不同壓力等級醫(yī)療襪下腿部共偶變形分析

劉 藝，王永榮，b，劉銀星，倪 軍

(東華大學 a.服裝與藝術設計學院; b.現(xiàn)代服裝設計與技術教育部重點實驗室，上海 200051)

在現(xiàn)代臨床應用中，醫(yī)療襪是治療下肢靜脈曲張的重要輔助醫(yī)療器械，其能夠對靜脈曲張起到手術和藥物作用以外的治療效果，并且能顯著預防下肢靜脈曲張的病發(fā)[1]。其經(jīng)過科學設計的漸進式壓力，由腳踝處向上漸次遞減，以收縮小腿肌肉并對血管腔加壓，加快血流速度，減少或驅走靜脈血在肢體遠端的淤滯和積聚，從而通過防止血液向下逆流而改善靜脈充血，保護靜脈瓣膜，以達到預防及治療的目的[2-3]。

壓力服裝的尺寸若小于人體的凈體尺寸，穿著到人體后將產(chǎn)生不同程度的拉伸變形。人體相應部位由于被束縛而產(chǎn)生一定的壓縮及形態(tài)變化，壓力服裝在與人體緊密貼合、相互作用中達到一種共同的形變程度，即定義為共偶變形[4]。醫(yī)療襪屬于壓力服裝范疇，其與人體腿部產(chǎn)生的共偶變形不僅與醫(yī)療襪的面料性能、結構有關，還與人體形態(tài)、解剖學結構以及皮膚和皮下組織的力學性能有關。

人體動作與身體運動所表現(xiàn)出的不同程度的骨骼、肌肉、皮膚變化都會直接影響服裝在人體上的附著形態(tài)，特別是作為第三運動特征的皮膚會隨著人體各部位形變產(chǎn)生不均勻的伸縮，并最終將這些形變傳遞到服裝上。因此，測量計算腿部各部位圍度的形變量，從而尋求適應這種變化的醫(yī)療襪的形態(tài)、結構和面料是醫(yī)療襪設計的關鍵[5]。對醫(yī)療襪結構進行優(yōu)化并選用適當?shù)拿媪希軌蛴行У靥岣哚t(yī)療襪的治療功能和穿著舒適性[6]。

醫(yī)療襪在壓力性能方面的研究，主要可以分為三類：一是從面料角度研究醫(yī)療襪的壓力性能; 二是通過人體形變表征醫(yī)療襪的壓力性能; 三是通過生理指標或靜脈變化來研究醫(yī)療襪的壓力性能。在第一類研究中，面料與人體體表接觸面的粗糙程度會影響到醫(yī)療襪與腿部的相對滑移量，進而會影響醫(yī)療襪對人體下肢的壓力大小[7]。醫(yī)療襪的面料屬于針織面料，從腳踝到大腿，線圈的排列密度逐漸降低，穿著中會產(chǎn)生38%～72%的變形[8]。從面料的張力、剪切剛度和彎曲度等方面分析估測接觸壓力[9]。第二類研究中，文獻[10]從表面壓強和形變來表征醫(yī)療襪人體共偶變形或醫(yī)療襪的壓力性能，文獻[11]則通過三維人體掃描非接觸式法研究醫(yī)療襪的壓力分布情況。文獻[12]研究發(fā)現(xiàn)，醫(yī)療襪的壓力與人體下肢表面的曲率呈正相關，且在相對靜止狀態(tài)下穿著相同等級的醫(yī)療襪，當拉伸條件相同時，曲率越大，則皮膚表面受到的壓力越大。在第三類研究中，針對穿著醫(yī)療襪下人體生理指標(如深耳道溫度、心率和血壓等)的變化進行監(jiān)測，結果表明，穿著醫(yī)療襪時除了心率和血壓在不同的壓力作用下發(fā)生變化，其余指標無明顯變化[13]。

國外對于壓力襪的研究始于20世紀90年代，而國內(nèi)開始得較晚，直至2000年后才出現(xiàn)關于這方面的研究報道，但研究的焦點都主要集中在壓力襪的治療效果上[14]，而對于醫(yī)療襪壓力分布和壓力對腿部皮膚和肌肉變形的研究尚處于起步階段。本文探究不同等級醫(yī)療襪在不同姿勢下對腿部不同部位圍度變化的影響，將有助于研究醫(yī)療襪的壓力分布及壓力襪對人體皮膚變形的影響，為產(chǎn)品設計師和醫(yī)師在開發(fā)和臨床應用醫(yī)療襪方面提供參考，為使用者選擇合適的醫(yī)療襪提供科學依據(jù)，還可為緊身類服裝的安全和舒適性設計提供理論依據(jù)。

1 試 驗

1.1 試驗測試對象

以6名在校女大學生為受測志愿者，標準的腿部測試位置如圖1所示。志愿者的身高為155～168 cm，體重為47～61 kg，其基本信息如表1所示。

圖1 標準腿部測試位置Fig.1 Standard test position of lower limb

表1 受測志愿者基本信息表Table 1 Anthropometric parameters of subjects cm

1.2 試驗用醫(yī)療襪

本文試驗選取醫(yī)院推薦的常用醫(yī)療襪品牌VARISAN，其為防滑型醫(yī)療襪，共分為3個壓力等級，基本信息如表2所示。

表2 醫(yī)療襪基本信息表Table 2 Basic information of medical stockings

1.3 測試方案

人體的姿勢變化和運動會使得某些部位發(fā)生變形和移位，導致局部受壓也發(fā)生變化[6]。此外，研究分析運動姿勢以及在各種姿勢下身體皮膚的變形是設計具有良好適體性功能服裝的必要前提[8]。因此，穿著醫(yī)療襪時不同姿勢下腿部的形變程度是本次試驗探究的重點。本文選取日常生活中的11個常用姿勢作為代表，測試志愿者穿著不同壓力等級醫(yī)療襪時在這11個姿勢下腿部不同位置的圍度尺寸變化。腿部測試姿勢以及姿勢標準如表3所示[9]。

表3 腿部測試姿勢及姿勢標準Table 3 Schematic illustration of different body postures

每名志愿者隨機穿著3個壓力等級的醫(yī)療襪，測量每名志愿者裸腿以及穿著3個不同等級的醫(yī)療襪的情況下11個姿勢、6個測量位置的圍度尺寸。

2 結果與分析

2級醫(yī)療襪下不同腿部位置在不同姿勢下的圍度變化如圖2所示。由圖2可知：當受測志愿者穿著2級醫(yī)療襪時，不同姿勢中膝圍的波動最大，其在靜臥屈膝時最大；膝下圍在踮腳站立時最大，正坐(即大腿與小腿的夾角為90°)時最小；小腿肚圍靜臥屈膝時最大，俯臥時最?。恢型葒?、腿肚下圍、踝骨圍在不同姿勢下沒有明顯波動。

中腿圍在不同姿勢和不同壓力等級醫(yī)療襪下的變化如圖3所示。由圖3可以看出，在所有姿勢下，中腿圍均在1級壓力醫(yī)療襪下最大，在2級和3級壓力醫(yī)療襪下比較相近，由此說明相比較于2級、3級壓力醫(yī)療襪，1級壓力醫(yī)療襪對中腿部位的共偶變形作用小。在大部分姿勢下，中腿圍在2級壓力醫(yī)療襪下大于3級壓力醫(yī)療襪，但是，在自然站立、右腳踮起、左腳踮起和彎腰站立姿勢中，中腿圍在3級壓力醫(yī)療襪下比穿著2級壓力醫(yī)療襪時反而稍大，說明醫(yī)療襪的壓力等級大到一定程度，對中腿部分的共偶變形作用不明顯。出現(xiàn)中腿圍在1級壓力醫(yī)療襪下比裸腿情況下還要大的原因可能有3個方面：(1)1級壓力醫(yī)療襪的厚度對圍度的影響大于醫(yī)療襪的壓力對中腿部共偶變形的影響; (2)受測志愿者穿著醫(yī)療襪方式的差異; (3)受測志愿者在穿著時向上拉拽醫(yī)療襪導致脂肪向上堆積。

圖2 2級醫(yī)療襪下不同腿部位置在不同姿勢下的圍度變化Fig.2 Circumferences of different sections along lower limbs comparisons beneath secondary medical stockings in different body postures

圖3 中腿圍在不同姿勢和不同等級醫(yī)療襪下的變化Fig.3 Medial thigh circumference comparisons beneath different pressure levels in different body postures

小腿肚圍在不同姿勢和不同壓力等級醫(yī)療襪下的變化如圖4所示。從圖4可以看出：在大部分姿勢下(除自然站立、伸腿坐姿及彎腰站立外)，小腿肚圍在2級壓力醫(yī)療襪下最大；在靜臥屈膝和靜臥時，不同等級壓力醫(yī)療襪下小腿肚圍差異最大，表現(xiàn)為1級壓力醫(yī)療襪下最小，2級壓力醫(yī)療襪下最大。

踝骨圍在不同姿勢和不同壓力等級醫(yī)療襪下的變化如圖5所示。從圖5可以看出，在足底用力(微蹲、自然站立、踮腳站立)的情況下，足與小腿間的角度為90°即自然站立時，在穿著同等級醫(yī)療襪下，踝骨圍最大。踝關節(jié)由距小腿關節(jié)和距下關節(jié)兩個獨立的關節(jié)組成，連接小腿與足部。距小腿關節(jié)由腓骨和脛骨下端與距骨的關節(jié)組成，脛骨和腓骨下端形成關節(jié)窩，以容納一個特殊的結構—距骨滑車[10]。由于滑車關節(jié)面前寬后窄，當足背屈時，較寬的前部進入窩內(nèi)，關節(jié)穩(wěn)定; 但在跖屈(足尖下垂，足背向小腿前面遠離為踝關節(jié)的屈，亦稱跖屈)時，如走下坡路時滑車較窄的后部進入窩內(nèi)，踝關節(jié)松動且能作側方運動。由于腳踝處相較于其他部位脂肪較少，基本由骨骼構成，所以醫(yī)療襪對其共偶變形的作用微乎其微，因此醫(yī)療襪的厚度和姿勢的變化對踝骨圍的大小起主導作用。

圖4 小腿肚圍在不同姿勢和不同壓力等級醫(yī)療襪下的變化Fig.4 Calf circumference comparisons beneath different pressure levels in different body postures

圖5 踝骨圍在不同姿勢和不同壓力等級醫(yī)療襪下的變化Fig.5 Ankle circumference comparisons beneath different pressure levels in different body postures

膝圍在不同姿勢和不同壓力等級醫(yī)療襪下的變化如圖6所示。由圖6可知，在同等級壓力襪下，均有膝圍在自然站立時最小，微蹲時次之，正坐時最大。由此可得，雙腳均完全著地(自然站立、微蹲、正坐)時，膝圍大小與大腿和小腿夾角呈負相關，即夾角越小，膝圍越大。膝關節(jié)同踝關節(jié)類似，基本由骨骼構成，所以醫(yī)療襪對其共偶變形的作用很小，醫(yī)療襪的厚度和姿勢的變化對膝圍的大小起主導作用。

圖6 膝圍在不同姿勢和不同壓力等級醫(yī)療襪下的變化Fig.6 Knee circumference comparisons beneath different pressure levels in different body postures

3 結 語

本文通過對腿部不同位置在不同姿勢和不同壓力等級醫(yī)療襪下圍度變化的探究，結果表明：2級和3級壓力醫(yī)療襪相對1級壓力壓療襪對中腿部分共偶變形作用明顯增大; 在足底用力的情況下(微蹲、自然站立、踮腳站立)，足與小腿間的角度為90°即自然站立時，踝骨圍越大; 雙腳均完全著地(自然站立、微蹲、正坐)時，膝圍大小與大腿和小腿夾角呈負相關，即夾角越小，膝圍越大。此次試驗在不同姿勢下皮膚形變的基礎上分析醫(yī)療襪下腿部的共偶變形，可為產(chǎn)品設計師和醫(yī)師在開發(fā)和應用舒適的功能性的醫(yī)療襪提供參考，還可為緊身類服裝的安全和舒適性設計提供理論依據(jù)。

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