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運用有限元素最佳化方法設計足跟疼痛減壓鞋墊

為了解決LA NEW 足 底 筋 膜 炎 鞋子的問題，作者徐于鈞 這樣論述：

足跟疼痛乃是骨科常見之問題，其中又以足底筋膜炎最易誘發出足跟疼痛之症狀。足底筋膜主要是穩固足弓一重要組織，當久站、長期跑步、穿著不適當鞋子或是本身解剖構造差異，使足底筋膜處受到反覆牽拉，就易產生足底筋膜炎之症狀。因此如果能緩和此不正常持續性之張力，就可以改善足跟疼痛之問題。近年來全接觸鞋墊大量被用於治療足跟疼痛之情形，然而目前並無文獻探討全接觸鞋墊外型對於足底筋膜與跟骨相接處應力的影響，因此本篇研究將利用有限元素法，探討鞋墊與足底筋膜與跟骨相接處應力間的關係，並找出鞋墊設計之趨勢。本研究藉由影像處理軟體從一名23歲男性之電腦斷層掃描圖中重建出外型，並藉由Ansys9.0建立足部有限元素模型，

包含70426個元素及34251個節點。在通過模型驗證後，本研究設計一個服貼指數以量化足部與鞋墊之間的服貼情形，並進行六組不同鞋墊服貼程度之參數化分析及進行鞋墊最佳化分析，以期找出能使足底筋膜與跟骨相接處應力值降至最低之鞋墊外型。在獲得最佳化鞋墊外形後，再透過有限元素模型及足底壓力量測設備pedar進行足底壓力評估。最後再依最佳化鞋墊進行人體實驗，比較穿戴病患原有鞋墊及最佳化設計鞋墊之疼痛量表(visual-analog scale, VAS)及足底壓力差異。在設計最佳化分析中，所獲得的最佳化鞋墊服貼指數為54%。在有限元素分析中，就足底筋膜與跟骨相接處之應力值比較，最佳化鞋墊低於平坦式鞋墊應

力值為14%。在pedar足底壓力測試中，就足底壓力峰值比較下，最佳化設計鞋墊比平坦式鞋墊低38.9%。依此最佳化結果製作出鞋墊並進行人體實驗，在VAS比較下，穿戴最佳化設計之鞋墊和原本病患自己的鞋墊相比，最佳化鞋墊會得到比較低的VAS值。本研究結論指出最佳化鞋墊可降低足底筋膜與跟骨相接處應力值，並使足部疼痛情形獲得改善。