3/3/2015 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 1 3/3/2015 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 2 3/3/2015 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 3 3/3/2015 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 4 3/3/2015 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 5 3/3/2015 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 6 3/3/2015 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 7 3/3/2015 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 8 3/3/2015 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 9 3/3/2015 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 10