CN109674144A - 一种柔性矫形鞋垫及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性矫形鞋垫及其制备方法，根据足部数据构建具有足底形貌的鞋垫模型；通过足部评估指标数据、足底压力分布数据以及足部外形扫描数据采集，运用鞋垫外形关键参数与足部评估指标的对应优化关系，鞋垫材料性能分布与足底压力分布的对应关系，调整矫形鞋垫的外轮廓模型和材料力学性能；采用3D打印工艺制备柔性矫形鞋垫。本发明通过材料力学性能可调的多孔结构进行填充，最后对个性化多孔鞋垫模型打印，能给予穿戴者最佳的舒适感且方便快捷。
Description
技术领域
本发明属于矫形技术领域，具体涉及一种柔性矫形鞋垫及其制备方法。
背景技术
足部是人体重要的负重器官和运动器官，承受着身体的重量与地面的反作用力。体重会对双脚造成压力，如果足部本身存在问题或者错误的步态会导致压力被关节不适当的吸收，人体力线一旦存在问题，慢慢就会累积成其他病，对脚踝、膝盖、骨盆、腰椎等部位产生影响。扁平足、高弓足、拇外翻、跟腱炎、跖痛症，还包括先天或者后天造成的长短腿等等的足踝部疾病，会引起足踝关节变形，进而代偿引起膝、髋部的问题。
矫形鞋垫对足部进行生物力学矫形，可以很好矫正下肢的负重力线，改善膝关节、踝关节的不平行受力，减少关节的慢性损伤，以达到缓解疼痛的目的。但是传统矫形鞋垫的设计不具有普适性，往往无法纠正使用者异常足踝部问题。此外，从足部生物力学的角度，单一完全贴合足底形貌的鞋垫设计，往往既不能纠正足部问题，又会导致新的足部疼痛。
由于每个人的脚因为不同的步态、不一样的体重有着不同的受力情况，个性化定制鞋垫的意义就在于根据个人的足部受力情况和足部评估指标为脚提供更好的支撑、保护，甚至可以改变错误的受力情况，从根本改变了力线情况，实现矫形鞋垫的精准设计。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种柔性矫形鞋垫及其制备方法，具有设计精准、个性化程度高的优点。
本发明采用以下技术方案：
一种柔性矫形鞋垫的制备方法，根据足部数据构建具有足底形貌的鞋垫模型；通过足部评估指标数据、足底压力分布数据以及足部外形扫描数据采集，运用鞋垫外形关键参数与足部评估指标的对应优化关系，鞋垫材料性能分布与足底压力分布的对应关系，调整矫形鞋垫的外轮廓模型和材料力学性能；采用3D打印工艺制备柔性矫形鞋垫。
具体的，包括以下步骤：
S1、根据使用者足部扫描影像数据判断需要矫形部位及角度或高度；
S2、构建继承使用者足底形貌特征的鞋垫模型并根据足部解剖部位对鞋垫进行分区；
S3、根据矫形需求对鞋垫局部区域外形进行修正，进行鞋垫整体轮廓设计；
S4、根据足底应力分布和矫形功能区域确定鞋垫局部材料力学属性，实现精准模量设计；
S5、根据计算的材料属性分布和鞋垫整体轮廓设计，构建可供打印制备的鞋垫模型；
S6、选择合适的打印材料、打印结构和打印技术，采用3D打印工艺制备柔性矫形鞋垫。
进一步的，S1中，判断需要矫形部位及角度或高度具体为：
S101、若使用者具有后跟内外翻症状，对鞋垫后跟设计内外侧楔形角度；
S102、若使用者具有扁平足，对鞋垫足弓角度进行设计；
S103、若使用者有由后跟外翻导致的扁平足，处理方法同S101；
S104、若使用者具有拇指外翻，根据轴位籽骨旋转角度，确定鞋垫籽骨位置对应的内侧楔形角度；
S105、若使用者有由扁平足导致的拇外翻症状，处理方法同S102。
更进一步的，S101中，若后跟内外翻角度小于等于10°，鞋垫后跟内外侧楔形角度等于使用者后跟内外翻角度的1/2，小于等于10°；若后跟内外翻角度大于10°，则鞋垫后跟内外侧楔形角度大于10°，小于等于后跟内外翻角度的3/2。
更进一步的，S102中，对鞋垫足弓角度设计具体为：
根据使用者Pitch角、Meary角，在鞋垫初始外形上增加纵弓角度，增加的角度等于Pitch角和Meary角与正常值差值的平均值；设计柔性矫形鞋垫第一跖楔骨关节处的厚度，使其与鞋垫前足处的高度差值等于使用者第一跖楔骨关节处与正常值的差值。
更进一步的，S104中，内侧楔形角度大于等于轴位籽骨旋转角度的1/2，小于等于轴位籽骨旋转角度的3/2。
进一步的，S2中，根据足部三维模型，提取鞋垫长度，前足宽度，中足宽度，后跟宽度，前足厚度，后跟厚度，足弓角度，楔形角度特征参数，对标准鞋垫模型进行调整，完成贴合使用者足底的参数化鞋垫外轮廓初始模型的构建，并将鞋垫分为脚趾、跖趾关节、足侧、足弓以及足跟区域。
进一步的，S3中，调整矫形鞋垫的局部外形，包括局部的角度和高度差值，对鞋垫的初始模型进行修行处理，保证鞋垫各区域表面平滑光顺，完成鞋垫外轮廓模型的构建。
进一步的，S4中，精准模量设计具体为：
S401、若使用者具有足底应力异常，压力峰值大于等于压力阈值0.875Mpa，根据足底压力峰值Pmax，依次均匀划分5个区间，根据鞋垫局部弹性模量与足底压力对应优化关系，确定鞋垫材料力学属性，其中，相对压力系数A为0.8～1.0，弹性模量值E＝A*0.6Mpa；相对压力系数A为0.6～0.8，弹性模量值E＝A*1Mpa；相对压力系数A为0.4～0.6，弹性模量值E＝A*2Mpa；相对压力系数A为0.2～0.4，弹性模量值E＝A*8Mpa；相对压力系数A为0～0.2，弹性模量值E＝A*10Mpa；
S402、若使用者足底压力峰值小于0.875Mpa，鞋垫各区域等效模量范围为0.1～15Mpa；
S403、调整鞋垫矫形功能区域的重力方向材料属性，矫形功能区域贴合足底上表面的等效模量为0.1～1Mpa，矫形角度或高度设计的主体部分的等效弹性模量为1～10Mpa，实现足部与鞋垫柔性接触。
本发明的另一个技术方案是，一种柔性矫形鞋垫，其特征在于，按人体足部区域依次包括脚趾区域、跖趾关节区域、足弓区域、足侧区域和足跟区域，鞋垫矫形部位包括足弓区域和足跟区域，鞋垫矫形部位上表面的等效弹性模量为0.1～1Mpa，矫形角度或高度设计的主体部分的等效弹性模量为1～10Mpa，足跟区域的内外侧楔形角度大于等于使用者后跟内外翻角度的1/2，小于等于10°或大于10°，小于等于后跟内外翻角度的3/2；足弓区域和足跟区域为多孔结构，多孔结构包括椭球单元多孔结构和棱柱单元多孔结构，足弓区域的纵弓角度等于Pitch角和Meary角与正常值差值的平均值；跖趾关节区域内第一跖楔骨关节处的厚度与鞋垫前足处的高度差值等于使用者第一跖楔骨关节处与正常值的差值。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种柔性矫形鞋垫的制备方法，通过使用者足部疾病评估指标数据、足底压力分布数据以及足部外形扫描数据采集，运用鞋垫外形关键参数与足部评估指标的对应优化关系，鞋垫材料性能分布与足底压力分布的对应关系，矫正部位的柔性设计，实现个性化柔性矫形鞋垫的精准设计，进而提高了矫形效果和穿戴舒适性能，并通过3d打印一体化制备具有多种材料的多孔结构的鞋垫，满足设计的材料力学性能，节省材料，方便快捷。
进一步的，根据使用者足部扫描模型的足部评估指标，以及鞋垫外形关键参数与足部评估指标的对应优化关系，判断需要矫形部位及角度或高度，用于鞋垫外型的精准优化设计。
进一步的，若使用者具有后跟内外翻症状，对鞋垫后跟设计内外侧楔形角度，以矫正使用者后跟内外翻症状。
进一步的，使用者具有扁平足，对鞋垫足弓进行设计，贴合足弓位置，为足弓提供支撑。
进一步的，若使用者具有拇指外翻，根据轴位籽骨旋转角度，确定鞋垫籽骨位置对应的内侧楔形角度，以矫正使用者拇外翻症状。
进一步的，构建继承使用者足底形貌特征的初始鞋垫模型，使得鞋垫贴合足底形貌，并且将鞋垫分为脚趾、跖趾关节、足侧、足弓以及足跟五个区域，对鞋垫的外型和材料属性进行区域化调整，方便快捷。
进一步的，根据矫形需求，对鞋垫初始模型局部外形进行修正，并保证鞋垫表面平滑光顺，完成鞋垫整体轮廓设计。
进一步的，根据足底应力分布和矫形功能区域来确定鞋垫局部材料力学属性，以均匀足底压力分布，并且在矫形区域实现柔性接触，避免矫形部位不适，实现精准模量设计。
进一步的，选择柔性PLA、柔性光敏材料、TPU和硅胶中的一种或几种作为打印材料，通过打印多孔结构，以适应鞋垫的材料力学性能要求。可选择不同的打印方式，包含熔融挤出技术、光固化快速成形技术、选择性激光烧结技术和选择性激光熔化技术中的一种或组合形式，结合不同打印方式的优势，提高鞋垫制作的效率和质量。
综上所述，本发明制备的矫形鞋垫与传统矫形鞋垫相比，通过材料力学性能可调的多孔结构进行填充，最后对个性化多孔鞋垫模型打印，不但能给予穿戴者最佳的舒适感，还有助于治疗脚部疾病，方便快捷。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为柔性矫形鞋垫结构示意图；
图2为鞋垫侧视图；
图3为鞋垫后视图；
图4为椭球单元多孔结构；
图5为棱柱单元多孔结构。
其中：1.脚趾区域；2.跖趾关节区域；3.足弓区域；4.足侧区域；5.足跟区域；6.第一等效模量多孔结构；7.第二等效模量多孔结构。
具体实施方式
本发明提供了一种柔性矫形鞋垫及其制备方法，根据足部数据构建具有足底形貌的鞋垫模型；通过足部评估指标数据、足底压力分布数据以及足部外形扫描数据采集，运用鞋垫外形关键参数与足部评估指标的对应优化关系，鞋垫材料性能分布与足底压力分布的对应关系，调整矫形鞋垫的外轮廓模型和材料力学性能；选择打印材料、打印结构和打印方式打印制备鞋垫模型；对鞋垫模型进行后处理，完成鞋垫加工制作。通过矫正部位的柔性设计，实现个性化柔性矫形鞋垫的精准设计，进而提高了矫形效果和穿戴舒适性能，并通过3d打印一体化制备具有多种材料的多孔结构的鞋垫，满足设计的材料力学性能，节省材料，方便快捷。具有设计精准、个性化程度高等优点。
请参阅图1、图2和图3，本发明一种柔性矫形鞋垫，依次包括脚趾区域1、跖趾关节区域2、足弓区域3、足侧区域4和足跟区域5，鞋垫矫形部位上表面的等效弹性模量为0.1～1Mpa，矫形角度或高度设计的主体部分(鞋垫上表面以下部分)的等效弹性模量为1～10Mpa，足跟区域5的内外侧楔形角度大于等于使用者后跟内外翻角度的1/2，且小于等于10°或者大于10°，且小于等于后跟内外翻角度的3/2。
鞋垫矫形部位包括足弓区域3和足跟区域5，足弓区域3和足跟区域5为多孔结构，多孔结构包括椭球单元多孔结构和棱柱单元多孔结构，如图4和图5所示，其中，足弓区域3设置有第一等效模量多孔结构6，足跟区域5设置有第二等效模量多孔结构7。
椭球单元结构具有较好的抗疲劳和抗变形性能，满足鞋垫的使用需求。棱柱单元结构具有较低的硬度和较好的回弹性能，适用于足部与鞋垫接触应力较大的区域和矫形区域的上表面，实现柔性接触。
足弓区域3的纵弓角度等于Pitch角和Meary角与正常值差值的平均值；跖趾关节区域2内第一跖楔骨关节处的厚度与鞋垫前足处的高度差值等于使用者第一跖楔骨关节处与正常值的差值；跖趾关节区域2内籽骨位置对应的内侧楔形角度大于等于轴位籽骨旋转角度的1/2，且小于等于轴位籽骨旋转角度的3/2。
本发明一种柔性矫形鞋垫的制备方法，包括以下步骤：
S1、根据足部扫描影像数据判断需要矫形部位及角度或高度；
S101、若使用者具有后跟内外翻症状，对鞋垫后跟设计内外侧楔形角度；若后跟内外翻角度小于等于10°，鞋垫后跟内外侧楔形角度大于等于使用者后跟内外翻角度的1/2，且小于等于10°；若后跟内外翻角度大于10°，则鞋垫后跟内外侧楔形角度大于10°，且小于等于后跟内外翻角度的3/2；
S102、若使用者具有扁平足，对鞋垫足弓角度设计：根据使用者Pitch角、Meary角，在鞋垫初始外形上增加纵弓角度，增加的角度等于Pitch角和Meary角与正常值差值的平均值；设计鞋垫第一跖楔骨关节处的厚度，使其与鞋垫前足处的高度差值等于使用者第一跖楔骨关节处与正常值的差值；
S103、若使用者有由后跟外翻导致的扁平足，处理方法同S101；
S104、若使用者具有拇指外翻，根据轴位籽骨旋转角度，确定鞋垫籽骨位置对应的内侧楔形角度，内侧楔形角度大于等于轴位籽骨旋转角度的1/2，且小于等于轴位籽骨旋转角度的3/2；
S105、若使用者有由扁平足导致的拇外翻症状，处理方法同S102。
S2、构建继承足底形貌特征的鞋垫模型并根据足部解剖部位对鞋垫进行分区；
根据足部三维模型，提取关键特征参数如下：
鞋垫长度，前足宽度，中足宽度，后跟宽度，前足厚度，后跟厚度，足弓角度，楔形角度。将这些参数保持至数据文件中并打开Creo自动读取，通过这些参数对标准鞋垫模型进行调整，完成贴合使用者足底的参数化鞋垫外轮廓初始模型的构建，并将鞋垫分为五个区域，包括脚趾区域1、跖趾关节区域2、足侧区域4、足弓区域3以及足跟区域5，如图1所示。S3、根据矫形需求对鞋垫局部外形进行修正，完成鞋垫整体轮廓设计；
调整矫形鞋垫的局部外形，包括局部的角度和高度差值，对鞋垫的初始模型进行修行处理，保证鞋垫各区域表面平滑光顺，完成鞋垫外轮廓模型的构建；
S4、根据足底应力分布和矫形功能区域确定鞋垫局部材料力学属性(模量等)，实现精准模量设计；
S401、若使用者具有足底应力异常，压力峰值大于等于压力阈值0.875Mpa(鞋内压力)，根据鞋垫局部弹性模量与足底压力对应优化关系，确定鞋垫材料力学属性；
优化关系，是基于足底压力数据进行鞋垫区域模量设计，构建的数学模型拟合了足底压力分布和鞋垫模量分布之间的数值关系，具体为根据足底压力峰值Pmax，依次均匀划分5个区间，各区间对应的弹性模量值如表1
表1 5个区间对应的弹性模量值
S402、若使用者足底压力峰值小于0.875Mpa，鞋垫各区域等效模量为0.1～15Mpa；
S403、调整鞋垫矫形功能区域重力方向材料属性，实现足部与鞋垫柔性接触。
在鞋垫具有矫形功能的部位贴合足底上表面设计0.1～1Mpa的等效弹性模量，鞋垫矫形角度或高度设计的主体部分设计1～10Mpa的等效弹性模量，使得既具有支撑性能，并且不会出现局部应力激增的状况。
其中，通过选择不同的弹性模量的材料或改变打印的多孔结构的孔隙和密度调整鞋垫材料属性。
S5、根据计算的材料属性分布和鞋垫整体轮廓设计，构建可供打印制备的鞋垫模型；
S6、选择合适的打印材料、打印结构和打印技术，采用3D打印工艺制备柔性矫形鞋垫。
打印材料为柔性PLA、柔性光敏材料、TPU和硅胶中的一种或几种；
打印结构为多孔结构，多孔结构包含但不仅限于椭球结构、双半球结构和正弦结构。通过改变多孔结构孔隙参数，以及多孔结构组合密度，调节鞋垫局部的力学性能；
修改单元体关键几何参数，如椭球界面椭圆的长轴长度，短轴长度，椭球壁厚，每层单元之间的板厚，建立具有不同力学性能的单元体模型。
打印方式包含但不仅限于熔融挤出技术、光固化快速成形技术、选择性激光烧结技术和选择性激光熔化技术中的一种或组合形式。
本发明制备方法采用3d打印的鞋垫可以根据对足部的3d扫描数据创建，能够完美匹配脚型，结合相关足部评估指标、足底压力分布和特殊矫正需求进行鞋垫模型的调整，并通过材料力学性能可调的多孔结构进行填充，最后对个性化多孔鞋垫模型打印。不但能给予穿戴者最佳的舒适感，还有助于治疗脚部疾病。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
后跟外翻扁平足使用者，赤足与穿戴后跟10°楔形鞋垫的即时负重X线片数据对比：
综上所述，本发明真正实现矫形鞋垫的精准设计，根据使用者足部形貌，设计贴合足底的鞋垫模型，通过足部评估指标、足底压力分布和特殊矫正需求进行鞋垫模型的数字量化调整，为足部提供更精准的支撑、保护，甚至可以改变错误的受力情况，从根本改变了力线情况，实现矫形鞋垫的精准设计，矫形区域柔性设计，既保证支撑性能，并且不会出现局部应力激增的状况，实现足部与鞋垫柔性接触。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种柔性矫形鞋垫的制备方法，其特征在于，根据足部数据构建具有足底形貌的鞋垫模型；通过足部评估指标数据、足底压力分布数据以及足部外形扫描数据采集，运用鞋垫外形关键参数与足部评估指标的对应优化关系，鞋垫材料性能分布与足底压力分布的对应关系，调整矫形鞋垫的外轮廓模型和材料力学性能；采用3D打印工艺制备柔性矫形鞋垫。
2.根据权利要求1所述的柔性矫形鞋垫的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据使用者足部扫描影像数据判断需要矫形部位及角度或高度；
S2、构建继承使用者足底形貌特征的鞋垫模型并根据足部解剖部位对鞋垫进行分区；
S3、根据矫形需求对鞋垫局部区域外形进行修正，进行鞋垫整体轮廓设计；
S4、根据足底应力分布和矫形功能区域确定鞋垫局部材料力学属性，实现精准模量设计；
S5、根据计算的材料属性分布和鞋垫整体轮廓设计，构建可供打印制备的鞋垫模型；
S6、选择合适的打印材料、打印结构和打印技术，采用3D打印工艺制备柔性矫形鞋垫。
3.根据权利要求2所述的柔性矫形鞋垫的制备方法，其特征在于，S1中，判断需要矫形部位及角度或高度具体为：
S101、若使用者具有后跟内外翻症状，对鞋垫后跟设计内外侧楔形角度；
S102、若使用者具有扁平足，对鞋垫足弓角度进行设计；
S103、若使用者有由后跟外翻导致的扁平足，处理方法同S101；
S104、若使用者具有拇指外翻，根据轴位籽骨旋转角度，确定鞋垫籽骨位置对应的内侧楔形角度；
S105、若使用者有由扁平足导致的拇外翻症状，处理方法同S102。
4.根据权利要求3所述的柔性矫形鞋垫的制备方法，其特征在于，S101中，若后跟内外翻角度小于等于10°，鞋垫后跟内外侧楔形角度等于使用者后跟内外翻角度的1/2，小于等于10°；若后跟内外翻角度大于10°，则鞋垫后跟内外侧楔形角度大于10°，小于等于后跟内外翻角度的3/2。
5.根据权利要求3所述的柔性矫形鞋垫的制备方法，其特征在于，S102中，对鞋垫足弓角度设计具体为：
根据使用者Pitch角、Meary角，在鞋垫初始外形上增加纵弓角度，增加的角度等于Pitch角和Meary角与正常值差值的平均值；设计柔性矫形鞋垫第一跖楔骨关节处的厚度，使其与鞋垫前足处的高度差值等于使用者第一跖楔骨关节处与正常值的差值。
6.根据权利要求3所述的柔性矫形鞋垫的制备方法，其特征在于，S104中，内侧楔形角度大于等于轴位籽骨旋转角度的1/2，小于等于轴位籽骨旋转角度的3/2。
7.根据权利要求2所述的柔性矫形鞋垫的制备方法，其特征在于，S2中，根据足部三维模型，提取鞋垫长度，前足宽度，中足宽度，后跟宽度，前足厚度，后跟厚度，足弓角度，楔形角度特征参数，对标准鞋垫模型进行调整，完成贴合使用者足底的参数化鞋垫外轮廓初始模型的构建，并将鞋垫分为脚趾、跖趾关节、足侧、足弓以及足跟区域。
8.根据权利要求2所述的柔性矫形鞋垫的制备方法，其特征在于，S3中，调整矫形鞋垫的局部外形，包括局部的角度和高度差值，对鞋垫的初始模型进行修行处理，保证鞋垫各区域表面平滑光顺，完成鞋垫外轮廓模型的构建。
9.根据权利要求2所述的柔性矫形鞋垫的制备方法，其特征在于，S4中，精准模量设计具体为：
S401、若使用者具有足底应力异常，压力峰值大于等于压力阈值0.875Mpa，根据足底压力峰值Pmax，依次均匀划分5个区间，根据鞋垫局部弹性模量与足底压力对应优化关系，确定鞋垫材料力学属性，其中，相对压力系数A为0.8～1.0，弹性模量值E＝A*0.6Mpa；相对压力系数A为0.6～0.8，弹性模量值E＝A*1Mpa；相对压力系数A为0.4～0.6，弹性模量值E＝A*2Mpa；相对压力系数A为0.2～0.4，弹性模量值E＝A*8Mpa；相对压力系数A为0～0.2，弹性模量值E＝A*10Mpa；
S402、若使用者足底压力峰值小于0.875Mpa，鞋垫各区域等效模量范围为0.1～15Mpa；
S403、调整鞋垫矫形功能区域的重力方向材料属性，矫形功能区域贴合足底上表面的等效模量为0.1～1Mpa，矫形角度或高度设计的主体部分的等效弹性模量为1～10Mpa，实现足部与鞋垫柔性接触。
10.一种根据权利要求1或2所述方法制备的柔性矫形鞋垫，其特征在于，按人体足部区域依次包括脚趾区域(1)、跖趾关节区域(2)、足弓区域(3)、足侧区域(4)和足跟区域(5)，鞋垫矫形部位包括足弓区域(3)和足跟区域(5)，鞋垫矫形部位上表面的等效弹性模量为0.1～1Mpa，矫形角度或高度设计的主体部分的等效弹性模量为1～10Mpa，足跟区域(5)的内外侧楔形角度大于等于使用者后跟内外翻角度的1/2，小于等于10°或大于10°，小于等于后跟内外翻角度的3/2；足弓区域(3)和足跟区域(5)为多孔结构，多孔结构包括椭球单元多孔结构和棱柱单元多孔结构，足弓区域(3)的纵弓角度等于Pitch角和Meary角与正常值差值的平均值；跖趾关节区域(2)内第一跖楔骨关节处的厚度与鞋垫前足处的高度差值等于使用者第一跖楔骨关节处与正常值的差值。
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Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109998759A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-07-12 | 广东兰湾智能科技有限公司 | 3d打印一体成型的踝足矫形器及其制作方法 |
| CN110001056A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-07-12 | 重庆大学 | 一种个性化3d打印鞋垫的制作方法 |
| CN110721014A (zh) * | 2019-09-28 | 2020-01-24 | 西安交通大学 | 一种个性化占位鞋垫及其制备方法 |
| CN110959958A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-04-07 | 东莞理工学院 | 一种走路不稳用凸垫结构的制作方法及矫形鞋垫 |
| CN111259464A (zh) * | 2020-03-02 | 2020-06-09 | 重庆嵘安医疗器材有限公司 | 一种3d打印足部模型数据库的建立方法 |
| CN112758211A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-05-07 | 吉林大学 | 一种提高腿足式机器人触地稳定性的耦合仿生足垫 |
| CN113180335A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-07-30 | 西安福音康复健康产业有限公司 | 一种足部数据测量方法及鞋垫定制方法 |
| CN113208231A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-08-06 | 四川大学 | 一种基于足弓数据的3d扁平足矫正鞋垫设计方法 |
| CN113547734A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-10-26 | 中科三维成型技术（深圳）有限公司 | 一种多结构3d打印矫形鞋垫的制作方法 |
| WO2021213459A1 (zh) * | 2020-04-22 | 2021-10-28 | 上海交通大学医学院附属第九人民医院 | 一种3d打印拇外翻矫形鞋垫 |
| WO2022257626A1 (zh) * | 2021-06-09 | 2022-12-15 | 清锋（北京）科技有限公司 | 足部矫正件的制造方法和足部矫正件 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160345665A1 (en) * | 2015-05-27 | 2016-12-01 | Nike, Inc. | Article Of Footwear Comprising A Sole Member With Apertures |
| CN106372374A (zh) * | 2016-11-03 | 2017-02-01 | 西安交通大学 | 一种针对糖尿病足鞋垫的个性化设计方法 |
| CN106447453A (zh) * | 2016-09-29 | 2017-02-22 | 李宁体育(上海)有限公司 | 数字化鞋产品的订制方法 |
| CN106420144A (zh) * | 2016-06-29 | 2017-02-22 | 上海欧牡健康管理咨询有限公司 | 一种3d打印鞋垫的制作方法 |
| CN107839238A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-03-27 | 上海欧牡健康管理咨询有限公司 | 一种3d打印糖尿病足鞋垫的制备方法和用途 |
-
2019
- 2019-01-16 CN CN201910040411.6A patent/CN109674144B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160345665A1 (en) * | 2015-05-27 | 2016-12-01 | Nike, Inc. | Article Of Footwear Comprising A Sole Member With Apertures |
| CN106420144A (zh) * | 2016-06-29 | 2017-02-22 | 上海欧牡健康管理咨询有限公司 | 一种3d打印鞋垫的制作方法 |
| CN106447453A (zh) * | 2016-09-29 | 2017-02-22 | 李宁体育(上海)有限公司 | 数字化鞋产品的订制方法 |
| CN106372374A (zh) * | 2016-11-03 | 2017-02-01 | 西安交通大学 | 一种针对糖尿病足鞋垫的个性化设计方法 |
| CN107839238A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-03-27 | 上海欧牡健康管理咨询有限公司 | 一种3d打印糖尿病足鞋垫的制备方法和用途 |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110001056A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-07-12 | 重庆大学 | 一种个性化3d打印鞋垫的制作方法 |
| CN109998759B (zh) * | 2019-05-13 | 2021-05-14 | 广东兰湾智能科技有限公司 | 3d打印一体成型的踝足矫形器及其制作方法 |
| CN109998759A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-07-12 | 广东兰湾智能科技有限公司 | 3d打印一体成型的踝足矫形器及其制作方法 |
| CN110721014A (zh) * | 2019-09-28 | 2020-01-24 | 西安交通大学 | 一种个性化占位鞋垫及其制备方法 |
| CN110959958A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-04-07 | 东莞理工学院 | 一种走路不稳用凸垫结构的制作方法及矫形鞋垫 |
| CN110959958B (zh) * | 2019-12-02 | 2022-07-19 | 东莞理工学院 | 一种走路不稳用凸垫结构的制作方法及矫形鞋垫 |
| CN111259464A (zh) * | 2020-03-02 | 2020-06-09 | 重庆嵘安医疗器材有限公司 | 一种3d打印足部模型数据库的建立方法 |
| WO2021213459A1 (zh) * | 2020-04-22 | 2021-10-28 | 上海交通大学医学院附属第九人民医院 | 一种3d打印拇外翻矫形鞋垫 |
| CN112758211A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-05-07 | 吉林大学 | 一种提高腿足式机器人触地稳定性的耦合仿生足垫 |
| CN113180335A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-07-30 | 西安福音康复健康产业有限公司 | 一种足部数据测量方法及鞋垫定制方法 |
| CN113208231A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-08-06 | 四川大学 | 一种基于足弓数据的3d扁平足矫正鞋垫设计方法 |
| WO2022257626A1 (zh) * | 2021-06-09 | 2022-12-15 | 清锋（北京）科技有限公司 | 足部矫正件的制造方法和足部矫正件 |
| CN113547734A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-10-26 | 中科三维成型技术（深圳）有限公司 | 一种多结构3d打印矫形鞋垫的制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109674144B (zh) | 2020-05-19 |
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