Artículo de método

Fabricación de calcetería comprimida y medición de su característica de presión ejercida sobre las extremidades inferiores

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DOI:

10.3791/60852

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27 de mayo de 2020

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1School of Fashion Engineering, Shanghai University of Engineering Science, 2Textile Industrial Key Laboratory of Ergonomics and Functional Clothing, Shanghai University of Engineering Science, 3Sino-British Joint Lab for Smart Sportswear, Shanghai University of Engineering Science, 4College of Textiles, Donghua University

En este artículo

Resumen

Este artículo informa la fabricación, la estructura y la medición de la presión de la calcetería comprimida mediante el empleo de métodos directos e indirectos.

Resumen

Este artículo divulga la medida característica de la presión de la calcetería comprimida vía métodos directos e indirectos. En el método directo, se utiliza un sensor de interfaz para medir el valor de presión ejercido sobre las extremidades inferiores. En el método indirecto, se prueban los parámetros necesarios mencionados por el modelo de cono y cilindro para calcular el valor de presión. Los parámetros necesarios implican densidad del curso, densidad de Gales, circunferencia, longitud, grueso, tensión, y la deformación de la calcetería comprimida. En comparación con los resultados del método directo, el modelo de cono en el método indirecto es más adecuado para calcular el valor de presión porque el modelo de cono considera el cambio en el radio del miembro inferior de la rodilla al tobillo. De acuerdo con esta medida, la relación entre la fabricación, la estructura, y la presión se investiga más a fondo en este estudio. Encontramos que la graduación es la principal influencia que puede cambiar la densidad de Gales. Por otro lado, los motores elásticos afectan directamente a la densidad del curso y la circunferencia de las medias. Nuestro trabajo reportado proporciona la relación fabricación-estructura-presión y una guía de diseño para la calcetería comprimida gradualmente.

Introducción

La calcetería comprimida (CH) proporciona presión sobre el miembro inferior. Puede presionar la piel y cambiar aún más el radio de la vena. Así, la velocidad venosa del flujo de sangre se levanta cuando visten al paciente en calcetería comprimida. El CH y otras prendas comprimidas podrían mejorar la circulación venosa en los miembros inferiores1,2,3,4. El rendimiento terapéutico dependió de las características de presión delCH5. Se creía ampliamente que la materia prima y la estructura de CH tienen una gran influencia en las características de la presión de CH. El hilo de elastano en CH fue el principal responsable de las características de la presión según algunas investigaciones publicadas6. Por ejemplo, Chattopadhyay7 informó las características de presión de las telas elásticas circulares de punto ajustando la tensión de alimentación del hilo de elastano. Además, Ozbayraktar8 también determinó que la densidad del hilo de elastano aumentó mientras que la extensibilidad del CH disminuyó. Además, la longitud del lazo9,el patrón de punto9y la densidad lineal de los hilos7,10 también exhibieron los efectos sobre las características de presión.

Se presentó un modelo numérico para inspeccionar el mecanismo de generación de las características de presión del CH. Se utilizó la Ley de Laplace para predecir los valores de presión. Thomas11 introdujo la Ley de Laplace en la predicción de la presión mediante la combinación de presión, tensión y tamaño de las extremidades del cuerpo. Trabajo similar también fue reportado por Maklewska12. Para predecir con precisión los valores de presión ejercidos por el tejido, presentaron una ecuación semi-empírica que se compuso de la ecuación tensión-deformación ajustada y la Ley de Laplace. Además, el módulo de Young fue presentado por Leung13 para describir el alargamiento del CH.

Los estudios numéricos antes mencionados mostraron resultados experimentales desviados debido al desconocimiento del espesor del CH14. Además, algunos investigadores creían que el cilindro hipotético involucrado en la Ley de Laplace era inapropiado para describir las extremidades del cuerpo porque el radio de las extremidades inferiores desde el muslo hasta el tobillo no es constante, sino que disminuye gradualmente. Combinando la teoría del cilindro grueso y la Ley de Laplace, Dale14 y Al Khaburi15,16 respectivamente propusieron modelos numéricos para investigar la presión ejercida por el CH con múltiples capas. Sikka17 presentó un nuevo modelo de cono con un radio gradualmente disminuido desde el muslo hasta el tobillo.

Las características de presión intrínsecas al CH fueron difíciles de estudiar cuantitativamente porque la mayoría de los CHs experimentales en estudios anteriores generalmente se compraban comercialmente. Las influencias tales como patrón, hilo, materia prima eran incontrolables. Por lo tanto, en este estudio, los CHs experimentales fueron fabricados controllably en casa. Por otra parte, este estudio tiene como objetivo proporcionar dos métodos que implican el método directo y el método indirecto para medir las características de la presión. En el método directo, se coloca un sensor de interfaz(Tabla de materiales)entre la piel y los textiles para medir directamente el valor de presión. Por otro lado, en el método indirecto, se miden en primer lugar la tensión y algunos parámetros de estructura del apósito de muestra CH en el miembro inferior artificial. A continuación, los resultados se sustituyen en el modelo de cono y el modelo de cilindro para calcular el valor de presión. Los valores de presión obtenidos como resultado de los dos métodos se contrastan y analizan para encontrar un modelo más adecuado. Los métodos presentados proporcionan una guía para la medición experimental de la presión ejercida por la prenda comprimida.

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Protocolo

1. Fabricación de CH

  1. Programación
    1. Abra el software de almacenamiento STAT-Ds 615 MP y seleccione Tela simple para crear una nueva construcción de calcetín.
    2. Seleccione el siguiente contenido en orden: Doble roncha 1 alimentación, Transferencia sin patrón, Pierna médica simple de doble roncha 1 alimentación, Comience el talón de la pierna médica simple, Final del talón y pie médico liso , Comience el dedo del pie desde el pie llano 1f, Dedo del pie llano con rosso y clip, Liberación del calcetín sin dispositivode torneado , y Fin del calcetín. Presione el botón OK para completar el diseño del calcetín.
    3. Seleccione 200 para la aguja y exporte el archivo de programa a un disco flash USB.
    4. Cambie a Quasar para cambiar los parámetros de fabricación y haga clic en cualquier botón azul en la fila GRADUACIÓN para abrir una nueva ventana. Para fabricar el CH con una estructura diferente, introduzca 500 en las columnas Cilindro S y E y haga clic en Aceptar para completar la configuración.
    5. Haga clic en cualquiera de los botones azules de la fila ELASTIC MOTORS para abrir una nueva ventana e introduzca 800 en las filas WELT y en las columnas S y E del cilindro. En la fila Pierna médica, ingrese 800 en la columna S y 650 en la columna E. A continuación, introduzca 650 en la fila ANKLE y la columna S y E y haga clic en Aceptar para completar la configuración.
    6. Repita los pasos 1.1.4 y 1.1.5. Introduzca respectivamente 350 y 650 al ajustar GRADUACIÓN. Introduzca respectivamente 1000 y 1200 en la fila WELT y mantenga la fila ANKLE como 650 al ajustar ELASTIC MOTORS.
      NOTA: Los motores elásticos podrían controlar la tensión del hilo de elastano. El CH fabricado debe asegurarse de que la tirantez aumentó gradualmente de la rodilla al tobillo. Aquí, el número de motor elástico en el TOBILLO es fijo (650), mientras que el número de motor elástico en el WELT se cambia (800, 1000, 1200) para fabricar muestras de CH con diferente estanqueidad. La graduación podría controlar el tamaño del bucle de toda la muestra de CH. Los bucles más grandes generalmente resultan en un CH más flexible, mientras que los bucles más pequeños siempre generan una muestra de CH apretada. Por lo tanto, ingresamos respectivamente 350, 500 y 650 como la graduación. Finalmente, se generan archivos de programa con motores elásticos alterados y graduación.
  2. Tejer
    1. Prepare el hilo molido y el hilo de elastano en la máquina de fabricación de CH.
    2. Encienda el equipo, inserte el disco flash USB y seleccione el archivo de programa obtenido del paso 1.1.3. La máquina fabricará automáticamente la muestra ch. Numerar alfabéticamente estas muestras de la A a la I.
      NOTA: El Cuadro 1 muestra los parámetros de fabricación de estas muestras de CH.

2. Medición directa

NOTA: Todas las muestras de CH deben estar acondicionadas durante 24 h en un entorno atmosférico estándar (23 °C, 65% de humedad relativa [RH]) antes de la medición. Las muestras de CH se visten en el miembro inferior artificial para probar el valor de presión. Todas las mediciones deben realizarse tres veces para calcular el valor promedio y disminuir el error.

  1. Marque las líneas en la muestra ch.
    1. Coloque una muestra sobre una extremidad inferior artificial.
    2. Marque seis líneas circulares, espaciadas uniformemente, en los apósitos comprimidos de la muestra de la calcetería desde la rodilla hasta el tobillo. Numera estas líneas como línea 6, 5, 4.... Estas líneas dividen la muestra de CH en cinco partes, como se muestra en la Figura 1a.
  2. Medición de presión
    1. Para realizar una medición de presión, coloque los sensores de presión de interfaz bajo la parte 1 de la muestra de calcetería comprimida en las direcciones anterior, posterior, medial y lateral.
    2. En el software de medición, seleccione el puerto serie COM apropiado y establezca el valor de umbral mínimo como 0.
    3. Haga clic en Iniciar medición. El canal 1 ~ 4 en tiempo real mostrará los datos de presión
    4. Cuando la presión sea estable, haga clic en Detener medición. El software exportará automáticamente los datos de presión.
    5. Coloque los sensores de prensa de interfaz debajo de otras partes de la muestra de CH y repita los pasos 2.2.1−2.2.4.
  3. Después de la medición de presión de toda la muestra de CH, retire la muestra de CH y luego vista otra muestra de CH en el miembro inferior artificial para prepararse para la siguiente medición.

3. Medición indirecta

NOTA: Los experimentos aquí miden los parámetros necesarios del modelo de cono y cilindro. Estos parámetros contienen los parámetros de deformación y estructura del apósito y las muestras de CH desnudas, espesor, tensión. Todas las muestras de CH deben estar condicionadas durante 24 h en un entorno atmosférico estándar (23 °C, 65% HR) antes de la medición. Todas las mediciones deben realizarse tres veces para calcular el valor promedio y disminuir el error.

  1. Medición de parámetros de estructura de muestras de CH
    1. Coloque una muestra de CH en el miembro inferior artificial.
    2. Utilice una cinta métrica para medir la longitud total (L) de la muestra.
    3. Utilice un púscar para medir la densidad del curso y la densidad de Gales de cada parte dividida.
    4. Mida la circunferencia (c) de cada línea circular con cinta métrica. Luego, calcule la circunferencia (w) de cada parte dividida de la muestra CH promediando las circunferencias (c) de las líneas circulares vecinas.
    5. Cuando se hayan adquirido todas las mediciones de parámetros de estructura, retire la muestra de la extremidad. Y luego viste otra muestra en el miembro inferior artificial para prepararse para la próxima medición.
    6. Mida la circunferencia (c') de cada línea circular de una muestra de CH desnuda. Luego, calcule la circunferencia (w') de cada parte dividida de la muestra de CH promediando las circunferencias de las líneas circulares vecinas.
    7. Mida la densidad del curso y la densidad de Gales de la misma parte dividida de la muestra de CH desnuda.
  2. Medición del espesor
    1. Alisar una muestra de calcetería comprimida en la mesa redonda de acero del calibre de espesor.
    2. Encienda el medidor de espesor para dejar que otra ronda de acero caiga lentamente hacia abajo para presionar sobre la pieza de muestra. La pantalla mostrará los datos de espesor (t).
    3. Mueva la muestra y repita los pasos 3.2.1 y 3.2.2 para comprobar el grosor de otras piezas.
  3. Experimento de tracción
    1. Corte todas las muestras de CH a lo largo de las líneas de círculo marcadas.
    2. Sujete una pieza de muestra en el instrumento de prueba de tracción.
    3. Abra el software para el experimento de tracción, ingrese 5 N como la tensión inicial, 60 mm /, min como la velocidad de tracción y 200 mm como la longitud de tracción inicial. Mantenga la configuración predeterminada para los demás campos.
    4. Cuando se hayan establecido todos los parámetros de medición, haga clic en INICIAR para ejecutar el experimento de tracción automáticamente. El ordenador exportará el estrés y la tensión en tiempo real en la pantalla. El experimento de tracción se detendrá automáticamente cuando la pieza ch se rompa.
    5. A continuación, substituya la pieza de muestra rota por una nueva pieza de muestra para la siguiente ronda de pruebas y repita los pasos 3.3.3−3.3.4.

4. Cálculo teórico

NOTA: El modelo de cilindro y el modelo de cono se emplean en la medición indirecta para calcular la presión ejercida. Cada muestra de CH se separa en cinco partes desde la rodilla hasta el tobillo. En el modelo de cilindro, las extremidades humanas se describen como un cilindro con un radio constante, mientras que el radio de la extremidad es variable en el modelo de cono. Los diagramas esquemáticos se ilustran en la Figura 1b y la Figura 1c. Todos los pasos de cálculo se realizan en Matlab 2018a y el programa de cálculo se puede encontrar en el archivo de codificación suplementario.

  1. Modelo de cilindro
    1. De acuerdo con los resultados medidos obtenidos del paso 3.1.3−3.1.5, se calcula la diferencia de circunferencia (D) entre el CH vestido y el CH desvestido utilizando la siguiente ecuación:
      figure-protocol-1
      donde i es el número de piezas CH que está separado por líneas de círculo marcadas. Se numera según el número de línea del círculo.
    2. Ajustar la curva tensión-deformación obtenida en el paso 3.3.4 utilizando una ecuación lineal adecuada. La pendiente de la ecuación lineal es el módulo de tracción E.
    3. Calcular la tensión en el apósito CH(T)empleando la ecuación:
      figure-protocol-2
      NOTA: La Tabla suplementaria 1 muestra el módulo de tracción E y la tensión Toriginales obtenidos.
    4. Sobre la base del modelo de cilindro y la hipótesis de pared delgada15, expresar la presión ejercida de la pieza ch i como:
      figure-protocol-3
      donde r es el radio de la pieza dividida e igual a figure-protocol-4 , t es el espesor de la muestra de CH, y T es la tensión calculada a partir del paso 4.1.3.
    5. Calcular toda la presión ejercida de las piezas de CH siguiendo los pasos 4.1.1−4.1.4.
  2. Modelo de cono
    1. Calcular la presión ejercida de la pieza CH i mediante lasiguiente ecuación 14:
      figure-protocol-5
      donde rc es el radio de la línea del círculo e igual a , T es la tensión calculada a figure-protocol-6 partir del paso 4.1.3, l es la longitud de cada pieza dividida y puede calcularse por l = L/5 (aquí, L se mide siguiendo el paso 3.1.2).

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Resultados

La densidad del curso aumenta gradualmente desde la rodilla hasta el tobillo en la Figura 2a. Esto se explica por la influencia del motor elástico. Desde la rodilla hasta el tobillo, el aumento del motor elástico genera gradualmente una tensión creciente de la parte 5 a la parte 1 en el proceso de fabricación de CH. Por lo tanto, la muestra de CH se frapped gradualmente y el número de bucle por cm se incrementa en la dirección del curso. Las líneas experimentales de la F...

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Discusión

En este estudio, proporcionamos dos métodos para medir la presión ejercida de las muestras de CH y estos métodos se pueden utilizar para medir la presión ejercida de otros apósitos de prendas sobre la piel. En el método directo, la muestra de CH se viste en el miembro inferior artificial y el sensor de interfaz se coloca debajo de la muestra de CH. El valor de presión se puede mostrar en la pantalla utilizando el software de recopilación de datos. Para comparar con el método directo, también proporcionamos un método indi...

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Divulgaciones

Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

Los autores revelan la recepción del siguiente apoyo financiero para la investigación, la autoría y / o la publicación de este artículo: National Key R &D Program of China, Grants No. 2018YFC2000900, National Natural Science Foundation of China, Grants No. 11802171, Program for Professor of Special Appointment (Eastern Scholar) at Shanghai Institutions of Higher Learning, y el Talent Program of Shanghai University of Engineering Science.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Extremidad inferior artificialDayuan, Laizhou Electron Instrument Co., Ltd.YG065CSe utiliza para medir la resistencia de las medias. El estándar de prueba de empleo es ISO 13934-1-2013, mencionado en la sección 3.3
CH máquina de fabricaciónHongda, Co., Ltd.YG14NUtilizado para medir el grosor de las medias, el estándar de prueba es ISO 5084:1996, mencionado en la sección 3.2
Hilo de elastanoMathWorks, Co., Ltd.2018aSe utiliza para calcular la presión, mencionado esto en la sección 4.
Sensores de presión de interfaz FlexiForceQile, Co., Ltd.Y115BEstá compuesto por una lupa con una regla fija. Se utiliza para contar el número de bucles por cm en el CH fabricado, mencionado en los capítulos 3.1.3 y 3.1.7.
Software de medición FlexiForceSantoni, Co., Ltd.GOAL 615MPSe utiliza para la fabricación de medias, mencionado en la sección 1.2
Hilo molidoSantoni, Co., Ltd.Es un tipo de hilo recubierto que está compuesto por un 80% de caucho y un 20% de viscosa, mencionado en la sección 1.2.1
Matlab softwareSantoni, Co., Ltd.Es un tipo de hilo cubierto que está compuesto por un 30% de poliamida y un 70% de algodón, mencionado en la sección 1.2.1
Instrumento y software de pruebas mecánicasSantoni, Co., Ltd.GOAL 615MPSe utiliza para programar los parámetros de fabricación, mencionado en la sección 1.1
Pico de vidrioShenmei, Inc.F002Un femal artificial estándar con 160 cm de altura. El tamaño se acordó con el estándar chino GB 10000-1988. El femal artificial estaba hecho de madera contrachapada reforzada con vidrio y cubierta por tela. Mencionado en la sección 2.1.
STAT-Ds 615 MP software de almacenamientoTekscan, Inc.A201Se utiliza para medir la presión sobre la piel, mencionado en la sección 2.2.1
Medidor de espesorWeike, Co., Ltd.1lbsSe utiliza para registrar la presión, mencionada en la sección 2.2.2-2.2.4.

Referencias

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