เท้าเทียมและชุดข้อเท้าเทียม

เท้าเทียมและชุดข้อเท้าเทียมเป็นส่วนปลายของขาเทียมที่สัมผัสพื้น ดูดซับแรงกระแทกเมื่อส้นเท้ากระทบพื้น และกำหนดการเคลื่อนที่แบบหมุน (rollover) ที่ช่วยให้ร่างกายเคลื่อนที่ไปข้างหน้าตลอดระยะยืน (stance phase) การออกแบบมีตั้งแต่เท้าแบบมีเบาะรองรับที่เรียบง่าย ไปจนถึงกลไกข้อเท้า-เท้าที่เก็บและคืนพลังงาน รวมถึงแบบข้อต่อ ซึ่งแต่ละแบบมีความสมดุลที่แตกต่างกันระหว่างความมั่นคง การคืนพลังงาน และความสามารถในการปรับตัวเข้ากับพื้นผิวที่แตกต่างกัน

Definition

เท้าเทียมและชุดข้อเท้าเทียมเป็นส่วนปลายของขาเทียมที่ให้การสัมผัสพื้น การดูดซับแรงกระแทก และการเคลื่อนที่แบบหมุนที่ควบคุมได้ในระหว่างระยะยืน โดยการออกแบบจะแตกต่างกันไปในวิธีการเก็บและคืนพลังงาน และวิธีการเคลื่อนที่ของข้อเท้า

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมบทบาทการทำงานของเท้าเทียม-ข้อเท้าเทียมในการเดิน ประเภทการออกแบบหลัก (เท้าแบบส้นเท้ามีเบาะรองรับข้อเท้าแข็ง (solid-ankle cushion-heel), แบบแกนเดี่ยวและหลายแกน, แบบเก็บและคืนพลังงาน, และข้อเท้าแบบใช้พลังงานหรือไฮดรอลิก) และผลกระทบทางชีวกลศาสตร์ของการออกแบบเหล่านี้ต่อการเดินของผู้พิการ หัวข้อนี้เป็นภาพรวมอ้างอิงของส่วนประกอบเท้า-ข้อเท้าเทียม ไม่ใช่คู่มือการสั่งจ่ายหรือการปรับแต่ง

Core questions

• เท้าเทียม-ข้อเท้าเทียมต้องมีหน้าที่อะไรบ้างตลอดระยะยืนของการเดิน?
• การออกแบบแบบส้นเท้ามีเบาะรองรับข้อเท้าแข็ง (solid-ankle cushion-heel), แบบหลายแกน, และแบบเก็บและคืนพลังงานแตกต่างกันทางชีวกลศาสตร์อย่างไร?
• การเก็บและคืนพลังงานส่งผลต่อต้นทุนเมแทบอลิซึมและกิจกรรมของกล้ามเนื้อในการเดินอย่างไร?
• หลักฐานเปรียบเทียบสำหรับกลไกข้อเท้า-เท้าที่แตกต่างกันคืออะไร?

Key concepts

• การเคลื่อนที่แบบหมุนในระยะยืน (Stance-phase rollover)
• การดูดซับแรงกระแทกเมื่อส้นเท้ากระทบพื้น (Heel-strike shock absorption)
• การออกแบบแบบส้นเท้ามีเบาะรองรับข้อเท้าแข็ง (SACH) (Solid-ankle cushion-heel (SACH) design)
• ข้อเท้าแบบแกนเดี่ยวและหลายแกน (Single-axis and multi-axis ankles)
• การเก็บและคืนพลังงาน (ESR) (Energy storage and return (ESR))
• ข้อเท้าแบบไฮดรอลิกและแบบใช้พลังงาน (Hydraulic and powered ankles)
• ต้นทุนเมแทบอลิซึมของการเดิน (Metabolic cost of walking)

Mechanisms

ในระหว่างระยะยืน เท้าเทียมจะต้องรองรับแรงกระแทกของส้นเท้าที่กระทบพื้น อนุญาตให้มีการเคลื่อนที่ของขาเทียมเหนือเท้าอย่างควบคุมได้ (rollover) และให้การรองรับและลักษณะการผลักตัวเพื่อการเคลื่อนที่ไปข้างหน้า เท้าแบบส้นเท้ามีเบาะรองรับข้อเท้าแข็งใช้ส้นเท้าที่ยุบตัวได้และโครงสร้างหลักที่แข็งแรง การออกแบบแบบหลายแกนเพิ่มการเคลื่อนที่แบบพลิกเข้า-พลิกออก (inversion-eversion) และการหมุนเพื่อรองรับพื้นผิวที่ไม่เรียบ เท้าแบบเก็บและคืนพลังงานใช้โครงสร้างหลักที่ยืดหยุ่นซึ่งจะโค้งงอภายใต้แรงกดและดีดกลับเพื่อคืนพลังงานในช่วงปลายระยะยืน ข้อเท้าแบบมีข้อต่อ แบบไฮดรอลิก และแบบใช้พลังงานจะช่วยปรับการเคลื่อนที่ของข้อเท้าเพิ่มเติม และในการออกแบบแบบใช้พลังงาน จะเพิ่มการทำงานสุทธิที่เป็นบวก ความแตกต่างเหล่านี้มีอิทธิพลต่อแรงปฏิกิริยาพื้น การรับน้ำหนักของส่วนปลายที่เหลืออยู่ กิจกรรมของกล้ามเนื้อ และต้นทุนเมแทบอลิซึมของการเดิน ซึ่งเป็นผลลัพธ์ทั่วไปในการศึกษาทางชีวกลศาสตร์

Clinical relevance

การเลือกเท้า-ข้อเท้าเทียมส่งผลต่อความราบรื่นในการเดิน การจัดการกับทางลาดชันและพื้นผิวที่ไม่เรียบของขาเทียม และความพยายามที่ต้องใช้ในการเดิน การทำความเข้าใจทางเลือกต่างๆ จะช่วยสนับสนุนการตัดสินใจร่วมกันในการฟื้นฟูสมรรถภาพ หัวข้อนี้อธิบายพฤติกรรมของส่วนประกอบและหลักฐานอ้างอิงเพื่อการอ้างอิงและการศึกษา ไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการสั่งจ่ายยาหรือการตัดสินใจในการปรับแต่งเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

การทบทวนของ Cochrane เกี่ยวกับกลไกข้อเท้า-เท้าเทียมพบว่าฐานหลักฐานมีจำกัด โดยมีการศึกษาขนาดเล็กและผลลัพธ์ที่หลากหลายซึ่งไม่ได้ระบุชัดเจนว่ากลไกใดเหนือกว่า การศึกษาทางชีวกลศาสตร์ในภายหลังรายงานผลกระทบที่วัดได้แต่ผันแปรของการออกแบบแบบเก็บและคืนพลังงานและแบบมีข้อต่อต่อการเดินและต้นทุนพลังงาน และการจับคู่ประเภทเท้ากับบุคคลยังคงเป็นจุดเน้นในทางปฏิบัติ

History

เท้าเทียมในยุคแรกๆ มีลักษณะแข็งหรือมีเบาะรองรับที่เรียบง่าย โดยการออกแบบแบบส้นเท้ามีเบาะรองรับข้อเท้าแข็ง (solid-ankle cushion-heel) ได้กลายเป็นแบบอ้างอิงที่ใช้กันมานาน การนำเท้าแบบเก็บและคืนพลังงานมาใช้โดยใช้โครงสร้างหลักที่ทำจากคาร์บอนไฟเบอร์และวัสดุผสมในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 ได้เปลี่ยนความสนใจไปที่การคืนพลังงานแบบไดนามิก และต่อมาข้อเท้าแบบไฮดรอลิกและแบบใช้พลังงานมีเป้าหมายเพื่อเพิ่มการเคลื่อนที่แบบปรับตัวและการผลักตัวอย่างกระตือรือร้น

Debates

เท้าแบบเก็บและคืนพลังงานช่วยปรับปรุงการเดินได้อย่างมีความหมายเมื่อเทียบกับการออกแบบที่เรียบง่ายกว่าหรือไม่?

เท้าแบบ ESR และแบบมีข้อต่อสามารถเปลี่ยนแปลงแรงปฏิกิริยาพื้น กิจกรรมของกล้ามเนื้อ และต้นทุนพลังงานได้ แต่การทบทวนและการศึกษาเปรียบเทียบรายงานผลกระทบที่ไม่สอดคล้องกันหรือปานกลางซึ่งขึ้นอยู่กับระดับกิจกรรมของผู้ใช้ ทำให้ข้อได้เปรียบของเท้าเหล่านี้เมื่อเทียบกับเท้าที่เรียบง่ายกว่ายังคงเป็นที่ถกเถียงสำหรับผู้ใช้หลายราย

Seminal works

• hofstad-2004
• goh-1994
• ventura-2011

Frequently asked questions

เท้าเทียมแบบเก็บและคืนพลังงานคืออะไร?

เป็นเท้าที่มีโครงสร้างหลักที่ยืดหยุ่น ซึ่งมักทำจากคาร์บอนไฟเบอร์หรือวัสดุผสม ซึ่งจะโค้งงอภายใต้แรงกดในระหว่างระยะยืนและดีดกลับในช่วงปลายระยะยืนเพื่อคืนพลังงานที่เก็บไว้บางส่วน โดยมีจุดประสงค์เพื่อช่วยในการเคลื่อนที่ไปข้างหน้า

เท้า SACH หมายถึงอะไร?

SACH ย่อมาจาก solid-ankle cushion-heel ซึ่งเป็นการออกแบบที่ใช้กันมานานโดยมีโครงสร้างหลักที่แข็งแรงและส้นเท้าที่ยุบตัวได้ซึ่งช่วยลดแรงกระแทกเมื่อส้นเท้ากระทบพื้นโดยไม่มีข้อต่อข้อเท้าแบบมีข้อต่อ