3D矫形鞋垫的制作方法与流程

本发明涉及一种3D矫形鞋垫的制作方法，应用于鞋垫的制作领域。

背景技术：
矫形鞋垫广泛的用于骨科和矫形外科以及康复科的临床中。扁平足，高弓足，足底筋膜炎，足跟骨质增生，糖尿病性足底溃疡，拇外翻，痛风，距下关节半脱位，下肢旋转畸形，膝关节炎，半月板损伤，交叉韧带损伤等均可以通过矫形鞋垫来改善症状，延缓疾病发生发展，矫正力线或作为术后康复。扁平足患者因足弓塌陷变平，足弓丢失后后足变短，使胫前、后肌松弛，降低对足弓的维持能力，加重平足症的形成。排骨短肌失去胫骨前后肌的拮抗而出现过度牵拉、张力亢进，出现前足旋后外展和后足外翻。跖腱膜在矢状面上对足纵弓的支撑作用约占全部足底韧带的1/3，并在其他两个平面上限制足部骨骼的外展和外旋。所以当跖腱膜松弛失去固有的限制力时，加重了前足的外展、外旋和后足外翻。足底的平均体重分配正常约为后足60％、中足8％、前足28％、脚趾4％，其中第五跖骨承重达总重量的11％，第1距骨承重达总重量的12％。研究表明，扁平足者因后足外翻导致第五跖骨承重减少到1％，第1跖骨承重增加到22％，加之足弓塌陷后对第一跖骨、拇趾造成的旋前力，容易导致拇外翻畸形。扁平足症患者因平足畸形，对胫距关节受力带来明显改变，使踝关节面总接触区向外，向后移，接触面积减少35％，平均压力增加14％，压力峰值分布区外移，增加了踝关节的病变风险，更因下肢力线的改变，导致膝，髋关节均发生力线改变而引起关节炎发生，后期因不良姿势和畸形力线还可导致后背疼痛发生。平足患者因足内部韧带松弛，足骨排列改变导致足踝部疼痛，胫后肌腱等功能失调导致足踝肌力下降，进而运动能力降低，不能远足行走。韧带和肌肉的进一步损伤将导致足部各骨和关节的进一步脱位变形。大量学者实验证实，足部矫形鞋垫应作为第一步的干预手段，通过在鞋垫上支持内侧塌陷的足弓，垫高内侧足跟矫正跟骨外翻，可缓解患者疼痛，重建足弓形态，提高生活质量。矫形鞋垫分为预制成品矫形鞋垫和定制矫形鞋垫。预制成品鞋垫按照足部固定大小，如39、40码等，使用模具批量制作，矫形的方式为固定高度抬高足弓，固定的位置对距舟关节加压，固定的角度矫正外翻跟骨；由于这种技术对于鞋垫制作者知识技术、工作环境和设备要求不高，在亚洲和欧洲部分地区应用较为广泛。此方法使用模具生产，不能根据患者足部具体形状和问题作出针对性的处理，而是以偏概全。现在市场上充斥着大量的成品矫形鞋垫，均为统一数据的增高内侧足弓和足跟部，宣称可矫正各种下肢畸形。其1、不能考虑每个患者足部畸形程度，比如是柔软型还是僵硬型扁平足，故不能按分类选择不同的材料。而大量文献证明，柔软型扁平足应用较硬的材料支撑足弓，而僵硬型扁平足应用较软和较舒适的材料来改善症状。2、不能考虑患者个体化的足骨排列，比如有无距舟关节脱位及脱位程度，有无跟骨外翻畸形及外翻程度，故不能对畸形部位作出精确地矫正设计。这都是非医务人员设计者对扁平足的病理生理知识掌握不够导致。而单纯的抬高足弓，不同病因的患者使用后，往往不仅不能解决足部问题，反而对病情有恶化作用，使下肢力线或足部畸形进一步变异。定制鞋垫往往是在足病医生指导下完成，相比前者，更有针对性。一、传统石膏模型鞋垫制作方法为常用方法，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打来制成个性化的鞋垫。这种制作技术的特点是鞋垫制作加工时间长、一般一双鞋垫制作须两天时间，同时对制作师技术和临床阅历要求特别高，需经过长时间专业知识学习和临床专业实践培训才能胜任。在美国，由于受传统手工制作鞋垫模式、足部矫形技术教育方式、国家经济较为富裕以及人们对足部疾患认知程度较高的影响，石膏取型制作的方法还广泛被使用。其存在以下问题:1，塑形的基础是患者足部轮廓，而非患者足部骨结构的影像学改变。畸形的测量和鞋垫矫形部位的设计不能达到统一的精确化。2，鞋垫设计由支具公司的技师完成，而非医生，即诊断和鞋垫制作由不同部门完成，产生了脱节，缺乏医学理论知识的技师也不能结合临床把矫形鞋垫设计完美。3，取模和产品制作为多步完成，难以保证产品的精确度。4，患者矫形为一个长期过程，可能需要多长更换不同高度和位置的矫形鞋垫，用原始定制方法需要相应次数的取模，对人力，物力均为极大浪费。二、足底压力测试仪的方式进行电脑分析和动态检查发现足部所存在的缺陷，计算机系统把所获提取的信息通过鞋垫专用的设计软件，进行鞋垫具体设计。最后通过数字加工机床制作出个性化鞋垫。其存在以下问题：1、足底压力测试仅仅能分析出足弓塌陷的部位和程度，电脑不能判断足骨排列的具体改变，比如有无距舟关节脱位，跟骨外翻程度，是柔软型还是僵硬型扁平足等。因为每种情况都需要针对性的矫形，这是足底压力测试仪不能分析的，其仅仅能作出矫正内侧足弓高度的鞋垫。2、鞋垫的制作是电脑软件配合鞋垫设计师的参与，没有医生对患者病情的详细了解和指导，故不可能达到有的放矢。3、数控机床对鞋垫的复杂曲面加工耗时大，成本高，且对机床操作者的要求也很高。另外数控机床对软性材料几乎无法加工，在材料的选择上便已经非常局限，需要后期复杂的处理。过程繁琐，成本较高。4、CAD/CAM鞋垫制作需要足底压力分析仪，国外专用鞋垫制作软件，机床等设备，投资巨大，且从根本上未从患者的骨性畸形分析设计鞋垫。

技术实现要素：
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种3D矫形鞋垫的制作方法，能够实现个性化定制鞋垫，根据患者足部的改变制作针对性的矫形鞋垫。本发明所采用的技术方案为：一种3D矫形鞋垫的制作方法，包括：(1)对负重位的足踝进行影像学检查，或者对矫正后的足踝的非负重位进行影像学检查；(2)对将扫描的影像导入三维造模软件，生成足骨和足的三维模型；(3)人工分析足骨类型，并确认足骨类型为单纯性足弓塌陷，足弓塌陷伴跟骨外翻和足弓塌陷伴跟骨外翻及中足外展、距舟关节脱位中的一种；(4)根据足的三维模型推导出于贴合足底的鞋垫曲面；(5)根据足骨的三维模型及足骨的具体类型对鞋垫曲面进行矫形，得到矫形后的鞋垫曲面；(6)通过3D打印机打印出与矫形后的鞋垫曲面所对应的鞋垫。步骤1中，所述影像学检查包括采用X光机、CT机或磁共振检查机进行检查。步骤2中，所述三维造模软件为MIMICS。优选的，在步骤5中，具体的矫形方法为：(5.1)通过足骨的三维模型获取足弓长度和舟骨高度，并计算得到舟骨指数，根据正常人的舟骨指数，推算得到舟骨应上抬的高度，进一步得到足弓应上抬的高度，从而推算得到鞋垫相应的曲面上抬高度。进一步的，所述舟骨应上抬的高度与足弓应上抬的高度以及所述鞋垫相应的曲面上抬的高度相等。优选的，对于在步骤3中判定足骨类型为足弓塌陷伴跟骨外翻的，在步骤5中还有，(5.2)在鞋垫曲面的对应的足跟部设置15-20mm后围。对于在步骤3中判定足骨类型为足弓塌陷伴跟骨外翻及中足外展、距舟关节脱位的，在步骤5中还有，(5.3)在鞋垫曲面的内侧由足跟后围向上延伸出内侧翼，所述内侧翼的高度达到距骨的中下1/3部；向外侧凸起，内侧翼向前延伸并逐渐下降至第一跖骨中部；(5.4)在鞋垫曲面的外侧由足跟后围向上延伸出外侧翼，其上沿位于骰骨粗隆处，所述外侧翼以骰骨近跟骨端为顶点向内侧凸起，所述外侧翼向前延伸并逐渐下降至第五跖骨中部。所述3D打印机采用尼龙、EVA塑胶原料、聚氨酯泡沫、热塑性弹性体和ABS塑料中的任意一种作为原料。本发明的有益效果：1、结合临床医学和数字化技术，疾病诊断和鞋垫设计均由患者的主治医生完成，患者的影像学资料及鞋垫的设计数据均储存于患者数据库中，适合长期随访，根据患者病情改良，检测患者病情变化趋势并可提出进一步建议。患者因损坏或病情进展需要更换鞋垫时，不用重新取模，可直接根据数据库内的原始数据再次调整后生产。2、真正实现个性化定制，影像学检查和3D造模能更精确地反映患者下肢骨和软组织的异常，可通过精确的数据测量来分析解剖异常，并能在鞋垫设计上给予精确的定制。在足弓最高点，及舟骨近端下缘，精确从此处抬高足弓，恢复足弓至解剖位置。在前足外展畸形时，可定制精确从距骨头位置加压和在骰骨处加压。足内旋，跟骨外翻严重时，可在足跟杯地面设计斜面，进一步矫正跟骨外翻。这些都是传统技术不能精确做到的！因扁平足分为不同种类，比如单纯足弓塌陷，合并跟骨外翻，合并距舟关节脱位等。可以根据患者足部的改变制作针对性的矫形鞋垫。3、矫形鞋垫从取模，设计到生产，均由数字化技术完成，大大降低了各个环节中的误差。3D打印可以将误差控制在纳米范围内，也能更好的提高精确度以及鞋垫的贴合度。附图说明图1矫形鞋垫的结构示意图；图2是脚部骨骼结构示意图；图3是脚部与矫形鞋垫配合后的示意图；图4是图3的透视图。其中：1、内侧翼；2、足跟后围；3、外侧翼；4、骰骨。具体实施方式参见图1-图4，实施例1：本发明提供了一种3D矫形鞋垫的制作方法，包括以下步骤：(1)对负重位的足踝进行影像学检查，或者对矫正后的足踝的非负重位进行影像学检查；(2)对将扫描的影像导入三维造模软件，生成足骨和足的三维模型；(3)根据足的三维模型推导出于贴合足底的鞋垫曲面；(4)根据足骨的三维模型及足骨的具体类型对鞋垫曲面进行矫形，得到矫形后的鞋垫曲面；(5)通过3D打印机打印出与矫形后的鞋垫曲面所对应的鞋垫。就是通过扫描使用者足部的三维模型，再推导出贴合足底的鞋垫曲面，再通过3D打印机将鞋垫打印出来，使得在使用时，鞋垫完全与使用者的足底完全贴合，从而增强使用者的舒适程度。全贴合脚垫可以平均分配足底压力，避免足底局部积累性劳损，保护跖筋膜，防止其反复牵拉引起跖筋膜炎以及跟骨骨刺等发生。全贴合鞋垫还可减少老年人跌倒的几率。当然以上过程可以省略步骤4。正常人的舟骨指数(属于现有技术)在5.4-6.5(图2中a/b)之间，而有些人的舟骨指数是大于6.5的，对正常的生活造成一定的影响。通过在步骤2中获得的足骨的三维模型，计算得到使用者的舟骨指数，如舟骨指数大于6.5，则说明需要对鞋垫就行矫形(步骤4)。具体的矫形方法是：通过足骨的三维模型获取足弓长度和舟骨高度，并计算得到舟骨指数，根据正常人的舟骨指数，推算得到舟骨应上抬的高度，进一步得到足弓应上抬的高度，从而推算得到鞋垫相应的曲面上抬高度。使用者在使用该鞋垫时，鞋垫对应的足弓的曲面由于向上上抬了一定的高度，从而使得使用者的足弓也向上抬，进一步的使得使用者的舟骨向上移动，从而降低了使用者的舟骨指数，使其处于规定的范围之内。需要是说明的是，所述舟骨应上抬的高度与足弓应上抬的高度以及所述鞋垫相应的曲面上抬的高度相等。也就是说，鞋垫矫正的距离与使用者使用该鞋垫时舟骨上抬的高度相等。通过这样的设置，使得通过该方法获得的矫形鞋垫具备一定的保健作用。以上方法获得的矫形鞋垫也可以用来对平足的患者进行脚部整形。步骤1中，所述影像学检查包括采用X光机、CT机或磁共振检查机进行检查。步骤2中，所述三维造模软件为MIMICS。以上所说MIMICS软件为现有软件，其用途和功能在此就不再赘述。所述3D打印机采用尼龙、EVA塑胶原料、聚氨酯泡沫、热塑性弹性体和ABS塑料中的任意一种作为原料。实施例2：一种3D矫形鞋垫的制作方法，包括：(1)对负重位的足踝进行影像学检查，或者对矫正后的足踝的非负重位进行影像学检查；(2)对将扫描的影像导入三维造模软件，生成足骨和足的三维模型；(3)人工分析足骨类型，并确认足骨类型为单纯性足弓塌陷，足弓塌陷伴跟骨外翻和足弓塌陷伴跟骨外翻及中足外展、距舟关节脱位中的一种；(4)根据足的三维模型推导出于贴合足底的鞋垫曲面；(5)根据足骨的三维模型及足骨的具体类型对鞋垫曲面进行矫形，得到矫形后的鞋垫曲面；在足弓最高点，及舟骨近端下缘，精确从此处抬高足弓，恢复足弓至解剖位置。(5.1)通过足骨的三维模型获取足弓长度和舟骨高度，并计算得到舟骨指数，根据正常人的舟骨指数，推算得到舟骨应上抬的高度，进一步得到足弓应上抬的高度，从而推算得到鞋垫相应的曲面上抬高度；(5.2)在鞋垫曲面的对应的足跟部设置15-20mm足跟后围2；足跟部鞋垫设计为水平，对于足部内旋，跟骨外翻严重时，可在足跟杯底部水平面上设计斜面，加强跟骨外翻的矫形。(5.3)在鞋垫曲面的内侧由足跟后围向上延伸出内侧翼1，所述内侧翼的高度达到距骨的中下1/3部；向外侧凸起，内侧翼向前延伸并逐渐下降至第一跖骨中部；(5.4)在鞋垫曲面的外侧由足跟后围向上延伸出外侧翼3，其上沿位于骰骨4粗隆处，所述外侧翼以骰骨近跟骨端为顶点向内侧凸起，所述外侧翼向前延伸并逐渐下降至第五跖骨中部；(6)通过3D打印机打印出与矫形后的鞋垫曲面所对应的鞋垫。需要说明的是，对于足骨类型为单纯性足弓塌陷的，其步骤5中只需进行到步骤5.1即可。对于足骨类型为足弓塌陷伴跟骨外翻的，其步骤5需进行到步骤5.2，也就是说在步骤5中药进行步骤5.1和步骤5.2(足弓塌陷伴跟骨外翻必然伴随单纯性足弓塌陷)。足跟部设计后围，加强防止行走时跟骨外翻以及给予跟骨向內前方的压力。距舟关节脱位时，设计内侧翼，翼的高度以距骨中部为准，向外侧凸起，给予距骨头向上向外的推力，纠正距舟关节脱位。后围的厚度设置在15-20mm，主要是考虑到鞋底后跟的厚度一般不会大于20mm，因而需将后围的厚度控制在20mm之内。而厚度的具体的选择，则需根据使用者的实际情况来确定。对于足弓塌陷伴跟骨外翻及中足外展、距舟关节脱位，在步骤5中需进行到步骤5.4。距舟关节脱位时，设计内侧翼，翼的高度以距骨中部为准，向外侧凸起，给予距骨头向上向外的推力，纠正距舟关节脱位。可根据需要将矫形鞋垫制作成硬质矫形鞋垫、半硬矫形鞋垫或软质矫形鞋垫。硬质矫形鞋垫：直接以硬质材料,如PP,尼龙加玻纤等打印3/4鞋垫，无需在表面复合软性材料。半硬矫形鞋垫：打印鞋垫(底层鞋垫)的远端在跖趾关节近端约2cm位置,即为3/4鞋垫，以较硬材料打印,如PP,尼龙加玻纤，硬质EVA等。在底层鞋垫表面复合一层约2mm厚的软性材料，如EVA、RUBBER、硅胶、牛皮等，缓冲和吸收足部受到的压力。软质矫形鞋垫：直接以软性尼龙，橡胶等进行打印，打印全长鞋垫，不需要表面复合物质。