[发明专利]基于糖尿病患者足部组织层次力学特性的个性化鞋垫优化设计方法

说明书

本发明涉及一种基于糖尿病患者足部组织层次力学特性的个性化鞋垫优化设计方法，包括以下步骤：【1】足底压力测试及分析；【2】有限元模型建立与仿真优化；【3】3D打印制作。本发明将实测法和有限元分析法相结合，具有精确、方便、快捷、经济等优势，并且能够通过完善的模型和多样的载荷条件，对多种工况进行分析，为糖尿病患者提供个性化的鞋垫设计，从而降低了糖尿病患者发生足底溃疡的可能性，减轻了糖尿病患者的痛苦，为糖尿病患者保持身体健康提供积极的帮助。

技术领域

本发明涉及鞋垫技术领域，尤其是一种基于糖尿病患者足部组织层次力学特性的个性化鞋垫优化设计方法。

背景技术

糖尿病是广泛流行于全世界的慢性疾病，糖尿病足是糖尿病最常见的并发症之一，是指糖尿病患者由于合并神经病变及不同程度的血管病变而导致下肢感染、溃疡、坏疽，乃至截肢，具有发病率高、致残率和致死率高、医疗费用高等特点，大大降低了患者的生活质量。有研究表明，全球约有15％-20％的糖尿病患者会发生足底溃疡或坏疽，每年的截肢病人中有约50％是糖尿病患者，而85％的糖尿病患者截肢原因是足溃疡。

研究表明，糖尿病足的发生除了与周围神经病变、感染等因素有关外，与患者的足底压力异常增高有着密切的联系。降低糖尿病足截肢率的关键在于预防足底溃疡的发生，而预防足底溃疡发生的关键在于修正足底压力的异常分布。

糖尿病患者鞋袜穿着不当导致了21％-33％以上的糖尿病足溃疡的发生，而溃疡是截肢独立的危险因素。《糖尿病足国际临床指南》中明确指出，合适的鞋袜可以减少异常足底压，减少胼胝、溃疡的发生，防止足部损伤。我国学者研究发现，糖尿病足治疗鞋减低了足部的压强,增加了足弓的支持能力，减轻了足前部和足跟的压力，具有预防足病的作用。

鞋垫的主要功能是为足部提供缓冲以改善足底压力分布及步态稳定性。长期使用结构不合理的鞋垫会引起足底局部区域压力的异常升高，导致胼胝与溃疡出现。由于不同患者在足部形态、步态姿势、患病程度、病变位置等方面具有差异性，导致个体之间的足底压力分布不同。因此，为糖尿病患者进行鞋垫的形状、结构、材质等方面的个性化设计是十分必要的。

目前针对糖尿病鞋垫的研究方法多是基于足底压力测试，其优势在于能够直观地获得患者足底压力分布特征和模式。但由于无法获得内部骨骼、韧带等结构的真实受力情况，难以对足底压力研究的合理性进行深入解释。另一方面，在目前基于足底压力测试优化鞋垫的方法中，多是针对测试得到的高压区域直接进行减压干预，但在实际情况下，通过足底压力实验测得的数据反映的是足底与鞋垫接触的界面压力，并且已有研究表明，界面压力大的部位不一定对应内部组织应力大的部位。又由于在足底压力测试过程中，患者的主观意志会对实验结果造成影响，导致只用实测法往往不能准确反应足部受力的真实情况。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种构思合理、设计科学、使用简便，且能提高测量结果准确性的基于糖尿病患者足部组织层次力学特性的个性化鞋垫优化设计方法。

本发明的目的是通过以下技术手段实现的：

一种基于糖尿病患者足部组织层次力学特性的个性化鞋垫优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

【1】足底压力测试及分析；

【2】有限元模型建立与仿真优化；

【3】3D打印制作。

而且，步骤【1】足底压力测试及分析的具体过程为：

(1)实验前期的准备工作；

(2)实验时，令患者选择合适码数的鞋与鞋垫，鞋选用轻便的平底休闲鞋，鞋垫选用已知材料参数的EVA材质的平板鞋垫，令用户在10米范围内进行灵活自由的直线行走，系统采集患者完整的步态周期参数，包括压力分布面积、峰值压力、各足区冲量百分比及压力中心轨迹等；