减小皮肤/假肢摩擦过程中损伤能量的研究

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残肢患者穿戴假肢时,皮肤/假肢接触界面存在摩擦力和预紧力。摩擦力过小,预紧效果差,接受腔容易产生松动甚至滑脱,皮肤/假肢接触界面产生的滑移运动会对皮肤造成严重的损伤。摩擦力过大,预紧力增大,对患者残肢皮肤的皮下组织及血液循环造成阻碍,残肢皮肤会出现血液循环不畅,皮肤肿胀甚至坏死,进而对患者残肢造成二次伤害。目前,研究人员无法对皮肤/假肢接触界面的摩擦力和预紧力进行定量分析,大部分只是凭借经验,缺乏科学依据,并且反复穿戴会给患者带来很大痛苦。缺少为残肢患者制定科学康复计划的重要理论依据和方法。本文对残肢患者正常行走时的状态进行实验模拟,利用拉伸力学试验机以及UMT-Ⅱ多功能摩擦磨损试验机,并结合自主研发的多功能数据采集分析测试系统,对不同预紧力作用下假肢材料的摩擦行为进行了试验研究,揭示了皮肤/假肢接受腔接触界面的能量损耗变化规律以及摩擦系数的变化规律。并对不同假肢内衬材料作用后的实验结果进行了对比分析,提出残肢患者适合穿戴假肢的摩擦力力值范围以及接受腔的表面结构。得到的主要结论如下:1.皮肤/假肢接受腔接触界面往复摩擦运动中,摩擦系数随着摩擦力的增大而增大;摩擦力介于15 N-20 N之间时,摩擦系数达到最大值,之后逐渐减小。基于数据曲线的对比分析,摩擦力介于15 N-20 N之间时,预紧效果最好,得到摩擦力与预紧力的最佳适配性。2.皮肤/假肢接受腔接触界面的能量损耗随着摩擦力的增大而增大,摩擦力介于15N-20 N之间时,能量损耗以及皮肤表面温度的变化趋于稳定状态;基于摩擦系数变化规律,15 N-20N是比较适合的摩擦力力值范围。随着摩擦力增大,接触界面的能量损耗以及皮肤温度急剧增大,此时的摩擦力对皮肤造成严重损伤,在残肢患者康复训练中应该避免。3.对比分析两种不同材料的表面结构和粗糙度,并与能量损耗和摩擦系数变化形成的映射关系中表明,表面结构分布均匀的材料预紧效果较好,更利于皮肤/假肢接受腔摩擦损伤能量的降低。最终试验结果对于假肢接受腔材料生产工艺的改进提供了有力的数据支持和帮助。
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