Ppri矫正鞋垫平板鞋垫

以及

受试者的压力等于所有压力传感器的总压力，因此应力可以

通过每个膜压力传感器的电阻值与

总电阻。总之，我们只需要确保受试者的准确体重

并且还可以确保足底压力数据的准确性。

传感器2021、21年、1780年第3页，共12页

包括stanA无线鞋垫类型和足底压力分析系统（Xsensor X4，卡尔加里，

加拿大）用于提供完整的数据记录和分析功能，包括

实时浏览、存储和分析数据，以及足底压力分析

功能以及步态分析功能。无线压力鞋垫放置在

实验鞋垫、矫形鞋垫和平鞋垫。每个受试者的采样率

步行时为150 fps。一个无线压力鞋垫由230个人组成

电容式压力传感器，每个传感器的压力范围为1–128 psi，如图所示

如图1b所示。

2.2.PPRI设计

首先，受试者站在足底压力测试板上一动不动。足底压力

从鞋底的四个分离区域收集受试者的数据，

跖骨（M）、中足（MF）和脚跟（H），如图2a所示。的x，y值

每个三维坐标点表示脚在足底上的位置

z轴表示压力值。压力值

被输入以计算鞋垫表面上的特征点的高度

如图2b所示。然后通过软件建模生成鞋垫模型，如下

如图2c所示。最后，足底压力再分配实验鞋垫

通过3D打印获得，如图2d所示。

从足底压力到鞋垫表面特征点高度的压力重新分布计算如下。以MF区域为例。

由于正常人的足弓高度为12–16 mm，因此MF区域的高度差

基于基准将鞋垫的厚度设置为14mm。此外，额外的18 mm

用作以下鞋垫3D建模的预留空间。因此，高度

可以确定MF面积的范围，上限为32毫米（14毫米+18毫米），下限为

界限为18mm（0+18mm）。如图3b的MF所示，为了使

传感器2021、21年、1780年第4页，共12页

区域表面更光滑，MF区域的高度范围在

根据测量的压力值，具有相似的间隔（3/4 mm）。当压力

值越高，表示特征点异常，则表示高度

被分配了一个较低的值。否则，将为高度指定更高的值。图3显示

压力值如何转换为每个区域的高度的过程。

传感器2021、21年、1780年第4页，共12页

图2.PPRI的设计过程。（a） 足底压力特征点数据采集；（b）

鞋垫表面特征点云三维图；（c） Insole软件模型预览；（d） PPRI公司

3D打印。

从足底压力到鞋垫表面特征点高度的压力重新分布计算如下。将MF区域作为

实例由于正常人的足弓高度为12–16 mm

基于基准，鞋垫的MF面积设置为14mm。此外

18mm用作以下鞋垫3D建模的预留空间。因此

可以确定MF区域的高度范围，上限为32 mm（14 mm+18 mm），以及

下限为18mm（0+18mm）。如图3b的MF所示，为了使

区域表面更光滑，MF区域的高度范围在

根据测量的压力值，具有相似的间隔（3/4 mm）。当压力

值越高，表示特征点异常，则表示高度

被分配了一个较低的值。否则，将为高度指定更高的值。图3显示

压力值如何转换为每个区域的高度的过程。

 

图3：每个区域（包括T、M、C和D）的压力分布到高度信息的转换，

MF和H区域）。（a） 原始压力值。（b） 四个压力值的再分配计划

图2.PPRI的设计过程。（a） 足底压力特征点数据采集；

（b） 鞋垫表面特征点云三维图；（c） Insole软件模型预览；（d） PPRI公司

3D打印。

图2.PPRI的设计过程。（a） 足底压力特征点数据采集；（b）

鞋垫表面特征点云三维图；（c） Insole软件模型预览；（d） PPRI公司

3D打印。

从足底压力到鞋垫表面特征点高度的压力重新分布是从足底压力到鞋垫表面特征点高度的压力重新分布计算如下。将MF区域作为

实例由于正常人的足弓高度为12–16 mm

基于基准，鞋垫的MF面积设置为14mm。此外

18mm用作以下鞋垫3D建模的预留空间。因此

可以确定MF区域的高度范围，上限为32 mm（14 mm+18 mm），以及

下限为18mm（0+18mm）。如图3b的MF所示，为了使

区域表面更光滑，MF区域的高度范围在

根据测量的压力值，具有相似的间隔（3/4 mm）。当压力

值越高，表示特征点异常，则表示高度

被分配了一个较低的值。否则，将为高度指定更高的值。图3显示

压力值如何转换为每个区域的高度的过程。

 

图3：每个区域（包括T、M、C和D）的压力分布到高度信息的转换，

MF和H区域）。（a） 原始压力值。（b） 四个压力值的再分配计划

足底区域。

图3：每个区域（包括T、M、C和D）的压力分布到高度信息的转换，

MF和H区域）。（a） 原始压力值。（b） 四个压力值的再分配计划

足底区域。

PPRI的基本特征：（1）固定高度为18mm（厚度

鞋底厚度为2mm；（2） 鞋垫是以相同的方式为每个受试者制作的；（3）

鞋垫由热塑性聚氨酯（TPU）3D打印材料制成，填充30%

硬度适中；（4） 鞋垫的表面由数百个

特征点。

传感器2021、21年、1780年第5页，共12页

2.3.主题和方法

我们使用Gpower 3.1.9.2版（德国基尔大学）来估计

先验样本大小，功率为80%，α水平为0.05。预期效果大小

通过平均值（84.6、103.5、109.4）和类似的标准差（19.5、17.6，

21.5）在不同鞋垫条件下对内侧足跟区域的压力。结果

显示10名受试者的样本量足以进行分析。为了确保

合作程度，我们考虑招募年龄小于30岁的学生

老年人，除了灵活的扁平足外，没有运动障碍（骨科医生

将有助于我们判断）。招聘目标主要是男性，考虑到

性别因素，一些女性受试者也会被招募。

最后，共招募了10名具有灵活扁平足的受试者（8名男性和2名女性）

在本研究中参与实验。所有受试者均无神经系统疾病

或可能影响自然步态行为的任何下肢损伤。表1显示了

受试者的人口统计数据。AI基于静态足底压力分析

我们的足底压力测试板。自行设计的脚压板可有效确认

在动态和静态采集中，使用传感器比

有效评估地面反作用力的传统油墨测量方法，以及

具有临床应用价值[26]。所有受试者之前均签署了书面知情同意书

参与实验。步态任务在室内进行，在同一水平上。

表1.受试者的人口统计学数据。

一般特征受试者（n=10）

受试者数量（男/女）8/2

高度（cm）167.9±5.5

体重（kg）67.4±10.9

脚长（cm）25.4±1.6

脚踝宽度（cm）8.5±0.6

拱指数（%）31.7±2.7

数值表示为平均值±SD。

为了控制变量，本实验中受试者穿的鞋子

都是相同的品牌风格，具体尺寸取决于

主题在这个实验中，每个受试者进行了三组实验。第一个

第二组使用普通平鞋垫，

Bio-advanced，Langer，UK），第三组是他们自己的PPRI。无线足底压力

鞋垫放置在鞋中，用于持续监测足底压力。每个

实验在跑步机上以0.8 m/s（2.88 km/h）的低速进行，正常

速度为1.0m/s（3.60km/h），速度为1.2m/s（4.32km/h）。在每次测试开始之前，

受试者有5分钟休息和5分钟适应鞋垫。所有受试者都在

正常的脚跟撞击模式。步态稳定后

开始足底压力数据，每个测试时间持续1分钟

结果的评估和比较，PPRI可以改善足底压力

鞋底的分布，适合有灵活扁平足的成年人。图4显示了

PPRI、矫正鞋垫和平鞋垫。

传感器2021、21、1780 6个传感器2021、21年、1780年第6页，共12页

图4.不同鞋垫的比较（a）PPRI；（b） 矫形鞋垫；（c） 平鞋垫。

2.4.数据处理

我们使用Xsensor FOOT和GAIT软件（加拿大卡尔加里Xsensor）分析

站姿时间、步幅频率和足底接触区各区域的峰值压力（从三个站姿仪的实验数据到站姿时间）图4.不同鞋垫的比较（a）PPRI；（b） 矫形鞋垫；（c） 平鞋垫。

传感器2021、21年、1780年第6页，共12页

2.4.数据处理

我们使用Xsensor FOOT和GAIT软件（Xsensor，卡尔加里，AB，加拿大）分析

站立时间、步频和足底接触每个区域的峰值压力

实验步态数据的面积。站立时间是指

步态周期。步进频率是指分析中每分钟的步数

步态实验。为了更详细地分析鞋底各区域的压力变化

详细来说，我们将M区压力分析分为三个部分，H区压力分析

分析分为两部分。因此，我们将脚分为七个区域进行数据分析：

脚趾（T）、第一跖骨（M1）、第二至第三跖骨（M2）、第四跖骨

至第五跖骨（M3）、中足（MF）、内侧脚跟（MH）和外侧脚跟（LH）。我们

计算步态任务中每个区域的峰值压力。考虑到

我们将T区、M区、MF区的接触面积归一化，

并计算这四个区域在

总接触面积。

此外，为了减少数据的分散程度，我们对

左脚和右脚的数据值。平均值可以更直观地用于

注意实验中的参数变化。

2.5.统计分析

我们使用了社会科学统计程序26.0版（SPSS，伊利诺伊州芝加哥，美国）

分析和处理实验数据。在

实验数据。因此，我们使用单因素方差分析（ANOVA）来比较

受试者在每个不同步态速度下穿着的三个鞋垫的步态参数。Levene的

检验用于检验方差的同质性。Kolmogorov–Smirnov测试

用于评估数据的正态性，当数据不是正态性时，使用Wilcoxon检验

正态分布。在实验分析中，没有差异的零假设是

如果p值小于0.05，则拒绝。Tukey用于测试后数据。科恩f

用于测量效应大小（ES）。

3.结果

3.1.站立时间和步幅率

表2显示了不同鞋垫的站立时间和步速的比较

步态速度，包括受试者左脚和右脚的数据以及

脚。

表2.不同鞋垫在不同步态速度下的站立时间和步速的比较。

PPRI矫正鞋垫平板鞋垫

左右平均值左右平均值左-右平均值

待机时间（ms）

缓慢†784.6±64.8 793.9±39.4 789.4±51.0 803.9±80.5 805.3±75.4 804.6±77.2 804.4±74.6 819.5±79.5 812.0±76.3

正常695.7±45.9 699.2±36.7 697.5±38.5 696.6±42.0 700.8±33.9 698.7±37.2 699.9±50.4 707.5±45.9 703.7±47.4

快速612.5±43.5 622.4±s25.7 617.5±32.9 638.0±33.5 642.6±28.7 639.8±29.7 645.4±33.8 668.2±29.0 656.8±29.8

步速（每分钟步数）

缓慢94.7±7.5 95.9±5.2 95.3±5.3 93.7±6.5 94.7±8.5 94.2±7.1 94.0±8.5 97.5±11.3 95.8±9.8

正常104.6±8.1 103.3±6.8 104.0±5.5 103.9±5.4 105.2±6.9 104.6±5.5 104.6±7.6 107.0±12.7 105.8±9.9

快速115.4±4.7 117.5±7.5 116.5±5.4 113.1±4.9 114.3±7.3 113.7±5.5 111.7±5.0 116.4±8.3 114.1±6.0

慢速：0.8 m/s，正常：1.0 m/s，快速：1.2 m/s†

PPRI和平底鞋垫之间存在显著差异。

为了减少由左脚和右脚之间的差异引起的误差，

我们分析了平均值。鞋垫的主要效果显示

在快速步态时，穿PPRI鞋垫明显低于穿平鞋垫

（p=0.008，ES=0.53）。在其他步态实验条件下

鞋垫之间的站立时间和步速差异。此外随着步态速度的增加，

站立时间通常减少，步态频率增加。

传感器2021、21年、1780年第7页，共12页

3.2.峰值压力

表3显示了穿着三种实验鞋垫时的峰值压力比较

不同的步态速度，包括受试者左脚和右脚的数据以及平均值

脚的值。

表3.不同步态速度下不同鞋垫的峰值压力比较。

Ppri矫正鞋垫平板鞋垫

左右平均值左右平均值左-右平均值

T（kpa）

缓慢†179.7±44.7 184.8±73.3 182.2±46.3 163.4±41.8 152.1±51.2 157.8±28.2 141.3±47.3 152.9±66.7 147.0±31.0

n