基于糖尿病患者步态周期足底压力的变刚度鞋垫设计

目的 分析步态周期内糖尿病患者足底压力特征,探究变刚度减压鞋垫的优化设计。方法 开展足底压力实验,建立包含157例受试者的数据库。分析糖尿病有神经病变、无神经病变患者和健康人的足底压力分布差异,划分鞋垫压力区域,并按照压力梯度在不同鞋垫区域填充多孔单元。构建糖尿病足-小腿-鞋垫有限元模型,分析足跟着地、动态中立和前掌推离3个姿态下足底压力和内部应力的分布特点,探究最合理的鞋垫刚度设计。结果 与健康组相比,糖尿病神经病变患者左、右足足跟区峰值压力和高压百分比均有下降趋势,其中左足足跟区峰值压力减少11%(P=0.026),高压百分比减少9.8%(P=0.02)。鞋垫跖骨高压区、足跟高压区分别采用2.5 MPa和1.9 MPa的多孔单元时,能够使前掌推离、动态中立和足跟着地姿态的足底峰值压力分别降低42.4%、27.4%和26.4%,软组织峰值应力分别降低49.8%、43.6%和25.1%。结论 糖尿病患者跖骨区比足跟区溃疡风险更高;基于多姿态下足底压力和内部应力优化的变刚度鞋垫,能有效降低行走时足底峰值压力和软组织峰值应力,为变刚度鞋垫设计提供参考。