兒童矯形鞋墊設(shè)計(jì)的應(yīng)用與發(fā)展

趙瑩雪　劉世忠

[摘要]兒童群體容易因遺傳與外部環(huán)境原因產(chǎn)生足部問(wèn)題。矯形鞋墊是一種非常有效的兒童足部問(wèn)題治療器械。矯形鞋墊的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)流程已開(kāi)始引入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造，但缺乏對(duì)用戶需求與生活形態(tài)的關(guān)注，因此現(xiàn)有的足部矯形器制作商難以為顧客提供極佳的用戶體驗(yàn)。因而，未來(lái)的兒童矯形鞋墊設(shè)計(jì)需更多關(guān)注基于用戶需求的服務(wù)設(shè)計(jì)。

[關(guān)鍵詞]矯形鞋墊；服務(wù)設(shè)計(jì)；3D打??；用戶需求；生活形態(tài)

一、導(dǎo)入：兒童需要矯形鞋墊嗎？

（一）、兒童群體的足部治療需求多

據(jù)《醫(yī)藥經(jīng)濟(jì)報(bào)》2010年報(bào)道，依臨床統(tǒng)計(jì)，為數(shù)不少的新生兒一出生即患有如脊柱側(cè)凸、雙足外翻、O型腿等先天性足科疾病?！瑫r(shí)還有很多先天發(fā)育正常的兒童，由于后天的不良因素而導(dǎo)致足部發(fā)育異常。據(jù)來(lái)自《衛(wèi)生與生活報(bào)》、《醫(yī)藥世界》的相關(guān)研究表明，后天的不良因素主要來(lái)自以下三個(gè)方面：一、因缺鈣、發(fā)育時(shí)間不足等原因?qū)е碌南轮趋雷陨聿粔驁?jiān)實(shí)。二、違背骨骼發(fā)育規(guī)律，對(duì)孩子進(jìn)行的拔苗助長(zhǎng)教育。如讓8個(gè)月，仍處于爬行學(xué)習(xí)階段的孩子使用學(xué)步車(chē)等。三、由于自身超重、書(shū)包過(guò)沉等重負(fù)荷造成的下肢骨骼變形彎曲。足部問(wèn)題會(huì)進(jìn)而導(dǎo)致人體受力結(jié)構(gòu)變化，引發(fā)五臟六腑移位，供血與神經(jīng)受損，最終表現(xiàn)為腰部、背部、膝部、踝部等的疾患。不但如此，由于足部問(wèn)題而引發(fā)的體態(tài)問(wèn)題如0型腿、脊柱側(cè)彎等，還可能因妨礙患兒正常社交進(jìn)而引發(fā)復(fù)雜的心理健康問(wèn)題。綜上，在自身遺傳特性與外界不良環(huán)境因素的影響下，兒童群體中廣泛存在著如扁平足、O型腿、X型腿、脊柱側(cè)彎等足科問(wèn)題（圖1）。與此同時(shí)，對(duì)這些兒童時(shí)期足部問(wèn)題的忽視將引發(fā)后期更為嚴(yán)重的健康問(wèn)題。

（二）、兒童足科病兒童期治療最佳

兒童足科問(wèn)題涉及骨骼的生長(zhǎng)，變化，成熟與穩(wěn)定。因而對(duì)于兒童相關(guān)的足科疾病在兒童生長(zhǎng)發(fā)育的早期進(jìn)行，有時(shí)間短、收效快的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，不同的足部問(wèn)題，治療的最佳時(shí)間段也不盡相同。例如，表象為O型腿的先天馬蹄內(nèi)翻足應(yīng)在患兒5歲之前進(jìn)行，可避免其足部骨與關(guān)節(jié)的畸形。而對(duì)于稿平足患兒來(lái)說(shuō)，當(dāng)其年齡大于10歲將不能通過(guò)牽引、矯形、按摩等保守方式治療，而必須通過(guò)手術(shù)治療。然而，兒童好動(dòng)、頑皮的天性，使一般的治療方法難以為兒童患者接受。具有便捷、舒適、好用等特點(diǎn)的矯形鞋墊成為兒童足科治療的良方。

（三）、矯形鞋墊適于兒童足部疾病治療

矯形鞋墊屬于下肢矯形器，其發(fā)展歷程可以追溯到1889年，它基于生物力學(xué)原理，綜合現(xiàn)代生物力學(xué)、康復(fù)學(xué)及高分子材料學(xué)、機(jī)械工藝等學(xué)科知識(shí)，是通過(guò)對(duì)前足、中足、后足的整體控制研發(fā)出的一種柔和的足部矯形器械。通過(guò)矯形鞋墊，可以重新分布足底壓力，改善下肢力線，調(diào)整足弓位置和角度，以預(yù)防、治療疾病，使身體舒適（圖2、圖3）。并且矯形鞋墊在功能上為連續(xù)矯正方式，患兒通過(guò)穿戴矯形器，能夠保持長(zhǎng)時(shí)間在承重狀態(tài)下改變?cè)瓉?lái)非正常的承重部位和承重力線。這種方式有助于刺激足部肌肉發(fā)育，改善步態(tài)和步行功能。同時(shí)，在使用矯形鞋墊后，足部也不易恢復(fù)到原來(lái)的畸形狀態(tài)。更重要的是，矯形鞋墊的使用方式適應(yīng)了兒童活潑好動(dòng)的生活樣式。矯形鞋墊具有隱形、便捷、長(zhǎng)效等特點(diǎn)，不會(huì)影響兒童的日常跑跳、社交。綜上，無(wú)論是出于對(duì)兒童生理還是心理健康角度的考慮，矯形鞋墊都非常適用于兒童足科疾病的治療。

二、簡(jiǎn)介：應(yīng)用中的矯形鞋墊設(shè)計(jì)解決方案

在長(zhǎng)達(dá)一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展過(guò)程中，基于生物力學(xué)研究的結(jié)果，矯形鞋墊已然發(fā)展出了諸多的品種。文章將從矯形鞋墊的形式、硬度與制作方式三個(gè)角度對(duì)現(xiàn)有矯形鞋墊的設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

（一）、不同形式的矯形鞋墊

根據(jù)足部不同位置的支撐與使用需求，目前主要研發(fā)設(shè)計(jì)了多種鞋墊形狀如前腳掌墊、足弓墊、橫弓墊、足趾墊等（圖4）。

（二）、不同硬度的矯形鞋墊

在治療過(guò)程中，不同類(lèi)型的足部問(wèn)題，需要不同程度的矯正強(qiáng)度。因而，在習(xí)慣上也可以將矯形鞋墊根據(jù)硬度分為硬式、半硬式與軟式三類(lèi)（圖5）。硬式鞋墊主要用于控制踝、跗骨小關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)功能，改善下肢生物力線；硬式鞋墊通常采用聚丙乙烯塑料與碳化纖維制成；硬式鞋墊在使用時(shí)需要適當(dāng)增加使用者的鞋號(hào)，并需要放置在兩厘米跟高的鞋子中。半硬式鞋墊，多用于支撐足弓，能更好地適應(yīng)足部形狀，使肌肉和肌腱更好地發(fā)揮運(yùn)動(dòng)作用，又不會(huì)給腳造成任何壓力；半硬鞋墊通常內(nèi)置硬性材料如軟木和塑料，并加入數(shù)層軟材料如皮革等制成；這一類(lèi)別鞋墊適合于運(yùn)動(dòng)員使用，但不同運(yùn)動(dòng)需要不同的矯形墊。軟式鞋墊用于減少足部某一點(diǎn)集中受力，為缺少脂肪組織的足外側(cè)邊緣部位提供保護(hù)i軟式鞋墊采用硅膠、EVA等柔軟可被壓縮的材料；軟式鞋墊適合各類(lèi)鞋型，但易壓縮、磨損。

（三）、不同制作方式的矯形鞋墊

針對(duì)不同的消費(fèi)人群和使用目的，矯形鞋墊的生產(chǎn)方式也發(fā)展出了預(yù)制、半定制和定制三種。預(yù)制鞋墊多用于運(yùn)動(dòng)鞋，以預(yù)防足部疾病或矯正輕度的足部問(wèn)題，但效果有限；其優(yōu)勢(shì)在于，通過(guò)定制、量產(chǎn)從而大幅降低鞋墊價(jià)格至幾十到幾百人民幣，可以為一般人群所使用。半定制鞋墊形式則是目前醫(yī)療機(jī)構(gòu)中普遍使用的矯形鞋墊類(lèi)型（圖6）；半定制鞋墊是通過(guò)在主體鞋墊上粘附縱弓、橫弓、后跟補(bǔ)正墊、補(bǔ)高墊、外側(cè)楔形墊等，并對(duì)需要的部分進(jìn)行調(diào)整的方法而最終制作出針對(duì)病患自身病癥的定制鞋墊；這種半定制鞋墊制作簡(jiǎn)單，便于醫(yī)生調(diào)整使用，價(jià)位適中，約在一千到三千人民幣，因而目前被醫(yī)療行業(yè)廣泛使用。

下文重點(diǎn)談?wù)劧ㄖ菩瑝|。定制鞋墊制作費(fèi)時(shí)、費(fèi)工，因而價(jià)格昂貴，其多應(yīng)用于特殊病例治療或研究機(jī)構(gòu)的科研項(xiàng)目（圖7），但隨著技術(shù)的發(fā)展與普及，“私人定制”鞋墊也會(huì)逐漸發(fā)展與普及。定制鞋墊的制作過(guò)程主要有取型、修型、成型、適配等過(guò)程。其中取型、修型與成型步驟因數(shù)字技術(shù)的出現(xiàn)在近期取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。傳統(tǒng)的取型、修型、成型技術(shù)是通過(guò)石膏繃帶與泡沫定性的方式獲得足部輪廓，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)手工翻模，修正獲得矯形鞋墊的基本形狀（圖8）。這種定制過(guò)程精準(zhǔn)度較為粗糙，制作與修改過(guò)程復(fù)雜，不可大量復(fù)制，但數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步為高速、全方位、私人定制鞋墊的推廣提供了可能。目前業(yè)界開(kāi)始采用足底壓力掃描儀、三維掃描儀等對(duì)患者的足部結(jié)構(gòu)進(jìn)行取樣圖9）。endprint

取樣后，再通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）與計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)（CAM）對(duì)矯形鞋墊進(jìn)行修型、成型與適配。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面主要采用的有以Delcam PowerSHAPE為代表的數(shù)字建模技術(shù)與以ANSYS為代表的有限元力學(xué)分析技術(shù)（圖10）。在數(shù)字成型與修型方面用到的技術(shù)有采用減材方式的數(shù)字加工中心與采用增材方式的三維快速打印技術(shù)（圖11）。

數(shù)字技術(shù)使矯形鞋墊的制作更加精準(zhǔn)、科學(xué)。同時(shí)數(shù)字技術(shù)也使矯形鞋墊高速、個(gè)性化的私人定制成為可能。據(jù)《財(cái)富》雜志報(bào)道，美國(guó)SOLS，一家3D打印鞋墊制造商在美國(guó)吸引了近千萬(wàn)美金風(fēng)投基金（圖12）。綜上，在數(shù)字技術(shù)的推動(dòng)下，定制矯形鞋墊終將走下醫(yī)學(xué)治療的神壇，走進(jìn)尋常百姓家，成為下一個(gè)醫(yī)療與設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展熱點(diǎn)。

三、兒童用矯形鞋墊的設(shè)計(jì)發(fā)展方向

當(dāng)前，我國(guó)的矯形鞋墊發(fā)展正處于產(chǎn)品生命周期的成長(zhǎng)階段并開(kāi)始向成熟階段過(guò)渡。目前相關(guān)研究主要是圍繞著矯形鞋墊的基本功能與生產(chǎn)工藝展開(kāi)，缺乏對(duì)用戶需求的調(diào)研與探討。因而，在矯形鞋墊的使用過(guò)程中與營(yíng)銷(xiāo)模式上，因忽視用戶生活方式引發(fā)了很多問(wèn)題。設(shè)計(jì)的介入對(duì)于矯形鞋墊產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展具有十分重要的意義。具體來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)可以從舒適性、清潔度、美學(xué)等角度出發(fā)，對(duì)矯形鞋墊產(chǎn)業(yè)的服務(wù)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在舒適方面，人體對(duì)足部的舒適性要求主要包括對(duì)溫濕度、壓力兩方面的需求。以女童為例，夏季女童需要干爽透氣、冬季需要足底保溫，而現(xiàn)有的矯形鞋墊對(duì)產(chǎn)品的觸感、溫濕度調(diào)控等考慮較少；同時(shí)，女童的鞋子空間較小，普通矯形鞋墊普遍比較臃腫，難以長(zhǎng)期穿著矯形鞋墊，矯形鞋墊的薄化設(shè)計(jì)有助于改善用戶在以上兩方面的需求。在清潔方面，鞋內(nèi)高溫高濕環(huán)境致使鞋墊容易滋生霉菌、真菌，因而鞋墊材質(zhì)與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。在美學(xué)方面，兒童往往需要頻繁更換鞋子以與不同的服飾搭配，適應(yīng)上課、運(yùn)動(dòng)、社交等不同場(chǎng)合的需要。因而不論是從清潔或是美學(xué)的角度，用戶需要同時(shí)配備多雙矯形鞋墊，但由于現(xiàn)有價(jià)格與制作效率的限制，患兒往往選擇購(gòu)買(mǎi)一雙鞋墊；這往往導(dǎo)致兒童疏于使用，使治療結(jié)果大打折扣。此外，矯形鞋墊過(guò)于專(zhuān)業(yè)與嚴(yán)肅的設(shè)計(jì)風(fēng)格也很難引發(fā)兒童使用的意愿，兒童甚至?xí)咕苤委熯^(guò)程。為此，通過(guò)3D打印技術(shù)、個(gè)性圖案定制設(shè)計(jì)與定價(jià)策略，將有效提升用戶的使用體驗(yàn)。

矯形鞋墊行業(yè)發(fā)展?jié)u趨成熟，應(yīng)更多地引入設(shè)計(jì)調(diào)研，加深對(duì)用戶個(gè)性化需求的了解。進(jìn)而針對(duì)用戶需求，對(duì)矯形鞋墊服務(wù)系統(tǒng)中的外觀、服務(wù)流程、定價(jià)方式、宣傳材料等用戶接觸點(diǎn)進(jìn)行突破性的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，加強(qiáng)矯形鞋墊的市場(chǎng)歡迎度，激發(fā)兒童使用熱情，從而提升對(duì)兒童足病患者的療效與家長(zhǎng)滿意度。endprint