Structure and Analysis of Woven Compression Bandages for Venous Leg Ulcers

Abdelhamid Rajab Ramadan Aboalasaad, M.Eng.

Doctoral thesis

Abstract:

Woven compression bandage (WCB) is one of elastic textiles that exert pressure on muscles. With a defined tensile strength, it is possible to create the required compression on the given body parts. The proposed study aims to investigate the relationship between woven fabric deformation, porosity, and tensile stress properties of three main types of woven compression bandages. All bandage samples are applied on human leg using two and three layers bandaging techniques. The study investigated the commercial yarns available in the bandage market in addition to yarns spun at a wider range of ply twist. Moreover, the study analyzed the influence of yarn material and bandaging techniques on corresponding pressure at the ankle and mid-calf positions. Results revealed that the optimum twist for plied yarn should be (1800 - 2200 turns per meter) to produce highly extensible WCB. Another part of the dissertation was a modification of the structure and construction of a WCB made of 100% cotton, where the bandage includes an integrated tension sensor, which causes a color change of the bandage during its deformation. The solution is sensors in the bandage in the form of threads with a color different from the other structure of the bandage, which become visible due to deformation / stress in the bandage. Implementation is possible by applying weft threads with different colors through the weft insertion during weaving. The measured pressure using PicoPress was compared with theoretical compression calculated by Laplace's law and Al-Khaburi's equations. The bandage porosity is calculated for all frames at different weave angles using NIS elements software. Woven bandage construction parameters which are given by the warp and weft yarns preparation, twist, count, and density along with woven fabric weave, type of weaving and finishing process are the main factors influence the bandage properties. Experimental results confirm that bandage porosity is directly proportional to the bandage extension and weave angle that ranges from 44? to 90?. The novelty of candidate study is to introduce practical remarks to the patient for optimizing the required bandage pressure by suitable extension or applied tension or weave angle for two and three layers bandaging systems. Thermal resistance and water vapor resistance are evaluated for four types of WCB, then compared with thermal foot model (TFM). Flexor Carpi (FC), Soleus (SO), and Medial Gastrocnemius (MG) muscles are selected to represent the wrist, ankle, and mid-calf muscles respectively, which are then evaluated by EMG electrical voltage test with and without wearing WCB. Using WCB significantly decreased the muscle's activation and was associated with higher median frequency for both SO and MG muscles during the tested activities.

Abstract:

Tkané kompresní obinadla jsou jednou z možností pružných textilií, které vyvíjejí při aplikaci tlak na svaly. Při aplikaci obinadla, při definované pevnosti v tahu, je možné vytvořit požadovanou kompresi na danou část těla. Jedna z navrhovaných studií si klade za cíl zkoumat vztah mezi deformací tkaného obinadla, pórovitostí a vlastnostmi namáhání v tahu u tří hlavních typů kompresních obinadel. Všechny vzorky obinadel se aplikují na lidskou nohu pomocí dvou a třívrstvých technik bandáže. V rámci realizace disertační práce studie byla zaměřená na zkoumání mechanických vlastností komerční 100% bavlněné příze dostupné na trhu pro výrobu kompresního obinadla a experimentálně navržená sada přízí spřádaných v širším rozsahu zákrutu pro možnou výrobu kompresních 100% bavlněných obinadel. Studie navíc analyzovala vliv konstrukce příze versus bandážovací technika na odpovídající tlak v poloze kotníku a lýtka. Výsledky odhalily, že optimální zákrut pro přízi by mohl být (1800 - 2200 Z/m), aby se vytvořil WCB. Další části disertační práce byla modifikace struktury a konstrukce kompresního tkaného obinadla ze 100% bavlny, kde součástí obvazu je integrovaný senzor napětí, které způsobí barevnou změnu obvazu při jeho deformaci. Řešením jsou senzory v obinadle v podobě nití s barevností odlišnou od ostatní struktury obinadla, které se stanou viditelnými vlivem deformace/napětí v obinadla. Realizace je možná aplikací útkových nití s odlišnou barevností barevným házením během tkaní. Naměřený tlak pomocí PicoPress byl porovnán s teoretickou kompresí vypočítanou Laplaceovým zákonem a Al-Khaburiho rovnicemi. Porozita obinadla se následně přepočítá ze snímaného obrazu pro všechny snímky využitím softwaru NIS elements. Hlavní parametry ovlivňující vlastnosti obinadla jsou konstrukční parametry: a) dostavou osnovních a útkových nití, zákrutem osnovních a útkových nití, materiálovým složením nití obinadla a vazbou tkaného obinadla, typem tkaní a dokončovacím procesem. Experimentální výsledky potvrzují, že pórovitost obinadla je přímo úměrná prodloužení obvazu a úhlu deformace nití v provázání nití, který se pohybuje od 44 ° do 90 °. Modifikaci konstrukce kompresního obinadla, vložením barevných vzorů a nití v obinadle, lze použít také k jednoznačné identifikaci, zda tento obvaz je vhodný například pro vysoký či nízký stupeň komprese. Zabrání se omylům při aplikaci. Poslední části práce je zhodnocení chování obinadel z pohledu tepelného odporu, kde tepelný odpor a odpor vodních par se hodnotí pro všechny typy WCB s následným porovnáním s modelem tepelné nohy (TFM). Pro reprezentaci svalů zápěstí, kotníku a středního lýtka jsou vybrány svaly Flexor Carpi (FC), Soleus (SO) a Medial Gastrocnemius (MG), které jsou poté hodnoceny testem elektrického napětí EMG s nebo bez nošení WCB. Použití WCB významně snížilo aktivaci svalu a bylo spojeno s vyšší střední frekvencí pro svaly SO i MG během testovaní.

Keywords

Dvojmo skaná příze, úroveň zákrutu, tkané obinadlo, obinadlo s krátkým tahem, PicoPress komprese, Laplacova rovnice, tepelný odpor, svalová aktivace.

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 2. 2. 2021

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Brigita Kolčavová Sirková, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Textile Engineering

Doctoral programme / field:
Textile Engineering / Textile Technics and Materials Engineering