วัสดุ ชีวกลศาสตร์ และวิศวกรรม
สาขานี้รวบรวมพื้นฐานทางวิศวกรรมของการประดิษฐ์แขนขาเทียมและกายอุปกรณ์: วัสดุที่ใช้ในการสร้างอุปกรณ์, ชีวกลศาสตร์ที่ควบคุมการทำงานร่วมกันระหว่างอุปกรณ์กับร่างกายในระหว่างการยืนและการเดิน, การจัดการภาระทางกลที่ส่วนเชื่อมต่อระหว่างร่างกายกับอุปกรณ์, และวิธีการออกแบบและการผลิตแบบดิจิทัลที่มีอิทธิพลต่อการสร้างอุปกรณ์มากขึ้นเรื่อยๆ องค์ประกอบเหล่านี้ร่วมกันอธิบายว่าแขนขาเทียมหรือกายอุปกรณ์ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างไรเพื่อให้มีความแข็งแรง น้ำหนักเบา สวมใส่สบาย และทำงานสอดคล้องกับการเคลื่อนไหว
Definition
วัสดุ ชีวกลศาสตร์ และวิศวกรรมในการประดิษฐ์แขนขาเทียมและกายอุปกรณ์ คือองค์ความรู้ที่เกี่ยวข้องกับวัสดุโครงสร้าง พฤติกรรมทางกล การรับภาระที่ส่วนเชื่อมต่อ และกระบวนการออกแบบและการผลิต ซึ่งอุปกรณ์ช่วยเหลือภายนอกถูกสร้างขึ้นและปรับให้เข้ากับการเคลื่อนไหวของบุคคล
Scope
สาขานี้จะนำผู้อ่านไปสู่สี่หัวข้อหลัก: วัสดุที่ใช้ในการสร้างแขนขาเทียมและกายอุปกรณ์; การวิเคราะห์ทางชีวกลศาสตร์และกลไกการเดิน; การกระจายแรงกดและการจัดการแรงดันที่ส่วนเชื่อมต่อระหว่างอวัยวะกับอุปกรณ์; และการออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยและการพิมพ์ 3 มิติ โดยถือว่าสิ่งเหล่านี้เป็นแผนที่อ้างอิงของความรู้ทางวิศวกรรมที่เป็นพื้นฐานของการออกแบบอุปกรณ์ ไม่ใช่คำแนะนำในการประดิษฐ์หรือการสั่งจ่ายทางคลินิก
Sub-topics
Core questions
- คุณสมบัติของวัสดุใดที่ทำให้ส่วนประกอบของแขนขาเทียมหรือกายอุปกรณ์มีความแข็งแรง น้ำหนักเบา ทนทาน และเข้ากันได้ทางชีวภาพ?
- อุปกรณ์แขนขาเทียมและกายอุปกรณ์เปลี่ยนแปลงกลไกการยืนและการเดินอย่างไร?
- ภาระทางกลกระจายตัวอย่างไรที่ส่วนเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์กับร่างกาย และเหตุใดจึงมีความสำคัญ?
- การออกแบบดิจิทัลและการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุเปลี่ยนแปลงวิธีการผลิตอุปกรณ์อย่างไร?
Key concepts
- วัสดุโครงสร้างและวัสดุที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ
- วงจรการเดินและการวิเคราะห์การเดิน
- แรงดันและแรงเฉือนที่ส่วนเชื่อมต่อ
- การเก็บและคืนพลังงาน
- การจัดแนว
- การออกแบบและการผลิตโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย
- การผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ
Clinical relevance
การทำความเข้าใจพื้นฐานทางวิศวกรรมของอุปกรณ์ช่วยให้แพทย์และวิศวกรสามารถให้เหตุผลได้ว่าเหตุใดอุปกรณ์จึงทำงานได้ตามที่เป็นอยู่ ทางเลือกในการออกแบบส่งผลต่อความสบายและการทำงานอย่างไร และจะประเมินหลักฐานที่เปรียบเทียบส่วนประกอบต่างๆ ได้อย่างไร สาขานี้เป็นข้อมูลอ้างอิงเชิงพรรณนาเกี่ยวกับวิธีการออกแบบและประเมินอุปกรณ์; ไม่ได้ให้คำแนะนำในการสั่งจ่ายอุปกรณ์หรือการประดิษฐ์สำหรับผู้ป่วยแต่ละราย
Evidence & guidelines
หลักฐานในสาขานี้มีตั้งแต่การศึกษาเบื้องต้นทางชีวกลศาสตร์เกี่ยวกับความเค้นที่ส่วนเชื่อมต่อและการเดิน ไปจนถึงการทบทวนอย่างเป็นระบบว่าส่วนประกอบของแขนขาเทียมส่งผลต่อการทำงานอย่างไร การทบทวนอย่างเป็นระบบโดย van der Linde และคณะ (2004) แสดงให้เห็นถึงความยากลำบากในการสรุปผลที่ชัดเจนในระดับส่วนประกอบจากการศึกษาทางชีวกลศาสตร์ที่หลากหลาย ในขณะที่การทบทวนทางวิศวกรรมติดตามการนำการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุที่ใช้พอลิเมอร์มาใช้ในสาขานี้อย่างรวดเร็ว
History
วิศวกรรมแขนขาเทียมและกายอุปกรณ์ได้เปลี่ยนจากการสร้างด้วยไม้และหนังแบบงานฝีมือไปสู่ส่วนประกอบแบบโมดูลาร์ที่เป็นมาตรฐานและวัสดุผสมน้ำหนักเบาตลอดศตวรรษที่ยี่สิบ ชีวกลศาสตร์เชิงปริมาณและการวัดการเดินและส่วนเชื่อมต่อด้วยเครื่องมือได้พัฒนาขึ้นตั้งแต่ทศวรรษ 1980 และ 1990 และการออกแบบดิจิทัลด้วยการผลิตโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย และล่าสุดคือการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ ได้ปรับเปลี่ยนวิธีการออกแบบและผลิตอุปกรณ์อย่างต่อเนื่อง
Related topics
Seminal works
- sanders-1993
- van-der-linde-2004
Frequently asked questions
- สาขาวัสดุ ชีวกลศาสตร์ และวิศวกรรมครอบคลุมอะไรบ้าง?
- ครอบคลุมวัสดุที่ใช้อุปกรณ์สร้างขึ้น, ชีวกลศาสตร์ของการทำงานร่วมกันระหว่างอุปกรณ์กับการเคลื่อนไหว, การจัดการภาระทางกลที่ส่วนเชื่อมต่อระหว่างร่างกายกับอุปกรณ์, และวิธีการออกแบบดิจิทัลและการพิมพ์ 3 มิติที่ใช้ในการประดิษฐ์
- สาขานี้เกี่ยวกับการสร้างหรือการสั่งจ่ายอุปกรณ์หรือไม่?
- ไม่ สาขานี้เป็นภาพรวมอ้างอิงของความรู้ทางวิศวกรรมเบื้องหลังอุปกรณ์แขนขาเทียมและกายอุปกรณ์ ไม่ใช่คู่มือการประดิษฐ์หรือพื้นฐานสำหรับการสั่งจ่ายทางคลินิก