兒童矯形鞋墊設計的應用與發展

趙瑩雪　劉世忠

[摘要]兒童群體容易因遺傳與外部環境原因產生足部問題。矯形鞋墊是一種非常有效的兒童足部問題治療器械。矯形鞋墊的設計與生產流程已開始引入計算機輔助設計與制造，但缺乏對用戶需求與生活形態的關注，因此現有的足部矯形器制作商難以為顧客提供極佳的用戶體驗。因而，未來的兒童矯形鞋墊設計需更多關注基于用戶需求的服務設計。

[關鍵詞]矯形鞋墊；服務設計；3D打印；用戶需求；生活形態

一、導入：兒童需要矯形鞋墊嗎？

（一）、兒童群體的足部治療需求多

據《醫藥經濟報》2010年報道，依臨床統計，為數不少的新生兒一出生即患有如脊柱側凸、雙足外翻、O型腿等先天性足科疾病。…同時還有很多先天發育正常的兒童，由于后天的不良因素而導致足部發育異常。據來自《衛生與生活報》、《醫藥世界》的相關研究表明，后天的不良因素主要來自以下三個方面：一、因缺鈣、發育時間不足等原因導致的下肢骨骼自身不夠堅實。二、違背骨骼發育規律，對孩子進行的拔苗助長教育。如讓8個月，仍處于爬行學習階段的孩子使用學步車等。三、由于自身超重、書包過沉等重負荷造成的下肢骨骼變形彎曲。足部問題會進而導致人體受力結構變化，引發五臟六腑移位，供血與神經受損，最終表現為腰部、背部、膝部、踝部等的疾患。不但如此，由于足部問題而引發的體態問題如0型腿、脊柱側彎等，還可能因妨礙患兒正常社交進而引發復雜的心理健康問題。綜上，在自身遺傳特性與外界不良環境因素的影響下，兒童群體中廣泛存在著如扁平足、O型腿、X型腿、脊柱側彎等足科問題（圖1）。與此同時，對這些兒童時期足部問題的忽視將引發后期更為嚴重的健康問題。

（二）、兒童足科病兒童期治療最佳

兒童足科問題涉及骨骼的生長，變化，成熟與穩定。因而對于兒童相關的足科疾病在兒童生長發育的早期進行，有時間短、收效快的優勢。同時，不同的足部問題，治療的最佳時間段也不盡相同。例如，表象為O型腿的先天馬蹄內翻足應在患兒5歲之前進行，可避免其足部骨與關節的畸形。而對于稿平足患兒來說，當其年齡大于10歲將不能通過牽引、矯形、按摩等保守方式治療，而必須通過手術治療。然而，兒童好動、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，其發展歷程可以追溯到1889年，它基于生物力學原理，綜合現代生物力學、康復學及高分子材料學、機械工藝等學科知識，是通過對前足、中足、后足的整體控制研發出的一種柔和的足部矯形器械。通過矯形鞋墊，可以重新分布足底壓力，改善下肢力線，調整足弓位置和角度，以預防、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矯正方式，患兒通過穿戴矯形器，能夠保持長時間在承重狀態下改變原來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育，改善步態和步行功能。同時，在使用矯形鞋墊后，足部也不易恢復到原來的畸形狀態。更重要的是，矯形鞋墊的使用方式適應了兒童活潑好動的生活樣式。矯形鞋墊具有隱形、便捷、長效等特點，不會影響兒童的日常跑跳、社交。綜上，無論是出于對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、簡介：應用中的矯形鞋墊設計解決方案

在長達一個多世紀的發展過程中，基于生物力學研究的結果，矯形鞋墊已然發展出了諸多的品種。文章將從矯形鞋墊的形式、硬度與制作方式三個角度對現有矯形鞋墊的設計進行簡單介紹。

（一）、不同形式的矯形鞋墊

根據足部不同位置的支撐與使用需求，目前主要研發設計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

在治療過程中，不同類型的足部問題，需要不同程度的矯正強度。因而，在習慣上也可以將矯形鞋墊根據硬度分為硬式、半硬式與軟式三類（圖5）。硬式鞋墊主要用于控制踝、跗骨小關節的運動功能，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；硬式鞋墊在使用時需要適當增加使用者的鞋號，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，能更好地適應足部形狀，使肌肉和肌腱更好地發揮運動作用，又不會給腳造成任何壓力；半硬鞋墊通常內置硬性材料如軟木和塑料，并加入數層軟材料如皮革等制成；這一類別鞋墊適合于運動員使用，但不同運動需要不同的矯形墊。軟式鞋墊用于減少足部某一點集中受力，為缺少脂肪組織的足外側邊緣部位提供保護i軟式鞋墊采用硅膠、EVA等柔軟可被壓縮的材料；軟式鞋墊適合各類鞋型，但易壓縮、磨損。

（三）、不同制作方式的矯形鞋墊

針對不同的消費人群和使用目的，矯形鞋墊的生產方式也發展出了預制、半定制和定制三種。預制鞋墊多用于運動鞋，以預防足部疾病或矯正輕度的足部問題，但效果有限；其優勢在于，通過定制、量產從而大幅降低鞋墊價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療機構中普遍使用的矯形鞋墊類型（圖6）；半定制鞋墊是通過在主體鞋墊上粘附縱弓、橫弓、后跟補正墊、補高墊、外側楔形墊等，并對需要的部分進行調整的方法而最終制作出針對病患自身病癥的定制鞋墊；這種半定制鞋墊制作簡單，便于醫生調整使用，價位適中，約在一千到三千人民幣，因而目前被醫療行業廣泛使用。

下文重點談談定制鞋墊。定制鞋墊制作費時、費工，因而價格昂貴，其多應用于特殊病例治療或研究機構的科研項目（圖7），但隨著技術的發展與普及，“私人定制”鞋墊也會逐漸發展與普及。定制鞋墊的制作過程主要有取型、修型、成型、適配等過程。其中取型、修型與成型步驟因數字技術的出現在近期取得了突飛猛進的發展。傳統的取型、修型、成型技術是通過石膏繃帶與泡沫定性的方式獲得足部輪廓，并在此基礎上通過手工翻模，修正獲得矯形鞋墊的基本形狀（圖8）。這種定制過程精準度較為粗糙，制作與修改過程復雜，不可大量復制，但數字技術的進步為高速、全方位、私人定制鞋墊的推廣提供了可能。目前業界開始采用足底壓力掃描儀、三維掃描儀等對患者的足部結構進行取樣圖9）。endprint

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

數字技術使矯形鞋墊的制作更加精準、科學。同時數字技術也使矯形鞋墊高速、個性化的私人定制成為可能。據《財富》雜志報道，美國SOLS，一家3D打印鞋墊制造商在美國吸引了近千萬美金風投基金（圖12）。綜上，在數字技術的推動下，定制矯形鞋墊終將走下醫學治療的神壇，走進尋常百姓家，成為下一個醫療與設計領域的發展熱點。

三、兒童用矯形鞋墊的設計發展方向

當前，我國的矯形鞋墊發展正處于產品生命周期的成長階段并開始向成熟階段過渡。目前相關研究主要是圍繞著矯形鞋墊的基本功能與生產工藝展開，缺乏對用戶需求的調研與探討。因而，在矯形鞋墊的使用過程中與營銷模式上，因忽視用戶生活方式引發了很多問題。設計的介入對于矯形鞋墊產業的進一步發展具有十分重要的意義。具體來說，設計可以從舒適性、清潔度、美學等角度出發，對矯形鞋墊產業的服務模式進行設計。

在舒適方面，人體對足部的舒適性要求主要包括對溫濕度、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，而現有的矯形鞋墊對產品的觸感、溫濕度調控等考慮較少；同時，女童的鞋子空間較小，普通矯形鞋墊普遍比較臃腫，難以長期穿著矯形鞋墊，矯形鞋墊的薄化設計有助于改善用戶在以上兩方面的需求。在清潔方面，鞋內高溫高濕環境致使鞋墊容易滋生霉菌、真菌，因而鞋墊材質與結構的設計顯得尤為重要。在美學方面，兒童往往需要頻繁更換鞋子以與不同的服飾搭配，適應上課、運動、社交等不同場合的需要。因而不論是從清潔或是美學的角度，用戶需要同時配備多雙矯形鞋墊，但由于現有價格與制作效率的限制，患兒往往選擇購買一雙鞋墊；這往往導致兒童疏于使用，使治療結果大打折扣。此外，矯形鞋墊過于專業與嚴肅的設計風格也很難引發兒童使用的意愿，兒童甚至會抗拒治療過程。為此，通過3D打印技術、個性圖案定制設計與定價策略，將有效提升用戶的使用體驗。

矯形鞋墊行業發展漸趨成熟，應更多地引入設計調研，加深對用戶個性化需求的了解。進而針對用戶需求，對矯形鞋墊服務系統中的外觀、服務流程、定價方式、宣傳材料等用戶接觸點進行突破性的創新設計，加強矯形鞋墊的市場歡迎度，激發兒童使用熱情，從而提升對兒童足病患者的療效與家長滿意度。endprint