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摘要
许多足疾病预防或治疗通过定制的鞋垫（CMIS）。虽然在过去十年中，一个强大的计算机化使鞋的发展过程具有特色，但CMI部门仍然缺乏一个软件平台，集成了该领域利益相关者使用的设计和诊断工具。此外，中药注射剂的处方是基于技能的医师而不是共同知识的经验（例如指南、最佳实践、规则等）。
本文提出了一种多用户和知识平台，称为智能处方平台（SPP），覆盖整个市场的发展阶段，从足部诊断的生产，涉及临床医生、患者、厂商和控制器。网络平台是在骨科领域现有的技术完全集成，这是三维/四维扫描仪，baropodometric平台，鞋类的虚拟目录，足底压力模拟器，增强现实装置和三维CAD系统。使用标准文件格式(例如，.stl，.bmp，.xml)允许在工具中使用电子数据。该平台的主要模块，称为处方系统（PS），用于为不同健康状况的病人开定制鞋垫，满足所有参与者的需要，并优化数据交换。PS是一个知识处方系统集成的最佳实践，中药注射剂的处方相关。PS输出是一个表示电子订单的XML文件，用于与SPP的其他工具交换数据。
所提出的平台进行了测试，目的是验证处方系统的可用性和平台工具的互操作性。验证过程中收集到的积极成果促使专家开始使用Web平台进行日常工作。
关键词：定制鞋垫 协作平台 鞋垫处方 基于知识平台 基于网络平台
1 介绍
许多足疾病预防或治疗由定制鞋和定制鞋垫（CMIS），从而起到对足部病变大多数最重要的作用。虽然在过去的十年中，鞋类行业的特点是一个强大的鞋类开发过程电算化（从足部诊断对鞋的制造），目前仍缺乏基于知识的软件平台支持系统开发的全过程。为此，整形中心和制造公司鞋垫被迫使用手工程序[22]，基于硬拷贝文件或技术熟练的医师主观处方手册交换。
定制的内底开发过程需要几个利益相关者的关注和不同工具的应用。临床医生、患者、制造商和控制器都参与了CMI开发过程和3D扫描仪，baropodometric平台，CAD软件和NC机器只是不同参与者使用的系统的一部分。目前，利益相关者和他们使用的仪器缺乏适当的集成，这种情况导致了内底的相互作用、误解和延迟。参与CMI开发过程的参与者具有不同的角色和需求。临床医生希望与患者进行互动，向他们展示产品的重要性，并评估用户的意见。同时，患者要求CMIs适合他们的时尚和舒适的矫形鞋。另一方面，控制器希望监控临床医生的工作，以减少医疗事故。制造商希望收到电子订单，以便他们与设计软件工具(CAD和CAM)和制造系统(数控铣床或添加剂制造机器)的集成。标准和先进的工具，用于定量测量足部参数和内底模型，产生了许多不同的和异质的数据，这些数据应该在一个系统中收集和集成。如今，一体化的系统支持定制的单一开发过程既不是在文学中也不是在市场上。
因此，我们希望有一个软件平台，主要面向足病医师的需求，以帮助和驱动临床医生，在一个用户友好的环境中，通过处方过程。此外，该平台必须与现有的设备集成，而且还必须涉及患者、制造人员和控制器，促进利益相关者之间的协作。
本文提出了一个基于web平台的智能预徵平台(SPP)，集成了在CMI开发过程中使用的所有工具和设备。特别地，本文提出了处方系统(PS)，这是一个智能处方平台的模块，用于为不同健康状况的患者处方定制的内底，满足所有参与者的需求，并优化数据交换。
PS有专门的功能，专门用于四个参与者(足病医生，客户，制造商和控制器)。它实现了以用户为中心的方法，将web应用程序连接到当前可用的主要重要软件和硬件应用程序。这样，各种工具之间的数据交换就更安全、更容易了。足病医生收集并管理来自不同系统的所有必要数据，并能开出尽可能正确的鞋垫。事实上，产品质量将由过程本身来保证，这一过程控制了临床医生对有经验的人员的标准和形式化的最佳实践的坚持。这些规则被嵌入到专门的知识体系中。
论文的结构如下。第2节介绍了与CMI部门、协作和集成平台相关的技术状态，以支持产品开发过程。第3节首先描述了参与过程的参与者及其需求。然后，本节简要地总结了当前的实践，以配置和设计鞋垫，以及支持这一过程的主要软件和硬件工具。第4节介绍了整个处方平台，概述了体系结构(4.1节)和对处方系统模块和工作流程的了解(第4.2节)。第4.3节介绍了表示CMI的标准xml，而第4.4节描述了平台工具数据库之间的数据同步。第4.5节介绍了使用智能处方平台定制的开发过程。所提议的平台已经通过第5节中描述的一组真实案例研究进行了测试，其中也包含了结果讨论。
2 相关的工作
2.1 定制的鞋垫部门
有几项研究(2009-2014年的世界市场细分市场报告，2009-2014年全球矫正鞋垫的世界观)发现，对足底矫正器的需求正在增长。为非手术治疗和预防足部和踝关节疾病定制鞋垫，可采用不同的目的。对于糖尿病足[8]或肥胖人群[27]等负荷情况下的足部压力，可避免Charcot神经骨关节病[13]，或风湿性和神经性足的并发症[37]。CMI确保老年人[28]或工作人员的体位稳定性[33]。此外，在跑步和体育活动中，CMI可以用来保证舒适[26,29]。
在目前的实践中，一个定制的鞋垫的配方和开发过程可以分为三个主要步骤。第一个是足部分析阶段，足病医生获得所有必要的足部和病人数据。第二个是鞋垫设计阶段，技术人员使用专用的CAD系统设计鞋垫及相关配件。第三个是生产阶段，在生产阶段，熟练工人或数控机床被用来制造鞋垫。因此，参与CMIs开发过程的参与者至少有三个:患者、临床医生和制造商。第四个参与者可能是控制者，即一组骨科商店或国家卫生系统(NHS)的负责人。虽然过程中的参与者之间的合作是必要的，但是没有任何方法和系统来支持CMIs的处方，能够让所有在鞋垫开发过程中工作的干系人参与到文献中。
此外，在定制的鞋业中，开发创新工具使得从手工到数字过程的转变成为可能。从历史上看，CMIs的设计只是遵循了脚的形状[2]，而现在的3D足部扫描和足底压力图都是在鞋垫处方中被考虑的[37,8]。市场上现有的仪器允许正确和定量的脚诊断。脚的形状是通过经典的印象盒获得的，而专用的3D或4D扫描仪分别用于实现静态或动态模式下的脚的虚拟几何形状。足底压力信息是通过鞋内压力传感器获得的
[36,35,32]，或通过baropodometric平台(例如Fscan System或Parotec)。仿真软件工具用于预测和可视化足底压力图、曲线和分布[10]。步态分析系统在矫形鞋的处方阶段也很有用。关于定制的鞋垫设计，基于cad的解决方案在市场上和文献上都有[18、17、22]。然而，这些工具在集成的过程中并不是相互关联的，因为它们基于不同的数据库和平台，它们不进行通信或交换数据，因此鞋垫开发过程缺乏有效的协作。
协作系统
集成协同系统的需要是主要工业部门广泛研究的课题。为了减少利益相关者之间的错误和误解，在一些科学著作中推广了网络化的协同设计和制造过程[12,20,11]。一些协作技术提供了一组一致的解决方案，以支持协作创建、管理、发布和使用整个产品和项目生命周期的信息，这些技术已经部署到不同的应用领域，包括体系结构、工程、构造和设施管理。这些协作系统允许人员、流程、业务系统和信息之间进行更有效的集成[31]。
涉众的集成还不足以创建协作环境。还需要考虑工具和设备集成。综合平台已经出现在多个领域。例如，在工程、建筑和建筑行业，使用bim服务器作为多学科协作平台的技术要求的理论框架已经开发[34]。此外，一些研究人员开发了协作建模和仿真平台，为多学科团队在互联网上创建、共享和集成仿真服务提供了一个集成的环境[40]。一个基于web的集成平台已经被实现来支持协同产品设计活动。它包括一个实时协作几何建模工具，虚拟和增强现实平台和协作决策工具[24]。对于面向服务的电子商务系统，已经提出了一个多模型驱动的协同开发平台，其中业务和技术顾问或工程师可以使用指定的视图进行协作[19]。针对制造系统的集成，提出了一种面向分布式制造代理的集成协同平台[38]。
在鞋类领域，一种协同设计的形式出现在运动领域，但它只专注于运动鞋的美观和舒适。联合设计工具包已开发为店内个性化服务，它允许收集顾客的个人数据，通过问卷和脚扫描，并选择一些模块化的选择，如鞋帮、颜色、中底和鞋垫[16]。阿迪达斯提供了一个机会，在专门的零售商店或在特定的活动中，以适合、功能和设计的方式创造个性化的鞋子[3]。这两种情况都是指股票鞋类行业。
在许多主题中，研究是必要的，比如消费者集成协同设计，以及通过一组新的网络设计和特殊设备重新配置的新(web)服务来集成和协调业务流程和信息交换[14]。此外，在鞋类领域，缺乏能够集成产品设计的数字工具:当今的参与者在过程中使用不同的、既不集成也不互操作的设计环境。在产品信息和订单管理水平上，主要缺乏的是:供应链层面上没有真正的整合[7]。为了在制鞋业中实现无缝的互操作性，已经做出了一些努力。为了支持中小型企业对定制产品设计和制造的非等级合作，我们开发了一个两层的操作基础设施[9]和一个创新的方法和信息通信技术平台[30]。另一个web平台，在文献中，提供了制作SolidWorks插件的机会，用于鞋子的设计，外部用户(小型工厂与鞋子生产链一致)，无需CAD自己的安装[6]。这两种解决方案都是面向制造商设计和生产的库存鞋。
对于矫形鞋(如糖尿病足)，个性化的过程包括最终用户与骨科技术人员的协作，以收集临床和主观的美学信息[15]。一个数字和基于网络的系统，允许选择鞋子模型和附加3D信息，已经开发用于定义和订购定制的治疗鞋类[5]。此平台与鞋楦设计的CAD软件相连接，但不考虑鞋垫设计的定制化。另一个针对糖尿病患者的鞋楦设计和定制的集成系统已经实现，结合了一个基于知识的系统，用于定义鞋类设计特征，以及用于最后生产个人的两个设计工具，以最大限度地减少溃疡的风险。在两个专用软件工具的相同环境中进行集成改进了数据交换，并确保了无缝的设计过程[4]。然而，这项研究并没有考虑到CMIs。
基于以上原因，CMI部门正在寻找以知识为基础的平台，主要面向足病医生，以跨越几何建模领域与医疗经验之间的文化障碍。平台的创新理念，在单一的配置过程中，从脚分析到鞋垫几何和材料的设置，都要以一种简单的方式帮助和驱动临床医生。因此，这种平台不仅要集成用于脚部诊断的系统，还要整合患者的意见和制造商的技能。为了构造知识和将参与者沿着价值链[7]进行集成，开发产品和流程的标准是可取的。基于知识的系统可以通过捕获、保留和重用设计知识来降低产品开发的时间和成本[39]。
这项工作的主要目标是将基于web的平台与开发过程中使用的现有设备和工具集成在一起(3D和4D扫描仪、baropodometric平台、3D CAD系统、鞋子交互目录和仿真软件工具)。这样，由于特定用户的接口，系统数据库同步和安全数据交换，避免了错误和误解，满足了参与者的需求。
3 定制的鞋垫开发过程
3.1 用户的角色和需求
矫形外科领域，包括足底矫形器，涉及到不同的行动者与特定的需要。在鞋垫开发过程中工作的干系人是最终的客户、临床医生、制造商和控制器。
最终的客户，即患者，是CMI的最终用户。该产品的设计符合患者的具体病理，为了对患者的健康有良好的影响，提供所有正常的日常活动的恢复和他的生活质量的全面提高[1]。定制的鞋子也必须既时尚又舒适。因此，患者希望在个性化产品的设计阶段和之后有更高的参与度。
临床医师负责给CMI开处方。他必须与最终用户互动，他希望有一个系统能够保证并向他们展示他所开的产品的重要性。该系统应提高临床医师的工作质量，不增加并发症。基于知识和用户友好的属性应该描述为处方所使用的系统。此外，临床医生还希望记录和控制病人的反馈，以便进行远程监测。
制造商负责生产CMI。从传统的设计系统(对手工的高度贡献)转向创新的系统，重要的是将鞋垫的设计过程定位于创新的制造系统(例如，可添加的制造技术)，从而实现高度个性化的产品。
控制员负责检查足病医生的工作。例如，他可以是国家卫生系统(NHS)，或者是一群骨科商店的负责人。经济危机正在推动研究新的方法和工具，以降低治疗慢性病的成本，例如与脚有关的疾病。通过远程照顾病人，避免住院，并通过训练他们达到健康的生活方式(适合他们在家里的疾病)，可以节省成本。另一方面，监测临床医生的工作也很重要，以减少医疗事故。
3.2 CMI开发流程的传统工作流
现在，CMI的处方、设计和生产过程包括几个步骤，这些步骤是基于当前的工业部门提供的仪器。对于足部诊断，足科医生分析病人的情况，收集临床病史并从不同的设备获得所有必要的足部数据。最常用的系统是三维扫描仪，用于静态扫描脚的形状，压力平台用于测量赤脚的足底压力，鞋内压力传感器收集压力信息和步态分析系统。这些都是标准系统。然而，像4D扫描仪这样的创新系统，用于动态扫描足部形状和模拟软件工具来预测足底压力分布，正成为临床医生使用的设备的一部分。
根据足部诊断所获得的信息，进行了鞋垫处方。临床医师配置鞋垫，然后打印并发送处方给制造业。在此，专业技术人员负责内底造型。根据足病医生的处方，技术人员对鞋垫进行了模拟。即使手工制作的鞋垫仍然存在，大多数技术人员使用专用的3D CAD系统设计鞋垫和相关的附件。事实上，现在许多CAD/CAM系统都可以用来制作定制的鞋垫，而只有很少的工具能够支持专家选择[21]。下面的步骤是制造技术工人(用于手工加工)或数控机床(用于先进的电子工艺)生产鞋垫。最后的产品，CMI，送到病人手中。
传统的CMI开发过程的主要问题可以总结为:患者在处方和使用CMI时没有完全参与。他希望了解他的健康状况和指定的鞋垫的重要性。没有任何软件系统可以对病理的进展给予反馈。因此，病人有义务去拜访临床医生，不仅是为了唯一的处方，而且是为了定期检查或万一出现问题。
CMI的处方仅仅是基于熟练的足病医生的经验，而不是基
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