Fabricação de Hosiery Comprimido e Medição de sua Característica de Pressão Exercida sobre os Membros Inferiores

Summary

Este artigo relata a fabricação, estrutura e aferição de pressão de hosiery comprimido, utilizando métodos diretos e indiretos.

Abstract

Este artigo relata a medição característica da pressão do hosiery comprimido através de métodos diretos e indiretos. No método direto, um sensor de interface é usado para medir o valor de pressão exercido nos membros inferiores. No método indireto, os parâmetros necessários mencionados pelo modelo cone e cilindro são testados para calcular o valor da pressão. Os parâmetros necessários envolvem densidade de curso, densidade de gales, circunferência, comprimento, espessura, tensão e deformação do hosiery comprimido. Em comparação com os resultados do método direto, o modelo de cone no método indireto é mais adequado para calcular o valor da pressão, pois o modelo de cone considera a mudança no raio do membro inferior do joelho para o tornozelo. Com base nessa medida, a relação entre fabricação, estrutura e pressão é mais aprofundada neste estudo. Descobrimos que a graduação é a principal influência que pode mudar a densidade do País de Gales. Por outro lado, os motores elásticos afetam diretamente a densidade do curso e a circunferência das meias. Nosso trabalho relatado fornece a relação estrutura-pressão de fabricação e um guia de design para hosiery gradualmente comprimido.

Introduction

O hosiery comprimido (CH) fornece pressão sobre o membro inferior. Pode pressionar a pele e mudar ainda mais o raio da veia. Assim, a velocidade de fluxo sanguíneo venoso é elevada quando o paciente está vestido com hosiery comprimido. CH e outras roupas compactadas poderiam melhorar a circulação venosa nos membros inferiores^1,2,3,4. O desempenho terapêutico dependia das características de pressão do CH⁵. Acreditava-se amplamente que a matéria-prima e a estrutura ch têm uma grande influência nas características de pressão do CH. O fio de elastano no CH foi o principal responsável pelas características de pressão de acordo com algumas pesquisas publicadas⁶. Por exemplo, o Chattopadhyay⁷ relatou as características de pressão dos tecidos de malha circular, ajustando a tensão de alimentação dos fios de elastano. Além disso, Ozbayraktar⁸ também determinou que a densidade dos fios de elastano aumentou enquanto a extensibilidade do CH diminuiu. Além disso, o comprimento do loop^9,o padrão de malha⁹e a densidade linear dos fios^7,10 também apresentaram os efeitos sobre as características de pressão.

Um modelo numérico foi apresentado para inspecionar o mecanismo de geração das características de pressão da Lei de Laplace foi utilizado para prever os valores de pressão. Thomas¹¹ introduziu a Lei de Laplace na previsão de pressão combinando pressão, tensão e tamanho do membro do corpo. Trabalho semelhante também foi relatado por Maklewska¹². Para prever precisamente os valores de pressão exercidos pelo tecido, eles apresentaram uma equação semi-empírica que era composta pela equação de tensão de estresse e lei de Laplace. Além disso, o módulo de Young foi apresentado por Leung¹³ para descrever o alongamento do CH.

Os estudos numéricos acima mencionados mostraram resultados experimentais desviados devido à ignorância da espessura do CH¹⁴. Além disso, alguns pesquisadores acreditavam que o cilindro hipotético envolvido na Lei de Laplace era inapropriado para descrever os membros do corpo porque o raio dos membros inferiores da coxa para o tornozelo não é constante, mas diminui gradualmente. Combinando a teoria do cilindro grosso e a Lei de Laplace, Dale¹⁴ e Al Khaburi¹⁵,^{16, respectivamente,} propuseram modelos numéricos para investigar a pressão exercida pelo CH com múltiplas camadas. Sikka¹⁷ apresentou um novo modelo de cone com um raio gradualmente diminuído da coxa para o tornozelo.

As características de pressão intrínsecas ao CH foram difíceis de estudar quantitativamente porque a maioria dos CHs experimentais em estudos anteriores foram geralmente adquiridas comercialmente. As influências como padrão, fios, matéria-prima eram incontroláveis. Portanto, neste estudo, os CHs experimentais foram controlavelmente fabricados em casa. Além disso, este estudo tem como objetivo fornecer dois métodos envolvendo método direto e método indireto para medir as características de pressão. No método direto, um sensor de interface (Tabela de Materiais) é colocado entre a pele e os têxteis para medir diretamente o valor da pressão. Por outro lado, no método indireto, a tensão e alguns parâmetros estruturais do curativo da amostra de CH no membro inferior artificial são medidos em primeiro lugar. Em seguida, os resultados são substituídos no modelo cone e no modelo do cilindro para calcular o valor da pressão. Os valores de pressão obtidos como resultado dos dois métodos são contrastados e analisados para encontrar um modelo mais adequado. Os métodos apresentados fornecem uma diretriz para a medição experimental da pressão exercida pela peça compactada.

Protocol

1. Fabricação de CH

1. Programação
   1. Abra o software de meia STAT-Ds de 615 MP e selecione o tecido Simples para criar uma nova construção de meias.
   2. Selecione os seguintes conteúdos em ordem: Alimentação de duas vergões 1, Transferência sem padrão, Perna médica simples de alimentação de duas vergões, Iniciar salto da perna médica simples, Extremidade do calcanhar e pé médico simples, Iniciar o dedo do pé 1f, dedão liso com rosso e clipe, soltar meia sem dispositivode giro , e Fim da meia. Pressione o botão OK para completar o design da meia.
   3. Selecione 200 para a Agulha e exporte o arquivo do programa para um disco flash USB.
   4. Mude para Quasar para alterar os parâmetros de fabricação e clique em qualquer botão azul na linha GRADUAÇÃO para abrir uma nova janela. Para fabricar o CH com estrutura diferente, digite 500 nas colunas Cilindro S e E e clique em OK para concluir a configuração.
   5. Clique em qualquer um dos botões azuis na linha ELASTIC MOTORS para abrir uma nova janela e digite 800 nas linhas WELT e nas colunas Cilindro S e E. Na linha de perna Médica, digite 800 na coluna S e 650 na coluna E. Em seguida, digite 650 na linha ANKLE e na coluna S e E e clique em OK para concluir a configuração.
   6. Repetir as etapas 1.1.4 e 1.1.5. Respectivamente, entre 350 e 650 ao ajustar a GRADUAÇÃO. Respectivamente, entre 1000 e 1200 na linha WELT, e mantenha a linha TORNOZELO como 650 ao ajustar motores ELÁSTICOS.
      NOTA: Os motores elásticos podem controlar a tensão do fio elastano. Ch fabricado deve garantir que o aperto aumente gradualmente do joelho ao tornozelo. Aqui, o número do motor elástico no TORNOZELO é fixo (650), enquanto o número elástico do motor no WELT é alterado (800, 1000, 1200) para fabricar amostras de CH com aperto diferente. A graduação poderia controlar o tamanho do loop de toda a amostra ch. Loops maiores geralmente resultam em CH mais soltos, enquanto laços menores sempre geram uma amostra ch apertada. Assim, respectivamente, insumo 350, 500 e 650 como graduação. Finalmente, são gerados arquivos do programa com motores elásticos alterados e graduação.
2. Tricô
   1. Prepare os fios moído e o fio elastano na máquina de fabricação ch.
   2. Ligue a máquina, insira o disco flash USB e selecione o arquivo do programa obtido a partir da etapa 1.1.3. A máquina fabricará automaticamente a amostra CH. Em ordem alfabética, essas amostras de A para I.
      NOTA: A tabela 1 exibe os parâmetros de fabricação dessas amostras de CH.

2. Medição direta

NOTA: Todas as amostras de CH devem ser condicionadas por 24 h em ambiente atmosférico padrão (23 °C, 65% de umidade relativa [RH]) antes da medição. As amostras ch estão vestidas no membro inferior artificial para testar o valor da pressão. Todas as medições devem ser realizadas três vezes para calcular o valor médio e diminuir o erro.

1. Marque as linhas na amostra ch.
   1. Coloque uma amostra em um membro inferior artificial.
   2. Marque seis, uniformemente espaçadas, linhas circulares nos curativos comprimidos da amostra de hosiery do joelho ao tornozelo. Numerar essas linhas como linha 6, 5, 4.... Estas linhas dividem a amostra ch em cinco partes, como mostrado na Figura 1a.
2. Medição de pressão
   1. Para realizar uma medição de pressão, coloque os sensores de pressão da interface sob a parte 1 da amostra de hosiery comprimido nas direções anterior, posterior, medial e lateral.
   2. No software de medição, selecione a com de porta serial apropriada e defina o valor mínimo de limite como 0.
   3. Clique em Iniciar a medição. O canal 1~4 em tempo real exibirá os dados de pressão
   4. Quando a pressão estiver estável, clique em "Stop Measurement". O software exportará automaticamente os dados de pressão.
   5. Coloque os sensores de pressão da interface sob outras partes da amostra CH e repita as etapas 2.2.1−2.2.4.
3. Após a medição da pressão de toda a amostra ch, remova a amostra ch e, em seguida, vista outra amostra ch no membro inferior artificial para se preparar para a próxima medição.

3. Medição indireta

NOTA: Os experimentos aqui medem os parâmetros necessários do modelo de cone e cilindro. Esses parâmetros contêm os parâmetros de deformação e estrutura das amostras de CH de curativo e despidas, espessura, tensão. Todas as amostras de CH devem ser condicionadas por 24 h em ambiente atmosférico padrão (23 °C, 65% RH) antes da medição. Todas as medições devem ser realizadas três vezes para calcular o valor médio e diminuir o erro.

1. Medição do parâmetro da estrutura das amostras de CH
   1. Coloque uma amostra ch no membro inferior artificial.
   2. Use uma fita de medição para medir o comprimento total (L) da amostra.
   3. Use um copo de picareta para medir a densidade do curso e a densidade de Gales de cada parte dividida.
   4. Meça a circunferência (c) de cada linha de círculo com fita de medição. Em seguida, calcule a circunferência (w) de cada parte dividida da amostra ch, com a média das circunferências (c) das linhas do círculo vizinho.
   5. Quando todas as medidas do parâmetro da estrutura tiverem sido adquiridas, remova a amostra do membro. E então vista outra amostra no membro inferior artificial para se preparar para a próxima medição.
   6. Meça a circunferência (c') de cada linha de círculo de uma amostra ch despida. Em seguida, calcule a circunferência (w') de cada parte dividida da amostra de CH, com uma média das circunferências das linhas do círculo vizinho.
   7. Meça a densidade do curso e a densidade do país de gales da mesma parte dividida da amostra ch despida.
2. Medição da espessura
   1. Suavize uma amostra de hosiery comprimido na mesa redonda de aço do medidor de espessura.
   2. Ligue o medidor de espessura para deixar outra rodada de aço cair lentamente para pressionar a peça de amostra. A tela exibirá os dados de espessura (t).
   3. Mova a amostra e repita as etapas 3.2.1 e 3.2.2 para testar a espessura de outras partes.
3. Experimento de tração
   1. Corte todas as amostras de CH ao longo das linhas de círculo marcadas.
   2. Fixar uma amostra no instrumento de teste de tração.
   3. Abra o software para experimento de tração, insira 5 N como tensão inicial, 60 mm/,min como a velocidade da tração e 200 mm como o comprimento inicial da tração. Mantenha a configuração padrão para os outros campos.
   4. Quando todos os parâmetros de medição tiverem sido definidos, clique em INICIAR para executar o experimento de tração automaticamente. O computador exportará estresse e tensão em tempo real na tela. O experimento de tração pára automaticamente quando a peça CH estiver quebrada.
   5. Em seguida, substitua a amostra quebrada por uma nova amostra para a próxima rodada de testes e repita as etapas 3.3.3−3.3.4.

4. Cálculo teórico

NOTA: O modelo de cilindro e o modelo cone são empregados na medição indireta para calcular a pressão exercida. Cada amostra ch é separada em cinco partes do joelho até o tornozelo. No modelo do cilindro, os membros humanos são descritos como um cilindro com um raio constante, enquanto o raio do membro é variável no modelo cone. Os diagramas esquemáticos são ilustrados na Figura 1b e Figura 1c. Todas as etapas de cálculo são realizadas no Matlab 2018a e o programa de cálculo pode ser encontrado no Arquivo de Codificação Suplementar.

1. Modelo de cilindro
   1. De acordo com os resultados medidos obtidos a partir da etapa 3.1.3-3.1.5, calcule a diferença de circunferência (D)entre o CH vestido e o CH despido usando a seguinte equação:
      
      onde eu é o número de peça ch que é separada por linhas de círculo marcadas. Está numerado de acordo com o número da linha do círculo.
   2. Ajuste a curva de tensão obtida na etapa 3.3.4 usando uma equação linear apropriada. A inclinação da equação linear é o módulo de tração E.
   3. Calcule a tensão no curativo CH(T)empregando a equação:
      
      NOTA: A Tabela Suplementar 1 exibe o módulo de tração original obtido E e a tensão T.
   4. Com base no modelo do cilindro e na suposição de parede fina^15,expresse a pressão exercida da peça CH i como:
      
      onde r é o raio de parte dividida e é igual a , t é a espessura da amostra ch, e T é a tensão calculada a partir da etapa 4.1.3.
   5. Calcule toda a pressão exercida das peças ch seguindo as etapas 4.1.1−4.1.4.
2. Modelo cone
   1. Calcule a pressão exercida da peça CH i pela seguinte equação¹⁴:
      
      onde r_c é o raio da linha de círculo e é igual a , T é a tensão calculada a partir da etapa 4.1.3, l é o comprimento de cada peça dividida e pode ser calculado por l = L/5 (aqui, L é medido seguindo o passo 3.1.2).

Representative Results

A densidade do curso aumenta gradualmente do joelho para o tornozelo na Figura 2a. Isso é explicado pela influência do motor elástico. Do joelho ao tornozelo, o motor elástico aumentado gradualmente gera tensão crescente da parte 5 para a parte 1 no processo de fabricação de CH. Assim, a amostra ch é gradualmente frapped e o número de loop por cm é aumentado na direção do curso. As linhas experimentais na Figura 2b podem ser divididas em três grupos: ABC, DEF, GHI. O Grupo ABC é fabricado com o menor valor de graduação e obtém a maior densidade de gales, enquanto o grupo GHI é produzido pelo maior valor de graduação e obtém a menor densidade de gales. No processo de fabricação, a graduação afeta a profundidade de afundamento da agulha. A profundidade de afundamento maior gerará laços mais longos, e o número de loop por cm ao longo da direção de comprimento diminuirá. Assim, as amostras ch fabricadas com o maior valor de graduação demonstram a menor densidade de Gales e vice-versa. A Figura 2c e a Figura 2d exibem a circunferência das partes divididas na amostra ch despida e vestida.

Para investigar a influência da fabricação na estrutura, a ANOVA é empregada para analisar os dados e os resultados estão listados na Tabela 2. O sig. na Tabela 2 representa o nível de significância que descreve a influência. Os dados mostraram que o uso de um motor elástico tem um efeito significativo sobre a circunferência e a densidade do curso das partes divididas. Enquanto, exerce um efeito significativo sobre a densidade do País de Gales. Os detalhes dos parâmetros da estrutura podem ser encontrados na Tabela Suplementar 2.

Aqui podem ser observados dados de pressão representativos obtidos a partir de medidas diretas e indiretas na Figura 3. Da parte 1 à parte 5 (do tornozelo ao joelho), a magnitude de pressão exercida de todas as amostras de CH diminui gradualmente. É evidente que as medidas do modelo de cilindro se desviaram ligeiramente das medições diretas, indicando que os dados de pressão previstos do modelo do cilindro são inconsistentes com a pressão medida. Enquanto, comparando com a pressão medida, o modelo de cone demonstra boa concordância. Para estudar quantitativamente as diferenças entre os modelos de cone e cilindro, o método de correlação de Spearman é usado para analisar todos os dados(Figura 4). O coeficiente de correlação entre o modelo de cone e a pressão medida é de 0,9914, que é superior a 0,9221 que representa o coeficiente de correlação entre o modelo do cilindro e a pressão medida. Portanto, o modelo de cone é um modelo melhor para prever a característica de pressão do que o modelo do cilindro. Todas as pressões medidas e previstas poderiam ser encontradas na Tabela Suplementar 3 e Tabela Suplementar 4.

Figura 1: O modelo numérico do membro inferior. (a) As cinco partes separadas divididas por seis linhas de círculo no membro inferior,(b) o modelo de membro inferior descrito pelo modelo do cilindro e (c) o modelo de membro inferior descrito pelo modelo cone. Este número foi modificado a partir de Zhang et al.¹⁸. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Medição da estrutura de CH. (a) Densidade do curso, (b) densidade de gales, (c) circunferência de partes divididas no CH original, e (d) circunferência de partes divididas no CH que se usa. A barra de erro representa o desvio padrão dos dados. Este número foi modificado a partir de Zhang et al.¹⁸. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Valores de pressão medidos e calculados. ○ = resultados medidos, Δ = modelo de cilindro e * = modelo de cone. Este número foi modificado a partir de Zhang et al.¹⁸. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: Correlação entre os valores de pressão medidos e calculados. Este número foi modificado a partir de Zhang et al.¹⁸. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Amostras de CH	Graduação	Motores elásticos (do círculo 6 ao círculo 1)	Fineza de fio elastane (tex)
Um	350	650-800	190
B	350	650-1.000	155
C	350	650-1.200	130
D	500	650-800	155
E	500	650-1.000	130
F	500	650-1.200	190
G	650	650-800	130
H	650	650-1.000	190
Eu	650	650-1.200	155

Tabela 1: Parâmetros de fabricação das amostras de CH.

	Graduação	Motores elásticos	Fineza de fio elastane
Sig. Densidade cruzada	0.0459	0.0302	0.2238
Densidade de Sig. Gales	0.0025	0.1435	0.2652
Sig. Circunferência	0.0529	0.0466	0.1071

Tabela 2: Resultados ANOVA para exibir os efeitos dos parâmetros de fabricação na estrutura ch.

Tabela suplementar 1: Os parâmetros obtidos tensão (N) e módulo de tração (kPa). Clique aqui para baixar esta tabela.

Tabela Suplementar 2: Os dados medidos dos parâmetros da estrutura. Clique aqui para baixar esta tabela.

Tabela Suplementar 3: Características de pressão medida (kPa). Clique aqui para baixar esta tabela.

Tabela Suplementar 4: Resultado previsto de pressão do modelo de cilindro e modelo de cone (kPa). Clique aqui para baixar esta tabela.

Arquivo de codificação suplementar. Clique aqui para baixar este arquivo.

Discussion

Neste estudo, fornecemos dois métodos para medir a pressão exercida das amostras de CH e esses métodos podem ser usados para medir a pressão exercida de outros curativos de vestuário na pele. No método direto, a amostra CH é vestida no membro inferior artificial e o sensor de interface é colocado sob a amostra CH. O valor de pressão pode ser exibido na tela usando o software de coleta de dados. Para comparar com o método direto, também fornecemos um método indireto. Duas teorias envolvendo o modelo do cilindro e o modelo de cone são empregadas para calcular a pressão. Para obter a distribuição de pressão, a amostra ch é separada em cinco partes marcando seis linhas de círculo espaçadas uniformemente(Figura 1a). Os parâmetros necessários da estrutura, incluindo densidade do curso, densidade de gales, comprimento, circunferência e espessura são medidos em cada parte ch vestida no membro inferior artificial, bem como em cada parte ch despida. Para obter a distribuição do módulo de tração, a amostra ch é cortada em cinco pedaços ao longo das linhas de círculo e cada peça é estendida no experimento de tração até que seja quebrada. Combinados com o módulo de tração e parâmetros de estrutura, são fornecidos os valores de pressão calculados pelo modelo cone e pelo modelo do cilindro.

Demonstramos também a análise de correlação entre o método direto e o método indireto(Figura 4). A análise de correlação confirma que o modelo de cone é um modelo melhor para prever as características de pressão do que o modelo do cilindro devido à mudança no raio do membro no modelo cone. Assim, o modelo de cone pode ser empregado para prever efetivamente a distribuição de pressão de uma peça de vestuário comprimido. Os métodos mencionados neste artigo também fornecem ideias experimentais e um guia para a medição da pressão do vestuário comprimido.

Além disso, fabricamos as amostras ch em vez de comprar comercialmente. Assim, podemos explorar ainda mais a relação entre a estrutura ch e sua fabricação. No software da máquina de fabricação de meias, ajustamos a Graduação e a Elastic Motors para alterar a estrutura do CH final. A graduação é definida como 350, 500 e 650; A Elastic Motors é definida como 650-800, 650-1.000 e 650-1.200 (verruga-tornozelo). Fios de elastano com 130, 155, 190 tex são usados no processo de tricô. Os parâmetros de fabricação estão listados na Tabela 1. Através do método ANOVA, a influência dos parâmetros de fabricação na estrutura é investigada. Devido ao limite da condição experimental, outros valores de Graduação e Motores Elásticos não são empregados e os fios com outras fineza também não são aplicados. Estudaremos melhor os detalhes de cada parâmetro de fabricação no futuro. O método e os resultados correspondentes apresentados neste trabalho têm significados experimentais no campo do tricô.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Artificial lower limb	Dayuan, Laizhou Electron Instrument Co., Ltd.	YG065C	Used for measuring the strength of stockings. The employing test standard is ISO 13934-1-2013, metioned this in section 3.3
CH fabrication machine	Hongda, Co., Ltd.	YG14N	Used for measuring the thickness of stockings, the test standard is ISO 5084:1996, metioned this in section 3.2
Elastane yarn	MathWorks, Co., Ltd.	2018a	Used for calculating the pressure, mentioned this in section 4.
FlexiForce interface pressure sensors	Qile, Co., Ltd.	Y115B	It is composed of magnifying glass with a fixed ruler. Used for counting the loops number per cm in the fabricated CH, metioned this in the sction 3.1.3 and 3.1.7.
FlexiForce measurement software	Santoni, Co., Ltd.	GOAL 615MP	Used for fabricating stockings, metioned this in section 1.2
Ground yarn	Santoni, Co., Ltd.		It is a kind of coverd yarn which is composed of 80% rubber and 20% viscose, metioned this in section 1.2.1
Matlab software	Santoni, Co., Ltd.		It is a kind of coverd yarn which is composed of 30% polyamide and 70% cotton, metioned this in section 1.2.1
Mechanical testing instrument and software	Santoni, Co., Ltd.	GOAL 615MP	Used for programing the fabrication parameters, metioned this in section.1.1
Pick glass	Shenmei, Inc.	F002	A standard artificial femal with 160 cm height. The size was consited with Chinese Standard GB 10000-1988. The artificial femal was made by glass-reinforced plywood and covered by fabric. Mentioned this in section 2.1.
STAT-Ds 615 MP stocking software	Tekscan, Inc.	A201	Used for measuring the pressure on the skin, metioned this in section 2.2.1
Thickness gauge	Weike, Co., Ltd.	1lbs	Used for recording the pressure, metioned this in section 2.2.2-2.2.4.