儿童矫形鞋垫设计的应用与发展

赵莹雪　刘世忠

[摘要]儿童群体容易因遗传与外部环境原因产生足部问题。矫形鞋垫是一种非常有效的儿童足部问题治疗器械。矫形鞋垫的设计与生产流程已开始引入计算机辅助设计与制造，但缺乏对用户需求与生活形态的关注，因此现有的足部矫形器制作商难以为顾客提供极佳的用户体验。因而，未来的儿童矫形鞋垫设计需更多关注基于用户需求的服务设计。

[关键词]矫形鞋垫；服务设计；3D打印；用户需求；生活形态

一、导入：儿童需要矫形鞋垫吗？

（一）、儿童群体的足部治疗需求多

据《医药经济报》2010年报道，依临床统计，为数不少的新生儿一出生即患有如脊柱侧凸、双足外翻、O型腿等先天性足科疾病。…同时还有很多先天发育正常的儿童，由于后天的不良因素而导致足部发育异常。据来自《卫生与生活报》、《医药世界》的相关研究表明，后天的不良因素主要来自以下三个方面：一、因缺钙、发育时间不足等原因导致的下肢骨骼自身不够坚实。二、违背骨骼发育规律，对孩子进行的拔苗助长教育。如让8个月，仍处于爬行学习阶段的孩子使用学步车等。三、由于自身超重、书包过沉等重负荷造成的下肢骨骼变形弯曲。足部问题会进而导致人体受力结构变化，引发五脏六腑移位，供血与神经受损，最终表现为腰部、背部、膝部、踝部等的疾患。不但如此，由于足部问题而引发的体态问题如0型腿、脊柱侧弯等，还可能因妨碍患儿正常社交进而引发复杂的心理健康问题。综上，在自身遗传特性与外界不良环境因素的影响下，儿童群体中广泛存在着如扁平足、O型腿、X型腿、脊柱侧弯等足科问题（图1）。与此同时，对这些儿童时期足部问题的忽视将引发后期更为严重的健康问题。

（二）、儿童足科病儿童期治疗最佳

儿童足科问题涉及骨骼的生长，变化，成熟与稳定。因而对于儿童相关的足科疾病在儿童生长发育的早期进行，有时间短、收效快的优势。同时，不同的足部问题，治疗的最佳时间段也不尽相同。例如，表象为O型腿的先天马蹄内翻足应在患儿5岁之前进行，可避免其足部骨与关节的畸形。而对于稿平足患儿来说，当其年龄大于10岁将不能通过牵引、矫形、按摩等保守方式治疗，而必须通过手术治疗。然而，儿童好动、顽皮的天性，使一般的治疗方法难以为儿童患者接受。具有便捷、舒适、好用等特点的矫形鞋垫成为儿童足科治疗的良方。

（三）、矫形鞋垫适于儿童足部疾病治疗

矫形鞋垫属于下肢矫形器，其发展历程可以追溯到1889年，它基于生物力学原理，综合现代生物力学、康复学及高分子材料学、机械工艺等学科知识，是通过对前足、中足、后足的整体控制研发出的一种柔和的足部矫形器械。通过矫形鞋垫，可以重新分布足底压力，改善下肢力线，调整足弓位置和角度，以预防、治疗疾病，使身体舒适（图2、图3）。并且矫形鞋垫在功能上为连续矫正方式，患儿通过穿戴矫形器，能够保持长时间在承重状态下改变原来非正常的承重部位和承重力线。这种方式有助于刺激足部肌肉发育，改善步态和步行功能。同时，在使用矫形鞋垫后，足部也不易恢复到原来的畸形状态。更重要的是，矫形鞋垫的使用方式适应了儿童活泼好动的生活样式。矫形鞋垫具有隐形、便捷、长效等特点，不会影响儿童的日常跑跳、社交。综上，无论是出于对儿童生理还是心理健康角度的考虑，矫形鞋垫都非常适用于儿童足科疾病的治疗。

二、简介：应用中的矫形鞋垫设计解决方案

在长达一个多世纪的发展过程中，基于生物力学研究的结果，矫形鞋垫已然发展出了诸多的品种。文章将从矫形鞋垫的形式、硬度与制作方式三个角度对现有矫形鞋垫的设计进行简单介绍。

（一）、不同形式的矫形鞋垫

根据足部不同位置的支撑与使用需求，目前主要研发设计了多种鞋垫形状如前脚掌垫、足弓垫、横弓垫、足趾垫等（图4）。

（二）、不同硬度的矫形鞋垫

在治疗过程中，不同类型的足部问题，需要不同程度的矫正强度。因而，在习惯上也可以将矫形鞋垫根据硬度分为硬式、半硬式与软式三类（图5）。硬式鞋垫主要用于控制踝、跗骨小关节的运动功能，改善下肢生物力线；硬式鞋垫通常采用聚丙乙烯塑料与碳化纤维制成；硬式鞋垫在使用时需要适当增加使用者的鞋号，并需要放置在两厘米跟高的鞋子中。半硬式鞋垫，多用于支撑足弓，能更好地适应足部形状，使肌肉和肌腱更好地发挥运动作用，又不会给脚造成任何压力；半硬鞋垫通常内置硬性材料如软木和塑料，并加入数层软材料如皮革等制成；这一类别鞋垫适合于运动员使用，但不同运动需要不同的矫形垫。软式鞋垫用于减少足部某一点集中受力，为缺少脂肪组织的足外侧边缘部位提供保护i软式鞋垫采用硅胶、EVA等柔软可被压缩的材料；软式鞋垫适合各类鞋型，但易压缩、磨损。

（三）、不同制作方式的矫形鞋垫

针对不同的消费人群和使用目的，矫形鞋垫的生产方式也发展出了预制、半定制和定制三种。预制鞋垫多用于运动鞋，以预防足部疾病或矫正轻度的足部问题，但效果有限；其优势在于，通过定制、量产从而大幅降低鞋垫价格至几十到几百人民币，可以为一般人群所使用。半定制鞋垫形式则是目前医疗机构中普遍使用的矫形鞋垫类型（图6）；半定制鞋垫是通过在主体鞋垫上粘附纵弓、横弓、后跟补正垫、补高垫、外侧楔形垫等，并对需要的部分进行调整的方法而最终制作出针对病患自身病症的定制鞋垫；这种半定制鞋垫制作简单，便于医生调整使用，价位适中，约在一千到三千人民币，因而目前被医疗行业广泛使用。

下文重点谈谈定制鞋垫。定制鞋垫制作费时、费工，因而价格昂贵，其多应用于特殊病例治疗或研究机构的科研项目（图7），但随着技术的发展与普及，“私人定制”鞋垫也会逐渐发展与普及。定制鞋垫的制作过程主要有取型、修型、成型、适配等过程。其中取型、修型与成型步骤因数字技术的出现在近期取得了突飞猛进的发展。传统的取型、修型、成型技术是通过石膏绷带与泡沫定性的方式获得足部轮廓，并在此基础上通过手工翻模，修正获得矫形鞋垫的基本形状（图8）。这种定制过程精准度较为粗糙，制作与修改过程复杂，不可大量复制，但数字技术的进步为高速、全方位、私人定制鞋垫的推广提供了可能。目前业界开始采用足底压力扫描仪、三维扫描仪等对患者的足部结构进行取样图9）。endprint

取样后，再通过计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造技术（CAM）对矫形鞋垫进行修型、成型与适配。在计算机辅助设计方面主要采用的有以Delcam PowerSHAPE为代表的数字建模技术与以ANSYS为代表的有限元力学分析技术（图10）。在数字成型与修型方面用到的技术有采用减材方式的数字加工中心与采用增材方式的三维快速打印技术（图11）。

数字技术使矫形鞋垫的制作更加精准、科学。同时数字技术也使矫形鞋垫高速、个性化的私人定制成为可能。据《财富》杂志报道，美国SOLS，一家3D打印鞋垫制造商在美国吸引了近千万美金风投基金（图12）。综上，在数字技术的推动下，定制矫形鞋垫终将走下医学治疗的神坛，走进寻常百姓家，成为下一个医疗与设计领域的发展热点。

三、儿童用矫形鞋垫的设计发展方向

当前，我国的矫形鞋垫发展正处于产品生命周期的成长阶段并开始向成熟阶段过渡。目前相关研究主要是围绕着矫形鞋垫的基本功能与生产工艺展开，缺乏对用户需求的调研与探讨。因而，在矫形鞋垫的使用过程中与营销模式上，因忽视用户生活方式引发了很多问题。设计的介入对于矫形鞋垫产业的进一步发展具有十分重要的意义。具体来说，设计可以从舒适性、清洁度、美学等角度出发，对矫形鞋垫产业的服务模式进行设计。

在舒适方面，人体对足部的舒适性要求主要包括对温湿度、压力两方面的需求。以女童为例，夏季女童需要干爽透气、冬季需要足底保温，而现有的矫形鞋垫对产品的触感、温湿度调控等考虑较少；同时，女童的鞋子空间较小，普通矫形鞋垫普遍比较臃肿，难以长期穿着矫形鞋垫，矫形鞋垫的薄化设计有助于改善用户在以上两方面的需求。在清洁方面，鞋内高温高湿环境致使鞋垫容易滋生霉菌、真菌，因而鞋垫材质与结构的设计显得尤为重要。在美学方面，儿童往往需要频繁更换鞋子以与不同的服饰搭配，适应上课、运动、社交等不同场合的需要。因而不论是从清洁或是美学的角度，用户需要同时配备多双矫形鞋垫，但由于现有价格与制作效率的限制，患儿往往选择购买一双鞋垫；这往往导致儿童疏于使用，使治疗结果大打折扣。此外，矫形鞋垫过于专业与严肃的设计风格也很难引发儿童使用的意愿，儿童甚至会抗拒治疗过程。为此，通过3D打印技术、个性图案定制设计与定价策略，将有效提升用户的使用体验。

矫形鞋垫行业发展渐趋成熟，应更多地引入设计调研，加深对用户个性化需求的了解。进而针对用户需求，对矫形鞋垫服务系统中的外观、服务流程、定价方式、宣传材料等用户接触点进行突破性的创新设计，加强矫形鞋垫的市场欢迎度，激发儿童使用热情，从而提升对儿童足病患者的疗效与家长满意度。endprint