基于医学统计分析的肥胖儿童鞋楦底样设计方法

技术领域

本发明属于人机工学、鞋楦设计以及医学统计技术领域，具体涉及一种采用医学 统计方法来分析肥胖儿童足部特征数据并应用于鞋楦底样设计的方法。

背景技术

国内外研究表明，肥胖同样与各种骨关节病（例如痛风，骨关节痛等）有着不可分 割的联系，而所有这些都与超重导致的足底超负荷有关。人体产生肥胖时，脂肪会覆盖足 弓，特别是儿童时期，由于足弓尚未发育完全，过度的足弓负荷更容易导致扁平足的产生 （杜晓宁,赵晓哲,张欣.正常足与扁平足的足底压力及步态特征[J].中国组织工程研究与 临床康复,2008,12(46):9058-9061.）。

合脚的鞋子可以起到保护足部健康，减少足底压力，降低肥胖对足型发育的不良 影响；同时，研究显示，不合脚的鞋子会导致足部受到不良刺激，影响血液循环和激素分泌 的水平，引起腿或骨盆畸形病变，腰痛头痛等。

我国虽然是世界上最大的鞋类生产国，但是童鞋领域发展并不规范，在2008年 之前，国内童鞋与成人鞋采用同一标准，目前，除了GB30585-2014《儿童鞋安全技术规范》、 GB-25036-2010《布鞋童胶鞋》及QB/T2880-2007《儿童皮鞋》国家标准和行业标准之外，该 领域的研究成果非常缺乏。在中国的童鞋行业，也从未提出过肥胖儿童专用鞋的概念。

肥胖不仅会影响儿童的脚型结构，同时还会导致与正常儿童所不同的脚型成长模 式，目前，国外已经呼吁制鞋行业应根据儿童的体重生产专门用鞋（EsterJiménez-Orme? o,XavierAguado,LauraDelgado-Abellán,LauraMecerreyes,LuisM.Alegre. Footmorphologyinnormal-weight,overweight,andobeseschoolchildren.EurJ Pediatr1,2013,72:645–652.）。

鞋楦底样设计是成鞋设计最重要的基础，是影响成鞋舒适度的关键因素。由于受 到测量技术水平的限制，中国现有的脚型数据依然沿用的是通过油印法来测量的足部长度 和宽度两个维度方向的数值，并依靠手工测量的足部各部位的高度和围度方向的数值。

针对肥胖儿童之一特殊的群体，目前中国肥胖儿童的鞋楦设计领域几乎一片空 白，并存在以下两大大问题：（1）研究显示，肥胖儿童脚的宽度明显宽于正常儿童，而目前中 国的童鞋鞋楦设计均是按照正常儿童的足型比例设计生产的，对肥胖儿童足部的正常发育 造成严重伤害；（2）中国人群脚型调查采用手工测量方式，测量误差较大。实际上，在鞋楦设 计中，在长度向一般都有足够的前段放余量，鞋子不合脚更多是由于前帮过窄、跗背挤压和 后跟卡脚或者拖跟引起的。这种不合脚发生在正常人身上也许还可以勉强接受，但是，肥胖 儿童作为一个足部敏感的特殊群体，长期穿着不合脚的鞋子会导致足—鞋界面应力增大， 影响足部的正常发育，对他们的健康成长带来不可逆转的影响。

发明内容

本发明的目的是针对中国肥胖儿童这一特殊的群体，采用精密仪器对其足部三维 结构进行精确扫描并分析数据，并根据根据医学统计分析方法提供一套精确可靠的肥胖儿 童鞋楦底样的设计方法。

根据《中国学龄儿童青少年超重、肥胖筛查BMI分类标准》（中国肥胖问题工作组. 中国学龄儿童青少年超重、肥胖筛查BMI分类标准[J].中国流行病学杂志,2004,25(2): 97-102.）对肥胖儿童进行定义，排除扁平足、足外翻等患有足部疾病的受试者，总共测量 202名年龄在8-14岁之间的正常肥胖儿童（男童120名，女童82名）的足部三维数据。

本发明为解决技术问题而采取以下方案进行实施：

所述肥胖儿童鞋楦底样设计步骤如下：

（1）标记足部特征部位：

具体地，扫描足部三维模型之前，采用反光标记点贴附于足部特征部位点：脚趾端点部 位点、拇趾外突点部位点、小趾外突点部位点、第一趾跖部位点、第五趾跖部位点、腰窝部位 点、后跟突点部位点。

（2）获取精确的足部三维模型：

人体站立，足弓及其相关的肌肉和韧带处于适度的紧张拉伸状态，是人体足部最常有 的状态，因此站立时（半负重状态）所获得的足部数据相比坐（无负重状态）和单脚支撑（全 负重状态）更为可靠。具体地，采用Infoot^?三维扫描仪对肥胖儿童半负重状态下的足部（裸 足）进行扫描，分别获取测试儿童左右足的三维模型。

（3）分析足部特征数据：

将足部三维模型导入Delcam分析软件，得到足部特征数据如下：脚长、拇趾部位长度、 小趾部位长度、第一趾跖部位长度、第五趾跖部位长度、腰窝部位长度、踵心部位长度、基本 宽度、拇趾里宽、第一趾跖里宽、小趾外宽、第五跖趾外宽、腰窝外宽、踵心全宽；

其中，基本宽度=第一趾跖里宽+第五跖趾外宽；踵心部位长度=18%脚长。

（4）对足部特征数据进行探索性分析：

采用医学统计分析软件SPSS17.0对数据进行探索性分析，检测异常值和极值，并排除 四分间距超过25%和75%之间三次的数据。

（5）分析男童左右足数据差异性：

采用医学统计分析软件SPSS17.0对左右足数据进行正态性检验，检验结果服从正态分 布；再进行独立样本T检验，差异性水平为p<0.05或p<0.01。检验得到肥胖男童左右足 的拇趾里宽和第一趾跖里宽存在显著性差异（p=0.002,p=0.039）。拇趾里宽和第一趾 跖里宽是鞋楦设计的必要参数，并且儿童为足部敏感的特殊人群，所以必须同时考虑左右 足此两处存在显著性差异的数据。其余参数均选取右脚（主导脚）数据作为基准。

此处，拇趾里宽为双足拇趾里宽平均值；第一趾跖里宽为双足第一趾跖里宽平均 值。此时，进行正态性检验和独立样本T检验，拇趾里宽平均值与左、右足拇趾里宽均无显著 性差异；第一趾跖里宽平均值与左、右足第一趾跖里宽均无显著性差异，故数据可用。

（6）分析女童左右足数据差异性：

如上述（3）中所述方法对女童左右足数据进行统计分析，检验得到肥胖女童左右足的 拇趾里宽存在显著性差异（p=0.001）。其余参数均选取右脚（主导脚）数据作为基准。

此处，拇趾里宽为双足拇趾里宽平均值。此时，进行正态性检验和独立样本T检验， 拇趾里宽平均值与左、右足拇趾里宽均无显著性差异，故数据可用。

（7）确定男/女童楦底部位特征参数：

楦底样长=脚长+7%脚长(放余量)-5mm（后容差）；

楦拇趾部位长度=脚型拇趾部位长度-5mm；

楦小趾部位长度=脚型小趾部位长度-5mm；

楦第一趾跖部位长度=脚型第一趾跖部位长度-5mm；

楦第五趾跖部位长度=脚型第五趾跖部位长度-5mm；

楦腰窝部位长度=脚型腰窝部位长度-5mm；

楦踵心部位长度=脚型踵心部位长度-5mm；

楦基本宽度=脚型第一趾跖里宽+脚型第五趾跖外宽。

本发明的优点及明显效果体现在：

1.本发明提供了一套完整的肥胖儿童鞋楦底样设计的方案，填补了国内肥胖儿童鞋 楦设计领域的空白。该方法精确度高、可靠性好、重复性强，可直接应用于制鞋行业中的肥 胖儿童鞋楦设计领域。

2.本发明采用Infoot^?三维扫描仪测量肥胖儿童三维足型，并采用Delcam分析软 件提取相应的足部特征数据，完全替代现有中国市场仍在使用的手工脚型测量方法，提高 数据精确度和可靠性。

3.就肥胖儿童这一特殊群体而言，其对于鞋楦的合脚性和舒适性的要求远远高 于其他人群，因此，本发明中采用医学统计方法对足部特征数据进行探索性分析以及差异 性分析，进行数据转换处理并应用于鞋楦底样设计中，使得肥胖儿童鞋楦底样数据更为精 准可靠，是生产符合肥胖儿童脚型特点的专门鞋类的必要条件。

附图说明

图1是本发明中足部特征数据测量图；

图2是本发明中医学统计方法实施流程；

图3是本发明中肥胖男童鞋楦底样设计图；

图4是本发明中肥胖女童鞋楦底样设计图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的说明。本发明重点阐述基于 医学统计分析的肥胖儿童鞋楦底样设计方法，所涉及数据均来自上述受试儿童数据，由于 受试者足部特征会因为种族、地域、生活习惯不同而有所不同，所得数据仅作为参考。

实施例1

肥胖男童鞋楦底样设计的具体实施步骤（以8-9岁肥胖男童为例）：

（1）标记足部特征部位：

受试儿童除去鞋袜，采用反光标记点贴于足部特征部位点：脚趾端点部位点、拇趾外突 点部位点、小趾外突点部位点、第一趾跖部位点、第五趾跖部位点、腰窝部位点、后跟突点部 位点。以上所述部位点为楦底样设计必须获得的足部特征数据。

（2）获取精确的足部三维模型：

采用Infoot^?三维扫描仪对肥胖儿童半负重状态下的足部（裸足）进行扫描，分别获取 测试儿童左右足的三维模型，并将数据保存到相应的文件夹中。

（3）分析足部特征数据：

将足部三维模型导入Delcam分析软件，锁定足部三维模型所在空间，以足底所在平面 为正面，以后跟突点与第二趾头中点连线为X坐标轴，后跟突点所在垂直线为Y坐标轴，然后 根据特征标记点测量所需数据，得到足部特征数据如下：脚长、拇趾部位长度、小趾部位长 度、第一趾跖部位长度、第五趾跖部位长度、腰窝部位长度、踵心部位长度、基本宽度、拇趾 里宽、第一趾跖里宽、小趾外宽、第五跖趾外宽、腰窝外宽、踵心全宽，如图1所示。

（4）对足部特征数据进行探索性分析：

将数据输入医学统计分析软件SPSS17.0，将变量按性别拆分文件，对男童足部特征数 据进行探索性分析，检测异常值和极值，并排除四分间距超过25%和75%之间三次的数据。

（5）分析左右足数据差异性：

采用医学统计分析软件SPSS17.0对左右足数据进行正态性检验，检验结果服从正态分 布；再进行独立样本T检验，差异性水平为p<0.05或p<0.01。检验得到肥胖男童左右足 的拇趾里宽和第一趾跖里宽存在显著性差异（p=0.002,p=0.039）。拇趾里宽和第一趾 跖里宽是鞋楦设计的必要参数，并且儿童为足部敏感的特殊人群，所以必须同时考虑左右 足此两处存在显著性差异的数据。其余参数均选取右脚（主导脚）数据作为基准。

此处，拇趾里宽为双足拇趾里宽平均值；第一趾跖里宽为双足第一趾跖里宽平均 值。此时，进行正态性检验和独立样本T检验，拇趾里宽平均值与左、右足拇趾里宽均无显著 性差异；第一趾跖里宽平均值与左、右足第一趾跖里宽均无显著性差异，故数据可用。医学 统计方法实施流程如图2所示。

（6）确定男童楦底部位特征参数：

楦底样长=215.9mm+7%×215.9mm-5mm

楦拇趾部位长度=199.7mm-5mm

楦小趾部位长度=169.6mm-5mm

楦第一趾跖部位长度=162.6mm-5mm

楦第五趾跖部位长度=142.5mm-5mm

楦腰窝部位长度=81.0mm-5mm

楦踵心部位长度=38.9mm-5mm

楦拇趾宽度=脚型拇趾里宽=31.6mm

楦小趾宽度=脚型小趾外宽=45.2mm

楦第一趾跖宽度=脚型第一趾跖里宽=32.7mm

楦第五趾跖宽度=脚型第五趾跖外宽=45.8mm

楦腰窝宽度=脚型腰窝外宽=35.8mm

楦踵心宽度=脚型踵心全宽=56.2mm

楦基本宽度=32.7mm+45.8mm

（7）绘制肥胖儿童鞋楦底样图形：

如图3所示，将所有端点拼接起来，鞋楦放余量随楦型有所调整，再将端点以圆滑曲线 相连接，即为8-9岁肥胖男童鞋楦底样设计图（1:1）。

实施例2

肥胖女童鞋楦底样设计的具体实施步骤（以8-9岁肥胖女童为例）：

（1）标记足部特征部位；（2）获取精确的足部三维模型；（3）分析足部特征数据；（4）对足 部特征数据进行探索性分析；（5）分析左右足数据差异性；（6）确定肥胖女童楦底部位特征 参数；（7）绘制肥胖女童鞋楦底样图形。具体步骤可详见实施例1中所述。

其中，分析左右足数据差异性时，检验得到肥胖女童左右足的拇趾里宽存在显著 性差异（p=0.001）。其余参数均选取右脚（主导脚）数据作为基准。

此处，拇趾里宽为双足拇趾里宽平均值。此时，进行正态性检验和独立样本T检验， 拇趾里宽平均值与左、右足拇趾里宽均无显著性差异，故数据可用。

确定女童楦底部位特征参数：

楦底样长=213.5mm+7%×213.5m-5mm

楦拇趾部位长度=197.3mm-5mm

楦小趾部位长度=166.6mm-5mm

楦第一趾跖部位长度=160.0mm-5mm

楦第五趾跖部位长度=139.2mm-5mm

楦腰窝部位长度=79.8mm-5mm

楦踵心部位长度=38.4mm-5mm

楦拇趾宽度=脚型拇趾里宽=31.0mm

楦小趾宽度=脚型小趾外宽=44.1mm

楦第一趾跖宽度=脚型第一趾跖里宽=32.9mm

楦第五趾跖宽度=脚型第五趾跖外宽=44.4mm

楦腰窝宽度=脚型腰窝外宽=34.9mm

楦踵心宽度=脚型踵心全宽=55.4mm

楦基本宽度=32.9mm+44.4mm

根据以上特征数据，绘制肥胖女童鞋楦底样图形（1:1），如图4所示。