壓力醫(yī)療襪的壓力性能測試與評價

王永榮，秦潔云，王 敏，胡青云

(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)

壓力醫(yī)療襪的壓力性能測試與評價

王永榮a，b，秦潔云a，王 敏a，b，胡青云a

(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)

測試壓力醫(yī)療襪的壓力梯度分布和長時間穿著下的壓力衰減情況.結(jié)果表明：醫(yī)療襪從腳踝到大腿部位的線圈排列密度遞減，穿著中其變形率在38%～72%；人體穿著醫(yī)療襪狀態(tài)下，各圍度的前、后、內(nèi)側(cè)的壓力值從腳踝到大腿梯度減??；同一圍度，腳踝前、后、內(nèi)、外側(cè)位置的壓力分布差異較大，小腿和大腿圍度上壓力值相差不大；人臺穿著醫(yī)療襪4h，腳踝前側(cè)、小腿后側(cè)、小腿前側(cè)、大腿前側(cè)的壓力依次衰減了18%，22%，20%，和12%，但仍保持從腳踝到小腿再到大腿的壓力遞減的分布趨勢.

醫(yī)療襪；壓力衰減；壓力分布

壓力醫(yī)療襪是一種具有促進靜脈血液回流心臟功能的產(chǎn)品，其在腳踝部建立最高支撐壓力，順著腿部向上壓力逐漸遞減.壓力的這種遞減變化可使下肢靜脈血回流，有效地緩解或改善下肢靜脈和靜脈瓣膜所承受壓力.壓力醫(yī)療襪在預防和治療靜脈疾病方面的應用已經(jīng)有100多年的歷史，歐、美、日等發(fā)達國家對壓力醫(yī)療襪的應用非常普遍，而人體腿部靜脈疾病的高發(fā)病率使壓力醫(yī)療襪得到更廣泛的應用.相關數(shù)據(jù)顯示[1]，英國愛丁堡人口中40%的男性和32%的女性患有靜脈疾病,美國人口中60%受到腿部靜脈疾病的困擾.2012年中國有2億人口患有靜脈疾病，入院治療的人數(shù)已經(jīng)超過3 000萬.

精確的壓力大小、梯度分布和穿著時間是實現(xiàn)壓力醫(yī)療襪功能的關鍵.但調(diào)查結(jié)果表明，目前98%的醫(yī)療襪無法產(chǎn)生理想的壓力分布，且超過50%的產(chǎn)品產(chǎn)生反壓力分布[2-3].這些問題將會影響醫(yī)療襪臨床醫(yī)療效果，如：(1)壓力不充分，不能對目標區(qū)域施加有效的壓力或支撐；(2)壓力過大，產(chǎn)生止血帶效果，引起生理不舒適和損傷身體；(3)產(chǎn)生相反的壓力分布，阻礙靜脈回流，惡化靜脈疾?。?4)壓力性能不穩(wěn)定，達不到預期的效果.持續(xù)穩(wěn)定的壓力分布是壓力醫(yī)療襪應具有的重要品質(zhì).文獻[4]指出，在恒定的變形下，含有高百分比彈性紗線的針織物存在嚴重的應力衰減問題.文獻[5]證實服裝壓力隨著面料多次的拉伸-回復過程而衰減.文獻[6]測試了壓力繃帶的靜態(tài)和動態(tài)壓力疲勞，認為明確壓力衰減趨勢對于確定有效治療時間,以及評估壓力治療效果是非常重要的.

美國、德國等發(fā)達國家對壓力醫(yī)療襪的性能及壓力分級已有針對性的研究.歐洲標準委員會在2001年頒布了壓力醫(yī)療襪標準，根據(jù)在腳踝處產(chǎn)生的靜態(tài)壓力把壓力醫(yī)療襪劃分為4個等級，每個等級的梯度分布各不相同，用于治療不同程度的靜脈疾病[7].文獻[8]分別在人體和腿模上測試服裝壓力，首次提出實際人體上的壓力大小和分布應取代壓力等級作為醫(yī)療襪選擇的依據(jù).文獻[9]提出影響服裝壓力分布的因素包括織物性能、人體形態(tài)尺寸及服裝的變形率等因素.文獻[10]提出不同生產(chǎn)商供應的產(chǎn)品，即使標注為同一壓力等級，不同人穿著形成的壓力分布是不同的，靜脈疾病的治療療效也不同，所以要求明確穿著后的壓力分布狀態(tài).為此，本文從壓力醫(yī)療襪和人體腿部形態(tài)兩方面出發(fā)，測試壓力醫(yī)療襪在不同截面的線圈密度變化、穿著狀態(tài)下各截面的拉伸變形程度、人體上壓力梯度分布及長時間穿著下的壓力衰減趨勢，測試結(jié)果為壓力醫(yī)療襪梯度壓力分布形成機理及壓力性能優(yōu)化提供參考.

1 實 驗

本文分別測試壓力醫(yī)療襪在不同截面的線圈密度變化和穿著在人臺上的拉伸變形量，并進行人體穿著狀態(tài)下服裝壓力分布測試，在人臺上監(jiān)測長時間(4h)穿著下各部位服裝壓力分布的變化趨勢.

1.1 試樣

采用進口壓力醫(yī)療襪，款式為魚嘴開口過膝襪，壓力等級為3.059～4.256 kPa，尺寸為S號，成分為73%錦綸、27%彈性纖維.S號樣襪建議適用的人體尺寸：腳踝周長為19～21cm,小腿周長為29～34cm,大腿周長為39～44cm.

1.2 線圈密度與拉伸變形率測試

采用Fire Fly Model GT605E型無線電子顯微鏡進行密度測試，醫(yī)療襪在平放狀態(tài)下，從襪跟處開始，每隔2.5cm做標記，共選取18個截面，分別測試第1～18個部位的線圈排列密度，18個截面的位置示意圖如圖1所示.采用接觸式測試方法及卷尺測試醫(yī)療襪的各截面的圍度尺寸，包括醫(yī)療襪處于平放狀態(tài)下各截面的圍度尺寸(G1)和穿著在人臺上各個截面的圍度尺寸(G2)，醫(yī)療襪各截面的拉伸變形率計算如式(1)所示.

(1)

圖1 醫(yī)療襪標記Fig.1 Divisions on the medical stockings

1.3 壓力分布測試

采用日本AMI 3037型接觸式氣囊壓力測量系統(tǒng)，傳感器量程為0～35kPa，精度為±0.1kPa.

由于醫(yī)療襪施加于人體腿部的壓力在各個部位均有差異，為了確定各部位的具體壓力值，在人體上進行醫(yī)療襪的壓力測試.由于不同人體腿部形態(tài)差異大，使醫(yī)療襪處于不同的拉伸變形狀態(tài)，致使壓力分布差別大。因此，選擇一名在校女學生作為測試人體，其腿部尺寸如表1所示，與樣襪適用人體的腿部尺寸偏差為±2 cm.選取右腿部腳踝、小腿、大腿3個圍度上的多個部位進行壓力測定.在每個圍度上選取前、后、內(nèi)側(cè)、外側(cè)4個位置，共計12個位置進行壓力實驗，服裝壓力值取測量儀穩(wěn)定后2 min內(nèi)的平均值.

表1 人體和人臺的各部位圍度Table 1 The dimension size of human leg and mannequin cm

為了研究長時間穿著下醫(yī)療襪的各部位壓力變化趨勢，在人臺上進行壓力測試，考慮到人體長時間站立或坐姿一般不超過4h的生活習慣，監(jiān)測4h內(nèi)的壓力衰減情況，人臺上18個截面的圍度尺寸如表2所示.人臺上測試部位分別選取右腿腳踝前側(cè)、小腿前側(cè)、小腿后側(cè)及大腿前側(cè)4個部位.在壓力測試實驗中，選取的被測位置腳踝部位對應醫(yī)療襪平鋪2～3號截面之間，小腿最大圍度部位對應10號位置，大腿部位對應17～18號截面之間.測試系統(tǒng)及選取位置如圖2所示.

表2 人臺18個截面的圍度Table 2 The dimension size of 18parts on mannequin cm

圖2 人臺穿著醫(yī)療襪4h實驗過程圖Fig.2 The experiment process for pressure measurement on mannequin during a period of 4hours

2 結(jié)果與討論

2.1 線圈密度測定實驗結(jié)果與分析

醫(yī)療襪在平放狀態(tài)下各部位的橫密和縱密的測試結(jié)果如圖3所示.

圖3 醫(yī)療襪的線圈排列密度分布Fig.3 The loop density distribution on medical stockings

由圖3可以看出，醫(yī)療襪從腳跟部位到大腿部位，其線圈排列密度為縱密總是大于橫密，且在腳踝部位的橫密和縱密達到最大值，分別為143縱行/5cm和186橫列/5cm.從腳踝部位到大腿部位，醫(yī)療襪的橫密與縱密依次減小，至大腿處分別減小到73縱行/5cm和121橫列/5cm，且橫密的變化較大，大腿處的橫密約為腳踝部位的50%.醫(yī)療襪的線圈密度變化趨勢與其自腳踝到大腿部位逐漸降低的壓力分布一致，說明在醫(yī)療襪的織造中，控制工藝參數(shù)使織物的線圈密度發(fā)生改變是實現(xiàn)醫(yī)療襪壓力梯度分布的方法之一.

2.2 醫(yī)療襪拉伸變形率測定實驗結(jié)果與分析

根據(jù)式(1)計算醫(yī)療襪各截面在人臺上穿著前后的拉伸變形率，結(jié)果如圖4所示.由圖1可知，醫(yī)療襪在被穿著前，其各截面圍度沿腿部向上逐漸增大，在襪口下沿達到最大，平鋪時圍度為27.6 cm，最小為腳踝區(qū)域，圍度為14.4cm.由圖4可知，穿著在人臺上后，醫(yī)療襪18個截面產(chǎn)生不同程度的拉伸變形，變形率為38%～72%，其中在3號截面的腳踝區(qū)域變形率較大，達到70%，在小腿最大截面區(qū)域的醫(yī)療襪變形率為43%～46%，膝蓋部位的變形率較低，約為38%，隨后變形率逐漸增加.

圖4 醫(yī)療襪的變形率Fig.4 The deformation on medical stockings

2.3 人體穿著醫(yī)療襪時的壓力分布測試結(jié)果

影響醫(yī)療襪壓力分布的因素有很多，如人體骨骼結(jié)構(gòu)、皮下組織結(jié)構(gòu)和人體體型等.實驗發(fā)現(xiàn)，選取的腳踝圍度、小腿最大圍度和大腿圍度上前、后、內(nèi)側(cè)、外側(cè)4個位置的壓力分布均有差異.

人體穿著醫(yī)療襪時右腿部在腳踝、小腿、大腿3個圍度上前、后、內(nèi)、外側(cè)4個部位的服裝壓力分布如圖5所示.比較醫(yī)療襪前部的圍度尺寸可以得知，腳踝、小腿、大腿的壓力分別為4.74，3.45和1.89 kPa，符合壓力醫(yī)療襪的功能設計，即從腳踝到大腿部位的壓力遞減.在各圍度的后部、內(nèi)側(cè)也符合這樣的壓力遞減規(guī)律.但在醫(yī)療襪外側(cè)，測試的壓力最小值出現(xiàn)在腳踝處，壓力值為2.30kPa.這是因為外側(cè)的測試點選取在腳踝凸點的上方，腳踝的凸點影響到其上方的醫(yī)療襪與人體的接觸，使得此處的醫(yī)療襪壓力偏小.從同一圍度上來看，腳踝部位的壓力分布差異較大，差值達2.44kPa.而在小腿部位，小腿前側(cè)所受到的壓力值最大，但其前、后、內(nèi)、外側(cè)4處位置所受到的壓力值相差不大，在0.60kPa 以內(nèi).在大腿部位，其后側(cè)所受到的壓力要大于其他位置.

圖5 人體上醫(yī)療襪的壓力分布Fig.5 The pressure distribution of medical stockings on a real human leg

2.4 人臺上長時間穿著時的壓力分布測試結(jié)果

選取腳踝前側(cè)、小腿后側(cè)、小腿前側(cè)、大腿前側(cè)4個測試部位，在人臺上穿著壓力醫(yī)療襪4h內(nèi)，腿部各部位壓力分布的測試結(jié)果如圖6所示.由圖6可以看出，在4h的測試時間內(nèi)，各測試部位的壓力值都有一定程度的衰減，但仍保持從腳踝到小腿再到大腿的壓力逐漸減小的分布趨勢.通過計算可知，經(jīng)4h穿著后，腳踝前側(cè)、小腿后側(cè)、小腿前側(cè)、大腿前側(cè)的壓力依次減少了0.88，0.95，0.70和0.33 kPa，相對于各部位的初始壓力依次衰減了18%，22%，20%和12%.小腿后側(cè)的壓力衰減值最大，這與小腿后側(cè)的形態(tài)及曲率半徑有關.

圖6 人臺上穿著醫(yī)療襪4h壓力分布變化Fig.6 The pressure fatigue of medical stockings on mannequin

對人體和人臺上對應測試點的服裝壓力大小進行對比，結(jié)果如圖7所示,其中人臺上測試的醫(yī)療襪壓力取測試前2 min內(nèi)壓力的平均值.由圖7可以看出，人臺上測試的醫(yī)療襪壓力在腳踝前側(cè)、小腿前側(cè)、小腿后側(cè)及大腿前側(cè)部位均大于在人體上的壓力值，且在小腿后側(cè)和大腿前側(cè)的壓力值相差較大.根據(jù)表1可知，人臺的小腿圍度要大于人體小腿，因而醫(yī)療襪穿著在人臺上時的拉伸變形率更大，意味著壓力值更大.另外，由于人體皮膚和皮下組織具有壓縮性，使得測試傳感器有一定的內(nèi)凹，因而監(jiān)測到的壓力值偏小.

圖7 人體和人臺上壓力分布對比Fig.7 Comparison of the pressure distribution between human leg and mannequin

3 結(jié) 語

本文測試了壓力醫(yī)療襪在未穿著狀態(tài)下不同截面的線圈排列密度變化，穿著狀態(tài)下各截面的拉伸變形程度，人體上服裝壓力梯度分布及人臺上長時間穿著下的壓力衰減趨勢，主要結(jié)論如下所述.

(1) 壓力醫(yī)療襪從腳踝部位到大腿部位的橫密和縱密逐漸遞減，這與穿著狀態(tài)下的壓力分布規(guī)律一致，說明在上機織造時，通過喂入紗線長度控制相應部位密度是實現(xiàn)壓力醫(yī)療襪功能設計的方法之一.通過穿著在人臺上的醫(yī)療襪18個截面圍度測試，計算得出變形率在38%～72%.在腳踝區(qū)域變形率較大達到70%，在小腿最大截面區(qū)域的變形率在43%～46%，膝蓋部位的變形率較低在38%左右，大腿部位變形率逐漸增加到72%.

(2) 在人體穿著醫(yī)療襪狀態(tài)下測試了腳踝、小腿、大腿圍度上多部位的壓力分布.在各圍度的前、后、內(nèi)側(cè)的壓力值符合壓力醫(yī)療襪的功能設計，即從腳踝到大腿部位的壓力遞減.在同一圍度上看，腳踝部位前、后、內(nèi)、外側(cè)位置的壓力分布差異較大，壓力差值達到2.44kPa，在小腿圍度上和大腿圍度上各位置所受到的壓力值相差不大.

(3) 在人臺上穿著醫(yī)療襪4h，測試各個部位的壓力值.結(jié)果表明各個部位的壓力值都有一定的衰減，但仍保持從腳踝到小腿再到大腿的壓力逐漸減小的分布趨勢.通過計算可知，在腳踝前側(cè)、小腿后側(cè)、小腿前側(cè)、大腿前側(cè)的4h穿著后的壓力相對于其初始值依次衰減了18%，22%，20%和12%.由此可見，在醫(yī)療襪穿著中，各部位壓力值不能保持恒定，因此，應進一步確認在長時間穿著醫(yī)療襪中，壓力衰減對醫(yī)療效果的影響.

[1] LONDON N J M,NASH R.ABC of arterial and venous disease-varicose veins[J].British Medical Journal,2000,320:1262-1265.

[2] MACINTYRE L,BAIRD M.Pressure garments for use in the treatment of hypertrophic scars:A review of the problems associated with their use[J].Burns,2006,32(1):10-15.

[3] MACINTYRE L,BAIRD M.Pressure garments for use in the treatment of hypertrophic scars:An evaluation of current construction techniques in NHS hospitals[J].Burns,2005,31(1):11-14.

[5] YAMADA T,MATSUO M,Clothing pressure of knitted fabrics estimated in relation to tensile load under extension and recovery processes by simultaneous measurements [J].Textile Research Journal,2009,79(11):1021-1033.

[6] KUMAR B,DAS A,ALAGIRUSAMY R.An approach to examine dynamic behavior of medical compression bandage[J].Journal of the Textile Institute,2013,104(5):521-529.

[7] European Committee for Standardization (CEN).DINVENV12718-2001Medical Compression Hosiery[S].

[8] PARTSCH H,PARTSCH B,BRAUN W.Interface pressure and stiffness of ready-made compression stockings:Comparison of in vivo and in vitro measurements[J].Journal of Vascular Surgery,2006,44:809-914.

[9] FADHEL J,MEHDI S,MORCHED C.Factors influencing the pressure exerted by a compressive knit[J].Journal of Textile Science and Engineer,2012,2(6):122-127.

[10] PARTSCH H.Compression therapy:Clinical and experimental evidence[J].Annals of Vascular Diseases,2012,5(4):416-422.

Evaluation and Measurement of the Pressure Performance of Medical Stockings

WANGYong-ronga,b,QINJie-yuna,WANGMina,b,HUQing-yuna

(a.Fashion and Art Design Institute；b.Key Laboratory of Clothing Design and Technology，Ministry of Education，Donghua University，Shanghai 200051，China)

The interface pressure distribution and pressure fatigue of medical stockings during a period of time are measured.The results show that the density is decreasing from ankle to thigh,and the deformation at different position is varied of 38%-72%.Wearing on a real human leg,the measured pressure values on anterior,posterior and medial of leg are decreasing from ankle to thigh,at the same position,the pressure distribution on ankle is quite different among its anterior,posterior,medial and lateral,little different of pressure distribution on calf and thigh.Wearing on mannequin for a period of 4hours,the pressure values on ankle anterior,calf posterior,calf anterior and thigh anterior decrease by 18%,22%,20%,and 12%,respectively.However,the decreased trend of interface pressure from ankle to thigh is kept.

medical stockings; pressure decay; pressure distribution

1671-0444(2015)01-0048-05

2013-10-21

中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金資助項目；東華大學國家/上海市大學生創(chuàng)新性項目(201310255039，201410255020)

王永榮(1983—)，女，內(nèi)蒙古赤峰人，講師，博士，研究方向為服裝功能性及舒適性.E-mail：yrwang@dhu.edu.cn

TS 941.7

A