轮椅车座椅 第14部分：与外力控制以维持组织完整性有关的概念 征求意见稿

1GB/Z30661.14—XXXX/ISO/TS16840-14:2023轮椅车座椅第14部分：与外力控制以维持组织完整性有关的概念本文件给出了与人体及其支撑表面所涉及的力及其影响相关的常见术语。它提供了关于这些力如何影响人体对姿势支撑系统的反应的概念的进一步信息，特别强调了组织和姿势支撑装置（PSD）之间的界面对维持组织完整性的影响。本文件提供了对生物力学概念、现象和词汇的一般介绍。这是为了促进参与提供设备以管理组织完整性的一系列学科/利益相关方之间有效地理解和共享信息。本文件适用于具有代表性的利益相关方，包括残疾人、作业治疗师、物理治疗师、生物医学工程师、护士、医疗和辅助医务人员、设备制造商和促进开发、提供和使用轮椅车座椅和移动设备的其他专业人员。本文件不提供生理教科书或科学文献中现有的详细资料。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。ISO7176-26轮椅车第26部分：词汇（WheelchairsPart26:Vocabulary）注：GB/T18029.26-2014轮椅车第26部分：词汇（ISO7176-26:2007，IDT）ISO16840-1轮椅车座椅第1部分：身体部位、体位及体位支撑面的词汇、基准轴规则和测量（WheelchairseatingPart1:Vocabulary,referenceaxisconventionandmeasuresforbodysegments,postureandposturalsupportsurfaces）注：GB/Z30661.1-2021轮椅车座椅第1部分:身体部位、体位及体位支撑面的词汇、基准轴规则和测量（ISO3术语和定义ISO7176-26和ISO16840-1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1法向力perpendicularforce在一个元素表面的90°处发生的力。单位为牛顿（N）。3.2剪切力shearforceFs与元素表面平行而产生的力。单位为牛顿（N）。3.32GB/Z30661.14—XXXX/ISO/TS16840-14:2023压强pressureP垂直于表面方向上的单位面积的力。按式（1）计算：式中：P——压强，单位为兆帕（MPaX——垂直力，单位为牛顿（NA——面积，单位为平方毫米（mm²);3.4剪应力shearstressτ剪切力除以施加剪切力的元素表面的面积，与它所在的坡度或平面平行。按式（2）计算：式中：τ——剪应力，单位为兆帕（MPa）；Fs——剪切力，单位为牛顿（N）；A——面积，单位为平方毫米（mm²);3.5轴向应变axialstrain法向应变normalstrainε由于压力的作用而导致的尺寸的变化。注：轴向应变为无量纲。3GB/Z30661.14—XXXX/ISO/TS16840-14:2023图1由压力压缩效应产生的轴向应变效应3.6剪应变shearstrainv由于剪应力的作用，元素形状的变化。图2剪切应变效应3.7剪切模量shearmodulusG剪切应力与剪切应变之比。单位为帕斯卡（Pa）。3.8摩擦力friction4GB/Z30661.14—XXXX/ISO/TS16840-14:2023抵抗表面接触的两个物体的相对运动的力。3.8.1静摩擦力staticfriction抵抗初始相对运动的摩擦力。3.8.2动摩擦力dynamicfriction在运动过程中抵抗运动的摩擦力。3与支撑表面相互作用对人体组织的影响4.1一般原则当任何表面直接与用户的身体接触时，就会产生许多效果：a)皮肤表面受到复杂压力分布的影响；b)在界面表面的压力分布梯度和摩擦力，诱导内部组织变形；c)组织从皮肤到骨突起的变形产生了一个相对于卸载组织条件的整体组织位移；d)组织变形包括内部轴向应变和剪切应变：1)轴向应变和剪切应变诱导内血液和淋巴循环的改变；2)血管闭塞可因缺氧和营养物质不足而导致细胞死亡；3)高水平的细胞株可导致细胞骨架的破坏导致细胞死亡。e)有对热交换的修改；f)有水分交换的改变；g)这对身体所采用的姿势有影响。4.2现象学描述4.2.1概述当一个人坐在坐垫上时，有两个主要物体相互接触，如图3所示：人体（标引序号1）和垫子（标引序号2）。在这两个主要对象(如：衣服、坐垫套、床单、失禁用品等)之间可以有多个界面。施加在静态人体上的重力通过接触面传递到垫层，接触面的复杂形状取决于人体和垫层的刚度和形状。在接触面的任意位置（键3），可以理想地定义切向平面（键4）。5GB/Z30661.14—XXXX/ISO/TS16840-14:2023图3接触到靠垫的人体4.2.2压力和剪切参照一个给定的平面，可以定义两种类型的力。与平面成直角的力是一种垂直的力。与平面平行的力是剪切力。在图4的a部分，这两个对象被简化为A和B。图4中，两个物体在一个共同的平面上与面积A接触。图4两个物体之间的力和应力6GB/Z30661.14—XXXX/ISO/TS16840-14:2023当垂直力分布在A区域的接触面上时，压力可以被量化。当剪切力分布在A面积的接触面时，可以量化剪切应力，如图4中b和c部分所示，这些量也可以在弯曲接触面的任何位置进行扩展，作为每个单位面积的局部力，参照局部切向平面(见图5)。在接触面上的切向平面上的压力（由靠垫施由于接触面切向平面上的压力和摩擦而引起的剪切应力（由垫层施加于皮肤图5接触面切向平面上的压力和剪应力之间的关系4.2.3摩擦力对于两个物体的接触面，摩擦在局部切向面上产生剪切应力，这取决于剪切应力，a)表示两个表面之间的压力量，b)的两个表面的性质，和c)表示接触面处的环境条件。当两个物体中的一个上的剪切力试图在它们的两个表面之间产生相对运动时，这将首先产生静摩擦，这将增加表面上的剪应力，导致表面下的剪切应变增加。当剪切力达到一个表面开始相对于另一个表面移动的点时，摩擦力就会从静态摩擦力移动到动态摩擦力。其结果是表面的剪切应力降低，导致表面下的剪切应变减少，但当表面相互移动时，仍会发生磨料损伤。4.2.4菌株的分布关注接触的两个物体的变形形状，在人体软组织内部和坐垫内部会产生复杂的应变（变形）分布，即使在坐垫只施加垂直力的地方（与卸载时的上标称表面相比）。人体组织的异质性与骨突起的存在结合起来，产生了在体内软组织层中复杂的应变分布。当形状发生变化时，这些变形可以归类为剪切应变(见图2)，或作为轴向应变，当只有尺寸变化发生时(见图1，作为压力下压缩的一个例子)。它们通常一起发生。由于血管闭塞和细胞应变，剪切应变与轴向应变一起对皮肤层不同深度的软组织(表皮、真皮层、脂肪、结缔组织、循环血管、肌肉)造成损伤，造成这种损害的机制仍在科学评估中。7GB/Z30661.14—XXXX/ISO/TS16840-14:2023简单地坐在垫子上就会在体内软组织和垫子内产生复杂的应变分布。在不同的组织层中存在不同的剪切应变(见图6)。注：复杂的菌株是在垫层和皮肤组织内形成的。图6坐在垫子时接触表面应力导致的身体组织应变的例子当额外的剪切力施加到与垫层接触的部分时(图7的标引序号1)(例如，通过特定的垫层构造，或通过一个人向前滑动的动作)，在接触表面产生额外的剪切应力：这改变了组织内部的应变分布，并可能在某些位置产生剪切应变的增加(图7的红色块)导致组织损伤的风险增加，以及其他部位的应变水平的降低(图7的绿色块)。8GB/Z30661.14—XXXX/ISO/TS16840-14:2023图7施加外加剪切力所引起的剪切应变效应的变化另一个相关的因素可以是支撑面的剪切模量，因为材料越硬，其剪切模量值就越高。当剪切模量值的增加时，这表明需要更多的力或应力来使其沿力方向的平面发生应变或变形。这意味着，如果支撑面的剪切模量低于支撑面上的皮肤组织，则支撑面将占更大的剪切应变或变形的百分比。4.3选择支撑面覆盖层的临床意义4.3.1骨突起如坐骨结节、尾骨和骶骨上的皮肤和底层软组织厚度往往小于其他区域，如沿大腿上的股骨下。因此，施加在组织上的剪切力在骨突起下的厚度较小，以消散剪切应变。因此，当受到与较密集的表面接触后产生的轴向力和剪切力时，较厚组织中的细胞将比较厚软组织区域中的细胞经历更大的个体变形(例如，骨、座垫、靠背支撑等见图8)。注：坐骨结节和股骨下的皮肤和下方软组织厚度的差异如图所示。图8相对于较深的组织（如，沿着大腿的股骨下），剪切应变对骨突起下较薄组织（如，坐骨结节）的相对影响4.3.2选择与覆盖骨突起的皮肤相邻的支撑表面材料是很重要的：如果支撑表面覆盖物在此时可以随皮肤一起移动，那么对相邻组织的剪切应变就会更小。另一方面，靠近较厚的皮肤层的支撑表面覆盖层将需要有更高的摩擦元件，以防止用户滑出表面——然而，更大的皮肤深度(例如，图8在股骨下沿大腿分布)更适合将剪切应变分布在更多的细胞上，从而减少每个细胞的剪切应变。4.4压力分布和剪切力的测量4.4.1压力映射9GB/Z30661.14—XXXX/ISO/TS16840-14:2023一些压力映射设备有软件，不仅可以描述每个传感器测量的实际压力，还可以显示一个梯度视图，显示压力从一个传感器到下一个传感器的压力变化速率。梯度越大，在一个传感器的检测区域和下一个皮肤表面之间的组织中可能发生的剪切应变就越大。4.4.2剪切传感器剪切传感器检测发生在传感器和相邻表面(例如，垫子表面，衣服，皮肤等)之间的局部外部剪切力的力和方向。度量单位一般是牛顿，在适当的情况下可以用帕斯卡。当使用剪切传感器时，应考虑到某些限制(见附录A)。4.4.3压力和剪切模型虽然没有提供直接的措施，但有限元分析建模已经发展成为一种经济有效的方法，以三维模拟人体与缓冲层相互作用的摩擦、剪切和压力效应。GB/Z30661.14—XXXX/ISO/TS16840-14:2023关于使用剪切传感器的考虑事项A.1从传感器本身开始对测量值的影响宜考虑剪切传感器的厚度和柔韧性。为了精确测量，传感器宜足够薄，以避免传感器本身对测量的影响。传感器还宜具有足够的灵活性，以跟踪被测物体的形状，并避免传感器本身的影响。当使用较厚的剪切传感器时，传感器放置的地方[13][14]往往会显示较高的力值。注：当使用厚剪切传感器时，将传感器嵌入到物体中可以减少其影响传感器本身。A.2剪切传感器表面的滑度宜考虑剪切传感器表面的“滑动度”。使用剪切传感器的剪切测量有两种类型，一种是传感器与物体之间没有滑移的测量，另一种是用滑移测量。在无滑移测量时，宜将传感器固定在物体上，并使传感器表面的滑动降低；在测量轮椅坐垫与无滑移体之间的剪切力时，宜将传感器用双面胶带固定在坐垫上，并在传感器表面用薄且静摩擦系数高的织物覆盖。在这种情况下，请注意，当两个物体之间的滑度非常高，并且任何一个物体与传感器之间的滑度非常低时，传感器很容易断裂；在测量带有滑移的剪切力时，传感器的表面特征(即动摩擦系数)必须与物体的表面特征相同；当传感器被放置在物体A和物体B之间时，接触物体A的传感器一侧的摩擦系数宜与接触物体B的传感器一侧的摩擦系数相同，反之亦然；当传感器固定在任意一个物体(如物体A)上时，只考虑另一侧的表面特征(即与物体B接触的表面)。A.3一个剪切传感器的实际传感区域为了比较测试结果，宜使用帕斯卡作为测量单位。来自传感器的原始数据的测量单位通常是牛顿：为了将其转换为帕斯卡，原始数据应除以传感器的实际传感区域。实际的传感区域是施加力的地方。因此，例如，当传感区域的一部分不接触物体时，实际传感区域变得更小。否则，实际的传感面积等于传感器的传感面积。A.4布线为了从传感器中获取原始数据，通常使用一根电缆将传感器连接到外部电路上。当电缆与物体接触时，可能会对物体产生拉力。为了尽量减少这种不利影响，需要考虑的一种方法是使用柔性/可伸缩的电缆。另一种需要考虑的方法是用润滑剂材料覆盖传感器电缆区域，以尽量减少来自电缆的摩擦。将一根电缆嵌入到一个物体中是尽量减少不良影响的一种方法。A.5一个滞后性和时间分辨率一般来说，力检测传感器或多或少都存在滞回现象。迟滞量通常取决于传感器中用于力检测的材料的柔韧性。通常，传感器中使用的材料越柔韧，迟滞量就越大。在这种情况下，也将有一个更长的时间分辨率方面。因此，当使用柔性材料构成的传感器时，可能需要理论校正来校正滞后效应。GB/Z30661.14—XXXX/ISO/TS16840-14:2023参考文献[1]HAESLERE.,ed.(2019).PreventionandTreatmentofPressureUlcers/Injuries:ClinicalPracticeGuideline:TheInternationalGuidelineEuropeanPressureUlcerAdvisoryPanel,NationalPressureInjuryAdvisoryPanelandPanPacificPressurelnjuryAlliance.ernationalguidelinecom/guideline[2]SIBBALD,R.G.,KRASNER,D.L.,&Woo,K.Y.(2011).Pressureulcerstagingrevisited:SuperficialSkinChanges&DeepPressureUlcerFramework.AdvancesinSkinandWoundCare,24(12),571-580.doi:10.1097/01.ASW.0000408467.26999[3]RNA0.RegisteredNurses’AssociationofOntario.(2016).AssessmentandManagementofPressureInjuriesfortheInterprofessionalTeam:BestPracticeGuidelines:ThirdEdition.https://rnao.ca/bpg/guidelines/pressure-injuries[4]OOMENS,C.W.J.,BADER,D.L.,LOERAKKER,S.,&BAAJENS,F.(2015).Pressureinduceddeeptissueinjuryexplained.AnnalsofBiomedicalEngineering,43(2),297-305doi:10.1007/s10439-014-1202-6[5]SIN,K.T.,PEL,X.M.,TENG,B.T.,TAM,E.W.,YUNG,B.Y.,&SIU,P.M.(2013).0xidativestressandDNAdamagesignalinginskeletalmuscleinpressure-induceddeeptissueinjury.EuropeanJournalofPhysiology,465:295-317.doi:10.1007/s00424-012-1205-9[6]STOJADINOVIC,0.,MINKIEWICZ,J.,SAWAYA,A.,BOURNE,J.W.,ToRzILLI,P.,DERIVEROVACCARI,J.P.,…&ToMIC-CANIC,M.(2013).Deeptissueinjuryindevelopmentofpressureulcers:adecreaseofinflammasomeactivationandchangesinhumanskinmorphologyinresponsetoagingandmechanicalload.PLOSOne,8(8),e69223.doi:10.1371/journal.pone.0069223[7]HAGISAWA,S,ANDSHIMADA,T.(2005).SkinMorphologyanditsMechanicalPropertiesAssociatedwithLoading.PressureUlcerResearch.161-185.[8]OOMENS,C.(2013).AMultilevelFiniteElementApproachtoStudyPressureUlcerAetiology.InGEFENA(Ed.)MultiscaleComputerModelinginBiomechanicsandBiomedicalEngineering.Springer.[9]PEETERS,E,BOUTEN,C,OoMENS,C,ANDBAAIJENS,F.(2003).InVitroModelstoStudyCompressiveStrain-InducedMuscleCellDamage.Biorheology.40:383-388.[10]DINSDALE,S.(1974).Decubit