輪椅車座椅 第14部分：與外力控制以維持組織完整性有關(guān)的概念 征求意見稿

1GB/Z30661.14—XXXX/ISO/TS16840-14:2023輪椅車座椅第14部分：與外力控制以維持組織完整性有關(guān)的概念本文件給出了與人體及其支撐表面所涉及的力及其影響相關(guān)的常見術(shù)語。它提供了關(guān)于這些力如何影響人體對(duì)姿勢支撐系統(tǒng)的反應(yīng)的概念的進(jìn)一步信息，特別強(qiáng)調(diào)了組織和姿勢支撐裝置（PSD）之間的界面對(duì)維持組織完整性的影響。本文件提供了對(duì)生物力學(xué)概念、現(xiàn)象和詞匯的一般介紹。這是為了促進(jìn)參與提供設(shè)備以管理組織完整性的一系列學(xué)科/利益相關(guān)方之間有效地理解和共享信息。本文件適用于具有代表性的利益相關(guān)方，包括殘疾人、作業(yè)治療師、物理治療師、生物醫(yī)學(xué)工程師、護(hù)士、醫(yī)療和輔助醫(yī)務(wù)人員、設(shè)備制造商和促進(jìn)開發(fā)、提供和使用輪椅車座椅和移動(dòng)設(shè)備的其他專業(yè)人員。本文件不提供生理教科書或科學(xué)文獻(xiàn)中現(xiàn)有的詳細(xì)資料。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。ISO7176-26輪椅車第26部分：詞匯（WheelchairsPart26:Vocabulary）注：GB/T18029.26-2014輪椅車第26部分：詞匯（ISO7176-26:2007，IDT）ISO16840-1輪椅車座椅第1部分：身體部位、體位及體位支撐面的詞匯、基準(zhǔn)軸規(guī)則和測量（WheelchairseatingPart1:Vocabulary,referenceaxisconventionandmeasuresforbodysegments,postureandposturalsupportsurfaces）注：GB/Z30661.1-2021輪椅車座椅第1部分:身體部位、體位及體位支撐面的詞匯、基準(zhǔn)軸規(guī)則和測量（ISO3術(shù)語和定義ISO7176-26和ISO16840-1界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1法向力perpendicularforce在一個(gè)元素表面的90°處發(fā)生的力。單位為牛頓（N）。3.2剪切力shearforceFs與元素表面平行而產(chǎn)生的力。單位為牛頓（N）。3.32GB/Z30661.14—XXXX/ISO/TS16840-14:2023壓強(qiáng)pressureP垂直于表面方向上的單位面積的力。按式（1）計(jì)算：式中：P——壓強(qiáng)，單位為兆帕（MPaX——垂直力，單位為牛頓（NA——面積，單位為平方毫米（mm2);3.4剪應(yīng)力shearstressτ剪切力除以施加剪切力的元素表面的面積，與它所在的坡度或平面平行。按式（2）計(jì)算：式中：τ——剪應(yīng)力，單位為兆帕（MPa）；Fs——剪切力，單位為牛頓（N）；A——面積，單位為平方毫米（mm2);3.5軸向應(yīng)變axialstrain法向應(yīng)變normalstrainε由于壓力的作用而導(dǎo)致的尺寸的變化。注：軸向應(yīng)變?yōu)闊o量綱。3GB/Z30661.14—XXXX/ISO/TS16840-14:2023圖1由壓力壓縮效應(yīng)產(chǎn)生的軸向應(yīng)變效應(yīng)3.6剪應(yīng)變shearstrainv由于剪應(yīng)力的作用，元素形狀的變化。圖2剪切應(yīng)變效應(yīng)3.7剪切模量shearmodulusG剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變之比。單位為帕斯卡（Pa）。3.8摩擦力friction4GB/Z30661.14—XXXX/ISO/TS16840-14:2023抵抗表面接觸的兩個(gè)物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力。3.8.1靜摩擦力staticfriction抵抗初始相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦力。3.8.2動(dòng)摩擦力dynamicfriction在運(yùn)動(dòng)過程中抵抗運(yùn)動(dòng)的摩擦力。3與支撐表面相互作用對(duì)人體組織的影響4.1一般原則當(dāng)任何表面直接與用戶的身體接觸時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生許多效果：a)皮膚表面受到復(fù)雜壓力分布的影響；b)在界面表面的壓力分布梯度和摩擦力，誘導(dǎo)內(nèi)部組織變形；c)組織從皮膚到骨突起的變形產(chǎn)生了一個(gè)相對(duì)于卸載組織條件的整體組織位移；d)組織變形包括內(nèi)部軸向應(yīng)變和剪切應(yīng)變：1)軸向應(yīng)變和剪切應(yīng)變誘導(dǎo)內(nèi)血液和淋巴循環(huán)的改變；2)血管閉塞可因缺氧和營養(yǎng)物質(zhì)不足而導(dǎo)致細(xì)胞死亡；3)高水平的細(xì)胞株可導(dǎo)致細(xì)胞骨架的破壞導(dǎo)致細(xì)胞死亡。e)有對(duì)熱交換的修改；f)有水分交換的改變；g)這對(duì)身體所采用的姿勢有影響。4.2現(xiàn)象學(xué)描述4.2.1概述當(dāng)一個(gè)人坐在坐墊上時(shí)，有兩個(gè)主要物體相互接觸，如圖3所示：人體（標(biāo)引序號(hào)1）和墊子（標(biāo)引序號(hào)2）。在這兩個(gè)主要對(duì)象(如：衣服、坐墊套、床單、失禁用品等)之間可以有多個(gè)界面。施加在靜態(tài)人體上的重力通過接觸面?zhèn)鬟f到墊層，接觸面的復(fù)雜形狀取決于人體和墊層的剛度和形狀。在接觸面的任意位置（鍵3），可以理想地定義切向平面（鍵4）。5GB/Z30661.14—XXXX/ISO/TS16840-14:2023圖3接觸到靠墊的人體4.2.2壓力和剪切參照一個(gè)給定的平面，可以定義兩種類型的力。與平面成直角的力是一種垂直的力。與平面平行的力是剪切力。在圖4的a部分，這兩個(gè)對(duì)象被簡化為A和B。圖4中，兩個(gè)物體在一個(gè)共同的平面上與面積A接觸。圖4兩個(gè)物體之間的力和應(yīng)力6GB/Z30661.14—XXXX/ISO/TS16840-14:2023當(dāng)垂直力分布在A區(qū)域的接觸面上時(shí)，壓力可以被量化。當(dāng)剪切力分布在A面積的接觸面時(shí)，可以量化剪切應(yīng)力，如圖4中b和c部分所示，這些量也可以在彎曲接觸面的任何位置進(jìn)行擴(kuò)展，作為每個(gè)單位面積的局部力，參照局部切向平面(見圖5)。在接觸面上的切向平面上的壓力（由靠墊施由于接觸面切向平面上的壓力和摩擦而引起的剪切應(yīng)力（由墊層施加于皮膚圖5接觸面切向平面上的壓力和剪應(yīng)力之間的關(guān)系4.2.3摩擦力對(duì)于兩個(gè)物體的接觸面，摩擦在局部切向面上產(chǎn)生剪切應(yīng)力，這取決于剪切應(yīng)力，a)表示兩個(gè)表面之間的壓力量，b)的兩個(gè)表面的性質(zhì)，和c)表示接觸面處的環(huán)境條件。當(dāng)兩個(gè)物體中的一個(gè)上的剪切力試圖在它們的兩個(gè)表面之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這將首先產(chǎn)生靜摩擦，這將增加表面上的剪應(yīng)力，導(dǎo)致表面下的剪切應(yīng)變?cè)黾?。?dāng)剪切力達(dá)到一個(gè)表面開始相對(duì)于另一個(gè)表面移動(dòng)的點(diǎn)時(shí)，摩擦力就會(huì)從靜態(tài)摩擦力移動(dòng)到動(dòng)態(tài)摩擦力。其結(jié)果是表面的剪切應(yīng)力降低，導(dǎo)致表面下的剪切應(yīng)變減少，但當(dāng)表面相互移動(dòng)時(shí)，仍會(huì)發(fā)生磨料損傷。4.2.4菌株的分布關(guān)注接觸的兩個(gè)物體的變形形狀，在人體軟組織內(nèi)部和坐墊內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)變（變形）分布，即使在坐墊只施加垂直力的地方（與卸載時(shí)的上標(biāo)稱表面相比）。人體組織的異質(zhì)性與骨突起的存在結(jié)合起來，產(chǎn)生了在體內(nèi)軟組織層中復(fù)雜的應(yīng)變分布。當(dāng)形狀發(fā)生變化時(shí)，這些變形可以歸類為剪切應(yīng)變(見圖2)，或作為軸向應(yīng)變，當(dāng)只有尺寸變化發(fā)生時(shí)(見圖1，作為壓力下壓縮的一個(gè)例子)。它們通常一起發(fā)生。由于血管閉塞和細(xì)胞應(yīng)變，剪切應(yīng)變與軸向應(yīng)變一起對(duì)皮膚層不同深度的軟組織(表皮、真皮層、脂肪、結(jié)締組織、循環(huán)血管、肌肉)造成損傷，造成這種損害的機(jī)制仍在科學(xué)評(píng)估中。7GB/Z30661.14—XXXX/ISO/TS16840-14:2023簡單地坐在墊子上就會(huì)在體內(nèi)軟組織和墊子內(nèi)產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)變分布。在不同的組織層中存在不同的剪切應(yīng)變(見圖6)。注：復(fù)雜的菌株是在墊層和皮膚組織內(nèi)形成的。圖6坐在墊子時(shí)接觸表面應(yīng)力導(dǎo)致的身體組織應(yīng)變的例子當(dāng)額外的剪切力施加到與墊層接觸的部分時(shí)(圖7的標(biāo)引序號(hào)1)(例如，通過特定的墊層構(gòu)造，或通過一個(gè)人向前滑動(dòng)的動(dòng)作)，在接觸表面產(chǎn)生額外的剪切應(yīng)力：這改變了組織內(nèi)部的應(yīng)變分布，并可能在某些位置產(chǎn)生剪切應(yīng)變的增加(圖7的紅色塊)導(dǎo)致組織損傷的風(fēng)險(xiǎn)增加，以及其他部位的應(yīng)變水平的降低(圖7的綠色塊)。8GB/Z30661.14—XXXX/ISO/TS16840-14:2023圖7施加外加剪切力所引起的剪切應(yīng)變效應(yīng)的變化另一個(gè)相關(guān)的因素可以是支撐面的剪切模量，因?yàn)椴牧显接?，其剪切模量值就越高。?dāng)剪切模量值的增加時(shí)，這表明需要更多的力或應(yīng)力來使其沿力方向的平面發(fā)生應(yīng)變或變形。這意味著，如果支撐面的剪切模量低于支撐面上的皮膚組織，則支撐面將占更大的剪切應(yīng)變或變形的百分比。4.3選擇支撐面覆蓋層的臨床意義4.3.1骨突起如坐骨結(jié)節(jié)、尾骨和骶骨上的皮膚和底層軟組織厚度往往小于其他區(qū)域，如沿大腿上的股骨下。因此，施加在組織上的剪切力在骨突起下的厚度較小，以消散剪切應(yīng)變。因此，當(dāng)受到與較密集的表面接觸后產(chǎn)生的軸向力和剪切力時(shí)，較厚組織中的細(xì)胞將比較厚軟組織區(qū)域中的細(xì)胞經(jīng)歷更大的個(gè)體變形(例如，骨、座墊、靠背支撐等見圖8)。注：坐骨結(jié)節(jié)和股骨下的皮膚和下方軟組織厚度的差異如圖所示。圖8相對(duì)于較深的組織（如，沿著大腿的股骨下），剪切應(yīng)變對(duì)骨突起下較薄組織（如，坐骨結(jié)節(jié)）的相對(duì)影響4.3.2選擇與覆蓋骨突起的皮膚相鄰的支撐表面材料是很重要的：如果支撐表面覆蓋物在此時(shí)可以隨皮膚一起移動(dòng)，那么對(duì)相鄰組織的剪切應(yīng)變就會(huì)更小。另一方面，靠近較厚的皮膚層的支撐表面覆蓋層將需要有更高的摩擦元件，以防止用戶滑出表面——然而，更大的皮膚深度(例如，圖8在股骨下沿大腿分布)更適合將剪切應(yīng)變分布在更多的細(xì)胞上，從而減少每個(gè)細(xì)胞的剪切應(yīng)變。4.4壓力分布和剪切力的測量4.4.1壓力映射9GB/Z30661.14—XXXX/ISO/TS16840-14:2023一些壓力映射設(shè)備有軟件，不僅可以描述每個(gè)傳感器測量的實(shí)際壓力，還可以顯示一個(gè)梯度視圖，顯示壓力從一個(gè)傳感器到下一個(gè)傳感器的壓力變化速率。梯度越大，在一個(gè)傳感器的檢測區(qū)域和下一個(gè)皮膚表面之間的組織中可能發(fā)生的剪切應(yīng)變就越大。4.4.2剪切傳感器剪切傳感器檢測發(fā)生在傳感器和相鄰表面(例如，墊子表面，衣服，皮膚等)之間的局部外部剪切力的力和方向。度量單位一般是牛頓，在適當(dāng)?shù)那闆r下可以用帕斯卡。當(dāng)使用剪切傳感器時(shí)，應(yīng)考慮到某些限制(見附錄A)。4.4.3壓力和剪切模型雖然沒有提供直接的措施，但有限元分析建模已經(jīng)發(fā)展成為一種經(jīng)濟(jì)有效的方法，以三維模擬人體與緩沖層相互作用的摩擦、剪切和壓力效應(yīng)。GB/Z30661.14—XXXX/ISO/TS16840-14:2023關(guān)于使用剪切傳感器的考慮事項(xiàng)A.1從傳感器本身開始對(duì)測量值的影響宜考慮剪切傳感器的厚度和柔韌性。為了精確測量，傳感器宜足夠薄，以避免傳感器本身對(duì)測量的影響。傳感器還宜具有足夠的靈活性，以跟蹤被測物體的形狀，并避免傳感器本身的影響。當(dāng)使用較厚的剪切傳感器時(shí)，傳感器放置的地方[13][14]往往會(huì)顯示較高的力值。注：當(dāng)使用厚剪切傳感器時(shí)，將傳感器嵌入到物體中可以減少其影響傳感器本身。A.2剪切傳感器表面的滑度宜考慮剪切傳感器表面的“滑動(dòng)度”。使用剪切傳感器的剪切測量有兩種類型，一種是傳感器與物體之間沒有滑移的測量，另一種是用滑移測量。在無滑移測量時(shí)，宜將傳感器固定在物體上，并使傳感器表面的滑動(dòng)降低；在測量輪椅坐墊與無滑移體之間的剪切力時(shí)，宜將傳感器用雙面膠帶固定在坐墊上，并在傳感器表面用薄且靜摩擦系數(shù)高的織物覆蓋。在這種情況下，請(qǐng)注意，當(dāng)兩個(gè)物體之間的滑度非常高，并且任何一個(gè)物體與傳感器之間的滑度非常低時(shí)，傳感器很容易斷裂；在測量帶有滑移的剪切力時(shí)，傳感器的表面特征(即動(dòng)摩擦系數(shù))必須與物體的表面特征相同；當(dāng)傳感器被放置在物體A和物體B之間時(shí)，接觸物體A的傳感器一側(cè)的摩擦系數(shù)宜與接觸物體B的傳感器一側(cè)的摩擦系數(shù)相同，反之亦然；當(dāng)傳感器固定在任意一個(gè)物體(如物體A)上時(shí)，只考慮另一側(cè)的表面特征(即與物體B接觸的表面)。A.3一個(gè)剪切傳感器的實(shí)際傳感區(qū)域?yàn)榱吮容^測試結(jié)果，宜使用帕斯卡作為測量單位。來自傳感器的原始數(shù)據(jù)的測量單位通常是牛頓：為了將其轉(zhuǎn)換為帕斯卡，原始數(shù)據(jù)應(yīng)除以傳感器的實(shí)際傳感區(qū)域。實(shí)際的傳感區(qū)域是施加力的地方。因此，例如，當(dāng)傳感區(qū)域的一部分不接觸物體時(shí)，實(shí)際傳感區(qū)域變得更小。否則，實(shí)際的傳感面積等于傳感器的傳感面積。A.4布線為了從傳感器中獲取原始數(shù)據(jù)，通常使用一根電纜將傳感器連接到外部電路上。當(dāng)電纜與物體接觸時(shí)，可能會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生拉力。為了盡量減少這種不利影響，需要考慮的一種方法是使用柔性/可伸縮的電纜。另一種需要考慮的方法是用潤滑劑材料覆蓋傳感器電纜區(qū)域，以盡量減少來自電纜的摩擦。將一根電纜嵌入到一個(gè)物體中是盡量減少不良影響的一種方法。A.5一個(gè)滯后性和時(shí)間分辨率一般來說，力檢測傳感器或多或少都存在滯回現(xiàn)象。遲滯量通常取決于傳感器中用于力檢測的材料的柔韌性。通常，傳感器中使用的材料越柔韌，遲滯量就越大。在這種情況下，也將有一個(gè)更長的時(shí)間分辨率方面。因此，當(dāng)使用柔性材料構(gòu)成的傳感器時(shí)，可能需要理論校正來校正滯后效應(yīng)。GB/Z30661.14—XXXX/ISO/TS16840-14:2023參考文獻(xiàn)[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