المواد المستخدمة في بناء الأطراف الاصطناعية والجبائر التقويمية

تُصنع الأجهزة الاصطناعية والجبائر التقويمية من مجموعة من المواد التي تُختار لتحقيق التوازن بين القوة، والوزن، والصلابة، والمتانة، وقابلية التشكيل، والتوافق مع الجلد. وتشمل هذه المواد اللدائن الحرارية (thermoplastics) التي يمكن تشكيلها لتناسب انحناءات الجسم، والمواد المركبة المقواة بالألياف مثل ألياف الكربون التي تتميز بالقوة والخفة، والمعادن للمكونات الهيكلية والوحدات النمطية، والبوليمرات اللينة والسيليكون المستخدمة عند الواجهة مع الجلد. يؤثر اختيار المادة على شعور الجهاز وأدائه وعمره الافتراضي.

Definition

المواد المستخدمة في بناء الأطراف الاصطناعية والجبائر التقويمية هي المواد الهيكلية، ومواد الواجهة، والمواد المتوافقة حيوياً، بما في ذلك اللدائن الحرارية، والمواد المركبة المقواة بالألياف، والمعادن، والبوليمرات اللينة والسيليكون، التي تُصنع منها الأجهزة المساعدة الخارجية ومكوناتها.

Scope

يستعرض هذا الموضوع الفئات الرئيسية للمواد المستخدمة في الأطراف الاصطناعية والجبائر التقويمية والخصائص التي تحرك اختيارها. ويتناول المواد كموضوع مرجعي لفهم تصميم الأجهزة وليس كإجراء تصنيع، أو تأييد لمنتج، أو إرشادات سريرية لاختيار جهاز لفرد معين.

Core questions

• ما هي فئات المواد المستخدمة في الأجهزة الاصطناعية والجبائر التقويمية وما هي أدوارها؟
• ما هي الخصائص، مثل نسبة القوة إلى الوزن، والصلابة، ومقاومة التعب، والتوافق مع الجلد، التي تحكم اختيار المواد؟
• كيف تختلف مواد الواجهة عن المواد الهيكلية؟
• كيف يتم تحقيق التوازن بين مقايضات المواد في تصميم الجهاز؟

Key concepts

• التوافق الحيوي
• اللدائن الحرارية
• المواد المركبة المقواة بالألياف (ألياف الكربون)
• نسبة القوة إلى الوزن
• الصلابة والمرونة
• التعب والمتانة
• مواد الواجهة (السيليكون، الرغاوي، المواد الهلامية)

Mechanisms

يتبع اختيار المواد المتطلبات الوظيفية لكل جزء من الجهاز. يجب أن تتحمل المكونات الهيكلية أحمال وزن الجسم المتكررة دون أن تفشل، مما يفضل المواد ذات نسبة القوة إلى الوزن العالية مثل مركبات ألياف الكربون، وسبائك التيتانيوم والألومنيوم. تلين اللدائن الحرارية عند تسخينها ويمكن تشكيلها بالشفط فوق قالب أو نموذج، مما يسمح بتشكيل مخصص للمقابس والجبائر. تُختار المواد عند واجهة الجلد، مثل السيليكون، والمواد الهلامية (gels)، والرغاوي (foams)، لتكون مرنة ومتوافقة مع الجلد بحيث توفر التوسيد وتوزع الحمل. يحدد التوافق الحيوي، ومقاومة التعب، وطريقة توزيع الصلابة عبر الهيكل معًا الراحة والأداء والعمر الافتراضي للخدمة.

Clinical relevance

يساعد معرفة خصائص مواد الأجهزة ومقايضاتها الأطباء والمهندسين على فهم سبب راحة أو متانة الجهاز وكيف ترتبط خيارات المواد بالوظيفة. هذا المدخل هو مادة مرجعية وصفية حول المواد وخصائصها؛ ولا يوصي بمنتجات محددة أو يوجه اختيار الجهاز للمرضى الأفراد.

Evidence & guidelines

يتكون جزء كبير من قاعدة الأدلة من دراسات هندسية ومواد ومراجعات سردية بدلاً من التجارب السريرية. تصف مراجعات المواد القائمة على البوليمرات والمصنعة إضافيًا كيف يتجه المجال نحو بوليمرات ومركبات أخف وأكثر قابلية للتخصيص، بينما تشير المراجعات المنهجية لمكونات الأطراف الاصطناعية إلى أن ربط خيارات المواد أو المكونات بالنتائج الوظيفية يمثل تحديًا منهجيًا.

History

صُنعت الأطراف الاصطناعية والجبائر التقويمية المبكرة إلى حد كبير من الخشب والجلد والمعادن. سمح إدخال البلاستيك واللدائن الحرارية في منتصف القرن العشرين بأجهزة أخف وزناً وقابلة للتشكيل، وجلب التبني اللاحق لمركبات ألياف الكربون قوة عالية بوزن منخفض، مما مكن من تطوير مكونات ديناميكية مثل الأقدام التي تخزن الطاقة. استمرت السيليكونات والمواد الهلامية اللينة لواجهة الأطراف، ومؤخراً البوليمرات المصممة خصيصاً للتصنيع الإضافي، في توسيع لوحة المواد المتاحة.

Seminal works

• bowker-michael-1992
• sakib-2023

Frequently asked questions

لماذا تُستخدم ألياف الكربون بشكل شائع في الأطراف الاصطناعية؟

توفر مركبات ألياف الكربون نسبة عالية من القوة إلى الوزن ويمكنها تخزين وإعادة الطاقة المرنة، مما يجعلها مفيدة للمكونات الهيكلية وللأجهزة الديناميكية مثل الأقدام الاصطناعية التي تخزن الطاقة.

لماذا تُستخدم اللدائن الحرارية للمقابس والجبائر التقويمية؟

تلين اللدائن الحرارية عند تسخينها ويمكن تشكيلها فوق نموذج للجسم، مما يسمح بشكل مخصص وملائم، ويمكن إعادة تسخينها وتعديلها، وهو ما يناسب عملية التعديل المتكرر للمقابس والجبائر التقويمية.