कृत्रिम अंग और ऑर्थोटिक निर्माण में प्रयुक्त सामग्री

कृत्रिम अंग और ऑर्थोटिक उपकरण विभिन्न प्रकार की सामग्रियों से बनाए जाते हैं, जिन्हें शक्ति, वजन, कठोरता, स्थायित्व, निर्माण क्षमता और त्वचा अनुकूलता के बीच संतुलन बनाने के लिए चुना जाता है। इनमें थर्मोप्लास्टिक्स शामिल हैं जिन्हें शरीर के आकार के अनुसार ढाला जा सकता है, फाइबर-प्रबलित कंपोजिट जैसे कार्बन फाइबर जो मजबूत और हल्के होते हैं, संरचनात्मक और मॉड्यूलर घटकों के लिए धातुएं, और त्वचा के साथ इंटरफेस पर उपयोग किए जाने वाले नरम पॉलिमर और सिलिकॉन। सामग्री का चुनाव यह निर्धारित करता है कि उपकरण कैसा महसूस होता है, कैसा प्रदर्शन करता है और कितना टिकाऊ होता है।

Definition

कृत्रिम अंग और ऑर्थोटिक निर्माण में प्रयुक्त सामग्री वे संरचनात्मक, इंटरफेस और जैव-संगत सामग्री हैं, जिनमें थर्मोप्लास्टिक्स, फाइबर-प्रबलित कंपोजिट, धातुएं, और नरम पॉलिमर और सिलिकॉन शामिल हैं, जिनसे बाहरी सहायक उपकरण और उनके घटक निर्मित होते हैं।

Scope

यह विषय कृत्रिम अंग और ऑर्थोटिक्स में उपयोग की जाने वाली प्रमुख सामग्री वर्गों और उनके चयन को प्रेरित करने वाले गुणों का सर्वेक्षण करता है। यह सामग्री को उपकरण डिजाइन को समझने के लिए एक संदर्भ विषय के रूप में मानता है और यह कोई निर्माण प्रक्रिया, उत्पाद समर्थन, या किसी व्यक्ति के लिए उपकरण चुनने पर नैदानिक मार्गदर्शन नहीं है।

Core questions

• कृत्रिम अंग और ऑर्थोटिक उपकरणों में कौन से सामग्री वर्ग और किन भूमिकाओं के लिए उपयोग किए जाते हैं?
• कौन से गुण, जैसे शक्ति-से-वजन अनुपात, कठोरता, थकान प्रतिरोध और त्वचा अनुकूलता, सामग्री के चुनाव को नियंत्रित करते हैं?
• इंटरफेस सामग्री संरचनात्मक सामग्री से कैसे भिन्न होती है?
• उपकरण डिजाइन में सामग्री के व्यापार-बंदों को कैसे संतुलित किया जाता है?

Key concepts

• जैव-संगतता (Biocompatibility)
• थर्मोप्लास्टिक्स (Thermoplastics)
• फाइबर-प्रबलित कंपोजिट (कार्बन फाइबर) (Fibre-reinforced composites (carbon fibre))
• शक्ति-से-वजन अनुपात (Strength-to-weight ratio)
• कठोरता और लचीलापन (Stiffness and flexibility)
• थकान और स्थायित्व (Fatigue and durability)
• इंटरफेस सामग्री (सिलिकॉन, फोम, जैल) (Interface materials (silicone, foams, gels))

Mechanisms

सामग्री का चयन उपकरण के प्रत्येक भाग की कार्यात्मक मांगों के अनुसार होता है। संरचनात्मक घटकों को बिना विफल हुए बार-बार शरीर के वजन के भार को वहन करना चाहिए, जिसके लिए उच्च शक्ति-से-वजन अनुपात वाली सामग्री जैसे कार्बन-फाइबर कंपोजिट, टाइटेनियम और एल्यूमीनियम मिश्र धातु उपयुक्त होती हैं। थर्मोप्लास्टिक्स गर्म होने पर नरम हो जाते हैं और उन्हें एक सांचे या मॉडल पर वैक्यूम-फॉर्म किया जा सकता है, जिससे सॉकेट और ऑर्थोसिस को कस्टम आकार दिया जा सकता है। त्वचा इंटरफेस पर उपयोग की जाने वाली सामग्री, जैसे सिलिकॉन, जैल और फोम, को अनुकूल और त्वचा-संगत होने के लिए चुना जाता है ताकि वे कुशन प्रदान कर सकें और भार वितरित कर सकें। जैव-संगतता, थकान प्रतिरोध और एक संरचना में कठोरता का वितरण एक साथ आराम, प्रदर्शन और सेवा जीवन को निर्धारित करता है।

Clinical relevance

उपकरण सामग्री के गुणों और व्यापार-बंदों को जानने से चिकित्सकों और इंजीनियरों को यह समझने में मदद मिलती है कि कोई उपकरण आरामदायक या टिकाऊ क्यों है और सामग्री के विकल्प कार्य से कैसे संबंधित हैं। यह प्रविष्टि सामग्री और उनके गुणों के बारे में वर्णनात्मक संदर्भ सामग्री है; यह विशिष्ट उत्पादों की सिफारिश नहीं करती है या व्यक्तिगत रोगियों के लिए उपकरण चयन का मार्गदर्शन नहीं करती है।

Evidence & guidelines

साक्ष्य आधार का अधिकांश भाग नैदानिक परीक्षणों के बजाय इंजीनियरिंग और सामग्री अध्ययन और कथात्मक समीक्षाओं से बना है। पॉलिमर-आधारित और योगात्मक रूप से निर्मित सामग्रियों की समीक्षाएं बताती हैं कि यह क्षेत्र हल्के, अधिक अनुकूलन योग्य पॉलिमर और कंपोजिट की ओर कैसे बढ़ रहा है, जबकि कृत्रिम अंग घटकों की व्यवस्थित समीक्षाएं बताती हैं कि सामग्री या घटक विकल्पों को कार्यात्मक परिणामों से जोड़ना पद्धतिगत रूप से चुनौतीपूर्ण है।

History

प्रारंभिक कृत्रिम अंग और ऑर्थोसिस मुख्य रूप से लकड़ी, चमड़े और धातु से बने होते थे। बीसवीं सदी के मध्य में प्लास्टिक और थर्मोप्लास्टिक्स की शुरुआत ने हल्के, ढाले जा सकने वाले उपकरणों की अनुमति दी, और बाद में कार्बन-फाइबर कंपोजिट को अपनाने से कम वजन पर उच्च शक्ति मिली, जिससे ऊर्जा-भंडारण वाले पैरों जैसे गतिशील घटकों को सक्षम किया गया। अंग इंटरफेस के लिए नरम सिलिकॉन और जैल और, हाल ही में, योगात्मक निर्माण के लिए अनुकूलित पॉलिमर ने सामग्री पैलेट का विस्तार करना जारी रखा है।

Seminal works

• bowker-michael-1992
• sakib-2023

Frequently asked questions

कृत्रिम अंगों में कार्बन फाइबर सामान्य क्यों है?

कार्बन-फाइबर कंपोजिट उच्च शक्ति-से-वजन अनुपात प्रदान करते हैं और लोचदार ऊर्जा को संग्रहीत और वापस कर सकते हैं, जो उन्हें संरचनात्मक घटकों और ऊर्जा-भंडारण वाले कृत्रिम पैरों जैसे गतिशील उपकरणों के लिए उपयोगी बनाता है।

सॉकेट और ऑर्थोसिस के लिए थर्मोप्लास्टिक्स का उपयोग क्यों किया जाता है?

थर्मोप्लास्टिक्स गर्म होने पर नरम हो जाते हैं और शरीर के मॉडल पर ढाले जा सकते हैं, जिससे एक कस्टम-फिट आकार मिलता है, और उन्हें फिर से गर्म करके समायोजित किया जा सकता है, जो सॉकेट और ऑर्थोसिस की पुनरावृत्तीय फिटिंग के लिए उपयुक्त है।