【摘 要】
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研究背景扁平足是一种以足弓塌陷为主要特征的常见疾病。矫形鞋垫广泛用于扁平足的治疗,具有无创性和持续干预的优点,临床上使用的矫形鞋垫主要通过矫形师手工制作,工艺复杂,修型打磨无固定参数,产品质量依赖于矫形师临床经验,且制作坏境条件差,材料浪费严重,有必要探索一种更佳的矫形鞋垫制作方式。研究目的探讨计算机辅助设计和3D打印技术定制个性化扁平足矫形鞋垫的可行性,结合有限元分析法比较矫形鞋垫对足部应力的影
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（81874032）； 国家自然科学基金面上项目（82072528）； 国家自然科学基金青年项目（82002380）；
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研究背景扁平足是一种以足弓塌陷为主要特征的常见疾病。矫形鞋垫广泛用于扁平足的治疗,具有无创性和持续干预的优点,临床上使用的矫形鞋垫主要通过矫形师手工制作,工艺复杂,修型打磨无固定参数,产品质量依赖于矫形师临床经验,且制作坏境条件差,材料浪费严重,有必要探索一种更佳的矫形鞋垫制作方式。研究目的探讨计算机辅助设计和3D打印技术定制个性化扁平足矫形鞋垫的可行性,结合有限元分析法比较矫形鞋垫对足部应力的影响,为优化扁平足矫形鞋垫设计制作提供参考。研究方法使用足底激光扫描仪对受试者进行评估,纳入1名Ⅱ期成年男性扁平足患者,收集其双足数据用于矫形鞋垫设计,采集该患者左足CT数据,通过计算机软件对图像信息进行提取,重建为三维几何模型,基于有限元分析法模拟患者静止站立位时左足受力,建立足-鞋垫模型,计算不同类型鞋垫下足部应力改变,优化矫形鞋垫设计,使用3D打印技术制备,比较受试者穿戴矫形鞋垫前后站立及行走时足底压力变化。研究结果建立了包括足部软组织囊、骨骼、主要关节软骨、主要足踝韧带及筋膜、鞋垫（平坦、Ⅰ型、Ⅱ型）、地面支撑在内的扁平足-鞋垫-地面有限元模型,共计245300个节点、1295722个实体单元和86个桁架单元;足-鞋垫耦合模型中,平坦鞋垫所得到的足部应力云图形状与赤足应力云图相近,但压力峰值较赤足减小;Ⅰ型鞋垫改变了足底应力分布且降低了大部分骨骼应力,足底应力明显由前足和后足向中足转移,但也使得足弓及第5跖骨处应力异常集中;优化后的Ⅱ型鞋垫在Ⅰ型鞋垫的基础上进一步对足部应力进行重新分配,足内外部应力峰值较赤足时明显减小;对3D打印矫形鞋垫进行质量检测,未测及甲醛和邻苯二甲酸盐,经10万次动态曲折后鞋垫开胶分层8mm;比较了患者穿戴3D打印矫形鞋垫前后站立测试结果,证实计算机模拟的足底应力峰值、压力分布区域与实际结果相近;患者穿戴矫形鞋垫后足底压力分布趋于均匀,压力峰值减小,行走时足疲劳感下降,同时足弓处存在异物感。结论计算机辅助设计技术结合3D打印技术来定制扁平足矫形鞋垫是可行的;借助有限元分析可以较真实地模拟扁平足患者静止站立时足部应力情况,并比较不同鞋垫对足底和内部骨骼的应力影响;受试者穿戴3D打印矫形鞋垫后足底峰值压力降低,压力分布趋于均匀,行走时前足舒适度增加。
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