Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ процессов проектирования и изготовления ортопедических корсетов 12
1.1. Историческое развитие формы и назначения корсета 12
1.2.Область применения корсетов 14
1.3. Анализ конструкторского обеспечения процессов проектирования корсетных изделий 17
1.4. Анализ технологического обеспечения производства корсетов 25
Выводы и постановка задачи исследования 31
2. Развитие принципов системного подхода к проектированию ортопедических корсетов 34
2.1.Обоснование исследуемой системы и комплекса требований к объекту проектирования 34
2.2. Системно-структурный анализ ортопедических корсетов 38
2.3. Разработка методики построения функциональной модели коррекции сколиотической деформации позвоночного столба с использованием корсета 39
2.4. Эргономическое обоснование конструкций корсетов 45
2.5. Построение структурной геометрической модели 48
Выводы по главе 51
3. Разработка информационной базы процесса проектирования ортопедических корсетов 53
3.1. Разработка принципиальной схемы трансформируемого макета торса фигуры 54
3.2. Уточнение макета для индивидуального проектирования корсетов 68
3.3. Определение топографии точек воздействия корсета на поверхность торса 68
3.4. Разработка типовых вариантов конструкций структурных элементов корсета 69
Выводы по главе 75
4. Исследование и разработка технологии изготовления ортопедических корсетов из композиционных материалов 76
4.1. Экспериментальное исследование технологии изготовления корсетов из композиционных материалов 79
4.2. Разработка универсальной малооперационной технологии изготовления ортопедических корсетов из композиционного материала 87
4.3. Определение рационального состава композиционного материала для изготовления корсетов. 91
4.4. Исследование гигиенических характеристик композиционного материала 107
В ыводы по главе 109
5. Разработка конструкции и технологии изготовления полуфабрикатов ортопедических корсетов применительно к условиям массового швейно-трикотажного производства 110
5.1. Разработка базовых конструкций деталей корсетов 110
5.2. Выбор и обоснование методов обработки деталей корсетов из полимерных пленочных материалов 115
5.3. Обоснование конструкции полуфабрикатов корсетов 122
5.4. Апробация разработанной технологии изготовления полуфабрикатов корсетов в условиях массового швейно-трикотажного производства 127
5.5. Разработка методики уточнения полуфабриката на индивидуальную фигуру 127
Выводы по главе 130
6. Апробация результатов работы 131
6.1. Клиническая апробация разработанных ортопедических корсетов 131
6.2. Промышленное внедрение разработанной технологии 138
Заключение 140
Список цитируемых источников 142
Приложения 153
- Анализ конструкторского обеспечения процессов проектирования корсетных изделий
- Разработка методики построения функциональной модели коррекции сколиотической деформации позвоночного столба с использованием корсета
- Разработка типовых вариантов конструкций структурных элементов корсета
- Разработка универсальной малооперационной технологии изготовления ортопедических корсетов из композиционного материала
Введение к работе
Актуальность работы. Одним из условий стабильной эффективной работы швейных предприятий в существующей сложной экономической ситуации является решение проблем оптимизации ассортимента и расширения рынков сбыта выпускаемой продукции. Этому могут способствовать более тесный контакт с потребителями, переход на выполнение индивидуальных заказов и небольших партий, а также расширение ассортимента выпускаемой продукции, включение в него изделий специального назначения, пользующихся повышенным спросом у определенных социальных групп.
К таким изделиям относятся корсетные изделия специального (медицинского) назначения, в том числе ортопедические корсеты для лечения заболеваний и травм опорно-двигательного аппарата (ОДА), занимающие особое место среди многочисленного ассортимента швейных изделий, поскольку эта продукция призвана помогать больным.
В современных условиях поражения ОДА (переломы, остеохондрозы, сколиозы и др.) относятся к числу самых распространенных заболеваний. В связи с этим годовая потребность в ортопедических корсетах только в Ивановской области возросла с 30-50 штук в 60-х годах нашего века до 200 в конце 90-х. Другой тенденцией развития этих заболеваний является снижение возраста пациентов. По данным /1/ до 20% страдающих сколиозом заболевают уже в дошкольном возрасте.
Позвоночный столб - сложный орган, являющийся центром единой биологической функциональной системы организма, выполняющей роль «регулятора» функций внутренних органов и периферических нервов тела человека. Травмы, заболевания и искривления позвоночника приводят к нарушению целостности этой системы, что влечет за собой изменение функций не только ОДА, но и внутренних органов 121. Отсюда печальная статистика исходов: до 90% детей, заболевших сколиозом или перенесших перелом тел позвонков в возрасте до 4 лет, становятся к 18-20 годам инвалидами.
Следовательно, разработка методики проектирования и технологии изготовления функционально-эффективных ортопедических изделий, предотвращающих развитие деформаций и позволяющих социально реабилитировать таких больных, обеспечивая им нормальные условия жизни, является актуальной и в социальном плане.
Отсутствие универсальных технологий, многостадийность и материалоемкость процесса изготовления таких изделий, низкий уровень их эстетической и эргономической проработки, дефицитность и дороговизна высококачественных материалов, а также неудовлетворительная оснащенность протезно-ортопедических предприятий, остро ставят проблему создания принципиально-новых методов проектирования и технологий изготовления ортопедических изделий для туловища.
Перспективным и обоснованным в этой связи является разработка новых методов изготовления ортопедических изделий с учетом потребностей и требований массового швейного производства. Совершенствование технологии изготовления может быть достигнуто за счет разработки новых материалов, использования модульных способов конструирования, методов типизации и унификации, системного подхода к процессу проектирования.
Разработанные принципиально новые конструкции и технология изготовления ортопедических корсетов из швейных полуфабрикатов являются продуктами системного подхода и позволяют решить проблемы оптимизации конструкции, рационализации технологии изготовления с позиций удовлетворения всего комплекса медико-функциональных и потребительских требований, предъявляемых к изделиям данной группы.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом научных исследований, выполняемых по единому наряд-заказу Министер ства общего и профессионального образования Российской Федерации, а также в соответствии с планом НИР Ивановской государственной текстильной академии на 1997 - 2000 годы.
Цель работы состояла в разработке методики проектирования и принципиально новой универсальной малооперационной технологии изготовления высококачественных ортопедических корсетов с учетом требований массового швейного производства.
Для достижения поставленной цели решены следующие лаучные и технические задачи:
• теоретически обоснован графоаналитический метод расчета параметров ортопедических корсетов на основе функциональной модели коррекции деформации позвоночного столба;
• аналитически обоснованы принципы проектирования трансформируемых манекенов торсов типовых фигур, с использованием которых изготовлен макет манекена женской типовой фигуры, трансформируемый по размерам, ростам и полнотам, являющийся формозадающей поверхностью при проектировании корсетных изделий;
• разработана и исследована номенклатура конструктивных модулей, обеспечивающих функциональную эффективность корсета;
• обоснован рациональный состав композиционного материала для изготовления корсетов, обеспечивающий использование конструктивно-технологических средств формообразования изделий и химических способов фиксации заданной объемной формы;
• разработана принципиально новая технология изготовления ортопедических корсетов из композиционного материала;
• разработана конструкторско-технологическая документация на изготовление полуфабрикатов корсетов из полимерного пленочного материала в условиях массового швейно-трикотажного производства.
Решение указанных задач проводилось по следующим направлениям:
• изучение и систематизация данных об объемно-пространственном и конструктивно-функциональном построении корсетов; выделение и исследование конструктивных модулей;
• разработка трансформируемого макета торса женской типовой фигуры для проектирования корсетов инженерными методами с учетом индивидуальных антропометрических особенностей пациентов;
• анализ закономерностей формообразования корсетов для различных половозрастных и размерных групп потребителей;
• оптимизация состава формостабилизирующего пакета ортопедического корсета для достижения его технологической и эргономической эффективности;
• теоретическое обоснование возможности изготовления полуфабрикатов оболочек корсетов в условиях массового швейно-трикотажного производства;
• производственная апробация разработанной технологии изготовления ортопедических корсетов в условиях Ивановского протезно-ортопедического предприятия;
• клиническая апробация корсетов на пациентах с различной патологией опорно-двигательного аппарата в условиях первой детской городской клинической больницы.
Общая характеристика объектов и методов исследования. Объектами исследования явились:
• конструкции 50 существующих на сегодняшний день моделей ортопедических корсетов для больных с патологией опорно-двигательной системы;
• комплекты теоретических чертежей типовых женских фигур четырех полнот-ных групп размеров с 84 по 124 (в соответствии с ОСТ 17-326-86);
• объемные макеты типовых женских фигур 164-96-104,164-112-120 и типовой фигуры мальчиков младшего школьного возраста 116-68;
• трикотажные полотна разнообразного волокнистого состава, переплетения и поверхностной плотности, выпускаемые АО "Ивановский трикотаж";
• полимерные пленочные материалы на трикотажной основе с пленочным покрытием 2 видов;
• образцы формостабилизирующих пакетов для ортопедических корсетов, полученных из указанных композиционных материалов после заливки и отверждения полиуретановой композиции.
Поставленные в работе задачи решали с использованием комплексного подхода, объединяющего методы теоретических и экспериментальных исследований (методологии системного подхода к вопросам проектирования, каркасной теории поверхностей, биомеханического моделирования, объемного макетирования и инженерных методов получения разверток, методов пассивного эксперимента, экспертных, органолептических, инструментальных методов, в том числе теплофизических, рентгеноскопических, физико-механических и др.) по стандартным и оригинальным методикам. Эксперименты выполнены на стандартных приборах, опытном и промышленном оборудовании для исследования свойств трикотажных полотен и композиционных материалов.
Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, обеспечена проведением многократных измерений, использованием поверенных средств измерений и стандартных методик исследований, участием большого числа объектов исследований. Общая погрешность измерений физических величин, включающая случайную и систематическую составляющие, не превысила 7,5% для доверительной вероятности 95%. Обработка результатов исследований осуществлена с использованием методов математической статистики, теории погрешностей и вычислительной техники.
Научная новизна заключается в разработке теоретических основ проектирования ортопедических корсетов на основе системного подхода к обоснованию управляемых параметров и принципиально новой технологии их изготов ления с использованием конструктивно-технологических средств формообразования и химических способов фиксации заданной объемной формы. Впервые получены следующие результаты:
• теоретически обоснована методика проектирования конструкции корсета на основе функциональной модели коррекции осанки и разработан графоаналитический метод определения исходных данных;
• разработана принципиально новая технология изготовления ортопедических корсетов из полуфабрикатов, заготавливаемых в условиях массового швейно-трикотажного производства;
• аналитически обоснованы принципы проектирования трансформируемых манекенов, позволяющих с максимальной точностью воспроизводить изменения формы и размеров их поверхности при межразмерных, межполнотных и межростовых переходах;
• разработан композиционный материал для изготовления тонкостенных изделий сложной формы непосредственно на формозадающей поверхности;
• установлены параметры управления процессом проектирования и изготовления функционально и эргономически-обоснованных конструкций корсетов.
Техническая новизна разработанных ортопедических корсетов подтверждена решением о выдаче патента на промышленный образец по заявке № 98500403/49.
Практическая значимость. Разработаны принципиально-новые варианты конструкций ортопедических корсетов, наилучшим образом отвечающие всему комплексу потребительских, медико-функциональных и технологических требований, а также технология их изготовления, обеспечивающая сокращение производственного цикла, уменьшение доли ручного труда, снижение материалоемкости изделий.
Разработанная технология внедрена на Ивановском производственном протезно-ортопедическом предприятии. Готовые корсеты прошли клиническую апробацию в условиях ортопедо-травматологического отделения 1й детской городской клинической больницы на 11 пациентах с различными заболеваниями опорно-двигательной системы, использующих данные корсеты в течение от 4 до 18 месяцев.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на:
- межвузовских научно-технических конференциях "Современные проблемы текстильной и легкой промышленности", Москва, 1996 г., 1998г.;
- международной научно-технической конференции "Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве" (Прогресс-97), Иваново, 1997г.;
- международных конгрессах "Человек и его здоровье. Травматология, ортопедия, протезирование, биомеханика, реабилитация инвалидов", Санкт-Петербург, 1997г., 1998г.;
- международной научно-технической конференции "Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности" (Прогресс-98), Иваново, 1998г.;
- II Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы химии и химической технологии» (Химия-99), Иваново, 1999г.;
- заседаниях кафедры технологии и химизации швейного производства и межкафедральном семинаре в 1998 и 1999г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ, из которых 2 статьи, 1 решение о выдаче патента на промышленный образец, 1 информационный листок, 7 тезисов докладов.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора (1 глава), результатов исследований (2-6 главы), выводов, списка цитируемой литературы из 136 наименований, 5 приложений. Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков и 20 таблиц.
Анализ конструкторского обеспечения процессов проектирования корсетных изделий
Информационной базой для проектирования корсетных изделий всех видов является форма объемной поверхности фигуры. Корсетные изделия практически не имеют конструктивных прибавок, к тому же они должны не просто повторять поверхность торса конкретной фигуры, но и определенным образом изменять ее, стремясь приблизить к существующему на данном отрезке времени представлению о «норме». Поэтому способ представления информационной базы должен обеспечивать возможность решения пространственных задач, связанных с анализом формы и размеров тела, соотношений его отдельных частей между собой, сравнением индивидуальных антропометрических характеристик с «нормальными» типами, построением наиболее точных разверток.
Наиболее распространенным является способ задания поверхности фигуры в виде массива размерных признаков /16, 17/, которые служат исходными данными при построении разверток изделий приближенными методами. Но при проектировании ортопедических корсетов для больных с нарушениями осанки количество измерений не может быть ограничено антропометрической программой измерений /12, 13/. Деформация позвоночника влечет за собой искривление оси симметрии тела и связанное с ним нарушение симметричности развития мышц, а следовательно, и расположения одноименных антропометрических точек слева и справа. Поэтому величины одноименных размерных признаков, снятых по левой и правой стороне тела, могут значительно различаться. При этом неправомерным оказывается традиционно равное распределение обхватов и ширин на правую и левую стороны, что сильно усложняет процесс проектирования изделия приближенными методами. Кроме того, такой способ задания исходных данных не позволяет учитывать коррекцию деформации на этапе проектирования разверток.
Наиболее полную информацию при высокой точности измерений обеспечивают бесконтактные методы, основанные на использовании стереофотограммет-рии /19/, двух кинопроекторов /20/, сканирующего излучения для измерения расстояния до поверхности кожного покрова /21-24/.
Современному подходу к проблеме совершенствования процесса проектирования промышленных изделий соответствует задание в качестве информационной базы данных теоретических чертежей поверхности типовых фигур /19, 25-30/ и объемных макетов, которые могут быть использованы для построения разверток инженерными методами с высокой степенью точности.
На кафедрах конструирования и технологии одежды ИГТА/выполнены научно-исследовательские работы по формированию базы данных о форме поверхности типовых фигур в виде массивов размерных признаков {Tj}n, комплектов теоретических чертежей и макетов-эталонов торсов фигур базовых размеро-ростов, макетов-эталонов манекенов основных размеро-ростов /31 -33/. Теоретические чертежи представляют собой дискретный каркас исследуемой поверхности и включают в себя фронтальную и профильную проекции фигуры, а также набор горизонтальных сечений на основных антропометрических уровнях: точки основания шеи, плечевой точки, заднего угла подмышечной впадины, сосковой точки, обхвата груди четвертого, талии, выступающей точки живота, выступающей точки ягодиц, подъягодичной складки.
В настоящее время наиболее распространенными методами задания объемной формы корсетных изделий являются: косметического назначения - разработка манекенов внутренней формы изделия /18/, ортопедических (специального назначения) - изготовление гипсовой модели торса пациента /3-5, 15/. Эти методы позволяют получить максимальный объем информации о размерах и наглядное представление о характере поверхности изделия, создают предпосылки для использования инженерных методов проектирования. Однако изготовление гипсовой модели торса каждого конкретного пациента значительно усложняет процесс проектирования ортопедических корсетов из-за большой доли ручных операций и больших затрат времени на сушку гипса. Кроме того, технология изготовления гипсовой модели не обеспечивает высокой точности задания формы из-за большого количества технологических переходов (пациент - негатив - позитив) и наличия на поверхности торса легкодеформируемых мягких тканей.
Выходом в создавшейся ситуации является создание информационной базы для проектирования ортопедических корсетов в виде дискретных каркасов и объемных макетов поверхности типовых фигур в пределах всей шкалы размеро-ростов, полнотных вариантов и типов осанки. Такой качественный состав базы данных позволит систематизировать информацию о типовых фигурах, даст возможность осуществлять сравнение поверхности торса пациента с соответствующим типовым вариантом для выявления тактики коррекции.
Однако использование такого количества объемных макетов требует больших площадей, что не всегда представляется возможным. Для выхода из этой ситуации необходимо изыскать возможности минимизации объема информационной базы данных при сохранении ее качественного состава.
Разработка методики построения функциональной модели коррекции сколиотической деформации позвоночного столба с использованием корсета
Основными структурными элементами корсетов на медико-функциональном уровне являются топографические зоны приложения корригирующих усилий и соответствующие им конструктивные элементы, обеспечивающие реализацию этих усилий. Расположение этих топографических зон зависит от характера поражения опорно-двигательного аппарата и определяет тактику коррекции и соответствующую ей конструкцию корсета. Для точного определения координат точек воздействия необходима разработка функциональной модели коррекции деформации для каждого конкретного пациента. На основе анализа особенностей биомеханической картины искривленного позвоночника, рентгенограмм позвоночного столба пациентов с различными видами сколиоза до и после коррекции, разработана методика построения функциональной модели коррекции сколиотической деформации позвоночного столба. В соответствии с разработанной методикой, в качестве исходных данных для построения функциональной модели принимаются профильная и фронтальная проекции деформированного позвоночного столба пациента, полученные при обследовании методом рентгенографии. 3 соответствии с основами биомеханики /36, 63/, позвоночник рассматривается как стержневая механическая система, соединенная посредством подпружиненных шаровых шарниров. При этом условии осевую позвоночного столба можно представить в виде пространственного векторного многоугольника (2.1) центры сферических шарниров, т.е. точки пересечения осевых соответствующих позвонков, п - общее число позвонков (рис 2.3). На рисунке 2.3 координатная плоскость XOZ совмещена с фронтальной проекцией позвоночника пациента N, плоскость YOZ - с профильной (правая декартова система осей координат), точка
О начала координат соответствует шейной точке - отростку на задней поверхности седьмого шейного позвонка Суп. Результаты измерений координат точек ак сводим в таблицу 2.2. Особо выделены координаты точки am (mcz{l...n}), соответствующей нижней точке позвонка, находящегося на вершине искривления, а при S-образном сколиозе - точек ат и ami соответственно для первичной и компенсационной дуги. По данным таблицы 2.2 рассчитываем модуль (длину) каждого вектора Ik длину пространственной ломаной линии деформированного позвоночного столба ОАдп и высоту позвоночника Ндо Выражения (2.2), (2.3) можно применять как для всего позвоночного столба, так и для его конкретного участка. Границы этого участка устанавливаются по рентгеновским снимкам. За нормальную форму осевой линии позвоночника принята плоская кривая, лежащая в плоскости YOZ, величины изгибов которой (шейного и поясничного лордозов) равны типовым значениям размерных признаков Пки Гті; за вычетом выступа лопаток /12, 13/, или отличаются от них на величину, меньшую интервала безразличия по осанке /10, 62/. Тела 7-го шейного Суп, 12-го грудного Thxn и пятого поясничного LY позвонков располагаются на вертикальной оси OY /14/ (рис.2.4). Если у пациента при сколиотической деформации позвоночного столба его профильная проекция соответствует «норме», то для получения «нормальной» формы осевой позвоночника достаточно построить векторный много-угольник (2.1) в плоскости YOZ с сохранением длин позвонков lk и координат Ук и ук-і точек начала и конца каждого позвонка (рис.2.4). Координаты z k вычисляем в процессе построения: В результате построений получаем новый векторный многоугольник
Длина плоской ломаной осевой «нормального» позвоночника для этого пациента ОАнп определяется из выражения Очевидно, что ОАш= ОАдц. Проверка этого равенства необходима для контроля точности проведенных расчетов и графических построений. Для векторного многоугольника (2.6) определяем положение точки А и ее координату z n, а также высоту "нормального" позвоночника Приращение высоты скорректированного позвоночного столба равно Таким образом, коррекция позвоночника сопровождается увеличением его высоты и изменением координаты Zm позвонка (или позвонков), расположенного на вершине искривления, к которому должны быть приложены основные корригирующие усилия. Данное положение хорошо согласуется с принятой в ортопедии практикой формирования корсетов при дозированном вытяжении позвоночного столба. Следовательно, величина АН определяет необходимую величину вытяжения позвоночника перед формированием корсета (определяет параметры лечебного воздействия) и должна обязательно учитываться при проектировании конструкции корсета для выполнения им основной функции - закрепления оказанного лечебного воздействия.
Если же на профильной проекции исходного (деформированного) позвоночного столба пациента отмечены участки с патологической кривизной (Пк и Гті отличаются от типовых на величину, большую интервала безразличия по осанке), то подход к получению «нормальной» кривой должен быть несколько иным. В этом случае сначала строим в некотором масштабе плоскую осевую «нормального» позвоночника для данного пациента (рис.2.4) длиной ОА" = ОА. Величины Пк и Гті выбираются из НТД /12, 13/ для типо-размеро-роста данного пациента и корректируются на величину выступа лопаток. Далее, имея согласно (2.2) для этого пациента модули всех Ik строим в том же масштабе плоский векторный многоугольник с началами и окончаниями всех У на этой кривой.
Разработка типовых вариантов конструкций структурных элементов корсета
На поверхности разработанного макета определено наиболее характерное расположение всех топографических зон, выявленных в результате системно-структурного анализа. Такой макет можно считать не просто исходной поверхностью, а базовой геометрической моделью проектируемых изделий. Уточнение геометрической модели необходимо осуществлять индивидуально для каждого пациента в соответствии с его антропометрическими характеристиками и их изменениями в процессе коррекции по координатам звеньев векторного многоугольника «нормальной» осевой его позвоночного столба. Положение основных горизонтальных линий макета рационально определять их расстоянием относительно шейной точки: до линии талии (секторы 9 и 10) - г"ли (zV) до уровня заднего угла подмышечной впадины - z" (z 3y), до линии бедер - размерные признаки (Дгс+Дтя)/18/ + АНф. Положение секторов 8 определяется относительно линии талии размерным признаком Дтг /18/. При переломе тел позвонков грудного и поясничного отделов позвоночника корсет главным образом должен осуществлять разгрузку травмированных отделов. Поэтому точки воздействия будут располагаться по поверхности спины параллельно позвоночнику - в соответствии с положением зоны разгрузки на структурной геометрической модели. При сколиозе корсет должен оказывать коррекцию осанки. Как установлено в результате анализа функциональной модели, для этого он должен фиксировать позвоночник в вытянутом на определенную величину положении. Для Поддержание скорректированной формы позвоночного столба рационально осуществлять с помощью фиксации нового положения задних углов подмышечных впадин относительно уровня бедер пациента и размещения жестких «пелотов» в области выпуклости дуги искривления.
Таким образом, при сколиозе основными точками воздействия являются задние углы подмышечных впадин и вершины дуг искривления позвоночного столба. Положение точек воздействия, соответствующих положению позвонков на участках максимальных выпуклостей дуг искривления, определяется пересечением двух линий - горизонтального уровня Zm wm Zm\\ и вертикальной линии, проведенной от точки середины проймы (половины расстояния между передним и задним углами подмышечных впадин). Уровни Zm wm Zm{ располагаются на расстоянии от шейной точки, соответствующем значению координат Zm wm Zm\ после коррекции, вычисленных при графоаналитическом исследовании рентгенограмм пациента. С целью оптимизации процесса проектирования корсетов целесообразно создание информационных массивов конструктивных элементов на основе унификации типовых деталей конструкции. При этом последующая разработка конструкций может осуществляться путем агрегатирования: типовых элементов.
Полной унификации подвергаются в основном производные детали, а основные - частичной. Дальнейшим развитием частичной унификации является выделение конструктивных модулей -структурных элементов конструкции, обладающих функциональной и информативной независимостью и унифицированных по принципу построения. /62/ Вид, свойства и границы структурных элементов корсета определены в результате системно-структурного анализа (табл. 2.4). Варианты конструктивного решения каждого элемента определялись в результате анализа имеющихся в промышленности, литературных и патентных источниках конструкций ортопедических корсетов (табл. Ш). Все полученные варианты объединены в структурные группы, в каждой из которых выбрано наиболее характерное (или несколько наиболее характерных) конструктивное решение. В результате выделено 14 конструктивных модулей, обеспечивающих функциональную эффективность корсетов, которые представлены в таблице 3.5. Они объединены в 6 групп в зависимости от выполняемой функции и положения на поверхности макета и в базисной сетке. Базисная сетка, используемая при построении разверток корсетов, представлена на рисунке 3.10. Порядок расчета и построения горизонтальных линий сетки типовой, применяющийся при конструировании корсетных изделий /18, 37/. Нумерация линий и точек - в соответствии с ЕМКО СЭВ /85, 65/. Дополнительные горизонтальные линии - уровень обхвата груди четвертого 35"-37" и 35 -37 - уровень корня грудной железы. Введение этих линий необходимо для учета конструктивных особенностей ортопедических корсетов. Положение уровня OTIY относительно линии талии определяется величиной размерного признака Дтг, а уровня корня грудной железы относительно уровня ОГіу - величиной размерного признака ёвг - вертикальный диаметр грудной железные ближайшими к точке воздействия линиями базисной сетки, за отрицательное значение фактора - уменьшение размера на 50%, за положительное - увеличение на 50%. Для определения возможности и необходимости сочетаний модулей матрица эксперимента достроена сочетаниями конструктивных модулей, которые наиболее часто применяются в имеющихся конструкциях. Рабочая таблица эксперимента представлена в приложении (табл. П4). В качестве критериев оптимизации приняты относительные значения эффективности выполнения заданной функции. Поскольку коррекция позвоночного столба осуществляется с помощью его вытяжения на величину АНН, то эффективность использования корсета можно определить величиной остаточного вытяжения позвоночника АНК после заданной статической нагрузки. Тогда эффективность коррекции можно вычислить по формуле: Эффективность разгрузки можно определить по изменению высоты заднего угла подмышечной впадины сразу после коррекции АВ и после нагрузки Эффективность реклинации предложено определять по разнице величин размерного признака «положение корпуса» сразу после коррекции АПкн и по Экспериментальные исследования функциональной эффективности выделенных конструктивных модулей и их сочетаний Для проведения эксперимента приглашен пациент с S-образным сколиозом П-Ш степени.
По рентгенограммам данного пациента рассчитана величина АН вытяжения позвоночника, необходимая для коррекции его осанки. Для исключения взаимного влияния модулей при проведении эксперимента изготавливали макеты корсетов из трикотажного полотна, на которых наносили положение исследуемого модуля. Затем отмеченные участки макетов покрывали слоем расплавленного термоклея марки ТК-2, после отверждения образующего жесткий слой полимера, по физико-механическим характеристикам сходного с полиэтиленом и поливиком, которые применяются для изготовления корсетов. Формообразование модулей, покрытых слоем расплавленного клея, осуществляли на поверхности макета торса, размеры которого скорректированы в соответствии с антропометрическими характеристиками пациента. Для проведения эксперимента у пациента в спокойном положении фик сировали размерные признаки Вшт - высота шейной точки, Взу и Пк. Коррек цию осанки пациента осуществляли с применением вытяжения позвоночника в специальной раме, после чего измеряли размерные признаки Вшт , Взу , Пк . Затем на пациента надевали макет корсета и освобождали его из вытяжной ра мы. После статической нагрузки (ходьба на месте в течение 30 мин.) снова осуществляли измерение размерных признаков Вшт", Взу", Пк". Значения ар гументов в формулах (3.1), (3.2), (3.3) определяли следующим образом: АН„=Вшт - Вшт, АНк=Вшт" - Вшт
Разработка универсальной малооперационной технологии изготовления ортопедических корсетов из композиционного материала
Технология изготовления корсетов из разработанного композиционного материала предусматривает выполнение следующих операций: 1) раскрой деталей корсета в соответствии с размерами торса потребителя; 2) обработка деталей корсета с использованием швейной технологии; 3) подготовка компонентов полиуретановой композиции, исходя из площади изготавливаемой детали и проектируемой плотности пенопласта, 4) смешивание композиции и заливка внутрь заливочного пространства детали, 5) равномерное распределение жидкой композиции по объему детали, 6) формообразование деталей корсета по поверхности тела пациента после перехода композиции в пластичное состояние, у) фиксирование формы на время окончательной полимеризации композиции, В) окончательная сборка корсета. Графическая схема сборки корсета представлена на рисунке 4.6. Обязательным условием достижения высокого качества изготавливаемых изделий являются абсолютно плоская форма детали на этапе распределения композиции, исключение возможности проникновения полиуретановой композиции за пределы заливочного пространства, согласование процесса полимеризации и времени технологических операций.
Стадии процесса полимеризации должны быть рассчитаны таким образом, чтобы обеспечивать согласованность во времени всех технологических операций и в то же время не причинять неудобств и не утомлять пациента: время старта композиции (начало вспенивания) выбирается исходя из затрат времени на перемешивание компонентов, заливку композиции в полость изделия и равномерное распределение ее по объему детали; время между окончанием вспенивания и отверждением (продолжительность пластичного вязкотекучего состояния) должно быть достаточным для формообразования детали по телу пациента; время окончательного отверждения композиции, то есть время до набора прочности, достаточной для снятия детали корсета с поверхности торса без деформации, должно быть минимальным, чтобы не утомлять пациента;
Опытным путем установлены рациональные интервалы продолжительности стадий полимеризации полиуретановой композиции и требования к конструкции корсета: время старта должно находиться в пределах 2-5 мин.; продолжительность вязкотекучего состояния должна быть около 10 мин.; время окончательного отверждения композиции не должно превышать 20-30 мин. конструкция корсета должна состоять не более чем из двух последовательно заливаемых деталей (сборочных единиц); каждая деталь должна иметь не более двух заливочных отверстий; формообразование деталей должно осуществляться в основном за счет использования формовочных свойств композиционного материала; включение конструктивных формообразующих элементов допустимо только в мягких вставках при условии, что они не препятствуют плоскому укладыванию деталей, образующих заливочное пространство. Разработанная технология является универсальной, так как позволяет изготавливать ортопедические изделия практически любой объемной формы - в зависимости от конструкции разверток деталей из армирующего материала. Кроме этого, при данном способе изготовления изделие можно проектировать состоящим из нескольких деталей, имеющих свое заливочное отверстие и соединенных между собой с помощью швов, застежки-молнии, эластичной ленты, застежки типа «крючки и петли», шнуровки и т.д. Уточнение их формы и взаимного расположения можно осуществлять сразу после раскроя трикотажных заготовок во время примерки на пациенте, до заливки полиуретана. Это обеспечивает эстетичность, удобство надевания и снятия готовых изделий, возможность дополнительной подгонки на пациенте в процессе эксплуатации. При выбранном способе армирования с поверхностью тела пациента контактирует только трикотаж, что способствует улучшению тактильного восприятия и повышению гигиенических характеристик готовых изделий. Разработанная технология позволяет исключить операции по изготовлению промежуточных формообразующих элементов - «негатива» и «позитива» поверхности торса пациента, и разделить весь процесс создания корсета на два этапа: выкраивание и соединение деталей оболочки, затем формообразование деталей корсета после заполнения оболочки полимером. При этом плоская незаполненная оболочка из легкодеформируемого материала может подходить по размерам нескольким пациентам, что создает предпосылки для выделения ограниченного числа типоразмеров полуфабрикатов оболочек.
Дальнейшее совершенствование разработанной технологии возможно за счет частичного вынесения операций конструкторско-технологической подготовки изделий на швейно-трикотажные предприятия - заготовки этими предприятиями полуфабрикатов оболочек для корсетов. В результате достигается ускорение процесса изготовления корсетов, снижение их себестоимости и повышение качества обработки. Эффективность разработанной технологии должна обеспечиваться рациональным составом композиционного материала, позволяющего сочетать конструктивно-технологические средства формообразования с химическими способами фиксации сложной объемной формы корсетов.
