Materialien, Biomechanik und Ingenieurwesen

Dieser Bereich vereint die ingenieurwissenschaftlichen Grundlagen der Prothetik und Orthetik: die Materialien, aus denen die Hilfsmittel gefertigt werden, die Biomechanik, die deren Interaktion mit dem Körper beim Stehen und Gehen bestimmt, das Management mechanischer Belastungen an der Körper-Hilfsmittel-Schnittstelle sowie die digitalen Design- und Fertigungsmethoden, die die Herstellung zunehmend prägen. Zusammen erklären diese Aspekte, wie eine Prothese oder Orthese so konstruiert wird, dass sie stabil, leicht, komfortabel und funktional an die Bewegung angepasst ist.

Definition

Materialien, Biomechanik und Ingenieurwesen in der Prothetik und Orthetik ist der Wissensbereich, der sich mit den Strukturmaterialien, dem mechanischen Verhalten, der Schnittstellenbelastung sowie den Design- und Herstellungsprozessen befasst, durch die externe Hilfsmittel geschaffen und an die Bewegung einer Person angepasst werden.

Scope

Der Bereich führt den Leser in vier Themen ein: die in der Prothesen- und Orthesenkonstruktion verwendeten Materialien; biomechanische Analysen und Gangmechanik; Lastverteilung und Druckmanagement an der Gliedmaßen-Hilfsmittel-Schnittstelle; sowie computergestütztes Design und 3D-Druck. Er behandelt diese als Referenzkarte des ingenieurwissenschaftlichen Wissens, das dem Hilfsmitteldesign zugrunde liegt, nicht als Fertigungsanleitung oder klinische Verschreibung.

Sub-topics

• Biomechanische Analyse und Gangmechanik
• Computergestütztes Design und 3D-Druck in der Prothetik
• Lastverteilung und Druckmanagement
• Materialien im Prothesen- und Orthesenbau

Core questions

• Welche Materialeigenschaften machen eine prothetische oder orthotische Komponente stark, leicht, langlebig und biokompatibel?
• Wie verändern prothetische und orthotische Hilfsmittel die Mechanik des Stehens und Gehens?
• Wie wird die mechanische Belastung an der Schnittstelle zwischen Hilfsmittel und Körper verteilt, und warum ist das wichtig?
• Wie verändern digitales Design und additive Fertigung die Herstellung von Hilfsmitteln?

Key concepts

• Struktur- und biokompatible Materialien
• Gangzyklus und Ganganalyse
• Schnittstellendruck und Scherkraft
• Energiespeicherung und -rückgabe
• Ausrichtung
• Computergestütztes Design und Fertigung
• Additive Fertigung

Clinical relevance

Das Verständnis der ingenieurwissenschaftlichen Grundlagen von Hilfsmitteln hilft Klinikern und Ingenieuren zu verstehen, warum ein Hilfsmittel so funktioniert, wie es funktioniert, wie Designentscheidungen Komfort und Funktion beeinflussen und wie Evidenz zum Vergleich von Komponenten bewertet werden kann. Dieser Bereich ist deskriptives Referenzmaterial darüber, wie Hilfsmittel konstruiert und bewertet werden; er bietet keine Anleitung zur Hilfsmittelverschreibung oder -herstellung für einzelne Patienten.

Evidence & guidelines

Die Evidenz in diesem Bereich reicht von biomechanischen Primärstudien zu Schnittstellenstress und Gang bis hin zu systematischen Übersichten darüber, wie prothetische Komponenten die Funktion beeinflussen. Eine systematische Übersicht von van der Linde und Kollegen (2004) verdeutlicht die Schwierigkeit, aus heterogenen biomechanischen Studien belastbare Schlussfolgerungen auf Komponentenebene zu ziehen, während ingenieurwissenschaftliche Übersichten die schnelle Einführung der polymerbasierten additiven Fertigung in diesem Bereich verfolgen.

History

Die Prothesen- und Orthesentechnik entwickelte sich im Laufe des 20. Jahrhunderts von handwerklich gefertigten Holz- und Lederkonstruktionen hin zu standardisierten modularen Komponenten und leichten Verbundwerkstoffen. Quantitative Biomechanik sowie instrumentierte Gang- und Schnittstellenmessungen reiften in den 1980er und 1990er Jahren, und digitales Design mit computergestützter Fertigung und, in jüngerer Zeit, additiver Fertigung hat die Art und Weise, wie Hilfsmittel entworfen und hergestellt werden, zunehmend neu gestaltet.

Seminal works

• sanders-1993
• van-der-linde-2004

Frequently asked questions

Was umfasst der Bereich Materialien, Biomechanik und Ingenieurwesen?

Er umfasst die Materialien, aus denen Hilfsmittel gefertigt werden, die Biomechanik, wie Hilfsmittel mit Bewegung interagieren, das Management mechanischer Belastungen an der Körper-Hilfsmittel-Schnittstelle sowie die digitalen Design- und 3D-Druckmethoden, die bei der Herstellung verwendet werden.

Geht es in diesem Bereich darum, wie man ein Hilfsmittel baut oder verschreibt?

Nein. Es ist eine Referenzübersicht des ingenieurwissenschaftlichen Wissens hinter prothetischen und orthotischen Hilfsmitteln, kein Fertigungshandbuch oder eine Grundlage für die klinische Verschreibung.