CN109172101B - 膝关节内侧降载定制鞋垫及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种膝关节内侧降载定制鞋垫，鞋垫面与足底完全贴合,鞋垫除脚弓部外，外侧高，内侧低，鞋垫面从鞋垫外侧到鞋垫内侧向下倾斜，倾斜角度为外倾角α，α的计算公式为：
其中，KAM测为无鞋垫条件下测得的膝关节内翻力矩((Knee adduction moment,KAM))峰值，KAMC为膝关节生物力学数据库中所有健康成人的膝关节内翻力矩峰值的平均值；本发明还公开了上述膝关节内侧降载定制鞋垫的制作方法。本发明计算出外倾角的鞋垫，可使膝关节内侧压力降低到正常水平，既能降低膝关节内侧载荷，又能防止倾斜角度不当，防止脚和膝关节产生过度的剪力或者增加膝盖负重，预防和治疗早期内侧间室膝骨关节炎效果好。
Description
技术领域
本发明涉及矫正鞋垫及其设计和制造方法，尤其涉及膝关节内侧降载鞋垫及其设计和制造方法。
背景技术
鞋的舒适度主要由两方面来控制，一个是鞋腔的舒适度，另外一个是鞋垫的舒适度。鞋腔的舒适度主要与鞋腔的形状、所用材料和鞋的不同款式有关；而鞋垫的舒适度所涉及的方面更为重要，主要包括足底部的形状、足底部的轮廓以及足底部曲面的变化规律等。同时由于人在正常的运动中，步态的开始源于足跟的底部，而步态的结束止于拇趾的底部，整个步态中人体与地面的相互的作用力最终体现到足底与鞋之间的界面上，这个界面就是所说的鞋垫。因此，鞋垫所具有的最基本的作用便是分散压力的集中，保护足底组织的安全。由上可知，鞋垫对于所有人、尤其是对于部分需要保护足底健康的人来说是非常重要的。鞋垫的功能除了能够分散足底压力的集中，保护足底的软组织的安全外，还能够对不正常的步态进行校正，这种鞋垫为极具个性化的矫形鞋垫，一般为订制化加工，所以也称为定制化鞋垫。
膝关节是人类能够用两只脚支撑身体重量，以致不被摔倒且能够站稳保持身体平衡的关键部位。虽然我们感觉不到，但膝关节每时每刻都在微微活动着，保持身体的平衡。我国60岁以上人群，50％膝关节骨关节炎，内侧间室膝骨关节炎患者10倍于外侧。膝骨关节炎的症状有，站立时膝盖疼痛，不能站稳，蹲下或起立时会出响声，立正时两个膝盖之间会出现拳头大的缝隙，还有，下楼梯时疼痛会更加严重，走路时产生的疼痛将持续2～3天等。目前我国膝骨关节炎患者已超1亿人，随着人口老龄化的加剧和人们生活水平的提高，关节健康已被摆到了至关重要的地位。
膝骨关节炎的治疗目的在于减轻疼痛、增加关节的柔软性，但是大部分的膝骨关节炎是很难根治的。症状不明显时，可以通过持续的物理治疗、药物疗法或者减肥措施等方法来减轻疼痛、缓解症状。膝骨关节炎严重时需要通过手术来减少疼痛或者通过修复术来恢复关节功能。不过这种手术不仅费用高，而且很繁琐，大多数情况下不能进行手术。为了缓解、预防膝骨关节炎的疼痛，矫正不正常的下肢骨骼排列，在膝骨关节炎无症状或者早期时，可在步行时穿上带矫正鞋垫的鞋，脚和腿会自然降低膝关节内侧载荷，使膝关节内侧载荷恢复到正常值，以此预防和治疗早期内侧间室膝骨关节炎。但是，脚过度内倾，会在脚腕和膝关节产生过度的剪力。另外，为了防止脚的滑动，过多给腿使劲，则因脚的内侧部位和膝盖将受到很大的负重作用，导致关节炎恶化。
发明内容
本发明旨在提供公开一种膝关节内侧降载定制鞋垫的制作方法，可计算出定制的鞋垫外倾角，使膝关节内侧压力降低到正常水平，既降低患者膝关节内侧载荷，又能防止倾斜角度不当，防止脚和膝关节产生过度的剪力或者增加膝盖负重，适宜无症状或者早期内侧间室膝骨关节炎，预防和治疗早期内侧间室膝骨关节炎效果好。
为达到上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：
本发明公开一种膝关节内侧降载定制鞋垫，所述鞋垫除脚弓部外，外侧高，内侧低，鞋垫面从鞋垫外侧到鞋垫内侧向下倾斜，倾斜角度为外倾角α，α的计算公式为：
其中，KAM测为无鞋垫条件下测得的膝关节内翻力矩峰值，KAMC为膝关节生物力学数据库中健康成人的膝关节内翻力矩峰值的平均值。
进一步的，所述脚弓部符合人体脚弓部生理曲度。
进一步的，所述鞋垫面与人体脚掌面贴合。
本发明还公开了上述膝关节内侧降载定制鞋垫的制作方法，包括以下步骤：
(1)测量无鞋垫条件下膝关节内翻力矩峰值KAM测；
(2)根据步骤(1)所得的KAM测，结合膝关节生物力学数据库，根据步骤(1)所得的KAM测，结合膝关节生物力学数据库，计算恢复到正常膝关节内侧载荷的所需的鞋垫外倾角α，计算公式为：
(3)确定鞋垫各部分形状及尺寸；
(4)根据步骤(2)中计算出的外倾角α和步骤(3)中确定的鞋垫各部分形状及尺寸，制造膝关节内侧降载定制鞋垫。
进一步的，所述步骤(1)中的膝关节内翻力矩峰值KAM测采用三维步态分析法测量。
进一步的，所述步骤(3)中的鞋垫各部分形状及尺寸采用三维足底扫描确定。
进一步的，所述步骤(4)中的膝关节内侧降载定制鞋垫通过3D建模和3D打印制作。
优选的，所述三维步态分析法由测试者在长12m带测力台的步道上进行3次测试，分别测量出这3次测试中单次膝关节内翻力矩峰值，KAM测取这3次测试的单次膝关节内翻力矩峰值的平均值。
进一步的，所述膝关节内侧降载定制鞋垫采用TPU弹性材料制作。
进一步的，所述3D打印采用SLS 3D打印技术。
本发明的有益效果如下：鞋垫外倾角适宜，具有膝关节内侧降载作用，可使膝关节内侧压力恢复到正常水平，可吸收冲击和保护踝关节，不会损伤膝盖，体积小、轻便、易便携、价格便宜，患者无需专业指导即可自行穿戴，患者接受度高。
附图说明
图1为膝关节内侧降载定制鞋垫俯视图；
图2为A-A剖面图；
图3为B-B剖面图；
图4为C-C剖面图；
图5为检测的早期膝骨关节炎患者恢复到健康成人膝关节内侧载荷水平时的KAM降低率与对应的鞋垫外倾角变化关系拟合曲线；
图中：1-鞋垫外侧、2-鞋垫内侧、3-脚弓部、4-鞋垫面、5-外倾角α。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
如图1-图4所示，本发明公开了膝关节内侧降载定制鞋垫，鞋垫除脚弓部3外，鞋垫外侧1高，鞋垫内侧2低，鞋垫面4从鞋垫外侧1到鞋垫内侧2向下倾斜，倾斜角度为外倾角α5,脚弓部3符合人体脚弓部生理曲度，鞋垫面4与人体脚掌面适配，穿上鞋垫后鞋垫面4与人体脚掌面贴合，鞋垫脚尖处厚度比脚跟处薄，外倾角α5的计算公式为：
其中，其中KAMC为膝关节生物力学数据库中健康成人的膝关节内翻力矩峰值的平均值，KAM测由测试者在长12m带测力台的步道上进行测试得出，进行一次测试时，KAM测取本次测量出的膝关节内翻力矩峰值；为使测量得到的数据更加准确，采用多次测量取平均值的方法，优选由测试者在长12m带测力台的步道上进行3次测试，分别测量出这3次测试的单次膝关节内翻力矩峰值，KAM测取这3次测试的单次膝关节内翻力矩峰值的平均值。
本发明还公开了的上述膝关节内侧降载定制鞋垫的制作方法，包括以下步骤：
(1)采用三维步态分析法测量无鞋垫条件下膝关节内翻力矩峰值KAM测,KAM测由测试者在长12m带测力台的步道上进行测试得出，进行一次测试时，KAM测取本次测量出的膝关节内翻力矩峰值；为使测量得到的数据更加准确，采用多次测量取平均值的方法，优选由测试者在长12m带测力台的步道上进行3次测试，分别测量出这3次测试的单次膝关节内翻力矩峰值，KAM测取这3次测试的单次膝关节内翻力矩峰值的平均值；
(2)根据步骤(1)测得的KAM测，结合膝关节生物力学数据库，计算恢复到正常膝关节内侧载荷的所需的鞋垫外倾角α5，计算公式为：
(3)采用三维足底扫描确定鞋垫各部分形状及尺寸,使鞋垫面与人体脚掌面贴合；
(4)根据步骤(2)中计算出的外倾角α5和步骤(3)中确定的鞋垫各部分形状及尺寸，进行3D建模，通过SLS 3D打印技术使用TPU弹性材料制造膝关节内侧降载定制鞋垫。
如图5所示，从膝关节生物力学数据库380例早期膝骨关节炎患者检测得到数据，膝关节内翻力矩峰值恢复到正常水平时的降低率
与外倾角α5的代数关系为：
膝关节内翻力矩峰值恢复到正常水平时的降低率越高，需要的外倾角α5就越大。KAMC为膝关节生物力学数据库中健康成人的膝关节内翻力矩峰值的平均值，下肢力线处于中立位时，膝关节内翻力矩峰值为KAMC。对于膝关节内翻力矩峰值过大的膝骨关节炎患者，膝关节内翻力矩峰值越大，膝关节内翻力矩峰值需要降低越多，当
时，膝关节内侧压力正好能恢复到正常水平。
人在行走过程中，膝关节内翻力矩在不断变化，本发明仅取膝关节内翻力矩峰值进行分析，KAMC为膝关节生物力学数据库中收录的所有健康成人的膝关节内翻力矩峰值的平均值；鞋垫内侧2、鞋垫外侧1分别与足底的内侧和外侧对应。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种膝关节内侧降载定制鞋垫，其特征在于：所述鞋垫除脚弓部外，外侧高，内侧低，鞋垫面从鞋垫外侧到鞋垫内侧向下倾斜，倾斜角度为外倾角α，α的计算公式为：
其中，KAM测为无鞋垫条件下测得的膝关节内翻力矩峰值，KAMC为膝关节生物力学数据库中健康成人的膝关节内翻力矩峰值的平均值。
2.根据权利要求1所述的膝关节内侧降载定制鞋垫，其特征在于：所述脚弓部符合人体脚弓部生理曲度。
3.根据权利要求2所述的膝关节内侧降载定制鞋垫，其特征在于：所述鞋垫面与人体脚掌面贴合。
4.如权利要求1-3任一项所述的膝关节内侧降载定制鞋垫的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)测量无鞋垫条件下膝关节内翻力矩峰值KAM测；
(2)根据步骤(1)所得的KAM测，结合膝关节生物力学数据库，计算鞋垫外倾角α，计算公式为：
(3)采用三维足底扫描确定鞋垫各部分形状及尺寸；
(4)根据步骤(2)中计算出的外倾角α和步骤(3)中确定的鞋垫各部分形状及尺寸，制造膝关节内侧降载定制鞋垫。
5.根据权利要求4所述的膝关节内侧降载定制鞋垫的制作方法，其特征在于：所述步骤(1)中的膝关节内翻力矩峰值KAM测采用三维步态分析法测量。
6.根据权利要求4所述的膝关节内侧降载定制鞋垫的制作方法，其特征在于：所述步骤(3)中的鞋垫各部分形状及尺寸采用三维足底扫描确定。
7.根据权利要求4所述的膝关节内侧降载定制鞋垫的制作方法，其特征在于：所述步骤(4)中的膝关节内侧降载定制鞋垫通过3D建模和3D打印制作。
8.根据权利要求5所述的膝关节内侧降载定制鞋垫的制作方法，其特征在于：所述三维步态分析法由测试者在长12m带测力台的步道上进行3次测试，分别测量出这3次测试中单次膝关节内翻力矩峰值，KAM测取这3次测试的单次膝关节内翻力矩峰值的平均值。
9.根据权利要求4所述的膝关节内侧降载定制鞋垫的制作方法，其特征在于：所述膝关节内侧降载定制鞋垫采用TPU弹性材料制作。
10.根据权利要求7所述的膝关节内侧降载定制鞋垫的制作方法，其特征在于：所述3D打印采用SLS 3D打印技术。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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