การออกแบบสายรัดหลังเฉพาะสรีระบุคคล

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อออกแบบและพัฒนาสายรัดหลังเฉพาะสรีระบุคคลที่สามารถช่วย ลดแรงกระทาต่อกระดูกสันหลังส่วนล่างสาหรับพนักงานออฟฟิศซึ่งมีความเสี่ยงต่อการเกิดอาการปวด หลังจากการนั่งทางานเป็นเวลานาน โดยอุปกรณ์ที่พัฒนาขึ้นใช้ระบบลมเพื่อสร้างแรงรัดที่สามารถ ปรับระดับได้ตามสรีระของผู้ใช้งาน มุ่งเน้นทั้งด้านประสิทธิภาพในการพยุงหลัง ความสบาย และความ ปลอดภัยในการใช้งาน ในการศึกษานี้ได้มีการสร้างแบบจาลองเชิงกลด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ใน โปรแกรม ABAQUS เพื่อวิเคราะห์พฤติกรรมของกระดูกสันหลังส่วนเอว (L1–L5) หมอนรองกระดูก และกล้ามเนื้อหลัง ภายใต้สภาวะการเคลื่อนไหว ได้แก่ ท่าก้ม และท่าแอ่นตัว โดยผลการวิเคราะห์ถูก นามาใช้เป็นแนวทางในการออกแบบและพัฒนาอุปกรณ์ต้นแบบ จากนั้นได้มีการทดสอบการทางาน จริงของอุปกรณ์โดยใช้เครื่อง PicoPress ในการวัดแรงดันที่เกิดขึ้นจากการรัดในตาแหน่งต่าง ๆ ของ ร่างกาย เพื่อยืนยันความถูกต้องของการออกแบบและประสิทธิภาพในการใช้งาน ผลการศึกษาพบว่า สายรัดหลังสามารถช่วยกระจายแรงกด ลดความเค้นบริเวณ L4–L5 และลดภาระของกล้ามเนื้อหลัง ได้อย่างมีนัยสาคัญ พร้อมทั้งเพิ่มเสถียรภาพและความสามารถในการรับน้าหนักของลาตัว จึงมี ศักยภาพในการนาไปใช้งานจริงเพื่อช่วยป้องกันและบรรเทาอาการปวดหลังในระยะยาว โดยมีคา สาคัญ ได้แก่ สายรัดหลัง พนักงานออฟฟิศ ปวดหลัง ABAQUS การจาลองทางกล และการป้องกัน การบาดเจ็บ คาสาคัญ: สายรัดหลัง / พนักงานออฟฟิศ / ปวดหลัง / ABAQUS / การจาลองทางกล / การป้องกัน การบาดเจ็บ ก Name Mr. Suphanan Luangwuttitham Mr. Suriyachay Phoosuwan Miss. Phiraya Tripanakorn Thesis Title Design of Personalized Back Support Department Mechanical and Aerospace Engineering Advisor Assoc. Prof. Petch Jearanaisilawong Academic year 2025 Abstract This research aims to design and develop a personalized back support belt to reduce lower spine load in office workers at risk of back pain due to prolonged sitting, utilizing a pneumatic system to generate adjustable compression that conforms to individual body shapes while ensuring effectiveness, comfort, and safety during use; a finite element model was developed using ABAQUS to analyze the biomechanical behavior of the lumbar spine (L1–L5), intervertebral discs, and back muscles under flexion and extension postures, with the simulation results guiding the prototype design, which was subsequently validated using the PicoPress device to measure pressure distribution and confirm design accuracy; the results demonstrate that the developed belt effectively redistributes pressure, reduces stress at critical regions —particularly L4–L5 —decreases the workload of lower back muscles, and enhances trunk stability and load-bearing capacity, indicating strong potential for practical application in preventing and alleviating back pain. Keywords: Back support belt / Office workers / Back pain / ABAQUS / Mechanical simulation / Injury prevention ข Formatted: Font: TH Sarabun New, 16 pt, Complex Script Font: 16 pt กิตติกรรมประกาศ ปริญญานิพนธ์เรื่อง “การออกแบบสายรัดหลังเฉพาะสรีระบุคคล” สาเร็จลุล่วงได้ด้วยความ ช่วยเหลือและสนับสนุนจากหลายฝ่าย ซึ่งผู้จัดทาขอแสดงความขอบคุณอย่างยิ่งต่อทุกท่านที่มีส่วน เกี่ยวข้อง ขอกราบขอบพระคุณ รองศาสตราจารย์ ดร.เพชร เจียรนัยศิลาวงศ์ อาจารย์ที่ปรึกษา ที่ให้ คาแนะนาอย่างใกล้ชิด ตลอดจนแนวทางในการออกแบบ วิเคราะห์ และทดสอบงานวิจัยอย่างมี ประสิทธิภาพ ขอขอบคุณ คณาจารย์ประจาภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและการบิน –อวกาศ มหาวิทยาลัย เทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ ที่ให้ความรู้และทักษะที่จาเป็นตลอดระยะเวลาการศึกษา ขอบคุณเพื่อนร่วมทีมทุกคนสาหรับการร่วมแรงร่วมใจในการทางานอย่างเต็มที่ รวมถึงการ แบ่งปันแนวคิดและช่วยแก้ปัญหาในทุกขั้นตอน ท้ายที่สุดนี้ ขอขอบคุณ ครอบครัวและผู้สนับสนุนทุกท่าน ที่ให้กาลังใจและสนับสนุนในทุกด้าน ทาให้ปริญญานิพนธ์ฉบับนี้สามารถสาเร็จลงได้ด้วยดี นาย ศุภนันท์ เหลืองวุฒิธรรม นาย สุริยะฉาย พูสุวรรณ นางสาว ภิรญาณ์ ตรีพนากร ค สารบัญ บทคัดย่อ ........................................................................................................................................... ก Abstract ........................................................................................................................................... ข กิตติกรรมประกาศ............................................................................................................................. ค สารบัญ ............................................................................................................................................... ง สารบัญตาราง .................................................................................................................................... ซ สารบัญรูปภาพ .............................................................................................................................. ฌฌ บทที่ 1 บทนำ................................................................................................................................ 113 1.1 ที่มาและความสำคัญการออกแบบสายรัดพยุงหลังแบบเฉพาะบุคคล ............................. 113 1.2 วัตถุประสงค์ .................................................................................................................. 214 1.3 ขอบเขตของโครงงาน..................................................................................................... 214 1.4 ประโยชน์และผลที่คาดว่าจะได้รับ ................................................................................. 214 1.5 แผนการดำเนินงาน ........................................................................................................ 315 1.6 งบประมาณ ................................................................................................................... 416 บทที่ 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง .............................................................................................................. 617 2.1 ทฤษฎีเกี่ยวกับกายวิภาคศาสตร์..................................................................................... 617 2.1.1 หน้าที่ของกระดูกสันหลังส่วนล่าง ...................................................................... 718 2.1.2 กล้ามเนื้อหลังส่วนล่าง ....................................................................................... 819 2.1.3 ลักษณะของหมอนรองกระดูกสันหลัง .............................................................. 1122 2.1.4 เส้นเอ็นบริเวณหลังส่วนล่าง ............................................................................. 1425 2.2 สาเหตุของอาการปวดหลังล่าง ..................................................................................... 1627 2.2.1 วิธีการจำแนกอาการปวดหลัง (Classification of Low Back Pain)............... 1627 2.2.2 การปวดหลังช่วงล่างที่เกิดจากกล้ามเนื้อ ......................................................... 1728 2.3 ความผิดปกติของกระดูกสันหลัง .................................................................................. 1930 2.3.1 ภาวะหลังแอ่น Lordosis ................................................................................. 1930 ง 2.3.2 ภาวะหลังค่อม Kyphosis ................................................................................ 2031 2.3.3 ภาวะกระดูกสันหลังคด Scoliosis ................................................................... 2031 2.4 การทำแบบจำลอง ....................................................................................................... 2132 2.4.1 การแก้ไขผิวชิ้นงาน.......................................................................................... 2233 2.4.2 การแปลงไฟล์ .................................................................................................. 2334 2.5.3 การแก้ไขขอบเขตของชิ้นงาน .......................................................................... 2435 2.5 การตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลอง ................................................................. 2435 2.5.1 แรงดันภายในหมอนรองกระดูกสันหลังในกิจกรรมต่างๆโดยวัดค่าแรงดันจากการ ทดลองในมนุษย์ [22] ................................................................................................ 2435 2.5.2 ปัจจัยที่ส่งผลต่อความคลาดเคลื่อนของแรงรัดของสายรัดหลัง [23] ................. 2637 2.6 การเปรียบเทียบเพื่อพัฒนา.......................................................................................... 2839 บทที่ 3 ขั้นตอนการออกแบบ ...................................................................................................... 3041 3.1 ขั้นตอนการดำเนินงาน ................................................................................................. 3041 3.2 Product Design Specification (PDS)...................................................................... 3142 3.2.1 General Description .................................................................................... 3142 3.2.2 Functional Requirements .......................................................................... 3142 3.2.3 Physical Requirements .............................................................................. 3142 3.2.4 Durability Requirements ............................................................................ 3142 3.2.5 Economic Requirements ........................................................................... 3142 3.1.6 Safety Requirements .................................................................................. 3142 3.2.7 มาตรฐานในการออกแบบชิ้นงาน..................................................................... 3243 3.3 ความต้องการของโครงงาน .......................................................................................... 3243 3.4 ข้อจำกัดในการออกแบบ.............................................................................................. 3243 3.5 conceptual design .................................................................................................. 3344 3.5.1 ชิ้นงานดังรูปที่ 3.1 ชิ้นงานแบบที่ 1................................................................. 3445 จ 3.5.2 ชิ้นงานดังรูปที่ 3.2 ชิ้นงานแบบที่ 2................................................................. 3445 3.5.3 เหตุผลในการเลือกชิ้นงานแบบที่ 2.................................................................. 3546 3.6 การสร้างแบบจำลองสามมิติใน FEM............................................................................ 3546 3.6.1 การแก้ไขแบบจำลองด้วยโปรแกรม Autodesk Fusion 360 .......................... 3546 3.6.2 การแก้ไขขอบเขตของชิ้นงานด้วยโปรแกรม CATIA V5 ................................... 4051 3.7 แบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ ......................................................................................... 4455 3.7.1 ส่วนประกอบของแบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ ................................................. 4455 3.7.2 ค่าวัสดุของส่วนประกอบ ................................................................................. 4859 3.7.3 เงื่อนไขในการจำลอง ....................................................................................... 4960 3.7.4 การตรวจสอบความถูกต้อง .............................................................................. 4960 3.8 การออกแบบสายรัดหลัง .............................................................................................. 5263 3.8.1 ภาพประกอบของสายรัดหลัง .......................................................................... 5263 3.8.2 ขนาดของถุงลม ............................................................................................... 5564 3.8.3 การทดสอบสายรัดหลัง .................................................................................... 5665 บทที่ 4 ผลการทดสอบ(อุปกรณ์ต้นแบบ) และผลการทดลอง ...................................................... 5867 4.1 ผลการทดลองการทดสอบ Simulation ...................................................................... 5867 4.1.1 ผลการสอบเทียบความถูกต้องของการจำลอง .............................................. 5867 4.1.2 ลักษณะการจำลองในท่าต่าง ........................................................................... 6271 4.1.2 ผลการจำลองของกล้ามเนื้อ ......................................................................... 6372 4.2 ผลการทดสอบอุปกรณ์ต้นแบบ .................................................................................... 6674 4.2.1 ผลการทดสอบสายรัดหลังแบบทั่วไปที่ไม่มีถุงลม ............................................. 6674 4.2.2 ผลการทดสอบสายรัดหลังแบบมีระบบถุงลม ................................................... 6775 บทที่ 5 สรุปผลการออกแบบ และการทดลอง ............................................................................. 7176 5.1 สรุปผลการจำลอง........................................................................................................ 7176 ฉ 5.2 สรุปผลการออกแบบสายรัดหลัง .................................................................................. 7276 5.3 สรุปผลการเปรียบเทียบกับสายรัดหลังทั่วไป ................................................................ 7277 5.5 แนวทางในการพัฒนา .................................................................................................. 7377 5.5.1 แนวทางในการพัฒนาด้านการจำลอง .............................................................. 7377 5.5.2 แนวทางในการพัฒนาด้านการออกแบบสายรัดหลัง ......................................... 7378 5.5.3 แนวทางการพัฒนาโดยการใช้ AI ..................................................................... 7478 บทที่ 6 เอกสารอ้างอิง ................................................................................................................. 7579 ภาคผนวก ก ................................................................................................................................ 7983 ภาคผนวก ข ................................................................................................................................ 8488 ภาคผนวก ค ................................................................................................................................ 9296 ช สารบัญตาราง ตารางที่ 1.1 แผนการดำเนินงาน .................................................................................................. 316 ตารางที่ 1.2 งบประมาณ ............................................................................................................ 417 Formatted: Font: (Default) TH SarabunPSK, Complex Script Font: TH SarabunPSK ตารางที่ 2.1 แสดงค่าความดันภายในหมอนรองกระดูกในระดับ L5–S1 [22] ............................ 2537 ตารางที่ 2.2 ปัจจัยที่มีผลต่อแรงรัดและความเครียดของการวัดแรงดันจากสายรัดหลัง [23] ...... 2840 ตารางที่ 3.1 ส่วนประกอบของเบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ ......................................................... 4860 ตารางที่ 3.2 Material Properties [27] .................................................................................... 4860 ตารางที่ 1.1 แผนการดำเนินงาน Progress 1 ................................................................................. 15 ตารางที่ 1.2 แผนการดำเนินงาน Progress 2 ................................................................................. 15 ตารางที่ 1.3 งบประมาณ ............................................................................................................... 16 ตารางที่ 2.1 แสดงค่าความดันภายในหมอนรองกระดูกในระดับ L5–S1 [22] ................................. 36 ตารางที่ 2.2 ปัจจัยที่มีผลต่อแรงรัดและความเครียดของการวัดแรงดันจากสายรัดหลัง [23] ........... 39 ตารางที่ 3.1 Material properties [27]......................................................................................... 59 ตารางที่ 3.2 Material properties used for the full spine validation test [28] ................... 60 ตารางที่ 3.3 โหลดสำหรับการจำลองกิจกรรมที่ต่างกัน [28] ........................................................... 60 ตารางที่ 4.1 ผลการทดสอบสายรัดหลังแบบไม่มีถุงลม .................................................................... 75 ตารางที่ 4.2 ผลการทดสอบสายรัดหลังแบบมีถุงลม ........................................................................ 75 ตารางที่ 3.3 โหลดสำหรับการจำลองกิจกรรมที่ต่างกัน [28] .......................................................... 48 Formatted: Font: (Default) TH SarabunPSK, Bold, Complex Script Font: TH SarabunPSK, Bold Formatted: Font: (Default) TH SarabunPSK, Complex Script Font: TH SarabunPSK Formatted: Caption, Left ซ สารบัญรูปภาพ รูปที่ 2.1 โครงสร้างทางกายวิภาคบริเวณหลัง [1] ......................................................................... 617 รูปที่ 2.2 กระดูกสันหลัง L1 - L5 [2] ........................................................................................... 718 รูปที่ 2.3 โครงสร้างทางกายวิภาคของกล้ามเนื้อหลัง [3]............................................................... 819 รูปที่ 2.4 กล้ามเนื้อหลังส่วนล่าง multifidus [4] .......................................................................... 920 รูปที่ 2.5 กล้ามเนื้อกลุ่ม Erector spinae [5]............................................................................. 1021 รูปที่ 2.6 กล้ามเนื้อ Latissimus dorsi [6] ................................................................................. 1122 รูปที่ 2.7 หมอนรองกระดูก [7] ................................................................................................... 1122 รูปที่ 2.8 ตัวอย่างปัญหาของหมอนรองกระดูกสันหลัง [8] .......................................................... 1223 รูปที่ 2.9 หมอนรองกระดูกแตกหรือปลิ้น [9].............................................................................. 1324 รูปที่ 2.10 spinal Ligaments [10] ........................................................................................... 1526 รูปที่ 2.11 Iliolumbar ligaments [11] .................................................................................... 1627 รูปที่ 2.12 กล้ามเนื้อ Quadratus Lumborum ตึงมากเกินไป [12]........................................... 1728 รูปที่ 2.13 กล้ามเนื้อ Glutes Medius อ่อนแรง [13] ................................................................. 1829 รูปที่ 2.14 กล้ามเนื้อ Erector spinae [14] ............................................................................... 1829 รูปที่ 2.15 ภาวะหลังแอ่น หรือ Lordosis [15]........................................................................... 1930 รูปที่ 2.16 เปรียบเทียบภาวะหลังแอ่นและภาวะปกติ [16] ......................................................... 1930 รูปที่ 2.17 ภาวะหลังค่อม หรือ Kyphosis [17] .......................................................................... 2031 รูปที่ 2.18 ภาวะกระดูกสันหลังคด หรือ Scoliosis [18]............................................................. 2031 ฌ รูปที่ 2.19 โปรแกรม CAE ที่สามารถใช้ในการจำลอง ................................................................. 2132 รูปที่ 2.20 ฐานข้อมูลกายวิภาคมนุษย์แบบสามมิติ BodyParts3D / Anatomography [19] .... 2233 รูปที่ 2.21 polygon mesh ของชิ้นงาน [20] ............................................................................. 2233 รูปที่ 2.22 โปรแกรม Autodesk Fusion 360 ........................................................................... 2334 รูปที่ 2.23 การ Convert Mesh ให้เป็น ชิ้นงาน Solid [21] ...................................................... 2334 รูปที่ 2.24 โปรแกรม CATIA V5 ................................................................................................. 2435 รูปที่ 2.25 ภาพแบบจำลองการศึกษาแรงดันภายในหมอนรองกระดูกสันหลังในท่าต่าง ๆ [22] .. 2536 รูปที่ 2.26 ผลการจำลองแรงกดของกล้ามเนื้อและกระดูกในท่าต่างๆ [22] ................................. 2637 รูปที่ 2.27 ค่าแรงดันที่วัดได้จากการรัดสายรัดหลัง [23] ............................................................. 2637 รูปที่ 2.28 เสื้อพยุงหลัง ตรา JINGBA [25] ................................................................................. 2839 รูปที่ 2.29 เข็มขัดพยุงหลัง บอดี้บูส [26] .................................................................................... 2940 รูปที่ 3.1 ชิ้นงานแบบที่ 1 ........................................................................................................... 3344 รูปที่ 3.2 ชิ้นงานแบบที่ 2 ........................................................................................................... 3344 รูปที่ 3.3 รูปชิ้นงานจากฐานข้อมูลสามมิติ .................................................................................. 3647 รูปที่ 3.4 นำเข้า Mesh จากไฟล์ .OBJ ที่ดาวล์โหลดมาเข้าสู่โปรแกรม Autodesk Fusion 360 3647 รูปที่ 3.5 แก้ไขผิวชิ้นงานด้วยคำสั่ง Stitch and Remove หรือ Wrap ...................................... 3748 รูปที่ 3.6 แก้ไขผิวชิ้นงานด้วยคำสั่ง Rebuild Accuracy ............................................................ 3748 รูปที่ 3.7 คำสั่ง Smooth ............................................................................................................ 3849 รูปที่ 3.8 ผิวของชิ้นงานหลังจากใช้คำสั่ง Smooth ในการปรับผิว .............................................. 3849 รูปที่ 3.9 คำสั่ง Convert Mesh ................................................................................................. 3950 รูปที่ 3.10 ชิ้นงาน Solid Body .................................................................................................. 3950 รูปที่ 3.11 Export ไฟล์ออกเป็นนามสกุล .step ......................................................................... 4051 รูปที่ 3.12 คำสั่ง Extract............................................................................................................ 4152 รูปที่ 3.13 ผิวของชิ้นงานที่สามารถแก้ไขได้ ................................................................................ 4152 รูปที่ 3.14 คำสั่ง Split ................................................................................................................ 4253 รูปที่ 3.15 การใช้งานคำสั่ง Split .............................................................................................. 4253 รูปที่ 3.16 คำสั่ง Fill Surface โหมด Boundary ....................................................................... 4354 รูปที่ 3.17 ผิวของแบบจำลองที่ถูกเติมเต็มให้สมบูรณ์ ................................................................. 4354 รูปที่ 3.18 Model assembly 1 ................................................................................................ 4455 ญ รูปที่ 3.19 Model assembly 2 ................................................................................................ 4556 รูปที่ 3.20 Model assembly 3 ................................................................................................ 4556 รูปที่ 3.21 Model assembly 4 ................................................................................................ 4657 รูปที่ 3.22 Cross-section model assembly .......................................................................... 4657 รูปที่ 3.23 Model assembly 5 ................................................................................................ 4758 รูปที่ 3.24 Model assembly 6 ................................................................................................ 4858 รูปที่ 3.25 แบบจำลองระบบกล้ามเนื้อและกระดูกสันหลังส่วนเอว [29] ..................................... 5061 รูปที่ 3.26 ความเค้นของกล้ามเนื้อและกระดูกสันหลังส่วนเอวภายใต้แรงกระทำร่วม [29] ......... 5162 รูปที่ 3.27 สาดรัดหลังแบบไม่มีที่ปิดสายลม ............................................................................... 5263 รูปที่ 3.28 สาดรัดหลังแบบมีที่ปิดสายลม ................................................................................... 5363 รูปที่ 3.29 การบอกขนาดของสายรัดหลัง ................................................................................... 5464 รูปที่ 3.30 การบอกขนาดถุงลมสำหรับการผลิต .......................................................................... 5564 รูปที่ 3.31 ภาพถุงลมแบบสำเร็จ................................................................................................. 5665 รูปที่ 3.32 เครื่อง PicoPress ...................................................................................................... 5665 รูปที่ 3.33 ตำแหน่งที่ใช้ในการวัดแรงดัน .................................................................................... 5766 รูปที่ 3.34 การทดสอบแรงดันของสายรัดหลังด้วยเครื่อง PicoPress .......................................... 5866 รูปที่ 4.1 การกระจายของความเค้นอัดของกระดูกและกล้ามเนื้อในท่างอตัว .............................. 5867 รูปที่ 4.2 การกระจายของความเค้นอัดของกระดูกและกล้ามเนื้อในท่างอตัวจากการจำลอง ....... 5968 รูปที่ 4.3 การกระจายของความเค้นอัดภายของหมอนรองกระดูกในท่างอตัวจากการจำลอง ...... 5968 รูปที่ 4.4 การกระจายของความเค้นอัดของกระดูกและกล้ามเนื้อในท่าแอ่นตัว ........................... 6069 รูปที่ 4.5 การกระจายของความเค้นอัดของกระดูและกล้ามเนื้อในท่าแอ่นตัวจากการจำลอง ...... 6170 รูปที่ 4.6 การกระจายของความเค้นอัดภายของหมอนรองกระดูกในท่าแอ่นตัวจากการจำลอง ... 6170 รูปที่ 4.7 การกระจายความเค้นของกล้ามเนื้อในท่างอตัว ........................................................... 6472 รูปที่ 4.8 ความเค้นในของกล้ามเนื้อภายใต้ในท่างอตัวของกล้ามเนื้อ Multifidus ....................... 6472 รูปที่ 4.9 การกระจายความเค้นในกล้ามเนื้อภายใต้ท่าแอ่นตัว .................................................... 6573 รูปที่ 4.10 ความเค้นในกล้ามเนื้อภายใต้ท่าแอ่นตัวของกล้ามเนื้อ Multifidus ............................ 6573 ฎ รูปที่ ก.1 ปรึกษาหารือภายในกลุ่มเกี่ยวกับหัวข้อที่ทำเพื่อกำหนดแนวทางการทำงาน ................... 7684 Formatted: Font: (Default) TH SarabunPSK, Complex Script Font: TH SarabunPSK รูปที่ ก.2 ค้นหาข้อมูลที่เกี่ยวข้องและรวมถึงศึกษางานวิจัยเพื่อหาความรู้ในการจัดทำโครงการ ….. 7684 Formatted: Font: (Default) TH SarabunPSK, Complex Script Font: TH SarabunPSK รูปที่ ก.3 นำข้อมูลที่รวบรวมปรึกษาจากอาจารย์ผู้ควบคุมดูแลการทำโปรเจค ………………………….... 7785 Formatted ... รูปที่ ก.4 สร้างโมเดลจำลองกล้ามเนื้อและกระดูกสันหลัง …………………………………………..……………. 7785 Formatted ... รูปที่ ก.5 ทดสอบวัสดุ เพื่อเลือกหาวัสดุสำหรับการสร้างโมเดลต้นแบบ …………………………………… 7886 Formatted ... รูปที่ ก.6 สร้างสายรัดหลังโมเดลต้นแบบ ………………………………………………………………………..……… 7886 Formatted ... รูปที่ ก.7 ทดสอบสายรัดหลังที่ MTEC ณ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ศูนย์รังสิต ……………………..... 7987 Formatted ... รูปที่ ข.1 นำเข้าไฟล์พาร์จาก .step ไฟล์ และปรับมาตราส่วน ....................................................... 8189 Formatted ... รูปที่ ข.2 กำหนดคุณสมบัติวัสดุแบบ Linear Elastic สำหรับกระดูก ………………………..…………………. 819 Formatted ... รูปที่ ข.3 Assign Section ชิน้ งานหลังจากทำการกำหนดคุณสมบัติวัสดุ ……………………………..……. 8290 Formatted ... รูปที่ ข.4 การประกอบชิ้นงานใน Module Assembly ……………………………………………………………. Formatted ... รูปที่ ข.5 การปรับหมุนตำแหน่งของชิ้นงาน …………………………………………………………………………. 8391 Formatted ... รูปที่ ข.6 การสร้าง Step โดยเลือกประเภท Static, General ……………………………………………….. 8391 Formatted ... รูปที่ ข.7 การกำหนด Contact Property สำหรับการสัมผัสของชิ้นงาน …………………………..………. 8492 Formatted ... 8290 ฏ รูปที่ ข.8 การกำหนด Surface-to-Surface Contact ระหว่างชิ้นงาน …………………………………..…. 8492 Formatted ... รูปที่ ข.9 การกำหนด Tie Constraint เพื่อยึดติดชิ้นงาน …………………………………………………..……. 8593 Formatted ... รูปที่ ข.10 การเชื่อมผิวชิ้นงานกับ Reference Point ด้วยคำสั่ง Coupling ………………………..…….. 8593 Formatted ... รูปที่ ข.11 การกำหนดชิ้นส่วนเป็น Rigid Body ……………………………………………………………..………. 8694 Formatted ... รูปที่ ข.12 การกำหนดเงื่อนไขขอบเขต และทิศทางการใส่ภาระงาน ………………………………..……….. 8694 Formatted ... รูปที่ ข.13 ทำการแบ่งตาข่าย (Mesh) โดยกำหนดขนาดแบบ Global seed ………………………..…… 8795 Formatted ... รูปที่ ข.14 การสร้าง Job และทำการ Submit เพื่อเริ่มการวิเคราะห์ …………………………………..…… 8795 Formatted ... รูปที่ ค.1 Drawing ชองสายรัดหยุงหลัง ………………………………………………………………………….…… 8997 Formatted ... รูปที่ ค.2 Drawing ผ้าปิดถุงลม ………………………………………………………………………………………..…… 9097 Formatted: Font: (Default) TH SarabunPSK, 16 pt, Complex Script Font: TH SarabunPSK รูปที่ ค.3 Explode view ของสารรัดพยุงหลังด้วยระบบลม …………………………………………..……… 918 Formatted: Space After: 6 pt Formatted ... รูปที่ ค.4 Drawing ของแถบเวลโครก้ (ตีนตุ๊กแก) …………………………………………………………………..… … 928 Formatted ... รูปที่ ค.5 Drawing ชองผ้าปิดสายลมด้านบน ……………………………………………………………………..… 99 Formatted: Font: (Default) TH SarabunPSK, Complex Script Font: TH SarabunPSK ฐ Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... รูปที่ ค.78 Drawing ชองสายลม PU ขนาด 8x5x109 มม. …………………….………………………….….… 95100 Formatted ... Formatted ... Formatted ... รูปที่ ค.89 Drawing ชองสายลม PU ขนาด 8x5x34 มม. ………………………………………………….……. 96 101 Formatted ... Formatted ... Formatted ... รูปที่ ค.910 Drawing ชองถุงลม ……………………………………………………………………………..………..……. 97 101 Formatted ... Formatted ... Formatted ... รูปที่ ค.101 Drawing ชองแถบเวลโก้ (ตีนตุ๊กแก) ………………………………………………………………...... 98 102 Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... Formatted ... รูปที่ ค.56 Drawing ชองข้อต่อลมหางปลา ……………………………………………………..…………….…...…. 939 รูปที่ ค.67 Drawing ชองข้อต่อลม 3 ทาง ……………………………………………………………………….…….. 94100 ฑ บทที่ 1 บทนา 1.1 ที่มาและความสาคัญการออกแบบสายรัดพยุงหลังแบบเฉพาะบุคคล ในปัจจุบัน พนักงานออฟฟิศจานวนมากต้องเผชิญกับปัญหาอาการปวดหลังส่วนล่าง (Low Back Pain) อันเกิดจากการนั่งทางานเป็นเวลานานในท่าทางที่ไม่เหมาะสม ซึ่งเป็นปัจจัยสาคัญที่ทา ให้กล้ามเนื้อหลังทางานหนักและส่งผลให้โครงสร้างของกระดูกสันหลังรับภาระมากเกินไป อาการ ดังกล่าวไม่เพียงส่งผลต่อคุณภาพชีวิต แต่ยังอาจนาไปสู่ภาวะบาดเจ็บเรื้อรังในระยะยาว แม้อุปกรณ์ พยุงหลังจะถูกนามาใช้อย่างแพร่หลายเพื่อช่วยลดแรงกระทาต่อกล้ามเนื้อและกระดูกสันหลัง แต่ส่วน ใหญ่มักเป็นแบบมาตรฐานที่ไม่สามารถปรับให้เหมาะกับสรีระของผู้ใช้งานแต่ละรายได้ และไม่ สามารถควบคุมระดับแรงรัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทาให้ประสิทธิภาพของการใช้งานยังไม่ตอบโจทย์ การใช้งานจริง จากปัญหาดังกล่าว โครงงานนี้จึงมุ่งเน้นการออกแบบสายรัดหลังแบบเฉพาะบุคคล ที่สามารถปรับ ระดับแรงรัดให้เหมาะสมกับสรีระและลักษณะการใช้งานของผู้ใช้ โดยอาศัยการจาลองเชิงกลด้วย โปรแกรม ABAQUS เพื่อวิเคราะห์พฤติกรรมของกล้ามเนื้อและกระดูกสันหลังภายใต้ภาระแรงต่าง ๆ ทั้งในกรณีที่สวมใส่และไม่สวมใส่สายรัด เพื่อใช้เป็นแนวทางในการพัฒนาอุปกรณ์ให้มีประสิทธิภาพ สูงสุด พร้อมทั้งมีการทดสอบอุปกรณ์ต้นแบบเพื่อประเมินความเหมาะสมของแรงรัดและความ ปลอดภัยในการใช้งานจริง ผลการศึกษาที่ได้จะช่วยยืนยันแนวคิดในการพัฒนาอุปกรณ์พยุงหลังที่สามารถปรับให้เหมาะสมกับ ผู้ใช้งานแต่ละรายได้อย่างมีประสิทธิภาพ และมีศักยภาพในการนาไปประยุกต์ใช้งานจริงในกลุ่ม พนักงานออฟฟิศ เพื่อช่วยลดความเสี่ยงของการบาดเจ็บ ส่งเสริมสุขภาพของกล้ามเนื้อหลัง และเพิ่ ม คุณภาพชีวิตของผู้ใช้งานในระยะยาว 1 Formatted: Not Different first page header 1.2 วัตถุประสงค์ 1) สร้างแบบจาลองโครงสร้างหลังส่วนล่าง 2) ออกแบบสายรัดหลังเฉพาะบุคคลโดยมีแรงในการบีบกระชับแตกต่างกันไปตามรูปร่าง 3) จาลองเพื่อเปรียบเทียบการกระจายแรงของกล้ามเนื้อและกระดูกสันหลัง ขณะสวมใส่สาย รัดหลังและไม่สวมใส่ ให้มีการกระจายแรงดีขึ้น 1.3 ขอบเขตของโครงงาน 1) ออกแบบการจาลองโครงสร้างหลังส่วนล่าง โดยสมมุติอวัยวะภายในเป็น rigid 2) วิเคราะห์การกระจายของแรงผ่านกระดูกสันหลังและกล้ามเนื้อผ่านแบบจาลอง 3) ออกแบบแผ่นรัดหลังที่ช่วยในการรองรับหลังส่วนล่าง 4) เปรียบเทียบการพยุงกล้ามเนื้อของสายรัดบริเวณหลังส่วนล่าง เมื่อมีการสวมใส่สายรัดหลัง และไม่มีการสวมใส่ 1.4 ประโยชน์และผลที่คาดว่าจะได้รับ 1) อุปกรณ์ที่ช่วยในการกระจายแรงที่กดบนกระดูกสันหลังส่วนล่าง โดยเฉพาะในกลุ่มผู้ใช้งานที่ ต้องนั่งทางานเป็นเวลานาน เช่น พนักงานออฟฟิศซึ่งเสี่ยงต่ออาการปวดหลัง 2) เพิ่มความสามารถในการพยุงกล้ามเนื้อหลังและกระจายแรงในระหว่างกิจกรรมที่ต้องยืน นั่ง หรือยกของ ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงของการบาดเจ็บจากการใช้งานกล้ามเนื้อเกินขีดจากัด 3) ส่งเสริมการรักษาท่าทางที่ถูกต้อง ลดภาวะกล้ามเนื้อตึงเรื้อรังและการใช้งานที่ไม่ถูกต้อง 4) เพิ่มความสบายและความยืดหยุ่นในการใช้งาน โดยสามารถปรับแรงรัดให้เหมาะสมกับการใช้ งานของแต่ละบุคคล 5) เป็นแนวทางต้นแบบสาหรับการพัฒนาผลิตภัณฑ์สนับสนุนกล้ามเนื้อที่มีลักษณะเฉพาะบุคคล โดยสามารถต่อยอดเพื่อผลิตเชิงพาณิชย์ 2 1.5 แผนการดาเนินงาน ตารางที่ 1.11.1 แผนการดาเนินงาน แผนการดาเนินโครงการ Phase รายละเอียด พ.ศ. 2568 ผู้รับผิดชอบ Plan / Actual สุรยิะฉาย พูสวุ รรณ P A proposal การกาหนดปัญหาและรวบรวมข้อมูลทีเ่ กีย่ วข้อง 1.1 ทีม่าและความสาคัญ Formatted: Font: (Default) +Body (Calibri), Font color: Auto พ.ศ. 2569 Formatted: Centered, Space After: 0 pt ก.ค. ส.ค. ก.ย. ต.ค. พ.ย. ธ.ค. ม.ค. ก.พ. มี.ค. เม.ย. สุริยะฉาย พูสุวรรณ 1.2 การศึกษาทฤษฎีทเี่ กีย่ วข้อง - โครงสร้างของสันหลังส่วนล่าง ภิรญาณ์ ตรีพนากร - การทางานของกล้ามเนือ้ หลัง ภิรญาณ์ ตรีพนากร - สาเหตุของอาการปวดหลัง สุรยิะฉาย พูสวุ รรณ - กล้ามเนือ้ และเส้นเอ็นทีเ่ กีย่ วข้องกับการพยุงหลัง ภิรญาณ์ ตรีพนากร 1.3 วัตถุประสงค์ ศุภนันท์ เหลืองวุฒธิ รรม้ งานกับของทีม 1.4 เปรียบเทียบชิน่ อี ยูแ่ ล้ว ศุภนันท์ เหลืองวุฒธิ รรม P A P A P A P A P A P A 1.5 ข้อกาหนดการออกแบบผลิตภัณฑ์ (PDS) และมาตรฐาน - ความต้องการ - ขอบเขตของโครงงาน - มาตรฐานทีใ่ ช้ สุรยิะฉาย พูสวุ รรณ ภิรญาณ์ ตรีพนากร ศุภนันท์ เหลืองวุฒธิ รรม P A P A P A 1.6 การวางแผนการทางาน - แบ่งหัวข้อการทางาน ศุภนันท์ เหลืองวุฒธิ รรม - วางแผนงบประมาณ สุรยิะฉาย พูสวุ รรณ P A P A Progress I Conceptual design & Simulation Setup้ งานต้นแบบ 2.1 ออกแบบชิน ศุภนันท์ เหลืองวุฒธิ รรม - สร้างแบบจาลองกล้ามเนือ้ ศุภนันท์ เหลืองวุฒธิ รรม - สร้างแบบจาลองสายรัดเอว สุรยิะฉาย พูสวุ รรณ 2.2 สร้างสายรัดเอวตัวต้นแบบ ภิรญาณ์ ตรีพนากร P A P A P A Progress II Embodiment design 3.1 ออกแบบเพือ่ ความสวยงาม 3.2 คานวนต้นทุน ภิรญาณ์ ตรีพนากร ภิรญาณ์ ตรีพนากร สุรยิะฉาย พูสวุ รรณ 3.3 ทดสอบค่าและกาหนพารามิเตอร์ในการจาลอง ศุภนันท์ เหลืองวุฒธิ รรม 3.4 ตรวจสอบและแก้ไขผลลัพธ์ทไี่ ด้การจาลอง ศุภนันท์ เหลืองวุฒธิ รรม P A P A P A P A Final Prototype/Test/Verification & Validation้ งาน 4.1 เขียนรายการวัสดุทตี่้องใช้และเขียนแบบชิน สุริยะฉาย พูสุวรรณ ศุภนันท์ เหลืองวุฒธิ รรม 4.2 สร้างสายรัดเอว ภิรญาณ์ ตรีพนากร 4.3 ทดสอบการใช้งานของสายรัด สุรยิะฉาย พูสวุ รรณ้ งานจริง 4.4 เปรียบเทียบค่าทีไ่ ด้จากการจาลองกับชิน 4.5 จัดทาเล่มปริญญานิพนธ์ ศุภนันท์ เหลืองวุฒธิ รรม ภิรญาณ์ ตรีพนากร P A P A P A P A P A Formatted: Font: (Default) +Body (Calibri), Font color: Auto Formatted: Left Formatted: Left ตารางที่ 1.1 แผนการดาเนินงาน 3 1.6 งบประมาณ ตารางที่ 1.21.2 งบประมาณ Formatted: Font: Italic, Complex Script Font: Italic Formatted: Caption, Centered งบประมาณ วัสดุที่จัดซื้อ สายรัดพยุงหลังแบบสูบลม อุปกรณ์ในการทดลองระบบต้นแบบ วัสดุและอุปกรณ์ในการทาชิ้นงานสาเร็จ จานวน 1 1 1 รวม ตารางที่ 1.2 งบประมาณ 4 ราคา 1300 5700 3000 10000 5 บทที่ 2 ทฤษฎีทเี่ กีย่ วข้อง 2.1 ทฤษฎีเกี่ยวกับกายวิภาคศาสตร์ โครงสร้างหลังส่วนล่าง (Lumbar Vertebrae) ดังรูปที่ 2.1 ประกอบด้วยกระดูก 5 ชิ้น (L1– L5) ซึ่งซ้อนทับกันในแนวกึ่งกลางของลาตัว โดยทาหน้าที่รับและกระจายแรงจากส่วนบนของร่างกาย ลงสู่ส่วนล่าง กระดูกสันหลังส่วนเอวมีขนาดใหญ่ที่สุดเมื่อเทียบกับกระดูกสันหลังส่วนคอ (Cervical) และส่วนทรวงอก (Thoracic) เนื่องจากต้องรับภาระแรงมากจากน้าหนักของศีรษะ ลาตัวส่วนบน และแรงกระทาต่าง ๆ ระหว่างการเคลื่อนไหวในกิจกรรมประจาวัน เช่น การนั่ง ยืน เดิน หรือยกของ นอกจากนี้ขนาดที่ใหญ่และความแข็งแรงของกระดูกสันหลังเอวยังช่วยรองรับการทางานของ กล้ามเนื้อหลังส่วนล่าง รวมถึงทาหน้าที่ยึดกล้ามเนื้อและเส้นเอ็นที่ช่วยควบคุมการเคลื่อนไหวของ ลาตัวอย่างมั่นคง ทาให้หลังส่วนล่างเป็นศูนย์กลางสาคัญของทั้งโครงสร้าง การเคลื่อนไหว และการ สื่อสารของระบบประสาทในร่างกายส่วนล่าง รูปที่ 2.12.1 โครงสร้างทางกายวิภาคบริเวณหลัง [1] 6 2.1.1 หน้าทีข่ องกระดูกสันหลังส่วนล่าง กระดูกสันหลังส่วนล่าง หรือที่เรียกกันว่า กระดูกสันหลังส่วนเอว (lumbar vertebrae) ดังรูป ที่ 2.2 ประกอบด้วยกระดูกสันหลังจานวน 5 ชิ้น เรียงต่อกันจากกระดูกสันหลังทรวงอก ลงไปยัง กระดูกก้น โดยทั่วไปจะเรียงลาดับเป็น L1 ถึง L5 1) การรองรับแรงและการถ่ายแรงหลังส่วนล่างต้องรองรับแรงตามแนวแกนของกระดูกสันหลัง จากน้าหนักของร่างกายส่วนบน โดยกระดูกเอว หรือกระดูกสันหลังช่วง L1–L5 ถูกออกแบบ ให้มีขนาดใหญ่และแข็งแรงกว่าส่วนอื่น ช่วยให้ร่างกายสามารถยืน เดิน และเคลื่อนไหวได้ อย่า งมั่ น คง ซึ่ ง ถื อ เป็ น ฟั ง ก์ ชั น ด้า น biomechanical load transfer ที่ สาคั ญ ในระบบ โครงสร้างของมนุษย์ 2) ความสามารถในการเคลื่อนไหว โดยกล้ามเนื้อที่ยึดเกาะบริเวณหลังส่วนล่าง ทางานร่วมกับ ความยืดหยุ่นของข้อต่อกระดูกสันหลังเพื่อเอื้ออานวยให้เกิดการเคลื่อนไหวในหลายทิศทาง ไม่ว่าจะเป็นการงอตัว–แอ่นตัว (flexion/extension) การโค้งไปด้านข้าง (lateral bending) หรือการบิดตัว (rotation) โดยเฉพาะในระดับ L4–L5 ซึ่งถือเป็น จุดศูน ย์ กลางของการ เคลื่อนไหวและมักเกี่ยวข้องกับภาวะบาดเจ็บหรือเสื่อมในทางคลินิก 3) การปกป้องไขสันหลังและรากประสาท บริเวณหลังส่วนล่างมีหน้าที่สาคัญในการปกป้อง โครงสร้างประสาทที่ทาหน้าที่ควบคุมการทางานของขา เท้า และระบบขับถ่าย โครงสร้าง ของกระดูกสันหลัง หมอนรองกระดูก และเอ็นรอบข้างจึงต้องมีความแข็งแรงเพียงพอในการ ป้องกันการกดทับหรือบาดเจ็บต่อเส้นประสาทเหล่านี้ รูปที่ 2.22.2 กระดูกสันหลัง L1 - L5 [2] 7 2.1.2 กล้ามเนือ้ หลังส่วนล่าง กล้ามเนื้อหลังส่วนล่าง (Lower back muscles) เป็นกลุ่มกล้ามเนื้อที่มีความสาคัญอย่างยิ่งใน การพยุงและควบคุมการเคลื่อนไหวของกระดูกสันหลังส่วนล่าง รวมถึงการรักษาท่าทางและความ สมดุลของร่างกายดังรูปที่ 2.3 กล้ามเนื้อเหล่านี้ทางานประสานกันเพื่อรับน้าหนักของลาตัวในขณะยืน เดิน หรือนั่ง โดยเฉพาะในกิจกรรมที่มีแรงกระทาซ้า ๆ เช่น การยกของหนัก หรือการนั่งในท่าเดิมเป็น เวลานาน หากกล้ามเนื้อเหล่านี้อ่อนแรง หรือทางานไม่สัมพันธ์กัน อาจนาไปสู่อาการปวดหลังเรื้อรัง และปัญหาอื่น ๆ ทางระบบกล้ามเนื้อและกระดูก รูปที่ 2.32.3 โครงสร้างทางกายวิภาคของกล้ามเนื้อหลัง [3] 8 1) กล้ามเนื้อ Multifidus กล้ามเนื้อชั้นลึกที่ทอดตัวไปตามแนวกระดูกสันหลังทั้งสองข้าง ตั้งแต่กระดูกกระเบน เหน็บ (sacrum) จนถึงบริเวณคอดัง รูปที่ 2.4 กล้ามเนื้อนี้มีบ ทบาทสาคัญในการรักษา เสถียรภาพของกระดูกสันหลังแบบเฉพาะข้อ (segmental stability) โดยจะทางานร่วมกับ กล้ามเนื้อแกนกลางอื่น ๆ เช่น Transversus abdominis เพื่อควบคุมและสนับสนุนกระดูก สันหลังระหว่างการงอ การยืด หรือการบิดลาตัว กล้ามเนื้อ multifidus มีลักษณะพิเศษคือ ยึดเกาะระหว่างกระดูกสันหลังแต่ละข้อ ซึ่งหน้าที่ในการช่วยควบคุมการเคลื่อนไหว การทางานผิดปกติหรือความเสื่อมของ multifidus มีความสัมพันธ์กับอาการปวดหลัง ส่วนล่างอย่างมีนัยสาคัญ โดยผู้ที่มีอาการปวดหลังเรื้อรังมักมีการฝ่อตัวหรือการไม่ทางานของ กล้ามเนื้อ multifidus บริเวณที่มีอาการ ซึ่งทาให้กล้ามเนื้ออื่นต้องทางานชดเชย ส่งผลให้ เกิดอาการเจ็บปวดและกล้ามเนื้อตึงเรื้อรังตามมา รูปที่ 2.42.4 กล้ามเนื้อหลังส่วนล่าง multifidus [4] 2) กล้ามเนื้อกลุ่ม Erector Spinae กล้ามเนื้อขนาดใหญ่ที่ทอดยาวขนานกับแนวกระดูกสันหลังจากเชิงกรานไปจนถึงฐาน กะโหลกศีรษะ มีบทบาทสาคัญในการควบคุมการเหยียด การบิด และการงอด้านข้างของ ลาตัว นอกจากนี้ยังช่วยรักษาท่าทางให้ลาตัวตั้งตรง และคงความมั่นคงของกระดูกสันหลัง ตลอดกิจกรรมในชีวิตประจาวัน กลุ่มกล้ามเนื้อ Erector Spinae แบ่งออกเป็น 3 มัดหลัก ได้แก่ 9 - Iliocostalis กล้ามเนื้อที่อยู่ด้านนอกสุดของกลุ่ม Erector Spinae กล้ามเนื้อนี้ยึด เกาะกับกระดูกซี่โครงและ transverse processes ของกระดูกสันหลัง มีหน้าที่ หลักในการงอลาตัวไปด้านข้าง (lateral flexion) และการยืดลาตัว (extension) ทั้งสองข้างร่วมกัน ซึ่งช่วยรักษาท่าทางและความมั่นคงของลาตัวโดยเฉพาะในขณะ เดินหรือเคลื่อนไหวดังรูปที่ 2.5 - Longissimus เป็นกล้ามเนื้อที่อยู่ตรงกลางระหว่าง Iliocostalis และ Spinalis และ เป็นมัดที่ยาวและใหญ่ที่สุดในกลุ่ม Erector Spinae กล้ามเนื้อ longissimus มี หน้าที่ยืดลาตัว บิดตัว และยืดศีรษะดังรูปที่ 2.5 นอกจากนี้ยังช่วยรักษาท่าทางใน กิจกรรมต่าง ๆ ที่ต้องใช้ความมั่นคงของหลัง เช่น การยืนหรือเดินในเวลานาน - Spinalis กล้ามเนื้อที่อยู่ชิดแนวกลางกระดูกสันหลังมากที่สุด และมีขนาดเล็กที่สุด ในกลุ่ม Erector Spinae ดังรูปที่ 2.5 มีหน้าที่ในการยืดกระดูกสันหลังและศีรษะ ร่วมกับมัดกล้ามเนื้ออื่น ๆ กล้ามเนื้อ Spinalis มีความสาคัญต่อการคงแนวของ กระดูกสันหลังให้อยู่ในแนวตรง และช่วยควบคุมการเคลื่อนไหวอย่างละเอียดของ แกนกลางลาตัว รูปที่ 2.52.5 กล้ามเนื้อกลุ่ม Erector spinae [5] 3) กล้ามเนื้อ Latissimus Dorsi กล้ามเนื้อที่จัดอยู่ในกลุ่มกล้ามเนื้อหลังส่วนกลางถึงส่วนบน แต่มีจุดเกาะที่ครอบคลุม ตั้งแต่กระดูกสันหลังส่วนล่าง (T7-L5) กระดูกเชิงกราน กระดูกซี่โครง ไปจนถึงกระดูกต้น แขน (humerus) ดังรูปที่ 2.6 กล้ามเนื้อนี้มีบทบาทสาคัญในการเคลื่อนไหวบริเวณหลั ง 10 ส่วนล่าง จึงมีอิทธิพลต่อเสถียรภาพและการเคลื่อนไหวของกระดูกสันหลังส่วนล่างเช่นกัน โดยเฉพาะในการทากิจกรรมที่ใช้ทั้งแขนและลาตัวร่วมกัน เช่น การยกของ รูปที่ 2.62.6 กล้ามเนื้อ Latissimus dorsi [6] 2.1.3 ลักษณะของหมอนรองกระดูกสันหลัง หมอนรองกระดูกสันหลังประกอบด้วยชั้นหลายชั้น โดยแทรกตัวอยู่ระหว่างกระดูกสันหลังแต่ ละข้อตั้งแต่ระดับคอลงไปถึงเอวดังรูปที่ 2.7 ช่วยรับแรงกระทาต่อกระดูกสันหลังแล้วยังช่วยให้ ร่างกายสามารถเคลื่อนที่ไปในทิศทางต่าง ๆ มากกว่าข้อต่ออื่น ๆ โดยท่าทางที่เสี่ยงต่อการทาให้ หมอนรองกระดูกบาดเจ็บมากที่สุดคือท่าบิดและก้มลาตัวร่วมกับออกแรงยกของหนัก ๆ รูปที่ 2.72.7 หมอนรองกระดูก [7] 11 รูปที่ 2.82.8 ตัวอย่างปัญหาของหมอนรองกระดูกสันหลัง [8] 1) หมอนรองกระดูกปกติ (Normal Disc) ในสภาวะปกติมีลักษณะหนา แน่น และคงรูปทรงได้ดี โดยมีโครงสร้างสาคัญคือเนื้อเยื่อเจลลี่ตรงกลางที่เรียกว่า nucleus pulposus ซึ่งมีความชุ่ม น้าสูง โครงสร้างนี้ทาหน้าที่ดูดซับแรงกระแทกที่เกิดจากการเคลื่อนไหวของกระดูกสันหลัง และช่วยให้กระดูกแต่ละปล้องสามารถเคลื่อนไหวได้อย่างราบรื่น 2) หมอนรองกระดูกเสื่อม (Degenerated Disc) เป็นอาการที่มักเกิดขึ้นตามวัย หรือเป็นผลจาก การใช้งานซ้า ๆ อย่างต่อเนื่องเป็นเวลานาน โครงสร้างของหมอนรองจะเกิดการสูญเสียน้า ภายใน nucleus pulposus ส่งผลให้หมอนรองกระดูกบางลง สูญเสียความยืดหยุ่น และรับ แรงกระแทกได้ลดลง ความเปลี่ยนแปลงนี้ทาให้แรงที่เคยถูกดูดซับโดยหมอนรองกระดูกถูก ถ่ายเทไปยังโครงสร้างข้างเคียง เช่น ข้อต่อกระดูกสันหลังและเอ็น ทาให้เกิดอาการปวดหลัง เรื้อรังหรือรู้สึกไม่สบายเมื่อต้องเคลื่อนไหวในท่าทางบางอย่าง โดยเฉพาะการก้ม ยืด หรือยืน เป็นเวลานาน 3) หมอนรองกระดูกโป่งออก (Bulging Disc) หมายถึงการที่เนื้อเยื่อของ annulus fibrosus ยัง ไม่ฉีกขาด แต่มีลักษณะโป่งนูนออกมานอกแนวขอบปกติ คล้ายกับลมในยางรถที่ดัน ออก ด้านข้างโดยที่โครงสร้างยางยังไม่แตก ในระยะแรกอาจไม่มีอาการ แต่หากการโป่งเกิดใน ตาแหน่งใกล้เส้นประสาท หรือรุนแรงจนกดเบียดโครงสร้างประสาท อาจทาให้เกิดอาการ ปวด ชา หรืออ่อนแรงในแขนหรือขา ขึ้นอยู่กับตาแหน่งของหมอนรองที่ได้รับผลกระทบ 12 4) หมอนรองกระดูกแตกหรือปลิ้น (Herniated Disc) ดังรูปที่ 2.9 ภาวะหมอนรองกระดูกแตก หรือปลิ้นเป็นขั้นที่รุนแรงกว่าการโป่งออก โดยเกิดจากการที่เยื่อหุ้มของ annulus fibrosus ฉีกขาด ทาให้ nucleus pulposus ภายในไหลทะลักออกมาและกดทับเส้นประสาทโดยตรง ลักษณะนี้เป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายในชื่อ หมอนรองกระดูกทับเส้นประสาท ผู้ป่วยมักมี อาการปวดรุนแรงทันที เมื่อมีการเคลื่อนไหวที่กระตุ้นแรงกดทับ อาการชาหรืออ่อนแรงจะ เกิดขึ้นตามแนวเส้นประสาทที่ได้รับผล รูปที่ 2.92.9 หมอนรองกระดูกแตกหรือปลิ้น [9] 5) หมอนรองกระดูกบางลง (Thinning Disc) เกิดจากการเสื่อมสภาพของโครงสร้างหมอนรอง ทาให้ความสูงระหว่างกระดูกสันหลังลดลงอย่างชัดเจน เมื่อตัวหมอนรองไม่สามารถรักษา ระยะห่างของกระดูกได้ดี โอกาสที่กระดูกปล้องใกล้เคียงจะเสียดสีกันก็จะเพิ่มขึ้น ซึ่งส่งผลให้ เกิดการอักเสบ ปวดหลัง หรือรู้สึกติดขัดขณะเคลื่อนไหว รวมถึงการกดทับเส้นประสาทใน ช่องกระดูกสันหลังซึ่งแคบลง 6) หมอนรองกระดู ก เสื่ อ มและเกิ ด กระดู ก งอก (Disc Degeneration with Osteophyte Formation) ในระยะที่เสื่อมมากขึ้น หมอนรองกระดูกไม่เพียงแต่จะสูญเสียความยืดหยุ่น และความสูง แต่ร่างกายยังตอบสนองโดยการสร้างกระดูกส่วนเกินที่เรียกว่า osteophytes หรือกระดูกงอกขึ้นตามขอบของกระดูกสันหลัง กระดูกงอกเหล่านี้อาจเบียดหรือกดทับ โครงสร้างประสาท ทาให้เกิดอาการปวด ชา อ่อนแรง หรือรู้สึกขัดขณะเคลื่อนไหว โดยเฉพาะ ในผู้สูงอายุหรือผู้ที่ใช้แรงซ้า ๆ ในบริเวณหลังมานาน เช่น ผู้ใช้แรงงานหรือผู้ที่ยกของหนัก เป็นประจา 13 2.1.4 เส้นเอ็นบริเวณหลังส่วนล่าง เอ็น (ligaments) เป็นเนื้อเยื่อเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูง ทาหน้าที่ยึดกระดูกสันหลังให้มั่นคง และจากัดการเคลื่อนไหวที่อาจก่อให้เกิดการบาดเจ็บ โดยเฉพาะบริเวณหลังส่วนล่างที่ต้องรองรับ น้าหนักมาก และรักษาความมั่นคงของกระดูกสันหลังในทุกท่าทาง เอ็นบริเวณหลังช่ว งล่างที่ มี ความสาคัญมาก ได้แก่ 1) Anterior Longitudinal Ligament เอ็นยึดตามยาวด้านหน้า ทอดตามแนวยาวด้านหน้าของ กระดูกสันหลังและหมอนรองกระดูก ดังรูปที่ 2.10 มีบทบาทสาคัญในการป้องกันการแอ่น หลังเกินพิกัด ซึ่งมักเกิดจากการยืนหลังแอ่นหรือยกของหนักในท่าทางผิดปกติ ความแข็งแรง ของเอ็นนี้ยังช่วยลดความเสี่ยงที่หมอนรองกระดูกจะเคลื่อนออกด้านหน้า ทาให้โครงสร้าง ของแนวกระดูกสันหลังมีความมั่นคงมากยิ่งขึ้นในขณะรับแรงกดจากน้าหนักตัว 2) Posterior Longitudinal Ligament เอ็นยึดตามยาวด้านหลัง อยู่บริเวณด้านหลังของตัว กระดูกสันหลัง ภายในโพรงไขสันหลังดังรูปที่ 2.10 มีหน้าที่หลักในการจากัดการก้มลาตัวไป ข้างหน้า และป้องกันไม่ให้หมอนรองกระดูกเคลื่อนเข้ามากดทับไขสันหลังหรือเส้นประสาท การเสื่อมของเอ็นนี้พบได้บ่อยในผู้สูงอายุ และอาจเกี่ยวข้องกับภาวะกระดูกสันหลังตีบแคบ หรือหมอนรองกระดูกปลิ้นได้ 3) Ligamentum Flavum เอ็นเหลือง มีความยืดหยุ่นสูงกว่ากลุ่มอื่น เนื่องจากประกอบด้วย เส้นใยอีลาสติน จึงสามารถยืดและคืนตัวได้ดีระหว่างการเคลื่อนไหว เช่น การก้มและเหยียด หลังอย่างต่อเนื่องดังรูปที่ 2.10 นอกจากนี้ยังช่วยคืนรูปให้กับกระดูกสันหลังหลังจากการงอ และป้องกันไม่ให้เกิดการเลื่อนตัวไปด้านหลังของกระดูกส่วนต่าง ๆ หากเอ็นนี้หนาตัวขึ้นจาก ความเสื่อม อาจทาให้เกิดการกดทับไขสันหลัง ซึ่งเป็นสาเหตุหนึ่งของภาวะ Spinal Stenosis 4) Interspinous Ligament เอ็นระหว่างยอดกระดูกสันหลัง ตั้งอยู่ระหว่างยอดกระดูกสันหลัง แต่ละข้อดังรูปที่ 2.10 มีหน้าที่ต้านทานแรงงอลาตัวไปด้านหน้าและเสริมความมั่นคงใน แนวตั้งของกระดูกสันหลัง ทางานร่วมกับกล้ามเนื้อหลังในการควบคุมการเคลื่อนไหวที่ ละเอียด โดยเฉพาะในกิจกรรมที่ต้องเคลื่อนไหวต่อเนื่อง เช่น การนั่งหรือยืนในท่าเดิมนาน ๆ ความตึงหรือการอักเสบของเอ็นนี้มักสัมพันธ์กับอาการปวดหลังส่วนกลางและล่าง 5) Supraspinous Ligament เอ็นเหนือยอดกระดูกสันหลัง ทอดยาวตามแนวยอดของกระดูก สันหลังจากระดับคอไปจนถึงกระดูกกระเบนเหน็บ ดังรูปที่ 2.10 ทาหน้าที่ยึดปลายยอดของ กระดูกสันหลังให้คงที่ ช่วยเสริมการทางานของกล้ามเนื้อหลังชั้นตื้นในขณะเคลื่อนไหวหรือ 14 ตั้งท่าทางอยู่กับที่ เอ็นนี้มีความสาคัญมากในเรื่องของการรักษาท่าทางที่ถูกต้อง โดยเฉพาะ ในคนที่ต้องนั่งทางานเป็นเวลานาน การบาดเจ็บบริเวณนี้สามารถส่งผลให้หลังส่วนล่างไม่ มั่นคง และเพิ่มความเสี่ยงของหมอนรองกระดูกเคลื่อนหรือกล้ามเนื้อเกร็งเรื้อรัง 6) Intertransverse Ligament เอ็นระหว่างปุ่มกระดูกขวาง เชื่อมระหว่างกิ่งข้างของกระดูกสัน หลัง โดยเฉพาะในแนวด้านข้างของแต่ละข้อกระดูก ดังรูปที่ 2.10 มีบทบาทสาคัญในการ จากัดการเอียงตัวด้านข้างและรักษาสมดุลขณะเคลื่อนไหวในแนวเฉียง การตึงตัวหรือยืดมาก เกินไปของเอ็นนี้อาจพบได้ในผู้ที่มีอาการปวดหลังจากการออกกาลังกายหรือยกของผิดท่า และมีผลต่อการทรงตัวของร่างกายในขณะเดิน ยืน หรือขึ้นลงบันได รูปที่ 2.102.10 spinal Ligaments [10] 7) Iliolumbar Ligament เอ็นเชื่อมระหว่างกระดูกสันหลังส่วนเอวกับกระดูกเชิงกรานดังรูปที่ 2.11 เชื่อมที่กระดูก L5 ของกระดูกสันหลังกับกระดูกปีกเชิงกราน (iliac crest) มีบทบาท สาคัญมากในการป้องกันการเลื่อนตัวของกระดูกสันหลังในแนวหน้า–หลัง โดยเฉพาะบริเวณ ปลายล่างของกระดูกสันหลังซึ่งเป็นจุดที่รับน้าหนักสูงสุดของร่างกาย อีกทั้งยังช่วยในการถ่าย โอนแรงจากกระดูกสันหลังลงสู่กระดูกเชิงกรานและขา ซึ่งเป็นพื้นฐานของการเดินและการ ยืนที่มั่นคง หากเอ็นนี้ได้รับบาดเจ็บหรือเสื่อมสภาพ จะทาให้เกิดอาการปวดหลังร้าวไปถึง สะโพก และส่งผลต่อการควบคุมกล้ามเนื้อหลังส่วนล่างโดยรวม 15 รูปที่ 2.112.11 Iliolumbar ligaments [11] 2.2 สาเหตุของอาการปวดหลังล่าง 2.2.1 วิธกีารจาแนกอาการปวดหลัง (Classification of Low Back Pain) การจาแนกอาการปวดหลังสามารถแบ่งออกได้ตาม 2 เกณฑ์หลัก ได้แก่ การจาแนกตาม ระยะเวลา และการจาแนกตามลักษณะของอาการ ดังนี้: 1) การจาแนกอาการปวดหลังตามระยะเวลา (Classification by Duration) - อาการปวดหลังแบบเฉียบพลัน (Acute Low Back Pain) หมายถึง อาการปวดที่ เกิดขึ้นและคงอยู่เป็นระยะเวลาไม่เกิน 6 สัปดาห์ มักมีสาเหตุจากการบาดเจ็ บ เล็กน้อย เช่น กล้ามเนื้อฉีกขาด หรือท่าทางที่ไม่เหมาะสม - อาการปวดหลังแบบกึ่งเฉียบพลัน (Subacute Low Back Pain) หมายถึง อาการ ปวดที่ดาเนินต่อเนื่องตั้งแต่ 6 สัปดาห์ ถึง 12 สัปดาห์ เป็นช่วงเปลี่ยนผ่านระหว่าง ระยะเฉียบพลันและเรื้อรัง - อาการปวดหลังแบบเรื้อรัง (Chronic Low Back Pain) หมายถึง อาการปวดหลังที่ คงอยู่นานเกินกว่า 12 สัปดาห์ หรือ 3 เดือน มักเกี่ยวข้องกับปัจจัยทางชีวภาพ จิตใจ สังคม และมีผลต่อคุณภาพชีวิตในระยะยาว 2) การจาแนกอาการปวดหลังตามลักษณะของอาการ (Classification by Characteristics) - ปวดกล้ามเนื้อ (Muscle Pain) ลักษณะอาการมักเป็นความรู้สึกปวด เมื่อย ตึง หรือ ล้า โดยเฉพาะบริเวณคอ บ่า ไหล่ หรือหลัง อาจสัมพันธ์กับการใช้งานกล้ามเนื้อเกิน ความสามารถ ท่าทางไม่เหมาะสม หรือความเครียด 16 - ปวดจากระบบประสาท (Nerve Pain / Neuropathic Pain) อาการมั ก จะ ประกอบด้วยความรู้สึกปวดแสบ ปวดร้าว ชา หรือแขนขาอ่อนแรง ร่วมกับการ เคลื่อนไหวที่ลดลง อาจมีการกดทับเส้นประสาท เช่น หมอนรองกระดูกเคลื่อน (Herniated disc) - ปวดจากพันธุกรรม (Genetic-related Pain) อาการปวดหลังส่วนใหญ่จะมีปัจจัย ด้านสิ่งแวดล้อมและการใช้งานเป็นหลัก แต่มีหลักฐานสนับสนุนว่า พันธุกรรม มี บทบาทในการเกิดอาการปวดหลัง โดยเฉพาะในผู้ที่มีประวัติครอบครัวเป็ น โรค เกี่ยวกับหมอนรองกระดูก หรือความผิดปกติของโครงสร้างกระดูกสันหลัง 2.2.2 การปวดหลังช่วงล่างทีเ่ กิดจากกล้ามเนือ้ 1) เกิดจากกล้ามเนื้อส่วน Quadratus Lumborum ดังรูปที่ 2.12 ที่ทาหน้าที่ยกเชิงกราน เอียงตัว แอ่นหลัง และยังช่วยเพิ่มความมั่นคงให้กับข้อกระดูกสันหลังระดับเอว เมื่อ กล้ามเนื้อส่วนนี้มีการทางานติดต่อกันมากเกินไปทาให้มีการตึง และติดค้างเกิดขึ้นทาให้ มีอาการปวดที่หลังล่างได้ รูปที่ 2.122.12 กล้ามเนื้อ Quadratus Lumborum ตึงมากเกินไป [12] 2) เกิดจากกล้ามเนื้อส่วน Glutes Medius หรือกล้ามเนื้อก้นบริเวณข้างสะโพกดังรูปที่ 2.13 มีอาการอ่อนแรง เมื่อกล้ามเนื้อส่วนนี้มีการอ่อนแรงหรือไม่ทางานทาให้กล้ามเนื้อ ส่วน Quadratus Lumborum จาเป็นต้องมาทางานแทนสิ่งนี้ส่งผลให้เกิดอาการปวดที่ บริเวณหลังล่างเช่นเดียวกัน 17 รูปที่ 2.132.13 กล้ามเนื้อ Glutes Medius อ่อนแรง [13] 3) เกิดจากกล้ามเนื้อส่วน Erector spinae หรือกล้ามเนื้อแกนกลางดังรูป ที่ 2.14 โดย หน้าที่ในการยืดหลัง รักษาท่าตรง (posture) ช่วยในการก้ม-เงยและบิดลาตัว โดยเมื่อ กล้ามเนื้อชนิดนี้ถูกใช้งานมากเกินไปเช่น การยกของหนักผิดท่า การนั่งหลังงอเป็ น เวลานาน รวมไปถึงการที่กล้ามเนื้อหน้าท้องมีความอ่อนแอส่งผลให้ภาระถูกส่งมาที่ กล้ามเนื้อส่วนหลังมากขึ้น ทาให้อาการปวดหลังนั้นเกิดขึ้น รูปที่ 2.142.14 กล้ามเนื้อ Erector spinae [14] 18 2.3 ความผิดปกติของกระดูกสันหลัง 2.3.1 ภาวะหลังแอ่น Lordosis ภาวะนี้เกิดขึ้นเมื่อกระดูกสันหลังโค้งมากเกินไป ทาให้ท่าทางของร่างกายผิดปกติไปจากแนว ปกติดังรูปที่ 2.15 ภาวะหลังแอ่นที่ส่งผลต่อกระดูกสันหลังส่วนเอว ซึ่งเรียกว่า “หลัง แอ่นมาก” หรือ “Swayback” lordosis เป็นลักษณะปกติของกระดูกสันหลังส่วนคอและกระดูกหลังส่วนเอว โดยค่าปกติของ กระดูกสันหลังส่วนคอจะมีความโค้งประมาณ 30 ถึง 40 องศา ส่วนกระดูกสันหลังส่วนเอวจะมีความ โค้งอยู่ที่ประมาณ 40 ถึง 60 องศา เมื่อเปรียบเทียบหลังแอ่นกับหลังปกติจะเป็นดังรูปที่ 2.16 รูปที่ 2.152.15 ภาวะหลังแอ่น หรือ Lordosis [15] รูปที่ 2.162.16 เปรียบเทียบภาวะหลังแอ่นและภาวะปกติ [16] 19 2.3.2 ภาวะหลังค่อม Kyphosis ภาวะที่กระดูกสันหลังของคุณโค้งออกด้านหลังมากเกินกว่าปกติ ส่งผลให้ช่วงหลังส่วนบน บริเวณกระดูกสันหลังส่วนอก (บริเวณระหว่างคอกับซี่โครง) โค้งไปข้างหน้า ความโค้งนี้อาจทาให้คุณ ดูเหมือนงอหลังหรือนั่งหลังค่อม ผู้คนบางครั้งเรียกภาวะนี้ว่า “หลังค่อม” ดังรูปที่ 2.17 รูปที่ 2.172.17 ภาวะหลังค่อม หรือ Kyphosis [17] 2.3.3 ภาวะกระดูกสันหลังคด Scoliosis ภาวะที่กระดูกสันหลังมีความโค้งผิดปกติในแนวด้านข้าง ดังรูปที่ 2.18 โดยปกติแล้วกระดูกสัน หลังจะมีความโค้งเล็กน้อยในแนวหน้า -หลังตามธรรมชาติ แต่ในผู้ที่มีภาวะ scoliosis กระดูกสันหลัง จะโค้งไปทางซ้ายหรือขวา ทาให้มีรูปร่างคล้ายตัว C หรือ S เมื่อมองจากด้านหลัง รูปที่ 2.182.18 ภาวะกระดูกสันหลังคด หรือ Scoliosis [18] 20 2.4 การทาแบบจาลอง การสร้างแบบจาลองทางกายวิภาคของระบบกระดูกสันหลังและกล้ามเนื้อเป็นขั้นตอนสาคัญใน การวิเคราะห์เชิงกลของร่างกายมนุษย์ เนื่องจากต้องการจาลองพฤติกรรมการรับแรง การเคลื่อนไหว และแรงกดทับที่เกิดขึ้นภายในส่ว นต่าง ๆ ของกระดูกสัน หลังและหมอนรองกระดูก การสร้าง แบบจาลองสามมิติ (3D Model) ที่มีความถูกต้องจึงเป็นพื้นฐานสาคัญต่อความน่าเชื่อถือของผลลัพธ์ จากการวิเ คราะห์ ด้ว ยโปรแกรม Computer-Aided Engineering (CAE) เช่น ABAQUS, ANSYS, หรือ SolidWorks Simulation ดังรูปที่ 2.19 รูปที่ 2.192.19 โปรแกรม CAE ที่สามารถใช้ในการจาลอง แบบจาลองที่ใช้มักได้จากแหล่งข้อมูล CT scan, MRI, หรือ ฐานข้อมูลออนไลน์ของแบบจาลอง มนุษย์ แบบจาลองเหล่านี้มักอยู่ในรูปของ Mesh Model ที่มีลักษณะซับซ้อนและมีความละเอียดของ โหนด (nodes) และผิวหน้า (facets) สูง ทาให้ไม่เหมาะสมสาหรับการวิเคราะห์เชิงโครงสร้างโดยตรง จึงจาเป็นต้องดาเนินการปรับปรุง (Surface Repair) และแปลงรูปแบบไฟล์ให้เหมาะสมกับโปรแกรม CAE ก่อนนาไปใช้ โดยชิ้นงานที่ใช้ในการจาลอง ได้มาจากฐานข้อมูลกายวิภาคมนุษย์แบบสามมิตทิี่มี ชื่อว่า BodyParts3D / Anatomography ดังรูป 2.20 ซึ่งพัฒนาและเผยแพร่โดยศูนย์ข้อมูลชีววิทยา ศาสตร์แห่งญี่ปุ่น (Database Center for Life Science: DBCLS) ฐานข้อมูลนี้ประกอบด้วยโมเดล สามมิติของอวัยวะและส่วนประกอบต่าง ๆ ของร่างกายมนุษย์เพศชายโดยอิงจากโครงสร้างทางกาย วิภาค ผู้ใช้งานสามารถเลือกดาวน์โหลดเฉพาะชิ้นส่วนที่ต้องการได้ในรูปแบบไฟล์ .obj (Wavefront Object) ซึ่งเป็นรูปแบบมาตรฐานที่สามารถนาไปใช้ในโปรแกรมออกแบบทางสามมิติหรือซอฟต์แวร์ สาหรับการจาลองต่าง ๆ 21 รูปที่ 2.202.20 ฐานข้อมูลกายวิภาคมนุษย์แบบสามมิติ BodyParts3D / Anatomography [19] 2.4.1 การแก้ไขผิวชิน้ งาน หลังจากดาวน์โหลดไฟล์แบบจาลองจากฐานข้อมูลภายนอก ไฟล์มักอยู่ในรูปแบบ .STL หรือ .OBJ ซึ่งเป็นแบบจาลองประเภท Polygon Mesh ดังรูปที่ 2.21 Polygon Mesh คือ แบบจาลองเรขาคณิตสามมิติ (3D Geometric Model) ที่ใช้รูปหลาย เหลี่ยม (Polygons) จานวนมากมาต่อกันเพื่อสร้างพื้น ผิวของวัตถุ ประกอบด้ว ยรูป สามเหลี่ยม (Triangles) หรือสี่เหลี่ยม (Quadrilaterals) ที่เชื่อมต่อกัน เพื่อใช้แทนรูปร่างภายนอกของชิ้น งาน หรือวัตถุสามมิติแต่ละชิ้น รูปที่ 2.212.21 polygon mesh ของชิ้นงาน [20] คุณสมบัติเด่นของ Polygon Mesh - สามารถสร้างแบบจาลองที่มีรูปทรงซับซ้อนและละเอียด เช่น โครงสร้างทางกายวิภาคของ มนุษย์ หรือพื้นผิวที่มีความโค้งสูงได้อย่างสมจริง - รองรับการใช้งานร่วมกับซอฟต์แวร์ออกแบบและจาลองหลากหลายโปรแกรม เช่น Fusion 360, Blender, CATIA V5, SolidWorks และโปรแกรมจาลองทางชีวกลศาสตร์ - สามารถให้รายละเอียดภาพสูง เหมาะสาหรับการนาเสนอภาพจาลองทางวิศวกรรมหรือ การแพทย์ 22 นอกจากนี้ Polygon Mesh ที่ได้จากการสแกนหรือดาวน์โหลดจากฐานข้อมูลภายนอกมักมี ปัญหา เช่น ผิวขรุขระ (Uneven Surface) จุดเชื่อมไม่สมบูรณ์ (Non-manifold Edges) หรือมีรูรั่ว (Holes) บนพื้นผิว เพื่อลดข้อผิดพลาดในการแปลงไฟล์และเพิ่มความถูกต้องของแบบจาลอง จึงทา การนาไฟล์เข้าสู่โปรแกรม Autodesk Fusion 360 ดังรูปที่ 2.22 เพื่อตรวจสอบความสมบูรณ์ของผิว (Surface Integrity Check) ช่วยลดปัญหาที่มักเกิดขึ้นเมื่อทาการแปลงไฟล์ เช่น การแปลงล้มเหลว (conversion error) หรือเกิดช่องว่างภายในโมเดล (internal gaps) รูปที่ 2.222.22 โปรแกรม Autodesk Fusion 360 2.4.2 การแปลงไฟล์ แบบจาลองที่ผ่านการแก้ไขผิว ชิ้นงานแล้ว จะถูก แปลงโมเดลจาก Mesh เป็น Solid ผ่าน ฟังก์ชัน Convert Mesh ในโปรแกรม Autodesk Fusion 360 ดังรูป ที่ 2.23 การแปลงนี้ช่ว ยให้ สามารถดาเนินการแก้ไขชิ้นงานต่าง ๆ ได้ เช่น การตัด เจาะ ปรับความหนา สร้างขอบโค้ง รวมถึงการ กาหนดจุดยึดและแรงกระทาในขั้นตอนการจาลอง (Simulation) โดยเฉพาะการวิเคราะห์เชิงชีวกล ศาสตร์ที่ต้องการความแม่นยาของขอบเขตชิ้นงาน หลังจากการแปลงและปรับแต่งเสร็จสิ้น โมเดลจะ ถูกส่งออก (Export) เป็นไฟล์นามสกุล .step (.stp) ซึ่งเป็นรูปแบบมาตรฐานที่สามารถนาไปใช้งาน ร่วมกับซอฟต์แวร์ CAD อื่น ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่น CATIA V5 หรือ SolidWorks รูปที่ 2.232.23 การ Convert Mesh ให้เป็น ชิ้นงาน Solid [21] การใช้ไฟล์ .STEP ช่วยให้สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างโปรแกรม CAD/CAE ต่าง ๆ ได้สะดวก โดยไม่สูญเสียรายละเอียดของชิ้นงาน 23 2.4.3 การแก้ไขขอบเขตของชิน้ งาน เมื่อได้แบบจาลองในรูปแบบ Solid แล้ว ไฟล์โมเดลจะถูกนาเข้าสู่โปรแกรม CATIA V5 ดังรูปที่ 2.24 เพื่อดาเนินการปรับปรุงและแก้ไขขอบเขตของชิ้นงานในรายละเอียดที่โปรแกรม Autodesk Fusion 360 ไม่สามารถประมวลผลได้อย่างละเอียดเพียงพอ โดยเฉพาะในบริเวณที่มีความซับซ้อน ทางโครงสร้าง เช่น พื้นผิวที่ไม่ต่อเนื่อง มุมแคบ หรือจุดเชื่อมต่อระหว่างองค์ประกอบต่าง ๆ รูปที่ 2.242.24 โปรแกรม CATIA V5 การแก้ไขนี้เพื่อเตรียมความพร้อมสาหรับการวิเคราะห์ทางวิศวกรรม โดยเฉพาะในส่วนของการ กาหนด แรงกระทา (loads) และ จุดยึด (constraints) ซึ่งต้องอาศัยความแม่นยาของขอบเขตและ โครงสร้างของชิ้นงาน โดยเฉพาะบริเวณจุดสัมผัส (contact interfaces) ระหว่างกระดูกสันหลัง และ หมอนรองกระดู ก ซึ่งมีผ ลโดยตรงต่อการถ่ายแรงและพฤติ กรรมของระบบในเชิ งชีว กลศาสตร์ (biomechanics) 2.5 การตรวจสอบความถูกต้องของแบบจาลอง ในการพัฒนาแบบจาลองไฟไนต์เอลิเมนต์ของกระดูกสันหลัง จาเป็นต้องมีการตรวจสอบความ ถูกต้องของแบบจาลอง เพื่อยืนยันว่าแบบจาลองสามารถแสดงพฤติกรรมทางชีวกลศาสตร์ของ โครงสร้างกระดูกสันหลังได้อย่างสมเหตุสมผลและใกล้เคียงกับสภาวะจริง โดยการเปรียบเทียบกับผล การศึกษาจากงานวิจัยที่ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการที่มีการวิเคราะห์ทางชีวกลศาสตร์ของ กระดูกสันหลังภายใต้เงื่อนไขการรับภาระและท่าทางการเคลื่อนไหวที่ใกล้เคียงกัน เพื่อใช้เป็นแนวทาง ในการประเมินความสอดคล้องของพฤติกรรมการกระจายความเค้นและการตอบสนองของโครงสร้าง กระดูกสันหลังภายใต้ภาระที่กาหนด โดยงานวิจัยที่นามาใช้ในการเปรียบเทียบประกอบด้วยงานวิจัย ดังต่อไปนี้ 2.5.1 แรงดันภายในหมอนรองกระดูกสันหลังในกิจกรรมต่าง ๆ [22] การศึกษาพฤติกรรมทางชีวกลศาสตร์ของกระดูกสันหลังส่วนเอว ดังรูปที่ 2.25 พบว่าเมื่อ ร่างกายมีการรับน้าหนักหรือเกิดการเคลื่อนไหว จะส่งผลให้เกิดความเค้น ( Stress) และความดัน ภายในหมอนรองกระดูกสันหลัง โดยค่าความดันภายในหมอนรองกระดูก หรือ Intradiscal Pressure (IDP) คือแรงดันที่เกิดขึ้นภายในส่วนของเจลที่อยู่ตรงกลางหมอนรองกระดูก ซึ่งเรียกว่า Nucleus 24 pulposus เมื่อกระดูกสันหลังเกิดการเคลื่อนไหว เช่น การก้มตัวหรือการแอ่นตัว โครงสร้างของหมอน รองกระดูกจะถูกกดหรือบีบจากแรงที่กระทาต่อกระดูกสันหลัง ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของ ความดันภายในหมอนรองกระดูก นอกจากนี้ กล้ามเนื้อบริเวณลาตัวและหลังยังมีบทบาทสาคัญใน การช่วยพยุงกระดูกสันหลัง และช่วยกระจายภาระแรงที่กระทาต่อหมอนรองกระดูก รูปที่ 2.252.25 ภาพแบบจาลองการศึกษาแรงดันภายในหมอนรองกระดูกสันหลังในท่าต่าง ๆ [22] ค่าความดันภายในหมอนรองกระดูกจากการจาลองภายใต้ภาระงาน ซึ่งประกอบด้วยโมเมนต์ ขนาด 15 N·m ร่วมกับแรงกดตามแนวกระดูกสันหลัง ดังรูปที่ 2.26 สามารถอธิบายได้ดังนี้ 1) ท่าก้มตัว (Flexion) หมอนรองกระดูกจะถูกบีบอัดทางด้านหน้า ทาให้เกิดค่าความดันสูงกว่า ท่าทางอื่น โดยเฉพาะบริเวณช่วงล่างของกระดูกสันหลังส่วนเอว ซึ่งเป็นบริเวณที่รับภาระมาก ที่สุด ดังตารางที่ 2.1 2) ท่าแอ่นตัว (Extension) ตาแหน่งของความเค้นจะเปลี่ยนไปสะสมบริเวณด้านหลังของหมอน รองกระดูก โดยค่าความดันภายในหมอนรองกระดูกโดยรวมจะต่ากว่าท่าก้มตัว ดังตารางที่ 2.1 2) ตารางที่ 2.12.1 แสดงค่าความดันภายในหมอนรองกระดูกในระดับ L5–S1 [22] Formatted: Not Highlight Formatted: Not Highlight สภาวะของแบบจาลอง ท่าก้มตัว (MPa) ท่าแอ่นตัว (MPa) ไม่มีกล้ามเนื้อพยุง 1.6839 0.0975 มีกล้ามเนื้อพยุง 1.5752 0.1032* 25 Formatted: Centered, Indent: Left: 1.27 cm, No bullets or numbering ตารางที่ 2.1 แสดงค่าความดันภายในหมอนรองกระดูกในระดับ L5–S1 [22] รูปที่ 2.262.26 ผลการจาลองแรงกดของกล้ามเนื้อและกระดูกในท่าต่าง ๆ [22] 2.5.2 ปัจจัยทีส่ ง่ ผลต่อความคลาดเคลือ่ นของแรงรัดของสายรัดหลัง [23] จากการศึกษางานวิจัยที่ เกี่ยวข้ องกับชีว กลศาสตร์ ข องเข็ม ขัด พยุงหลั ง พบว่าค่าแรงรั ด (Interface pressure) ที่เกิดขึ้นระหว่างสายรัดกับลาตัวมีความแปรผัน ดังรูปที่ 2.27 และอาจเกิด ความคลาดเคลื่อนจากหลายปัจจัย ซึ่งสามารถสรุปได้ดังนี้ Formatted: Caption, Thai Distributed Justification รูปที่ 2.272.27 ค่าแรงดันที่วัดได้จากการรัดสายรัดหลัง [23] 26 1) ความไม่สม่าเสมอของแรงในแต่ละจุด แรงรัดและความเครียด (Strain) ที่เกิดขึ้นรอบลาตัวมีลักษณะไม่สมมาตรอย่างชัดเจน โดยค่าความเครียดในแนวเส้นรอบวงมีค่าสูงที่สุดในด้านที่มีการดึงรัดสายรัด (โดยทั่วไปคือ ด้านขวา) ซึ่งมีค่าเฉลี่ยประมาณ 15% ขณะที่ด้านซ้ายมีค่าเฉลี่ยประมาณ 8.5% และบริเวณ ด้านหลังมีค่าต่าที่สุดประมาณ 1.4% นอกจากนี้ ค่าความดันเฉลี่ยที่วัดได้ยังแตกต่างกันในแต่ละตาแหน่ง โดยด้านซ้ายมี ค่าประมาณ 11.92 mmHg ด้านขวา 9.42 mmHg และด้านหลังประมาณ 5.395 mmHg ซึ่งสะท้อนให้เห็นถึงการกระจายแรงที่ไม่สม่าเสมอรอบลาตัว 2) อิทธิพลจากการหายใจและท่าทาง การหายใจและท่าทางของร่างกายเป็นปัจจัยสาคัญที่ส่งผลต่อค่าแรงรัดที่วัดได้ โดย จังหวะการหายใจ เช่น ช่วงสิ้นสุดการหายใจเข้าและหายใจออก ส่งผลให้แรงดันที่กระทาต่อ บริเวณลาตัวเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสาคัญ ในขณะเดียวกัน ท่าทางของร่างกาย เช่น การวางตาแหน่งแขน (การกอดอก หรือการ วางมือบนไหล่) มีผลต่อค่าความดัน โดยเฉพาะบริเวณด้านข้างของลาตัว ส่งผลให้ค่าที่วัดได้มี ความแปรผันสูง 3) ความแข็งแรงและการทางานของกล้ามเนื้อ การสวมใส่เข็มขัดพยุงหลังไม่ส่งผลเสียต่อความแข็งแรงของกล้ามเนื้อ แต่มีผลทาง สรีรวิทยาในการช่วยให้กล้ามเนื้อเกิดการผ่อนคลาย และช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการรับรู้ ตาแหน่งของข้ อต่ อ ซึ่งมีส่ว นช่ว ยลดภาระของกล้า มเนื้ อรอบกระดู กสัน หลัง และเพิ่ ม เสถียรภาพในการเคลื่อนไหว 4) ลักษณะทางสรีรวิทยาเฉพาะบุคคลและรูปทรงของร่างกาย ลักษณะรูปร่างและรูปทรงของร่างกายของแต่ละบุคคลเป็นปัจจัยสาคัญที่ส่งผลต่อการ กระจายแรงรัดของสายรัดหลัง โดยความโค้งของพื้นผิวลาตัวมีผลต่อค่าความดันตามกฎของ ลาปลาส (Laplace’s Law) ซึ่งอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความดันและรัศมีความโค้งของ พื้นผิว ดังนั้น ความแตกต่างของรูปร่างร่างกายจึงทาให้ค่าแรงรัดมีความแตกต่างกันในแต่ละ บุคคล จากปัจจัยดังกล่าวจะเห็นได้ว่าค่าแรงรัดของสายรัดหลังมีความแปรผันขึ้นอยู่กับทั้งปัจจัยทาง กลและปัจจัยทางสรีรวิทยาของผู้ใช้งาน ดังตารางที่ 2.2 ซึ่งส่งผลให้ค่าที่ได้จากการวัดและการจาลอง 27 อาจมีความแตกต่างกันในแต่ละกรณี ดังนั้น การวิเคราะห์ผลควรพิจารณาแนวโน้มโดยรวมของการ กระจายแรงร่วมด้วย เพื่อให้สามารถอธิบายพฤติกรรมของระบบได้อย่างเหมาะสม ตารางที่ 2.22.2 ปัจจัยที่มีผลต่อแรงรัดและความเครียดของการวัดแรงดันจากสายรัดหลัง [23] Formatted: Space After: 12 pt ตารางที่ 2.2 ปัจจัยที่มีผลต่อแรงรัดและความเครียดของการวัดแรงดันจากสายรัดหลัง [23] 2.6 การเปรียบเทียบเพื่อพัฒนา การศึกษาสายพยุงหลังที่มีวางจาหน่ายในตลาดปัจจุบันเพื่อนามาวิเคราะห์จุดเด่น จุดด้อยและ ฟังก์ชั่นการใช้งานของสายพยุงหลังแบบต่าง ๆ นามาพัฒนาสายรัดหลังที่ออกแบบมาใหม่โดยจะนา จุดเด่นของสินค้าที่มีอยู่บางส่วนมาใช้และแก้ไขจุดด้อยเพื่อให้สายรัดหลังที่ออกแบบมาใหม่นั้นตอบ โจทย์ผู้ใช้งานมากที่สุด รูปที่ 2.282.28 เสื้อพยุงหลัง ตรา JINGBA [25] 28 รูปที่ 2.292.29 เข็มขัดพยุงหลัง บอดี้บูส [26] 1) เสื้อพยุงหลังตรา JINGBA ดังรูปที่ 2.28 มีจุดเด่นในด้านความสะดวกสบายในการเคลื่อนไหวของ ช่วงลาตัวส่วนบน ระบายอากาศได้ดี และสามารถทาความสะอาดได้ง่าย อย่างไรก็ตาม เมื่อสวม ใส่เป็นระยะเวลานาน การรัดแน่นของตัวเสื้ออาจก่อให้เกิดความไม่สบายตัว อีกทั้งวัสดุที่เป็น ผ้ายางยืดมีแนวโน้มจะเกิดการหย่อนคล้อยเมื่อใช้งานต่อเนื่องในระยะยาว 2) เข็มขัดพยุงหลัง บอดี้บูส ดังรูปที่ 2.29 มีฟังก์ชันเสริมที่ช่วยพยุงทั้งบริเวณหลังและหัวไหล่ ส่งผล ให้ผู้ใช้งานสามารถปรับท่าทางให้เหมาะสมและมั่นคงมากยิ่งขึ้น อีกทั้งยังให้ความกระชับ ไม่หลุด ง่ายขณะเคลื่อนไหว มีข้อจากัดในด้านการระบายอากาศ และเมื่อสวมใส่เป็นเวลานานอาจทาให้ เกิดอาการเมื่อยล้าได้ นอกจากนี้ การพกพาอุปกรณ์ชนิดนี้ค่อนข้างลาบาก เนื่องจากมีขนาดและ รูปทรงที่ไม่ยืดหยุ่น 29 บทที่ 3 ขัน้ ตอนการออกแบบ 3.1 ขั้นตอนการดาเนินงาน ศึกษาทฤษฎีที่และศึกษางานวิจัยที่เกี่ยวข้อง สร้างแบบจาลองโครงสร้างหลังช่วงล่าง รวบรวมข้อมูลผลิตภัณฑ์สายรัดหลังในตลาด กาหนดคุณสมบัติวัสดุและองค์ประกอบภายใน ออกแบบสายรัดหลัง นาแบบจาลองโครงสร้างหลังมารวม ทดสอบวัสดุที่ใช้ในการทาสายรัดหล้ง สร้างแบบจาลองของผลิตภัณฑ์ต้นแบบ ทาการจาลองโดยมีสายรัดในเงื่อนไขการเคลื่อนไหวต่างๆ วิเคราะห์ผลการจาลองก่อนและหลังใช้สายรัดหลัง สร้างชิ้นงานต้นแบบ 30 3.2 Product Design Specification (PDS) 3.2.1 General Description ชื่ออุปกรณ์: สายรัดหลังเฉพาะสรีระบุคคลแบบปรับแรงรัดได้ ลักษณะการใช้งาน: อุปกรณ์ช่วยกระจายแรงบริเวณหลังส่วนล่าง กลุ่มเป้าหมาย: พนักงานออฟฟิศ หรือผู้ที่ต้องนั่งทางานนาน ๆ ช่วงอายุ 25-50 ปี 3.2.2 Functional Requirements 1) สายรัดหลังช่วยพยุงกล้ามเนื้อและกระจายแรงได้ดีขึ้น 2) สามารถปรับแรงรัดได้ตามรูปร่างของผู้ใช้ BMI 22-24 3) รองรับพฤติกรรมเนือยนิ่งโดยที่ไม่เคลื่อนจากตาแหน่งเกิน ภายในระยะเวลา 10 นาที 3.2.3 Physical Requirements 1) น้าหนักไม่เกิน 1 กิโลกรัม 2) ขนาดเหมาะสมกับสรีระคนไทยทั่วไป 3) สีสุภาพ ไม่โดดเด่น 4) วัสดุมีความยืดหยุ่น และไม่ก่อให้เกิดการระคายเคืองผิวหนัง 3.2.4 Durability Requirements 1) อายุการใช้งานวัสดุ 6 เดือน – 1 ปี 2) สามารถทาความสะอาดได้ (ผ้าชุบน้าเช็ด) โดยวัสดุไม่เสียรูปหรือเสื่อมคุณภาพ 3.2.5 Economic Requirements 1) ราคาต่อชิ้นไม่เกิน 2,000 บาท 2) คุ้มค่าต่อการผลิตในระดับเชิงพาณิชย์ 3) ใช้วัสดุที่หาได้ทั่วไปในประเทศ 3.2.6 Safety Requirements 1) ไม่มีวัสดุแข็งที่อาจก่อให้เกิดการบาดเจ็บ 2) ใช้วัสดุทไี่ ม่เกิดสารพิษและการระคายเคืองเมื่อสวมใส่ต่อเนื่อง 31 3.2.7 มาตรฐานในการออกแบบชิน้ งาน 1) ISO 13485 Medical devices มาตรฐานระบบบริ หารคุ ณ ภาพสาหรั บ ผลิ ต ภั ณ ฑ์ ทาง การแพทย์ ซึ่งรวมถึงอุปกรณ์พยุงหลังและหน้าท้อง 2) ISO 13407 Human-centred design processes for interactive systems มาตรฐานมิติ ร่างกายมนุษย์สาหรับออกแบบผลิตภัณฑ์ 3) ASTM D4964-96 คือ Standard Test Method for Tension and Elongation of Elastic Fabrics มาตรฐานวิธีการทดสอบความตึงและการยืดตัวของผ้ายืดหยุ่น 3.3 ความต้องการของโครงงาน 1) สายรั ด หลั ง ต้ อ งรองรับ แรงที่ เกิ ด ขึ้ นบริ เวณหลั ง ส่ ว นล่า ง (Lumbar region) ได้ อ ย่า งมี ประสิทธิภาพ 2) วิเคราะห์ประสิทธิภาพในการช่วยกระจายแรงของสายรัดหลัง 3) จาลองการกระจายแรงของสายรัดบริเวณกระดูกสันหลัง และกล้ามเนื้อรอบ ๆ 4) ส่งเสริมการใช้ชีวิตประจาวันด้วยท่าทางที่ถูกต้องเพื่อลดอาการบาดเจ็บ 3.4 ข้อจากัดในการออกแบบ 1) ใช้วัสดุที่ต้องหาซื้อได้ภายในประเทศ 2) งบประมาณโครงการจากัดไม่เกิน 10,000 บาท 3) ผลการจาลองใช้การสมมุติให้อวัย วะภายในช่องท้อง ช่วงล่างลาตัวและบริเวณช่วงอกขึ้นไป เป็น rigid body 4) ไม่ครอบคลุมการเคลื่อนไหวแบบไดนามิกหรือการบิดตัวรุนแรง 32 3.5 conceptual design รูปที่ 3.13.1 ชิ้นงานแบบที่ 1 รูปที่ 3.23.2 ชิ้นงานแบบที่ 2 33 3.5.1 ชิน้ งานดังรูปที่ 3.1 ชิน้ งานแบบทีร่ ปู ที่ 3.1 ชิน้ งานแบบที่ 1 1) วัสดุ: ใช้ผ้าและผ้าตาข่ายที่มีคุณสมบัติในการระบายอากาศสูง เป็นวัสดุหลัก ช่วยให้ผู้ใช้งาน Formatted: Font: Bold, Complex Script Font: Bold Formatted: Font: Bold, Complex Script Font: Bold รู้สึกสบายเมื่อสวมใส่เป็นระยะเวลานาน ไม่ก่อให้เกิดการสะสมของเหงื่อหรือความร้อนใน บริเวณหลัง 2) ระบบปรับความกระชับ: มีการออกแบบกลไกปรับความกระชับผ่านอุปกรณ์การหมุน ซึ่ง สามารถดึงสายรัดให้ตึงและแน่นได้อย่างแม่นยา ช่วยให้สามารถปรับระดับแรงรัดได้ตาม ความต้องการของผู้ใช้งาน โดยไม่ต้องใช้แรงดึงด้วยมือโดยตรง จึงเพิ่มความสะดวกสบายใน การใช้งาน 3) โครงสร้างด้านใน: บริเวณด้านหลั ง ของอุป กรณ์มี การเสริ ม แผ่ น Memory Foam ซึ่ ง มี คุณสมบัติในการรองรับและกระจายน้าหนักได้ดี ช่วยซัพพอร์ตแนวกระดูกสันหลังให้อยู่ในท่า ที่เหมาะสม และลดแรงกดบริเวณกล้ามเนื้อหลังขณะใช้งาน 4) คุณสมบัติโดยรวม - ให้ความรู้สึกแน่นกระชับแต่ไม่อึดอัด - ช่วยพยุงแนวกระดูกสันหลังให้อยู่ในท่าตรง - วัสดุระบายอากาศดี เหมาะกับการใช้งานระยะยาว - มีความยืดหยุ่นในการปรับระดับความแน่นตามรูปร่างผู้ใช้ 3.5.2 ชิน้ งานดังรูปที่ 3.2 ชิน้ งานแบบที่ 2รูปที่ 3.2 ชิน้ งานแบบที่ 2 ชิ้นงานแบบที่ 2 พัฒนาขึ้นจากแนวคิดการใช้แรงดันลมร่วมกับ Memory Foam เพื่อสร้างแรง พยุงแบบรอบทิศทาง ซึ่งช่วยลดภาระของกล้ามเนื้อหลังและปรับสมดุลของแนวกระดูกสันหลังได้ อย่างเป็นธรรมชาติ 1) วัสดุที่ใช้: วัสดุหลักประกอบด้วยผ้าและผ้าตาข่าย มีความสามารถในการระบายอากาศได้ดี และน้าหนักเบา ช่วยให้สวมใส่ได้สะดวก พร้อมทั้งมีการฝังช่องลมและแผ่นโฟมไว้ในจุดสาคัญ ที่ตรงกับแนวกล้ามเนื้อหลัง 2) กลไกการทางาน - ภายในอุปกรณ์มีช่องใส่ถุงลมทาการสูบลมอากาศที่สามารถสูบลมเข้าได้ เพื่อเพิ่ม แรงกดในจุดที่ต้องการ - เมื่อสูบลมเข้าไปในถุงลมช่องที่ใส่ลม จะเกิดแรงดันที่ช่วยยกและพยุงแนวกระดูกสัน หลัง 34 Formatted: Font: Bold, Complex Script Font: Bold Formatted: Font: Bold, Complex Script Font: Bold - แผ่ น Memory Foam ทำหน้ำ ที่ เ สริ มควำมนุ่ ม และช่ ว ยกระจำย น้ำหนัก ช่ วยลดแรงกดจำกอำกำศในบริ เวณที่สัมผัสกับผิวหนัง โดยตรง 3) ข้อดีของระบบแรงลม - ปรับแรงพยุงได้ตามความต้องการของผู้ใช้งาน - รองรับกล้ามเนื้อหลังรอบทิศทาง ไม่จากัดเพียงแนวตรง - เหมาะกับผู้ที่มีปัญหาปวดหลังจากท่านั่งนาน หรือผู้ที่ต้องการแรงพยุงแบบนุ่มนวล 3.5.3 เหตุผลในการเลือกชิน้ งานแบบที่ 2 1) สามารถปรับแรงพยุงได้ตามความต้องการของผู้ใช้งาน การใช้แรงดันลมช่วยให้ผู้ใช้งานสามารถเลือกระดับความแน่น หรือแรงกดได้อย่างละเอียด โดย ไม่ต้องอาศัยแรงจากระบบสายรัดหรือมือหมุน ซึ่งอาจทาให้เกิดแรงกดที่มากเกินไปในบางบริเวณ ส่งผลดีต่อผู้สูงอายุ หรือผู้ที่มีกล้ามเนื้ออ่อนแรง 2) เพิ่มความสบายในการสวมใส่ระยะยาว โครงสร้างแรงลมร่ว มกับโฟม ช่ว ยลดแรงกดจุด (pressure point) และลดการเสียดสี กั บ ผิวหนังได้ดีกว่าแบบที่ 1 มีความยืดหยุ่นและให้สัมผัสนุ่ม สามารถใช้งานต่อเนื่องหลายชั่วโมง 3) แนวโน้มต่อการพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ แบบที่ 2 มีศักยภาพต่อการต่อยอดทางเทคโนโลยี เช่น การเพิ่มระบบเซนเซอร์วัดแรงดันลม , การควบคุมผ่านแอปพลิเคชัน หรือการประยุกต์กับ IoT สร้างความแตกต่างจากอุปกรณ์พยุงหลังใน ท้องตลาดที่ส่วนใหญ่ยังใช้สายรัดธรรมดาหรือแผ่นเสริมแบบแข็ง 3.6 การสร้างแบบจาลองสามมิติใน FEM การสร้างแบบจาลองสามมิติ (3D Modeling) เป็นขั้นตอนสาคัญก่อนนาชิ้นงานเข้าสู่กระบวนการ วิเคราะห์ด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (Finite Element Method: FEM) เพื่อให้ได้รูปทรงที่มีความถูกต้อง ตามจริงและพร้อมสาหรับการจาลอง ขั้นตอนการสร้างแบบจาลองประกอบด้วยดังนี้ 3.6.1 การแก้ไขแบบจาลองด้วยโปรแกรม Autodesk Fusion 360 1) การเลือกและนาเข้าแบบจาลอง (Import Model) 35 Formatted: Font: (Default) TH Sarabun New, Font color: Text 1 เริ่มต้นด้วยการเลือกชิ้นส่วน (Part) ที่ต้องการจากเว็บไซต์ฐานข้อมูลสามมิติ เช่น 3D Body Part และทาการดาวน์ โ หลดในรู ป แบบไฟล์ .OBJ ดั ง รู ป ที่ 3.3 ซึ่ ง เป็ น ไฟล์ ที่ ใ ช้โ ครงสร้า งแบบ Polygon Mesh รูปที่ 3.33.3 รูปชิ้นงานจากฐานข้อมูลสามมิติ 2) การนาเข้าไฟล์เข้าสู่โปรแกรม Fusion 360 ใช้คาสั่ง Insert Mesh ในโปรแกรม Autodesk Fusion 360 เพื่อทาการนาเข้า ไฟล์ .OBJ โปรแกรมจะสร้างแบบจาลองตามโครงสร้างของ Polygon Mesh ที่ประกอบด้วยผิวหลายเหลี่ยม ขนาดเล็กจานวนมาก ดังรูปที่ 3.4 รูปที่ 3.43.4 นาเข้า Mesh จากไฟล์ .OBJ ที่ดาวโหลดมาเข้าสู่โปรแกรม Autodesk Fusion 360 3) การซ่อมแซมผิวชิ้นงาน (Repair Surface) 36 ในบางกรณีผิวของแบบจาลองอาจมีความไม่ต่อเนื่องหรือมีช่องว่าง (Gap) เกิดขึ้น จึงต้องใช้ คาสั่ง Stitch and Remove หรือ Wrap ดังรูปที่ 3.5 เพื่อซ่อมแซมและรวมผิวให้เป็นชิ้นเดียวกัน เพื่อให้สามารถดาเนินการสร้างแบบจาลองต่อไปได้อย่างถูกต้อง รูปที่ 3.53.5 แก้ไขผิวชิ้นงานด้วยคาสั่ง Stitch and Remove หรือ Wrap 4) การสร้างผิว Mesh ใหม่ (Rebuild Mesh) ใช้คาสั่ง Rebuild, Accuracy หรือ Preserve Sharp Edge เพื่อสร้างผิว Mesh ใหม่ที่มีความ ละเอียดเหมาะสมและรักษาขอบมุมสาคัญของชิ้นงาน ช่วยให้รูปทรงมีความถูกต้องและพร้อมสาหรับ การแปลงเป็น Solid Model ดังรูปที่ 3.6 รูปที่ 3.63.6 แก้ไขผิวชิ้นงานด้วยคาสั่ง Rebuild Accuracy 5) การปรับความเรียบของผิว (Smooth Surface) 37 ใช้คาสั่ง Smooth ดังรูปที่ 3.7 เพื่อปรับให้พื้นผิวมีความเรียบและลดจานวนจุดยอด (Vertices) ที่ไม่จาเป็น ซึ่งช่ว ยให้การแปลงจาก Mesh เป็ น Solid ทาได้ง่ายขึ้น และลดความซับ ซ้อนของ แบบจาลอง ดังรูปที่ 3.8 รูปที่ 3.73.7 คาสั่ง Smooth รูปที่ 3.83.8 ผิวของชิ้นงานหลังจากใช้คาสั่ง Smooth ในการปรับผิว 6) การแปลงผิว Mesh เป็นชิ้นงาน Solid (Convert to Solid) 38 เมื่อได้ผิวที่สมบูรณ์แล้ว ใช้คาสั่ง Convert Mesh ดังรูปที่ 3.9, Organic เพื่อแปลงแบบจาลอง จากรู ป แบบ Mesh model ให้ เ ป็ น แบบ Solid Body ซึ่ ง เป็ น รู ป แบบที่ สามารถนาไปใช้ ใ นการ วิเคราะห์ FEM ได้โดยตรง ดังรูปที่ 3.10 รูปที่ 3.93.9 คาสั่ง Convert Mesh รูปที่ 3.103.10 ชิ้นงาน Solid Body 7) การบันทึกและส่งออกไฟล์ (Export) 39 ขั้น ตอนสุดท้ายคือการ Export แบบจาลองที่ได้ในรูป แบบไฟล์ STEP (.step) ซึ่งเป็น ไฟล์ มาตรฐานสาหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลทาง CAD ดังรูปที่ 3.11 ที่สามารถนาไปใช้งานในโปรแกรม วิเคราะห์ FEM เช่น ABAQUS หรือ ANSYS รูปที่ 3.113.11 Export ไฟล์ออกเป็นนามสกุล .step 3.6.2 การแก้ไขขอบเขตของชิน้ งานด้วยโปรแกรม CATIA V5 หลังจากได้ไฟล์แบบจาลองในรูปแบบ STEP (.step) จากการสร้างแบบจาลองสามมิติ ใ น โปรแกรม Fusion 360 แล้ว ขั้นตอนต่อมาคือการปรับปรุงขอบเขตของชิ้นงาน (Boundary Surface) ด้วยโปรแกรม CATIA V5 เพื่อให้ชิ้นงานมีความเหมาะสมสาหรับการนาไปวิเคราะห์ด้วยโปรแกรมไฟ ไนต์เอลิเมนต์ (ABAQUS) โดยพบว่าเมื่อทาการนาเข้าไฟล์ ชิ้นงานบางส่วนเกิดการซ้อนทับกัน ส่งผล ให้เกิดปัญหาในการกาหนดเงื่อนไขการยึดติด (Tie Constraint) ดังนั้นจึงต้องทาการปรับแก้ขอบเขต ของชิ้นงานก่อนนาไปใช้งาน โดยมีกระบวนการดาเนินงานดังนี้ 1) การนาเข้าไฟล์และสร้างผิวใหม่ (Import and Extract Surface) นาเข้าไฟล์ STEP (.step) ที่ได้จาก Fusion 360 เข้าสู่โปรแกรม CATIA V5 จากนั้นใช้คาสั่ง Extract เพื่อดึงผิว (Surface) ของชิ้นงานออกมาใหม่ ดังรูปที่ 3.12 การทาเช่นนี้ช่วยให้สามารถแยก ส่วนของผิวที่ต้องการแก้ไขได้อย่างอิสระและง่ายต่อการปรับปรุงในขั้นตอนถัดไป ดังรูปที่ 3.13 40 รูปที่ 3.123.12 คาสั่ง Extract รูปที่ 3.133.13 ผิวของชิ้นงานที่สามารถแก้ไขได้ 41 2) การตัดชิ้นงานเพื่อสร้างขอบเขต (Splitting the Model) ใช้คาสั่ง Intesection เพื่อตรวจสอบตาแหน่งที่ชิ้นงานทับกัน ดังรูป 3.14 ใช้คาสั่ง Split เพื่อ ทาการตัดชิ้นงานในตาแหน่งที่ทับกัน ดังรูปที่ 3.15 การตัดมีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างผิวของ ชิ้นงานใหม่ ดังรูปที่ 3.17 ซึ่งจะช่วยให้สามารถกาหนดขอบเขตการจาลองได้แม่นยามากขึ้น ในโปรแกรมวิเคราะห์ FEM รูปที่ 3.143.14 การตรวจสอบผิวที่ทับกัน รูปที่ 3.153.15 การใช้งานคาสั่ง Split 42 3) การเติมขอบชิ้นงานที่ถูกตัด (Filling the Surface Gap) เมื่อเกิดช่องว่างของผิวหลังจากการตัด ใช้คาสั่ง Fill Surface และเลือกโหมด Boundary ดัง รูปที่ 3.16 เพื่อทาการปิดช่องว่างหรือเติมขอบชิ้นงานให้กลับมาเป็นผิวสมบูรณ์ การเติมขอบนี้ช่วยให้ ผิวของแบบจาลองมีความต่อเนื่องและสามารถเชื่อมโยงเป็นชิ้นงานเดียวได้อีกครั้ง ดังรูปที่ 3.17 รูปที่ 3.163.16 คาสั่ง Fill Surface โหมด Boundary รูปที่ 3.173.17 ผิวของแบบจาลองที่ถูกเติมเต็มให้สมบูรณ์ 43 3.7 แบบจาลองไฟไนต์เอลิเมนต์ ในขั้นตอนการวิเคราะห์เชิงกลด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ จาเป็นต้องมีการสร้างแบบจาลองที่ สามารถแทนพฤติกรรมของโครงสร้างได้อย่างเสมือนจริง โดยแบบจาลองที่ใช้ในการศึกษานี้ได้ถูก พัฒนาขึ้นจากโครงสร้างทางกายวิภาคของหลังส่วนล่าง ซึ่งประกอบด้วยกระดูกสันหลังส่วนเอว (L1– L5)ร่วมกับกระดูกสันหลังส่วนทรวงอกระดับ T12 และซี่โครงซี่ที่ 12 หมอนรองกระดูกสันหลัง และ กล้ามเนื้อหลังส่วนล่าง ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักที่เกี่ยวข้องกับการรับแรงและการเคลื่อนไหวของ ลาตัว โดยองค์ประกอบทั้งหมดถูกนามาประกอบเข้าด้วยกันในรูปแบบของแบบจาลองสามมิติ เพื่อใช้ ในการวิเ คราะห์การกระจายแรงและความเค้นภายในโครงสร้าง รายละเอียดของส่ว นประกอบ แบบจาลองแสดงดังหัวข้อ 3.7.1 3.7.1 ส่วนประกอบของแบบจาลองไฟไนต์เอลิเมนต์ แบบจาลองดังรูปที่ 3.18 แสดงองค์ประกอบของโครงสร้างส่วนล่างของกระดูกสันหลัง ได้แก่ กระดูกก้นกบ (Coccyx) กระดูกกระเบนเหน็บ (Sacrum) และซี่โครง ซึ่งทาหน้าที่เป็นฐานรองรับและ ช่วยถ่ายแรงไปยังส่วนล่างของร่างกาย 2 1 3 รูปที่ 3.183.18 Model assembly 1 44 แบบจาลองดังรูปที่ 3.19 แสดงกล้ามเนื้อหลังส่วนล่าง ได้แก่ กล้ามเนื้อ Longissimus และ Quadratus lumborum ซึ่งมีบทบาทในการพยุงกระดูกสันหลังและควบคุมการเคลื่อนไหวของลาตัว โดยเฉพาะการเอียงตัวและการทรงตัวในแนวตั้ง 5 4 รูปที่ 3.193.19 Model assembly 2 แบบจาลองดังรูปที่ 3.20 แสดงกล้ามเนื้อ Multifidus ซึ่งเป็นกล้ามเนื้อชั้นลึกของกระดูกสัน หลัง ทาหน้าที่ในการเพิ่มเสถียรภาพและควบคุมการเคลื่อนไหวของกระดูกสันหลังในแต่ละข้อ และมี บทบาทสาคัญในการพยุงโครงสร้างของหลังส่วนล่าง 6 รูปที่ 3.203.20 Model assembly 3 45 แบบจาลองดังรูปที่ 3.21 แสดงกระดูกสันหลังตั้งแต่ระดับ T12 ถึง L5 ซึ่งเป็นโครงสร้างหลักใน การรับน้าหนักและถ่ายแรงของลาตัว โดยมีบทบาทสาคัญต่อความมั่นคงและการเคลื่อนไหวของ กระดูกสันหลังส่วนล่าง 7 8 9 10 11 12 รูปที่ 3.213.21 Model assembly 4 แบบจาลองดังรูปที่ 3.22 แสดงหมอนรองกระดูกสันหลัง (Intervertebral Disc) และส่ว น แกนกลาง (Nucleus pulposus) ซึง่ ทาหน้าทีด่ ดู ซับแรงกระแทกและช่วยกระจายแรงระหว่างกระดูก สันหลังแต่ละข้อ 14 13 รูปที่ 3.223.22 Cross-section model assembly 46 แบบจาลองดังรูปที่ 3.23 แสดงเส้นเอ็นของกระดูกสันหลัง ได้แก่ Intertransverse Ligament (ITL), Supraspinous Ligament (SSL), Interspinous Ligament (ISL), Anterior Longitudinal Ligament (ALL) และ Posterior Longitudinal Ligament (PLL) ITL, SSL, ISL, ALL และ PLL ซึง่ ทาหน้าที่ในการยึดและเพิ่มความมั่นคงให้กับโครงสร้างของกระดูกสันหลัง รวมถึ งช่วยจากัดการ เคลื่อนไหวที่เกินขอบเขตเพื่อป้องกันการบาดเจ็บ Formatted: Caption 15 16 17 18 19 รูปที่ 3.233.23 Model assembly 5 แบบจาลองดังรูปที่ 3.24 แสดงภาพรวมของแบบจาลองไฟไนต์เอลิเมนต์ที่ได้จากการประกอบ องค์ประกอบทั้งหมดเข้าด้วยกันในรูปแบบสามมิติ เพื่อแสดงลักษณะโดยรวมของโครงสร้างก่อน นาไปใช้ในการวิเคราะห์ 47 Formatted: Space After: 0 pt Formatted: Font: Not Bold, Complex Script Font: Not Bold รูปที่ 3.243.24 Model assembly 6 Formatted: Normal, Left ตารางที่ 3.13.1 ส่วนประกอบของเบบจาลองไฟไนต์เอลิเมนต์ Part NO. Part Name 1 Rib 2 Hip 3 Sacrum 4 Longissimus thoracis 5 Quadratus lumborum 6 Multifidus 7 - 12 Cortical Bone Formatted: Not Highlight Part NO. Part Name 13 Nucleus pulposus 14 Intervertebral Disc 15 Posterior Longitudinal Ligament (PLL) 16 Anterior Longitudinal Ligament (ALL) 17 Interspinous Ligament (ISL) 18 Intertransverse Ligament (ITL) 19 Supraspinous Ligament (SSL) Formatted: Not Highlight Formatted: Space After: 6 pt Formatted Table ตารางที่ 3.1 ส่วนประกอบของเบบจาลองไฟไนต์เอลิเมนต์ 3.7.2 ค่าวัสดุของส่วนประกอบ ในการศึกษานี้ ได้มีการสร้างแบบจาลองไฟไนต์เอลิเมนต์ของโครงสร้างกระดูกสันหลังส่วนเอว โดยอาศัยชิ้นส่วนทางเรขาคณิตที่นามาจากฐานข้อมูลออนไลน์จากประเทศญี่ปุ่น [119] ซึ่งมีความ เหมาะสมสาหรับการนามาใช้ในการวิเคราะห์เชิงชีวกลศาสตร์ สมบัติของวัสดุที่ใช้ในการจาลอง อ้างอิงค่าพารามิเตอร์จากงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการศึกษา ความดันภายในหมอนรองกระดูกสันหลังภายใต้ภาระแรงในรูปแบบต่าง ๆ ดังตารางที่ 3.1 [2 7 ] เนื่องจากลักษณะของการศึกษาและเงื่อนไขการรับแรงมีความใกล้เคียงกับงานวิจัยนี้ จึงสามารถนาค่า ดังกล่าวมาประยุกต์ใช้เพื่อเพิ่มความถูกต้องและความน่าเชื่อถือของผลการวิเคราะห์ในการจาลอง ตารางที่ 3.23.2 Material Properties [27] Component Cortical Bone Intervertebral Disc Nucleus pulposus Quadratus Lumborum Elastic Modulus (MPa) 12,000 4.3 1 0.1 Poisson Ratio (ν) Element Type 0.3 0.45 0.45 0.45 48 C3D4 C3D4 C3D4 C3D4 Formatted: Distributed, Space After: 6 pt Formatted: Normal, Centered References Kang et al.,2017 Kang et al.,2017 Kang et al.,2017 Kang et al.,2017 Formatted Table Multifidus Longissimus Thoracis ALL PLL ISL ITL SSL 0.1 0.1 7.8 10 8 0.45 0.45 0.3 0.3 0.3 C3D4 C3D4 S4R S4R S4R Kang et al.,2017 Kang et al.,2017 Kang et al.,2017 Kang et al.,2017 Kang et al.,2017 50 0.3 S4R Kang et al.,2017 8 0.3 S4R Kang et al.,2017 ตารางที่ 3.2 Material Properties [27] 3.7.4 3.7.3 เงือ่ นไขในการจาลอง ในการศึกษานี้ ได้พัฒนาแบบจาลองไฟไนต์เอลิเมนต์ของโครงสร้างกระดูกสันหลัง และกาหนด คุณสมบัติเชิงกลของวัสดุโดยอ้างอิงจากงานวิจัยที่เกี่ยวข้องตามตารางที่ 3.1 การวิเคราะห์ใช้รูปแบบ Static, General โดยกาหนดการยึดติดระหว่างชิ้นส่วนด้วย Tie Constraint และกาหนดการสัมผัส แบบ Surface-to-Surface Contact โดยให้แรงกระทาที่บริเวณด้านบนของกระดูกสันหลัง ชิ้น T12 ภายใต้ กิ จ กรรมตามเงื่ อ นไขดั ง ตารางที่ 3.3 ได้ แ ก่ Standing, Flexion และ Extension ขณะที่ กาหนดให้แบบจาลองยึดตรึงบริเวณกระดูกก้นกบและกระดูกเชิงกรานด้วยเงื่อนไขแบบ Encastre เพื่อจากัดการเคลื่อนที่ทกุ ทิศทาง และทาการสร้างตาข่ายโดยใช้องค์ประกอบแบบ C3D4 และ S4R ตารางที่ 3.3 โหลดสาหรับการจาลองกิจกรรมที่ต่างกัน [28]ตารางที่ 3.3 โหลดสาหรับการจาลอง กิจกรรมที่ต่างกัน [28] Activity Standing Flextion Extension Following load (N) 500 1175 500 Formatted: หัวข้อย่อย 2 จุด, Left, Outline numbered + Level: 3 + Numbering Style: 1, 2, 3, … + Start at: 3 + Alignment: Left + Aligned at: 1.27 cm + Indent at: 2.14 cm Formatted: Indent: Left: 1.27 cm, No bullets or numbering Formatted: Space After: 6 pt Formatted: Font: Bold, Complex Script Font: Bold Formatted: Caption, Centered Formatted: Font: (Default) +Body (Calibri), 11 pt Bending Moment (Nm) 0 7.5 7.5 ตารางที่ 3.3 โหลดสาหรับการจาลองกิจกรรมทีต่า่ งกัน [28] 3.7.4 การตรวจสอบความถูกต้อง เพื่อประเมินความถูกต้องและความน่าเชื่อถือของแบบจาลองในงานวิจัยนี้ ผลลัพธ์จากการ จาลองจึงจะถูกนามาเปรียบเทียบกับงานวิจัยก่อนหน้าที่ได้รับการตีพิมพ์แล้ว โดยเลือกใช้งานวิจัยเรื่อง Effect of Passive Support of the Spinal Muscles on the Biomechanics of a Lumbar Finite Element Model ซึ่งนาเสนอโดย Inhan Kang และคณะ (2020) งานวิจัยดังกล่าวได้พัฒนา 49 Formatted: Font: TH Sarabun New, 16 pt Formatted: หัวข้อย่อย 2 จุด, Left แบบจาลองไฟไนต์เอลิเมนต์ของกระดูกสันหลังส่วนเอว (Lumbar Spine) ร่วมกับการพิจารณาผล ของแรงพยุงแบบพาสซีฟที่กระทาต่อกล้ามเนื้อรอบกระดูกสันหลัง และทาการวิเคราะห์พฤติกรรมทาง ชีวกลศาสตร์ เช่น ความเค้น (Stress) การกระจัด (Displacement) และการกระจายแรงภายใน โครงสร้างกระดูกและหมอนรองกระดูกสันหลัง รูปที่ 3.253.25 แบบจาลองระบบกล้ามเนื้อและกระดูกสันหลังส่วนเอว [26] (a) ภาพถ่ายจากการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ (Computed Tomography: CT) (b) ภาพสามมิติที่ได้จากกระบวนการสร้างองค์ประกอบของข้อมูลเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ (c) แบบจาลองสามมิติของระบบกล้ามเนื้อและกระดูกสันหลังส่วนเอว PQ หมายถึง กล้ามเนื้อ Psoas major และ Quadratus lumborum และกล้ามเนื้อ E หมายถึง กล้ามเนื้อกลุ่ม Erector spinae ในการตรวจสอบความถูกต้องของแบบจาลองในงานวิจัยนี้ ได้ทาการเปรียบเทียบผลลัพธ์ที่ได้ จากการจาลองภายใต้เงื่อนไขการรับแรงและท่าทางที่สอดคล้องกับงานวิจัยอ้างอิง ดังหัวข้อ 3.7.3 ทั้ง ในท่า Flexion และ ท่า Extension โดยพิจารณาค่าพารามิเตอร์ทางชีวกลศาสตร์ที่สาคัญ ได้แก่ การ เปลี่ยนแปลงความเค้นใน Nucleus ของหมอนรองกระดูกสันหลังส่วนเอว ช่วงระหว่าง T12-L5 ซึ่ง เป็นบริเวณที่มคี วามสาคัญต่อการรับน้าหนักและการเคลื่อนไหวของลาตัว ดังรูปที่ 3.26 50 รูปที่ 3.263.26 ความเค้นของกล้ามเนื้อและกระดูกสันหลังส่วนเอวภายใต้แรงกระทาร่วม [26] (a) แบบจาลองกระดูกสันหลังโดยไม่รวมกล้ามเนื้อ ภายใต้ท่าทางการก้มตัว (Flexion) (b) แบบจาลองกระดูกสันหลังที่รวมกล้ามเนื้อ Psoas major, Quadratus lumborum และ Erector spinae ภายใต้ท่าทางการก้มตัว (c) แบบจาลองกระดูกสันหลังโดยไม่รวมกล้ามเนื้อ ภายใต้ท่าทางการแอ่นตัว (Extension) (d) แบบจาลองกระดูกสันหลังที่รวมกล้ามเนื้อ Psoas major, Quadratus lumborum และ Erector spinae ภายใต้ท่าทางการแอ่นตัว ดังนั้นการเปรียบเทียบลักษณะการกระจายความเค้นและตาแหน่งที่เกิดค่าความเค้นสูงสุด ระหว่างแบบจาลองในงานวิจัยอ้างอิง จึงแสดงให้เห็นถึงแนวโน้มที่สอดคล้องกัน ซึ่งสะท้อนถึงความ ถูกต้องและความน่าเชื่อถือของแบบจาลองที่พัฒนาขึ้น 51 3.8 การออกแบบสายรัดหลัง Formatted: English (United States) 3.8.1 ภาพประกอบของสายรัดหลัง การออกแบบสายรัดหลังโดยใช้โปรแกรม Solid Work ที่ได้รับการอ้างอิงจุดที่ถูกแรงกระทา จากการทาsimulation โดยพื้นที่ส่วนสีเหลืองคือจุดที่ติดแถบตีนตุ๊กแก (Velcro) และมีช่องใส่ถุงลม 4 ช่อง พร้อมผ้าเก็บระบบอยู่ด้านบน ดังรูปที่ 3.27 Formatted: Normal, Centered รูปที่ 3.273.27 สายรัดหลังแบบไม่มีที่ปิดสายลม 52 Commented [PT1]: แก้รูปเรี ยบร้อย ชุดระบบลมที่ออกแบบมาเพื่อติดตั้งกับตัวสายรัดหลังตามตาแหน่งที่ได้รับการอ้างอิงจุดที่ถูก แรงกระทา รวมถึงมีแผ่นปิดซ่อนสายลมที่ถูกออกแบบมาเพื่อปกปิดและป้องกันความเสียหายรวม ความอันตรายที่อาจเกิดกับผู้สวมใส่และตัวอุปกรณ์ทั้งด้านในและด้านบนของสายรัดหลัง ดังรูปที่ 3.28 Formatted: Font: TH Sarabun New, 16 pt Formatted: Centered รูปที่ 3.283.28 สายรัดหลังแบบมีที่ปิดสายลม ขนาดโดยรวมของสายรัดหลัง ที่เขียนโดยใช้โปรแกรม Solid Work ได้มีการบอกขนาด ของช่องใส่ถุงลมรวมถึงตาแหน่งและความหนาของสายรัดหลัง ดังรูปที่ 3.29 53 Commented [PT2]: แก้รูปเรี ยบร้อย Formatted: Justified รูปที่ 3.293.29 การบอกขนาดของสายรัดหลัง 54 3.8.2 ขนาดของถุงลม การออกแบบถุงลมภายในที่ใช้ร่วมกับสายรัดหลัง โดยมีการกาหนดขนาดเพื่อ ใช้ในการสื่อสาร กับผู้ผลิตในการขึ้นรูปอุปกรณ์จริง โดยตาแหน่งของวาล์ว เติมลม และขอบเชื่อมถูกระบุไว้อย่าง ครบถ้วน ดังรูปที่ 3.30 รูปที่ 3.303.30 การบอกขนาดถุงลมสาหรับการผลิต 55 ถุงลมในลักษณะ 3 มิติ ดังรูปที่ 3.31 เป็นชิ้นส่วนที่ถูกออกแบบให้พอดีกับช่องใส่ภายในสาย รัดหลัง ตัวถุงลมจะพองตัวเมื่อเติมลมเข้าไป โดยมีหน้าที่รองรับและกระจายแรงบริเวณหลังส่วนล่าง อย่างสม่าเสมอ เพื่อลดแรงกดเฉพาะจุดที่อาจก่อให้เกิดการบาดเจ็บหรือความเมื่อยล้า รูปที่ 3.313.31 ถุงลมแบบสาเร็จ 3.8.3 การทดสอบสายรัดหลัง การทดสอบนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อวัดแรงรัดของเครื่องพยุงหลังที่กระทาต่อร่างกายของผู้สวมใส่ โดยทาการวัดค่าความดัน ด้วยเครื่อง PicoPress จากบริษัท MICROLAB ดังรูปที่ 3.32 ซึ่งดาเนินการ ณ ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (MTEC) รูปที่ 3.323.32 เครื่อง PicoPress ในการทดสอบอุปกรณ์ต้นแบบจะกาหนดกลุ่มตัวอย่างจานวน 2 คน ซึ่งเป็นเพศชายทั้งสองราย โดยมีช่วงอายุใกล้เคียงกันที่ 22 และ 23 ปี เพื่อให้เหมาะสมกับลักษณะของกลุ่มเป้าหมายและลด ความแปรผันด้านอายุของผลการทดสอบ 56 ผู้ทดสอบคนที่ 1 มีค่า BMI เท่ากับ 27 น้าหนัก 75 กิโลกรัม สูง 170 เซนติมิลลิเมตร และมี พฤติกรรมการออกกาลังกายเป็นประจา ส่งผลให้มีมวลกล้ามเนื้อและสมรรถภาพทางร่างกายที่ ค่อนข้างดี ขณะที่ผู้ทดสอบคนที่ 2 มีค่า BMI เท่ากับ 22 น้าหนัก 72 กิโลกรัม สูง 182 เซนติมิลลิเมตร และมีพฤติกรรมการออกกาลังกายไม่สม่าเสมอหรือค่อนข้างน้อย ซึ่งสะท้อนถึงความแตกต่างของ ลักษณะทางกายภาพและรูปแบบการใช้ชีวิตของผู้ใช้งาน การกาหนดตาแหน่งการวัดแรงกดบริเวณด้านหลังจานวน 10 จุด ดังรูปที่ 3.33 เพื่อใช้ในการ ประเมินการกระจายแรงรัดของเครื่องพยุงหลัง โดยตาแหน่งที่เลือกครอบคลุมบริเวณแนวกระดูกสัน หลังส่วนเอว ซึ่งเป็นบริเวณที่มีการสัมผัสโดยตรงกับเครื่องพยุงหลังจะทาการวัดค่าที่แรงดันจากการรัด ของอุปกรณ์ โดยผู้ทดสอบแต่ละคนจะทาการทดสอบจานวน 2 รอบ เพื่อประเมินความสม่าเสมอและ ความน่าเชื่อถือของผลการวัด รวมถึงลดผลกระทบจากความคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้นจากปัจจัย ภายนอก เช่น ท่าทางหรือสภาพร่างกายในขณะทดสอบ รูปที่ 3.333.33 ตาแหน่งที่ใช้ในการวัดแรงดัน ค่าที่วัดได้จากเครื่อง PicoPress แสดงผลในรูปของความดัน หน่วยเป็นมิลลิเมตรปรอท (mmHg) โดยการทดสอบดาเนินการภายใต้สภาวะการใช้งานจริง ผู้ทดลองสวมใส่เครื่องพยุงหลังให้ ถูกต้องตามลักษณะการใช้งาน และปรับระดับความกระชับให้เหมาะสมกับสรีระของร่างกาย จากนั้น ทาการบันทึกค่าความดันในแต่ละตาแหน่งที่กาหนด ดังรูปที่ 3.34 57 รูปที่ 3.343.34 การทดสอบแรงดันของสายรัดหลังด้วยเครื่อง PicoPress บทที่ 4 ผลการทดสอบ (อุปกรณ์ตน้ แบบ) และผลการทดลอง 4.1 ผลการทดลองการทดสอบ Simulation 4.1.1 ผลการสอบเทียบความถูกต้องของการจาลอง ผู้ออกแบบได้นาผลการจาลองการกระจายความเค้น (Stress) และตาแหน่งที่เกิดค่าความเค้น ในหมอนรองกระดูก ไปเปรียบเทียบกับงานวิจัยอ้างอิงภายใต้ภาระงานที่สอดคล้องกัน ดังที่กล่าวใน หัวข้อ 3.7.4 ทั้งในท่าทางการก้มตัว (Flexion) และท่าทางการแอ่นตัว (Extension) 1) ท่าทางการก้มตัว (Flexion) รูปที่ 4.14.1 การกระจายของความเค้นอัดของกระดูกและกล้ามเนื้อในท่างอตัว [26] 58 a) แบบจาลองกระดูกที่ไม่มีกล้ามเนื้อในท่าทางการก้มตัว b) แบบจาลองกระดูกที่มีกล้ามเนื้อในท่าทางการก้มตัว รูปที่ 4.24.2 การกระจายของความเค้นอัดของกระดูกและกล้ามเนื้อในท่างอตัวจากการจาลอง รูปที่ 4.34.3 การกระจายของความเค้นอัดภายในของหมอนรองกระดูกในท่างอตัวจากการจาลอง จากผลการจาลองในท่างอตัว ดังรูปที่ 4.2 และ 4.3 พบว่าความเค้นมีการกระจายตัวเพิ่มขึ้น บริเวณด้านหน้าของหมอนรองกระดูกสันหลังโดยเฉพาะในช่วงกระดูกสันหลังส่วนล่างบริเวณ L4–L5 59 ซึ่งเป็นตาแหน่งที่รับแรงดัดและแรงอัดสูง เนื่องจากการก้มตัวทาให้เกิดโมเมนต์ดัดไปทางด้านหน้า ส่งผลให้หมอนรองกระดูกด้านหน้าถูกอัด ในขณะที่ด้านหลังเกิดแรงดึง เมื่อเปรียบเทียบกับผลการจาลองจากงานวิจัยอ้างอิง [26] ดังรูปที่ 4.1 พบว่ารูปแบบการ กระจายความเค้นมีความสอดคล้องกัน โดยเฉพาะการเกิดความเค้นสูงบริเวณด้านหน้าของหมอนรอง กระดูกและการกระจุกตัวที่ระดับ L4–L5 รวมถึงแนวโน้มของการเปลี่ยนแปลงความเค้นในท่าก้มยังมี ลักษณะใกล้เคียงกันในเชิงคุณภาพ แต่ยังคงมีความแตกต่างเล็กน้อยในค่าความเค้นเชิงปริมาณ ซึ่ง อาจเกิดจากความแตกต่างของเงื่อนไขขอบเขต การกาหนดสมบัติของวัสดุ และการตั้งค่าคานวณจาก โปรแกรม 2) ท่าทางการแอ่นตัว (Extension) รูปที่ 4.44.4 การกระจายของความเค้นอัดของกระดูกและกล้ามเนื้อในท่าแอ่นตัว [26] c) แบบจาลองกระดูกที่ไม่มีกล้ามเนื้อในท่าทางการแอ่นตัว d) แบบจาลองกระดูกที่มีกล้ามเนื้อในท่าทางการแอ่นตัว 60 รูปที่ 4.54.5 การกระจายของความเค้นอัดของกระดูกและกล้ามเนื้อในท่าแอ่นตัวจากการจาลอง รูปที่ 4.64.6 การกระจายของความเค้นอัดภายในของหมอนรองกระดูกในท่าแอ่นตัวจากการจาลอง ผลการจาลองในท่า แอ่ น ตั ว ดั ง รู ป ที่ 4.5 และ 4.6 พบว่า การกระจายความเค้ น มี การ เปลี่ยนแปลงตาแหน่งจากด้านหน้าไปยังด้านหลังของหมอนรองกระดูกสันหลังโดยเฉพาะในบริเวณ L4–L5 ซึ่งยังคงเป็นตาแหน่งที่มีความเค้นสูงสุด เช่นเดียวกับในท่างอตัว เนื่องจากการแอ่นตัวทาให้ เกิดแรงอัดบริเวณด้านหลังของโครงสร้างกระดูกสันหลัง เพิ่มแรงกดต่อส่วนของกระดูกและข้อต่อ ด้านหลัง นอกจากนี้ยังพบว่าค่าความเค้นโดยรวมมีแนวโน้ม สูงในบริเวณดังกล่าวเมื่อเปรียบเทียบกับ ท่างอตัว 61 เมื่อเปรียบเทียบกับภาพผลลัพธ์จากงานวิจัยอ้างอิง [26] ดังรูปที่ 4.4 พบว่ารูปแบบการ กระจายความเค้นในท่าแอ่นมีความสอดคล้องกัน โดยการเปลี่ยนตาแหน่งของความเค้นไปยังด้านหลัง ของหมอนรองกระดูก และการคงอยู่ของจุดวิกฤตบริเวณ L4–L5 แต่ความแตกต่างเชิงปริมาณของค่า ความเค้นอาจเกิดขึ้นเช่นกัน ซึ่งสามารถเกิดได้จากความแตกต่างของรายละเอียดแบบจาลองและ เงื่อนไขการจาลอง 4.1.2 ลักษณะการจาลองในท่าต่าง Activity Deformation Formatted Table Standing Axial Load = 500 N Formatted: Font: (Default) +Body (Calibri), 11 pt, Font color: Auto Formatted: Normal Flexion Axial Load = 1175 N Bend.Moment = 7.5 Nm Formatted: Font: (Default) +Body (Calibri), 11 pt, Font color: Auto Formatted: Normal, Left Formatted: Font: (Default) +Body (Calibri), 11 pt, Font color: Auto Formatted: Font: (Default) +Body (Calibri), 11 pt, Font color: Auto Formatted: Normal, Left 62 Extension Axial Load = 500 N Bend.Moment = 7.5 Nm Formatted: Left 4.1.24.1.3 ผลการจาลองของกล้ามเนือ้ จากการจาลองภายใต้เงื่อนไขในข้อ 3.7.3 การเครื่อนไหวภายใต้ภาระงานในท่างอตัว(Flexion) ได้ผลการจาลองดังนี้ Formatted: Outline numbered + Level: 3 + Numbering Style: 1, 2, 3, … + Start at: 3 + Alignment: Left + Aligned at: 1.27 cm + Indent at: 2.54 cm การเกิดค่าความเค้นในกล้ามเนื้อรอบกระดูกสันหลังภายใต้ท่างอตัว โดยพบว่ากล้ามเนื้ อ Quadratus lumborum และ longissimus thoracis บริเวณใกล้จุดเกาะกับกระดูกสันหลังส่วนเอว ช่วง L4 - L5 มีค่าความเค้นสูงกว่าส่วนอื่นอย่างชัดเจน ดังรูปที่ 4.7 ส่งผลให้เกิดการสะสมของความ เค้นในบริเวณดังกล่าว Formatted: Normal, Thai Distributed Justification 63 รูปที่ 4.74.7 การกระจายความเค้นของกล้ามเนื้อในท่างอตัว ผลการจาลองแสดงภาพรวมของการกระจายความเค้นในระบบกล้ามเนื้อและกระดูกภายใต้ท่า งอตัว ดังรูปที่ 4.8 ซึ่งแสดงให้เห็นภาระที่เกิดจากการรับแรงจากการทางานของกล้ามเนื้อรอบข้างและ กล้ามเนื้อชั้นในอย่าง กล้ามเนื้อ Multifidus รูปที่ 4.7 แสดงการเกิดค่าความเค้นในกล้ามเนื้อรอบ กระดูกสัน หลังภายใต้ท่างอตัว โดยพบว่ากล้ามเนื้อ Quadratus lumborum และ longissimus thoracis บริเวณใกล้จุดเกาะกับกระดูกสันหลังส่วนเอวช่วง L4 - L5 มีค่าความเค้นสูงกว่าส่วนอื่น อย่างชัดเจน ส่งผลให้เกิดการสะสมของความเค้นในบริเวณดังกล่าว รูปที่ 4.84.8 ความเค้นของกล้ามเนื้อภายใต้ในท่างอตัวของกล้ามเนื้อ Multifidus ผลการจาลองแสดงภาพรวมของการกระจายความเค้นในระบบกล้ามเนื้อและกระดูกภายใต้ท่า งอตัว ดังรูปที่ 4.8 ซึ่งแสดงให้เห็นภาระที่เกิดจากการรับแรงจากการทางานของกล้ามเนื้อรอบข้าง และกล้ามเนื้อชั้นในอย่าง กล้ามเนื้อ Multifidus จากการจาลองภายใต้เงื่อนไขในข้อ 3.7.3 การเครื่อนไหวภายใต้ภาระงานในท่าแอ่น ตัว (Extension) ได้ผลการจาลองดังนี้ 64 Formatted: Thai Distributed Justification การเกิดความเค้นในกล้ามเนื้อภายใต้ท่าแอ่นตัว พบว่ากล้ามเนื้อ Quadratus lumborum และ longissimus thoracis มีค่าความเค้นเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน โดยเฉพาะบริเวณที่ยึดติดกับกระดูก สันหลังส่วนเอวช่วงระหว่าง L4 – L5 ดังรูปที่ 4.9 รูปที่ 4.94.9 การกระจายความเค้นในกล้ามเนื้อภายใต้ท่าแอ่นตัว การแสดงภาพรวมของการกระจายความเค้นในระบบกล้ามเนื้อภายใต้ท่าแอ่นตัว ซึ่งแสดงให้ เห็ น ถึ ง การทางานร่ ว มกั น ของโครงสร้า งกระดู ก และกล้า มเนื้ อ ในการรั บ แรงและควบคุ ม การ เคลื่อนไหวของลาตัว ดังรูปที่ 4.10 สามารถสังเกตได้ว่าการเปลี่ยนแปลงของท่าทางส่งผลโดยตรงต่อ ทิศทางและตาแหน่งของความเค้นภายในโครงสร้าง ดังรูปที่ 4.9 แสดงตาแหน่งที่เกิดค่าความเค้นในกล้ามเนื้อภายใต้ท่าแอ่นตัว โดยพบว่ากล้ามเนื้อ Quadratus lumborum และ longissimus thoracis มีคา่ ความเค้นเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน โดยเฉพาะ บริเวณที่ยึดติดกับกระดูกสันหลังส่วนเอวช่วงระหว่าง L4 – L5 รูปที่ 4.104.10 ความเค้นในกล้ามเนื้อภายใต้ท่าแอ่นตัวของกล้ามเนื้อ Multifidus 65 Formatted: Thai Distributed Justification ดังรูปที่ 4.10 แสดงภาพรวมของการกระจายความเค้นในระบบกล้ามเนื้อภายใต้ท่าแอ่นตัว ซึ่ง แสดงให้เห็นถึงการทางานร่วมกันของโครงสร้างกระดูก และกล้ามเนื้อในการรับแรงและควบคุมการ เคลื่อนไหวของลาตัว จากภาพสามารถสังเกตได้ว่าการเปลี่ยนแปลงของท่าทางส่งผลโดยตรงต่อ ทิศทางและตาแหน่งของความเค้นภายในโครงสร้าง Formatted: Normal 4.2 ผลการทดสอบอุปกรณ์ตน้ แบบ การทดสอบค่าแรงกดรัดของสายรัดหลังที่กระทาต่อผิวหนังของผู้สวมใส่ โดยทาการทดลองกับ อาสาสมัครจานวน 2 คน และทาการทดสอบคนละ 2 รอบ ดังที่กล่าวในหัวข้อ 3.8.3 เพื่อให้สามารถ เปรียบเทียบประสิทธิภาพระหว่างสายรัดหลังแบบทั่วไปที่ไม่มีระบบถุงลม และสายรัดหลังที่มรีะบบถุง ลม Formatted: Thai Distributed Justification, Space After: 6 pt การวัดค่าความดันดาเนินการโดยใช้เครื่องมือ Pico Press ตามขั้นตอนที่อธิบายไว้ในหัวข้อ 3.8.3 โดยทาการติดตั้งเซนเซอร์ในตาแหน่งที่กาหนดทั้งหมด 10 จุดบนสายรัดหลัง ดังรูปที่ 3.33 ค่าแรงรัดที่ได้จากการวัดถูกบันทึกในหน่วยมิลลิเมตรปรอท (mmHg) และทาการแปลงหน่วยเป็นเม กะพาสคาล (MPa) เพื่อนามาใช้ในการวิเคราะห์และเปรียบเทียบค่าความดันในตาแหน่งต่าง ๆ Formatted: Thai Distributed Justification ผลการทดลองแบ่งออกเป็น 2 กรณี ได้แก่ การทดสอบสายรัดหลังแบบไม่มีถุงลม และการ ทดสอบสายรัดหลังแบบมีระบบถุงลม ดังรายละเอียดต่อไปนี้ 4.2.1 ผลการทดสอบสายรัดหลังแบบทัว่ ไปทีไ่ ม่มีถงุ ลม การทดสอบสายรัดหลังแบบไม่มีถุงลมมีวัตถุประสงค์เพื่อใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงพื้นฐาน สาหรับ เปรียบเทียบกับสายรัดหลังที่พัฒนาขึ้น โดยสายรัดหลังชนิดดังกล่าวมีลักษณะการทางานเช่นเดียวกับ สายรัดหลังทั่วไปที่มีจาหน่ายในท้องตลาด ซึ่งใช้หลักการรัดด้วยแรงตึงของวัสดุผ้าและแถบเวลโคร โดยไม่มีระบบปรับแรงรัดด้วยลม ผลการทดลองที่ได้จากการวัดแรงดันในแต่ละตาแหน่งแสดงดังรูที่ 4.11 จากผลการทดลอง พบว่าแรงกดที่เกิดขึ้นจากสายรัดหลังแบบไม่มีถุงลมมีการกระจายตัวไม่สม่าเสมอ โดยบางตาแหน่งมี ค่าแรงกดค่อนข้างสูง ในขณะที่บางตาแหน่งมีค่าแรงกดต่าหรือแทบไม่มีแรงกดเลย ซึ่งลักษณะ ดังกล่าวเกิดจากโครงสร้างของสายรัดหลังที่อาศัยเพียงแรงตึงของผ้าและแถบรัด ทาให้แรงกดส่วน ใหญ่กระจุกตัวอยู่บริเวณขอบของสายรัดหรือบริเวณที่มีการดึงรัดมากที่สุด 66 Box plot of Lower back lnterface pressure without airbags Formatted: Left 0.0025 Pressure (MPa) 0.002 0.0015 0.001 0.0005 0 1 Participant Subject1 R1 Subject1 R2 Subject2 R1 Subject2 R2 No Airbags 0.0025 Pressure (MPa) 0.002 0.0015 0.001 0.0005 0 1 Participant P1T1 P1T2 P2T1 P2T2 รูปที่ 4.114.11 ผลการทดสอบสายรัดหลังแบบไม่มีถุงลม P1T1 = ผู้เข้าร่วมการทดลองคนที่ 1 รอบที่ 1 P1T2 = ผู้เข้าร่วมการทดลองคนที่ 1 รอบที่ 2 P2T1 = ผู้เข้าร่วมการทดลองคนที่ 2 รอบที่ 1 P2T2 = ผู้เข้าร่วมการทดลองคนที่ 2 รอบที่ 2 4.2.2 ผลการทดสอบสายรัดหลังแบบมีระบบถุงลม การทดสอบสายรัดหลังแบบมีระบบถุงลมเป็นการประเมินประสิทธิภาพของอุปกรณ์ต้นแบบ โดยโครงสร้างของสายรัดหลังถูกออกแบบให้มีถุงลมติดตั้งอยู่ภายในบริเวณด้านหลังทั้งหมด 4 ถุง เพื่อ 67 Formatted: Font: TH Sarabun New, 16 pt Formatted: Centered, Space After: 0 pt Formatted: Font: TH Sarabun New, 16 pt Formatted: Font: TH Sarabun New, 16 pt Formatted: Font: TH Sarabun New, 16 pt Formatted: Normal ทาหน้าที่เพิ่มแรงพยุงและกระจายแรงกดให้สม่าเสมอบริเวณหลังส่วนเอวส่งผลให้เกิดแรงดัน ที่ สามารถช่วยรองรับโครงสร้างของกระดูกสันหลังและกล้ามเนื้อหลังส่วนล่างได้อย่างสม่าเสมอมากขึ้น ผลการทดลองที่ได้แสดงดัง รูปที่ 4.12 ซึ่งพบว่าการใช้สายรัดหลังแบบมีระบบถุงลมสามารถ เพิ่มความสม่าเสมอของการกระจายแรงกดบริเวณหลังส่วนล่างได้อย่างชัดเจน เมื่อเปรียบเทียบกับ สายรัดหลังแบบไม่มีถุงลม โดยแรงดันที่วัดได้ในแต่ละตาแหน่งมีแนวโน้มใกล้เคียงกันมากขึ้น Box plot of Lower back lnterface pressure with airbags 0.01 Pressure (mmHg) 0.009 0.008 0.007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 0 Subject1 R1 Subject1 R2 Subject2 R1 Subject2 R2 Airbags 0.01 0.009 Pressure (MPa) 0.008 0.007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 0 Participant P1T1 P1T2 P2T1 P2T2 รูปที่ 4.12 ผลการทดสอบสายรัดหลังแบบมีถุงลม P1T1 = ผู้เข้าร่วมการทดลองคนที่ 1 รอบที่ 1 P1T2 = ผู้เข้าร่วมการทดลองคนที่ 1 รอบที่ 2 68 Formatted: Space After: 0 pt P2T1 = ผู้เข้าร่วมการทดลองคนที่ 2 รอบที่ 1 P2T2 = ผู้เข้าร่วมการทดลองคนที่ 2 รอบที่ 2 Formatted: Normal 4.2.3 การเปรียบเทียบสายรัดหลังทีใ่ ส่และไม่ใส่ถุงลม ผลการทดลองของผู้เข้าร่วมการทดลองทั้ง 2 คนพบว่ามีค่าความดันที่แตกต่างกัน ซึ่งอาจเกิด จากปัจจัยด้านลักษณะทางสรีระและพฤติกรรมการใช้ร่างกาย ดังที่ได้กล่าวไว้ในหัวข้อ 2.5.2 โดยจาก ข้อมูลพื้นฐานของผู้ทดลองพบว่า ผู้ทดลองคนที่ 1 มีการออกกาลังกายอย่างสม่าเสมอ ในขณะที่ผู้ ทดลองคนที่ 2 ไม่ค่อยมีการออกกาลังกาย ส่งผลให้ความแข็งแรงของกล้ามเนื้อและความสามารถใน การรับแรงของร่างกายมีความแตกต่างกัน ดังรูปที่ 4.13 และ 4.14 Formatted: Thai Distributed Justification Formatted: Centered, Space After: 0 pt Participant 1 0.009 0.008 Pressure (MPa) 0.007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 0 0 2 4 6 8 10 12 Point P1-T1NA P1-T2NA P1-T1A P1-T2A รูปที่ 4.13 ผลการทดสอบสายรัดหลังผู้ทดสอบคนที่ 1 P1-T1NA = ผู้เข้าร่วมการทดลองคนที่ 1 รอบที่ 1 แบบไม่มีถุงลม P1-T2NA = ผู้เข้าร่วมการทดลองคนที่ 1 รอบที่ 2 แบบไม่มีถุงลม P1-T1A = ผู้เข้าร่วมการทดลองคนที่ 1 รอบที่ 1 แบบมีถุงลม P1-T2A = ผู้เข้าร่วมการทดลองคนที่ 1 รอบที่ 2 แบบมีถุงลม 69 Formatted: Font: Bold, Complex Script Font: Bold Formatted: Font: Bold, Complex Script Font: Bold Formatted: Font: Bold, Complex Script Font: Bold Formatted: Space After: 0 pt Formatted: Normal, Centered Formatted: Space After: 0 pt Participant 2 0.012 Pressure (MPa) 0.01 0.008 0.006 0.004 0.002 0 0 2 4 6 8 10 12 Point P2-T1NA P2-T2NA P2-T1A P2-T2A รูปที่ 4.14 ผลการทดสอบสายรัดหลังผูทดสอบคนที่ 2 P2-T1NA = ผู้เข้าร่วมการทดลองคนที่ 2 รอบที่ 1 แบบไม่มีถุงลม P2-T2NA = ผู้เข้าร่วมการทดลองคนที่ 2 รอบที่ 2 แบบไม่มีถุงลม P2-T1A = ผู้เข้าร่วมการทดลองคนที่ 2 รอบที่ 1 แบบมีถุงลม P2-T2A = ผู้เข้าร่วมการทดลองคนที่ 2 รอบที่ 2 แบบมีถุงลม จากผลการทดลองพบว่าผู้ทดลองที่มีการออกกาลังกายสม่าเสมอมีค่าความดันที่เกิดขึ้นบริเวณ สายรัดหลังสูงกว่าผู้ที่ไม่ค่อยออกกาลังกาย ซึ่งสอดคล้องกับงานวิจัยเรื่อง ชีวกลศาสตร์ของเข็มขัดพยุง หลัง [23] ที่ระบุว่าบุคคลที่มีความแข็งแรงของกล้ามเนื้อและโครงสร้างร่างกายที่ดีจะสามารถรับแรง กดจากสายรัดได้มากกว่า ส่งผลให้ค่าความดันที่ตรวจวัดได้มีค่ามากกว่า รวมถึงแรงดันที่เกิดจาก ด้านข้างของสายรัดมีค่ามากกว่าบริเวณด้านอื่นที่เกิดจากการรัดของสายรัดหลัง และแรงดันด้านขวามี ค่ามากกว่าด้านซ้าย ซึ่งมีแนวโน้มสอดคล้องกับงานวิจัยดังกล่าว ทั้งนี้อาจเกิดจากลักษณะการใช้งาน กล้ามเนื้อของร่างกายที่ไม่สมดุล รวมถึงพฤติกรรมการใช้ร่างกายในชีวิตประจาวัน เช่น การถนัดข้าง ของร่างกาย ในการทดลองค่าความดันที่วัดได้บางจุดมีความผิดปกติหรือแตกต่างจากแนวโน้มโดยรวม ซึ่ง อาจเกิดจากปัจจัยหลายประการ เช่น ความคลาดเคลื่อนในการติดตั้งเซนเซอร์วัดแรงดัน การกาหนด ตาแหน่งการวัดที่อาจไม่ตรงกันในแต่ละรอบการทดลอง ความไม่สมมาตรของโครงสร้างร่างกายของผู้ ทดลองแต่ละคน ความแตกต่างของท่าทางหรือแรงตึ งของสายรัดหลังในขณะทาการวัด รวมถึงการ เคลื่อนไหวเล็กน้อยของร่างกายในระหว่างการทดลองอาจส่งผลให้ค่าที่วัดได้เกิดความคลาดเคลื่อนใน บางตาแหน่งได้ 70 Formatted: Font: Bold, Complex Script Font: Bold Formatted: Font: Bold, Complex Script Font: Bold Formatted: Font: Bold, Complex Script Font: Bold Formatted: Normal Formatted: Thai Distributed Justification Formatted: Font: Not Bold, Complex Script Font: Not Bold Formatted: Font: Not Bold, Complex Script Font: Not Bold Formatted: Normal, Left บทที่ 5 สรุปผลการออกแบบ และการทดลอง การศึกษาการออกแบบสายรัดหลังเฉพาะสรีระบุคคลในงานวิจัยนี้ ได้ดาเนินการทั้งในส่วนของ การจาลองเชิงกลด้วยโปรแกรม ABAQUS และการทดสอบอุปกรณ์ต้นแบบจริง เพื่อประเมิน ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ในการลดแรงกระทาต่อกระดูกสันหลังและกล้ามเนื้อหลังส่วนล่าง โดย สามารถสรุปผลได้ดังนี้ 5.1 สรุปผลการจาลอง การจาลองเชิงกลของโครงสร้างกระดูกสันหลังส่วนล่างโดยใช้แบบจาลองไฟไนต์เอลิเมนต์ของ ซึ่งประกอบด้วยกระดูกสันหลังระดับ L1–L5 หมอนรองกระดูก เส้นเอ็น และกลุ่มกล้ามเนื้ อหลัก ได้แก่ Multifidus, Quadratus Lumborum และ Longissimus thoracis โดยกาหนดเงื่อนไขการ รับแรงในท่าทางสาคัญ ได้แก่ ท่าก้ม และท่าแอ่น ตัว พบว่าแบบจาลองที่พัฒนาขึ้นสามารถแสดง พฤติกรรมการรับแรงของกระดูกสันหลัง หมอนรองกระดูก และกล้ามเนื้อหลังได้อย่างสอดคล้องกับ งานวิจัยอ้างอิง [26] และสามารถสันนิษฐานได้ว่าบริเวณกล้ามเนื้อหลังส่วนล่าง โดยเฉพาะบริเวณใกล้ แนวกระดูกสันหลังส่วนเอวช่วง L4 – L5 เป็นบริเวณที่มีความเสี่ยงต่อการเกิดอาการเมื่อยล้าของ กล้ามเนื้อ หรืออาจนาไปสู่การบาดเจ็บจากการใช้งานซ้าหากต้องรับแรงเป็นระยะเวลานาน 71 ดังนั้นผลจากการจาลองจึงถูกนามาใช้เป็นข้อมูลในการกาหนดแนวทางในการออกแบบสายรัด หลัง โดยมุ่งเน้นให้สายรัดสามารถช่วยรองรับและลดภาระของกล้ามเนื้อบริเวณหลังส่วนล่างที่มี แนวโน้มเกิดความเค้นสูงจากการจาลองโดยตรง 5.2 สรุปผลการออกแบบสายรัดหลัง การออกแบบสายรัดหลังต้นแบบที่มีการติดตั้งระบบถุงลมเพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการพยุง หลังส่วนล่าง โดยการออกแบบได้คานึงถึงทั้งด้านโครงสร้าง ความสามารถในการปรับระดับแรงรัด และความสะดวกสบายในการใช้งานของผู้สวมใส่ การออกแบบดังกล่าวช่วยแก้ไขข้อจากัดของสายรัด หลังแบบทั่วไปที่ไม่สามารถปรับแรงรัดเฉพาะจุดได้ และไม่สามารถตอบสนองต่อความแตกต่างทาง สรีระของผู้ใช้งาน ทาให้ผู้ใช้มีความรู้สึกสบายและลดอาการกดทับจากการสวมใส่เป็นเวลานาน นอกจากนี้ผู้ใช้งานยังสามารถปรับระดับแรงดันภายในถุงลมได้ตามความต้องการ ทาให้สามารถปรับ ระดับแรงพยุงให้เหมาะสมกับลักษณะการใช้งานและสรีระของผู้สวมใส่แต่ละคนได้ ซึ่งแตกต่างจาก สายรัดหลังทั่วไปที่มีแรงรัดคงที่จากวัสดุของสายรัดเพียงอย่างเดียว ในการตรวจสอบความถูกต้องของการออกแบบ ได้มีการทดสอบอุปกรณ์ต้นแบบโดยใช้เครื่อง PicoPress เพื่อวัดแรงดันที่เกิดขึ้นจากการรัดในตาแหน่งต่าง ๆ ของร่างกาย โดยค่าแรงดันที่วัดได้มี ความสอดคล้องกับค่าที่ออกแบบไว้ และสามารถควบคุมการกระจายแรงรัดไปยังตาแหน่งที่ต้องการได้ อย่างมีประสิทธิภาพ อีกทั้งผู้ใช้งานสามารถปรับระดับแรงรัดได้ตามความต้องการเพื่อให้เกิดความ สบายสูงสุด จากการทดลองพบว่าค่าแรงดันมีความแปรผันตามปัจจัยของผู้ใช้งาน เช่น การหายใจ รูปร่าง และท่าทาง ซึ่งเป็นปัจจัยที่ควบคุมได้ยาก แต่ระบบลมที่พัฒนาขึ้นสามารถช่วยปรับตัวให้สอดคล้องกับ การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวได้ในระดับหนึ่ง 5.3 สรุปผลการเปรียบเทียบกับสายรัดหลังทัว่ ไป การทดสอบประสิทธิภาพของสายรัดหลังโดยใช้เครื่อง PicoPress เพื่อวัดแรงดันที่เกิดขึ้น ระหว่างสายรัดกับผิวหนังของผู้สวมใส่ โดยทาการวัดในตาแหน่งต่าง ๆ จานวน 10 จุดบริเวณหลัง ส่วนล่าง และทาการทดลองกับอาสาสมัครจานวน 2 คน เพื่อเปรียบเทียบระหว่างสายรัดหลังแบบ ทั่วไปและสายรัดหลังแบบมีระบบถุงลม ผลการทดลองพบว่า สายรัดหลังแบบทั่วไปมีการกระจายแรงกดที่ไม่สม่าเสมอ โดยแรงกด มักจะกระจุกตัวอยู่บริเวณขอบของสายรัดหรือบริเวณที่มีการดึงรัดมากที่สุด ส่งผลให้บางตาแหน่งมี แรงกดสูง ในขณะที่บางตาแหน่งมีแรงกดต่า ในทางตรงกันข้าม สายรัดหลังแบบมีระบบถุงลมสามารถ 72 กระจายแรงกดได้สม่าเสมอกว่า เนื่องจากการขยายตัวของถุงลมช่วยเพิ่มพื้นที่สัมผัสกับแผ่นหลัง ซึ่ง เข้ารูปไปกับสรีของผู้ใช้งานได้ง่ายกว่า และยัง สามารถปรับแรงดันให้เหมาะสมส่งผลให้แรงกดบริเวณ หลังส่วนล่างมีความสมดุลมากขึ้น ผลการทดลองดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าสายรัดหลังที่ออกแบบจากข้อมูลการจาลองสามารถช่วย ปรับปรุงประสิทธิภาพในการกระจายแรงกด และมีแนวโน้มช่วยลดภาระของกล้ามเนื้อหลังส่วนล่างได้ ดีกว่าสายรัดหลังทั่วไป 5.4 แนวทางในการพัฒนา 5.4.1 แนวทางในการพัฒนาด้านการจาลอง การพัฒนางานด้านการจาลองในอนาคต ควรมีการปรับปรุงแบบจาลองไฟไนต์เอลิเมนต์ให้มี ความสมจริงมากยิ่งขึ้น โดยอาจเพิ่มรายละเอียดของโครงสร้างทางชีวกลศาสตร์ เช่น การจาลองเอ็น ยึดกระดูก ให้มีรูปร่างเสมือนจริง และคุณสมบัติของเนื้อเยื่อแบบไม่เ ป็น เชิงเส้น เพื่อให้ผ ลการ วิเคราะห์มีความแม่นยามากขึ้น นอกจากนี้ ควรพิจารณาการจาลองพฤติกรรมแบบพลวัต (Dynamic Analysis) ที่ครอบคลุมการเคลื่อนไหวในชีวิตประจาวันที่หลากหลาย เช่น การนั่ง การลุก หรือการยก ของ เพื่อให้สามารถประเมินการกระจายแรงในสถานการณ์จริงได้ครอบคลุมยิ่งขึ้น นอกจากนี้ควรมีการใช้ข้อมูลเฉพาะบุคคล เช่น รูปร่าง สัดส่วน หรือข้อมูลทางการแพทย์ เช่น ผล MRI (Magnetic Resonance Imaging) มาร่ ว มในการปรั บ ปรุ ง แบบจาลองให้ เ ป็ น แบบ Personalized Simulation ซึ่งจะช่วยให้สามารถออกแบบอุปกรณ์ที่เหมาะสมกับผู้ใช้งานแต่ละ รายได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น รวมถึงการนาผลการจาลองไปเปรียบเทียบกับข้อมูลจากการ ทดลองจริงเพื่อทาการตรวจสอบความถูกต้อง ของแบบจาลองอย่างเป็นระบบ 5.4.2 แนวทางในการพัฒนาด้านการออกแบบสายรัดหลัง การออกแบบสายรัดหลังสามารถพัฒนาเพิ่มเติมโดยการเพิ่มระบบควบคุมแรงดันลมแบบ อัตโนมัติ ที่สามารถปรั บ แรงรั ดตามท่า ทางหรื อ กิจ กรรมของผู้ใช้งานแบบเรีย ลไทม์ เพื่ อ เพิ่ ม ประสิทธิภาพในการพยุงหลังในสถานการณ์ที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ อาจมีการติดตั้งเซนเซอร์ เช่น เซนเซอร์วัดแรงกดหรือการเคลื่อนไหว เพื่อใช้เก็บข้อมูลและปรับการทางานของอุปกรณ์ให้เหมาะสม ยิ่งขึน้ ในส่วนของโครงสร้างและวัสดุ ควรพัฒนาให้มีน้าหนักเบา ระบายอากาศได้ดี และมีความ ยืดหยุ่นสูง เพื่อเพิ่มความสบายในการใช้งานระยะยาว รวมถึงออกแบบให้สามารถสวมใส่ได้ง่ายและ 73 เหมาะสมกับการใช้งานในชีวิตประจาวัน นอกจากนี้ ควรพัฒนารูปแบบการผลิตให้สามารถปรับขนาด หรือรูปทรงได้ง่าย เพื่อรองรับผู้ใช้งานที่มีสรีระแตกต่างกัน และสนับสนุนการผลิตในเชิงพาณิชย์ 5.4.3 แนวทางการพัฒนาโดยการใช้ AI ในอนาคตสามารถนาเทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์ (AI) และการประมวลผลภาพทางการแพทย์ จาก MRI (Magnetic Resonance Imaging) มาประยุกต์ใช้ร่วมกับการจาลองเชิงกล เพื่อเพิ่มความ แม่นยา อย่างเช่น การนาข้อมูลภาพ MRI ของกระดูกสันหลังมาใช้ในการสร้างแบบจาลองสามมิติ (3D Model) ของโครงสร้างจริงของผู้ใช้งาน โดยใช้เทคนิค Image Segmentation เพื่อแยกส่วนประกอบ สาคัญ เช่น กระดูกสันหลัง หมอนรองกระดูก และกล้ามเนื้อ จากนั้นจึงนาข้อมูลดังกล่าวเข้าสู่ โปรแกรมจาลอง เช่น ABAQUS เพื่อใช้เป็นชิ้นส่วน ในการวิเคราะห์ไฟไนต์เอลิเมนต์ ซึ่งจะช่วยให้ผล การจาลองสะท้อนพฤติกรรมทางชีวกลศาสตร์ของแต่ละบุคคลได้แม่นยายิ่งขึ้น นอกจากนี้ ยังสามารถใช้ AI เข้ามาช่ว ยในการประมวลผลข้อมูล MRI เช่น การใช้ Deep Learning ในการแยกโครงสร้างอัตโนมัติ ลดเวลาในการเตรียมแบบจาลอง และเพิ่มความสม่าเสมอ ของข้อมูล รวมถึงสามารถนา AI มาช่วยวิเคราะห์ผลการจาลอง เพื่อคาดการณ์ตาแหน่งที่เกิดความ เค้นสูง หรือแนะนาตาแหน่งที่เหมาะสมในการติดตั้งถุงลมของสายรัดหลังได้อย่างมีประสิทธิภาพ 74 บทที่ 6 เอกสารอ้างอิง [1] Hashimashi, “What Muscles Do Squats Work? We Asked Personal Trainers,” Hashimashi [Electronic], 2025, Available: https://hashimashi.com/squats-musclesworked/ [August 3, 2025]. [2] Mgr. Kateřina Klimešová, “Lower Back: Why It Hurts and What Exercises Relieve It,” Adaptic [Electronic], 18 April 2022, Available: https://www.adaptic.cz/en/health-articles/how-to-relieve-lower-back-pain/ [Accessed: August 3, 2025]. [3] Wikipedia contributors, “Multifidus Muscle,” Wikipedia [Electronic], 2025, Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Multifidus_muscle [August 3, 2025]. [4] Human Locomotion, “The Strong Connection Between Low Back Pain and Weak Multifidi (and the Best Ways to Strengthen these Important Muscles),” Human Locomotion [Electronic], 2025, Available: [URL not provided] [Accessed: August 4, 2025]. [5] Physiopedia contributors, “Iliocostalis – Physiopedia,” Physiopedia [Electronic], 2025, Available: https://www.physio-pedia.com/Iliocostalis_Thoracis [Accessed: August 4, 2025]. [6] Wikipedia contributors, “Latissimus dorsi muscle,” Wikipedia [Electronic], 2025, Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Latissimus_dorsi_muscle [Accessed: August 4, 2025]. [7] HDCare, “หมอนรองกระดูก คืออะไร อยู่ตรงไหน มีหน้าที่สาคัญอย่างไร,” HDCare [Electronic], 2025, Available: https://hdmall.co.th/blog/health/all-about-disc/ [Accessed: August 4, 2025]. [8] Back Pain Specialists, “New Jersey Lumbar Degenerative Disc Disease,” Back Pain Specialists [Electronic], 2025, Available: https://www.igeaneuro.com/spine-lumbarddd.php [Accessed: August 4, 2025]. 75 [9] Cleveland Clinic, “Herniated Disk (Bulging Disk): Symptoms & Treatment,” Cleveland Clinic [Electronic], 2025, Available: https://my.clevelandclinic.org/health/diseases/17521-herniated-disk [Accessed: August 4, 2025]. [10]Learn Muscles, “Ligaments of the Spine,” Learn Muscles [Electronic], 2025, Available: https://learnmuscles.com/glossary/ligaments-of-the-spine/ [Accessed: August 4, 2025]. [11]Pelvic Pain Physical Therapy, “Low Back Pain & Pelvic Floor Dysfunction: Are They Connected?” Pelvic Pain Physical Therapy [Electronic], 2025, Available: https://pelvictherapy.com/low-back-pain/ [Accessed: August 4, 2025]. [12]HDCare, “หมอนรองกระดูก คืออะไร อยู่ตรงไหน มีหน้าที่สาคัญอย่างไร,” HDCare [Electronic], 2025, Available: https://hdmall.co.th/blog/health/all-about-disc/ [Accessed: August 4, 2025]. [13]Rehab Care Clinic, “อาการปวดร้าวจากกล้ามเนื้อสะโพก,” Rehab Care Clinic [Electronic], 2025, Available: https://rehabcareclinic.com/blog/อาการปวดร้าวจาก กล้ามเนื้อสะโพก [Accessed: August 4, 2025]. [14]Rehab Care Clinic, “อาการปวดร้าวจากกล้ามเนื้อสะโพก,” Rehab Care Clinic [Electronic], 2025, Available: https://rehabcareclinic.com/blog/อาการปวดร้าวจาก กล้ามเนื้อสะโพก [Accessed: August 4, 2025]. [15]Spine-Health, “Lordosis (Swayback): Types, Causes & Symptoms,” Spine-Health [Electronic], 2025, Available: https://www.spinehealth.com/conditions/swayback/lordosis-swayback-types-causes-symptoms [Accessed: August 4, 2025]. [16]Science Photo Library, “Healthy spine and scoliosis illustration,” Science Photo Library [Electronic], 2025, Available: https://www.sciencephoto.com/media/1349856/view/healthy-spine-and-scoliosisillustration16 [Accessed: August 4, 2025]. 76 [17]Spine-Health, “Kyphosis: What It Is, Causes, Symptoms, Types & Treatment,” Spine-Health [Electronic], 2025, Available: https://www.spinehealth.com/conditions/kyphosis [Accessed: August 4, 2025]. [18]Spine-Health, “Scoliosis: What It Is, Types, Causes, Symptoms & Treatment,” Spine-Health [Electronic], 2025, Available: https://www.spinehealth.com/conditions/scoliosis [Accessed: August 4, 2025]. [19]LifeScienceDB, “BP3D,” LifeScienceDB [Electronic], 2025, Available: https://lifesciencedb.jp/bp3d/ [Accessed: October 15, 2025]. [20]Google, “Deactivate the polygon mesh in the shaded view (with picture),” Discourse McNeel [Electronic], Available: https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fdiscourse.mcneel.com%2 Ft%2Fdeactivate-the-polygon-mesh-in-the-shaded-view-withpicture%2F1710%2F8&psig=AOvVaw231nhWcAeo_ixZrcOXcn9T&ust=17607037499 76000&source=images&cd=vfe&opi=89978449&ved=0CBgQjhxqFwoTCKihu7aqJADFQAAAAAdAAAAABAT [Accessed: October 15, 2025]. [21]Google, “How to convert an STL mesh to a solid in Fusion 360,” ProductDesignOnline [Electronic], Available: https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fproductdesignonline.com %2Ftips-and-tricks%2Fhow-to-convert-an-stl-mesh-to-a-solid-in-fusion360%2F&psig=AOvVaw2feggDQl5DKzs1x4hqqQiY&ust=1760703968767000&source =images&cd=vfe&opi=89978449&ved=0CBgQjhxqFwoTCIj3g8fbqJADFQAAAAAdAAA AABAE [Accessed: October 15, 2025]. [22]I. Kang, M. Choi, D. Lee, and G. Noh, “Effect of Passive Support of the Spinal Muscles on the Biomechanics of a Lumbar Finite Element Model,” Applied Sciences [Electronic], Available: https://doi.org/10.3390/app10186278 [Accessed: March 17, 2026].56 [23]R. Bonnaire, W. S. Han, R. Convert, P. Calmels, and J. Molimard, “Feasibility of a Full-Field Measurements-Based Protocol for the Biomechanical Study of a 77 Lumbar Belt: A Case Study,” Biomechanics [Electronic], Available: https://doi.org/10.3390/biomechanics2020015 [Accessed: March 17, 2026]. [24]Shopee, “แผ่นพยุงหลัง,” Shopee [Electronic], 2025, Available: https://th.shp.ee/V4pyTXx [Accessed: August 4, 2025]. [25]Shopee, “เสื่อพยุงหลัง ตรา สายรัดเอว,” Shopee [Electronic], 2025, Available: https://th.shp.ee/PbYRwUb [Accessed: August 4, 2025]. [26]I. Kang, M. Choi, D. Lee, and G. Noh, “Effect of Passive Support of the Spinal Muscles on the Biomechanics of a Lumbar Finite Element Model,” Applied Sciences [Electronic], vol. 10, no. 18, 2020. Available: https://doi.org/10.3390/app10186278 [Accessed: September 23, 2025]. [27]Ibrahim El Bojairami, Khaled El-Monajjed, and Mark Driscoll, “Development and validation of a timely and representative finite element human spine model for biomechanical simulations,” Scientific Reports [Electronic], vol. 10, no. 21519, 2020. Available: https://doi.org/10.1038/s41598-020-77469-1 [Accessed: October 18, 2025]. 78 ภาคผนวก ก ขั้นตอนการดาเนินงาน 79 รูปที่ ก.1 ปรึกษาหารือภายในกลุ่มเกี่ยวกับหัวข้อที่ทาเพื่อกาหนดแนวทางการทางาน รูปที่ ก.2 ค้นหาข้อมูลที่เกี่ยวข้องและรวมถึงศึกษางานวิจัยเพื่อหาความรู้ในการจัดทาโครงการ 80 รูปที่ ก.3 นาข้อมูลที่รวบรวมปรึกษาจากอาจารย์ผู้ควบคุมดูแลการทาโปรเจค รูปที่ ก.4 สร้างโมเดลจาลองกล้ามเนื้อและกระดูกสันหลัง 81 รูปที่ ก.5 ทดสอบวัสดุ เพื่อเลือกหาวัสดุสาหรับการสร้างโมเดลต้นแบบ รูปที่ ก.6 สร้างสายรัดหลังโมเดลต้นแบบ 82 รูปที่ ก.7 ทดสอบสายรัดหลังที่ MTEC ณ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ศูนย์รังสิต 83 ภาคผนวก ข ขั้นตอนการสร้างแบบจาลอง 84 รูปที่ ข.1 นาเข้าไฟล์พาร์จาก .step ไฟล์ และปรับมาตราส่วน รูปที่ ข.2 กาหนดคุณสมบัติวัสดุแบบ Linear Elastic สาหรับกระดูก 85 รูปที่ ข.3 Assign Section ชิน้ งานหลังจากทาการกาหนดคุณสมบัติวัสดุ รูปที่ ข.4 การประกอบชิ้นงานใน Module Assembly 86 รูปที่ ข.5 การปรับหมุนตาแหน่งของชิ้นงาน รูปที่ ข.6 การสร้าง Step โดยเลือกประเภท Static, General 87 รูปที่ ข.7 การกาหนด Contact Property สาหรับการสัมผัสของชิ้นงาน รูปที่ ข.8 การกาหนด Surface-to-Surface Contact ระหว่างชิ้นงาน 88 รูปที่ ข.9 การกาหนด Tie Constraint เพื่อยึดติดชิ้นงาน รูปที่ ข.10 การเชื่อมผิวชิ้นงานกับ Reference Point ด้วยคาสั่ง Coupling 89 รูปที่ ข.11 การกาหนดชิ้นส่วนเป็น Rigid Body รูปที่ ข.12 การกาหนดเงื่อนไขขอบเขต และทิศทางการใส่ภาระงาน 90 รูปที่ ข.13 ทาการแบ่งตาข่าย (Mesh) โดยกาหนดขนาดแบบ Global seed รูปที่ ข.14 การสร้าง Job และทาการ Submit เพื่อเริ่มการวิเคราะห์ 91 ภาคผนวก ค Drawing 92 93 รูปที่ ค.1 Drawing ของสายรัดหยุงหลัง 94 Formatted: Space Before: 12 pt Formatted: Space Before: 24 pt รูปที่ ค.2 Drawing ผ้าปิดถุุงลมด้านใน 95 Formatted: Font: Not Bold, Complex Script Font: Not Bold Formatted: Normal, Left, Space Before: 0 pt Formatted: Font: Not Bold, Complex Script Font: Not Bold Formatted: Normal, Left, Space Before: 0 pt 96 รูปที่ ค.3 Explode view ของสารรัดพยุงหลังด้วยระบบลม 97 Formatted: Space Before: 6 pt Formatted: Space Before: 0 pt, After: 10 pt 98 Formatted: Caption, Centered, Space After: 18 pt รูปที่ ค.4 Drawing ของแถบเวลโคร (ตีนตุ๊กแก) 99 Formatted: Normal, Left Formatted: Font: Not Bold, Complex Script Font: Not Bold 100 Formatted: Font: Not Bold, Complex Script Font: Not Bold รูปที่ ค.5 Drawing ของข้อต่อลมหางปลาDrawing ของผ้าปิดสายลมด้านบน Commented [PT3]: แก้รูปแล้ว Formatted: Space Before: 18 pt 101 Formatted: Normal, Left Formatted: Space After: 0 pt รูปที่ ค.6 Drawing ของข้อต่อลม 3 ทางDrawing ของข้อต่อลมหางปลา 102 Commented [PT4]: แก้รูปแล้ว Formatted: Space Before: 18 pt Formatted: Normal, Left, Space Before: 18 pt Formatted: Space Before: 18 pt Formatted: Caption, Space Before: 18 pt, Don't keep with next 103 Formatted: Left 104 รูปที่ ค.7 Drawing ของสายลม PU ขนาด 8x5x109 มม.Drawing ของข้อต่อลม 3 ทาง Formatted: Normal, Space Before: 0 pt 105 106 Formatted: Caption, Centered, Space Before: 12 pt รูปที่ ค.87 Drawing ของสายลม PU ขนาด 8x5x34 มม.Drawing ของสายลม PU ขนาด 8x5x109 มม. 107 Formatted: Space Before: 18 pt 108 109 รูปที่ ค.98 Drawing ของถุงลมDrawing ของสายลม PU ขนาด 8x5x34 มม. 110 Formatted: Space Before: 18 pt 111 รูปที่ ค.109 Drawing ของแถบเวลโคร (แถบตีนตุ๊กแก)งถุงลม รูปที่ ค.11 Drawing ของแถบเวลโคร (ตีนตุ๊กแก) 112 Formatted: Space Before: 18 pt Formatted: Centered, Space Before: 18 pt 113

Abstract

This research aims to design and develop a personalized back support belt to reduce lower spine load in office workers at risk of back pain due to prolonged sitting, utilizing a pneumatic system to generate adjustable compression that conforms to individual body shapes while ensuring effectiveness, comfort, and safety during use; a finite element model was developed using ABAQUS to analyze the biomechanical behavior of the lumbar spine (L1–L5), intervertebral discs, and back muscles under flexion and extension postures, with the simulation results guiding the prototype design, which was subsequently validated using the PicoPress device to measure pressure distribution and confirm design accuracy; the results demonstrate that the developed belt effectively redistributes pressure, reduces stress at critical regions —particularly L4–L5 —decreases the workload of lower back muscles, and enhances trunk stability and load-bearing capacity, indicating strong potential for practical application in preventing and alleviating back pain.

อ้างอิงผลงานนี้ / Cite this

รหัสโปรเจค

AM-2568-018

ชื่อเรื่อง

การออกแบบสายรัดหลังเฉพาะสรีระบุคคล / Design of Personalized Back Support

ผู้จัดทำ

ภิรญาณ์ ตรีพนากร, สุริยะฉาย พูสุวรรณ, ศุภนันท์ เหลืองวุฒิธรรม

อาจารย์ที่ปรึกษา

รศ.ดร.เพชร เจียรนัยศิลาวงศ์

ปีการศึกษา

2568 (C.E. 2025)

หน่วยงาน

ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและการบิน-อวกาศ (MAE) มจพ.

URL

https://maeconnect.eng.kmutnb.ac.th/projects/cmoi2qvos0075xtyra1temdd2