基于测评数据定制治疗型鞋垫三维模型的方法与流程

本发明涉及一种鞋垫定制设计方法，具体涉及一种基于测评数据定制治疗型鞋垫三维模型的方法。

背景技术：

在康复医学领域，根据每个人行走时足部不同的受力特点特殊定制的鞋垫，称为定制化鞋垫。目前现有的定制鞋垫三维模型，仅与足部三维模型相匹配，仅保证了鞋垫与足部的适配性能，无法有效的缓解足底异常压力，无法为足弓的形成提供良好的生长环境。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于测评数据定制治疗型鞋垫三维模型的方法，解决了现有技术中存在的鞋垫定制化程度低、鞋垫无法与测评数据直接匹配的缺陷。

本发明所采用的技术方案为：

基于测评数据定制治疗型鞋垫三维模型的方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

获取测评数据，包括脚型尺寸数据、足弓发育数据、跟骨发育数据、膝关节冠状面数据、膝关节矢状面数据、下肢发育数据和足底压力分布数据，根据测评数据进行鞋垫三维模型设计，鞋垫三维模型设计包括鞋垫模型设计和鞋垫模型内部结构设计，将鞋垫三维模型导入至相关3d打印切片软件，输出3d打印机能够识别的文件，最后将文件导入3d打印机实现产品的加工。

具体包括以下步骤：

步骤一：获取脚型尺寸数据；

步骤二：获取足底压力分布数据，足底压力分布数据包括足底压力静态分布数据和足底压力动态分布数据；

步骤三：获取其他测评数据，包括足弓发育数据、跟骨发育数据、膝关节冠状面数据、膝关节矢状面数据和下肢发育数据；

步骤四：鞋垫三维模型设计，包括鞋垫模型设计和鞋垫模型内部结构设计，鞋垫模型设计内容包括上下两个曲面和鞋垫三维模型厚度；下曲面根据步骤一中的足部接触印记设计鞋样轮廓曲线；上曲面根据步骤三采集的骨测评数据进行设计；

步骤五：鞋垫内部结构设计，分为横弓受力区内部结构形状设计、内侧纵弓受力区内部结构形状设计和后足受力区内部结构形状设计，参考因素有步骤二采集的足底压力数据和步骤四中的各个部位曲面形状及高度数据；

步骤六：选择线性tpu和tpe作为打印材料,材料硬度数值参考范围为90a到80a之间；

步骤七：3d打印获得定制鞋垫。

步骤一中，获取数据时让被测试者光脚自然站立，足部并保持放松自然伸展，足行进线与设备扫描方向平行，从而保证足弓处于正常功能位状态，以获取脚型尺寸数据。

步骤二中，足底压力静态分布数据，获取数据时让被测试者光脚自然站立在足底压力分析仪上，全身无异物，以获取站立时的足底压力静态分布数据，对足底压力静态分布数据做进一步处理可得：横弓区最大压力值m1、前足受力区最大压力值m2、内侧纵弓最大压力值m3和后足受力区压力值m4；

足底压力动态分布数据，获取数据时让被测试者在足底压力分析仪上来回自然行走，对足底压力动态分布数据做进一步处理可得：横弓区最大压力值d1、前足受力区最大压力值d2、内侧纵弓最大压力值d3和后足受力区压力值d4。

步骤三中：

足弓发育数据指通过足印比值法确定足弓发育指数k，k值代表足弓发育情况；

跟骨发育指数指跟骨内/外翻角度；

膝关节冠状面数据指踝关节内侧距离/膝关节内侧距离；

膝关节矢状面数据指膝关节矢状面股骨轴线与胫骨轴线的夹角；

下肢发育数据指双下肢长度差值。

步骤四中，上曲面包括内侧纵弓受力区曲面、横弓受力区曲面和后足受力区曲面；

内侧纵弓受力区曲面设计依据为：步骤三中的足弓发育测评数据和步骤一中的脚型尺寸数据，调整数据包括内侧纵弓受力区曲面的外形轮廓、内侧纵弓受力区曲面位置、曲面的最高点位置、曲面最大高度和曲面坡度数据；

足部横弓受力区曲面设计依据为：步骤三中的足弓发育测评数据、步骤一中的脚型尺寸数据和步骤二中的横弓区域压力数据，调整数据主要包括横弓受力区曲面的外形轮廓、曲面位置、曲面的最高点位置、曲面最大高度和曲面坡度数据；

后足受力区曲面设计依据为：步骤三中的跟骨发育测评数据和步骤一中的脚型尺寸数据，调整数据主要包括后跟受力区曲面位置、曲面倾斜方向和倾斜角度；

鞋垫三维模型厚度设计依据为：步骤三中的下肢发育测评数据、膝关节冠状面测评数据和膝关节矢状面测评数据，调整数据主要包括鞋垫三维模型厚度、鞋垫三维模型内侧与外侧高度差值。

步骤五中：后足受力区内部结构设计需确定后足受力区内部结构刚度值k,满足：(k-10)(n/mm)≤k1≤(k+10)；

内部结构形状设计为线型支撑结构、“一”型支撑结构、“＜”型支撑结构或六边形支撑结构。

本发明具有以下优点：

本发明通过脚型尺寸数据、足弓发育数据、跟骨发育数据、膝关节冠状面数据、膝关节矢状面数据、下肢发育数据和足底压力分布数据，实现鞋垫三维模型定制化设计，并通过fdm3d打印技术将鞋垫加工出来，具有生产效率高和治疗针对性强等优点，与传统鞋垫相比，鞋垫具备更高的匹配性能及治疗功能，更有效的调整或正向干预儿童骨骼生长发育。

附图说明

图1是足部脚型模型图；

图2是鞋垫上曲面图；

图3是鞋垫下曲面图；

图4是鞋垫三维模型图；

图5是鞋垫三维模型与足部脚型模型对比图；

图6是线性支撑结构图；

图7是“一”型支撑结构图；

图8是“＜”；型支撑结构图；

图9是“六边形”支撑结构图；

图10是足弓发育数据图；

图11是膝关节冠状面数据图；

图中，1—横弓受力区，2—内侧纵弓受力区，3—后足受力区，4—鞋垫厚度。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种基于测评数据定制治疗型鞋垫三维模型的方法，获取测评数据，包括脚型尺寸数据、足弓发育数据、跟骨发育数据、膝关节冠状面数据、膝关节矢状面数据、下肢发育数据和足底压力分布数据，根据测评数据进行鞋垫三维模型设计，鞋垫三维模型设计包括鞋垫模型设计和鞋垫模型内部结构设计，将鞋垫三维模型导入至相关3d打印切片软件，输出3d打印机能够识别的文件，最后将文件导入3d打印机实现产品的加工。

具体包括以下步骤：

步骤一：获取脚型尺寸数据，获取数据时让被测试者光脚自然站立，足部并保持放松自然伸展，足行进线与设备扫描方向平行，从而保证足弓处于正常功能位状态，以获取脚型尺寸数据。

步骤二：获取足底压力数据，足底压力数据包括足底压力静态分布数据和足底压力动态分布数据；

足底压力静态数据，获取数据时让被测试者光脚自然站立在足底压力分析仪上，全身无异物，以获取站立时的足底压力静态分布数据，对足底压力静态分布数据做进一步处理可得：横弓区最大压力值m1（n）、前足受力区最大压力值m2（n）、内侧纵弓最大压力值m3(n)和后足受力区压力值m4（n）；

足底压力动态分布数据，获取数据时让被测试者在足底压力分析仪上来回自然行走，对足底压力动态分布数据做进一步处理可得：横弓区最大压力值d1（n）、前足受力区最大压力值d2（n）、内侧纵弓最大压力值d3(n)和后足受力区压力值d4（n）；

步骤三：测评数据采集，包括足弓发育数据，膝关节冠状面数据和下肢发育数据；

足弓发育数据指：足印图像内ab/bc值确定足弓发育指数k，k＝ab/bc（图10）；

膝关节冠状面数据指：在冠状面上，情况a：两内踝能够并拢而膝关节内侧无法并拢，膝关节内侧距离b1（cm）（图11）。情况b：膝关节内侧能够并拢而内踝无法并拢，内踝距离b2（cm）（图11）；

下肢发育数据指：在冠状面上，骨盆髂前上棘在同一水平线上时；双下肢结构长度差值；

步骤四：鞋垫三维外观模型设计，鞋垫三维外观模型分为上下两个曲面、鞋垫三维模型厚度和鞋垫内部结构设计，鞋垫三维模型下曲面（图3）根据步骤一中的足部接触印记设计鞋样轮廓曲线，以保证鞋垫与鞋子的贴合性能；鞋垫三维模型上曲面（图2）包括足部内侧纵弓受力区2曲面、足部横弓受力区1曲面和后足受力区3平面，鞋垫三维模型上曲面应为足部提供良好的贴合性能、支撑性能和压力分解性能；

1)作为上述实施方式的改进，步骤四中，根据步骤步骤一中的脚型尺寸数据中外踝长度、内踝长度、第一跖趾部位长度、第五跖趾部位长度将鞋垫三维模型上曲面划分为足部内侧纵弓受力区2曲面、足部横弓受力区1曲面和后足受力区3平面（图4）；

2)作为上述实施方式的改进，步骤四中，足部内侧纵弓受力区2曲面设计依据为：步骤三中的足弓发育测评数据k；

当0.67≤k＜3时，内侧纵弓受力区2曲面最大高度1.3cm—1.5cm之间，曲面的最高点位于舟骨下方，曲面的宽度＝(2/3)*中足宽度；

当0≤k＜0.67时，内侧纵弓受力区2曲面最大高度1.0cm—1.3cm之间，曲面的最高点位于舟骨下方，曲面的宽度＝(2/3)*中足宽度；

3）作为上述实施方式的改进，步骤四中，足部横弓受力区1曲面设计依据为：步骤一中的脚型尺寸数据；曲面最高点位置位于第一跖趾关节点坐标与第五跖趾关节点坐标的中点，第一跖趾关节点坐标和第五跖趾关节点坐标从步骤一中的脚型尺寸数据中获取；曲面最大高度控制在0.5cm—1cm之间；

4）作为上述实施方式的改进，步骤四中，后足受力区3平面设计依据为：步骤三中的膝关节冠状面测评数据b1/b2;

当步骤三中的膝关节冠状面测评为情况a，10cm≤b1时，后足受力区3平面设计为外侧高内侧低，高度差值控制在0.6cm—0.9cm之间；b1＜10cm时，后足受力区3平面内侧与外侧高度一致；

当步骤三中的膝关节冠状面测评为情况b，10cm≤b2时，后足受力区3平面设计为外侧低内侧高，高度差值控制在0.6cm—0.9cm之间；b1＜10cm时，后足受力区3平面内侧与外侧高度一致；

5）作为上述实施方式的改进，步骤四中，鞋垫三维模型整体厚度（4）设计依据为：步骤三中的下肢发育测评数据；

当步骤三中的下肢发育测评数据为a,2cm≤a时，则左鞋垫三维模型整体厚度与右鞋垫三维模型整体厚度的厚度差为（a/2）cm;a＜2cm时，则左鞋垫三维模型整体厚度与右鞋垫三维模型整体厚度的厚度差为0；

步骤五：鞋垫内部结构设计，鞋垫内部结构形状设计分为横弓受力区2内部结构形状设计、内侧纵弓受力区1内部结构形状设计和后足受力区3内部结构形状设计，参考因素有步骤二采集的足底压力数据和步骤四中的各个部位曲面形状及高度数据；

以后足受力区内部结构设计为例：

后足受力区内部结构设计，首先确定后足受力区内部结构刚度值k(n/mm),。最后后足受力区内部结构形状可设计为线型支撑结构、“一”型支撑结构、“＜”型支撑结构或六边形支撑结构，此形状结构下的刚度为k1(n/mm)应满足：(k-10)(n/mm)≤k1≤(k+10)(n/mm);

后足受力区内部结构刚度值k(n/mm)计算方法；

以后足受力区在静态站立负重下鞋垫压缩变量为0.5mm，后足受力区在动态行走条件下压缩变形量为1.5mm（此变形量应小于鞋垫极限压缩变形量）为例，则k＝（d3-m3）/(1.5-0.5)=(d3-m3)(n/mm);

步骤六：打印材料的选择，受打印方式影响，若选择fdm熔融沉积成型技术，同时，基于鞋垫整体功能要求为弹性支撑功能、刺激功能和保护功能，可选择材料主要有线性tpu和tpe,并且材料硬度数值参考范围90a到80a之间，材料的硬度最终会影响鞋垫的整体强度。

步骤七：3d打印，基于现有3d打印技术发展情况及成本相关要求，打印方式选择为fdm熔融沉积成型技术,3d打印的进料方式应选择为近程进料，若条件允许，可在挤出轮结束口与喷嘴之间改装铁氟龙管。

本发明针对足部问题疗效差及鞋垫三维模型设计无法与客户测评数据相结合的技术缺陷，提供了一种基于测评数据定制治疗型鞋垫三维模型设计方法，并通过fdm3d打印技术实现加工生产，定制化程度高、与足部匹配好，能更加有效的正向干预儿童骨骼生长发育。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。