. （4）平面步道位於動作分析實驗室中，可供受試者在實驗室行走，上述之三維測力板即安置於此平面步道中。. （5）外側楔型鞋墊及鞋子選擇市面上常見的平底四分之三足、硬式鞋墊為基本材料，自行加工於鞋底黏上外側高度為 12 mm 的軟木塞楔型片（圖2.8）（圖2.9）。. 37.

(39) 實驗中為避免鞋墊滑脫，使用市售足踝護具（OPPO®，2201 ankle brace）固定鞋墊。為減少實驗誤差，患者回家穿鞋墊時，給予固定形式之運動鞋（圖2.10）。. 圖 2.8 外側楔型鞋墊（外側，後側，內側視圖）. 圖 2.9 外側楔型鞋墊（上，下視圖）. 圖 2.10（左）運動鞋（右）將鞋墊置於運動鞋中 38.

(40) 第二節研究設計 2.2.1.實驗室流程在實驗開始前，我們會先設定並校正動作分析系統及三維測力板系統。所有受試者在接受實驗前會先詢問其過去病史(past history)，以確定受試者不在本實驗排除條件之外，同時了解並記錄其相關資料，包括：年齡，性別，罹病時間（Disease duration）（患者回憶膝關節疼痛時間），患者自覺疼痛指數（Visual Analog Scale，VAS）以及退化性膝關節炎嚴重程度（Modified Lequesne Index of Severity for Knee OA）（附錄四）。符合本實驗之受試者在充分明白實驗目的及步驟後，換裝並簽署受試者同意書。患者換裝後，先測量身高及體重（以計算「身體質量指數」， Body 2. mass index （BMI） — kg / m ），軀幹周長（頭圍，胸圍，腰圍）及下肢肢段的長度，和下肢關節（髖，膝，踝）角度等相關資料，以作為後續資料分析之依據。之後便在受試者身上貼上包括股骨內髁及腳踝內踝等共 27 顆反光球，首先收集受試者靜止站立時的資料，用以訂定膝關節及踝關節之中心，之後再把股骨內髁及腳踝內踝的反光球拿掉，才不妨礙受試者接下來做動作的表現。幫受試者貼完反光球後，會請受試者在運動力學實驗室中試走幾趟，讓受試者熟悉實驗室環境及貼上反光球後動作的感覺，待受試者能以. 39.

(41) 平時動作表現後再開始收集資料。在整個實驗過程中，受試者分別以裸腳及穿上外側楔型鞋墊（以足踝護具固定鞋墊）兩種型態在實驗室中行走，且都能完成整個實驗而無身體異常之現象或下肢關節疼痛的現象。. 2.2.2.實驗步驟 (1). 於復健科或骨科門診選擇實驗對象，共 12 名退化性膝關節炎患者。. (2). 所有受試者接受理學檢查及過去病史的詢問，以確定受試者符合本實驗受試標準，並簽署受試者同意書。. (3). 穿外側楔型鞋墊前、後接受『站立X光』和『動作分析系統，三維測力板系統』檢查。. (4). 在實驗室中，請患者以自覺舒適速度，在 6 公尺長的步道上來回行走，測試並收集患者於水平步行（level walking）下之相關資訊。. (5). 請病患將外側楔型鞋墊帶回家穿（每天至少八個小時）。. (6). 十二週後，再請患者接受『站立X光』及回實驗室接受『動作分析系統，三維測力板系統』檢查。. (7). 實驗過程中，患者不得接受物理治療，類固醇關節或韌帶注射，以及玻尿酸關節注射等治療，如膝關節疼痛嚴重，統一以固定單一非類固醇消炎止痛藥（meloxicam）治療。. 40.

(42) 第三節統計方法本文的統計分析軟體使用的是 Statistical Package for Social Science（SPSS，13.0）for Windows，文中統計方法分成三個部分： 1. 受試者接受測試前的自覺疼痛指數（Visual Analog Scale，VAS）和退化性膝關節炎嚴重程度（Lequesne Index of Severity for Knee OA ）與穿外側楔型鞋墊十二週後的比較，用相依樣本 T 考驗（paired-t test）。 2. 受試者接受測試前的第一次穿外側楔型鞋墊『站立X光』檢查和十二週後裸足『站立X光』檢查分別與測試前裸足『站立X光』檢查作比較，其中的股骨脛骨夾角，距骨跟骨夾角，以及距骨傾斜角，以相依樣本 T 考驗（paired-t test）。 3. 受試者接受測試前的第一次穿外側楔型鞋墊的『動作分析系統，三維測力板系統』檢查和十二週後裸足檢查分別與測試前裸足檢查作比較，所有的參數也同樣以相依樣本 T 考驗（paired-t test）。. 所有資料之 P < 0.05 即達到統計上的顯著意義。. 41.

(43) 第三章研究結果第一節描述性統計分析 3.1.1. 受試者資料參與本實驗的退化性膝關節炎患者共 12 位（女性：8 名；男性： 4 名）。所有受試者的慣用側（dominant side）皆為右側，左、右腳膝關節退化程度相當。. 表 3.1 受試者基本資料平均值（Mean）和標準差（S.D.）編號. 性別. 年齡. 身高 (cm). 體重 (kg). 平均身體質量指數. 1 女 2 男 3 女 4 女 5 女 6 男 7 女 8 女 9 女 10 男 11 男 12 女平均值標準差. 71 71 78 78 73 72 69 54 67 71 72 72 70.7 5.9. 145.5 167 152 154.5 148 166 147 147 151.5 170 154 138 153.4 9.3. 58.5 52 65 68.5 48 71.5 70.5 68.5 68 70.5 67.5 56 63.7 7.7. 27.63 18.65 28.13 28.69 21.91 25.95 32.63 31.69 29.63 24.39 28.46 29.41 27.3 3.8. 左側膝主動關節角度 115 110 122 113 109 120 115 112 122 113 105 117 114.4 5.0. 右側膝主動關節角度 113 113 115 98 112 100 95 120 121 115 120 119 111.8 8.7. 左側膝被動關節角度 120 120 130 120 125 130 120 116 126 130 121 125 123.6 4.6. 右側膝被動關節角度 120 125 122 108 120 103 105 122 125 125 125 125 118.8 8.0. 退化性膝關節炎患者的年齡介於 54 歲至 78 歲，平均年齡是 70.7 ± 5.9 歲；平均身高是 153.4 ± 9.3 公分；平均體重是 63.7 ± 7.7 42.

(44) 公斤；平均身體質量指數（B.M.I.）是 27.3 ± 3.8。平均膝關節角度：右側主動關節角度是 111.8 ± 8.7；左側主動關節角度是 114.4 ± 5.0；右側被動關節角度是 118.8 ± 8.0；左側被動關節角度是 123.6 ± 4.6（表 3.1）。. 3.1.2. 受試者自覺疼痛指數（Visual Analog Scale）『自覺疼痛指數（Visual Analog Scale，VAS）』是一種由受試者自述疼痛強度（pain intensity）的評估工具，已被廣泛應用在臨床上追蹤患者骨骼肌肉系統疼痛改善情形。測試的方法為準備一張空白紙張，在上面只有一條長十公分的直線，一端標示 0 ，另一端標示 10 。測試時會告訴患者：0 表示完全不痛，10 表示最痛（無法忍受的痛），請患者拿筆在直線上劃下自己疼痛的程度，疼痛指數即可用標有刻度的直尺量出長度來表示（以 mm 為單位）。所有受試者在接受實驗前會先記錄『自覺疼痛指數（Visual Analog Scale，VAS）』。在接受第一次『動作分析系統，三維測力板系統』檢查後，請病患將外側楔型鞋墊帶回家穿（每天至少八個小時）。十二週後，再請患者回實驗室接受第二次『動作分析系統，三維測力板系統』檢查。檢查前，我們會再紀錄『自覺疼痛指數（Visual Analog Scale，VAS）』。. 43.

(45) 表 3.2 受試者自覺疼痛指數平均值（Mean）和標準差（S.D.）編號. 1. 受測前. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10 11 12 平均值標準差. 62 48 59 57 65 73 71 42 43 41 41 48. 54.2. 11.3. 十二週後 34 39 43 49 52 59 54 23 31 26 29 31. 39.2. 11.5. 3.1.3. 受試者退化性膝關節炎嚴重程度（Lequesne Index）『退化性膝關節炎嚴重程度（Lequesne Index of Severity for Knee OA）』（見附錄四）是被公認用來評估膝關節退化程度的一個具有信效度的指標。它主要是以患者日常生活中活動情形為評分要點，包括了活動時的膝關節疼痛情形，平常走路的能力，上下樓梯、蹲下以及在不平的路面上走路的難易度。程度最輕為 0 分，最嚴重是 24 分（Modified Lequesne index：22 分）。在接受實驗前同樣會記錄所有受試者的『退化性膝關節炎嚴重程度（Lequesne Index of Severity for Knee OA）』。在接受第一次檢查後，請病患將外側楔型鞋墊帶回家穿（每天至少八個小時）。十二週後，再請患者回實驗室接受第二次檢查。檢查前，我們會再紀錄『退化性膝關節炎嚴重程度』。. 44.

(46) 表 3.3 受試者 Lequesne Index 之平均值（Mean）和標準差（S.D.）編號受測前十二週後. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8 9 10 11 12 平均值標準差. 11 8 10 11 11 13 13 8 9. 8. 10 11. 6. 5. 6. 5. 7. 8. 8. 10 10 5 7. 7. 10.3. 1.7. 7. 1.7. 3.1.4. 受試者下肢 X-光變化所有受試者在接受實驗前都會接受裸足（不穿外側楔型鞋墊）的『站立 X 光』檢查。所有受試者皆罹患雙側退化性膝關節炎，膝關節退化程度根據 Kellgren and Lawrence grading system （1963）標準，Grade III 有 8 名，Grade IV 有 4 名。實驗當天會請受試者穿上外側楔型鞋墊（以足踝護具固定鞋墊），接受另一次『站立 X 光』，然後請病患將外側楔型鞋墊帶回家穿（每天至少八個小時）。十二週後，再請患者接受裸足的『站立 X 光』檢查。所有受測者的三次『站立 X 光』檢查中可計算出股骨脛骨夾角（femorotibial angle，FTA），距骨跟骨夾角（talocalcaneal angle， TCA），以及距骨傾斜角（talar tilt angle，TTA）。股骨脛骨夾角（FTA）是指股骨遠端三分之一段的中線和脛骨近端三分之一段的中線所形成的夾角（圖 3.1.A）。以距骨內、外側頂端連線中點（medial and lateral convex ends of the trochanter talus）和內、外踝最遠端連線中點（distal ends. 45.

(47) of the malleoli）劃一直線，另在距離外踝遠端 2.5 公分處一條直線平行於地面（a line parallel to floor, passing through 2.5 cm distal to the lateral malleolus），此水平直線的垂直線和上述直線的交角就是距骨跟骨夾角（TCA）（圖 3.1.B）。距骨傾斜角（TTA）（圖 3.1.C）則由距骨（trochanter talus）內、外側頂端連線和水平線相交所形成。. 圖 3.1 A. 股骨脛骨夾角，B. 距骨跟骨夾角，C.距骨傾斜角. 46.

(48) 表 3.4 受試者受測前裸足『站立 X 光』檢查的角度資料編號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 平均值標準差. 股骨脛骨距骨跟骨距骨傾斜夾角（右）夾角（右）角（右） 172 8 6 174 10 7 178 13 10 171 4 5 173 5 4 180 8 8 183 3 5 176 3 12 175 3 6 174 4 2 176 6 1 175 1 8 175.6 5.7 6.2 3.3 3.3 3.0. 股骨脛骨距骨跟骨距骨傾斜夾角（左）夾角（左）角（左） 174 7 6 172 12 7 175 13 10 174 3 8 174 9 2 180 0 9 180 1 5 175 11 5 172 1 7 175 5 1 175 10 7 176 1 6 175.2 6.1 6.1 2.4 4.6 2.5. 表 3.5 受試者受測前穿外側楔型鞋墊『站立 X 光』檢查的角度資料編號. 股骨脛骨距骨跟骨距骨傾斜夾角（右）夾角（右）角（右）. 股骨脛骨距骨跟骨距骨傾斜夾角（左）夾角（左）角（左）. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12. 171 175 175 174 173 180 182 176 175 170 175 175. 3 8 4 6 8 5 5 0 2 9 10 6. 4 7 7 3 4 7 6 14 7 1 1 7. 172 171 175 170 173 180 178 176 174 173 175 175. 6 9 3 3 11 4 2 11 5 4 1 4. 6 8 10 8 2 9 6 7 7 0 1 8. 平均值標準差. 175.1 3.2. 5.5 2.8. 5.7 3.3. 174.3 2.7. 5.3 3.2. 6 3.1. 47.

(49) 表 3.6 受試者十二週後裸足『站立 X 光』檢查的角度資料編號. 股骨脛骨距骨跟骨距骨傾斜夾角（右）夾角（右）角（右）. 股骨脛骨距骨跟骨距骨傾斜夾角（左）夾角（左）角（左）. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12. 176 175 173 173 170 183 183 176 172 174 174 174. 5 3 12 5 9 5 5 6 7 9 2 0. 5 8 11 5 5 7 5 10 8 2 20 5. 174 175 175 172 173 176 177 174 174 173 175 174. 8 7 16 3 6 2 9 7 1 7 1 0. 8 9 10 8 3 9 5 9 9 1 15 5. 平均值標準差. 175.3 3.8. 5.7 3.1. 7.6 4.4. 174.3 1.3. 5.6 4.3. 7.6 3.5. 3.1.5. 受試者步態分析中的空間與時間參數步態週期（Gait cycle）是指步行中從單腳的某一個特定時期，到同一腳回到同一個特定時期的一個循環週期，其中包含了站立期（stance period）和擺盪期（swing period）。站立期（stance period）是指從腳開始著地，直到完全離地前，一般可依序細分為開始足跟著地期（initial contact），承重反應期（loading response），站立中期（mid-stance），站立末期（terminal stance）到前擺盪期（pre-swing）共五個階段，這段腳與地面接觸的時期，在平面行走時大約佔步態週期的 60 %。緊接著是擺盪期（swing period），指的是當腳開始離開地面，直到再次接觸的地. 48.

(50) 面的這段時期，同樣也依序分成三個階段：擺盪前期（initial swing），擺盪中期（mid-swing），和擺盪後期（terminal swing），這段腳離開地面的時期，在平面行走時大約佔步態週期的 40 %。（圖3.2）. 圖 3.2 步態週期示意圖. 從單腳的開始足跟著地期（initial contact）到同一腳回到下一次的開始足跟著地期所需要的時間，稱作一個跨步時間（stride time）；到對側腳的開始足跟著地期所需要的時間，則稱作一步時間（step time）。而在此時間內移動的距離則稱之跨步長（stride length）與步長（step length）。兩腳之間的距離稱作步寬（step width）。步行速度（gait velocity）則由步行移動的距離除以所耗用的時間來取得。（圖3.3）. 圖 3.3 步態週期的相關參數. 49.

(51) 第二節推論性統計分析 3.2.1. 自覺疼痛指數（Visual Analog Scale）比較圖3.4 為受試者在受試前和將外側楔型鞋墊帶回家穿十二週後之自覺疼痛指數比較。研究發現患者在受試前自覺疼痛指數平均為 54.2 ± 11.3，穿外側楔型鞋墊十二週後之自覺疼痛指數平均為 39.2 ± 11.5，疼痛情形明顯改善，且有顯著差異。(paired-t test，P<0.05). 100 80 自覺疼痛指數. 60 40. 受測前. 20. 十二週後. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 受試者編號. 圖 3.4 受試者之自覺疼痛指數（VAS）比較. 50.

(52) 3.2.2. 退化性膝關節炎嚴重程度（Lequesne Index）比較圖3.5 為受試者在受試前和將外側楔型鞋墊帶回家穿十二週後之膝關節炎嚴重程度（Lequesne index）比較。研究發現患者在受試前Lequesne index 平均為 10.3 ± 1.7，穿外側楔型鞋墊十二週後之 Lequesne index 平均為 7.0 ± 1.7，Lequesne index 減少，嚴重程度減輕，且有顯著差異。(paired-t test，P<0.05). 20 15 退化性膝關節炎嚴重程度 10. 受測前十二週後. 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 受試者編號. 圖 3.5 受試者之 Lequesne Index 比較. 51.

(53) 3.2.3. 下肢 X-光變化比較在本實驗過程中，我們會安排受試者在受試前接受裸足和穿外側楔型鞋墊的『站立 X 光』檢查，另外在受試者將外側楔型鞋墊帶回家穿十二週後回來接受測試時再接受一次裸足的『站立 X 光』檢查。圖 3.6 為受試者在『站立 X 光』檢查中測量出的左、右腳股骨脛骨夾角（femorotibial angle，FTA）在受試前裸足，第一次穿外側楔型鞋墊，以及穿外側楔型鞋墊十二週後裸足間的比較。研究發現不論是第一次穿外側楔型鞋墊時和受試前裸足時的比較（paired-t test，右腳 P = 0.352；左腳 P = 0.096），還是穿外側楔型鞋墊十二週後裸足時和受試前裸足時的比較（右腳 P = 0.67；左腳 P =. 0.175）都沒有顯著差異。. 200 160. 股骨脛骨夾角 (度). 120 80 40 0. 右腳受測前裸足. 左腳. 第一次穿外側楔型鞋墊. 穿外側楔型鞋墊十二週後裸足. 圖 3.6 受試者股骨脛骨夾角比較. 52.

(54) 圖 3.7 為受試者在『站立 X 光』檢查中測量出的左、右腳距骨跟骨夾角（talocalcaneal angle，TCA）在受試前裸足，第一次穿外側楔型鞋墊，以及穿外側楔型鞋墊十二週後裸足間的比較。研究發現不論是第一次穿外側楔型鞋墊時和受試前裸足時的比較（paired-t test，右腳 P = 0.989；左腳 P = 0.54），還是穿外側楔型鞋墊十二週後裸足時和受試前裸足時的比較（右腳 P = 1.0；左腳 P = 0.7）都沒有顯著差異。. 15. 10 距骨跟骨夾角 (度) 5. 0. 右腳受測前裸足. 左腳. 第一次穿外側楔型鞋墊. 穿外側楔型鞋墊十二週後裸足. 圖 3.7 受試者距骨跟骨夾角比較. 53.

(55) 圖 3.8 為受試者在『站立 X 光』檢查中測量出的左、右腳距骨傾斜角（talar tilt angle，TTA）在受試前裸足，第一次穿外側楔型鞋墊，以及穿外側楔型鞋墊十二週後裸足間的比較。研究發現不論是第一次穿外側楔型鞋墊時和受試前裸足時的比較（paired-t test，右腳 P = 0.256；左腳 P = 0.891），還是穿外側楔型鞋墊十二週後裸足時和受試前裸足時的比較（右腳 P = 0.409；左腳 P =. 0.059）都沒有顯著差異。. 15. 10 距骨傾斜角 (度) 5. 0. 右腳受測前裸足. 左腳. 第一次穿外側楔型鞋墊. 穿外側楔型鞋墊十二週後裸足. 圖 3.8 受試者距骨傾斜角比較. 54.

(56) 3.2.4. 空間與時間參數比較在本實驗過程中，我們會安排受試者在受試前接受裸足和穿外側楔型鞋墊的『動作分析系統，三維測力板系統』檢查，另外在受試者將外側楔型鞋墊帶回家穿十二週後回來再接受一次裸足的『動作分析系統，三維測力板系統』檢查。實驗中，我們可取得的空間與時間的參數（ spatiotemporal parameters）包括了跨步長（stride length），步長（step length），步寬（step width），步行速度（gait velocity），足跟離地最大高度（heel maximum height），週期時間（cycle time），站立期時間（stance phase time），擺盪期時間（swing phase time），以及站立期佔步態週期百分比。因為參與本實驗的退化性膝關節炎患者慣用側（dominant side）皆為右側，且左、右腳兩側膝關節退化程度相當，所以我們在本次實驗『動作分析系統，三維測力板系統』檢查中，僅選取受試者右腳資料作分析。. 55.

(57) 圖 3.9 為受試者的右腳跨步長（stride length）在第一次裸足，第一次穿外側楔型鞋墊，以及穿外側楔型鞋墊十二週後裸足間的比較。研究發現不論是第一次穿外側楔型鞋墊時和受試前裸足時的比較（paired-t test，P = 0.732），還是穿外側楔型鞋墊十二週後裸足時和受試前裸足時的比較（P = 0.544）都沒有顯著差異。. 120 100 80 第一次裸足. 跨步長 60 (公分). 第一次穿外側楔型鞋墊穿外側楔型鞋墊十二週後裸足. 40 20 0. 圖 3.9 受試者跨步長比較. 56.

(58) 圖 3.10 為受試者的步長（step length）在第一次裸足，第一次穿外側楔型鞋墊，以及穿外側楔型鞋墊十二週後裸足間的比較。研究發現不論是第一次穿外側楔型鞋墊時和受試前裸足時的比較（paired-t test，P = 0.485），還是穿外側楔型鞋墊十二週後裸足時和受試前裸足時的比較（P = 0.255）都沒有顯著差異。. 60 50 40 第一次裸足. 步長 30 (公分). 第一次穿外側楔型鞋墊穿外側楔型鞋墊十二週後裸足. 20 10 0. 圖 3.10 受試者步長比較. 57.

(59) 圖 3.11 為受試者的步寬（step width）在第一次裸足，第一次穿外側楔型鞋墊，以及穿外側楔型鞋墊十二週後裸足間的比較。研究發現不論是第一次穿外側楔型鞋墊時和受試前裸足時的比較（paired-t test，P = 0.009），還是穿外側楔型鞋墊十二週後裸足時和受試前裸足時的比較（P = 0.009），步寬（step width）都明顯增加，具有統計上差異（P < 0.05）。. 16. ＊＊. 14 12 10. 第一次裸足. 步寬 8 (公分). 第一次穿外側楔型鞋墊穿外側楔型鞋墊十二週後裸足. 6 4 2 0. 圖 3.11 受試者步寬比較. 58.

(60) 圖 3.12 為受試者的右腳足跟離地最大高度（heel maximum height）在第一次裸足，第一次穿外側楔型鞋墊，以及穿外側楔型鞋墊十二週後裸足間的比較。研究發現在第一次穿外側楔型鞋墊時和受試前裸足時的比較，足跟離地最大高度（heel maximum height）明顯增加，具有統計上差異（paired-t test，P = 0.001）（P < 0.05）。但是在穿外側楔型鞋墊十二週後裸足時和受試前裸足時的比較時（P = 0.716）並沒有顯著差異。. 30. ＊. 25 20 第一次裸足. 足跟離地最大 15 高度(公分). 第一次穿外側楔型鞋墊穿外側楔型鞋墊十二週後裸足. 10 5 0. 圖 3.12 受試者足跟離地最大高度比較. 59.

(61) 圖 3.13 為受試者的步行速度（gait velocity）在第一次裸足，第一次穿外側楔型鞋墊，以及穿外側楔型鞋墊十二週後裸足間的比較。研究發現不論是第一次穿外側楔型鞋墊時和受試前裸足時的比較（paired-t test，P = 0.574），還是穿外側楔型鞋墊十二週後裸足時和受試前裸足時的比較（P = 0.929）都沒有顯著差異。. 120 100 80 第一次裸足. 步行速度 60 (公分/秒). 第一次穿外側楔型鞋墊穿外側楔型鞋墊十二週後裸足. 40 20 0. 圖 3.13 受試者步行速度比較. 60.

(62) 圖 3.14 為受試者的右腳週期時間（cycle time）在第一次裸足，第一次穿外側楔型鞋墊，以及穿外側楔型鞋墊十二週後裸足間的比較。研究發現不論是第一次穿外側楔型鞋墊時和受試前裸足時的比較（paired-t test，P = 0.709），還是穿外側楔型鞋墊十二週後裸足時和受試前裸足時的比較（P = 0.924）都沒有顯著差異。. 1.6 1.4 1.2 1 週期時間 0.8 (秒) 0.6. 第一次裸足第一次穿外側楔型鞋墊穿外側楔型鞋墊十二週後裸足. 0.4 0.2 0. 右腳. 圖 3.14 受試者週期時間比較. 61.

(63) 圖 3.15 為受試者的右腳站立期時間（stance phase time）在第一次裸足，第一次穿外側楔型鞋墊，以及穿外側楔型鞋墊十二週後裸足間的比較。研究發現不論是第一次穿外側楔型鞋墊時和受試前裸足時的比較（paired-t test，P = 0.179），還是穿外側楔型鞋墊十二週後裸足時和受試前裸足時的比較（P = 0.739）都沒有顯著差異。. 0.9 0.8 0.7 0.6 第一次裸足. 站立期時間 0.5 (秒) 0.4. 第一次穿外側楔型鞋墊穿外側楔型鞋墊十二週後裸足. 0.3 0.2 0.1 0. 圖 3.15 受試者站立期時間比較. 62.

(64) 圖 3.16 為受試者的右腳擺盪期時間（swing phase time）在第一次裸足，第一次穿外側楔型鞋墊，以及穿外側楔型鞋墊十二週後裸足間的比較。研究發現在第一次穿外側楔型鞋墊時和受試前裸足時的比較，擺盪期時間（swing phase time）明顯增加，具有統計上差異（paired-t test，. P = 0.000）（P < 0.05）。但是在穿外側楔型鞋墊十二週後裸足時和受試前裸足時的比較時，並沒有顯著差異（P = 0.42）。. 0.7. ＊. 0.6 0.5 第一次裸足. 擺盪期時間 0.4 (秒) 0.3. 第一次穿外側楔型鞋墊穿外側楔型鞋墊十二週後裸足. 0.2 0.1 0. 右腳. 圖 3.16 受試者擺盪期時間比較. 63.

(65) 圖 3.17 為受試者的右腳站立期佔步態週期百分比在第一次裸足，第一次穿外側楔型鞋墊，以及穿外側楔型鞋墊十二週後裸足間的比較。研究發現在第一次穿外側楔型鞋墊時和受試前裸足時的比較，站立期佔步態週期百分比明顯減少，具有統計上差異（paired-t test， P =. 0.002）（P < 0.05）。但是在穿外側楔型鞋墊十二週後裸足時和受試前裸足時的比較時，並沒有顯著差異（paired-t test，P = 0.475）。. 70. ＊. 60 50 站立期佔步態週期百分比(％). 第一次裸足. 40. 第一次穿外側楔型鞋墊 30. 穿外側楔型鞋墊十二週後裸足. 20 10 0. 圖 3.17 受試者站立期佔步態週期百分比之比較. 64.