Распределение нагрузки и управление давлением

Распределение нагрузки и управление давлением касаются того, как механическая нагрузка передается между устройством и телом, особенно на границе раздела между культей и протезной гильзой или между ортезом и кожей. Поскольку кожа и мягкие ткани по-разному переносят нагрузку в различных областях, устройства разрабатываются таким образом, чтобы направлять давление на области, устойчивые к давлению, и отводить его от чувствительных к давлению областей. Давление и сдвиг на границе раздела могут быть измерены для характеристики прилегания.

Definition

Распределение нагрузки и управление давлением — это изучение и проектирование того, как механическая нагрузка, включая нормальное давление и сдвиговое напряжение, передается и распределяется на границе раздела между протезным или ортопедическим устройством и телом, с целью защиты тканей и улучшения комфорта и прилегания.

Scope

Эта тема охватывает понятия давления и сдвига на границе раздела, различие между тканями, устойчивыми к давлению, и тканями, чувствительными к давлению, а также методы измерения нагрузки на границе раздела «тело-устройство». Это справочный материал по механике и измерению нагрузки на границе раздела и не является клиническим руководством по подгонке или регулировке устройства для конкретного человека.

Core questions

• Как механическая нагрузка передается между устройством и телом?
• В чем разница между давлением и сдвигом на границе раздела?
• Какие ткани устойчивы к давлению, а какие чувствительны к давлению?
• Как измеряются давление и сдвиг на границе раздела?

Key concepts

• Давление на границе раздела
• Сдвиговое напряжение
• Области, устойчивые к давлению, и области, чувствительные к давлению
• Полная опорная поверхность против нагрузки на определенную область
• Прилегание гильзы
• Датчики измерения давления
• Толерантность тканей

Mechanisms

Когда человек переносит вес через устройство, нагрузка передается через границу раздела как комбинация нормального давления (перпендикулярно поверхности) и сдвига (параллельно ей). Области мягких тканей различаются по тому, какую нагрузку они переносят, поэтому конструкции гильз и ортезов направлены на преимущественную нагрузку на области, устойчивые к давлению, и снижение нагрузки на чувствительные к давлению области, либо путем придания гильзе формы, соответствующей определенным анатомическим областям, либо путем распределения нагрузки по всей поверхности. Распределение динамически изменяется на протяжении цикла походки по мере нагружения и разгрузки конечности. Инструментальные датчики, расположенные на границе раздела, измеряют давление, а в некоторых исследованиях — сдвиг в нескольких направлениях, что позволяет количественно характеризовать прилегание и конструкцию.

Clinical relevance

Понимание нагрузки на границе раздела объясняет, почему прилегание гильзы и ортеза влияет на комфорт и здоровье тканей, а также определяет, как разрабатываются и оцениваются устройства. Эта статья описывает механику и измерение распределения нагрузки в качестве справочного материала; она не является основой для подгонки, регулировки или назначения устройства для отдельного человека и не рассматривает управление повреждением кожи у конкретного пациента.

Evidence & guidelines

Доказательства в значительной степени получены из первичных биомеханических исследований, которые инструментально исследуют границу раздела «конечность-гильза». Фундаментальная работа Сандерса и коллег (1993) измеряла напряжения в трех направлениях на границе раздела, а более поздние исследования, такие как работы Вольфа и коллег (2009) и Конвери и Бьюиса (1998), характеризовали распределение давления во время фазы опоры при ходьбе, иллюстрируя как динамический характер нагрузки на границе раздела, так и связанные с этим проблемы измерения.

History

Интерес к тому, как протезные гильзы нагружают культю, рос наряду с развитием гильз с опорой на надколенник, которые целенаправленно направляют нагрузку на области, устойчивые к давлению. С конца двадцатого века инструментальные датчики давления и сдвига позволили проводить прямые измерения на границе раздела, а динамическая запись во время ходьбы прояснила, как нагрузка изменяется в течение цикла, формируя как философии дизайна гильз, так и методы оценки.

Seminal works

• sanders-1993
• convery-1998

Frequently asked questions

В чем разница между давлением и сдвигом на границе раздела устройства?

Давление — это нагрузка, действующая перпендикулярно поверхности кожи, тогда как сдвиг — это нагрузка, действующая параллельно ей; оба явления происходят на границе раздела «конечность-устройство» и оба могут влиять на комфорт и здоровье тканей.

Почему конструкции гильз нагружают одни области больше, чем другие?

Мягкие ткани по-разному переносят нагрузку, поэтому конструкции гильз направлены на то, чтобы направлять нагрузку на области, устойчивые к давлению, и снижать нагрузку на чувствительные к давлению области для улучшения комфорта и защиты тканей.