Materialien im Prothesen- und Orthesenbau

Prothetische und orthetische Hilfsmittel werden aus einer Reihe von Materialien gefertigt, die so ausgewählt werden, dass sie ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Gewicht, Steifigkeit, Haltbarkeit, Formbarkeit und Hautverträglichkeit bieten. Dazu gehören Thermoplaste, die an die Körperkonturen angepasst werden können, faserverstärkte Verbundwerkstoffe wie Kohlefaser, die stark und leicht sind, Metalle für strukturelle und modulare Komponenten sowie weiche Polymere und Silikone, die an der Schnittstelle zur Haut verwendet werden. Die Materialwahl bestimmt, wie sich ein Hilfsmittel anfühlt, funktioniert und wie lange es hält.

Definition

Materialien, die im Prothesen- und Orthesenbau verwendet werden, sind die strukturellen, Grenzflächen- und biokompatiblen Materialien, einschließlich Thermoplaste, faserverstärkte Verbundwerkstoffe, Metalle sowie weiche Polymere und Silikone, aus denen externe Hilfsmittel und deren Komponenten hergestellt werden.

Scope

Dieses Thema gibt einen Überblick über die wichtigsten Materialklassen, die in der Prothetik und Orthetik verwendet werden, und die Eigenschaften, die ihre Auswahl bestimmen. Es behandelt Materialien als Referenzthema zum Verständnis des Gerätedesigns und ist keine Fertigungsanleitung, Produktempfehlung oder klinische Richtlinie zur Auswahl eines Geräts für eine Einzelperson.

Core questions

• Welche Materialklassen werden in prothetischen und orthetischen Hilfsmitteln verwendet und für welche Aufgaben?
• Welche Eigenschaften, wie Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, Steifigkeit, Ermüdungsbeständigkeit und Hautverträglichkeit, bestimmen die Materialwahl?
• Wie unterscheiden sich Grenzflächenmaterialien von Strukturmaterialien?
• Wie werden Materialkompromisse im Gerätedesign ausgeglichen?

Key concepts

• Biokompatibilität
• Thermoplaste
• Faserverstärkte Verbundwerkstoffe (Kohlefaser)
• Festigkeits-Gewichts-Verhältnis
• Steifigkeit und Flexibilität
• Ermüdung und Haltbarkeit
• Grenzflächenmaterialien (Silikon, Schäume, Gele)

Mechanisms

Die Materialauswahl richtet sich nach den funktionalen Anforderungen jedes Teils eines Hilfsmittels. Strukturelle Komponenten müssen wiederholten Belastungen durch das Körpergewicht standhalten, ohne zu versagen, was Materialien mit einem hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnis wie Kohlefaserverbundwerkstoffe, Titan- und Aluminiumlegierungen begünstigt. Thermoplaste erweichen beim Erhitzen und können über einen Gipsabdruck oder ein Modell vakuumgeformt werden, was eine individuelle Anpassung von Schäften und Orthesen ermöglicht. Materialien an der Hautschnittstelle, wie Silikone, Gele und Schäume, werden so gewählt, dass sie nachgiebig und hautverträglich sind, um Druck zu dämpfen und zu verteilen. Biokompatibilität, Ermüdungsbeständigkeit und die Verteilung der Steifigkeit über eine Struktur bestimmen zusammen Komfort, Leistung und Lebensdauer.

Clinical relevance

Die Kenntnis der Eigenschaften und Kompromisse von Gerätematerialien hilft Klinikern und Ingenieuren zu verstehen, warum ein Gerät bequem oder langlebig ist und wie Materialentscheidungen mit der Funktion zusammenhängen. Dieser Eintrag ist beschreibendes Referenzmaterial über Materialien und ihre Eigenschaften; er empfiehlt keine spezifischen Produkte oder leitet die Geräteauswahl für einzelne Patienten an.

Evidence & guidelines

Ein Großteil der Evidenzbasis besteht aus ingenieurwissenschaftlichen und materialwissenschaftlichen Studien sowie narrativen Übersichten und weniger aus klinischen Studien. Übersichten über polymerbasierte und additiv gefertigte Materialien beschreiben, wie sich das Feld hin zu leichteren, anpassbareren Polymeren und Verbundwerkstoffen verschiebt, während systematische Übersichten über prothetische Komponenten feststellen, dass die Verknüpfung von Material- oder Komponentenwahl mit funktionellen Ergebnissen methodisch anspruchsvoll ist.

History

Frühe Prothesen und Orthesen wurden größtenteils aus Holz, Leder und Metall gefertigt. Die Einführung von Kunststoffen und Thermoplasten Mitte des 20. Jahrhunderts ermöglichte leichtere, formbare Geräte, und die spätere Einführung von Kohlefaserverbundwerkstoffen brachte eine hohe Festigkeit bei geringem Gewicht, was dynamische Komponenten wie energiespeichernde Füße ermöglichte. Weiche Silikone und Gele für die Gliedmaßen-Schnittstelle und, in jüngerer Zeit, Polymere, die für die additive Fertigung maßgeschneidert sind, haben die Materialpalette weiter erweitert.

Seminal works

• bowker-michael-1992
• sakib-2023

Frequently asked questions

Warum ist Kohlefaser in der Prothetik verbreitet?

Kohlefaserverbundwerkstoffe bieten ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und können elastische Energie speichern und zurückgeben, was sie für strukturelle Komponenten und für dynamische Geräte wie energiespeichernde Prothesenfüße nützlich macht.

Warum werden Thermoplaste für Schäfte und Orthesen verwendet?

Thermoplaste erweichen beim Erhitzen und können über ein Körpermodell geformt werden, was eine individuell angepasste Form ermöglicht, und sie können wiedererhitzt und angepasst werden, was für die iterative Anpassung von Schäften und Orthesen geeignet ist.