背景:糖尿病患者的下肢生物力学病变是引起高残疾率和死亡率的重要因素,也是临床医治和预防足溃疡的主要着手点。对糖尿病患者的全下肢生物力学特征参数进行收集和分析可以进一步解释足溃疡和生物力学改变的多因素关系,为临床提供一定理论支持。目的:收集糖尿病患者的步态、平衡以及足部三维参数等生物力学相关特征参数,建立相应的生物力学运动学、动力学及有限元模型。利用模型计算数据对神经病变患者进行一定程度的减压干预,并验证患者使用减压鞋/鞋垫后的获益。材料及方法:使用可穿戴设备对80名糖尿病患者的步态和平衡数据进行检测,运用统计学方法和机器学习方法对数据进行分析。根据D-H矩阵法建立糖尿病患者的下肢运动学模型,基于Open Sim仿真工具搭建下肢动力学模型。获取患者的CT图像通过逆向建模的方式构建其足部内踝、外踝、主骨骼、及软组织的有限元模型并分析计算。设立对照实验,分析定制鞋垫矫形干预治疗的获益性,并用可穿戴设备进行随访统计。结果:对2型糖尿病患者的步态和平衡数据分析显示,2型糖尿病患者的步态和平衡能力明显低于同等年龄和性别的健康人群,且在其病程早期已产生了步态和平衡功能的受损。此外,这些患者主要依靠髋关节调节机制来抵消小范围的摆动,以维持身体的静平衡。糖尿病患者骨骼-肌肉动力学模型的行走过程仿真结果显示,步态中习惯性的外摆会额外增加外侧腓肠肌的负担。足部步态过程中受力情况的有限元分析结果准确评估出糖尿病患者的前掌处易产生高压,与临床经验一致,表明有限元模型可靠、有效。基于上述生物力学模型设计的定制治疗鞋可以改善患者步态和平衡的稳定性,防止溃疡复发。此外,依从性是减压获益的关键。结论:本研究设计的糖尿病患者全下肢生物力学模型方案合理、有效,可为足溃疡的临床治疗和预防提供一定的理论支持。基于生物力学设计的定制减压鞋垫可预防患者的生物力学进一步病变,可穿戴设备的使用同样为糖尿病患者的预后管理提供了一个有效的建议。