评估糖尿病患者鞋垫矫形材料物理和热舒适性的新方法

OrthoDesign西交假体设计2020-11-20 16:22:56

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参考文献:Lo W T, Yick K L, Ng S P, et al. New methods for evaluating physical and thermal comfort properties of orthotic materials used in insoles for patients with diabetes.[J]. Journal of Rehabilitation Research & Development, 2014, 51(2):311-324.

翻译:朱思尧

矫形鞋垫通常用于治疗糖尿病足以防止溃疡。选择合适的鞋垫材料对于有效的足部矫形治疗至关重要。香港理工大学Wai Ting Lo等开发了用于检查重要物理性质的测试方法,例如力减少和压缩性能,鞋垫 - 皮肤摩擦和剪切性能,以及制造材料的热舒适性。


方法

1. 测试材料

在这项研究中,经常用于生产糖尿病足鞋垫的七种类型的矫形材料,包括EVA和PE,来自当地医院的假肢和矫形器服务。泡沫规格的摘要见表1。

2.物理性质的评估

通过垂直回弹测量橡胶回弹性能的标准测试方法(ASTM D2632; ASTM International; West Conshohocken,Pennsylvania)。然后用Instron拉伸试验机(Instron,Model 4411; Norwood,Massachusetts)测量鞋垫材料的压缩应力。采用标准测试方法,国际标准化组织3386-1:1998,以确定压缩时的应力/应变特性。测量将测试材料压缩到指定变形所需的力,相对于初始厚度为40%。


3. 鞋垫 - 皮肤摩擦性能的评估

采用一种测量动态摩擦系数和剪切角的新方法来模拟脚的足底表面与鞋垫材料之间的接触状况。如图1所示,一个自重包裹在猪皮作为脚皮的接触面。通过测量整个组件连续滑动的峰值力,我们确定了鞋垫材料的动态摩擦系数。猪皮底部还标有垂直线。在确定摩擦系数期间整个组件移动时,测量倾斜到力方向的线的程度(图2)。剪切角定义为在峰值摩擦力和实验开始时改变的角度。


图1 测试开始时鞋垫材料的摩擦系数和剪切角测量的设备设置

图2 用于测量峰值摩擦力下的摩擦系数和剪切角的设备设置


4. 热舒适性的评价

测量鞋垫材料的回潮率和水蒸气透过率。共评估了12种不同厚度的材料。使用Mettler Toledo LJ16水分分析仪(Columbus,Ohio)在标准测试方法ASTM D1909下测量回潮率。使用标准测试方法ASTM E96检查鞋垫材料的水蒸汽渗透性。


结果

1. 鞋垫材料的力学性能

如图3,从样品B,D和F获得的曲线有些相似,每个都具有尖锐的峰值力和短的反应时间,它们具有良好的能量吸收和转化性能。然而,样品A,C,E和G表现出平坦的峰值曲线和相对长的反应时间。它们的低峰值力值和延长的时间间隔表明逐渐的力吸收和抵抗冲击力的能量缓冲。


图3 鞋垫材料的力吸收行为的力 - 时间图


2. 鞋垫 - 皮肤摩擦特性

具有高剪切角的材料也导致高摩擦系数,具有正的强线性关系。


图4 鞋垫和鞋垫 - 皮肤界面的摩擦系数和剪切角之间的关系


3. 鞋垫材料的热性能

图5 水蒸气渗透性和回潮率测试材料的百分比


讨论和结论

具有延长的脉冲时间要求的材料在抵消负载和缓冲方面表现出更好的性能。在皮肤上具有高摩擦力的材料导致高剪切载荷。Plastazote是最适应的材料。它具有最低的摩擦表面,这减少了在脚部皮肤上引起的剪切应力和最低的压缩应力,这表现出很高的顺应脚形的能力以及舒适性和透气性。Nora Lunalastike表现出中等硬度以提供可接受的耐久性,具有一定量的构造以缓解足底压力,可能最适合用于缓冲材料。

剪切性能评估的新方法可能能够客观地检查由鞋垫材料引起的剪切应力的大小。鞋垫材料的剪切应力结果似乎与摩擦系数明显相关。热舒适度数据为确定糖尿病患者用于矫形目的的材料的吸湿性和水蒸汽渗透性的性能提供了临床意义。

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