Lower Limb Orthoses to Enhance Ambulation OBJECTIVES OBJECTIVES Role of Orthoses in the ...

27 Pages·2015·4.55 MB·English

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OBJECTIVES
• Discuss the principles used in designing 
Lower Limb Orthoses orthotic interventions for the lower extremity 
to restore mobility and function
to Enhance Ambulation
• Identify orthotic components and relate their 
function and use to patient criteria
• Analyze the effect of orthoseson joint motion 
Ann Yamane, M.Ed., CO/LO
based on biomechanical needs during 
University of Washington
ambulation
Division of Prosthetics & Orthotics 
Role of Orthoses in the 
OBJECTIVES
Rehabilitation Process
• Identify indications for use of specific orthosis
designs based on goals related to   • Provide safe and efficient ambulation to 
–functional ambulation,  access surroundings
–protection,  • Maximize function
–and contractures
• Reduce long term effects of skeletal mal‐
alignment
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Patient Assessment Biomechanical Principles
The assessment aids in determining  • Three‐point force systems
the biomechanical forces necessary to 
• Ground reaction force force vectors
provide:
• Stable skeletal alignment • Alignment
• Stable base of support to facilitate  –Tibialangle to floor
safe ambulation –AFO/Footwear Combination (AFO‐FC)
• Substitute for impaired muscle 
strength
• Control unwanted motion from 
spasticity
3‐Point Force System
3‐Point Force Systems
Subtalar Eversion Control
• Corrective Forces Sustentaculumtali
– Proximal to medial  modification
malleolus
– Sustentaculumtali
• Counteractive Forces
– Proximal lateral calf
– Distal lateral calcaneus
Courtesy of Martin Carlson, CPO
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3‐Point Force System
Subtalar Eversion Control Describe the 3‐point force system  used to 
control excessive plantarflexion in a 
• Corrective Force
thermoplastic AFO? 
– Proximal to 
medial malleolus
a. posterior calf, plantar surface of the foot at the MT 
– Sustentaculum
tali head region, ankle strap
• Counteractive  b. posterior calf, dorsum of the foot, anterior calf
Forces c. anterior calf, posterior calcaneus, dorsum of the 
– Proximal lateral  foot
calf d. proximal lateral calf, medial malleolus, lateral 
– Distal lateral  calcaneus
calcaneus
Ground Reaction Force Vectors Tibial Angle to Floor
• Distal 1/3 of tibia/fibula 
to floor
• Considerations
– Ankle joint ROM
– Heel height of shoe
Perry, J. Gait Analysis, 2010
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Tibial Angle to Floor AFO‐Footwear Combination
• Shank vertical angle
While wearing shoes – Line of shank is along 
anterior tibial crest in 
• Heel height
relationship to vertical
– Differential from the ball of the 
– Measurement taken 
foot to the heel
with shoe
• Heel wedges may be used in  – Evaluate overall postural 
the shoe to accommodate a  alignment
plantarflexioncontracture
Courtesy of Elaine Owen
Anatomy of an AFO Anatomy of a Thermoplastic AFO
• Stirrup
• Foot plate
• Soleplate
– Length
• Sidebar/ 
• Trim lines
Upright
– Rigidity through 
• Calf band
position of trim lines at 
• Pretibial  ankle region
shell
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Plantarflexion Stop
Ankle Joint Controls
• Tilts the tibia anterior 
Double Adjustable / Dual  and positions the ankle 
Channel ankle joint joint in dorsiflexion
• Plantarflexionstop • Function
Ant Post – Pin placed in the  –Provide clearance 
posterior channel during swing phase A Post
• Dorsiflexion stop
–Produce a knee 
– Pin placed in the 
flexion moment at 
anterior channel
loading response
Dorsiflexion Stop
Dorsiflexion Weakness
AFO with a Plantarflexion
(PF) Stop • Limits dorsiflexion or 
• Provides stability in the  tibialadvancement
sagittal plane by controlling  • Function
ankle PF during swing phase
–Create a knee 
• Relationship between  extension moment  A Post
– adequate clearance 
midstancethrough 
during swing phase
terminal stance
– knee flexion stability 
during loading response
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An ankle‐foot orthosis with a plantarflexion stop 
Plantarflexion Weakness
positioned in dorsiflexion will induce a/an
AFO with a Dorsiflexion Stop
• Provides stability in the sagittal 
a. decreased knee flexion moment.
plane by controlling tibial
advancement during midstance b. increased knee extension moment.
and terminal  stance c. increased knee flexion moment. 
• Relationship between 
d. increased hip extension moment.
– adequate clearance during 
swing phase
– knee stability during stance 
phase
Ankle Joint Controls Ankle Joint Controls
Ankle joint with a spring in 
Double Adjustable / Dual 
the posterior channel 
Channel
• allows PF ROM at 
• Spring placed in the 
loading response
posterior channel to 
A P • provides increased knee 
allow controlled PF at 
stability at loading 
loading response
response by decreasing 
• Pin placed in the 
the knee flexion 
anterior channel for a 
moment
DF stop
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Ankle Joint Controls
Posterior Leaf Spring AFO
Dorsiflexion Assist Functions: 
• allow controlled plantarflexion
at loading response and 
• dorsiflexion 
ROM during late 
midstanceand 
terminal stance
Posterior Leaf Spring AFO Carbon AFO Designs
Indications:
• Dorsiflexion weakness • Varied designs
• Minimal need for stability of subtalarand midtarsal – Similar to Posterior 
Leaf spring
joints
– Rigid limiting 
Biomechanical goal:
dorsiflexion and 
• Limit unwanted plantarflexionROM during swing  plantarflexion
phase – Prefabricated
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Ankle Foot Orthoses Case Scenario‐Hx of Polio
Custom fabricated
– Polypropylene
– Laminated
– Carbon
– Hybrid
Biomechanical goals:
• DF during swing phase
• Stance phase stability
Case Scenario‐Hx of Polio Case Scenario‐Polio
Custom fabricated carbon
Clinical Considerations:
AFO
• Knee strength
• Rigidity/flexibility
• Activity level, function
• Ankle
• Leg length discrepancy
• Metatarsal heads
• PF contracture
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Lower Limb Orthoses
Lower Limb Orthoses
For Ambulation
Categories based on Purpose
• Ambulation • Accommodative Foot 
Orthoses
–To improve mobility and independence
– Accommodate alignment 
• Protection and deformities
–Protect or prevent further deformity – Lower durometer 
materials
• Contractures
–Reduce or prevent limitation of range of motion
Lower Limb Orthoses
Lower Limb Orthoses
For Ambulation
For Ambulation
• Biomechanical Foot  UCBL FO
Orthoses • (UC Biomechanics Lab 
Foot Orthosis)
– Coronal plane alignment 
control • Indications:
– Subtalarand midtarsal – Midtarsal
pronation/supination, 
joint control
forefoot 
abduction/adduction
• Biomechanical goals:
– Control of midtarsaland 
transtarsaljoints
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AFO Function
Dorsiflexion Weakness
Clearance during Swing Phase
• Clinical Observations 
–Absent heel strike if weakness <3/5
• Indications
–Adequate clearance during swing, foot slap at LR 
– Inadequate DF strength
with 3/5
• Design Options –Clearance of the foot reduced during swing phase 
– DF assist –Compensation with a steppage gait pattern
– PF stop –Instability of the subtalar joint
Dorsiflexion Assist AFO
Case Scenario‐CMT
• Clinical Considerations:
MMT: – DF ROM of the ankle 
• Weak DF, PF joint since the design 
allows DF ROM 
• Good knee and 
midstance to terminal 
hip
stance
Biomechanical  – Allows PF ROM at 
goals: loading response
• Clearance during  – Stability of the subtalar, 
midtarsal, and 
swing phase
transtarsal joints
• Subtalarjoint 
control
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