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Enhancing pressure ulcer prevention through optimized design of a multi-cellular foam mattress

材料科学 金属泡沫 复合材料 结构工程 机械工程 工程类 多孔性
作者
Abdelkader Benkhettou,Omar Khatir,Ismail Boudjemaa,Atef Hamada,Abderahman Sahli,B. Bachir Bouiadjra,Smaïl Benbarek
出处
期刊:Mechanics of Advanced Materials and Structures [Taylor & Francis]
卷期号:: 1-9 被引量:1
标识
DOI:10.1080/15376494.2024.2423392
摘要

Sustained mechanical loading on skeletal muscle tissue can lead to degeneration and cell damage over time, resulting in the development of pressure ulcers, particularly in hospital mattresses or for wheelchair-bound users. The primary risk factors for this damage are tissue ischemia caused by pressure in the contact area and tissue compressive strain. In this study, a multi-cell, multi-material foam mattress for the upper comfort layer was developed, with the aim of simultaneously minimizing soft tissue compressive strain and maximum surface pressure on the human buttocks zone. The levels of these factors were estimated using the finite element method (FEM). A multi-objective optimization (MOO) approach was employed, coupling the non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) with FEM. This algorithm helped determine the required compressive strength and the optimal cell configurations to achieve the desired outcomes. The majority of the optimal solutions exhibited contact pressures (Cpresss) below the recommended threshold to avoid local tissue ischemia. The optimized cellular material configurations resulted in soft tissue compressive strain of 12% and Cpress of 3.4 kPa, indicating longer safety times for supine support on the foam mattress without the need for repositioning. The optimization process utilized 5 softer foam materials out of the 9 firmness levels tested to achieve these results. The proposed multi-cell, multi-material foam mattress model shows promise for the prevention of pressure sores, as suggested by the optimization findings.

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