[目的]本研究的目的在于探究一种高效的通过使用3D打印技术进行个性化踝关节矫形器(AFO)的制作方法和流程,并通过有限元分析方法来进行验证其实用性。并通过有限元方法对于五个不同的足弓高度的模型进行分别比较足底的最大应力和最大应变,由此筛选出一种最适的足弓高度(最大应力和最大应变最小)。并通过有限元分析所得出的最大应力的分布云图对矫形器进行优化以在不影响应力的前提下增强透气性和实用性,并减少成本。并且探讨不同足弓高度对于足部最大应力和最大应变的影响。[方法]使用武汉中观公司生产的Gscan智能全彩手持式3D扫描仪在患者屈膝且踩在方凳上的位置进行小腿、踝足部分的模型采集。随后将采集的3D模型数据以STL的格式进行保存。使用Geomagic studio软件对模型依次进行:破损文件碎片的删除、模型文件边缘变形位置的剪切、以曲率为标准对于小腿后部未能扫描到区域的填充修补、依照解剖结构对于足部骨性凸起位置例如内外踝,足跟等位置进行扩充以留出足够空间防止这些区域在使用过程中出现皮肤磨损、将足内侧区域通过雕刻刀功能将其向内缩进,纠正扫描时位置摆放导致的足外翻、使用区域变形建立5个梯度高度足弓、使用区域变形控制足部关键点依次纠正患者存在的足内翻问题、剪切模型以塑造矫形器的外形、使用砂纸功能和整体松弛功能使整个模型内外表面光滑减少摩擦、将模型整体向外抽壳5mm、使用壳体加厚功能将模型加厚2,mm、使用精准曲面功能进行逆向工程处理:依照曲率探测轮廓线、根据探测所得到的轮廓线进行曲面片构建手动设置生成的曲面片为250片、生成曲面片后通过手动移动调整完成曲面片平均分布和形状规则、使用修理曲面片功能调整曲面片相交和坏点问题、保持各项默认值不变进行格栅形成、依据默认常数进行拟合曲面(NURBS)的形成、进行模式转换将曲面转换成CAD模式、将文件以STP文件格式保存。将生成的STP文件导入NX10.0软件进行文件修复并以X_T文件格式导出、将X_T文件以部件形式导入ABAQUS软件,设置材料属性和截面属性并将截面属性赋予模型、将部件构成装配体(软件只能基于装配体进行分析)、进行网格划分,设置全局种子为1,将种子属性赋予装配体,设置网格属性为四面体,指派网格控制属性为十节点二次四面体单元,随后将网格赋予模型、设置载荷和边界条件,模拟穿戴矫形器蹬地,踝关节背屈20°的受力环境,设置足底接触地面为完全固定,设置踝关节处绑带位置为完全固定,小腿位置矫形器受到绑带对于矫形器表面的切向拉力,设置足底受到平均分配于矫形器足底的自重载荷、提交分析作业。将分析结果中足弓应力集中中心和矫形器最大应变位置的最大应变应力数据提取出来,绘制最大应变和最大应力随着时间变化的折线图,比较5种不同足弓高度对于足底应力应变的影响,筛选出对足底应变应力影响最小的足弓高度,并根据最大应力分布云图对模型进行相应的镂空,实现在满足结构强度的基础上减少材料的使用并降低成本,增加矫形器的透气性。通过有限元分析探讨不同足弓高度对足底应力应变分布的影响,并将结果分析。[结果]通过对比5种不同高度的足弓的最大应力分布云图以及足弓中心点的最大应力最大应变随时间变化过程中的最大值,发现随着足弓高度的增加,足弓中心点的最大应力也随之发生改变,在足弓高度为Omm时足弓中心的最大应力为499.427MPa,在足弓高度为2mm时足弓中心的最大应力为319.968MPa,在足弓高度为4mm时足弓中心的最大应力为275.894MPa,在足弓高度为6mm时足弓中心的最大应力为256.339MPa,在足弓高度为8mm时足弓中心的最大应力为285.076MPa,在足弓高度为10mm时足弓中心的最大应力为336.077MPa,在足弓高度为0mm时最大应变点的最大应变为30.4042,在足弓高度为2mm时最大应变点的最大应力为31.1568,在足弓高度为4mm时最大应变点的最大应力为29.4501,在足弓高度为6mm时最大应变点的最大应力为28.0691,在足弓高度为8mm时最大应变点的最大应力为29.7402,在足弓高度为10mm时最大应变点的最大应力为22.59,根据结果可以知晓足弓高度为6mm时足底应力为最小,是最优的结果。同时与最大应变结果分析得知,在足弓高度为6mm时外踝应变点是第二小的,这也支持了足弓高度为6mm是最优结果这一结论。[结论]本研究中通过有限元分析建立最优足弓的制作踝足矫形器的方法极大的减少了踝足矫形器制作过程中的时间成本和物料成本,并且通过有限元分析,可以弥补使用3D扫描仪无法采集足底数据这一缺陷,极大地增加了 3D打印技术,和3D扫描仪在临床上应用的实用性。这样的方法值得在临床上推广应用,并且建立足弓高度梯度模型并通过使用有限元分析来筛选最符合应力应变的足弓高度也为以后临床应用提供了新的思路。