Vật liệu được sử dụng trong chế tạo bộ phận giả và chỉnh hình

Các thiết bị chỉnh hình và bộ phận giả được chế tạo từ nhiều loại vật liệu được lựa chọn để cân bằng giữa độ bền, trọng lượng, độ cứng, độ bền, khả năng tạo hình và khả năng tương thích với da. Chúng bao gồm nhựa nhiệt dẻo có thể đúc theo đường nét cơ thể, vật liệu tổng hợp gia cố sợi như sợi carbon có độ bền và trọng lượng nhẹ, kim loại cho các thành phần cấu trúc và mô-đun, và polyme mềm và silicone được sử dụng ở giao diện với da. Việc lựa chọn vật liệu định hình cảm giác, hiệu suất và độ bền của thiết bị.

Definition

Vật liệu được sử dụng trong chế tạo bộ phận giả và chỉnh hình là các vật liệu cấu trúc, giao diện và tương thích sinh học, bao gồm nhựa nhiệt dẻo, vật liệu tổng hợp gia cố sợi, kim loại, và polyme mềm và silicone, từ đó các thiết bị hỗ trợ bên ngoài và các thành phần của chúng được chế tạo.

Scope

Chủ đề này khảo sát các loại vật liệu chính được sử dụng trong bộ phận giả và chỉnh hình cũng như các đặc tính thúc đẩy việc lựa chọn chúng. Nó coi vật liệu là một chủ đề tham khảo để hiểu thiết kế thiết bị và không phải là quy trình chế tạo, sự chứng thực sản phẩm hoặc hướng dẫn lâm sàng về việc lựa chọn thiết bị cho một cá nhân.

Core questions

• Những loại vật liệu nào được sử dụng trong các thiết bị chỉnh hình và bộ phận giả và cho những vai trò nào?
• Những đặc tính nào, chẳng hạn như tỷ lệ độ bền trên trọng lượng, độ cứng, khả năng chống mỏi và khả năng tương thích với da, chi phối việc lựa chọn vật liệu?
• Vật liệu giao diện khác với vật liệu cấu trúc như thế nào?
• Sự đánh đổi vật liệu được cân bằng như thế nào trong thiết kế thiết bị?

Key concepts

• Khả năng tương thích sinh học
• Nhựa nhiệt dẻo
• Vật liệu tổng hợp gia cố sợi (sợi carbon)
• Tỷ lệ độ bền trên trọng lượng
• Độ cứng và độ linh hoạt
• Mỏi và độ bền
• Vật liệu giao diện (silicone, bọt, gel)

Mechanisms

Việc lựa chọn vật liệu tuân theo các yêu cầu chức năng của từng bộ phận của thiết bị. Các thành phần cấu trúc phải chịu tải trọng cơ thể lặp đi lặp lại mà không bị hỏng, điều này ưu tiên các vật liệu có tỷ lệ độ bền trên trọng lượng cao như vật liệu tổng hợp sợi carbon, hợp kim titan và nhôm. Nhựa nhiệt dẻo mềm ra khi được nung nóng và có thể được tạo hình chân không trên khuôn hoặc mô hình, cho phép tạo hình tùy chỉnh các ổ cắm và chỉnh hình. Các vật liệu ở giao diện da, chẳng hạn như silicone, gel và bọt, được chọn để có độ đàn hồi và tương thích với da để chúng đệm và phân phối tải trọng. Khả năng tương thích sinh học, khả năng chống mỏi và cách độ cứng được phân bổ trên một cấu trúc cùng nhau xác định sự thoải mái, hiệu suất và tuổi thọ sử dụng.

Clinical relevance

Việc nắm rõ các đặc tính và sự đánh đổi của vật liệu thiết bị giúp các bác sĩ lâm sàng và kỹ sư lý giải tại sao một thiết bị lại thoải mái hoặc bền bỉ và cách các lựa chọn vật liệu liên quan đến chức năng. Mục này là tài liệu tham khảo mô tả về vật liệu và các đặc tính của chúng; nó không khuyến nghị các sản phẩm cụ thể hoặc hướng dẫn lựa chọn thiết bị cho từng bệnh nhân.

Evidence & guidelines

Phần lớn cơ sở bằng chứng bao gồm các nghiên cứu kỹ thuật và vật liệu cũng như các đánh giá tường thuật hơn là các thử nghiệm lâm sàng. Các đánh giá về vật liệu dựa trên polyme và vật liệu được sản xuất bằng phương pháp bồi đắp mô tả cách lĩnh vực này đang chuyển dịch sang các polyme và vật liệu tổng hợp nhẹ hơn, có thể tùy chỉnh hơn, trong khi các đánh giá có hệ thống về các thành phần bộ phận giả lưu ý rằng việc liên kết các lựa chọn vật liệu hoặc thành phần với kết quả chức năng là một thách thức về mặt phương pháp luận.

History

Các bộ phận giả và chỉnh hình ban đầu được làm chủ yếu từ gỗ, da và kim loại. Sự ra đời của nhựa và nhựa nhiệt dẻo vào giữa thế kỷ 20 đã cho phép tạo ra các thiết bị nhẹ hơn, có thể đúc được, và việc áp dụng sau này các vật liệu tổng hợp sợi carbon đã mang lại độ bền cao với trọng lượng thấp, cho phép các thành phần động như bàn chân giả lưu trữ năng lượng. Silicone mềm và gel cho giao diện chi và, gần đây hơn, các polyme được thiết kế riêng cho sản xuất bồi đắp đã tiếp tục mở rộng bảng vật liệu.

Seminal works

• bowker-michael-1992
• sakib-2023

Frequently asked questions

Tại sao sợi carbon phổ biến trong bộ phận giả?

Vật liệu tổng hợp sợi carbon mang lại tỷ lệ độ bền trên trọng lượng cao và có thể lưu trữ và trả lại năng lượng đàn hồi, điều này làm cho chúng hữu ích cho các thành phần cấu trúc và cho các thiết bị động như bàn chân giả lưu trữ năng lượng.

Tại sao nhựa nhiệt dẻo được sử dụng cho ổ cắm và chỉnh hình?

Nhựa nhiệt dẻo mềm ra khi được nung nóng và có thể được đúc trên một mô hình cơ thể, cho phép tạo hình tùy chỉnh, và chúng có thể được nung nóng lại và điều chỉnh, điều này phù hợp với việc lắp đặt lặp đi lặp lại các ổ cắm và chỉnh hình.