基于膝内、外翻人群的矫正鞋垫的研究设计

韩璇 于凯华 徐美涓 白丽娜 徐莉 指导老师

摘要：当今社会，无论儿童还是中年人群普遍存在走姿方面困扰，鞋底内侧磨损较多，往往是偏膝外翻，鞋底外侧磨损较多，往往是偏膝内翻。走姿不好会给人带来多方面影响，首先影响美观，其次会让人产生心理负担，易造成自卑，甚至会给我们人体健康造成危害，引起膝关节的疼痛，严重会导致骨性膝关节炎，活动受限，影响患者日常行走，给生活工作带来极大的困扰，因此本研究以此为突破点，进行改进矫正鞋垫设计。

关键词：x型腿;O型腿;矫正鞋垫

膝关节作为人体最大、结构最复杂的关节，对于稳定身体平衡、维持人类直立姿势和负重、行走有着重要的意义。膝内翻、膝外翻作为常见的不良下肢形态，长时间地影响着人体的下肢外观的视觉美感，持久性的对下肢健康造成损伤。矫形鞋垫通过调整足部着力点，使足部均衡受力，使踝关节力线处于正常位置，保持踝关节与下肢受力一致，在行走过程中确保双侧力线合理，压力负荷处在合适的范围，避免下肢代偿机制的形成，恢复下肢生物力学平衡，改善人体行走步态和姿势，从而达到矫正作用[1]。

1.概念及病因

膝内翻是指人体直立时膝关节向外突出，而小腿向外偏移，两下肢构成“O”型腿 。膝内翻患者不仅在外观上产生畸形，而且行走时左右摇摆，步态不稳 ，两足相碰，呈“内八字”。膝外翻则是与膝内翻相反的畸形，是指膝关节向内侧突出，小腿向外偏移并外旋，两胫骨内髁可以相互接触，但两踝则无法接触而互相分离，分离的大小是畸形程度轻重的标志[2]。

足底平面的倾斜造成膝关节内翻与外翻，足部形态及受力异常是导致足底平面变形的主要原因。现代生物医学研究发现，超过70%的膝部疼痛和相当一部分的腰痛都与足部疾病有关[3]。正常人的膝关节的压力会平均分布在关节上，而膝内、外翻人群，由于膝关节的变化让关节面上承担了过多的压力，当关节承担的压力和摩擦力变大时，将会导致膝关节内、外的软骨面加剧磨损，使得胫骨平台老化和塌陷，导致走姿异常和各类下肢疾病[4]。

2.不良影响

儿童肥胖、书包过重、走路姿势不正确，老年人身体功能下降及女性长期穿着高跟鞋等是导致膝关节病症日常中常见的原因。患者下肢负重状态和力线改变，行走步态的异常，必然会引起膝关节偏侧的负荷增加，进而导致关节软骨的损害，造成膝关节退行性改变。加大跌倒风险和肢体损伤，不及时加以矫正，会加剧足踝、膝关节反转程度，最终会导致关节僵硬和行走功能障碍或膝骨关节炎等并发症的产生。

3.膝内外翻患者对治疗的要求

据我们发布的调查报告结果显示，202人参加调查，包括99个女生、103个男生，其中193人认为可矫正就避免手术，不仅费用昂贵，还有心理担忧。

从报告的结果得出，大部分人更愿意采用更温和、递进的矫正器具治疗。对于医院常见的不开刀治疗“O”型腿的保守疗法是夹板矫正法（此方法适用于 7～ 10岁以下 ，畸形程度较轻的）也有其局限性。

患者对于矫形器具的要求：

矫正效果：这是患者根本的目的，通过矫正达到非手术治疗的最好效果，通过矫正器具的使用，调整下肢负重状态，改变力线，进而矫正走姿，使膝关节负荷状态和位置恢复正常，呈现出直观的效果，但同时也要考虑其时效性和并发症，是否易复发等。

舒适度：选择的材质，设计的弧度都要符合人体科学，适应患者的需求，高质量地达到矫正的效果。

实用性：物美价廉，能有效缓解膝内外翻相关症状，在安全范围内，切实有效考虑在设计过程中延长产品使用寿命，适当增加附加功能

便携度：便捷易携，体积小，减少对环境与时间的要求，达到在日常生活活动中实现矫正的目的。

4.矫正鞋垫设计要点

如膝内翻需外高內低呈坡状，利用高低差物理矫正。

矫正鞋垫带有15°坡度，采用硅胶质地，软硬适当，能很好地吸收地面反作用力，弹力加倍，减少走路时对脚的压力，较少脚和膝盖的损害。同时，我们重构弧度，完善细节，设计更人性化，鞋垫低侧也有弧度，避免挤伤脚面，更符合人体脚部构造;简便易带，易操作，有利于长期治疗，产生良效，没有时间，场所，道具限制，负担较小，经济实惠，满足广大患者的需求。

5.矫正鞋垫的设计细节

为了完善相关细节，我们查阅十几款常见矫正鞋垫的坡度设计，大多数为鞋垫高端与鞋垫低端为4/1，坡度为10°或20°，我们对此展开对比实验，寻找38名程度不一的膝内翻患者，包括女生18名，男生20名，鞋垫弧度分别为10°、15°、20°，鞋垫除弧度外无差别，实验三周后，选出最适宜的坡度。

从结果得出，15°的度数是较为温和递进，能够得到良好矫正效果，体验感相较于其他更好，能达到治疗效果和舒适度的相对平衡。

现在市面上好的鞋垫材料主要有两种，进口pu和硅胶但进口pu价格昂贵，但现在疫情影响，进口货物十分不安全，所以我们选择硅胶制作鞋垫。硅橡胶具有良好的生物相容性，对人体组织无刺激性、无毒性、无过敏反应、机体排异反应极少;具有良好的理化特性，与体液以及组织接触过程中能保持其原有的弹性和柔软度，不被降解，是一种相当稳定的惰性物质。能耐高温，易清洗，可消毒，加工成型方便，易加工雕刻形状，更能满足我们和患者的需要。

我们针对多样的需求设置了可选择的尺码。

6.潜在价值

现在所需矫正的人群还是较为广泛，不管是6、7岁的儿童，还是50、60岁中老年人群，都或多或少的有矫正的需要。走姿方面的困扰不分年纪，儿童时期是走姿发育的关键时期，不良的走姿会对人体健康产生坏影响，父母对其矫正比较看重，而身处职场的成年人更会注重形象管理，不良的走姿，既影响美观又会危害身体;老年人群也可以使用，减轻对身体的危害，面对市场人群比较广泛，市场潜力较大。往往膝内翻膝外翻矫正治疗都会是要长期的，有足够的优势一定能得到消费者的喜爱。

7.结束语

足舒适矫正鞋垫具有广阔的市场发展空间，产品设计主张舒适便捷，在日常活动中达到矫正目的，希望也能得到更多的经验，不断完善，增加和改进其附加功能，做到服务为患者的优秀产品。

参考文献

[1]张新语， 邢新阳， 霍洪峰. 矫正鞋垫的设计原理与生物力学功能[J]. 中国组织工程研究， 2020， 024（023）：3744-3750.

[2]晓君. 什么是O型腿和X型腿[J]. 四川农业科技， 1999（05）：38-38.

[3]汪波. CAD/CAM矫形鞋垫制作原理与临床应用[C]// 第六届北京国际康复论坛——截肢与康复工程分论坛. 0.

[4]孟航. 膝内，外翻形态对膝关节活动范围，肌肉做功能力，平衡能力影响研究. 河北师范大学， 2019.