Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Медицинский текстиль


Нетканых, искусственных и композицион. материалов/Медицинский текстиль/Компрессионное цельновязаное изделие для лечения варикозного расширения вен

Компрессионное цельновязаное изделие для лечения варикозного расширения вен

27 октября 2008
Технический текстиль №17, 2008

Окс Александр Борисович
Окс Борис Савельевич


Варикозное расширением вен возникает при необратимом изменении венозных стенок и клапанного аппарата  и сопровождается расстройствами кровообращения, болевыми симптомами и другими нарушениями функции гемодинамики. Наиболее часто варикозному расширению подвергаются поверхностные вены нижних конечностей.  Для лечения варикозного расширения вен нижних конечностей широко применяют компрессионные изделия, создающие давление на надфасциальные вены. Изделия служат для ускорения венозного тока, тем самым предотвращая и уменьшая отечные явления в конечностях, что существенно снижает опасность присоединения воспалительных изменений. Компрессионные изделия позволяют осуществлять профилактику быстрого прогрессирования варикоза.

При создании компрессионного цельновязаного изделия важно правильно определить давление, которое необходимо оказывать на патологический участок. Одним из современных способов определения требуемого давления, создаваемого изделием на поверхностные вены нижних конечностей на различных ее участках в поперечном сечении, является  Duplex-scanner, при котором требуемое давление со стороны оболочки определяется в зависимости от объема и скорости венозного тока, так чтобы созданное давление соответствовало требуемой скорости и объему венозного тока практически здорового организма.

Объем и скорость движения венозного тока в большей степени зависит от возраста, пола больного и степени развития у него варикозного заболевания. Известно, что объем крови в кровеносной системе нижних конечностей у здорового человека составляет 15 - 18% от общего количества крови, а при варикозном заболевании объем крови в нижних конечностях увеличивается до 25 - 30%, таким образом более или менее значительные нарушения венозного кровообращения отражаются на функции всей сердечно-сосудистой системы 1. При варикозном расширении вен нижних конечностей умеренной или ярко выраженной хронической венозной недостаточности после хирургического удаления вен или их склерозирования медики рекомендуют создать следующее распределение давления по участкам компрессионного цельновязанного изделия: участок шейки паголенка - 22 мм.рт.ст., сужение паголенка (до уровня серединной линии по участку мышцы голени m. gastrocnemius ) - 21 мм.рт.ст., участок паголенка - 19 мм.рт.ст 2.

В настоящее время разработаны различные лечебные изделия, дифференциация давления в которых достигается благодаря изменению плотности вязания и выбора базового переплетения, изменением технологического режима прокладываемых дополнительных высокоэластичных нитей, выбранных тексов нитей и варьированием других параметров. Наиболее известны разработки специалистов из Великобритании 3, Франции 5, России 6, Италии 7. Известные цельновязаные изделия выполненные в виде трубчатой оболочки, компрессионное воздействие в которых определяется функцией от структурных показателей оболочки, а именно от длины нити в петле (ℓ) базового переплетения, натяжения дополнительных эластомерных нитей, например: футерной, уточной, платировочной, а также с учетом выбора текса нитей. Согласно указанным параметрам рассчитывают технологическую карту и задают программу вязания изделия для чулочных одноцилиндровых или двухцилиндровых автоматов.

Все известные выпускаемые компрессионные цельновязаные лечебные изделия обладают определенным распределением рекомендованного давления по участкам изделия. Следует отметить, что после изготовления цельновязаного изделия контроль созданного давления проводится на рабочей модели из жесткого материала 8. Такую конструкцию принято считать неподатливой (абсолютно жесткой) и она не позволяет учесть реальные взаимодействия оболочки чулка и ноги пациента при их совместной работе, так как модули жесткости материала реальной биологической модели ноги пациента на несколько порядков меньше чем у стальной контрольной модели. Анализируя распределение давлений при одних и тех же геометрических параметрах оболочки чулка на поверхности контакта со стальной контрольной конструкцией, будем иметь давление выше, чем на поверхности реальной биологической модели ноги благодаря ее податливости. Для улучшения терапевтического эффекта при изготовлении оболочки чулка желательно учитывать реальное совместное взаимодействие оболочки чулка и биологической модели ноги.

При наличии варикозного расширения вен или ее патологий в ряде случаев возникает необходимость иметь изделие, в котором компрессия может быть достигнута на локальном участке, создание компрессии на конкретное узловое образование, либо вдоль протяжения вены на конкретном участке. До настоящего времени неизвестны разработки цельновязаного изделия, в котором компрессия достигнута на локальном участке, либо вдоль протяжения вены на конкретном участке.

Наиболее близким по технической сущности является компрессионное цельновязанное изделие для лечения варикозного расширения вен, имеющее голенный участок, стопный участки и лодыжечное сужение, изготовленное трикотажным переплетением с длиной нити ℓ, модулем петли σi  базового переплетения и длиной футерной нити ф; при этом изделие выработано с дифференциальной эластичностью от участка к участку и давление по участкам изделия выявлено на рабочей модели 9. Участки оболочки в указанном изделии образованы с одной основной нитью из натуральных или синтетических волокон и дополнительной эластичной нитью. Различие эластичности по участкам достигается изменением процентного содержания полиуретановой нити в трикотажном изделии и плотности вязания базового переплетения. Однако данное изделие не позволяет получить в процессе вязания заданные распределения давления по локальным участкам изделия согласно медицинским требованиям. Кроме того, в нем не учтен механизм взаимодействия оболочки изделия и биологической ноги пациента при их совместной работе, что снижает эффективность терапевтического воздействия.

Целью предлагаемого исследования  является повышение  эффективности терапевтического воздействия при разработке цельновязанного изделия, в котором компрессия достигается на локальном участке, либо вдоль протяжения вены на конкретном участке. При этом при расчете участков изделия учтен механизм взаимодействия оболочки изделия и биологической модели ноги при их совместной работе.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в компрессионном цельновязаном изделии для лечения варикозного расширения вен давление создается на локальном участке в каждой узловой точке оболочки изделия. В качестве рабочей модели использована биологическая модель ноги с жесткостью биологических тканей, определенных для каждого участка модели ноги, Давление в каждой точке оболочки изделия определено с учетом структурных и физико-механических характеристик каждого участка изделия, рассчитанных для реальных геометрических и биомеханических параметров материала биологической модели ноги, исходя из напряженно-деформированного состояния при анализе взаимодействия модели ноги с оболочкой чулком (рис.1), (рис.2).

При этом, длина нити ℓ в петле для каждого участка оболочки в базовом переплетении, выражена через линейный модуль петли σi, футерная нить прокладывается в каждом ряду, длина эластичной футерной нити ф  рассчитана в зависимости от ее натяжения, а давление в каждом участке оболочки определено через функционал давления, зависящий от матрицы жесткости [ К ] материала биологической модели и перемещений {q} узловых точек на соответствующих участках в глобальной системе координат и выражено зависимостью

                                         _      _
Ψ (E; m1 (σ);  fh (c)) = ([K]);  {q}), где

  • Ψ (E; m1 (σ);  fh (c)) - функционал давления оболочки;
  • Е - модуль продольной упругости, характеризующий жесткость материала оболочки при деформации;
  • m1 (σ) - функция длины нити в петле базового переплетения в зависимости от линейного модуля петли;
  • fh (c) - функция длины футерной нити в петле в зависимости от ее натяжения;
     _
  • [K]  -  матрица жесткости материала биологической модели;
      _
  • {q} - перемещения узловых точек на соответствующих участках в глобальной системе координат.

В силу различных структурных показателей оболочки по участкам изделия и для дальнейшего расчета напряжения в оболочке чулке механические показатели Еi,j - модуль упругости, Gi,j - сдвиговой модуль упругости и коэффициент Пуассона - μi,j соответствующих участков определяли экспериментально, где i,j - оси ортогональной системы координат, по которым действует соответствующая компонента. Жесткость материала биологической модели ноги и геометрические параметры также определяли экспериментально.

Для математического описания физико-механических свойств материалов каждого элемента рассматриваемой конструкции (биологической модели ноги и оболочки- чулка) были проведены исследования по определению механических характеристик этих материалов с учетом биологических особенностей материалов ноги (кости, мышцы) и особенностей материала чулка (синтетические нити), также учтены индивидуальные геометрические параметры элементов всей конструкции и их взаимодействие при совместной работе. Использовался метод конечных элементов, который является наиболее эффективным при математическом моделировании напряженно-деформированного состояния оболочки чулка и биологической модели ноги и при анализе их взаимодействия в зависимости от физико-механических характеристик их материалов.

Согласно этому методу предварительно составили расчетную схему для произвольного конечного элемента. Для отдельно взятого конечного элемента жесткость определялась как

Кi = Ei,j ۰F e

  • К; - жесткость отдельного конечного элемента;
  • Ei,j  - модуль продольной упругости для отдельного i конечного элемента ( i = 1,2,3...n ) в j направлении (j= 1,2 );
  • n - число всех конечных элементов рассматриваемой конструкции;
  • Fe - площадь поперечного сечения модели на уровне рассматриваемого конечного элемента.

Для рассматриваемого типа краевых задач была использована эквивалентная вариационная формулировка, которая основана на принципе виртуальных перемещений 17, требующая выполнения только геометрических граничных условий.

Для любой точки внутри произвольного конечного элемента вектор перемещений имеет вид:

{ui} = [Ni] {qi}

  • {ui} - вектор перемещений (он имеет размерность 2x1 для плоской и 3x1 для объемной задач);
  • {qi} - вектор узловых перемещений;
  • [Ni] - матрица функций форм (ее компоненты являются функциями координат).

Размерность матрицы [Ni] и вектора {qi} зависит от числа степеней свободы элемента. Если известны перемещения во всех точках элемента, то в них можно определить и деформации. Они находятся из соотношений Коши:

i}=[Bi] {qi}

  • [Bi] - матрица, получающаяся дифференцированием элементов матрицы [Ni].

Связь между напряжениями и деформациями принимаем из обобщенного закона Гука:

i} = [Di]  {εi}.

  • [Di] - матрица упругих констант.

Основное уравнение равновесия для i - конечного элемента получим на основе принципа  виртуальной работы.

D [ki] {qi} = {fi}, [ki] = ∫[Bi]T [Di][Bi] dv.
                                 V

Здесь [кi] - симметричная матрица жесткости элемента в локальной системе координат;  {fi}- вектор узловых сил элемента, соответствующих узловым перемещениям {qi}, он складывается из вектора сил, обусловленного объемными силами, и вектора сил, обусловленного поверхностными силами, а также из вектора сил, обусловленного дискретными узловыми силами. В общем случае вектор узловых сил {fi} включает еще вектор сил, обусловленный начальными деформациями и начальными напряжениями.

В глобальной системе координат после суммирования по всем конечным элементам матрицу жесткости можно представить в виде:

  _
[k] = [T]T [k] [T],

где [Т] - матрица преобразования перемещений для элемента из локальной системы координат {q} в глобальную:  

  _
{q} = [T] {q}.

Далее элементы складываются в конструкцию,  и формируется общая матрица  [K] жесткости для всей конструкции в глобальной системе координат, а также вектор усилий для всей конструкции F. Таким образом получаем уравнение равновесия для всей конструкции в глобальной системе координат, решая которое находим давление в оболочке чулке на поверхности контакта с моделью ногой как результат давления оказываемого на оболочку-чулок со стороны модели ноги:

        _    _
 σ = F ([K]; {q}).

Трикотажное цельновязаное чулочное изделие было выработано на круглочулочном автомате 34 кл. с диаметром игольного цилиндра 3 3/4".

Чулочное изделие при расчете рассматривали в законченном виде, расчетные размеры каждого участка определяли в соответствии со стандартом на измерения фигур для проектирования чулочно-носочных изделий массового ассортимента. Длину нити в петлях определяли для основных участков изделия с учетом его растяжимости, соответствующей измерениям ноги, и практических пределов длины нити в петле, которые возможно получить на данном чулочном автомате.

Каркас или оболочка чулочного трикотажного цельновязаного изделия состояла из петель полиамидных нитей, а упругую деформацию изделию придавали нити эластана, проложенные в виде футерных нитей, с определенным натяжением на каждом участке согласно технологической карте. Нити эластана не только способствовали плотному прилеганию оболочки чулка к телу пациента, но и создавали заданное давление на соответствующих участках изделия.

Учитывая механические характеристики оболочки чулка выбранного размера, а также биомеханические и геометрические параметры ноги пациента был проведен расчет распределения давления в оболочке чулке по поверхности контакта с конкретной моделью ногой.

Таким образом давление в каждой точке оболочки определяли с учетом структурных и механических характеристик каждого участка изделия, рассчитанных для реальных геометрических и биомеханических параметров материала биологической модели ноги, исходя из напряженно-деформированного состояния при анализе взаимодействия модели ноги с оболочкой чулком;  при этом, длина нити I в петле для каждого участка оболочки в базовом переплетении, выражена через линейный модуль петли <з, футерная нить проложена в каждом ряду, длина эластичной футерной нити £ф рассчитана в зависимости от ее натяжения, а давление в каждом участке оболочки определяли через функционал давления:

Ψ = (E;  m1(σ); fb (c)).

Клинические испытания проведены у пациентов с различной степенью заболевания варикозного расширения вен. Изделия были изготовлены с различными медицинскими требованиями по распределению давления в оболочке чулке по поверхности контакта с моделью ногой, а именно 22 мм.рт.ст., 20 мм.рт.ст., 15 мм.рт.ст. (в дистальной трети голени). В результате компрессионного воздействия чулочного изделия у пациентов в течении месяца выявлено значительное улучшение состояния венозной системы, изделия не вызывали побочных явлений (отечность, зуд). Изобретение позволяет создать изделие с новыми структурными и механическими показателями с учетом механизма взаимодействия оболочки эластичного изделия и ноги при их совместной работе.

ПРИМЕЧАНИЯ

Литература 

1 V.Filatov: Method of selecting medical stocking for varicosis patient. Patent US806030,23.02.81, A 61F13/08.

2Sandra  Prāve:   Varikozes profilakse  un terapijas iespējas grūtniecības laikā.  -R.:Dzemdniecība un ginekoloģija. 2001 1 7-8.

3Reid Lawrence: Multilayer compression stocking system and method.  Patent WO 01/00118, 04.01.2001, A 1.

4Cortinovis Laura: Therapeutic socks. Patent EP0884036, 1998.12.16, A 1.

5 Guyot Francois,  Gardon Mollard Christian: Compressive orthosis such as retention stocking or tights. Patent FR2780637, 2000.01.07, A 61F13/08.

6 Couzan  Serge  (FR),   Prufer Michael (FR):  Support stocking.   Patent  US6216495, 2001.04.17. A 61F13/08.

7Products for the treatment of LYMPHOEDEMA ( Lymphedema ) of the ARM and LEG.medi Strumpf® Italia s.r.l. Via Roma 12/14 39100 Bolzano.

8I.F.Obrazcov,   I.S.Adamovič,   I.V.Knets   un citi.:  Biomehānikas  izturības  problēmas, maclbu līdzeklis augstskolā. -M. Augstskola, 1988, -41-47 Ip.

9 D.Krieviņš: Hroniska vēnu mazspēja. -R.: ISBN 9984-26-060-7, ©Servier International, 2002, -95-96 Ip.

10 B.Okss,      I.Lyashenko:      Scientific   Bases   of   Medical   Purpose   Knitted   Items Production     Technology. Proceedings FiberMed    2000, Fibrous Products in Medical and Health   Care International Conference, -266 p., ISBN 952-15-0423-4, Tampere, Finland, 12-14 June 2000, TTKK-PAINO, Tampere 2000.

Журнальный вариант доклада. зачитанного на 44 конгрессе Международной трикотажной федерации.

СПРАВКА

Compressive knitted items for treatment of chronic venos insfficiency and lymphostasis.

Boris Oks, Alexander Oks. Riga Technical University, Latvia.

Abstract

The purpose of present research is the increase of efficiency of therapeutic influence of compressive knitted items. The effect is provided due to special compressive pressure in local points of the body.  The interaction of models of knitted item (shell) and a leg is taken into consideration. The calculation of necessary pressure in each point of the leg is made by application of finite element method using real biological parameters of stiffness of leg elements, structural and mechanical characteristics of knitted items. A proposed compressive knitted item ensures distribution of pressure on the surface of the body according to medical recommendations.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ