一种对抗躯干骨骼肌肉系统废用性病变的力学干预服装

1.本技术提供一种对抗躯干骨骼肌肉系统废用性病变的力学干预服装，涉及卧床患者医用服装技术领域。


背景技术：

2.随着人口老龄化和疾病年轻化进程加快，慢性病患者带病生存时间延长，卧床病人数量持续增长，有研究统计卧床患者每年约消耗25％的医疗资源。长期卧床是发生废用综合征的主要因素，可导致全身性和器质性的病理变化，引起多个系统的并发症。人体肌肉骨骼系统通过对抗自身重力和外部载荷保持日常功能，其中，椎骨是人体重要的承重骨骼和运动节段，通过椎间盘、韧带等连接结构组成脊柱内在结构，与躯干肌肉联合作用维持人体运动系统稳定性。nachemson和wilke等研究结果均表明，当人体处于平卧位时，腰椎受力仅为站立状态的25％。当长期处于这种力学刺激不足的卧床状态时，腰椎等承重骨骼所受垂直压缩力降低，骨吸收和骨形成的动态平衡被打破，造成血钙浓度增加，骨密度下降；骨骼肌外部负荷和神经刺激减弱，肌肉质量和力量显著下降，产生废用性肌萎缩，从而进一步加剧骨质疏松。现有资料显示，骨骼肌肉系统在卧床的第6h-48h开始病变，两周内躯干伸肌横截面积减少5％-10％，尿钙排泄量增加约24％，两个月内腰椎和骨盆的总骨丢失量达1-2％。
3.目前针对卧床患者骨骼肌肉系统废用性病变的措施主要有加强营养补充、使用康复训练装置以及由康复师进行护理或功能康复锻炼。现有专利主要聚焦在康复训练装置的设计，这些装置往往具有复杂的机械结构和庞大的空间体积，需要专业人员辅助操作。此外，面对有限的医疗资源，大部分患者常常居家卧床，难以享受医疗机构的专业治疗，也很难配备专业的康复训练装置，功能康复锻炼的价格更是让很多患者望而却步。
4.服装作为一种便捷有效的功能性穿戴设备，可以通过改变自身结构调节与人体交互产生的力学作用，不需要消耗过多的人力物力，而且可以随时随地施加干预措施，扩充了患者的可选择性。躯干作为重要的支撑和保护结构，对人体开展运动和维持平衡具有举足轻重的作用，但目前尚未有针对卧床患者躯干骨骼肌肉系统废用性病变的功能服装。因此，设计一种能够对抗躯干骨骼肌肉系统废用性病变的服装具有重要的意义。


技术实现要素：

5.本技术要解决的技术问题是如何对抗躯干骨骼肌肉系统废用性病变。
6.为了解决上述技术问题，本技术的技术方案是提供了一种对抗躯干骨骼肌肉系统废用性病变的服装，所述服装包括力学功能区域和穿着舒适区域；
7.所述服装与人体的力学交互作用起始于颈围线，经躯干，终止于大腿围线；
8.所述力学功能区域根据其所发挥的力学功能分为横向支撑区域和纵向加压区域；所述横向支撑区域呈环状，高度为2-7cm，以人体垂直轴为中轴线，通过径向变形对人体表面产生压力和摩擦力；所述纵向加压区域呈带状，最小功能单位宽度范围为2-7cm，所在平
面与人体水平面垂直，通过轴向变形对横向支撑区域产生拉力。利用服装的力学功能区域对人体的力学作用，补偿脊柱和躯干肌肉长期处于平卧位时所需要的机械载荷。
9.所述横向支撑区域分别设于人体下胸围线、腰围线、腹围线和大腿围线，从上至下将服装分为肩胸段、胸腰段、腰腹段和腹腿段。横向支撑区域主体设为弹性结构，弹性结构连接有非弹性结构，弹性结构和非弹性结构所占弧长比值大于20:1，非弹性结构用于安装连接结构，弹性结构用于提供张力，其变形后提供张力为0-500n，弹力计算公式如下：
[0010][0011]
其中t为横向支撑区域张力；f
上段
为横向支撑区域上方纵向加压区域的弹力；f
下段
为横向支撑区域下方纵向加压区域的弹力；μ为服装和人体间摩擦系数；h为横向支撑区域面料高度。
[0012]
所述纵向加压区域设于促使或抑制肌肉等长收缩的最短路径位置，上下端连接横向支撑区域。纵向加压区域主体为弹性结构，变形后的纵向加压区域在肩胸段提供5％-25％的人体重力，在胸腰段提供10％-35％的人体重力，在腰腹段提供15％-45％的人体重力，在腹腿段提供20％-55％的人体重力，纵向加压区域弹力计算公式如下：
[0013][0014]
其中f为纵向加压区域的弹力；k1为纵向加压面料的弹性模量；x
穿着舒适区
为同服装段穿着舒适区域面料的高度；x
纵向加压区
为同服装段纵向加压区域面料未产生弹力时的高度。
[0015]
所述穿着舒适区域主体为非弹性结构，位于力学功能区域以外的服装区域，穿着时不发生明显变形，起到固定弹性面料伸长率的作用。人体正面的穿着舒适区域两侧配有拉链等连接结构，负责连接服装左右板片，肩部配有魔术贴或日字扣等连接结构，负责连接服装前后板片，方便患者穿脱服装。人体背面的穿着舒适区域根据患者需求配有衬垫，减少压疮并发症的发生。
[0016]
优选的，所述横向支撑区域的弹性结构面料由锦纶和氨纶混纺编织而成，纱线结构采用包覆纱、股线、捻线其中任一结构，面料组织结构采用罗纹组织、双罗纹组织、提花组织、复合组织其中任一结构。面料的弹性模量范围为200-4000n/m，使用伸长率为30％-100％。弹性模量和伸长率共同决定横向支撑区域面料的弹力，计算公式如下：
[0017][0018]
其中k2为横向支撑区域弹性结构面料的弹性模量；l
穿着
为穿着后横向支撑区域的周长；l
横向支撑区
为未穿着时横向支撑区域的周长。
[0019]
优选的，所述纵向加压区域的弹性结构面料由锦纶和氨纶混纺编织而成，纱线结构采用包覆纱、股线、捻线其中任一结构，面料组织结构采用平针组织、嵌花组织、提花组织、复合组织其中任一结构。面料的弹性模量范围为300-4000n/m，使用伸长率为25％-100％。
[0020]
优选的，所述服装选择对多裂肌、胸最长肌、腰髂肋肌等躯干伸肌，腰大肌等躯干屈肌进行力学干预。
[0021]
优选的，非弹性结构面料由锦纶和棉混纺编织而成，纱线结构采用包覆纱、股线、捻线其中任一结构，面料组织结构采用双反面组织、空气层组织、间隔组织、提花组织、复合组织其中任一结构。面料的弹性模量范围为1500-4000n/m，使用伸长率为0％-10％。
[0022]
优选的，服装左右连接结构位于服装正面穿着舒适区域的两侧，选择拉链作为可拆卸连接结构。服装前后连接结构位于肩部横向支撑区域和纵向加压区域连接处，选择魔术贴或日字扣作为可拆卸连接结构。
[0023]
特别地，所述防压疮垫通过缝制、织造或可拆卸粘贴的方法，按照病人需求安装在服装的背面，减少压疮并发症的发生。
[0024]
本技术提供的对抗躯干骨骼肌肉系统废用性病变的力学干预服装，基于电脑横机编织的针织面料，将弹性纱线与高强纱线相结合，通过设计面料组织结构在不同部位形成不同的力学性能，定点实现所需服装与人体的力学作用，结合拉链、魔术贴或日字扣等连接结构，方便卧床病人穿脱。选择在平卧位和站立位两种姿势下，力学刺激差异较大的躯干肌群作为服装力学加载位点，设计服装组织结构，向脊柱施加垂直压缩力，帮助躯干肌肉加强或减弱等长收缩，补偿脊柱和躯干肌肉在平卧位时所需机械载荷，减少卧床病人躯干骨骼肌肉系统废用性病变，为后续康复提供良好的基础。
[0025]
与现有技术相比，本技术的有益效果在于：
[0026]
与现有康复训练装置相比，本技术针对卧床患者躯干骨骼肌肉系统废用性病变设计了一款力学干预服装，选择全织物结构，柔软舒适、成本低廉、方便运输携带，不限制使用场合，不需要专业人员指导操作，非常适合在康复医疗机构协助康复师工作或居家使用。本技术从卧床患者骨骼肌肉系统废用性病变的根本原因出发，利用服装对人体作用的力学功能性，通过合理配置服装各区域的力学性能，实现沿脊柱垂直轴施加压缩力，调控躯干肌肉收缩力的干预措施。同时，本技术所述服装配有拉链、魔术贴或日字扣等连接装置，方便病人穿脱，服装背侧配有防压疮衬垫，减少病人出现其他并发症。此外，本技术可以借助三维人体扫描技术实现病人个性化定制，具有良好的功能性和实用性。
附图说明
[0027]
图1为本技术针对躯干骨骼肌肉系统加载压力的力学分析示意图；
[0028]
图2为本技术提供的力学干预服装正面示意图；
[0029]
图3为本技术提供的力学干预服装侧面示意图；
[0030]
图4为本技术提供的力学干预服装背面示意图；
[0031]
图5为本技术提供的力学干预服装打开连接结构后展开图；
[0032]
图6为本技术提供的力学干预服装连接防压疮衬垫后的背面示意图；
[0033]
图7为本技术提供的横向支撑区域结构示意图；
[0034]
附图标记：
[0035]
1：人体躯干骨骼肌肉；2：横向支撑区域；3：纵向加压区域；4：肩胸段纵向加压区域；5：下胸围线横向支撑区域非弹性结构；6：下胸围线横向支撑区域弹性结构；7：下胸围线横向支撑区域；8：胸腰段腰髂肋肌纵向加压区域；9：胸腰段胸最长肌纵向加压区域；10：胸腰段多裂肌纵向加压区域；11：胸腰段前部纵向加压区域；12：腰围线横向支撑区域非弹性结构；13：腰围线横向支撑区域弹性结构；14：腰围线横向支撑区域；15：腰腹段腰髂肋肌纵
向加压区域；16：腰腹段胸最长肌纵向加压区域；17：腰腹段多裂肌纵向加压区域；18：腰腹段前部纵向加压区域；19：腹围线横向支撑区域非弹性结构；20：腹围线横向支撑区域弹性结构；21：腹围线横向支撑区域；22：腹腿段纵向加压区域；23：大腿围线横向支撑区域非弹性结构；24：大腿围线横向支撑区域弹性结构；25：大腿围线横向支撑区域；26：服装前后片连接结构；27：服装穿着舒适区域；28：服装左右片连接结构；29：腰腹段后部纵向加压区域；30：胸腰段后部纵向加压区域；31：胸腰段纵向加压区域；32：腰腹段纵向加压区域；33：防压疮衬垫；34：横向支撑区域非弹性结构；35：横向支撑区域弹性结构。
具体实施方式
[0036]
为使下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。本实施例以本技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0037]
本技术对抗躯干骨骼肌肉系统废用性病变的力学原理分析示意图如图1所示，纵向加压区域3对人体躯干骨骼肌肉1施加沿垂直轴的压力f
服
，横向支撑区域2将压力分散至整个体段，使体段内的骨骼肌肉产生压力f
人
和力矩m
人
。当位于脊柱前侧的弹性带施加压力时，为了达到静力学平衡，脊柱后侧的肌肉会产生相应的收缩力，从而达到刺激肌肉等长收缩的目的。
[0038]
服装结构示意图如图2、图3、图4所示，下胸围线横向支撑区域7、腰围线横向支撑区域14、腹围线横向支撑区域21和大腿围线横向支撑区域25将服装分为肩胸段、胸腰段、腰腹段和腹腿段四个部分，肩胸段纵向加压区域4、胸腰段纵向加压区域31、腰腹段纵向加压区域32和腹腿段纵向加压区域22分别提供对应服装段所需弹力。
[0039]
其中横向支撑区域结构示意图如图7所示，由横向支撑区域非弹性结构34和横向支撑区域弹性结构35组成，横向支撑区域非弹性结构34用于安装服装左右片连接结构28，横向支撑区域弹性结构35用于提供张力。
[0040]
其中胸腰段纵向加压区域31分为胸腰段前部纵向加压区域11和胸腰段后部纵向加压区域30，根据躯干肌肉生物力学特征，胸腰段前部纵向加压区域11分为胸腰段腰髂肋肌纵向加压区域8、胸腰段胸最长肌纵向加压区域9和胸腰段多裂肌纵向加压区域10。腰腹段纵向加压区域32分为腰腹段前部纵向加压区域18和腰腹段后部纵向加压区域29，根据躯干肌肉生物力学特征，腰腹段前部纵向加压区域18分为腰腹段腰髂肋肌纵向加压区域15、腰腹段胸最长肌纵向加压区域16和腰腹段多裂肌纵向加压区域17。
[0041]
服装左右片连接结构28位于服装穿着舒适区域27正面的两侧，服装前后片连接结构26位于服装肩部，打开服装前后片连接结构26、服装左右片连接结构28后的服装展开图如图5所示。根据患者需求可以在服装背面安装防压疮衬垫33，如图6所示。
[0042]
参照gbt 10000-1988中国成年人人体尺寸标准中18-55岁女性第50百分位数的体重52kg，选择人体和服装间摩擦系数为0.5，进行实施例的描述。
[0043]
实施例1
[0044]
一种对抗躯干骨骼肌肉废用性萎缩的力学干预服装，选用锦氨包芯纱织制罗纹组织，形成横向支撑区域弹性结构(包括下胸围线横向支撑区域弹性结构6、腰围线横向支撑区域弹性结构13、腹围线横向支撑区域弹性结构20、大腿围线横向支撑区域弹性结构24)，
高度为4cm，下机弹性模量为626.2n/m，穿着时伸长率为30％。选用锦氨包芯纱织制平针组织，形成纵向加压区域(包括肩胸段纵向加压区域4、腹腿段纵向加压区域22、胸腰段纵向加压区域31、腰腹段纵向加压区域32)。其中肩胸段纵向加压区域4最小功能单位宽度为5cm，沿人体垂直轴对称分布，宽度共为10cm，共提供5％人体重力，下机弹性模量为1019.2n/m，穿着时伸长率为25％。胸腰段纵向加压区域31分为胸腰段前部纵向加压区域11和胸腰段后部纵向加压区域30，根据躯干肌肉生物力学特征，胸腰段前部纵向加压区域11分为胸腰段腰髂肋肌纵向加压区域8、胸腰段胸最长肌纵向加压区域9和胸腰段多裂肌纵向加压区域10，最小功能单位宽度为5cm，沿人体垂直轴对称分布，宽度共为40cm，共提供10％人体重力，下机弹性模量为424.7n/m，穿着时伸长率为30％。腰腹段纵向加压区域32分为腰腹段前部纵向加压区域18和腰腹段后部纵向加压区域29，根据躯干肌肉生物力学特征，腰腹段前部纵向加压区域18分为腰腹段腰髂肋肌纵向加压区域15、腰腹段胸最长肌纵向加压区域16和腰腹段多裂肌纵向加压区域17，最小功能单位宽度为5cm，沿人体垂直轴对称分布，宽度共为40cm，共提供15％人体重力，下机弹性模量为382.2n/m，穿着时伸长率为50％。腹腿段纵向加压区域22最小功能单位宽度为5cm，沿人体垂直轴对称分布，宽度共10cm，共提供20％人体重力，下机弹性模量为1358.9n/m，穿着时伸长率为75％。选用锦纶和棉混纺的纱线织制双反面组织，形成服装穿着舒适区域27和横向支撑区域非弹性结构(包括下胸围线横向支撑区域非弹性结构5、腰围线横向支撑区域非弹性结构12、腹围线横向支撑区域非弹性结构19、大腿围线横向支撑区域非弹性结构23)，下机弹性模量为2000n/m，穿着时伸长率5％。服装通过电脑横机织制成服装板片，如图5所示，选择拉链作为服装左右片连接结构28，连接左右服装板片；选择魔术贴作为服装前后片连接结构26，连接前后服装板片。
[0045]
该实施例可以对脊柱实现5％、10％、15％、20％四种梯度的人体重力加载，并促使腰髂肋肌、胸最长肌、多裂肌等躯干伸肌增强等长收缩，抑制腰大肌等躯干屈肌等长收缩。
[0046]
实施例2
[0047]
一种对抗躯干骨骼肌肉废用性萎缩的力学干预服装，选用锦氨包芯纱织制双罗纹组织，形成横向支撑区域弹性结构(包括下胸围线横向支撑区域弹性结构6、腰围线横向支撑区域弹性结构13、腹围线横向支撑区域弹性结构20、大腿围线横向支撑区域弹性结构24)，高度为5cm，下机弹性模量为1082.0n/m，穿着时伸长率为30％。选用锦氨包芯纱织制嵌花组织，形成纵向加压区域(包括肩胸段纵向加压区域4、腹腿段纵向加压区域22、胸腰段纵向加压区域31、腰腹段纵向加压区域32)。其中肩胸段纵向加压区域4最小功能单位宽度为6cm，沿人体垂直轴对称分布，宽度共为12cm，共提供10％人体重力，下机弹性模量为1415.6n/m，穿着时伸长率为30％。胸腰段纵向加压区域31分为胸腰段前部纵向加压区域11和胸腰段后部纵向加压区域30，根据躯干肌肉生物力学特征，胸腰段前部纵向加压区域11分为胸腰段腰髂肋肌纵向加压区域8、胸腰段胸最长肌纵向加压区域9和胸腰段多裂肌纵向加压区域10，最小功能单位宽度为6cm，沿人体垂直轴对称分布，宽度共为48cm，共提供20％人体重力，下机弹性模量为530.8n/m，穿着时伸长率为40％。腰腹段纵向加压区域32分为腰腹段前部纵向加压区域18和腰腹段后部纵向加压区域29，根据躯干肌肉生物力学特征，腰腹段前部纵向加压区域18分为腰腹段腰髂肋肌纵向加压区域15、腰腹段胸最长肌纵向加压区域16和腰腹段多裂肌纵向加压区域17，最小功能单位宽度为6cm，沿人体垂直轴对称分布，宽度共为48cm，共提供30％人体重力，下机弹性模量为637.0n/m，穿着时伸长率为50％。
腹腿段纵向加压区域22最小功能单位宽度为6cm，沿人体垂直轴对称分布，宽度共12cm，共提供40％人体重力，下机弹性模量为2123.3n/m，穿着时伸长率为80％。选用锦纶和棉混纺的纱线织制间隔组织，形成服装穿着舒适区域27和横向支撑区域非弹性结构(包括下胸围线横向支撑区域非弹性结构5、腰围线横向支撑区域非弹性结构12、腹围线横向支撑区域非弹性结构19、大腿围线横向支撑区域非弹性结构23)，下机弹性模量为2000n/m，穿着时伸长率5％。服装通过电脑横机织制成服装板片，选择拉链作为服装左右片连接结构28，连接左右服装板片；选择日字扣作为服装前后片连接结构26，连接前后服装板片。
[0048]
该实施例可以对脊柱实现10％、20％、30％、40％四种梯度的人体重力加载，并促使腰髂肋肌、胸最长肌、多裂肌等躯干伸肌增强等长收缩，抑制腰大肌等躯干屈肌等长收缩。
[0049]
上述实施例仅表达了本技术的可能的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。