基于足底壓力特征的功能鞋墊研究進(jìn)展

閆和秋, 覃 蕊

(青島大學(xué) 紡織服裝學(xué)院,青島 266071)

功能鞋墊因具有改善足底受力狀態(tài)、提高運(yùn)動(dòng)機(jī)能的優(yōu)點(diǎn),在醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域和運(yùn)動(dòng)防護(hù)領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用[1]。有資料顯示,因運(yùn)動(dòng)生活習(xí)慣和疾病引起的足部壓力分布異常是誘發(fā)足部疾病的主要原因,除藥物和手術(shù)治療外,功能鞋墊的使用可起到輔助治療的作用[2-3]。在足部疾病治療方面,接觸式鞋墊可以重新分配足底壓力,減輕足底高壓,降低足底潰瘍的風(fēng)險(xiǎn)[4-5]。在矯正方面,矯形鞋墊對(duì)因受力異常引起扁平足治療效果顯著[6]。此外,使用功能鞋墊可以降低運(yùn)動(dòng)過程中的損傷,提高使用者的運(yùn)動(dòng)機(jī)能。劉亮[7]認(rèn)為,慢跑減震鞋墊可最大限度地降低著地時(shí)地面對(duì)人體造成的沖擊力,調(diào)整足底的壓力分布情況,保護(hù)足部健康。Wu等[8]通過一系列對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),射擊運(yùn)動(dòng)員穿著足弓支撐鞋墊的射擊成績要顯著高于穿普通鞋墊的成績。

雖然功能鞋墊應(yīng)用廣泛,但仍存在鞋墊材料疲勞性能欠佳[9]、鞋墊腰窩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理[10]、造價(jià)昂貴[11]等問題。除此之外,功能鞋墊與鞋的適配性較差,部分鞋類如高跟鞋、皮鞋等,鞋內(nèi)空間狹小,導(dǎo)致無法正常使用功能鞋墊[12]。

本文通過對(duì)國內(nèi)外功能鞋墊設(shè)計(jì)與開發(fā)的研究文獻(xiàn)進(jìn)行歸納總結(jié),分析了正常及異常的足部壓力分布特點(diǎn),介紹了功能鞋墊特性,概括了功能鞋墊在醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域和運(yùn)動(dòng)防護(hù)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀,分析了目前功能鞋墊存在的問題及不足,并對(duì)功能鞋墊的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。

1 足底壓力概述

足底壓力是足部運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及足部健康的直接反映,通過足底壓力分析有助于進(jìn)一步了解正常及異常足底壓力分布狀態(tài),進(jìn)而指導(dǎo)功能鞋墊的合理化區(qū)域設(shè)計(jì)及材料選擇。

1.1 正常足底壓力分布

足是人體的重要組成部分,起到承載身體重量的作用。正常人的足底壓力分布具有一定的規(guī)律和特點(diǎn)。高敏等[13]的研究表明,足部主要由足跟、第1跖骨頭和第5跖骨頭三點(diǎn)負(fù)重。健康人體靜止站立時(shí)的足底壓力分布及足底分區(qū)如圖1所示,其中深色區(qū)域表示壓力較高部位,淺色區(qū)域?yàn)閴毫^低部位。由圖1可以看出,足跟和跖骨區(qū)是足部受力較為集中的區(qū)域。

但三點(diǎn)負(fù)重理論主要考慮骨性結(jié)構(gòu),事實(shí)上足底壓力不僅取決于骨性結(jié)構(gòu),還由足部軟組織的功能及厚度決定。王明鑫等[14]通過分析100名健康成年人的足底壓力數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：在靜止?fàn)顟B(tài)下,足跟壓力>第2～4跖骨頭>第1跖骨頭>第5跖骨頭>拇趾>中足>第2～5趾,其中第2～4跖骨頭的足底壓力均高于第5跖骨頭;在行走時(shí),足跟、第1～4跖骨頭、拇趾的壓力大,中足、第5跖骨頭壓力小。相比于靜態(tài)時(shí)的足底壓力,動(dòng)態(tài)時(shí)的足底壓力明顯增大,且在一個(gè)步態(tài)周期中,為了維持身體平衡,足底壓力峰值會(huì)從足跟向前足轉(zhuǎn)移。該研究為符合人體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的功能鞋墊設(shè)計(jì)提供了一定的理論參考。

圖1 足底壓力分布及足底分區(qū)示意Fig.1 Schematic diagram of plantar pressure distribution and plantar zoning

1.2 異常足底壓力分布

有研究表明,疾病、超重等因素會(huì)引起足部壓力分布異常[15-16]。Abri等[15]測量了糖尿病患者赤腳狀態(tài)下的靜態(tài)足底壓力狀態(tài),指出糖尿病患者的足底壓力高于正常人的足底壓力,尤其在足跟、中足及前足內(nèi)側(cè)區(qū)域壓力增大較為明顯,且糖尿病足的病變越嚴(yán)重,足底壓力越大。Sahan等[17]測量了186名超重青少年在靜止站立時(shí)的足底壓力發(fā)現(xiàn),隨著身體質(zhì)量指數(shù)(Body Mass Index,BMI)的增加,右前足的負(fù)荷明顯增加,且雙足的平均峰值壓力也隨之增加。Liu等[18]對(duì)比了超重老年婦女和正常老年婦女行走時(shí)的足底壓力數(shù)據(jù),結(jié)果顯示,超重老年婦女的第1跖骨頭、中足、腳跟內(nèi)側(cè)及腳跟外側(cè)的平均壓力顯著高于正常老年婦女的足底壓力。

此外,部分運(yùn)動(dòng)也會(huì)引發(fā)局部高壓,增加足部載荷。Eils等[19]指出,足球運(yùn)動(dòng)中的切球動(dòng)作會(huì)導(dǎo)致足跟內(nèi)側(cè)及前足內(nèi)側(cè)的平均峰值壓力分別增加220%和160%,搶球沖刺時(shí)也會(huì)使后跟、跖骨頭及拇趾的壓力峰值增加,并且多次的重復(fù)運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)足部造成額外傷害。Huang等[20]對(duì)比普通人和羽毛球運(yùn)動(dòng)員在行走和跑步時(shí)的足底峰值壓力發(fā)現(xiàn),羽毛球運(yùn)動(dòng)員的腳趾、第5跖骨頭和足跟的足底峰值壓力均高于普通人。在跑步過程中,羽毛球運(yùn)動(dòng)員的第1～4跖骨頭及中足外側(cè)的足底壓力峰值也高于普通人。

以上專家學(xué)者對(duì)于足底壓力的研究和分析表明：足跟、前足掌及拇趾是足部最主要的受力部位,但足底壓力分布并不是一成不變的,足底壓力分布狀態(tài)與個(gè)人健康狀況及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有密切關(guān)系。因此,合理的鞋墊選擇或設(shè)計(jì)需依照個(gè)人的足部狀態(tài)而定,以最大程度上均衡足底壓力,保護(hù)足部健康。

2 功能鞋墊的材料及結(jié)構(gòu)特性

根據(jù)足底壓力特點(diǎn)選擇鞋墊的材料和結(jié)構(gòu)可使鞋墊具有不同的功能,鞋墊材料可實(shí)現(xiàn)鞋墊的減壓、支撐等功能,但各種材料有不同優(yōu)缺點(diǎn),即使同一種材料,在設(shè)計(jì)時(shí)參數(shù)上的差異也會(huì)改變鞋墊的性能;鞋墊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可使鞋墊貼合足底,增加足與鞋墊的接觸面積,使得足部受力更均勻合理,從而減少局部高壓帶來的副作用。在實(shí)際應(yīng)用中,一張鞋墊上可結(jié)合不同的材料和結(jié)構(gòu),用來實(shí)現(xiàn)不同的功能性需求。

2.1 功能鞋墊的材料特性

根據(jù)制作材料的軟硬程度,鞋墊可以分為軟質(zhì)鞋墊和硬質(zhì)鞋墊。軟質(zhì)鞋墊主要用于增強(qiáng)鞋靴的減震性能、緩解足部疼痛;硬質(zhì)鞋墊主要用于支撐足弓、矯正足部異常生理結(jié)構(gòu)[21-22]。為改善神經(jīng)性糖尿病足的異常足底壓力,Nouman等[23]在鞋墊上附加了一層硬度為Shore A 30°的多層泡沫軟墊,經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),糖尿病患者穿著鞋墊在行走和上坡時(shí),前足的峰值壓力有效降低,且足底壓力分布優(yōu)于沒有附加多層泡沫軟墊的相同材質(zhì)鞋墊。Meng等[24]根據(jù)受試者的足部力學(xué)生理特征及形狀定制了兩種材料相同但硬度分別為Shore A 150°和Shore A 75°的鞋墊,其中硬度為Shore A 150°的鞋墊為硬定制鞋墊,硬度為Shore A 75°的鞋墊為軟定制鞋墊,經(jīng)過測試受試者跑步時(shí)的足底峰值壓力發(fā)現(xiàn),軟定制鞋墊的足底壓力顯著低于硬定制鞋墊的足底壓力,減少了前足內(nèi)側(cè)的明顯高壓,降低了跑步過程中前足疼痛的風(fēng)險(xiǎn)。Casado等[25]測試了硬質(zhì)乙烯醋酸酯(EVA)鞋墊對(duì)摩托車騎手的足底壓力影響,發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)鞋墊可以支撐足部,降低騎手的足底壓力,減少足部運(yùn)動(dòng)損傷的發(fā)生率。

制作功能鞋墊的材料種類繁多,目前市面上常見的材料有乙烯醋酸酯(EVA)、聚氨酯(PU)、硅膠、乳膠等[26]。隨著研究的不斷深入,更多新材料不斷出現(xiàn)。Mortazavi等[27]研究了用于治療足部力學(xué)生物損傷疾病的添加NaY納米沸石的含硅鞋墊的機(jī)械性能,結(jié)果表明,NaY沸石的添加改善了醫(yī)用功能鞋墊的力學(xué)性能,能滿足醫(yī)用功能鞋墊要求,并且鞋墊的吸濕性得到很好提升,在均衡足底壓力分布狀態(tài)的同時(shí)提高了使用過程中的舒適性。Shahar等[28]探討了紅麻復(fù)合材料制作足部矯形器的可能性,結(jié)果顯示,紅麻復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度幾乎與聚丙烯(PP)相似,能夠使著裝后的足底壓力分布趨于合理且價(jià)格更加便宜。

2.2 功能鞋墊的結(jié)構(gòu)特性

鞋墊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與鞋墊的功能性密不可分,將鞋墊做成三維結(jié)構(gòu)可以增加足部與鞋墊的接觸面積,調(diào)整足部生物學(xué)狀態(tài)[29]。曹子君等[30]針對(duì)糖尿病足的足跟和前腳掌區(qū)域的異常足底壓力,將該區(qū)域的鞋墊設(shè)計(jì)為多孔結(jié)構(gòu),經(jīng)有限元分析發(fā)現(xiàn),鞋墊上的多孔結(jié)構(gòu)可以增加足底接觸面積,降低足部軟組織和骨骼的壓力。此外,鞋墊的足弓高度也是鞋墊設(shè)計(jì)的重要部位。弓太升等[31]在對(duì)比輕度扁平足兒童和正常足兒童的足部數(shù)據(jù)后,設(shè)計(jì)了足弓支撐高度分別為7、9、11 mm的足弓支撐鞋墊,經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),研制的3種不同弓高的足弓支撐鞋墊對(duì)輕度扁平足有一定的干預(yù)作用,隨著足弓支撐鞋墊弓高的增加,足弓處受到的支撐力、壓強(qiáng)和接觸面積逐漸增大。該結(jié)論為符合人體運(yùn)動(dòng)機(jī)能的鞋墊設(shè)計(jì)提供了一定的理論參考,但該研究只考慮了一種結(jié)構(gòu)對(duì)足部產(chǎn)生的影響。事實(shí)上,綜合多種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能鞋墊可以在很大程度上為足部防護(hù)帶來積極效應(yīng)。Chen等[32]提出一種新型結(jié)構(gòu)的糖尿病足功能鞋墊,鞋墊分為支撐區(qū)和緩沖區(qū),支撐區(qū)采用實(shí)心拱支撐結(jié)構(gòu)和蜂窩結(jié)構(gòu)構(gòu)成,緩沖區(qū)采用多孔結(jié)構(gòu),利用3D打印技術(shù)制作鞋墊,其緩沖區(qū)在壓力作用下比普通鞋墊增加18%的形變,支撐區(qū)使前足和后足降低了約30%的壓力。

目前可用于制作鞋墊的材料越來越多,鞋墊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越來越科學(xué)。為發(fā)揮更好的功能效果,在鞋墊的設(shè)計(jì)制作過程中,可以針對(duì)不同區(qū)域的足底壓力特點(diǎn)選用不同的材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合,在滿足功能性的同時(shí)提高著裝舒適性。此外,在測試鞋墊的功能效果時(shí),可增加長期跟蹤試驗(yàn),以更好驗(yàn)證鞋墊的功能性。

3 功能鞋墊的作用機(jī)制及功能性應(yīng)用

合理的功能鞋墊設(shè)計(jì)可以有效平衡足底壓力,減輕運(yùn)動(dòng)過程中的足部受力,在提升人體運(yùn)動(dòng)機(jī)能的同時(shí),還可以對(duì)足部起到有效的治療和矯正作用。

3.1 功能鞋墊在醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用

功能鞋墊通過均衡足底壓力分布調(diào)整下肢生物力線,進(jìn)而達(dá)到治療、矯正的作用,應(yīng)用范圍廣泛[3]。常見的足部疾病特征與功能鞋墊的作用機(jī)制如表1所示。

糖尿病足是糖尿病的嚴(yán)重并發(fā)癥之一,糖尿病患者會(huì)出現(xiàn)足底壓力分布狀態(tài)和步態(tài)的改變,局部壓力過高會(huì)導(dǎo)致軟組織受損,進(jìn)而形成足部潰瘍[33-34],使用功能鞋墊改善足底壓力分布,可在一定程度上保護(hù)軟組織[35]。Nouman等[36]利用有限元分析方法,模擬了糖尿病患者穿著定制鞋墊時(shí)(CMI)的足部狀態(tài),該定制鞋墊由三層結(jié)構(gòu)組成,頂層為乙烯醋酸乙烯酯(EVA),中間層為Nora Lunalastike,基層為熱塑性聚氨酯(TPU),在基層置入柔軟的聚乙烯(PE)腳跟墊和前腳墊,模擬結(jié)果顯示,定制鞋墊可有效降低峰值足底壓力,有助于神經(jīng)性糖尿病足的管理。研究表明,開發(fā)智能化功能鞋墊可以實(shí)現(xiàn)足部的實(shí)時(shí)監(jiān)測,預(yù)防糖尿病足潰瘍的發(fā)生。Sousa等[37]將99個(gè)電容傳感器矩陣置入2 mm厚的柔性鞋墊中,配合藍(lán)牙腰帶使用,可將足部數(shù)據(jù)連接存儲(chǔ)到筆記本電腦,識(shí)別和治療糖尿病患者足部的體征和癥狀,延緩或預(yù)防糖尿病足潰瘍。Chatwin等[38]對(duì)使用SurroSense Rx智能鞋墊系統(tǒng)治療糖尿病足的患者進(jìn)行了18個(gè)月的隨訪試驗(yàn),調(diào)查結(jié)果顯示,每天使用智能鞋墊系統(tǒng)并通過智能鞋墊系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)的足底壓力反饋,可減少糖尿病足潰瘍高風(fēng)險(xiǎn)患者的高壓發(fā)作次數(shù)。

表1 功能鞋墊在醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用Tab.1 Application of functional insoles in the field of medical rehabilitation

目前用于治療糖尿病的功能鞋墊已經(jīng)較為成熟,且在扁平足治療上也有較多的研究成果。Xu等[39]通過研究治療扁平足的功能鞋墊,指出鞋墊通過將患者跖骨區(qū)域壓力轉(zhuǎn)移到中足區(qū)域,可以有效降低患者跖骨區(qū)域的足底壓力,進(jìn)而減少足部疼痛及損害。蔡廣慶等[40]對(duì)使用功能鞋墊的正常及柔韌性扁平足兒童進(jìn)行了3年的觀察,發(fā)現(xiàn)定制矯形鞋墊能維持扁平足的形態(tài)接近正常,并且能改變平足兒童的足弓排列,同時(shí)解除或減輕疼痛癥狀。

除此之外,功能鞋墊能夠調(diào)整下肢生物力線,糾正不正常的解剖結(jié)構(gòu),使膝關(guān)節(jié)受力均勻,從而治愈以膝外翻和膝內(nèi)翻為代表的膝關(guān)節(jié)畸形[41]。

3.2 功能鞋墊在運(yùn)動(dòng)防護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用

有研究發(fā)現(xiàn),高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)和體能訓(xùn)練容易造成人體下肢出現(xiàn)過勞性損傷[42]。此外,與年輕參與者相比,參加體育運(yùn)動(dòng)的老年運(yùn)動(dòng)員受傷率較高[43]。功能鞋墊可以提供良好的舒適度,降低運(yùn)動(dòng)損傷的風(fēng)險(xiǎn)并提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)[44]。Lullini等[45]研究發(fā)現(xiàn),具有彈性足弓支撐的減震鞋墊可以在足底關(guān)鍵區(qū)域釋放壓力,從而減輕士兵在行軍和跑步等重復(fù)性任務(wù)中的過度沖擊載荷,減少下肢損傷發(fā)生率。Lilley等[46]的研究證明了帶有外側(cè)楔和內(nèi)側(cè)足弓支撐的功能鞋墊可以減少老年婦女跑步時(shí)的前平面膝蓋力矩,保護(hù)膝蓋,降低老年女性跑步者膝蓋疼痛和損傷的發(fā)生。Ko等[47]探討了碳纖維鞋墊(CFI)在跑步運(yùn)動(dòng)中對(duì)運(yùn)動(dòng)成績、下肢肌肉活動(dòng)和主觀舒適度的影響,研究發(fā)現(xiàn),碳纖維鞋墊顯著提高了運(yùn)動(dòng)中的敏捷性,運(yùn)動(dòng)員能在跑步運(yùn)動(dòng)中獲得更高的成績,但它激活了更多的脛骨前肌和腓腸肌內(nèi)側(cè)肌,導(dǎo)致舒適性下降。

總體來說,功能鞋墊在疾病治療和足膝矯正方面效果顯著,尤其是現(xiàn)代化科技的融入使實(shí)時(shí)監(jiān)測足部狀態(tài)成為可能;在運(yùn)動(dòng)防護(hù)領(lǐng)域,功能鞋墊可以吸收分散沖擊力,平衡足底壓力,進(jìn)而減少下肢損傷,提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)能力,但鞋墊的舒適性還有待提升。

4 功能鞋墊存在的問題及發(fā)展趨勢

4.1 功能鞋墊存在的問題

雖然國內(nèi)外多項(xiàng)研究均表明功能鞋墊具有輔助治療、加強(qiáng)運(yùn)動(dòng)防護(hù)、改善運(yùn)動(dòng)機(jī)能的功能,且部分產(chǎn)品已通過臨床試驗(yàn)或進(jìn)入市場,但通過對(duì)功能鞋墊的分析發(fā)現(xiàn),功能鞋墊仍存在一定的問題需進(jìn)一步完善：1) 鞋墊材料疲勞性能欠佳,舒適性有待提升。如今制作功能鞋墊的材料多以合成材料為主,多數(shù)合成材料存在透氣性差、接觸舒適感不佳等問題,且隨著使用時(shí)間的延長會(huì)出現(xiàn)變黃、斷裂、對(duì)溫度敏感等情況。2) 功能鞋墊與鞋的適配性需加強(qiáng)。功能鞋墊主要面向足部疾病患者、運(yùn)動(dòng)愛好者及運(yùn)動(dòng)員研發(fā),很難適配市面上某些鞋類產(chǎn)品,如部分鞋內(nèi)空間狹小的鞋類無法正常使用功能鞋墊。3) 目前的功能鞋墊主要針對(duì)材料和結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行研發(fā),智能化程度相對(duì)較低。4) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性需進(jìn)一步加強(qiáng),未實(shí)現(xiàn)差異化,造價(jià)昂貴。市面上的預(yù)制功能鞋墊只能滿足部分使用者的要求,未實(shí)現(xiàn)差異化設(shè)計(jì),而定制功能鞋墊價(jià)格較昂貴。

4.2 功能鞋墊的發(fā)展趨勢

4.2.1 有限元分析的應(yīng)用與完善

有限元分析因方便快捷、易于模擬、對(duì)人體無損傷等特點(diǎn)使其在鞋墊設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用,但功能鞋墊的有限元分析仍存在一定的局限性,使其與實(shí)際測試結(jié)果仍存在一定的偏差。首先足部模型的建立大多是以簡化的骨骼及軟組織為主,肌肉韌帶并未進(jìn)行準(zhǔn)確劃分,簡化的模型很難準(zhǔn)確地表示出足部基本特征。其次,在用于病足的功能鞋墊模擬上,模型建立多以健康人的足部信息為參考,未綜合考慮病足的發(fā)病機(jī)理及足部生物力學(xué)差別[29]。此外,力學(xué)模擬時(shí)大多只考慮足底與鞋墊之間的力學(xué)關(guān)系,對(duì)于穿鞋狀態(tài)下的鞋底及鞋幫對(duì)鞋墊的功效學(xué)影響考慮甚少。如何提升模型建立和分析的精確度,并根據(jù)模擬分析結(jié)果設(shè)計(jì)符合人體運(yùn)動(dòng)機(jī)能和個(gè)性化需求的功能鞋墊仍需進(jìn)一步研究。

4.2.2 足與鞋墊動(dòng)態(tài)接觸壓力的獲取

目前對(duì)于足與鞋墊之間的壓力數(shù)據(jù)獲取大多在靜止?fàn)顟B(tài)下完成,然而,當(dāng)人體處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí),足底壓力會(huì)隨之發(fā)生改變,足底壓力峰值也會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移。因此,基于動(dòng)態(tài)接觸壓力分布特征設(shè)計(jì)研發(fā)功能鞋墊更加符合人體的運(yùn)動(dòng)需求,是未來功能鞋墊研究的發(fā)展趨勢。研究過程中,測量在特定運(yùn)動(dòng)下足與鞋墊之間的動(dòng)態(tài)壓力,分析足底壓力峰值的變化情況、足底壓力的動(dòng)態(tài)分布情況,進(jìn)而獲得足與鞋墊之間的壓力分布規(guī)律,以此為依據(jù)進(jìn)行功能鞋墊的設(shè)計(jì)制作及性能優(yōu)化,以期對(duì)足部實(shí)施更加科學(xué)的防護(hù)、治療及提升運(yùn)動(dòng)機(jī)能。

4.2.3 功能鞋墊的智能化及個(gè)性化研發(fā)

隨著科技的發(fā)展及人們需求的增加,未來功能鞋墊也會(huì)向智能化和個(gè)性化方向發(fā)展。如根據(jù)使用者的不同需求,設(shè)計(jì)符合用戶足部運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)特點(diǎn)的功能鞋墊,并在鞋墊特定部位置入傳感器,與手機(jī)APP或智能手表等移動(dòng)設(shè)備連接,既能實(shí)時(shí)監(jiān)測人體足部的健康狀態(tài),又能將數(shù)據(jù)即時(shí)反饋給使用者,同時(shí)形成個(gè)性化用戶足部健康數(shù)據(jù)庫,為符合人體生理特點(diǎn)的功能鞋墊優(yōu)化設(shè)計(jì)、性能提升、工藝改善提供數(shù)據(jù)支撐。此外,功能鞋墊還可以融入智能提醒裝置,當(dāng)檢測到使用者足部的異常壓力時(shí),能及時(shí)提醒用戶調(diào)整足部狀態(tài)或就醫(yī),以最大限度地保護(hù)足部健康。

4.2.4 功能鞋墊的材料組合

根據(jù)用戶的足底壓力情況,綜合多種材料的特點(diǎn)生產(chǎn)制作鞋墊,可實(shí)現(xiàn)足底峰值壓力的轉(zhuǎn)移。壓力分散材料可在足部壓力升高時(shí),通過鞋墊內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)“流動(dòng)”,發(fā)生變形并將支撐點(diǎn)擴(kuò)散至整個(gè)足部,使得壓力在整個(gè)足底分散[48],但過于柔軟的材料會(huì)降低足部控制力,增加足部扭傷風(fēng)險(xiǎn);硬式或半硬式支撐材料,可以支撐足弓有效提升矯正效果,但足底壓力峰值、韌帶及關(guān)節(jié)應(yīng)力會(huì)隨著鞋墊材料的硬度增加而增加[49]。因此,如何正確綜合不同硬度的材料特點(diǎn),確定最符合人體足部生理結(jié)構(gòu)的鞋墊硬度,在保證鞋墊功能效果的前提下提升鞋墊的舒適性,仍需進(jìn)行更深入的研究。

5 結(jié) 語

通過對(duì)國內(nèi)外有關(guān)功能鞋墊研究的分析和總結(jié),發(fā)現(xiàn)近年來有關(guān)功能鞋墊的研究及應(yīng)用主要集中在醫(yī)療保健領(lǐng)域和運(yùn)動(dòng)防護(hù)領(lǐng)域。目前,功能鞋墊的研究多以人體足部壓力特點(diǎn)為依據(jù),如通過設(shè)置減壓或支撐結(jié)構(gòu)、利用有限元模擬分析對(duì)功能鞋墊進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與改進(jìn)。功能鞋墊對(duì)于足部疾病治療及運(yùn)動(dòng)防護(hù)均具有積極作用,然而,目前功能鞋墊仍存在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性有待提升、未實(shí)現(xiàn)差異化設(shè)計(jì)、與鞋的適配性仍需加強(qiáng)等問題。在未來,有限元分析方法、足與鞋墊動(dòng)態(tài)接觸壓力將會(huì)在功能鞋墊的研究中得到更為廣泛的應(yīng)用,鞋墊的材料使用更加科學(xué),功能鞋墊將融入更多的智能技術(shù),不斷朝著智能化和個(gè)性化的方向發(fā)展。

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