扁平足是一种常见的足部畸形,常引起系列下肢问题,严重影响患者的生活质量。扁平足足弓系统异常的结构改变常常导致其生物力学特性的变化,引起足底压力的异常分布,进而导致局部的疼痛甚至骨折等。因此,本文聚焦于扁平足足弓系统的生物力学变化特点的深入分析,并在此基础上进行扁平足的仿生矫形器械与装置的研究,以期为扁平足的治疗方法创新提供重要的生物力学基础与技术参考。本文以人体扁平足为研究对象,分别基于足底压力测试、二维超声及剪切波弹性成像技术对不同运动状态下的扁平足的压力分布特征和足底筋膜材料力学特性进行了细致研究。在此基础上,结合有限元模型,对扁平足仿生矫形鞋垫进行了结构设计与参数优化。采用3D打印技术制备了扁平足仿生矫形鞋垫,并在此基础上进行了仿生矫形鞋垫的性能测试研究,主要研究内容和结论如下:（1）不同运动速度下的扁平足足底压力分布测试分析。采用平台式足底压力测试系统,分析了在慢速、常速和快速行走状态下扁平足的足底压力分布特征。研究发现,随着行走速度的增加,足底各区域的接触面积呈现减小趋势,而最大力、最大压强及平均压强等逐渐增大,提示扁平足患者快速行走时,足部损伤的几率增大,进而解析了不同行走速度下的柔性扁平足的足底压力分布规律,为扁平足损伤的预防和治疗提供了生物力学依据。（2）扁平足足底筋膜厚度及力学弹性模量分布的试验研究。基于超声B模式和SWE模式对不同位置的足底筋膜的厚度和杨氏模量进行研究。研究发现足底筋膜5个远端分支中第二、第三分支的厚度和杨氏模量大于其他三个分支;此外,足底筋膜的厚度和杨氏模量从跟骨附着端向远端逐渐减小,呈现一定的空间梯度变化。这种空间分布特征（不同区域不同杨氏模量）有助于为柔性扁平足有限元模型定义更精确的材料特性,以获得更有意义的仿真结果。同时,为扁平足足弓系统生物力学的深入研究提供了一定的依据。（3）基于足底筋膜角的扁平足在体无创辨识与分析。基于超声B模式对足底筋膜空间走向变化情况进行了研究,提出了足底筋膜角这一新概念,并基于足底筋膜角进行了扁平足的在体无创辨识研究。研究发现足底筋膜角与跟骨倾斜角之间具有良好的相关性。以跟骨倾斜角的诊断结果为金标准,采用足底筋膜角诊断扁平足的ROC曲线下面积为0.973,基于诊断界值（9.8°）的诊断敏感性和特异性分别为97.7%和94.1%,表明本文所提出的足底筋膜角这一参数是一种良好、有效的扁平足在体无创诊断方法。（4）扁平足足部有限元模型的建立与验证。应用Mimics、Geomagic、Solid Works等软件系统,构建了基于解剖学的精细足部骨骼及足部软组织三维实体模型。模型共包括30块骨、35块软骨、足底筋膜、足部软组织和87条韧带。基于三维实体模型,进行了静态足底压力的仿真计算。将仿真结果与足底压力测试结果进行了对比分析,结果表明,足部模型仿真计算结果与试验测试吻合较好,所构建三维实体模型合理、有效,可被用于相关参数的仿真预测和辅助分析。（5）扁平足仿生矫形鞋垫的设计制备及性能研究。基于健康足三维模型的足弓特征,设计了扁平足仿生矫形鞋垫模型,并利用有限元仿真结果验证了矫形鞋垫的功能有效性。基于健康足模型的足弓特征,选定了鞋垫设计优化的参数。通过正交试验设计,优化了试验方案,基于仿真结果,分析矫形鞋垫改善压力分布的主要因素,并确定鞋垫制备参数的最佳组合。最后基于3D打印技术,制备了仿生矫形鞋垫。性能测试结果表明,扁平足仿生矫形鞋垫可有效降低前足及足跟的峰值压力、峰值压强以及平均压强,同时,在改善扁平足导致的压力中心偏移方面具有一定的作用,进而肯定了扁平足仿生矫形鞋垫的矫形功能效果。