作者：泰安市中医医院骨科 杨骁丽
使用弹性织物可以制作出有效贴合身体形状的矫形器，同时也可以和硬质材料结合增加其强度获得更好的支撑性，通过材质的柔软透气提高穿着舒适性，解决塑料和树脂产品过敏带来的瘙痒和缝线硌皮肤等问题。以往制作矫形器的材料主要是塑料、皮革和金属，存在不少缺陷。近年来随着纺织材料的发展，具有良好抗弯刚度或变形恢复能力的弹性织物在矫形器领域得到越来越多的应用，临床医师在矫形器处方中不仅仅要评估患者的病理情况，还需要了解矫形器的特性及其所用材料。弹性织物有其独特优势，如果临床医师充分了解这种材料的特性，有利于指导患者定制更符合其需要，且能够提高其佩戴依从性的个体化矫形器。
个体化矫形器的现状
矫形器是一种以减轻四肢、脊柱骨骼肌肉系统的功能障碍为目的的体外支撑装置。个体化矫形器是指在评估肌肉骨骼解剖学结构的基础上，定制最适合个体情况的矫形器，后续持续监测患者状况和对设备的适应性，根据其反应和偏好加以调整。该学科已从大批量标准化制造转变为个体化定制。目前国外大多数矫形器制造企业在“数字化设计”、“批量个性化生产”等领域不断开发，将矫形器与3D打印、数字医学、人工智能等先进技术相结合。但是用于矫形器的塑料材料的生物融合性有限，长时间佩戴对皮肤有刺激性。因此，世界顶级个体化矫形器品牌大都是采用由塑料和硅胶或金属材料的支撑物或插入物制成符合解剖学形状的框架，再由不同面料结构的弹性织物制作与皮肤接触的部分。例如意大利的动态弹性织物矫形器公司WASP开发的使用3D立体无缝针织机制作的聚丙烯纤维（丙纶）脊柱侧弯矫形衣，就是采用了弹性织物和硬质塑料材料组合使用的方式。德国矫形器制造商Pohlig采用SimBrace技术采集人体不同部位的数据，根据患者的形态调整支具的形状和位置，也是采用了3D立体无缝针织制作的弹性织物材料和3D打印硬质材料组合的方式制作身体不同部位的矫形器。法国矫形器公司ChablozOrthopedics专门设计和生产定制四肢和头部矫形器，它制作的矫形头盔用于矫正婴儿头骨畸形，这种头盔的内部和外部均由弹性织物包覆。法国矫形鞋垫品牌ScientiFeet由法国3D打印公司Prodways集团的子公司PODO3D创建，他们能够生产高精度的定制3D打印弹性织物矫形鞋垫。位于悉尼的矫形器解决方案供应商Kor⁃thotics的品牌DMOrthotics专门提供弹性织物矫形器，使用尼龙和天然纤维3D打印个体化定制的颅骨头盔、护膝、矫形衣和踝足矫形器，适用于包括脑瘫、脊柱侧弯、中风和
基于矫形器应用的弹性织物
弹性织物，主要指针织面料或由尼龙、莱卡、莫代尔等纤维织成或是以上纤维同棉、麻、丝、毛等纤维混纺成的纺织品，在受外力作用时变形，除去作用力时恢复原有形状。3D立体无缝针织矫形器的个体化定制多选用增材制造的方式制作，但是材料选择有限，与3D打印机兼容的材料大多是塑料，例如ABS、PLA或TPU，虽然都可以创建有弹性的对象，但远不如织物柔软舒适。而且大多数3D打印机无法产生足够精细的细节，只有3D无缝针织可以产生弹性、厚度和结构均可调整的三维立体无缝廓形，也适用于将导电材料一体成型编织于面料中，满足装有电子元器件的主动矫形器的需要。20世纪80年代意大利圣东尼公司率先开发出无缝针织技术。日本的岛精公司和德国斯托尔公司是目前市场上两大主要无缝针织横机制造商。3D无缝针织的制造过程与3D打印很相似，都需将通过计算机创建三维模型数据传输到机器，区别在于该机器不是通过挤出机处理长丝或光固化，而是由针织机立体编织。因此两者原理本质上相同，都基于软件和增材制造，但是使用的材料不同，无缝针织最大的优势是可以使用纯天然材料，如纯棉，羊毛，真丝。3D间隔织物3D间隔织物是目前矫形器领域主要使用的弹性织物。它是一种三维结构针织物，由多面透气网孔形态的单丝中空层连接两个针织外层，不使用胶黏剂，厚度没有限制，具有良好的回弹性。中空结构防止人体间歇性出汗时皮肤周围微气候中的水份积聚。
Mi⁃chalak所做针织间隔织物结构研究表明，3D间隔织物透气量为：每4800~5000L/m2*s，具有良好的机械性能和化学稳定性，为矫形器纺织品提供了理想的选择。压力吸附性能优于单层机织物、织造布、海绵泡沫材料和其他复合织物。间隔纱、纤维粗细和针织结构的选择对压缩应力、压缩恢复和剪切力有显着影响。弹性针织面料常见的织造弹性针织面料的纤维和纱线有“氨纶（spandex）”,“莱卡（ly⁃cra）”,“氯丁橡胶（neoprene）”,“尼龙（nylon）（也叫锦纶）”,“聚丙烯纤维（PP纤维）（俗称丙纶）”。使用的工艺和机器主要有4种：全成型、横机、圆机和经编针织。通常由地线和纱线编织用以确保其厚度和刚度，并通过调整嵌纱弹性芯的厚度来实现更高水平弹。Chang研究表明在相同的延伸水平下，弹性恢复能力取决于压缩力的大小和施加力的时间长度以及织物本身允许恢复的性能，纱线类型和纤维间摩擦也起重要作用。Jovanovic研究显示除了延展性和弹性恢复，滞后也是重要指标，此类织物在不断变形下会产生滞后问题。Lai的研究反映织物结构和应变百分比应力松弛的影响。另外，刚度也是影响织物的重要性能，大多数矫形衣必须全天穿着，这意味着织物在给定的拉伸水平下，在紧张释放之前会持续拉伸很长一段时间，所以在选择合适的矫形器织物时还需要考虑它的动态刚度。
弹性织物在个体化矫形器的应用
动态弹性织物矫形器和压缩衣 动态弹性织物矫形器（DEFO）在英文中是个专有名词，特指用不同厚度的弹性织物缝合而成以达到特定的张力和生物力学方向的矫形器，旨在帮助佩戴者移动而不是限制其身体运动。国内在静态进展型矫形器中也常用到各种弹性织物材料。主要用于患有脑瘫、脊柱侧弯、孕期腰和盆骨疼痛、被诊断患有肌肉萎缩症或感觉统合障碍的患者。Hui使用有限元模型（FEM）模拟研究制作治疗脊柱侧弯的动态弹性织物矫形器，测量了多种织物的物理和机械性能，根据Cobb角确定DEFO软支架的性能。压缩衣是具有工程压缩梯度的弹性服装，用于术后康复或增强运动能力。常见于各种加压疗法，例如“瘢痕治疗、下肢静脉曲张、抽脂后塑性、脂肪移植或隆胸手术后移植物定位等。压缩衣的压力性能、压力分布、保持力和耐久性是关键指标。一件与穿着者个体化匹配的服装应具有适当的压缩值，Koz⁃inc将不适感的压力阈值确定为5.88~9.80kPa（44.1~73.5mmHg），舒适区的压力阈值确定为1.96~3.92kPa（14.7~29.4mmHg）。压力太大会因循环障碍导致组织坏死，而压力太小则没有治疗效果。在瘢痕治疗领域，Wise-man认为聚氨酯类医用低温热塑板是最佳的壳体材料，能提供最好的冲击保护和最低的残余位移。硅酮凝胶材料在压缩测试中最柔软并且与生物组织最相似，与弹性织物面料结合在一起使用的临床表现最好。
矫形器衬垫 弹性织物衬垫通常用作肢体皮肤和硬质矫形器材料之间的过渡材料，保护裸露肢体免受承重法向应力和剪应力引起的损伤，避免因局部施压过大而产生摩擦性溃疡。传统的衬垫材料有硅胶发泡弹力棉（spenco）、聚氨酯发泡材料（poron）、矽氧树脂（sili⁃cone）及软质聚乙烯（softpelite），Baars通过患者对假肢和矫形器的满意度相关因素的问卷调查和系统性评价得出结论，高分子复合材料与弹性织物结合使用可以更好地缓解肢体的应力集中和过敏问题。以矫形鞋垫为例，
Hamedi研发了添加形状记忆合金属线（SMA）来增加3D针织间隔织物的能量吸收和减少应力梯度，通过静态压缩试验证明比添加了钢丝的聚酰胺矫形鞋垫的缓冲性能更好。Yu的研究显示通过控制间隔织物曲率制作出的高度贴合身体的弹性织物可以在更宽的表面积上重新分配界面压力。Jung对比几种用于矫形器衬垫的最新硅酮纯棉复合间隔织物和聚酯以及氯丁橡胶在封闭环境下的皮肤刺激、温度湿度变化、机械断裂、压力和炎症等微气候环境特性。
可穿戴电子纺织品 电子纺织品通常指使用织物作为电控、电池、电机、传感器等元件的载体或者将柔性电子器件以纺织品的形状编织成型的可穿戴产品。近些年来随着仿生矫形器，柔性主动型矫形器、人工肌肉、肌电假肢及可穿戴外骨骼的应用成为研究热点。第一代被动型电子织物只能感知环境并提供穿着者信息，例如用于静脉曲张加压治疗，内置压力传感器检测织物松弛情况的加压矫正套。第二代的主动型电子织物同时具有传感器和执行器装置，多见于神经和肌肉的电刺激矫形器，通过预制在织物中的电极中具有不同频率和脉冲宽度的交流电流的快速变化确保特定肌肉被迫工作，使其在丧失肌肉功能后的康复运动训练中维持或增加关节的运动范围，增加局部血液循环。Vromans用导电纱线制成的织物矫形器代替旧式电极并实现与之相当的治疗效果，确定了刺激不同肌肉时使用的功能性电刺激（FES）的强度和频率参数。
第三代智能型电子织物能够通过微处理器对传感器感应到的信息进行智能判断，自动调节到最适合条件所需执行的控制，例如Hoppe-Ludwig研发的肌电肘腕手矫形器，Nguyen研发的震颤抑制矫形器。第四代纺织品形状的4D打印由Tibbits于2013年首次提出，这种材料
综上所述，本文大致概括了应用于矫形器的弹性织物，目前我国在这方面落后于发达国家，需要医学、材料学、工业设计的跨学科整合。但是继承于前苏联的过于细分割裂的学科分类体系制约了发展，不少临床专业技术人员习惯应用旧材料、老方法，从而影响了现代矫形器的推广应用。使用弹性织物材料可以提高矫形器的舒适度和有效性，是为患者提供个性化服务的重要工具。
来源：中国矫形外科杂志2023年4月第31卷第8期
(本网站所有内容，凡注明来源为“医脉通”，版权均归医脉通所有，未经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，否则将追究法律责任，授权转载时须注明“来源：医脉通”。本网注明来源为其他媒体的内容为转载，转载仅作观点分享，版权归原作者所有，如有侵犯版权，请及时联系我们。)
