Matériaux, biomécanique et ingénierie

Ce domaine regroupe les fondements d'ingénierie des prothèses et des orthèses : les matériaux à partir desquels les dispositifs sont construits, la biomécanique qui régit leur interaction avec le corps pendant la station debout et la marche, la gestion de la charge mécanique à l'interface corps-dispositif, ainsi que les méthodes de conception numérique et de fabrication qui façonnent de plus en plus leur production. Ces différents aspects expliquent collectivement comment une prothèse ou une orthèse est conçue pour être solide, légère, confortable et fonctionnellement adaptée au mouvement.

Definition

Les matériaux, la biomécanique et l'ingénierie en prothèses et orthèses constituent le corpus de connaissances concernant les matériaux structurels, le comportement mécanique, la charge à l'interface, ainsi que les processus de conception et de fabrication par lesquels les dispositifs d'assistance externes sont créés et adaptés au mouvement d'une personne.

Scope

Ce domaine oriente le lecteur à travers quatre thèmes : les matériaux utilisés dans la construction prothétique et orthétique ; l'analyse biomécanique et la mécanique de la marche ; la distribution de la charge et la gestion de la pression à l'interface membre-dispositif ; et la conception assistée par ordinateur et l'impression 3D. Il les présente comme une carte de référence des connaissances d'ingénierie sous-jacentes à la conception des dispositifs, et non comme des instructions de fabrication ou des prescriptions cliniques.

Sub-topics

• Analyse biomécanique et mécanique de la marche
• Conception assistée par ordinateur et impression 3D en prothèses
• Répartition de la charge et gestion de la pression
• Matériaux utilisés dans la construction de prothèses et d'orthèses

Core questions

• Quelles propriétés matérielles rendent un composant prothétique ou orthétique solide, léger, durable et biocompatible ?
• Comment les dispositifs prothétiques et orthétiques modifient-ils la mécanique de la station debout et de la marche ?
• Comment la charge mécanique est-elle distribuée à l'interface entre le dispositif et le corps, et pourquoi est-ce important ?
• Comment la conception numérique et la fabrication additive modifient-elles la production des dispositifs ?

Key concepts

• Matériaux structurels et biocompatibles
• Cycle de la marche et analyse de la marche
• Pression et cisaillement à l'interface
• Stockage et restitution d'énergie
• Alignement
• Conception et fabrication assistées par ordinateur
• Fabrication additive

Clinical relevance

Comprendre les fondements d'ingénierie des dispositifs aide les cliniciens et les ingénieurs à raisonner sur les raisons pour lesquelles un dispositif fonctionne comme il le fait, comment les choix de conception affectent le confort et la fonction, et comment évaluer les preuves comparant les composants. Ce domaine est un matériel de référence descriptif sur la manière dont les dispositifs sont conçus et évalués ; il ne fournit pas de prescription de dispositif ni de conseils de fabrication pour des patients individuels.

Evidence & guidelines

Les preuves dans ce domaine vont des études primaires biomécaniques sur le stress à l'interface et la marche aux revues systématiques sur la manière dont les composants prothétiques affectent la fonction. Une revue systématique de van der Linde et collègues (2004) illustre la difficulté de tirer des conclusions solides au niveau des composants à partir d'études biomécaniques hétérogènes, tandis que les revues d'ingénierie suivent l'adoption rapide de la fabrication additive à base de polymères dans le domaine.

History

L'ingénierie prothétique et orthétique est passée de la construction artisanale en bois et cuir à des composants modulaires standardisés et des composites légers au cours du XXe siècle. La biomécanique quantitative et la mesure instrumentée de la marche et de l'interface se sont développées à partir des années 1980 et 1990, et la conception numérique avec la fabrication assistée par ordinateur et, plus récemment, la fabrication additive ont progressivement remodelé la manière dont les dispositifs sont conçus et produits.

Seminal works

• sanders-1993
• van-der-linde-2004

Frequently asked questions

Que couvre le domaine des matériaux, de la biomécanique et de l'ingénierie ?

Il couvre les matériaux à partir desquels les dispositifs sont construits, la biomécanique de l'interaction des dispositifs avec le mouvement, la gestion de la charge mécanique à l'interface corps-dispositif, ainsi que les méthodes de conception numérique et d'impression 3D utilisées dans la fabrication.

Ce domaine concerne-t-il la manière de construire ou de prescrire un dispositif ?

Non. Il s'agit d'un aperçu de référence des connaissances d'ingénierie sous-jacentes aux dispositifs prothétiques et orthétiques, et non d'un manuel de fabrication ou d'une base pour la prescription clinique.