材料、生物力学与工程

该领域汇集了假肢和矫形器的工程基础：设备所用的材料、在站立和行走过程中设备与身体相互作用的生物力学、身体-设备界面处的机械载荷管理，以及日益影响制造的数字化设计和制造方法。这些方面共同解释了假肢或矫形器如何被设计得坚固、轻便、舒适并与运动功能相匹配。

Definition

假肢和矫形器中的材料、生物力学与工程是关于结构材料、机械行为、界面载荷以及通过其创建外部辅助设备并使其与人体运动相匹配的设计和制造过程的知识体系。

Scope

该领域通过四个主题引导读者：假肢和矫形器制造中使用的材料；生物力学分析和步态力学；肢体-设备界面处的载荷分布和压力管理；以及计算机辅助设计和3D打印。它将这些视为设备设计工程知识的参考图谱，而非制造说明或临床处方。

Sub-topics

• 生物力学分析与步态力学
• 计算机辅助设计与3D打印在假肢领域的应用
• 负荷分布与压力管理
• 假肢和矫形器制造中使用的材料

Core questions

• 哪些材料特性使假肢或矫形器组件坚固、轻便、耐用且具有生物相容性？
• 假肢和矫形器如何改变站立和行走的力学？
• 机械载荷如何在设备与身体之间的界面处分布？为什么这很重要？
• 数字化设计和增材制造如何改变设备的生产方式？

Key concepts

• 结构和生物相容性材料
• 步态周期和步态分析
• 界面压力和剪切力
• 能量储存与回馈
• 对线
• 计算机辅助设计与制造
• 增材制造

Clinical relevance

理解设备的工程基础有助于临床医生和工程师推断设备为何表现如此、设计选择如何影响舒适度和功能，以及如何评估比较不同组件的证据。该领域是关于设备如何被设计和评估的描述性参考材料；它不提供针对个体患者的设备处方或制造指导。

Evidence & guidelines

该领域的证据范围从界面应力和步态的生物力学初步研究到假肢组件如何影响功能的系统评价。van der Linde及其同事（2004）进行的一项系统评价表明，从异质的生物力学研究中得出强有力的组件层面结论存在困难，而工程学评价则追踪了聚合物基增材制造在该领域的快速应用。

History

在20世纪，假肢和矫形器工程从基于手工艺的木材和皮革制造转向标准化模块化组件和轻质复合材料。定量生物力学以及仪器化步态和界面测量在20世纪80年代和90年代逐渐成熟，而计算机辅助制造的数字化设计以及最近的增材制造则逐步重塑了设备的设计和生产方式。

Seminal works

• sanders-1993
• van-der-linde-2004

Frequently asked questions

材料、生物力学与工程领域涵盖哪些内容？

它涵盖了设备所用的材料、设备与运动相互作用的生物力学、身体-设备界面处的机械载荷管理，以及制造中使用的数字化设计和3D打印方法。

这个领域是关于如何制造或开具设备处方吗？

不是。它是关于假肢和矫形器设备背后工程知识的参考概述，而非制造手册或临床处方的依据。