CN110959958A - 一种走路不稳用凸垫结构的制作方法及矫形鞋垫 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种走路不稳用凸垫结构的制作方法，包括步骤(1)数据采集：利用足部压力板测得足底静态压力数据和足底动态压力数据，足底动态压力数据包括动态压力分布、步态线和步态周期；(2)数据分析：分析足底静态压力数据和足底动态压力数据；(3)制备鞋垫本体：基于足底静态压力数据，利用Easy CAD软件中的矫治模块数据库进行鞋垫建模，导入足底动态压力数据，制得鞋垫本体；(4)鞋垫本体分区；(5)制备凸垫结构：利用动态压力分布测试结果来确定凸垫结构的形状，利用步态线和步态周期测试结果确定凸垫结构位于鞋垫本体的具体位置，利用3D打印技术于鞋垫鞋垫本体的上表面制得凸垫结构。本申请还提供了一种矫形鞋垫。

Description

一种走路不稳用凸垫结构的制作方法及矫形鞋垫
技术领域
本发明涉及矫形鞋垫技术领域，更具体的涉及一种走路不稳用凸垫结构的制作方法及矫形鞋垫。
背景技术
在日常生活中，普通人群在走路时经常会出现走路不稳的现象。一般而言，经常性扭伤会造成踝关节不稳，久站出现足跟痛且与前掌不适，跖骨出现磨损也是走路不稳的原因，走路不稳会导致足弓部分受力不均。长时间不进行治疗会导致走路姿势异常，严重会影响髋、膝盖等部位。严重影响到人们的生活、工作和学习。目前，通过穿着矫形鞋垫被证明是风险最低且科学有效的对脚部症状治疗方式之一。
目前，矫形鞋垫的制作主要有以下几种方法：一种是传统石膏模型鞋垫制作方法，需对患者足部用石膏绷带取阴型、石膏阳形修型以及使用塑料板材进行高温成型或金属材料手工敲来制成的鞋垫。该方法制作时间较长，对制作者的技术要求较高。另外，也有通过电脑获取患者的信息来进行矫形鞋垫的制备，常用的方法是：根据足部压力制作鞋垫，平面鞋垫尺寸是根据采集足部静态压力数据并生成压力图，鞋垫高度是压力分散原理对足部压力数据进行有限元数据利用公式分析设计，综上得到模型，进行3D打印出鞋垫。然而其仅考虑了患者的静态压力，没有考虑测试者的运动生物力学，因此，以此方法制备的鞋垫不符合患者的运动生物力学，长时间走路会导致步态线异常，姿势异常，严重会影响髋、膝盖等部位。
有鉴于此，有必要提供一种走路不稳用凸垫结构的制作方法及矫形鞋垫以解决现有的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种走路不稳用凸垫结构的制作方法，该方法采用足底静态压力数据和足底动态压力数据制得凸垫结构，能最大化符合个人的运动生物力学的优点，利用该凸垫结构设于鞋垫本体的上表面，可有效保护走路不稳患者，走路舒适，且制备简单、成本较低。
本发明的目的之二在于提供一种矫形鞋垫，包括鞋垫本体及设于所述鞋垫本体上表面的凸垫结构，所述凸垫结构由上述走路不稳用凸垫结构的制作方法制得。该矫形鞋垫，结构简单、成本较低，可有效保护走路不稳患者，科学有效的对走路不稳患者的脚部进行治疗。
为实现上述目的，一种走路不稳用凸垫结构的制作方法，所述凸垫结构设于鞋垫本体的上表面，包括步骤：
(1)数据采集：利用足部压力板测得测试者在站立与行走两个自然状态下的足部压力数据，所述足部压力数据包括足底静态压力数据和足底动态压力数据，所述足底动态压力数据包括动态压力分布、步态线和步态周期；
(2)数据分析：根据所述足底静态压力数据判断左右脚压力分布是否对称、前后掌压力是否过于集中、最大受力点是否前移、是否存在内外八字脚；根据所述足底动态压力数据判断所述步态线是否正常和所述步态周期的摆动情况，所述动态压力分布用以判断左右脚压力分布是否对称、前后掌压力是否过于集中、最大受力点是否前移、是否存在内外八字脚；所述步态线用以判断是否存在扁平足、弓形足、跖骨痛、马蹄足后跟痛和重心不稳的情况，所述步态周期用以判断步行是否有异常，并配合所述步态线判断重心是否存在不稳；
(3)制备鞋垫本体：基于所述足底静态压力数据，利用Easy CAD软件中的矫治模块数据库进行鞋垫建模，导入所述足底动态压力数据，计算鞋垫厚度，然后利用3D打印技术制得鞋垫本体；
(4)鞋垫本体分区：将所述鞋垫本体划分为第一趾区、第二趾区、第一跖骨区、第二跖骨区、内侧足弓区、足杯区、外侧足弓区、第五跖骨区、第四跖骨区、第三跖骨区；
(5)制备凸垫结构：利用所述动态压力分布测试结果来确定凸垫结构的形状，利用所述步态线和所述步态周期测试结果确定所述凸垫结构位于所述鞋垫本体的具体位置，同时利用所述步态线来确定所述凸垫结构的曲线弧度，然后利用3D打印技术于所述鞋垫鞋垫本体的上表面打印制得所述凸垫结构。
较佳地，步骤(1)中，还包括利用2D扫描仪获取数字脚印，用于掌握测试者的足部形状。
相应地，本发明还提供了一种矫形鞋垫，包括鞋垫本体及设于所述鞋垫本体上表面的凸垫结构，所述凸垫结构由上述走路不稳用凸垫结构的制作方法制得。
较佳地，所述鞋垫本体的底部设有若干蜂窝孔结构。
较佳地，若干所述蜂窝孔结构贯穿所述鞋垫本体。
较佳地，若干所述蜂窝孔结构的轴向高度不相同。
较佳地，所述蜂窝孔结构呈六边形。
较佳地，所述六边形的对边之间的距离为2.5毫米。
较佳地，所述蜂窝孔结构于所述鞋垫本体的分布密度为8个/cm2。
与现有技术相比，本发明的矫形鞋垫，利用足底静态压力数据和足底动态压力数据进行设计个性化矫形鞋垫，尤其是采用动态压力分布、步态线和步态周期三种数据分析获得准确的数据情况，同时采用蜂窝孔结构的矫形鞋垫区别于市面上利用厚度来矫形，提高矫形效果且可延长使用寿命，节约原料。
附图说明
图1为本发明矫形鞋垫隐藏了凸垫结构的结构示意图。
图2为本发明矫形鞋垫的结构示意图。
图3为图2所示矫形鞋垫中凸垫结构的俯视图。
图4为图2所示矫形鞋垫中凸垫结构的前视图。
图5为图2所示矫形鞋垫中凸垫结构的侧视图。
图6为本发明矫形鞋垫另一个角度的结构示意图。
图7为矫正前测试者的足底静态压力数据测试图。
图8为矫正后测试者的足底静态压力数据测试图。
图9为矫正前动态压力分布数据测试图。
图10为矫正后动态压力分布数据测试图。
图11为矫正前步态周期数据测试图。
图12为2D扫描仪测量数据测试图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步解释说明，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应包括在本发明权利要求的保护范围之内。
请参考图1-图2，本发明的矫形鞋垫100，包括鞋垫本体10及设于鞋垫本体10上表面的凸垫结构30，凸垫结构30由走路不稳用凸垫结构的制作方法制得。
具体地，请参考图6，鞋垫本体10的底部设有若干蜂窝孔结构50，原料浪费少、舒适性好及降低成本。进一步，若干蜂窝孔结构50的轴向高度不相同，可根据应力分布进行实际设计。蜂窝孔结构50贯穿鞋垫本体10设计，朝向为竖直方向，蜂窝孔结构50受垂直于板面的载荷时，它的弯曲刚度与同材料、同厚度的实心板相差无几，甚至更高，但其重量却轻70～90％，而且不易变形，不易开裂和断裂，并具有减震、隔音、隔热和极强的耐候性等优点。蜂窝孔结构的孔径大小等相关参数，可根据需要进行选取，在此不进行限定。本实施例中，蜂窝孔结构50采用六边形，尤其是正六边形。经实验研究发现，当蜂窝孔结构50的对边之间的距离为2.5毫米，分布密度为8个/cm2时，尺寸每增加0.5毫米，其分布密度减少1个/cm2时，抗震抗抖效果较佳，稳定性较好，使用寿命延长。在本实施例中，该蜂窝孔结构50的对边之间的距离为2.5毫米，分布密度为8个/cm2，但不以此为限。采用蜂窝孔结构50的矫形鞋垫100区别于市面上利用厚度来矫形，提高矫形效果且可延长使用寿命。
其中，一种走路不稳用凸垫结构的制作方法，包括步骤：
(1)数据采集：利用足部压力板测得测试者在站立与行走两个自然状态下的足部压力数据，测试者目视前方，自然呼吸放松，足部压力数据包括足底静态压力数据(请参考图7)和足底动态压力数据，足部压力板将采集的足底静态压力数据和足底动态压力数据反馈于计算机控制器，并利用FEREESTEP软件测量系统生成动态压力分布、步态周期和步态线(请参考图9和图11)。采用2D扫描仪测量出足拇趾角度和跖骨角度，足拇趾角度用以判断是否存在拇外翻，跖骨角度用以判断是否存在跖骨内外翻。请参考图12的2D扫描仪测量数据测试图，本实施例中，跖骨角度为21，属于正常情况。
(2)数据分析：根据所述足底静态压力数据判断左右脚压力分布是否对称、前后掌压力是否过于集中、最大受力点是否前移、是否存在内外八字脚；根据所述足底动态压力数据判断所述步态线是否正常和所述步态周期的摆动情况，所述动态压力分布用以判断左右脚压力分布是否对称、前后掌压力是否过于集中、最大受力点是否前移、是否存在内外八字脚；所述步态线用以判断是否存在扁平足、弓形足、跖骨痛、马蹄足后跟痛和重心不稳的情况，所述步态周期用以判断步行是否有异常，并配合所述步态线判断重心是否存在不稳；
本实施例中，请参考图7，采用步骤(1)测得矫正前测试者的足底静态压力数据测试图。从图7中可知，前足占重比为62％，后足占重比为38％，相差较大(正常为45％-50％)，以此判断前后掌压力是过于集中在前足，最大受力点是前移，导致走路不稳。
请参考图9，采用步骤(1)测得矫正前动态压力分布数据测试图。图9中的线条趋势是步态线，图11为矫正前步态周期数据测试图。从图9和图11可知，测试者的前掌压力过大，脚跟不稳，且步态线异常。正常的步态线是趋近其足型的从足跟到足弓通过四五跖骨、二三跖骨，最后从大脚拇指出去。图9中，实时步态线摆动厉害，基本上每一帧的压力中心都摆动，且第四五跖骨不受力，往前方的一二三四跖骨偏移受力，导致第一二跖骨受力过大。该步态线是不趋近其足型且不平滑，也就是说其步态线是曲折的，说明测试者行走过程中其着力点是摇摆不定的，而这种摇摆不定会导致其动态应力分布不均，着力点在后足处摇摆不定，且不经过足弓直接到达二三跖骨出，从而导致前脚掌受力过大，导致走路不稳，这与足底静态压力数据测试结果一致。
(3)制备鞋垫本体：基于足底静态压力数据，利用Easy CAD软件中的矫治模块数据库进行鞋垫建模，导入所述足底动态压力数据，计算鞋垫厚度，然后利用3D打印技术制得鞋垫本体；
(4)鞋垫本体分区：将鞋垫本体10划分为第一趾区11、第二趾区12、第一跖骨区13、第二跖骨区14、内侧足弓区15、足杯区16、外侧足弓区17、第五跖骨区18、第四跖骨区19、第三跖骨区20；需要说明的是，鞋垫本体的分区是根据人脚底各骨头分区进行，比如第一趾区11对应脚的脚拇指，第二趾区12对应脚的其余4个脚趾。
(5)制备凸垫结构：利用动态压力分布测试结果来确定凸垫结构的形状，从动态压力分布数据测试图可知，前掌压力过大，脚跟不稳，为了增加稳定性，将凸垫结构设为三角形；其动态应力分布不均，因此，凸垫结构30设为不对称结构，由于2、3跖骨位置的应力不一，因此，凸垫结构的高度不一并带有一定的平缓度。步态线异常、步态周期摇摆不定，步态线不经过足弓直接到达二三跖骨出，因此，凸垫结构30设置在第二跖骨区14和第三跖骨区20附近。步态线走向是第四五跖骨不受力，往前方的一二三四跖骨偏移受力，导致第一二跖骨受力过大，由此可知，凸垫结构30的弧线31偏内侧足弓区15方向。通过计算机整合数据并采用3D打印技术于所述鞋垫鞋垫本体的上表面打印制得凸垫结构30。
矫形鞋垫制备好后，供受试者试用，每天3～8小时，一个半月后，进行数据采集，结果如图8和图10，图8为矫正后测试者的足底静态压力数据测试图，图10为矫正后动态压力分布数据测试图。图8可知，矫形后的裸足明显更加趋近理论值。图10可知，在动态中的步态线也没有有很多的曲折，较一个多月前，平缓许多并且与足型趋近相似。在经过一个多月的矫正，踝关节不稳的情形有明显的治愈。
与现有技术相比，本发明走路不稳用凸垫结构的制作方法，利用足底静态压力数据和足底动态压力数据进行设计，尤其是采用动态压力分布、步态线和步态周期三种数据分析获得准确的数据情况，能最大化符合个人的运动生物力学的优点，利用该凸垫结构设于鞋垫本体的上表面，可有效保护走路不稳患者，走路舒适，且制备简单、成本较低。
应当指出，以上具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求限定的范围。

Claims (9)

1.一种走路不稳用凸垫结构的制作方法，所述凸垫结构设于鞋垫本体的上表面，其特征在于，包括步骤：
(1)数据采集：利用足部压力板测得测试者在站立与行走两个自然状态下的足部压力数据，所述足部压力数据包括足底静态压力数据和足底动态压力数据，所述足底动态压力数据包括动态压力分布、步态线和步态周期；
(2)数据分析：根据所述足底静态压力数据判断左右脚压力分布是否对称、前后掌压力是否过于集中、最大受力点是否前移、是否存在内外八字脚；根据所述足底动态压力数据判断所述步态线是否正常和所述步态周期的摆动情况，所述动态压力分布用以判断左右脚压力分布是否对称、前后掌压力是否过于集中、最大受力点是否前移、是否存在内外八字脚；所述步态线用以判断是否存在扁平足、弓形足、跖骨痛、马蹄足后跟痛和重心不稳的情况，所述步态周期用以判断步行是否有异常，并配合所述步态线判断重心是否存在不稳；
(3)制备鞋垫本体：基于所述足底静态压力数据，利用Easy CAD软件中的矫治模块数据库进行鞋垫建模，导入所述足底动态压力数据，计算鞋垫厚度，然后利用3D打印技术制得鞋垫本体；
(4)鞋垫本体分区：将所述鞋垫本体划分为第一趾区、第二趾区、第一跖骨区、第二跖骨区、内侧足弓区、足杯区、外侧足弓区、第五跖骨区、第四跖骨区、第三跖骨区；
(5)制备凸垫结构：利用所述动态压力分布测试结果来确定凸垫结构的形状，利用所述步态线和所述步态周期测试结果确定所述凸垫结构位于所述鞋垫本体上表面的具体位置，同时利用所述步态线来确定所述凸垫结构的曲线弧度，然后利用3D打印技术于所述鞋垫鞋垫本体的上表面打印制得所述凸垫结构。
2.根据权利要求1所述的走路不稳用凸垫结构的制作方法，其特征在于，步骤(1)中，还包括利用2D扫描仪获取数字脚印，用于掌握测试者的足部形状。
3.一种矫形鞋垫，其特征在于，包括鞋垫本体及设于所述鞋垫本体上表面的凸垫结构，所述凸垫结构由权利要求1-2任一项所述的走路不稳用凸垫结构的制作方法制得。
4.根据权利要求3所述的矫形鞋垫，其特征在于，所述鞋垫本体的底部设有若干蜂窝孔结构。
5.根据权利要求4所述的矫形鞋垫，其特征在于，若干所述蜂窝孔结构贯穿所述鞋垫本体。
6.根据权利要求4-5任一项所述的矫形鞋垫，其特征在于，若干所述蜂窝孔结构的轴向高度不相同。
7.根据权利要求4-5任一项所述的矫形鞋垫，其特征在于，所述蜂窝孔结构呈六边形。
8.根据权利要求7所述的矫形鞋垫，其特征在于，所述六边形的对边之间的距离为2.5毫米。
9.根据权利要求8所述的矫形鞋垫，其特征在于，所述蜂窝孔结构于所述鞋垫本体的分布密度为8个/cm2。
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