一种柔性矫形鞋垫及其制备方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

A flexible orthotic insole and its preparation method

The invention discloses a flexible orthopaedic insole and its preparation method, which constructs a insole model with sole morphology based on foot data, collects foot evaluation index data, sole pressure distribution data and foot shape scanning data, uses the corresponding optimization relationship between key parameters of insole shape and foot evaluation index, and corresponds to the performance distribution of insole material and sole pressure distribution. Relation, adjust the outline model and material mechanical properties of orthotic insoles, and use 3D printing technology to prepare flexible orthotic insoles. \u672c\u53d1\u660e\u901a\u8fc7\u6750\u6599\u529b\u5b66\u6027\u80fd\u53ef\u8c03\u7684\u591a\u5b54\u7ed3\u6784\u8fdb\u884c\u586b\u5145\uff0c\u6700\u540e\u5bf9\u4e2a\u6027\u5316\u591a\u5b54\u978b\u57ab\u6a21\u578b\u6253\u5370\uff0c\u80fd\u7ed9\u4e88\u7a7f\u6234\u8005\u6700\u4f73\u7684\u8212\u9002\u611f\u4e14\u65b9\u4fbf\u5feb\u6377\u3002

【技术实现步骤摘要】
一种柔性矫形鞋垫及其制备方法
本专利技术属于矫形
，具体涉及一种柔性矫形鞋垫及其制备方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术采用以下技术方案：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。本专利技术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，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术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，根据足本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玲，朱思尧，赵宏谋，张言，梁景棋，刘培珑，李涤尘，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61