Материалы, биомеханика и инженерия
Эта область объединяет инженерные основы протезирования и ортезирования: материалы, из которых изготавливаются устройства, биомеханику, определяющую их взаимодействие с телом во время стояния и ходьбы, управление механической нагрузкой на границе раздела тело-устройство, а также методы цифрового проектирования и производства, которые все больше влияют на изготовление. В совокупности эти аспекты объясняют, как протез или ортез проектируется таким образом, чтобы быть прочным, легким, удобным и функционально соответствующим движению.
Definition
Материалы, биомеханика и инженерия в протезировании и ортезировании — это совокупность знаний, касающихся конструкционных материалов, механического поведения, нагрузок на интерфейс, а также процессов проектирования и производства, посредством которых создаются внешние вспомогательные устройства и подбираются в соответствии с движением человека.
Scope
Эта область ориентирует читателя по четырем темам: материалы, используемые в протезировании и ортезировании; биомеханический анализ и механика походки; распределение нагрузки и управление давлением на границе раздела конечность-устройство; а также автоматизированное проектирование и 3D-печать. Она рассматривает их как справочную карту инженерных знаний, лежащих в основе проектирования устройств, а не как инструкции по изготовлению или клинические предписания.
Sub-topics
Core questions
- Какие свойства материалов делают протезный или ортопедический компонент прочным, легким, долговечным и биосовместимым?
- Как протезные и ортопедические устройства изменяют механику стояния и ходьбы?
- Как распределяется механическая нагрузка на границе раздела между устройством и телом, и почему это важно?
- Как цифровое проектирование и аддитивное производство изменяют способы изготовления устройств?
Key concepts
- Конструкционные и биосовместимые материалы
- Цикл походки и анализ походки
- Давление и сдвиг на интерфейсе
- Накопление и возврат энергии
- Выравнивание
- Автоматизированное проектирование и производство
- Аддитивное производство
Clinical relevance
Понимание инженерных основ устройств помогает клиницистам и инженерам рассуждать о том, почему устройство работает так, как оно работает, как выбор дизайна влияет на комфорт и функцию, и как оценивать доказательства, сравнивающие компоненты. Эта область представляет собой описательный справочный материал о том, как устройства проектируются и оцениваются; она не предоставляет рекомендаций по назначению или изготовлению устройств для отдельных пациентов.
Evidence & guidelines
Доказательства в этой области варьируются от первичных биомеханических исследований стресса на интерфейсе и походки до систематических обзоров того, как протезные компоненты влияют на функцию. Систематический обзор ван дер Линде и коллег (2004) иллюстрирует трудность получения убедительных выводов на уровне компонентов из гетерогенных биомеханических исследований, в то время как инженерные обзоры отслеживают быстрое внедрение аддитивного производства на основе полимеров в этой области.
History
Инженерия протезирования и ортезирования перешла от кустарного производства из дерева и кожи к стандартизированным модульным компонентам и легким композитам в течение двадцатого века. Количественная биомеханика и инструментальные измерения походки и интерфейса развивались с 1980-х и 1990-х годов, а цифровое проектирование с использованием автоматизированного производства и, в последнее время, аддитивного производства постепенно изменило способы проектирования и изготовления устройств.
Related topics
Seminal works
- sanders-1993
- van-der-linde-2004
Frequently asked questions
- Что охватывает область материалов, биомеханики и инженерии?
- Она охватывает материалы, из которых изготавливаются устройства, биомеханику взаимодействия устройств с движением, управление механической нагрузкой на границе раздела тело-устройство, а также методы цифрового проектирования и 3D-печати, используемые при изготовлении.
- Эта область посвящена тому, как создавать или назначать устройство?
- Нет. Это справочный обзор инженерных знаний, лежащих в основе протезных и ортопедических устройств, а не руководство по изготовлению или основа для клинического назначения.