医用压力袜/腿部接触共偶变形与压力分布、传递机理研究

At present, venous disease is a common health problem in the world, the medical compression stockings are the most effective un-wound way to prevent and cure such diseases. However, unclear mechanism of pressure treatment as well as unstable pressure of compression stockings are two key bottle necks on clinical care. The project is a basic scientific research on the coupled deformation and pressure interaction between compression stockings and leg based on non-contact 3D scanning & medical imaging technology, finite element method and experiments. The topics can be summarized as follows: Clarify the structural characteristics and mechanical properties of stockings and human leg, establish the coupled deformation during interaction between stockings and leg; Develop a biomechanical model including a multi-section stockings and a multi-layer leg, theoretically analyze pressure distribution and its radial transmission phenomena by numerical simulation; Investigate the effect of fabric properties & processing parameters, garment structures and human parameters on the pressure distribution and radical transmission of compression stockings. The research findings will be helpful to update the pressure medical theory and clinical treatment, optimize the design of new functional and comfortable compression stockings.

腿部静脉疾病是世界人口面临的普遍健康问题，压力袜是无创预防和治疗该类疾病的唯一有效途径。然而，其压力治疗机理目前尚不明确以及压力袜压力性能不稳定是限制临床疗效的主要瓶颈。本项目拟通过非接触式三维扫描和医学影像技术、有限元数值模拟和实验测试对医用压力袜/腿部交互作用下共偶变形特征和压力分布及径向传递规律进行基础科学研究。具体内容包括：阐明压力袜和腿部的构成要素、结构特征和力学属性，建立压力袜/腿部接触相互作用下共偶变形的表征方法；构建多段压力袜和多层结构的腿部有限元模型并进行数值模拟，确立医用压力袜/腿部交互作用过程的生物力学现象及共偶变形潜存规律的基础理论；揭示织物属性和织造参数、服装结构、人体特性等复杂耦合多因素对接触压力的影响机制。研究成果将有助于完善压力医疗理论、指导临床治疗和为压力袜的功能性、舒适性优化、交互设计探索新方向。

腿部静脉疾病是世界人口面临的普遍健康问题，压力袜是无创预防和治疗该类疾病的唯一 有效途径。然而，其压力治疗机理目前尚不明确以及压力袜压力性能不稳定是限制临床疗效的主要瓶颈。本项目通过非接触式三维扫描和CT医学影像技术、有限元数值模拟和实验测试对医用压力袜/腿部交互作用下共偶变形特征和压力分布及径向传递规律进行基础科学研究。具体内容包括：（1）建立三维“压力袜-下肢”有限元模型，得到下肢模型表面压力分布。过程如下：通过CT扫描获取受试者下肢多个截面图像，建立腿部三维刚性有限元模型；自行设计拉伸实验测试，获得压力袜各段材料参数，包括弹性模量和泊松比，结合压力袜尺寸、密度和厚度，建立压力袜有限元壳单元模型。模拟结果与测量结果对比表明该模型具有一定有效性。（2）依据CT图像建立多层次、二维有限元模型，输出结果为二维有限元截面的应力分布。通过各截面内部应力分布，并结合有限元的分析步和各截面节点的压力变化，分析压力传递过程，探究各截面在不同压力等级时的压力传递机制。（3）分析“压力袜-下肢”共偶变形，通过有限元输出各截面上点的位移，结合该点所受压力，得到压力与位移的函数关系，拟合下肢形变与压力袜拉伸应变之间的函数关系。通过对下肢各截面的分区和测量，分别计算各截面在不同压力等级下的周长变化与分配以及面积变化与分配。（4）压力袜设计与压力性能定量表达。进行多种组织结构试织与测试，利用Lonati袜机进行织物管试织，使用MST压力测量仪进行压力测试；确定各组织结构压力大小与袜机参数（三角、针筒位置和送纱速度）的关系，得出压力各参数的数学关系模型。研究成果有助于完善压力医疗理论、指导临床治疗和为压力袜的功能性、舒适性优化、交互设计探索新方向。