陳凌嫻，李 俊,2，王 敏,2

(1.東華大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，上海 200051； 2.東華大學(xué) 現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200051)

膝關(guān)節(jié)是人體發(fā)病率最高的關(guān)節(jié)，會(huì)隨年齡的增長發(fā)生功能性退變，影響正常的生理活動(dòng)[1]。除生理因素外，不科學(xué)的運(yùn)動(dòng)姿勢與過大的運(yùn)動(dòng)幅度都會(huì)引起關(guān)節(jié)、肌肉和韌帶損傷。由于缺乏科學(xué)的指導(dǎo)，個(gè)體運(yùn)動(dòng)過程中難以避免意外事故，運(yùn)動(dòng)性損傷頻繁發(fā)生。膝關(guān)節(jié)在活動(dòng)過程中經(jīng)常受到來自不同方向的力，雖然膝關(guān)節(jié)可以通過屈伸吸收部分反作用力，但由于其復(fù)雜的鉸鏈結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致關(guān)節(jié)極不穩(wěn)定容易受傷，如空降兵跳傘著陸損傷多發(fā)生于下肢，其中膝關(guān)節(jié)損傷占21.1%[2]。此外，在某些特殊職業(yè)的作業(yè)過程中，膝關(guān)節(jié)長期處于高負(fù)荷狀態(tài)，增加膝關(guān)節(jié)疾病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，令其職業(yè)壽命縮短。地毯鋪設(shè)行業(yè)的研究報(bào)告表明，8%～20%地毯鋪設(shè)從業(yè)人員中患有膝蓋滑囊炎[3]。

由于膝關(guān)節(jié)較為脆弱，膝關(guān)節(jié)防護(hù)備受人們關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)穿戴剛性護(hù)膝后運(yùn)動(dòng)員由跳臺跳落著陸時(shí)的垂直地面反作用力降低[4]；Aaron等[5]基于逆動(dòng)力學(xué)原理研究人體與護(hù)膝界面的壓力值與肌肉負(fù)荷之間的相關(guān)性，通過肌電信號加以驗(yàn)證，證實(shí)行走期間壓力與膝關(guān)節(jié)力矩具有初步相關(guān)性；閻玉秀等[6]通過三維動(dòng)作捕捉儀計(jì)算膝關(guān)節(jié)活動(dòng)角度，發(fā)現(xiàn)佩戴護(hù)膝可以限制人體矢狀面和水平面上的關(guān)節(jié)活動(dòng)角度；Michael等[7]用真實(shí)人體關(guān)節(jié)標(biāo)本模擬人體的真實(shí)跌倒?fàn)顟B(tài)，佩戴護(hù)膝后膝關(guān)節(jié)部位與沖擊平面的接觸時(shí)間增加，膝關(guān)節(jié)所受的平均峰值沖擊力衰減了15%。因此，護(hù)膝具有制動(dòng)、固定和降低反作用力峰值等防護(hù)作用，可以預(yù)防與避免膝關(guān)節(jié)損傷的發(fā)生。然而運(yùn)動(dòng)過程中使用護(hù)膝的人群所占比例并不高[8-9]。事實(shí)上，護(hù)膝存在束縛感較強(qiáng)、穩(wěn)定性較差、舒適性不佳等問題[10-11]，且現(xiàn)有護(hù)膝防護(hù)缺乏有效的反饋機(jī)制，用戶無法獲得關(guān)節(jié)損傷風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警信號。可見，現(xiàn)有護(hù)膝產(chǎn)品還不能完全滿足用戶需求，其性能還有待提升。

本文分析了致使膝關(guān)節(jié)損傷的常見原因，基于市場現(xiàn)有護(hù)膝種類的梳理，分析相關(guān)研究成果，闡述不同功能指向的護(hù)膝的工作原理與優(yōu)化設(shè)計(jì)，總結(jié)當(dāng)前相關(guān)性能評價(jià)指標(biāo)，最后預(yù)測護(hù)膝未來的研究趨勢，以期為護(hù)膝的功能性設(shè)計(jì)與評價(jià)提供一定的理論基礎(chǔ)與科學(xué)依據(jù)，推進(jìn)護(hù)膝產(chǎn)品的研究，擴(kuò)大護(hù)膝的應(yīng)用。

1 膝關(guān)節(jié)常見損傷原因

膝關(guān)節(jié)是人體重要的關(guān)節(jié)部位，連接著股骨與脛骨，由半月板、髕骨、韌帶等部分構(gòu)成，承擔(dān)了人類下肢的全部運(yùn)動(dòng)。具體膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。由于膝關(guān)節(jié)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，在人體所有的關(guān)節(jié)中，膝關(guān)節(jié)最為脆弱，極不穩(wěn)定，容易受傷。導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)損傷的常見原因大致可以歸納為以下4個(gè)方面：運(yùn)動(dòng)損傷、外力撞擊損傷、長期勞損及生理機(jī)能退變。

圖1 膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Knee joint structure diagram

①運(yùn)動(dòng)損傷。運(yùn)動(dòng)過程中，膝關(guān)節(jié)過度屈曲、外展、外旋是導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)損傷的重要原因。前交叉韌帶和內(nèi)側(cè)副韌帶在最大屈膝角度時(shí)容易發(fā)生撕裂[12]；半蹲式著陸過程中，膝關(guān)節(jié)內(nèi)收外展幅度過大容易導(dǎo)致半月板損傷[2]。但膝關(guān)節(jié)活動(dòng)角度過小也可能影響膝關(guān)節(jié)負(fù)荷的分散與吸收，導(dǎo)致力向遠(yuǎn)端傳遞，增加臨近關(guān)節(jié)的損傷風(fēng)險(xiǎn)[13]。

②外力撞擊損傷。直接撞擊也是造成膝關(guān)節(jié)半月板及關(guān)節(jié)軟骨損傷的原因之一。關(guān)節(jié)受到外部沖擊時(shí)，軟骨和關(guān)節(jié)液不具備彈性進(jìn)行緩沖，繼而引發(fā)軟骨磨損或髕骨移位，關(guān)節(jié)內(nèi)部力學(xué)平衡改變導(dǎo)致負(fù)荷傳遞紊亂，從而引起骨關(guān)節(jié)炎和半月板損傷等疾病發(fā)生。

③長期勞損。從事重體力勞動(dòng)，或長期重復(fù)某個(gè)動(dòng)作等會(huì)引起關(guān)節(jié)磨損，引發(fā)膝關(guān)節(jié)疾病。根據(jù)跪姿的不同，膝關(guān)節(jié)負(fù)荷在體重的22%～68%之間變化。膝關(guān)節(jié)長時(shí)間處于高負(fù)荷狀態(tài)會(huì)加速膝關(guān)節(jié)軟骨的磨損，導(dǎo)致半月板損傷或膝骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生[14-15]。資料顯示屋頂維修工人有超過75%的工作時(shí)間花在爬行、蹲下、彎腰或跪下姿勢上，其患肌肉骨骼疾病的風(fēng)險(xiǎn)在所有建筑工種中位居第2[16]。

④生理機(jī)能退變。人體下肢離心臟的距離較遠(yuǎn)，局部血流相對緩慢，并且膝關(guān)節(jié)部位的肌肉以及脂肪含量較少，相較于其他部位得不到足夠的熱量供給，因此膝關(guān)節(jié)部位容易受到寒冷刺激，誘發(fā)膝關(guān)節(jié)疼痛。隨著年齡的增長，關(guān)節(jié)滑液減少，軟骨出現(xiàn)退行性變，很容易導(dǎo)致膝骨關(guān)節(jié)炎等疾病的發(fā)生。

實(shí)際上，膝關(guān)節(jié)損傷不僅由一方面原因所致，是多方面共同作用的結(jié)果，但不同場景下致使膝關(guān)節(jié)損傷的主要原因不同，護(hù)膝防護(hù)功能的側(cè)重也就不同。針對上述膝關(guān)節(jié)損傷的不同致病原因，護(hù)膝的防護(hù)功能相應(yīng)可分為制動(dòng)功能、抗沖擊功能、緩壓功能、生理機(jī)能加強(qiáng)，對應(yīng)不同的防護(hù)功能要求，其設(shè)計(jì)重點(diǎn)及評價(jià)指標(biāo)也有所不同。

2 護(hù)膝的防護(hù)功能及其設(shè)計(jì)評價(jià)

2.1 制動(dòng)功能

具備制動(dòng)功能設(shè)計(jì)的護(hù)膝可以在不影響運(yùn)動(dòng)正常進(jìn)行的前提下，盡可能減少膝關(guān)節(jié)的活動(dòng)幅度，保護(hù)固定膝骨關(guān)節(jié)和周邊的關(guān)節(jié)軟骨組織。一方面避免因不科學(xué)的運(yùn)動(dòng)姿勢與過大的運(yùn)動(dòng)幅度而引起關(guān)節(jié)、肌肉和韌帶損傷；另一方面有利于減少腿部肌肉的振動(dòng)，減少不必要的能量損失，促進(jìn)細(xì)胞和分子水平上的神經(jīng)傳遞和力學(xué)的增強(qiáng)，提高對腿部的控制力[17]。

2.1.1 制動(dòng)型護(hù)膝種類

制動(dòng)型護(hù)膝如圖2所示，主要利用彈性或半剛性材料來有效限制膝關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍，發(fā)揮防護(hù)固定作用。其種類多樣，按護(hù)膝的款式來分，主要可分為髕骨帶、繃帶式護(hù)膝、輕薄式護(hù)膝、捆綁式護(hù)膝。不同運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)強(qiáng)度與關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍不同，應(yīng)根據(jù)不同運(yùn)動(dòng)所需選擇合適的護(hù)膝款式。

圖2 制動(dòng)型護(hù)膝Fig.2 Braking kneepads.(a) Elastic kneepad; (b) Semi-rigid kneepad

2.1.2 制動(dòng)功能設(shè)計(jì)

2.1.2.1材料性能

制動(dòng)型護(hù)膝從整體材料類型上可分為彈性護(hù)膝、半剛性護(hù)膝以及剛性護(hù)膝。彈性護(hù)膝主要通過面料延伸對人體施加壓力，從而起到防護(hù)固定及提高肌力水平的作用。但纖維具有應(yīng)力松弛的天然屬性，護(hù)膝適體性下降導(dǎo)致其防護(hù)性能減弱，增加彈性纖維含量及面料緊度可延緩應(yīng)力衰減，以提高彈性護(hù)膝的穩(wěn)定性。

半剛性以及剛性護(hù)膝常用的支撐材料包括金屬固件、彈簧，主要起到穩(wěn)定緊固兩側(cè)韌帶的作用。相比于彈性護(hù)膝，半剛性及剛性護(hù)膝能顯著降低膝關(guān)節(jié)在矢狀面、冠狀面、水平面的力矩峰值、膝關(guān)節(jié)活動(dòng)角度或角位移，增加肌肉活性[8,18]?，F(xiàn)有護(hù)膝支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)較為單一，基本為沿膝關(guān)節(jié)屈曲運(yùn)動(dòng)方向排列彈簧支撐條，存在穿脫不便，制約人體正常行動(dòng)等問題。

2.1.2.2支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

護(hù)膝支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要可分為緊度設(shè)計(jì)和半剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。不同肌群維持較好肌力水平時(shí)所需的壓力不同[19]，為施加合理的護(hù)膝壓力，應(yīng)科學(xué)運(yùn)用拉普拉斯定理(見下式)，選擇初始模量合適的彈性面料，依據(jù)人體膝關(guān)節(jié)部位的圍度，合理預(yù)估護(hù)膝的樣板尺寸，以達(dá)到理想的防護(hù)效果[20-21]。

式中：P為壓力，Pa；σ為單位面積的應(yīng)力，N/m2；ω為面料厚度，m；E為面料彈性模量，Pa;ε為護(hù)膝自變；R為腿部半徑，m；CL為穿戴部位的腿部圍度，m；CS為護(hù)膝圍度，m。

王亮[22]自主研發(fā)的新型軍事跳傘膝關(guān)節(jié)防護(hù)裝置，通過增加左右兩側(cè)的彈簧支撐條數(shù)量，以及對彈簧支撐條長度進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)，使膝關(guān)節(jié)具有內(nèi)收、內(nèi)旋的趨勢，減少了活動(dòng)過程中膝關(guān)節(jié)的外展外旋，降低膝關(guān)節(jié)損傷的風(fēng)險(xiǎn)。為兼顧防護(hù)性和舒適性，制動(dòng)型護(hù)膝整體應(yīng)以彈性為主，內(nèi)外側(cè)輔以半剛性材料，對不同年齡層[10]和運(yùn)動(dòng)種類進(jìn)行不同的彈簧條長度和根數(shù)等的設(shè)計(jì)。

2.1.3 制動(dòng)功能評價(jià)指標(biāo)

制動(dòng)型護(hù)膝面料的穩(wěn)定性可通過儀器模擬測試面料的彈性模量、彈性回復(fù)率、彎曲剛度等機(jī)械指標(biāo)，以及靜態(tài)壓力、動(dòng)態(tài)壓力、靜態(tài)壓力疲勞、動(dòng)態(tài)壓力疲勞等接觸壓力指標(biāo)表征。同時(shí)，進(jìn)行真人實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用三維動(dòng)作捕捉儀和三維測力臺測試膝關(guān)節(jié)活動(dòng)角度、角速度、力矩等生物力學(xué)指標(biāo)評價(jià)護(hù)膝的制動(dòng)功能。通過測試關(guān)節(jié)活動(dòng)角度和動(dòng)態(tài)壓迫，結(jié)合主觀評價(jià)，高智英[23]測得跑步運(yùn)動(dòng)中，壓力范圍在2.152 8～2.550 3 kPa之間的護(hù)膝，同時(shí)兼顧護(hù)膝的防護(hù)性和穿著舒適性的要求。

2.2 抗沖擊功能

抗沖擊式護(hù)膝又稱為填充式護(hù)膝，李寧等[24]研究認(rèn)為緩沖材料具有儲存能力，減少作用于膝蓋部位的沖擊力，降低膝蓋損傷的作用。膝關(guān)節(jié)受到?jīng)_擊時(shí)，抗沖擊型護(hù)膝的彈性形變能吸收部分外力，降低關(guān)節(jié)部位的反作用力峰值，由此避免髕骨移位或軟骨磨損。

2.2.1 抗沖擊型護(hù)膝種類

抗沖擊型護(hù)膝多為復(fù)合式護(hù)膝，通常填充普通海綿、聚氨酯海綿(PUS)或乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)等軟質(zhì)吸能材料，如圖3(a)所示，抗沖擊性較好，但填充式護(hù)膝較為厚重且長時(shí)間穿戴會(huì)對膝關(guān)節(jié)部位產(chǎn)生負(fù)擔(dān)。

圖3 抗沖擊型護(hù)膝Fig.3 Impact-resistant kneepads. (a) Padded kneepad; (b) Built-in kneepad

基于服裝整體美觀性、便攜性及穿著時(shí)長考慮，部分特殊職業(yè)服可以設(shè)計(jì)內(nèi)置式護(hù)膝[25]，如圖3 (b)所示。

2.2.2 抗沖擊功能設(shè)計(jì)

2.2.2.1材料性能

經(jīng)編間隔組織或空氣層組織具有較好緩沖性能的，增加織物的面密度、層數(shù)可提高織物的抗沖擊性能。護(hù)膝抗沖擊性能不僅受護(hù)膝材料本身組織結(jié)構(gòu)的影響，還與復(fù)合的緩沖材料性能有關(guān)。研究表明PUS和經(jīng)編間隔織物的復(fù)合能滿足正常體重的老年人在行走過程中的防護(hù)要求[24]。由于護(hù)膝緩沖材料硬度和厚度的限制，在快速?zèng)_擊狀態(tài)下，現(xiàn)有護(hù)膝存在緩沖時(shí)間短，能量吸收有限等問題[26]。緩沖材料與其他功能填料復(fù)合改性可以提高緩沖材料的力學(xué)性能和服用性能。鄒海波等[27]通過將EVA與功能填料復(fù)合改性，顯著提高EVA的力學(xué)性能和服用性能；PUS與炭黑(CB)/剪切增稠凝膠(STG)復(fù)合物柔軟質(zhì)輕，以STG-CB/PUS為緩沖材料的增強(qiáng)護(hù)膝的沖擊力峰值僅為普通護(hù)膝的56%[28]。

2.2.2.2復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

不同種材料的復(fù)合試樣的壓縮吸收性能與復(fù)合試樣的疊放次序有關(guān)[29]。通過增加緩沖材料的硬度和厚度，可以適當(dāng)提高護(hù)膝的抗沖擊性能，但同時(shí)降低了護(hù)膝的依從性及舒適性，一般通過對緩沖材料表面進(jìn)行溝槽、孔洞和割口等表面設(shè)計(jì)，以改善護(hù)膝的透氣性及貼體性。

因此，護(hù)膝設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)根據(jù)護(hù)膝應(yīng)用場景的不同選擇合適的護(hù)膝面料與緩沖材料，并對緩沖材料的形狀、疊放位置和表面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2.3 抗沖擊功能評價(jià)指標(biāo)

護(hù)膝的抗沖擊性可以通過儀器模擬以及真人實(shí)驗(yàn)測試沖擊加速度峰值、峰值持續(xù)時(shí)間、動(dòng)態(tài)最大傳遞沖擊力、膝部在緩沖時(shí)間段內(nèi)速度的變化值、膝部觸地速度最大值、垂直地面反作用力等生物力學(xué)指標(biāo)表征[30-31]。

2.3 緩壓功能

緩壓功能的實(shí)現(xiàn)是通過增加負(fù)荷的分布面積或吸收存儲載荷以降低膝關(guān)節(jié)反作用力的峰值。跪姿工作過程中，穿戴護(hù)膝后的最大膝關(guān)節(jié)接觸力至少降低40%[32]。此外，根據(jù)工作性質(zhì)選擇合適的護(hù)膝和減少極端的工作姿勢可以改變膝關(guān)節(jié)上的力分布，減少因高應(yīng)力而產(chǎn)生膝關(guān)節(jié)疾病的風(fēng)險(xiǎn)[33]。

2.3.1 緩壓型護(hù)膝種類

緩壓型護(hù)膝如圖4所示，可分為軟質(zhì)吸能型護(hù)膝、硬質(zhì)分流型護(hù)膝以及軟-硬復(fù)合型護(hù)膝。研究表明軟質(zhì)吸能型護(hù)膝在較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入致密化階段護(hù)膝只能吸收部分反作用力；軟-硬復(fù)合型護(hù)膝，外部防護(hù)和內(nèi)部泡沫襯墊共同作用降低膝關(guān)節(jié)反作用力的峰值，但伴隨著打破人體關(guān)節(jié)部位的平衡的風(fēng)險(xiǎn)；專業(yè)凝膠護(hù)膝通過增加覆蓋面積提高防護(hù)性能，膝蓋負(fù)荷下降高達(dá)70%，改善了人體-護(hù)膝界面的穩(wěn)定性[33]，可根據(jù)不同應(yīng)用場景所需選擇合適的緩壓型護(hù)膝。

圖4 緩壓型護(hù)膝Fig.4 Anti-compression kneepads. (a) Soft energy-absorbing kneepad; (b) Soft-hard composite kneepad

2.3.2 緩壓功能設(shè)計(jì)

軟質(zhì)吸能型緩沖材料具有儲存能量的能力，硬質(zhì)分流型防護(hù)材料主要通過分散關(guān)鍵部位的外力至周圍軟組織。相比于抗沖擊性護(hù)膝預(yù)防的瞬時(shí)沖擊，緩壓型護(hù)膝長期處于高負(fù)荷狀態(tài)，且由于工作姿勢相對穩(wěn)定，以硬質(zhì)材料作為外殼、軟質(zhì)材料作為內(nèi)襯的軟-硬組合型防護(hù)是當(dāng)前較為理想的防護(hù)組合[31]。但護(hù)膝僅具有有限的重新分配累積負(fù)荷的能力，并沒有改變膝關(guān)節(jié)交叉屈曲角度，除對護(hù)膝本身進(jìn)行設(shè)計(jì)外，護(hù)膝與其他護(hù)具配套使用，如護(hù)膝與屈曲支撐裝置，也可以降低發(fā)生關(guān)節(jié)損傷和髕骨肌腱相關(guān)疾病的風(fēng)險(xiǎn)[34]。

2.3.3 緩壓功能評價(jià)指標(biāo)

我國針對緩壓型護(hù)膝的研究較少，歐洲標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)制定的EN 14404—2004《個(gè)人防護(hù)設(shè)備 跪姿下工作用護(hù)膝》對護(hù)膝類型和防護(hù)等級進(jìn)行分類，系統(tǒng)規(guī)定該應(yīng)用場景下護(hù)膝的測試指標(biāo)，如抗穿刺性、抗沖擊性、力分布的均勻性等。德國標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會(huì)制定了DIN 23311—2—1998《礦山用護(hù)膝 第2部分：塑料護(hù)膝》、DIN 23311—1—1985《采礦用護(hù)膝 橡膠護(hù)膝》，對不同材質(zhì)的礦山用護(hù)膝做出詳細(xì)規(guī)定。

2.4 生理機(jī)能加強(qiáng)

2.4.1 生理機(jī)能加強(qiáng)型護(hù)膝種類

生理機(jī)能加強(qiáng)型護(hù)膝如圖5所示，大致可分為保暖型護(hù)膝和保健型護(hù)膝2類。保暖型護(hù)膝通過對人體皮膚的覆蓋，減少通過熱對流而散失的人體熱量；保健型護(hù)膝通過復(fù)合新型功能纖維，有效提高了護(hù)膝的生理防護(hù)性能。保暖型護(hù)膝的應(yīng)用較為廣泛，保健型護(hù)膝主要用于醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域。選擇護(hù)膝功能時(shí)，消費(fèi)者偏向選擇附帶保健功能的護(hù)膝，如電加熱護(hù)膝、磁療護(hù)膝、中醫(yī)藥護(hù)膝、遠(yuǎn)紅外護(hù)膝等[26]。

圖5 生理機(jī)能加強(qiáng)型護(hù)膝Fig.5 Physiologically enhanced kneepads. (a) Warm kneepad; (b) Health-care kneepad

2.4.2 生理機(jī)能加強(qiáng)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)護(hù)膝材料與新型材料復(fù)合，可以針對性提高護(hù)膝的功能性，設(shè)計(jì)滿足不同生理需求的護(hù)膝。Massimo等[35]的研究證明復(fù)合金屬纖維的遠(yuǎn)紅外護(hù)膝有助于膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后的快速恢復(fù)。許祥生[36]通過三維步態(tài)分析系統(tǒng)對患者下肢關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的變化進(jìn)行分析，證實(shí)石墨烯智能理療護(hù)膝治療膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的臨床療效確切，能夠改善膝骨關(guān)節(jié)疾病，促進(jìn)下肢功能恢復(fù)。

2.4.3 生理機(jī)能評價(jià)指標(biāo)

針對生理防護(hù)型護(hù)膝的不同防護(hù)對象，對應(yīng)提出不同的評價(jià)指標(biāo)。如保暖型護(hù)膝可測試護(hù)膝的隔熱性能；遠(yuǎn)紅外護(hù)膝可測試護(hù)膝的遠(yuǎn)紅外波長范圍；石墨烯護(hù)膝可測試其導(dǎo)電性能與導(dǎo)熱性能等。

3 結(jié)束語

護(hù)膝通過減少關(guān)節(jié)活動(dòng)角度、吸收儲存能量、降低反作用力峰值以及保暖保健以預(yù)防膝關(guān)節(jié)疾病的發(fā)生，是重要的個(gè)體防護(hù)裝備?，F(xiàn)階段國內(nèi)外科研人員針對護(hù)膝防護(hù)性能已展開一定的研究并取得了較豐富的成果，但有關(guān)護(hù)膝對膝關(guān)節(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、臨近關(guān)節(jié)以及下肢肌肉活性的影響研究還有待進(jìn)一步加強(qiáng)。實(shí)際上，現(xiàn)有護(hù)膝防護(hù)缺乏交互性，缺少有效的反饋機(jī)制，無法指導(dǎo)用戶主動(dòng)調(diào)整運(yùn)動(dòng)姿勢以規(guī)避運(yùn)動(dòng)損傷。此外，護(hù)膝產(chǎn)品缺乏相關(guān)防護(hù)性標(biāo)準(zhǔn)，并且儀器模擬局限于護(hù)膝織物層面的測試，與實(shí)際著裝狀態(tài)存在差異，而真人實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長且存在關(guān)節(jié)損傷的風(fēng)險(xiǎn)?；谝陨涎芯坎蛔?，未來可以從下3個(gè)方面展開深入研究。

①針對不同防護(hù)場景展開多元化的護(hù)膝研究。針對護(hù)膝材料、結(jié)構(gòu)以及防護(hù)性的偏向，展開不同應(yīng)用場景的護(hù)膝的防護(hù)性能研究；另一方面護(hù)膝限制了膝關(guān)節(jié)對能量的吸收，勢必增加臨近關(guān)節(jié)的活動(dòng)度，引起臨近關(guān)節(jié)的損傷，因此護(hù)膝穿戴對人體的副作用需要進(jìn)一步去研究。

②護(hù)膝的智能可穿戴設(shè)計(jì)。護(hù)膝作用于關(guān)節(jié)活動(dòng)的特殊位置，與智能可穿戴技術(shù)結(jié)合，如納米摩擦發(fā)電機(jī)、導(dǎo)電紗線、傳感器等，可實(shí)現(xiàn)人體供能的同時(shí)進(jìn)行健康監(jiān)測，建立有效的反饋機(jī)制，預(yù)防由于超負(fù)荷或活動(dòng)角度過大而造成的關(guān)節(jié)損傷。在萬物互聯(lián)的未來，智能可穿戴護(hù)膝將具有廣闊的發(fā)展前景。

③護(hù)膝防護(hù)性能評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及方法的完善。國外已有EN 14404—2004、DIN 23311—2—1998等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對護(hù)膝防護(hù)性能提出詳細(xì)要求。而國內(nèi)尚無專門的護(hù)膝標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 74001—2020《紡織品 針織運(yùn)動(dòng)護(hù)具》僅對針織運(yùn)動(dòng)護(hù)具的外觀質(zhì)量、安全指標(biāo)、拉伸性能等做出規(guī)定，不涉及防護(hù)性能指標(biāo)。借鑒國外勞動(dòng)護(hù)膝的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，制定不同應(yīng)用場景下的護(hù)膝防護(hù)性標(biāo)準(zhǔn)與評價(jià)指標(biāo)有重要的現(xiàn)實(shí)意義。再者，考慮到護(hù)膝真人著裝測試過程中的風(fēng)險(xiǎn)，通過建立準(zhǔn)確的生物力學(xué)損傷模型來評價(jià)護(hù)膝的防護(hù)性能將是未來護(hù)膝設(shè)計(jì)的重要手段。