柔性支撑特性的拇外翻矫形器设计研究

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足部第一跖骨与大拇趾近节趾骨之间的夹角大于15度时,趾跖关节外处会逐渐形成一个凸起,这种畸形疾病通常被称为拇外翻。这是一种常见于成年人足部的疾病,根据其形成原因可发现此类畸形具有较高的发病率。现有的拇外翻矫形器矫形原理牵强,没有根据拇外翻病理从根本上进行矫形,并不能满足患者的矫形需求,使用不当容易造成足部疼痛等其他疾病。对拇外翻矫形器的设计能够帮助患者改善拇外翻倾斜程度和足部健康问题。目前,已有不少针对拇外翻病理的研究,而拇外翻矫形器也被证明能有效对拇外翻畸形起到干预和缓解作用。本文首先对拇外翻畸形病发原理以及治疗方式进行概述,对本次研究的对象和方法进行梳理,再对矫形器的发展和设计要素进行梳理,接着进行拇外翻矫形器的设计实践活动,最后通过主客观实验对本次设计实践进行验证。本次研究通过招募24名患有轻症拇外翻畸形的成年女性参与主客观实验,实验目的是为了比较市场上的两款矫形器和本次创新设计对患者的影响。其中,实验变量为三款不同的矫形器(矫形器1、矫形器2、矫形器3),在客观实验组中,将增加一组未佩戴矫形器的实验作为对照组参考。客观实验中选取了被试的胫骨前肌、腓肠肌和拇展肌进行研究,通过佩戴二十分钟的矫形器,测得表面肌电信号,对比分析对照组和实验组的实验结果差异。主观实验中,首先通过Berg平衡量表对被试进行平衡性测试,最后通过李克特量表对三款矫形器进行舒适度评价。肌肉疲劳实验结果显示:1.矫形器的使用对胫骨前肌的积分肌电值不具有显著影响,而在均方根值中实验组均与对照组有显著性差异;在频域指标中,四组实验不具有显著性差异;2.在腓肠肌中,矫形器3组和对照组的积分肌电值和均方根值具有显著性差异,在频域指标中,实验组均与对照组无显著性差异。3.在拇展肌中,实验组与对照组在积分肌电值上均具有显著性差异,在均方根值中对照组与矫形器1组、矫形器2组有显著性差异。在频域指标中,平均功率频率在四组实验中不具有显著性差异,在中值频率中,仅矫形器2组与对照组具有显著性差异。主观量表结果显示:1.在平衡性量表测试中,四组实验之间均无显著性差异,可知本课题所设计的矫形器不会在患者活动时产生平衡影响。2.在主观舒适度评价中,得到软性材料与皮肤接触面积多的矫形器2舒适度最高,而体积最小的矫形器3对足部的异物感影响最小,从而舒适度影响也较小。矫形器对拇外翻的前期治疗具有积极意义,但由于市场上的矫形器对拇外翻畸形的针对性不强,容易导致拇外翻患者矫形不当。本次研究通过对拇外翻矫形器进行外观创新设计和功能结构创新设计,探究和市场上常用的拇外翻矫形器对拇外翻患者的主观舒适度和客观肌肉疲劳度的影响。此次研究不仅可以为后续拇外翻矫形器提供研究基础,也能为拇外翻畸形提供系统的矫形方法。
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