Matériaux utilisés dans la construction de prothèses et d'orthèses

Les dispositifs prothétiques et orthétiques sont fabriqués à partir d'une gamme de matériaux choisis pour équilibrer la résistance, le poids, la rigidité, la durabilité, la formabilité et la compatibilité cutanée. Ils comprennent des thermoplastiques qui peuvent être moulés aux contours du corps, des composites renforcés de fibres tels que la fibre de carbone qui sont solides et légers, des métaux pour les composants structurels et modulaires, ainsi que des polymères souples et des silicones utilisés à l'interface avec la peau. Le choix du matériau détermine la sensation, la performance et la longévité d'un dispositif.

Definition

Les matériaux utilisés dans la construction de prothèses et d'orthèses sont les matériaux structurels, d'interface et biocompatibles, incluant les thermoplastiques, les composites renforcés de fibres, les métaux, ainsi que les polymères souples et les silicones, à partir desquels sont fabriqués les dispositifs d'assistance externes et leurs composants.

Scope

Ce sujet examine les principales classes de matériaux utilisées en prothétique et en orthétique, ainsi que les propriétés qui guident leur sélection. Il traite des matériaux comme un sujet de référence pour la compréhension de la conception des dispositifs et ne constitue ni une procédure de fabrication, ni une approbation de produit, ni une orientation clinique pour le choix d'un dispositif pour un individu.

Core questions

• Quelles classes de matériaux sont utilisées dans les dispositifs prothétiques et orthétiques et pour quels rôles ?
• Quelles propriétés, telles que le rapport résistance/poids, la rigidité, la résistance à la fatigue et la compatibilité cutanée, régissent le choix des matériaux ?
• En quoi les matériaux d'interface diffèrent-ils des matériaux structurels ?
• Comment les compromis entre matériaux sont-ils équilibrés dans la conception des dispositifs ?

Key concepts

• Biocompatibilité
• Thermoplastiques
• Composites renforcés de fibres (fibre de carbone)
• Rapport résistance/poids
• Rigidité et flexibilité
• Fatigue et durabilité
• Matériaux d'interface (silicone, mousses, gels)

Mechanisms

La sélection des matériaux est guidée par les exigences fonctionnelles de chaque partie d'un dispositif. Les composants structurels doivent supporter des charges répétées du poids corporel sans défaillance, ce qui favorise les matériaux à rapport résistance/poids élevé tels que les composites à base de fibre de carbone, le titane et les alliages d'aluminium. Les thermoplastiques ramollissent lorsqu'ils sont chauffés et peuvent être formés sous vide sur un moulage ou un modèle, permettant une mise en forme personnalisée des emboîtures et des orthèses. Les matériaux d'interface cutanée, tels que les silicones, les gels et les mousses, sont choisis pour leur conformabilité et leur compatibilité cutanée afin d'amortir et de répartir la charge. La biocompatibilité, la résistance à la fatigue et la manière dont la rigidité est distribuée à travers une structure déterminent collectivement le confort, la performance et la durée de vie utile.

Clinical relevance

La connaissance des propriétés et des compromis des matériaux des dispositifs aide les cliniciens et les ingénieurs à comprendre pourquoi un dispositif est confortable ou durable et comment les choix de matériaux sont liés à la fonction. Cette entrée est un matériel de référence descriptif sur les matériaux et leurs propriétés ; elle ne recommande pas de produits spécifiques ni ne guide la sélection de dispositifs pour des patients individuels.

Evidence & guidelines

Une grande partie des preuves disponibles consiste en des études d'ingénierie et de matériaux, ainsi que des revues narratives, plutôt qu'en des essais cliniques. Les revues sur les matériaux à base de polymères et fabriqués par fabrication additive décrivent comment le domaine évolue vers des polymères et des composites plus légers et plus personnalisables, tandis que les revues systématiques des composants prothétiques notent que lier les choix de matériaux ou de composants aux résultats fonctionnels est méthodologiquement difficile.

History

Les premières prothèses et orthèses étaient principalement fabriquées à partir de bois, de cuir et de métal. L'introduction des plastiques et des thermoplastiques au milieu du XXe siècle a permis la création de dispositifs plus légers et moulables, et l'adoption ultérieure des composites à base de fibre de carbone a apporté une résistance élevée pour un faible poids, rendant possibles des composants dynamiques tels que les pieds prothétiques à restitution d'énergie. Les silicones et gels souples pour l'interface avec le membre et, plus récemment, les polymères adaptés à la fabrication additive ont continué d'élargir la palette de matériaux.

Seminal works

• bowker-michael-1992
• sakib-2023

Frequently asked questions

Pourquoi la fibre de carbone est-elle courante en prothétique ?

Les composites à base de fibre de carbone offrent un rapport résistance/poids élevé et peuvent stocker et restituer l'énergie élastique, ce qui les rend utiles pour les composants structurels et pour les dispositifs dynamiques tels que les pieds prothétiques à restitution d'énergie.

Pourquoi les thermoplastiques sont-ils utilisés pour les emboîtures et les orthèses ?

Les thermoplastiques ramollissent lorsqu'ils sont chauffés et peuvent être moulés sur un modèle du corps, permettant une forme ajustée sur mesure, et ils peuvent être réchauffés et ajustés, ce qui convient à l'ajustement itératif des emboîtures et des orthèses.