【摘要】：下肢靜脈曲張是一種極為常見的血管類疾病,在世界范圍內有較高的發(fā)病幾率。醫(yī)用壓力襪是目前治療下肢靜脈疾病最為有效且方便的方法之一,針對不同程度的靜脈疾病有相應等級的壓力襪,其工作原理是通過穿著時的被動拉伸對腿部施加定量且遞減的壓力而使得靜脈血液能順利回流,防止淤血,確保下肢血液的良好循環(huán)。但是醫(yī)用壓力襪在滿足其治療效果的同時也存在一些實際應用中的問題,主要為穿著困難和長期穿著后的腿部不適感。這是因為壓力襪施加于腿部的壓力會產(chǎn)生較大的摩擦阻力,使得穿著過程極其不容易,尤其是對老年患者而言。另外,在治療期間患者長時間穿著壓力襪使得活動過程中腿部皮膚與壓力襪緊密接觸,汗液及頻繁的接觸摩擦會讓人體產(chǎn)生觸覺不適感,嚴重時甚至會造成皮膚的機械損傷,如:壓痕、擦破、水皰等。由此可見,造成這兩大使用問題的主要原因均與壓力襪與皮膚間的接觸摩擦作用相關。但是現(xiàn)有研究側重于對壓力襪的壓力及治療效果的研究。部分基于壓力襪的摩擦研究要么測試與金屬硬質探頭接觸時的摩擦,偏離實際接觸狀態(tài);要么忽略壓力襪的壓力等級與梯度的特殊結構;又或者僅研究自然狀態(tài)下的壓力襪摩擦性能,未考慮穿著時的拉伸以及長期穿著時的微汗甚至濕狀態(tài),并未深入探索壓力襪與皮膚接觸時的摩擦行為,對二者的接觸摩擦缺乏規(guī)律性的認識。鑒于目前醫(yī)用壓力襪與皮膚之間摩擦性能方面的研究不足,課題結合醫(yī)用壓力襪的特殊結構和功能特點,在皮膚摩擦學理論的基礎上,分別對不同壓力等級和部位、不同材料與底組織結構以及不同拉伸程度的壓力襪與皮膚接觸時的摩擦差異進行分析,在此基礎上進一步探索界面水分和表面形貌對壓力襪/皮膚摩擦性能的影響,旨在揭示醫(yī)用壓力襪與皮膚的接觸摩擦行為,為改善醫(yī)用壓力襪的穿著困難和舒適度低提供指導性意見。具體研究工作分為以下三部分:(1)針對壓力襪的功能特點(定壓且沿腿部方向壓力遞減)分析不同壓力等級和部位的壓力襪在不同環(huán)境(干、潮濕和濕態(tài))下的摩擦性能,研究發(fā)現(xiàn)不同壓力等級壓力襪的干摩擦系數(shù)無顯著差異,但踝關節(jié)摩擦系數(shù)較小腿部位略高,而濕摩擦系數(shù)則隨等級增大而減小,且踝關節(jié)要略小于小腿部位。從而構建出壓力襪的等級、部位與摩擦性能的影響關系。實驗選擇材料組成與結構相同的三種不同等級(1~3級)的壓力襪,分別使用兩個部位(踝關節(jié)和小腿)對應的壓力襪織物與皮膚模型在干、潮和濕態(tài)下進行離體摩擦實驗。結果顯示從干態(tài)到潮濕及濕態(tài)時,所得摩擦系數(shù)范圍依次為0.28~0.35、0.41~0.51、0.45~0.54,呈現(xiàn)依次增大的趨勢;在干態(tài)下,2級壓力襪的摩擦系數(shù)最高,但從統(tǒng)計角度看摩擦系數(shù)在三種壓力等級的壓力襪之間并無顯著差異;同時,踝關節(jié)的嵌入紗密度較小腿部位的大,導致實際接觸面積增加而使得摩擦系數(shù)略大,但在潮濕和濕態(tài)下,壓力等級越高,嵌入紗直徑越大,使得吸水空隙減小,則摩擦系數(shù)越小,與此同時,小腿部位相較于踝關節(jié)含有更多的空間來容納、積聚水分子,使得在接觸時皮膚或者皮膚模型更加柔軟,導致較大的微觀接觸面積,而使得小腿部位的摩擦系數(shù)也較大。(2)為了研究嵌入紗材料和底組織結構對壓力襪摩擦的影響,對比分析5種不同材料和底組織結構(1種傳統(tǒng),2種材料改變,2種底組織結構改變)的壓力襪在一定壓力范圍內的干、濕摩擦差異,結果證實嵌入紗材料中棉和Tencel纖維的加入以及改變后的緯平針底組織結構改善了壓力襪的水分吸收與傳導能力,使得壓力襪與皮膚的濕摩擦有效降低。選擇4位志愿者的前臂內側皮膚來替代小腿皮膚,它們分別與1種傳統(tǒng)和4種改進材料和底組織的壓力襪在0~10N間的接觸壓力下進行干、濕態(tài)的在體摩擦測試,比較摩擦系數(shù)的變化。結果顯示摩擦系數(shù)隨接觸壓力增大而減小,證實壓力襪的摩擦以粘附摩擦為主導機制;另外,各壓力襪的干摩擦系數(shù)無顯著差異;但在濕態(tài)下,嵌入紗中棉和Tencel纖維的加入使得摩擦系數(shù)大約減小30%,而改變后的緯平針底組織結構使得摩擦系數(shù)減小約60%。壓力襪的水份分布及傳導測試進一步證實嵌入紗材料和底組織結構的改變加強了壓力襪的水分吸收和傳導能力,使得二者的接觸界面保持相對干燥,從而有效降低壓力襪的濕摩擦。(3)結合醫(yī)用壓力襪在實際使用時的不同程度拉伸狀態(tài),并以此探索醫(yī)用壓力襪的表面形貌對壓力襪/皮膚的摩擦影響,進行了不同拉伸應變和拉伸方向下壓力襪與皮膚模型的摩擦測試。結果表明雖然不同拉伸率和拉伸方向下壓力襪試樣的表面形貌發(fā)生顯著改變,但是摩擦系數(shù)幾乎不變,揭示出不同拉伸應變的醫(yī)用壓力襪在拉伸與接觸壓縮時的接觸點個數(shù)和單個接觸點的真實接觸面積互為補償。根據(jù)實際應用對壓力襪進行不同程度(0%~75%)和方向(經(jīng)、緯向)的拉伸,使得壓力襪表面形貌發(fā)生系統(tǒng)且均勻的變化,并利用圖像技術對三維形貌圖像進行處理,分別提取高峰與低谷的高度差、兩嵌入紗的平均距離以及嵌入紗的曲率半徑三個形貌參數(shù)進行定量表征。實驗結果顯示,隨著經(jīng)向拉伸應變的增大,峰谷高度差增大了將近50%,同時兩嵌入紗的平均距離逐漸增大;當緯向逐漸拉伸時,峰谷高度差減少了40%,而兩嵌入紗之間的平均距離幾乎沒有變化;而嵌入紗的曲率半徑在經(jīng)緯拉伸方向上隨著拉伸率的增加而幾乎沒有發(fā)生變化。不同接觸壓力下的離體摩擦實驗表明各壓力襪的干摩擦系數(shù)在0.69到2.82之間,濕摩擦系數(shù)在0.95到5.1之間。同時,經(jīng)緯向拉伸的壓力襪摩擦系數(shù)范圍相當。當接觸壓力相同時,不同拉伸應變下的摩擦系數(shù)幾乎不變。隨后基于壓力襪的壓縮實驗建立了材料分數(shù)與壓縮深度的關系,并進一步建立兩種不同尺度下(圓柱體和圓形表面微凸體)的Hertz接觸模型,用于預測小變形下壓力襪與皮膚模型摩擦時的實際接觸面積。預測結果顯示,在不同拉伸率和拉伸方向下醫(yī)用壓力襪織物與PUR皮膚模型接觸時的實際接觸面積基本恒定。綜合以上研究,課題發(fā)現(xiàn)醫(yī)用壓力襪與皮膚的干、濕態(tài)接觸摩擦有較大差異,摩擦系數(shù)隨界面水分的增加而增大,之后逐漸趨于穩(wěn)定;同時,其摩擦系數(shù)亦隨接觸壓力的增大而減小,之后亦趨于穩(wěn)定,這一現(xiàn)象證實壓力襪的摩擦受粘附機制所主導。而且壓力襪的摩擦系數(shù)依賴于壓力襪的壓力等級、部位、材料和底組織,以及拉伸等設計參數(shù)。在干態(tài)下,壓力襪在不同壓力等級間,不同材料和底組織間,不同拉伸程度與方向間的摩擦系數(shù)無顯著差異,這主要是因為干態(tài)下的摩擦系數(shù)取決于壓力襪的表面形貌,相似的幾何結構造成幾乎恒定的實際接觸面積;而在潮濕及濕態(tài)下,摩擦系數(shù)則有較大差異,這是由于材料和組織空隙間的水分吸收和傳導能力不同,而導致接界面間的含水量有所差異而導致摩擦系數(shù)的變化。因此可以說通過降低接觸界面的水分,維持接觸面的干燥是減少壓力襪與皮膚接觸摩擦的有效途徑,該研究結果將有助于靜脈疾病患者對理想壓力襪的選擇和生產(chǎn)廠商對優(yōu)質壓力襪的開發(fā)和設計。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R543.6;TS106.67

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本文編號：2430025