The invention provides an orthotic insole with adjustable stiffness, which is made of two layers of material, the intelligent deformation layer is closely attached to the sole of the patient, and is made of flexible polymer intelligent material, which is unevenly distributed in the arch area of the insole; the structural support layer is the lowest layer, which is made of structural material with bearing capacity. The invention adds intelligent deformable material in the orthotic insole, introduces time dimension on the basis of existing 3D printing, and forms 4D printing. With the change of foot deformity recovery during orthodontic treatment, the intelligent deforming layer in orthodontic insole formed by 4D printing has self-deforming such as expansion, bending, contraction and folding under the stimulation of external field, forming the shape and stiffness of orthodontic insole which is in harmony with patients'foot deformity in time, thus realizing the personalized customization of orthodontic insole and the timely self-regulation of stiffness shape.
【技术实现步骤摘要】
刚度可调节矫形鞋垫及其4D打印成型方法
本专利技术涉及一种刚度可调节的矫形鞋垫,及其4D打印成型方法。本专利技术属于医疗康复辅助器具和增材制造成型
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技术介绍
在足部疾病中,足部畸形如扁平足、足底筋膜炎、足内翻等,会严重影响患者的生活质量和身体健康。对此,足踝矫形医生通常采用定制式的矫形鞋垫来循序渐进地治疗这些足部疾病,使其足骨畸形逐步得到矫正,直至恢复患者足部的行走功能。随着3D打印技术的普及,矫形鞋垫的制作方法已由过去的传统石膏取型转变为3D快速打印。经检索发现,专利文献CN104699908B和CN104908319A均公开了各自的3D打印矫形鞋垫制作方法,表明3D打印的矫形鞋垫能够高度贴合患者的足部畸形轮廓,提高矫形效果。然而,3D打印的矫形鞋垫各足弓支撑面均是确定不变的,无法根据患者矫形病程自动调节足弓支撑高度和刚度,这就需要矫形医生再次3D打印制造新的矫形鞋垫,增加患者的支出。对于刚度和硬度可调节的矫形鞋垫,国内和国外均已有一些公开的专利技术专利文献。例如美国专利号US5903985和US6804902均公开了一种可调节的足弓矫形支撑鞋垫,其原理分别是采用设置在足弓支撑下方的弹性装置对足弓支撑曲面进行预制造,并通过调节装置的体积和长度来改变足弓支撑的上拱高度,以满足患者足部在不同矫形阶段对于不同足弓支撑高度的需求。在国内,专利文献CN106263262B和CN107041805A针对老年人足底筋膜炎,公开了一种刚度可调节的足踝矫形鞋垫,其主要通过机械式蜗轮结构和弹簧元件调整足弓支撑的刚度,从而达到对患者足部逐步矫治的目的。然而,这些专利 ...
【技术保护点】
1.一种刚度可调节矫形鞋垫,其特征在于:它由智能变形层和结构支撑层上下两层材料制成;所述智能变形层紧密贴合患者足底,它由柔性聚合物智能材料制成,非均匀分布于鞋垫的足弓区域;所述结构支撑层为最下层,它由具有承载能力的结构材料制成。
【技术特征摘要】
1.一种刚度可调节矫形鞋垫,其特征在于:它由智能变形层和结构支撑层上下两层材料制成;所述智能变形层紧密贴合患者足底,它由柔性聚合物智能材料制成,非均匀分布于鞋垫的足弓区域;所述结构支撑层为最下层,它由具有承载能力的结构材料制成。2.根据权利要求1所述的刚度可调节矫形鞋垫,其特征在于:所述智能变形层在外场激励下可发生自身变形。3.根据权利要求2所述的刚度可调节矫形鞋垫,其特征在于:所述外场激励为热激励、电激励、磁激励、光激励、或超声激励中的一种。4.根据权利要求3所述的刚度可调节矫形鞋垫,其特征在于:所述聚合物智能材料为聚氨酯、交联聚乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、反式聚异戊二烯或苯乙烯-丁二烯共聚物中的一种。5.根据权利要求4所述的刚度可调节矫形鞋垫,其特征在于:所述聚合物结构材料为尼龙、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA塑胶)、聚氨酯、ABS树脂和其他热塑性弹性体中的一种。6.一种刚度可调节矫形鞋垫4D打印成型方法,其特征在于:它包括以下步骤:1)利用人体足部三维光学扫描系统,获取患者足部的三维形貌特征数据,并建立患者足部的三维点云模型;2)利用核磁共振成像技术,扫描获取身体站立位下患者畸形足的影像数据并运用MIMICS医学软件建立包含肌肉、韧带以及骨骼的患者畸形足三维生物力学模型;3)利用人体足底压力测量设备,依次记录患者在静态站立和行走步速在不高于1.5m/s范围内的静动态足底压力,获取患者足部静动态足底压力分布情况和步态特征;4)利用三维数值建模软件,根据步骤1)和步骤2)中患者足部的三维点云模型及患者畸形足三维生物力学模型,建立与患者畸形足数值模型相适配的初始矫形鞋垫结构模型;该矫形鞋垫包括智能变形层和结构支撑层上下两层材料,紧密贴合患者足底的上层智能变形层由柔性聚合物智能材料制成,下层结构支撑层由承载能力较好的结构材料制成,且上层材料非均匀分布于矫形鞋垫的足弓区域;5)建立与患者矫形病程所需足弓支撑高度和硬度相对应的矫形鞋垫智能变形层刚度调控序列机制并运用3D打印机切片处理软件形成可供打印机打印的矫形鞋垫模型路径数据;6)采用熔融直接成型方法逐层打印矫形鞋垫上层聚合物智能材料和下层支撑结构复合材料,直至打印成所需要的矫形鞋垫,其中,打印机喷嘴直径0.05mm~0.4mm,扫描速度20~100mm/s,成型温度控制在材料熔点±5℃范围内;7)对步骤6)得到的矫形鞋垫进行保温、缓冷处...
【专利技术属性】
技术研发人员:张志强,樊瑜波,宋亮,郭俊超,
申请(专利权)人:国家康复辅具研究中心,
类型:发明
国别省市:北京,11
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