踝足矫形器的未来畅想

草木不凡

　　□徐州医科大学智能医学工程张依霖

　　近年来，由自身疾病或外部原因导致踝足功能异常的患者数量增加，踝足矫形器对于康复训练有重要作用，但现有的踝足矫形器还存在诸多缺陷。本文将从现有踝足矫形器的缺点出发，构想一种基于多模态数据融合和力反馈的定制化踝足矫形器。

　　踝足矫形器，又称小腿矫形器，是使用最广泛的矫形器，多用于偏瘫步态、畸形足等的矫正。

　　目前，传统的踝足矫形器存在以下问题：

　　踝足信息采集方面的问题传统的踝足矫形器通过石膏塑模来获取模型或者是通过低温热塑板直接塑形，贴合度、矫正力度较低。目前市面上虽已有结合新型3D打印技术的踝足矫形器，可以通过图像采集设备采集患者踝足的单模态图像信息，但是贴合度仍然较低。

　　矫正力度和舒适度的两难问题现有产品多是直接根据石膏塑模或者患者踝足的三维重建模型结合相关医学知识直接进行踝足矫形器的建模与打印。前者塑模成品与人体贴合度低，无法提供适当的矫正力度，患者穿戴后步态僵硬。后者利用患者提供的医学数据进行建模，虽然矫正效果有所提高，但无法实现根据患者病情实时反馈患者的治疗效果，成品舒适度较差，成本和耗时大幅度提高，加重了患者负担。

　　同质化严重、准确度低调查发现，现有的踝足矫形器同质化严重，定制化踝足矫形器还未普及。

　　针对现有踝足矫形器的缺陷，构想出一种包括图像采集、数据处理与分析、模型建立、3D打印与调整全套流程的新型踝足矫形器。

　　数据采集方面重点采集患者的多视图图像、点云图像和全景视图图像三个模态来进行研究；感知觉方面采用触觉、视觉等多模态感知结合数学公式进行踝足矫形器的建模。

　　数据预处理方面采用基于三角面片法向量属性的法向量主成分分析，进行数据的预处理并进行特征提取，以主成分分析和降噪为主要目的，降低数据损耗，生成数据向量。

　　模型设计方面基于力反馈设备分析患者踝足周围压力，反馈压力数据，进行患者数字化虚拟仿真踝足的踝足矫形器模型设计。然后利用机械臂在患者踝足处施加压力（模拟踝足矫形器对患者施加的力），通过贴片力传感器反馈到虚拟系统进行调参优化。

　　模型优化方面进行3D打印，设计3D打印零部件形位误差测量装置，实时检测与调试成品，不断优化模型。

　　未来，踝足矫形器将更加趋向于个性化定制，实现踝足矫形器实时、更加舒适、矫正力度更强的个性化定制。