CN109820281B - 基于糖尿病患者足部组织层次力学特性的个性化鞋垫优化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于糖尿病患者足部组织层次力学特性的个性化鞋垫优化设计方法，包括以下步骤：【1】足底压力测试及分析；【2】有限元模型建立与仿真优化；【3】3D打印制作。本发明将实测法和有限元分析法相结合，具有精确、方便、快捷、经济等优势，并且能够通过完善的模型和多样的载荷条件，对多种工况进行分析，为糖尿病患者提供个性化的鞋垫设计，从而降低了糖尿病患者发生足底溃疡的可能性，减轻了糖尿病患者的痛苦，为糖尿病患者保持身体健康提供积极的帮助。

Description

基于糖尿病患者足部组织层次力学特性的个性化鞋垫优化设 计方法

技术领域

本发明涉及鞋垫技术领域，尤其是一种基于糖尿病患者足部组织层次力学特性的个性化鞋垫优化设计方法。

背景技术

糖尿病是广泛流行于全世界的慢性疾病，糖尿病足是糖尿病最常见的并发症之一，是指糖尿病患者由于合并神经病变及不同程度的血管病变而导致下肢感染、溃疡、坏疽，乃至截肢，具有发病率高、致残率和致死率高、医疗费用高等特点，大大降低了患者的生活质量。有研究表明，全球约有15％-20％的糖尿病患者会发生足底溃疡或坏疽，每年的截肢病人中有约50％是糖尿病患者，而85％的糖尿病患者截肢原因是足溃疡。

研究表明，糖尿病足的发生除了与周围神经病变、感染等因素有关外，与患者的足底压力异常增高有着密切的联系。降低糖尿病足截肢率的关键在于预防足底溃疡的发生，而预防足底溃疡发生的关键在于修正足底压力的异常分布。

糖尿病患者鞋袜穿着不当导致了21％-33％以上的糖尿病足溃疡的发生，而溃疡是截肢独立的危险因素。《糖尿病足国际临床指南》中明确指出，合适的鞋袜可以减少异常足底压，减少胼胝、溃疡的发生，防止足部损伤。我国学者研究发现，糖尿病足治疗鞋减低了足部的压强,增加了足弓的支持能力，减轻了足前部和足跟的压力，具有预防足病的作用。

鞋垫的主要功能是为足部提供缓冲以改善足底压力分布及步态稳定性。长期使用结构不合理的鞋垫会引起足底局部区域压力的异常升高，导致胼胝与溃疡出现。由于不同患者在足部形态、步态姿势、患病程度、病变位置等方面具有差异性，导致个体之间的足底压力分布不同。因此，为糖尿病患者进行鞋垫的形状、结构、材质等方面的个性化设计是十分必要的。

目前针对糖尿病鞋垫的研究方法多是基于足底压力测试，其优势在于能够直观地获得患者足底压力分布特征和模式。但由于无法获得内部骨骼、韧带等结构的真实受力情况，难以对足底压力研究的合理性进行深入解释。另一方面，在目前基于足底压力测试优化鞋垫的方法中，多是针对测试得到的高压区域直接进行减压干预，但在实际情况下，通过足底压力实验测得的数据反映的是足底与鞋垫接触的界面压力，并且已有研究表明，界面压力大的部位不一定对应内部组织应力大的部位。又由于在足底压力测试过程中，患者的主观意志会对实验结果造成影响，导致只用实测法往往不能准确反应足部受力的真实情况。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种构思合理、设计科学、使用简便，且能提高测量结果准确性的基于糖尿病患者足部组织层次力学特性的个性化鞋垫优化设计方法。

本发明的目的是通过以下技术手段实现的：

一种基于糖尿病患者足部组织层次力学特性的个性化鞋垫优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

【1】足底压力测试及分析；

【2】有限元模型建立与仿真优化；

【3】3D打印制作。

而且，步骤【1】足底压力测试及分析的具体过程为：

(1)实验前期的准备工作；

(2)实验时，令患者选择合适码数的鞋与鞋垫，鞋选用轻便的平底休闲鞋，鞋垫选用已知材料参数的EVA材质的平板鞋垫，令用户在10米范围内进行灵活自由的直线行走，系统采集患者完整的步态周期参数，包括压力分布面积、峰值压力、各足区冲量百分比及压力中心轨迹等；

(3)测试系统将足底划分为10个足区，分析时重点关注关键解剖学区域，包括跖骨、趾骨、跟骨等，建立足底压力与鞋垫表面形状的映射关系，确定需要减压的区域位置及形状、尺寸；

(4)分析患者双足的压力分布云图，判断患者足弓形态属于正常、扁平还是过高，参考足底压力中心轨迹，获得患者步态周期内重心的稳定性及偏移特征，进而通过在鞋垫不同区域增减矫形结构改善步态稳定性；

(5)基于压力分布面积及峰值压力的位置与大小，设计鞋垫减压结构的位置与尺寸；基于各足区冲量百分比，为相应位置的鞋垫减压结构选择合适性能的材料。

而且，步骤(1)所述的实验前期的准备工作包括：检查患者的健康状况，包括血糖指数、并发症、慢性病、足部形态等，确认患者的身体条件适合进行实验；对患者的基本身体参数进行测量，包括身高、体重、年龄等，根据身高和体重计算患者的BMI指数；实验采用T&Tmedilogic 5.8.1鞋垫式足底压力检测系统，并备有码数齐全的平底布鞋及薄款棉袜，鞋内分别置有相应尺寸的足底压力检测鞋垫。

而且，步骤【2】有限元模型建立与仿真优化的具体过程为：

(1)使用3D扫描仪，取患者立姿跟骨中立位，对双足进行3D扫描，获得患者足部外轮廓；

(2)根据扫描结果，利用CAD软件分别建立左、右脚的定制鞋垫的初始模型，使鞋垫表面与足底轮廓相贴合；初始模型分两层，上层采用较低密度材料，着重起到缓冲作用，以分散压力分布；下层采用较高密度材料，着重起到支撑作用，以稳定行走步态；

(3)使用3D扫描仪，对用户在足底压力测试中所穿着的试验用鞋进行扫描，获取试验用鞋的三维数据，建立试验用鞋的三维几何模型；

(4)将由足底压力测试获得的足底压力分布数据映射到定制鞋垫初始模型上，标定高压区域的位置、轮廓及尺寸，即需要进行减压处理的位置；将模型的相应区域建立为独立模块，以便于进行材料及尺寸等方面的优化调整；

(5)为了防止用户足部的过度扭转，在定制鞋垫初始模型的底层对应足弓区域的部位添加包裹足弓的硬质支撑片，支撑片的形状贴合足弓轮廓，材质选用TPU，将支撑片模型与定制基础垫模型进行装配；

(6)令患者平躺，足部处于无载荷的中立位置，分别使用CT和MRI扫描获取患者的足部数据影像；CT影像后续将主要用于进行足部骨骼结构的建模，MRI影像后续将主要用于辅助足部肌肉、韧带及软组织的建模；

(7)采用图像分析技术、逆向工程技术和计算机辅助设计技术，对足的几何构形进行三维建模；

(8)分别获得足-试验用鞋的耦合模型以及足-定制鞋垫初始模型的耦合模型，通过有限元软件将三维几何模型转换为三维有限元模型；模型的前处理、分析计算及后处理都在有限元分析软件中进行；

(9)在仿真计算过程中，将骨组织视为分布均匀且各向同性的均质性弹性体材料，将软组织视为非线性粘弹性材料，将关节面软骨和韧带视为超弹性材料，定制鞋垫选用具有不同属性参数的EVA、PU、硅胶与Poron等材料，具体数值均查阅技术资料得到；边界条件按照人体在正常行走状态下足部所受外界约束的状况进行设置；

(10)选取足-定制鞋模型的耦合模型，模拟足部在步态周期的中立相下承受压力的状态，设置相应的边界条件及载荷，进行仿真计算；

(11)从仿真结果中提取足底压力数据；将计算结果与先前进行的足底压力测试结果进行对比，以验证足部模型的有效性；如果验证通过，则进行后续步骤；如果验证不通过，则通过调整模型进行修正，直到模型通过验证；

(12)足部模型验证通过后，选用足-定制鞋垫初始模型，模拟足部在步态周期的中立相下承受压力的状态，设置相应的边界条件及载荷，进行仿真计算；

(13)基于计算结果中的压力分布情况，调整标定压力异常的部位，对上层低密度层、下层高密度层、减压区域及足弓支撑部件的材质和尺寸进行调整，对于患有扁平足的患者，着重加强足弓位置的支撑，目的是使足底压力分布均匀，避免出现过大的压力区域；

(14)将调整后的有限元模型重新进行仿真计算，获得足底压力和人体各组织应力数据，通过进一步调整材料参数及结构尺寸进行优化；

(15)通过重复修改模型与计算验证，优化鞋垫结构，减缓人体足部内部组织受力，最终得到最优的结构及材料参数，输出设计方案。

而且，步骤【3】3D打印制作的具体过程为：

(1)基于输出的设计方案，选用相应的材料，利用3D打印，分别打印上层垫、下层垫、减压片、支撑片等各个部位；

(2)将各个部位通过粘合等方法装配成为完整的定制鞋垫模型；

(3)令患者穿着完整的定制鞋垫再次进行足底压力测试，分析足底压力分布及压力中心轨迹的改善，验证鞋垫效果：如果压力分布均匀且无过高峰值压力区域出现，则鞋垫方案通过；如果压力分布仍然不均匀且存在过高峰值压力，则返回以上步骤，通过调整模型结构及材料参数进一步优化。

本发明的优点和积极效果是：

本发明基于生物力学仿真优化，综合评定足底压力及足部骨骼、韧带、软组织内部应力分布。足底压力测量实验是获取足底压力分布及大小的有效研究方法，有限元模拟与仿真计算是科学研究领域内用已探知复杂对象本质规律的重要定量分析手段，是一种可以替代大量实物实验的数字化虚拟实验，能够大幅提高效率并且降低成本，近年来在生物力学领域显示出日渐强大的应用潜力。本发明提取人体足底压力及足部组织内部应力参数，对足部进行力学行为的数值计算，分析不同解剖学结构下的内部生物力学响应，特别是应力与应变，进而深化研究与认知，针对不同个体，实现更加个性化的定制方案。

本发明能够构建精细的人体足部模型。足部肌肉骨骼系统非常复杂，普通的造型方法难以满足精确计算的需求，本发明借助CT与MRI等医学成像技术，获得与真实骨骼、肌肉及软组织等在解剖学形态上高度相似的细致足部结构，以获取精确的足部几何物理模型，保证高质量的仿真与分析结果。

本发明使用CT与MRI对每位用户的足部进行单独扫描，定制化程度高。当前的糖尿病患者专用鞋垫多使用大量用户足部形态样本取均值的方式来研发能够广泛适用的鞋垫，但由于患者的病患程度各不相同，一种鞋垫形态很难精确满足多数人的需求。有一些方法通过调整通用骨骼模型，对局部骨骼模型的尺寸进行缩放来接近特定用户的足部形态，以进行个性化鞋垫定制，效果优于普适性的鞋垫，但人体尺寸各不相同，骨骼、韧带、软组织等发育程度、形态均不相同，对通用骨骼模型的调整无法准确反应用户的真实足部形态。

本发明构建了用户足部及鞋垫的三维有限元模型，可以对多种足-垫接触工况进行仿真计算，并且对模型的结构、材料进行任意调整，由此对方案进行反复优化。方案设计的全过程都在软件中通过数字文件实现，不需要反复制作实物模型，能够显著节约研发时间及经济成本。

本发明通过有限元分析与计算，能够获得更加真实和准确的足底高压区域位置与内部组织应力数值，能够对足部进行更为有效合理的减压干预，优于足底压力测试的效果。

另一方面，在方案优化过程中能够提取足部不同组织之间、足部与鞋垫之间的应力与应变状态及载荷传递机制，将足与鞋垫相互作用的生物力学机制数据化、可视化，显著提升优化精度及优化效率。

本发明具有精确、方便、快捷、经济等优势，并且能够利用完善的模型研究多种载荷条件下的足部受力情况，为糖尿病患者提供个性化的鞋垫设计，从而降低糖尿病患者发生足底溃疡的概率，减轻糖尿病患者的痛苦，为糖尿病患者保持身体健康提供积极的帮助。

当前的糖尿病保健鞋垫多注重鞋垫的缓冲性能，而罕有顾及到鞋垫的稳定性。足底外围神经病变会导致知觉减退，血管病变会使软组织性状发生变化，肌肉力下降，进而导致糖尿病足病患者步态容易失稳。本发明不仅实现减压功能，而且通过附加硬质半包围结构来维持足部的稳定性，并通过足底压力测试结果中的压力中心轨迹对效果进行验证。

本发明中鞋垫的制作过程采用3D打印，相比于当下主流的数控机床切削成型及注塑成型等鞋垫制造方式，其优势在于：(1)相比于数控机床切削成型，3D打印可以通过修改数字模型而任意调整鞋垫的形态及结构，能够塑造较为复杂的曲面以尽可能契合用户的足型。(2)3D打印可以控制不同部位的材料密度，注塑成型需要通过设定特定温度、时间等条件来使材料参数达到目标值，且每次加工只能产生一种对应的材料，定制鞋垫需要在不同的部位采用不同特性的材料，注塑成型需要经过多次加工、拼接粘合来达到目的，3D打印可以一次性实现不同部位的不同材料特性。(3)注塑成型需要为每一款鞋垫设计单独的专用模具，而定制鞋垫的研发过程中需要多次对方案进行优化与修改，3D打印能够通过修改数字文件而节省注塑成型反复开模的时间与经济成本。

附图说明

图1是本发明的技术路线图；

图2是本发明的足底足区示意图。

图中：

足跟外侧(HL)；足跟中部(HC)；足跟内侧(HM)；中足区(MF)；第1-5趾骨(M1-M5)；脚趾区(T)。

具体实施方式

下面详细叙述本发明的实施例，需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种基于糖尿病患者足部组织层次力学特性的个性化鞋垫优化设计方法，包括以下步骤：

【1】足底压力测试及分析：

(1)实验前期的准备工作；

包括检查患者的健康状况，包括血糖指数、并发症、慢性病、足部形态等，确认患者的身体条件适合进行实验；对患者的基本身体参数进行测量，包括身高、体重、年龄等，根据身高和体重计算患者的BMI指数；实验采用T&T medilogic 5.8.1鞋垫式足底压力检测系统，并备有码数齐全的平底布鞋及薄款棉袜，鞋内分别置有相应尺寸的足底压力检测鞋垫；

(2)实验时，令患者选择合适码数的鞋与鞋垫，鞋选用轻便的平底休闲鞋，鞋垫选用已知材料参数的EVA材质的平板鞋垫。令用户在10米范围内进行灵活自由的直线行走，系统采集患者完整的步态周期参数，包括压力分布面积、峰值压力、各足区冲量百分比及压力中心轨迹等；

(3)测试系统将足底划分为10个足区，分析时重点关注关键解剖学区域，包括跖骨、趾骨、跟骨等，建立足底压力与鞋垫表面形状的映射关系，确定需要减压的区域位置及形状、尺寸；

(4)分析患者双足的压力分布云图，判断患者足弓形态属于正常、扁平还是过高，参考足底压力中心轨迹，获得患者步态周期内重心的稳定性及偏移特征，进而通过在鞋垫不同区域增减矫形结构改善步态稳定性；

(5)基于压力分布面积及峰值压力的位置与大小，设计鞋垫减压结构的位置与尺寸；基于各足区冲量百分比，为相应位置的鞋垫减压结构选择合适性能的材料。

【2】有限元模型建立与仿真优化：

(1)使用3D扫描仪，取患者立姿跟骨中立位，对双足进行3D扫描，获得患者足部外轮廓；

(2)根据扫描结果，利用CAD软件分别建立左、右脚的定制鞋垫的初始模型，使鞋垫表面与足底轮廓相贴合。初始模型分两层，上层采用较低密度材料，着重起到缓冲作用，以分散压力分布；下层采用较高密度材料，着重起到支撑作用，以稳定行走步态；

(3)使用3D扫描仪，对用户在足底压力测试中所穿着的试验用鞋进行扫描，获取试验用鞋的三维数据，建立试验用鞋的三维几何模型；

(4)将由足底压力测试获得的足底压力分布数据映射到定制鞋垫初始模型上，标定高压区域的位置、轮廓及尺寸，即需要进行减压处理的位置。将模型的相应区域建立为独立模块，以便于进行材料及尺寸等方面的优化调整；

(5)为了防止用户足部的过度扭转，在定制鞋垫初始模型的底层对应足弓区域的部位添加包裹足弓的硬质支撑片。支撑片的形状贴合足弓轮廓，材质选用TPU。将支撑片模型与定制基础垫模型进行装配；

(6)令患者平躺，足部处于无载荷的中立位置，分别使用CT和MRI扫描获取患者的足部数据影像；CT影像后续将主要用于进行足部骨骼结构的建模，MRI影像后续将主要用于辅助足部肌肉、韧带及软组织的建模；

(7)采用图像分析技术、逆向工程技术和计算机辅助设计技术，对足的几何构形进行三维建模；

(8)分别获得足-试验用鞋的耦合模型以及足-定制鞋垫初始模型的耦合模型，通过有限元软件将三维几何模型转换为三维有限元模型；模型的前处理、分析计算及后处理都在有限元分析软件中进行；

(9)在仿真计算过程中，将骨组织视为分布均匀且各向同性的均质性弹性体材料，将软组织视为非线性粘弹性材料，将关节面软骨和韧带视为超弹性材料，定制鞋垫选用具有不同属性参数的EVA、PU、硅胶与Poron等材料，具体数值均查阅技术资料得到；边界条件按照人体在正常行走状态下足部所受外界约束的状况进行设置；

(10)选取足-定制鞋模型的耦合模型，模拟足部在步态周期的中立相下承受压力的状态，设置相应的边界条件及载荷，进行仿真计算；

(11)从仿真结果中提取足底压力数据；将计算结果与先前进行的足底压力测试结果进行对比，以验证足部模型的有效性。如果验证通过，则进行后续步骤；如果验证不通过，则通过调整模型进行修正，直到模型通过验证；

(12)足部模型验证通过后，选用足-定制鞋垫初始模型，模拟足部在步态周期的中立相下承受压力的状态，设置相应的边界条件及载荷，进行仿真计算；

(13)基于计算结果中的压力分布情况，调整标定压力异常的部位，对上层低密度层、下层高密度层、减压区域及足弓支撑部件的材质和尺寸进行调整，对于患有扁平足的患者，着重加强足弓位置的支撑，目的是使足底压力分布均匀，避免出现过大的压力区域；

(14)将调整后的有限元模型重新进行仿真计算，获得足底压力和人体各组织应力数据，通过进一步调整材料参数及结构尺寸进行优化；

(15)通过重复修改模型与计算验证，优化鞋垫结构，减缓人体足部内部组织受力，最终得到最优的结构及材料参数，输出设计方案。

【3】3D打印制作：

(1)基于输出的设计方案，选用相应的材料，利用3D打印,分别打印上层垫、下层垫、减压片、支撑片等各个部位；

(2)将各个部位通过粘合等方法装配成为完整的定制鞋垫模型；

(3)令患者穿着完整的定制鞋垫再次进行足底压力测试，分析足底压力分布及压力中心轨迹的改善，验证鞋垫效果。如果压力分布均匀且无过高峰值压力区域出现，则鞋垫方案通过。如果压力分布仍然不均匀且存在过高峰值压力，则返回以上步骤，通过调整模型结构及材料参数进一步优化。

Claims (1)

1.一种基于糖尿病患者足部组织层次力学特性的个性化鞋垫优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

【1】足底压力测试及分析；

【2】有限元模型建立与仿真优化；

【3】3D打印制作；

步骤【1】足底压力测试及分析的具体过程为：

(1)实验前期的准备工作；所述的实验前期的准备工作包括：检查患者的健康状况，包括血糖指数、并发症、慢性病、足部形态，确认患者的身体条件适合进行实验；对患者的基本身体参数进行测量，包括身高、体重、年龄，根据身高和体重计算患者的BMI指数；实验采用T&T medilogic 5.8.1鞋垫式足底压力检测系统，并备有码数齐全的平底布鞋及薄款棉袜，鞋内分别置有相应尺寸的足底压力检测鞋垫；

(2)实验时，令患者选择合适码数的鞋与鞋垫，鞋选用轻便的平底休闲鞋，鞋垫选用已知材料参数的EVA材质的平板鞋垫，令用户在10米范围内进行灵活自由的直线行走，系统采集患者完整的步态周期参数，包括压力分布面积、峰值压力、各足区冲量百分比及压力中心轨迹；

(3)测试系统将足底划分为10个足区，分析时重点关注关键解剖学区域，包括跖骨、趾骨、跟骨，建立足底压力与鞋垫表面形状的映射关系，确定需要减压的区域位置及形状、尺寸；

(4)分析患者双足的压力分布云图，判断患者足弓形态属于正常、扁平还是过高，参考足底压力中心轨迹，获得患者步态周期内重心的稳定性及偏移特征，进而通过在鞋垫不同区域增减矫形结构改善步态稳定性；

(5)基于压力分布面积及峰值压力的位置与大小，设计鞋垫减压结构的位置与尺寸；基于各足区冲量百分比，为相应位置的鞋垫减压结构选择合适性能的材料；

步骤【2】有限元模型建立与仿真优化的具体过程为：

(1)使用3D扫描仪，取患者立姿跟骨中立位，对双足进行3D扫描，获得患者足部外轮廓；

(2)根据扫描结果，利用CAD软件分别建立左、右脚的定制鞋垫的初始模型，使鞋垫表面与足底轮廓相贴合；初始模型分两层，上层采用较低密度材料，着重起到缓冲作用，以分散压力分布；下层采用较高密度材料，着重起到支撑作用，以稳定行走步态；

(3)使用3D扫描仪，对用户在足底压力测试中所穿着的试验用鞋进行扫描，获取试验用鞋的三维数据，建立试验用鞋的三维几何模型；

(4)将由足底压力测试获得的足底压力分布数据映射到定制鞋垫初始模型上，标定高压区域的位置、轮廓及尺寸，即需要进行减压处理的位置；将模型的相应区域建立为独立模块，以便于进行材料及尺寸方面的优化调整；

(5)为了防止用户足部的过度扭转，在定制鞋垫初始模型的底层对应足弓区域的部位添加包裹足弓的硬质支撑片，支撑片的形状贴合足弓轮廓，材质选用TPU，将支撑片模型与定制基础垫模型进行装配；

(6)令患者平躺，足部处于无载荷的中立位置，分别使用CT和MRI扫描获取患者的足部数据影像；CT影像后续将主要用于进行足部骨骼结构的建模，MRI影像后续将主要用于辅助足部肌肉、韧带及软组织的建模；

(7)采用图像分析技术、逆向工程技术和计算机辅助设计技术，对足的几何构形进行三维建模；

(8)分别获得足-试验用鞋的耦合模型以及足-定制鞋垫初始模型的耦合模型，通过有限元软件将三维几何模型转换为三维有限元模型；模型的前处理、分析计算及后处理都在有限元分析软件中进行；

(9)在仿真计算过程中，将骨组织视为分布均匀且各向同性的均质性弹性体材料，将软组织视为非线性粘弹性材料，将关节面软骨和韧带视为超弹性材料，定制鞋垫选用具有不同属性参数的EVA、PU、硅胶与Poron材料；边界条件按照人体在正常行走状态下足部所受外界约束的状况进行设置；

(10)选取足-定制鞋模型的耦合模型，模拟足部在步态周期的中立相下承受压力的状态，设置相应的边界条件及载荷，进行仿真计算；

(11)从仿真结果中提取足底压力数据；将计算结果与先前进行的足底压力测试结果进行对比，以验证足部模型的有效性；如果验证通过，则进行后续步骤；如果验证不通过，则通过调整模型进行修正，直到模型通过验证；

(12)足部模型验证通过后，选用足-定制鞋垫初始模型，模拟足部在步态周期的中立相下承受压力的状态，设置相应的边界条件及载荷，进行仿真计算；

(13)基于计算结果中的压力分布情况，调整标定压力异常的部位，对上层低密度层、下层高密度层、减压区域及足弓支撑部件的材质和尺寸进行调整，对于患有扁平足的患者，着重加强足弓位置的支撑，目的是使足底压力分布均匀，避免出现过大的压力区域；

(14)将调整后的有限元模型重新进行仿真计算，获得足底压力和人体各组织应力数据，通过进一步调整材料参数及结构尺寸进行优化；

(15)通过重复修改模型与计算验证，优化鞋垫结构，减缓人体足部内部组织受力，最终得到最优的结构及材料参数，输出设计方案；

步骤【3】3D打印制作的具体过程为：

(1)基于输出的设计方案，选用相应的材料，利用3D打印，分别打印上层垫、下层垫、减压片、支撑片各个部位；

(2)将各个部位通过粘合方法装配成为完整的定制鞋垫模型；

(3)令患者穿着完整的定制鞋垫再次进行足底压力测试，分析足底压力分布及压力中心轨迹的改善，验证鞋垫效果：如果压力分布均匀且无过高峰值压力区域出现，则鞋垫方案通过；如果压力分布仍然不均匀且存在过高峰值压力，则返回以上步骤，通过调整模型结构及材料参数进一步优化。

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