[发明专利]一种基于医学图像的矫形鞋垫制作方法

说明书

本发明涉及一种基于医学图像的矫形鞋垫制作方法，包括以下步骤：基于医学图像构建前足有限元模型；建立初始形态的鞋垫，导入前足有限元模型，根据足底压力分布云图，得到骨头挤压软组织、进而挤压初始形态的鞋垫产生的舒压坑；添加跖骨垫，使得跖骨垫的最高点与舒压坑的最低点处于同一水平高度，得到多个待测试鞋垫；分别测试各个待测试鞋垫的舒压效果，基于舒压效果最好的待测试鞋垫得到矫形鞋垫模型；制作矫形鞋垫。与现有技术相比，本发明通过有限元分析，得到骨头挤压软组织、初始形态的鞋垫产生的舒压坑，再添加跖骨垫，通过有限元仿真找到跖骨垫的最佳安装位置，使得舒压效果最好，实现局部疼痛处的舒压效果。

技术领域

本发明涉及矫形鞋垫技术领域，尤其是涉及一种基于医学图像的矫形鞋垫制作方法，本发明对应的项目得到国家重点研发计划2020YFC2005800、2020YFC2005804资助。

背景技术

足部为人体重要的承压部位，跖骨畸形(如跖骨过长或跖骨头偏低)往往产生前足疼痛，部分拇外翻病变也会造成前足压力集中。此外，糖尿病患者有患糖尿病足的风险，严重糖尿足甚至需要截肢，但是在糖尿病足患者前期，通过足部舒压的方式可以预防和避免症状恶化。

目前，市场上矫形鞋垫主要有两种，一种是通过简单加工得到的支撑垫半成品，使用时，患者自行决定支撑垫的位置，但是，这样的支撑垫不能固定在鞋子内部，也不能根据患者足部具体形状和问题作出针对性的处理，效果不佳。另一种是根据足底形状定制的鞋垫，特别是随着3D打印技术的发展，定制化矫形鞋垫越来越普及，如中国专利CN201510130971.2公开的一种3D矫形鞋垫的制作方法，建立足骨和足的三维模型，推导出贴合足底的鞋垫曲面，再对鞋垫曲面进行矫形，得到矫形后的鞋垫，这种鞋垫能贴合脚底形状，增大足底与鞋垫的接触面积，但是，使用该种矫形鞋垫时，由于足部受力时的软组织变形造成鞋垫无法与足部贴合，不能实现局部疼痛处的舒压效果。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于医学图像的矫形鞋垫制作方法，通过有限元分析，得到骨头挤压软组织、进而挤压初始形态的鞋垫产生的凹陷形变，再添加跖骨垫，通过有限元仿真找到跖骨垫的最佳安装位置，使得舒压效果最好，实现局部疼痛处的舒压效果。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于医学图像的矫形鞋垫制作方法，包括以下步骤：

S1：获取足部的医学图像；

S2：采集足部的足底压力分布云图；

S3：基于医学图像，在建模软件中完成前足去噪、建模、有限元网格化处理，构建前足有限元模型；

S4：基于足部的大小，在有限元仿真软件中建立初始形态的鞋垫，导入网格化处理的前足有限元模型，确定前足有限元模型中的骨头和软组织的材料特性；初始形态的鞋垫的码数与足部的大小相配合，初始形态的鞋垫包括上层材料和下层材料，上层材料和下层材料的软硬程度不同；分别确定上层材料和下层材料的材料特性；

S4：将足底压力分布云图中的力划分至五个区域，每个区域分别与前足有限元模型中的骨头相对应，分别确定各个区域内的合力，在有限元仿真软件中，将各个区域的合力分别施加到前足有限元模型中对应的骨头上，进行大形变有限元仿真分析，得到骨头挤压软组织、进而挤压初始形态的鞋垫产生的凹陷形变，将该凹陷形变记为舒压坑，得到半成品形态的鞋垫；

S5：将半成品形态的鞋垫导入三维设计软件，在半成品形态的鞋垫上添加跖骨垫，使得跖骨垫的最高点与舒压坑的最低点处于同一水平高度，改变跖骨垫与舒压坑之间的距离，得到多个待测试鞋垫；

S6：对待测试鞋垫进行有限元网格化处理，确定跖骨垫的材料特性，在有限元仿真软件中，导入前足有限元模型并施加足底压力分布云图中的压力数据，分别测试各个待测试鞋垫的舒压效果，基于舒压效果最好的待测试鞋垫得到矫形鞋垫模型；