改善步态的矫形装置 【技术领域】
本发明一般涉及一种矫形装置，例如：改善残疾人步态的修复物和矫形物，特别是一种带有不同弯曲阻力区域的鞋底。
背景技术
长期以来，主要用于弥补解剖学上的不足的各种嵌入物或装置早已众所周知。上述装置从静态方面考虑了重力以及足部和下肢的受力分布。1934年Ehrlich的专利SE89967尝试考虑了静态受力和动态受力，例如步行期间的受力。上述文献公开了一种矫形鞋以及生产上述鞋的方法和装置。
Pavesi的专利EP0931470A2中公开了一种夹层鞋，其加强部件为刚性或至少是半刚性的，可以作为鞋底单元地一部分或鞋垫。
Revill的专利GB1433481中公开了一种鞋垫，包括非机织结合纤维群，并且在鞋垫后部的密度大于鞋垫前部区域的密度，因而后部区域的刚性比前部区域的刚性大。
Castiglia的专利US4085758中公开了一种重新分布重量的矫形装置，适合与鞋底相连。上述矫形装置为与鞋底在鞋底的断开线前方相连的非弹力衬垫，所述衬垫有足够的柔性以便容易地与鞋底表面的外形相符。
发明概述
本发明解决了上述问题，通过提供一种鞋底形状的、有不同弯曲阻力区域的矫形装置，不仅弥补了上述解剖学上的不足，而且考虑了静态和动态的受力，例如残疾人步行期间产生的动态受力。限定上述区域的边界区域或边界线被设定为一种特定的有利的形状。上述鞋底本身或者作为修复物或矫形物的整体部分，被设计、构造和加强以便适应上述释放线的位置和/或形状，以解决病人的问题。本发明是基于发明者控制所谓的行进线的范围的重要性的实现，特别是当处理截足或者损伤肌肉时。本发明是在有损伤的步态的病人中，与避免影响膝盖、股和脊背的损伤做斗争的重要组成部分，在三维步态分析的帮助下使得描述成为可能。
根据本发明的鞋底通过纵向加强，同时行进线和释放线比正常鞋的鞋底更加靠前，解决了矫正行进线的位置和形状的问题，所述鞋底以一定的方式支持足部，地面的反作用力使行进线回复正常。这种导引和支持的效果使得对于人们来说在站立行走时支持足部更加容易，同时避免了踝部、膝盖以及股关节的步态偏移。病人缺乏非生理的步态，因而必须在每一步都旋转足部。相反，病人的腿可以沿着直线摆动，因此可以得到比较自然的步态。上述的结果包括地面反作用力行进线的转换，运用三维分析的方法对其进行了分析。
所述鞋底可以用碳纤维加强复合材料或类似物来生产，所述鞋底在不同区域具有不同的层数，包括不同类型和不同数目层数的所述纤维交叉编织的纤维织物。本发明并不依赖于所用材料的类型。
【附图说明】
附图1是足下地面反作用力的分界线的平面图。
附图2是许多可替换的分界线。
附图3是不同弯曲阻力的区域。
附图4是鞋底不同层的顶视图和侧视图。
优选实施例的详细描述
压力敏感板的开发使得发明者测量地面作用于足底或作用于鞋底的反作用力成为可能。如图1所示，为了对比，示出了一鞋，同时示出了反作用力的行进线(progression line)正常的为101，有缺陷的为102。
当人以正常步态行走时，结果是中部的行进线101。行进线101从脚后跟的尾部开始，向前延伸到大拇指。最后，足部在跖趾关节处弯曲，所述鞋底也沿着所谓的释放线(release line)105弯曲。正常的释放线105如图所示，其沿着足部的球状物(ball of the foot)延伸。好的鞋应设计为沿着正常的释放线105延伸。在正常的步态中，没有必要在每一步都旋转足部，腿也可以在直线上摆动。许多可替换的释放线202-205，与不同人步态病状相应，如图2所示。正常的释放线201如图2中虚线所示。
作为一个例子，麻痹患者或部分瘫痪患者或足部部分截肢的人穿普通的鞋不能正常行走。对于上述病人来说，其缺陷使得其行进线如图1中102所示。上述线102由于足部(或者足部左边)不能完全支撑重量，而朝向小拇指弯曲。由于偏移的行进线102，即，地面的反作用力在一个错误的点上进行，足部必须以摇摆的状态旋转，腿不可能在直线上摆动。另外，膝盖将增加了内翻力矩，病人将成为了一种跛行的状态，因此给病人带来了踝部、膝盖以及股关节的问题。
如何设计例如带有避免后旋和前旋的鞋底的跑步鞋已经众所周知。上述鞋主要是由围绕脚后跟和趾骨设计，以便足部直立，并沿着中间或侧部倾斜。这种倾斜决不会对释放线有任何的影响，设计的时候，将其设计为与正常鞋相同的位置。
如图3示出了根据本发明的鞋底具有不同弯曲阻力的区域。所述鞋底被设计、构造和加强以便使释放线的位置和形状适应病人的问题。所述鞋底与正常鞋底相比，其在侧部和前部得到加强，即，与足部(或者是足部左边)小拇指相应的部分得到加强，其侧部给予了比大拇指和足部前部中间部分更强的支撑。所述鞋底以这样一种方式支撑足部，因此，地面的反作用力行进线比正常的行进线要靠后。这种引导和支撑效果使得人们在步行期间保持足部直立的姿态更加容易，踝部、膝盖以及股关节的步态偏移就可以避免。上述病人减少了在每一步伐旋转足部时的不方便，腿可以沿着直线摆动。因此得到了更加自然的步态。
再看图3，所述鞋底有不同弯曲阻力的柔软区域，如图3所示的例子中，区域I是最柔软的区域，区域II的柔软性稍微小于区域I，区域III的柔软性稍微小于区域II，区域IV是最硬的区域。本构造另外一个优越的方面是在没有趾的地方(at toe-off)产生弹性效果，以保存能量。
所述鞋底的上述柔软区域用所述鞋底外部或边部和一个或多个边界区域或边界线301、302、303或仅仅通过边界线来区分。如图所示，边界线以很细的线来表示，但实际产品中，上述线有几个毫米的宽度，以形成中间弯曲阻力的区域。
如图3所示，本发明优选实施例中的两个边界线301、302开始于鞋底300的侧边310，向鞋底的中线延伸(图中未示出)，同时向后方向延伸，以便当到达鞋底300的中线320时，所述边界线301、302的终点331、332被事先设定为比起点靠后，即便接近鞋底300的后跟部分340。这样，行进线就会向大拇指方向移动。释放线同时朝向正常的位置或旋前位置移动和倾斜更多。第三边界线303被设定为沿直线延伸。
从图3可以看出，边界线可以假定为曲线“S”的形状，或者其他曲线的形状，或者可以为直线。试验表明，边界线的形状基本上为拉伸的“S”形、也可以为适合于恰当的函数的双曲正切函数的形状、S形函数曲线、积分曲线等等，其适合于恰当的函数。边界线301、302上的弯曲部351、352可以指向鞋底的指尖360或鞋跟340。弯曲部也可以指向或部分指向鞋底的侧边3 10或中部侧边320。在优选的实施例中，三条边界线301-303按如下设置，第一边界线301上设置有第一弯曲部351，其凸向鞋底300的趾端360。所述边界线301也设置有第二弯曲部352，其凹向鞋底300的趾端360。第二边界线302上设置有第一弯曲部353，其凸向鞋底300的趾端360。所述第二边界线302也设置有第二弯曲部354，其凹向鞋底300的趾端360。
所述鞋可以由碳纤维强化复合材料或类似物来制造。但是本发明并不依赖于所用材料的类型。任何具有合适柔软性的材料都可以使用，例如玻璃纤维强化塑料，其它塑料，木材，钢或其它金属。优选的材料包括KEVLAR(聚芳香胺类)纤维，碳纤维，玻璃纤维，钢以及热塑性树脂。
构造不同弯曲阻力区域的一种优选方式是生产多层材料的鞋底。如图3所示，鞋底可以构造如下，在区域I为一层材料，区域II为两层材料，区域III为三层材料，区域IV为四层材料。
但是，在优选的实施例中，区域I由两层交叉方向的碳纤维织物与两层单一方向碳纤维材料组成。区域II由两层单一方向纤维材料与两层交叉纤维和两层单一方向的碳纤维一起组成。区域III与区域II的组成相同，但是另外附加了一层单一方向的纤维。区域IV由三层单一方向的纤维材料与三层交叉纤维和两层单一方向的碳纤维组成。
图4示出了另外一个实施例。图中是所述鞋的顶视图和侧视图。在两个视图中均示出了C1、C2、C3的位置和线。示出了具有不同延伸和材料的不同层。顶层401延伸到所述鞋底的整个宽度，其由45度KEVLAR纤维组成(经线和纬线的夹角为45度)。第二层402延伸到C1线，其由45度碳纤维织物组成。第三层403延伸到C2线，其由直碳纤维织物组成。第四层延伸到C1线，其由45度碳纤维织物组成。第五层405延伸到整个鞋底，其由45度碳纤维织物组成。第六层延伸到C3线，其由直碳纤维织物组成。第七层延伸到C1线，其由45度碳纤维织物组成。第八层延伸到C2线，其由直碳纤维织物组成。第九层延伸到C1线，其由45度碳纤维织物组成。第十层和底层延伸到整个鞋底宽度，其由45度KEVLAR织物组成。