假肢和矫形器制造中使用的材料

假肢和矫形器由一系列材料制成，这些材料经过选择，旨在平衡强度、重量、刚度、耐用性、可成形性和皮肤兼容性。它们包括可塑形以适应身体轮廓的热塑性塑料、如碳纤维般坚固轻巧的纤维增强复合材料、用于结构和模块化组件的金属，以及用于与皮肤接触界面的软聚合物和硅胶。材料的选择决定了设备的触感、性能和使用寿命。

Definition

假肢和矫形器制造中使用的材料是指用于制造外部辅助设备及其组件的结构材料、界面材料和生物相容性材料，包括热塑性塑料、纤维增强复合材料、金属以及软聚合物和硅胶。

Scope

本主题概述了假肢和矫形器中使用的主要材料类别及其选择所依据的特性。它将材料作为理解设备设计的参考主题，而非制造程序、产品认可或针对个体选择设备的临床指导。

Core questions

• 假肢和矫形器设备中使用了哪些材料类别，以及它们各自的作用是什么？
• 哪些特性，例如强度重量比、刚度、抗疲劳性和皮肤兼容性，决定了材料的选择？
• 界面材料与结构材料有何不同？
• 在设备设计中如何平衡材料的权衡？

Key concepts

• 生物相容性
• 热塑性塑料
• 纤维增强复合材料（碳纤维）
• 强度重量比
• 刚度和柔韧性
• 疲劳和耐用性
• 界面材料（硅胶、泡沫、凝胶）

Mechanisms

材料选择遵循设备各部分的功用需求。结构组件必须能够承受重复的体重负荷而不失效，这偏向于选择高强度重量比的材料，例如碳纤维复合材料、钛和铝合金。热塑性塑料受热软化后，可以通过真空成型在模型或模具上进行塑形，从而实现承筒和矫形器的定制。与皮肤接触的界面材料，如硅胶、凝胶和泡沫，因其柔顺性和皮肤兼容性而被选用，以起到缓冲和分散负荷的作用。生物相容性、抗疲劳性以及刚度在结构中的分布共同决定了舒适度、性能和使用寿命。

Clinical relevance

了解设备材料的特性和权衡有助于临床医生和工程师推断设备舒适或耐用的原因，以及材料选择如何与功能相关。本条目是关于材料及其特性的描述性参考资料；它不推荐特定产品，也不指导个体患者的设备选择。

Evidence & guidelines

大部分证据基础由工程和材料研究以及叙述性综述组成，而非临床试验。对聚合物基材料和增材制造材料的综述描述了该领域正转向更轻、更可定制的聚合物和复合材料，而对假肢组件的系统综述指出，将材料或组件选择与功能结果联系起来在方法学上具有挑战性。

History

早期的假肢和矫形器主要由木材、皮革和金属制成。20世纪中叶塑料和热塑性塑料的引入使得设备更轻、更易塑形，随后碳纤维复合材料的应用带来了高强度低重量的特性，从而实现了能量储存足等动态组件。用于肢体界面的软硅胶和凝胶，以及最近为增材制造量身定制的聚合物，持续扩展了材料种类。

Seminal works

• bowker-michael-1992
• sakib-2023

Frequently asked questions

为什么碳纤维在假肢中很常见？

碳纤维复合材料具有高强度重量比，并且可以储存和释放弹性势能，这使得它们适用于结构组件和动态设备，例如能量储存型假肢足。

为什么热塑性塑料用于承筒和矫形器？

热塑性塑料受热软化后，可以在身体模型上进行塑形，从而实现定制的贴合形状，并且可以重新加热和调整，这适用于承筒和矫形器的迭代式装配。