義肢

医学において、義肢（複数形：prostheses、古代ギリシア語：πρόσθεσις、ローマ字表記：  prósthesis、文字通り 「追加、適用、取り付け」）^[1]または人工インプラント^{[2] [3]}は、身体的外傷、病気、または出生時の状態（先天性疾患）によって失われた身体の一部を置き換える人工装置である。義肢は、失われた身体部分の正常な機能を回復することを目的としています。^{[4]切断手術を受けた人は、}切断患者と呼ばれることがありますが、この用語は不快に感じる場合があります。^{[5]切断患者のリハビリテーションは、主に}理学療法士が、理学療法士、義肢装具士、看護師、理学療法士、作業療法士からなる学際的なチームの一員として調整します。 ^[6]義肢は手作業で作成することも、コンピュータ支援設計（CAD）を使用して作成することもできます。CADは、コンピュータで生成された2Dおよび3Dグラフィックスと分析および最適化ツールを使用して、作成者が作成物を設計および分析するのに役立つソフトウェアインターフェイスです。^[7]

義肢は、その人の外見や機能上のニーズに合わせて設計、組み立てられる必要があります。たとえば、経橈骨義肢が必要な場合、その人は審美的機能デバイス、筋電デバイス、身体駆動デバイス、または特定の活動用デバイスの中から選択する必要があります。その人の将来の目標や経済力によって、1 つまたは複数のデバイスから選択できる場合があります。

頭蓋顔面補綴物には、口腔内補綴物と口腔外補綴物があります。口腔外補綴物は、さらに、半顔面補綴物、耳介補綴物、鼻補綴物、眼窩補綴物、眼補綴物に分類されます。口腔内補綴物には、義歯、オブチュレーター、歯科インプラントなどの歯科補綴物が含まれます。

頸部の人工器官には、喉頭 代替物、気管および上部食道代替物などがある。

胴体の人工乳房には、片側または両側の乳房人工乳房、全乳房装置、または乳首人工乳房が含まれます。

陰茎プロテーゼは、勃起不全の治療、陰茎変形の矯正、シスジェンダーの男性の陰茎形成手術、女性から男性への性別適合手術における新しい陰茎の形成に使用されます。

義肢には上肢義肢と下肢義肢の両方が含まれます。

上肢義肢は、さまざまな切断レベルで使用されます。前肢、肩関節離断、経上腕骨義肢、肘関節離断、経橈骨義肢、手首関節離断、全手、部分手、指、部分指などがあります。経橈骨義肢は、肘から下が失われた腕を置き換える人工肢です。

上肢義手は、受動型デバイス、身体駆動型デバイス、外部駆動型（筋電型）デバイスの 3 つの主なカテゴリに分類できます。受動型デバイスは、主に美容目的で使用される受動型ハンド、または主に特定の活動（レジャーや職業など）に使用される受動型ツールのいずれかです。受動型デバイスの広範な概要と分類については、Maat らによる文献レビューを参照してください。[ ^8]受動型デバイスは静的（可動部品がない）なものと、調整可能（構成を調整できる（手の開きを調整できるなど）なもの）の 2 種類があります。能動的な把持がないにもかかわらず、受動型デバイスは、物体を固定または支持する必要がある両手作業や、社会的交流における身振りに非常に役立ちます。科学的データによると、世界中の上肢切断者の 3 分の 1 が受動型義手を使用しています。^[8]身体駆動型またはケーブル操作型の義手は、損傷した腕の反対側の肩にハーネスとケーブルを取り付けることで機能します。最近の身体駆動型アプローチでは、ユーザの呼吸を利用して義手に電力を供給し、制御することで、作動ケーブルとハーネスを不要にすることが検討されている。^{[9] [10] [11]}利用可能な義手の 3 番目のカテゴリは、筋電義手である。この特定のクラスのデバイスは、バッテリー システムが含まれているため、以前のデバイスとは区別されます。このバッテリーは、作動コンポーネントと感知コンポーネントの両方にエネルギーを供給するという 2 つの目的を果たします。作動は主にモーター システムまたは空気圧システムに依存していますが、^[12]筋活動を捕捉するためのさまざまなソリューションが検討されており、筋電図法、ソノミオグラフィー、ミオキネティックなどの手法が含まれます。^{[13] [14] [15]これらの方法は、通常、電極またはその他の適切なツールを使用して、}上腕の動き中に収縮した筋肉によって生成される微小な電流を検出することによって機能します。次に、取得した信号が義手が実行するグ​​リップ パターンまたは姿勢に変換されます。

義肢業界では、橈骨経由義手は「BE」または肘下義手と呼ばれることがよくあります。

下肢義肢は、さまざまな切断レベルの代替品です。これには、股関節離断、大腿義肢、膝関節離断、脛骨義肢、サイム切断、足、部分足、つま先が含まれます。下肢義肢の 2 つの主なサブカテゴリは、脛骨離断 (脛骨を切断する切断または先天異常による脛骨欠損) と大腿骨離断 (大腿骨を切断する切断または先天異常による大腿骨欠損) です。^{[引用が必要]}

大腿義足は、膝から上の足を失った部分を補う人工肢です。大腿切断患者は、正常な動きを取り戻すのに非常に苦労することがあります。一般的に、大腿切断患者は、両足が完全な人よりも約 80% 多くのエネルギーを消費して歩く必要があります。^[16]これは、膝に関連する動きの複雑さによるものです。より新しく改良された設計では、油圧、カーボンファイバー、機械的なリンク、モーター、コンピューター マイクロプロセッサー、およびこれらの技術の革新的な組み合わせが採用され、ユーザーがより制御しやすくなっています。義肢業界では、大腿義足は「AK」または膝上義足と呼ばれることがよくあります。

下腿義足は、膝から下が失われた脚を補う人工肢です。下腿切断患者は、大腿切断患者よりも通常より容易に正常な動作を取り戻すことができます。これは主に、膝が保持されるため動きやすくなるためです。下肢義足とは、股関節レベルまたはそれより下に位置する人工的に置換された肢を指します。義肢業界では、下腿義足は「BK」または膝下義足と呼ばれることがよくあります。

義肢は臨床義肢装具士によって製造され、装着されます。義肢装具士は、義肢の製造、装着、調整を担当する医療専門家であり、下肢の義肢については、歩行と義肢の位置合わせの両方を評価します。義肢装具士によって義肢が装着され、調整されると、リハビリテーション理学療法士（米国では理学療法士と呼ばれます）が、新しい義肢使用者に義足での歩行を指導するのを手伝います。そのために、理学療法士は口頭で指示を与える場合があり、触覚的な手がかりを使用して患者を導くのを手伝う場合もあります。これは、クリニックまたは自宅で行うことができます。自宅でのそのようなトレーニングは、治療にトレッドミルの使用が含まれている場合により効果的であることを示唆する研究があります。^[17]理学療法治療と併せてトレッドミルを使用すると、患者は義肢で歩くことの課題の多くを経験することができます。

英国では、下肢切断の75％は循環不全（血管障害）が原因です。^{[18]この症状は、}糖尿病や心臓病など他の多くの病状（併存疾患）を伴うことが多く、運動機能と自立を取り戻すために義肢を使用することが困難になることがあります。^[18]循環不全で下肢を失った人々については、研究不足のため、義肢リハビリテーションのアプローチの選択に関する情報が不十分です。^[18]

下肢義肢は切断レベルや外科医の名前によって分類されることが多い：^{[19] [20]}

• 大腿部経由（膝上）
• 下腿骨（膝下）
• 足首の離断（一般的にはサイム切断として知られている）
• 膝関節離断（膝関節置換術も参照）
• 股関節離断術（股関節置換術も参照）
• 半骨盤切開術
• 足の部分切断（ピロゴフ切断、距骨舟状骨および踵骨立方骨（ショパール）、足根中足骨（リスフラン）、中足骨横断切断、中足骨指節間切断、足指切断）。^[20]
• ヴァンネス回転形成術

義肢は、切断者の利便性を高めるために軽量に作られています。これらの材料には次のようなものがあります。

• プラスチック:
  • ポリエチレン
  • ポリプロピレン
  • アクリル
  • ポリウレタン
• 木材（初期の義肢）
• ゴム（初期の義肢）
• 軽量金属:

• • アルミニウム
• 複合材料:
  • 炭素繊維強化ポリマー^[4]

車輪付き義肢は、犬、猫、豚、ウサギ、カメなどの負傷した家畜のリハビリにも広く使用されています。^[21]

義肢は紀元前3000年頃の古代近東に起源を持ち、最も古い義肢の証拠は古代エジプトとイランに現れている。義眼に関する最も古い記録は紀元前3000年頃のエジプトのホルスの目の物語で、ホルスの左目がえぐり出され、その後トート神によって修復されたとされている。紀元前3000～2800年頃、義肢に関する最も古い考古学的証拠は古代イランで発見されており、シャー・イ・ショフタの女性と一緒に義眼が埋葬されているのが発見されている。それはおそらくビチューメンペーストで作られ、薄い金の層で覆われていたと思われる。^{[22]エジプト人は足の義肢の先駆者でもあり、紀元前1000年頃の}新王国時代の遺体で木製のつま先が発見されていることからもそれが分かる。^[23]南アジアでは紀元前1200年頃にリグ・ヴェーダの戦士の女王ヴィシュパーラに関する文献が見つかります。^[24]ローマ時代の青銅の王冠も発見されていますが、その使用目的は医療目的よりも美観目的だった可能性があります。^[25]

義足に関する初期の言及はギリシャの歴史家ヘロドトスによるもので、スパルタの捕虜から逃れるために自分の足を切り落とし、木製の足に交換したギリシャの占い師ヘゲシストラトスの物語を語っています。 ^[26]

大プリニウスはローマの将軍マルクス・セルギウスの物語も記録している。セルギウスは遠征中に右手を切り落とされ、盾を持つ鉄の手が作られ、戦場に戻れるようになった。歴史的に有名で非常に洗練された^[28]義手は、16世紀初頭に作られたゲッツ・フォン・ベルリヒンゲンのものである。しかし、義手が使用されたことが確認されているのは、紀元前950年から710年の間である。2000年、研究病理学者は、古代テーベ近郊のエジプトの墓地に埋葬されたこの時代のミイラを発見した。木と革でできたこの指には、使用の痕跡が残っていた。2011年に生体力学エンジニアが再現したところ、この古代の義手を使うと裸足でもエジプト風のサンダルでも歩けることが研究者らによって発見された。それ以前に発見された最も古い義手は、カプアで発見された義足であった。^[29]

同じ頃、フランソワ・ド・ラ・ヌーエも鉄の手を持っていたと伝えられており、17世紀にはルネ・ロベール・カヴァリエ・ド・ラ・サールもそうであった。^[30] アンリ・ド・トンティは片手に義手フックを持っていた。中世の間、義手は極めて基本的な形のままだった。衰弱した騎士は、盾を掲げたり、槍や剣を握ったり、騎乗した戦士を安定させたりするために義手を装着した。^[31]日常生活を助けるものを買う余裕があったのは裕福な人々だけだった。^[32]

注目すべき義手の一つはイタリア人男性のもので、科学者らは切断された右手をナイフに置き換えたと推定している。^{[33] [34]}ポヴェリアーノ・ヴェロネーゼのロンゴバルド人墓地で発見されたこの骨格を調査した科学者らは、この男性が西暦6世紀から8世紀の間に生きていたと推定している。^{[35] [34]}男性の遺体の近くで発見された資料によると、ナイフの義手は革のストラップで取り付けられており、男性が何度も歯で締めていたことが示唆されている。^[35]

ルネッサンス時代には、鉄、鋼、銅、木材を使用した義肢が開発されました。機能的な義肢は1500年代に登場し始めました。^[36]

イタリアの外科医は、帽子を脱ぎ、ハンドバッグを開け、署名できる腕を持つ切断患者の存在を記録しました。^[37]切断手術と義肢デザインの改良は、アンブロワーズ・パレの手によるものでした。彼の発明の中には、膝をついて固定する義足と義足、調整可能なハーネス、膝のロックコントロールを備えた膝上装置がありました。彼の進歩の機能性は、将来の義肢がどのように発展するかを示しました。

近代以前のその他の主要な改良点:

• Pieter Verduyn – 最初の非ロック式膝下義足 (BK)。
• ジェームズ・ポッツ – 木製のシャンクとソケット、鋼鉄製の膝関節、膝から足首まで腸間膜腱で制御される関節式の足で作られた義肢。「アングルシー脚」または「セルフォ脚」として知られるようになりました。
• サー・ジェームズ・サイム – 大腿部を切断しない足首切断の新しい方法。
• ベンジャミン・パーマー – セルフォの脚を改良しました。自然な動きをシミュレートするために、前方のスプリングと隠し腱を追加しました。
• デュボア・パームリー – 吸引ソケット、多中心膝、多関節足を備えた義肢を製作しました。
• マルセル・デソーターとシャルル・デソーター – 最初のアルミニウム製義肢^[38]
• ヘンリー・ヘザー・ビッグとその息子ヘンリー・ロバート・ヘザー・ビッグは、クリミア戦争後に負傷した兵士に「外科用器具」を提供するという女王の命令を勝ち取った。彼らは、両腕を失った人がかぎ針編みをできる腕と、象牙、フェルト、革をベースにした他人にとって自然に感じられる手を開発した。^[39]

第二次世界大戦の終わりに、NAS (米国科学アカデミー) は義肢のより優れた研究開発を提唱し始めました。政府の資金援助により、陸軍、海軍、空軍、退役軍人局内で研究開発プログラムが開発されました。

第二次世界大戦後、カリフォルニア大学バークレー校のジェームズ・フットとCW・ラドクリフを含むチームが、膝上切断用のジグフィッティングシステムを開発し、四辺形ソケットの開発に貢献した。下肢用ソケット技術は1980年代にさらなる革命を迎え、ジョン・サボリッチCPOが輪郭付き内転転子制御アライメント法（CATCAM）ソケットを発明し、これが後にサボリッチソケットへと進化した。彼は、イヴァン・ロングとオズール・クリステンセンの方向性に従い、四辺形ソケットの代替品を開発し、さらに木製のオープンエンドプラグソケットが開発された。^[40]この進歩は、ソケットと患者との接触モデルの違いによるものであった。それ以前は、ソケットは四角形で作られ、筋肉組織を特別に収容するものはなかった。新しいデザインは、骨の構造を固定し、所定の位置に固定し、患者の既存の肢と筋肉に重量を均等に分散するのに役立ちます。坐骨封じ込めはよく知られており、今日では多くの義肢装具士が患者のケアに役立てています。そのため、坐骨封じ込めソケットにはさまざまなバリエーションがあり、各ソケットは患者の特定のニーズに合わせて調整されています。長年にわたりソケットの開発と変更に貢献した人には、ティム・シュターツ、クリス・ホイト、フランク・ゴットシャルクなどがいます。ゴットシャルクはCAT-CAMソケットの有効性に異議を唱え、切断外科医による外科手術が、切断患者があらゆる種類のソケットデザインの義肢を適切に使用できるように準備するために最も重要であると主張しました。^[41]

最初のマイクロプロセッサ制御の義足膝は、1990年代初頭に発売されました。インテリジェント プロテーゼは、最初に市販されたマイクロプロセッサ制御の義足膝でした。英国の Chas. A. Blatchford & Sons, Ltd. が 1993 年に発売し、義足での歩行がより自然な感じと見た目になりました。^[42]改良版は、1995 年にインテリジェント プロテーゼ プラスという名前で発売されました。Blatchford は、1998 年に別の義足、アダプティブ プロテーゼを発売しました。アダプティブ プロテーゼは、油圧制御、空気圧制御、マイクロプロセッサを使用して、切断者の歩行速度の変化に敏感な歩行を実現しました。コスト分析によると、年間生活費の調整のみを考慮すると、高度な膝上義足は 45 年間で約 100 万ドルになります。^[43]

2019年には、AT2030プロジェクトが開始され、石膏型ではなく熱可塑性プラスチックを使用して特注のソケットが作られました。この方法はより速く、大幅に安価です。このソケットはAmparo Confidenceソケットと呼ばれました。^{[44] [45]}

2005年、DARPAはRevolutionizing Prostheticsプログラムを開始した。^{[46] [47] [48] [49] [50] [51]} DARPAによると、1億ドルのプログラムの目標は「切断者の自立と生活の質を劇的に向上させる、ほぼ自然な制御を備えた高度な電気機械式義肢を開発すること」であった。^{[52] [53]} 2014年、DEKA Research and Development Corp.のDean Kamenと彼のチームが開発したLUKE Armは、FDAによると「人の筋肉からの信号を変換して複雑なタスクを実行する」最初の義手としてFDAに承認された。 ^{[53] [54]}ジョンズホプキンス大学と米国退役軍人省もこのプログラムに参加した。^{[53] [55]}

義肢デザインのトレンドは、時間とともに進化を遂げており、多くの段階を経ています。多くのデザイントレンドは、カーボンファイバー、シリコン、先進ポリマーなど、より軽量で耐久性があり、柔軟な素材を指しています。これらの素材は、義肢をより軽量で耐久性のあるものにするだけでなく、自然な肌の外観と感触を模倣し、より快適で自然な体験をユーザーに提供します。^[56]この新しい技術は、義肢ユーザーが正常な靭帯を持つ人々と調和し、義肢を着用する人々に対する偏見を減らすのに役立ちます。もう1つのトレンドは、義肢デザインにバイオニクスと筋電コンポーネントを使用することを指しています。これらの義肢は、ユーザーの残存筋肉からの電気信号を検出するセンサーを使用します。次に、信号は動作に変換され、ユーザーは自分の筋肉の収縮を使用して義肢を制御できます。これにより、切断者が利用できる動作の範囲と流動性が大幅に改善され、物をつかむ、自然に歩くなどのタスクがはるかに実行可能になりました。^[56] AIとの統合も義肢設計の最前線にあります。AI対応の義肢は、時間の経過とともにユーザーの習慣や好みを学習して適応し、最適な機能性を保証します。ユーザーの歩き方、握力、その他の動きを分析することで、これらのスマート義肢はリアルタイムで調整を行い、よりスムーズで自然な動きを提供します。^[56]

義肢は、切断された手足、先天性奇形、または欠損した手足の機能的な代替品です。義肢装具士は、義肢の処方、設計、および管理を担当します。

ほとんどの場合、義肢装具士は患者の患肢の石膏型を取ることから始めます。軽量で高強度の熱可塑性プラスチックを患者の型に合わせてカスタム成形します。カーボンファイバー、チタン、ケブラーなどの最先端の材料は、新しい義肢をより軽量にしながら強度と耐久性を提供します。より洗練された義肢には高度な電子機器が装備されており、安定性と制御性がさらに向上しています。^[57]

長年にわたり、義肢は進歩してきました。新しいプラスチックやカーボンファイバーなどの他の材料により、義肢はより強く軽くなり、義肢を操作するために必要な余分なエネルギーの量を抑えることができました。これは大腿切断者にとって特に重要です。追加の材料により、義肢ははるかにリアルに見えるようになりました。これは、義肢が露出している可能性が高い橈骨切断者や上腕切断者にとって重要です。^[58]

新素材に加え、義肢では電子機器の使用が非常に一般的になっています。筋肉の動きを電気信号に変換して義肢を制御する筋電義肢は、ケーブルで操作する義肢よりもはるかに一般的になっています。筋電信号は電極によって拾われ、信号が統合され、特定のしきい値を超えると義肢制御信号がトリガーされるため、すべての筋電制御は本質的に遅れます。対照的に、ケーブル制御は即時かつ物理的であり、それによって筋電制御では得られないある程度の直接的な力のフィードバックを提供します。コンピューターは義肢の製造にも広く使用されています。コンピューター支援設計とコンピューター支援製造は、義肢の設計と製造を支援するためによく使用されます。^{[58] [59]}

現代の義肢のほとんどは、ベルトとカフ、または吸引によって切断者の断端（切断肢）に取り付けられます。断端は義肢のソケットに直接取り付けられるか、または現在ではより一般的にはライナーが使用され、その後真空（吸引ソケット）またはピンロックによってソケットに固定されます。ライナーは柔らかいため、硬いソケットよりもはるかに優れた吸引フィットを実現できます。シリコンライナーは標準サイズで入手でき、そのほとんどは円形断面ですが、その他の断端形状に合わせてカスタムライナーを作成できます。ソケットは断端にフィットするようにカスタムメイドされ、義肢の力を断端の領域全体（小さな一点だけでなく）に分散させるため、断端の摩耗を軽減するのに役立ちます。

義肢ソケットの製作は、残存肢の形状をキャプチャすることから始まります。このプロセスは形状キャプチャと呼ばれます。このプロセスの目的は、残存肢の正確な表現を作成することであり、これはソケットの良好なフィットを実現するために重要です。^[60]カスタムソケットは、残存肢の石膏型、または今日ではより一般的には残存肢に装着されたライナーの石膏型を取り、石膏型から型を作ることによって作成されます。一般的に使用される化合物は、石膏と呼ばれます。^[61]近年、より洗練された設計を可能にするコンピューターに直接入力できるさまざまなデジタル形状キャプチャシステムが開発されました。一般に、形状キャプチャプロセスは、切断者の残存肢から3次元 (3D) 形状データをデジタルで取得することから始まります。データは、プローブ、レーザースキャナー、構造化光スキャナー、または写真ベースの3Dスキャンシステムのいずれかを使用して取得されます。^[62]

形状キャプチャーの後、ソケット製作の第2段階は修正と呼ばれ、骨突出部と潜在的な圧力ポイントにボリュームを追加し、荷重支持領域からボリュームを削除することで残存肢モデルを修正するプロセスです。これは、ポジティブモデルに石膏を追加または削除することで手動で行うことも、ソフトウェアでコンピューターモデルを操作することで仮想的に行うこともできます。^[63]最後に、モデルが修正され完成すると、義肢ソケットの製造が開始されます。義肢装具士は、ポジティブモデルを半溶融プラスチックシートまたはエポキシ樹脂でコーティングされたカーボンファイバーで包み、義肢ソケットを構築します。^[60]コンピューターモデルの場合、柔軟性と機械的強度が異なるさまざまな材料を使用して3Dプリントできます。^[64]

残存肢とソケットの最適なソケットフィットは、義肢全体の機能と使用にとって非常に重要です。残存肢とソケットアタッチメントのフィットが緩すぎると、残存肢とソケットまたはライナーの接触面積が減少し、残存肢の皮膚とソケットまたはライナーの間にポケットが増えます。圧力が高くなり、痛みを感じることがあります。空気ポケットに汗が溜まり、皮膚が柔らかくなることがあります。最終的には、これがかゆみを伴う皮膚発疹の頻繁な原因となります。時間が経つと、皮膚の損傷につながる可能性があります。^[16]一方、非常にきついフィットは、インターフェイス圧力を過度に高める可能性があり、これも長期使用後に皮膚の損傷につながる可能性があります。^[65]

義肢は典型的には以下のような手順で製造される。^[58]

1. 残存肢の測定
2. 義肢に必要なサイズを決定するための身体の測定
3. シリコンライナーの装着
4. 断端に装着するライナーのモデル作成
5. モデルの周囲に熱可塑性シートを形成– これはその後、義肢のフィット感をテストするために使用されます
6. 永久ソケットの形成
7. 義肢のプラスチック部品の成形 -真空成形や射出成形など、さまざまな方法が使用されます。
8. ダイカストによる義肢の金属部品の作成
9. 四肢全体の組み立て

現在の技術により、体力駆動型アームの重量は、筋電型アームの約半分から3分の1程度に抑えられる。

現在のボディパワーアームには、硬いエポキシ樹脂またはカーボンファイバーで作られたソケットが含まれています。これらのソケットまたは「インターフェイス」は、骨の突起にクッションを提供するより柔らかく圧縮可能なフォーム素材で裏打ちすることで、より快適にすることができます。セルフサスペンションまたは顆上ソケット設計は、肘下が短～中程度に欠損している人に適しています。手足が長い場合は、サスペンションを強化するために、ロック式のロールオンタイプのインナーライナーまたはより複雑なハーネスの使用が必要になる場合があります。

リストユニットは、UNF 1/2-20 スレッド (米国) を備えたねじ込み式コネクタまたはクイックリリースコネクタのいずれかであり、さまざまなモデルがあります。

身体駆動システムには、自発的に開く「引っ張って開く」システムと、自発的に閉じる「引っ張って閉じる」システムの 2 種類があります。実質的にすべての「スプリット フック」義肢は、自発的に開くタイプのシステムで動作します。

GRIPS と呼ばれるより現代的な「把持装置」は、自発的に閉じるシステムを利用しています。その違いは重要です。自発的に開くシステムのユーザーは、握力を得るためにゴムバンドやバネに頼りますが、自発的に閉じるシステムのユーザーは、握力を生み出すために自分の体の力とエネルギーに頼ります。

自発的に閉じるユーザーは、通常の手と同等の、最大 100 ポンドを超える握力を生み出すことができます。自発的に閉じるグリップは、人間の手のように、握るのに一定の張力を必要とし、その特性により、人間の手のパフォーマンスに近づきます。自発的に開くスプリット フック ユーザーは、ゴムまたはスプリングが生み出す力に制限され、通常は 20 ポンド未満です。

作成されたバイオフィードバックにもさらなる違いがあり、ユーザーは保持されているものを「感じる」ことができます。自発的な開放システムは、作動すると保持力を提供し、アームの端で受動的なバイスのように動作します。フックが保持されている物体の周りで閉じると、グリップのフィードバックは提供されません。自発的な閉鎖システムは、直接比例した制御とバイオフィードバックを提供するため、ユーザーは適用している力の大きさを感じることができます。

1997年、ラテンアメリカのバイオニクス研究者であるコロンビアのアルバロ・リオス・ポベダ教授は、感覚フィードバック機能を備えた上肢と手の義肢を開発しました。この技術により、切断患者はより自然な方法で義手システムを扱うことができます。^[66]

最近の研究では、義手の人工センサーから得られる情報に基づいて正中神経と尺骨神経を刺激することで、切断者に生理的に適切な（自然に近い）感覚情報を提供できることが示されました。このフィードバックにより、被験者は視覚や聴覚のフィードバックなしに義手の握力を効果的に調整することができました。^[67]

2013年2月、スイス連邦工科大学ローザンヌ校とイタリアの聖アンナ高等学校の研究者らが、切断患者の腕に電極を埋め込み、患者に感覚フィードバックを与え、義手をリアルタイムで制御できるようにした。 ^[68]上腕の神経にワイヤーをつなげることで、このデンマーク人患者は物を扱ったり、シルベストロ・ミセラとスイス、イタリアの研究者らが作った特別な義手を通して瞬時に触覚を受け取ったりすることができた。^[69]

2019年7月、この技術は、ジェイコブ・ジョージ率いるユタ大学の研究者によってさらに拡張されました。研究者グループは、患者の腕に電極を埋め込み、いくつかの感覚の指令をマッピングしました。次に、各電極を刺激して各感覚指令がどのようにトリガーされたかを把握し、感覚情報を義肢にマッピングします。これにより、研究者は患者が自然な手から受け取るのと同じ種類の情報にかなり近似することができます。残念ながら、この腕は平均的なユーザーが購入するには高価すぎますが、ジェイコブは保険会社が義肢の費用を負担できると述べました。^[70]

端末デバイスには、さまざまなフック、把持装置、ハンド、その他のデバイスが含まれます。

自発的に開くスプリットフックシステムは、シンプルで便利、軽量、頑丈、多用途で、比較的手頃な価格です。

フックは、見た目や全体的な汎用性の点で通常の人間の手には及びませんが、その材質許容範囲は、機械的ストレス（通常の手では不可能な、箱を切り開けたりハンマーとして使用したりするためにフックを使用することもできます）、熱安定性（沸騰したお湯から物をつかむ、グリルで肉をひっくり返す、完全に燃え尽きるまでマッチを持つなど）の点で通常の人間の手を超え、凌駕します。また、化学的危険性（金属製のフックは酸や苛性アルカリ溶液に耐え、義手手袋や人間の皮膚のように溶剤に反応しません）の点でも優れています。

義手には、自発的に開くタイプと自発的に閉じるタイプの両方があり、より複雑な機構と装飾的な手袋のカバーのために比較的大きな作動力が必要であり、使用するハーネスのタイプによっては不快感を感じる可能性がある。^[71]オランダのデルフト工科大学による最近の研究では、機械式義手の開発は過去数十年にわたって無視されてきたことが示された。この研究では、現在のほとんどの機械式の手の挟む力のレベルは実用には低すぎることが示された。^{[72]最もよくテストされた手は、1945年頃に開発された義手であった。しかし、2017年に}ウィーン医科大学のローラ・フルビーによってバイオニックハンドの研究が開始された。^{[73] [74]}オープンハードウェアの3Dプリント可能なバイオニックハンドもいくつか利用可能になっている。^[75]患者の上腕にフィットする前腕一体型ロボットハンドを製造している企業もいくつかあり^{[76] [77]}、2020年にはイタリア工科大学（IIT）で前腕一体型ロボットハンド（ソフトハンドプロ）が開発されました。^[78]

ホスマーとオットー・ボックは、フックの主要商用供給業者である。機械式手もホスマーとオットー・ボックによって販売されており、ベッカーハンドは現在もベッカー家によって製造されている。義手には、標準在庫品または特注の化粧用シリコン手袋を装着することができる。ただし、通常の作業用手袋を着用することもできる。その他の端末装置には、顧客がさまざまな部分を変更できる多用途で堅牢なグリッパーである V2P プレヘンサー、テキサスアシストデバイス（さまざまなツールを揃えている）、スポーツ用の端末装置を幅広く提供する TRS などがある。ケーブルハーネスは、航空機用鋼ケーブル、ボールヒンジ、および自己潤滑ケーブルシースを使用して構築できる。一部の義手は、海水での使用に特化して設計されている。^[79]

下肢義肢とは、股関節レベルまたはそれ以下の位置に人工的に置換された四肢を指します。エフライムら (2003) は、全年齢層において、全世界での全原因による下肢切断は人口 10,000 人あたり 2.0～5.9 件であると推定しています。先天性四肢欠損の出生率については、出生 10,000 件あたり 3.5～7.1 件と推定されています。^[80]

下肢義肢には、主に脛骨義肢（脛骨を切断する切断、または先天異常による脛骨欠損）と大腿骨義肢（大腿骨を切断する切断、または先天異常による大腿骨欠損）の 2 つのサブカテゴリがあります。義肢業界では、脛骨義肢は「BK」または膝下義肢と呼ばれ、大腿骨義肢は「AK」または膝上義肢と呼ばれます。

その他の、あまり一般的ではない下肢の症例としては、以下のものがあります。

1. 股関節離断症 - これは通常、切断患者または先天性障害患者が股関節またはその近傍で切断または異常を患っている場合を指します。股関節置換術を参照してください。
2. 膝関節離断 – これは通常、大腿骨と脛骨を分離する膝の切断を指します。膝関節置換術を参照してください。
3. サイムズ – これはかかとパッドを残したまま足首を離断する手術です。

ソケットは、残存骨と義肢の間のインターフェースとして機能し、理想的な体重負荷、運動制御、固有受容感覚を可能にします。^[81]ソケットの問題、例えば不快感や皮膚の損傷は、下肢切断者が直面する最も重要な問題の一つに数えられています。^[82]

この部分は、膝関節と足（大腿義足の場合）またはソケットと足の間に距離とサポートを作成します。シャンクと膝/足の間に使用されるコネクタの種類によって、義足がモジュール式かどうかが決まります。モジュール式とは、ソケットに対する足の角度と変位を装着後に変更できることを意味します。発展途上国では、コストを削減するために、義足は非モジュール式であることが多いです。子供の場合、平均して年間1.9cm成長するので、角度と高さのモジュール性は重要です。^[83]

足は地面と接触することで、立位時の衝撃吸収と安定性を提供します。^[84]さらに、足はその形状と硬さによって歩行のバイオメカニクスに影響を及ぼします。これは、圧力中心（COP）の軌道と地面反力の角度が足の形状と硬さによって決定され、正常な歩行パターンを生み出すためには被験者の体格に一致する必要があるためです。^[85] Andrysek（2010）は16種類の足を発見しましたが、耐久性とバイオメカニクスに関する結果は大きく異なっていました。現在の足に見られる主な問題は耐久性で、耐久期間は16〜32か月です。^[86]これらの結果は成人のものであり、活動レベルが高くスケール効果があるため、子供の場合はおそらくさらに悪くなります。異なるタイプの足と足首の義足を比較した証拠は、足首/足の1つのメカニズムが他のメカニズムより優れているかどうかを判断できるほど強力ではありません。^[87]デバイスを決定する際には、デバイスのコスト、人の機能的ニーズ、特定のデバイスの入手可能性を考慮する必要があります。^[87]

大腿切断（膝上）の場合、関節を提供する複雑なコネクタも必要であり、立脚期ではなく遊脚期に屈曲を可能にする。人工膝関節は膝を置き換えることが目的であるため、大腿切断者にとって最も重要な義肢部品である。優れた人工膝関節の機能は、正常な膝の機能を模倣することであり、たとえば、立脚期には構造的サポートと安定性を提供し、遊脚期には制御可能な方法で屈曲することができる。したがって、ユーザーはスムーズでエネルギー効率の良い歩行が可能になり、切断の影響を最小限に抑えることができる。^[88]人工膝は、通常アルミニウムまたはグラファイトチューブで作られたシャンクによって義足に接続されている。

人工膝関節の最も重要な側面の 1 つは、立脚相制御機構です。立脚相制御の機能は、体重受容時に四肢に負荷がかかったときに脚が座屈するのを防ぐことです。これにより、立脚相の片肢支持タスクをサポートするための膝の安定性が確保され、遊脚相へのスムーズな移行が実現します。立脚相制御は、機械ロック、^[89]人工部品の相対的位置合わせ、^[90]重量作動摩擦制御、^[90]および多中心機構など、いくつかの方法で実現できます。^[91]

歩行中の膝の機能を模倣するために、膝の屈曲を制御するマイクロプロセッサ制御の膝関節が開発されている。例としては、 1997年に発表されたオットー・ボックのCレッグ、 2005年に発売されたオズールのレオニー、2006年に発表されたオズールのパワーニー、フリーダム・イノベーションズのプリエニー、DAWインダストリーズのセルフラーニングニー（SLK）などがある。^[92]

このアイデアはもともと、アルバータ大学のカナダ人エンジニア、ケリー・ジェームズによって考案されました。^[93]

マイクロプロセッサは、膝角度センサーとモーメントセンサーからの信号を解釈および分析するために使用されます。マイクロプロセッサはセンサーから信号を受信して​​、切断者が行っている動作の種類を判断します。マイクロプロセッサ制御の膝関節のほとんどは、義肢内に収納されたバッテリーによって駆動されます。

マイクロプロセッサによって計算された感覚信号は、膝関節内の油圧シリンダーによって生成される抵抗を制御するために使用されます。小さなバルブがシリンダーに出入りできる油圧流体の量を制御し、膝の上部に接続されたピストンの伸長と圧縮を調整します。 ^[43]

マイクロプロセッサ制御の義足の主な利点は、切断者の自然な歩行に近づくことです。切断者が歩行速度に近い速度で歩いたり走ったりできるものもあります。速度の変化も可能で、センサーによって考慮され、マイクロプロセッサに伝えられ、マイクロプロセッサはそれに応じて調整します。また、切断者は機械式膝関節で使用される1歩ずつのアプローチではなく、階段を1歩ずつ降りるアプローチで歩くことができます。^[94]マイクロプロセッサ制御の義足を装着した人は、機能性、残存肢の健康、安全性において満足度と改善がより高いと報告していることを示す研究があります。^[95]人々は、マルチタスクをこなしながらでも日常の活動をより速く実行でき、転倒のリスクを減らすことができます。^[95]

しかし、中には使用に支障をきたす重大な欠点を持つものもあります。水による損傷を受けやすいため、義肢が乾燥した状態を保つよう細心の注意を払う必要があります。^[96]

筋電義肢は、筋肉が収縮するたびに発生する電気的張力を情報として利用する。この張力は、皮膚に貼り付けた電極によって自発的に収縮した筋肉から捕捉され、肘の屈曲/伸展、手首の回外/回内（回転）、指の開閉などの義肢の動きを制御する。このタイプの義肢は、人体の残存神経筋系を利用して、電動義手、義手首、義肘、義足の機能を制御する。^[97]これは、義肢の動きを制御するスイッチを作動または操作するために、体の動きによって作動するストラップやケーブルを必要とする電気スイッチ義肢とは異なる。筋電式上肢義肢が身体駆動型義肢よりも優れていると結論付ける明確な証拠はない。^[98]筋電義肢を使用する利点としては、美容上の魅力が向上する可能性（このタイプの義肢はより自然な外観になる可能性がある）、軽い日常の活動に適している可能性、幻肢痛を患っている人にとって有益である可能性などが挙げられます。^[98]身体駆動型義肢と比較すると、筋電義肢は耐久性が低く、トレーニング時間が長く、調整やメンテナンスの回数が多く、使用者へのフィードバックが提供されない可能性があります。^[98]

アルバロ・リオス・ポベダ教授は、このフィードバック問題に対する非侵襲的で手頃な解決策を数年にわたって研究してきた。彼は次のように考えている。「思考で制御できる義肢は、切断者にとって大きな可能性を秘めているが、脳に戻る信号からの感覚フィードバックがなければ、正確な動作を実行するために必要なレベルの制御を達成するのは難しい。機械の手の触覚を直接脳に接続することで、義肢は切断された手足をほぼ自然な感覚で回復させることができる。」彼は、1997年にフランスのニースで開催された第18回世界医学物理学および生物医学工学会議で、感覚フィードバックを備えた最初の筋電義手を発表した。^{[99] [100]}

ソ連は1958年に初めて筋電義手を開発し、^{[101]最初の筋電義手は1964年に}ソ連中央義肢研究所によって商品化され、英国のハンガー・リム・ファクトリーによって配布されました。^{[102] [103]}筋電義手は高価で定期的なメンテナンスが必要であり、汗や湿気に敏感でセンサーの性能に影響を与えます。

ロボットは、患者の機能障害や治療結果の客観的な尺度を生成したり、診断を支援したり、患者の運動能力に基づいて治療法をカスタマイズしたり、治療計画の遵守を保証したり、患者の記録を維持したりするために使用できます。多くの研究で、上肢リハビリテーションにロボットを使用すると、脳卒中後の上肢運動機能が大幅に改善されることが示されています。^[104] ロボット義肢が機能するためには、身体の機能に統合するためのいくつかのコンポーネントが必要です。バイオセンサーは、ユーザーの神経系または筋肉系からの信号を検出します。次に、この情報をデバイス内にあるマイクロコントローラーに中継し、義肢とアクチュエータからのフィードバック（位置や力など）を処理してコントローラーに送信します。例としては、皮膚の電気的活動を検出する表面電極、筋肉に埋め込まれた針電極、または神経が成長している固体電極アレイなどがあります。これらのバイオセンサーの1つのタイプは、筋電義肢に使用されています。

コントローラーと呼ばれるデバイスは、ユーザーの神経系と筋肉系、およびデバイス自体に接続されています。コントローラーは、ユーザーからの意図コマンドをデバイスのアクチュエータに送信し、機械センサーとバイオセンサーからのフィードバックをユーザーに解釈します。コントローラーは、デバイスの動きの監視と制御も担当します。

アクチュエータは、筋肉の働きを模倣して力と動きを生み出します。例としては、元の筋肉組織を補助したり置き換えたりするモーターが挙げられます。

標的筋再神経支配（TMR）は、切断された手足の筋肉を制御していた運動神経を外科的に再経路化し、大胸筋などの大きな健全な筋肉の小さな領域を再神経支配する技術である。その結果、患者が失った手の親指を動かそうとすると、胸の筋肉の小さな領域が収縮する。再神経支配された筋肉にセンサーを配置することで、これらの収縮を利用してロボット義肢の適切な部分の動きを制御することができる。^{[105] [106]}

この技術の変種は、標的感覚再神経支配（TSR）と呼ばれる。この手順はTMRに似ているが、運動神経を筋肉に再ルーティングするのではなく、感覚神経を胸部の皮膚に外科的に再ルーティングする点が異なる。最近、ロボットの手足は人間の脳から信号を受け取り、その信号を義肢の動きに変換する能力が向上している。国防総省の研究部門であるDARPAは、この分野でさらに進歩を遂げようと取り組んでいる。彼らの望みは、神経系に直接接続する義肢を作成することである。^[107]

筋電義手に使用されるプロセッサの進歩により、開発者は義手の微調整制御の精度を向上させることができるようになった。ボストンデジタルアームは、これらのより高度なプロセッサを活用した最近の義肢である。この義手は5軸で動作し、よりカスタマイズされた感覚になるようにプログラムすることができる。最近、スコットランドのエジンバラでデビッド・ガウが発明したI-LIMBハンドは、 5本の指が個別に駆動する初の市販義手となった。この義手には手動で回転可能な親指も付いており、ユーザーが受動的に操作して、精密、パワー、キーグリップの各モードで握ることができる。^[108]

もう一つの神経補綴物は、ジョンズ・ホプキンス大学応用物理学研究所のProto 1である。同大学は、Proto 1のほかに、2010年にProto 2も完成させた^。[109] 2013年初頭、スウェーデンのチャルマース工科大学とサールグレンスカ大学病院のマックス・オルティス・カタランとリカルド・ブローネマルクは、心で制御され、身体に永久的に取り付けることができる（骨結合を使用）初のロボットアームの開発に成功した。^{[110] [111] [112]}

非常に有用なアプローチは、腕の回転と呼ばれるもので、片側切断者（体の片側のみに影響する切断）によく見られるが、両腕または両足を失った、または切断した両腕切断者にとっても日常生活を送るために不可欠である。これは、上肢切断者の残存骨の遠位端に小さな永久磁石を挿入するものである。対象者が残存腕を回転させると、磁石も残存骨とともに回転し、磁場分布の変化を引き起こす。^[113]頭皮に貼り付けた小さな平らな金属ディスクを使用して検出される EEG（脳波）信号は、基本的に身体動作に使用される人間の脳活動を解読し、ロボットの手足を制御するために使用される。これにより、ユーザーはその部分を直接制御することができる。^[114]

ロボット脚の研究は時間の経過とともに進歩し、正確な動きと制御が可能になりました。

シカゴリハビリテーション研究所の研究者らは2013年9月に、使用者の大腿筋からの神経インパルスを動作に変換するロボット脚を開発したと発表した。これはそのような機能を備えた初の義足であり、現在試験中である。^[115]

MITメディアラボのバイオメカトロニクスグループの責任者であるヒュー・ハーは、ロボット下腿義足（PowerFoot BiOM）を開発した。^{[116] [117]}

アイスランドの企業オズールも、足首を電動化したロボット下腿義足を開発しました。このロボットは、アルゴリズムとセンサーによって動き、歩行中のさまざまなポイントで足の角度を自動的に調整します。また、脳制御のバイオニック・レッグもあり、ワイヤレス送信機で手足を動かすことができます。^[118]

ロボット義足の主な目的は、歩行中に能動的な作動を提供して、歩行のバイオメカニクスを改善することであり、これには、とりわけ、切断者の安定性、対称性、エネルギー消費が含まれます。^[119]現在、アクチュエータが関節を直接駆動する完全電動義足や、少量のエネルギーと小さなアクチュエータを使用して義足の機械的特性を変えるが、歩行に正味の正のエネルギーを注入しない半能動義足など、いくつかの電動義足が市場に出回っています。具体的な例としては、BionXのemPOWER、OssurのProprio Foot、EndoliteのElan Footなどがあります。^{[120] [121] [122]}また、過去10年間にさまざまな研究グループがロボット義足の実験を行ってきました。^[123]研究されている中心的な課題には、立位およびスイングフェーズ中のデバイスの動作の設計、現在の歩行タスクの認識、堅牢性、重量、バッテリー寿命/効率、騒音レベルなどのさまざまな機械設計上の問題が含まれます。しかし、スタンフォード大学とソウル国立大学の科学者は、義肢の感覚を助ける人工神経システムを開発しました。^{[124]この合成神経システムにより、義肢は}点字を感知し、触覚を感じ、環境に反応することができます。 ^{[125] [126]}

世界中でリサイクルされたペットボトルや蓋から義肢が作られています。^{[127] [128] [129] [130] [131]}

義肢のほとんどは、体の外部に非永久的に取り付けられます。 切断部とソケットの方法は切断者にかなりの痛みを引き起こす可能性があるため、直接骨に取り付ける方法が広く研究されてきました。

オッセオインテグレーションは、人工インプラントによって人工肢を身体に取り付ける方法です。この方法は、エクスポプロテーゼ（人工肢を骨に取り付ける）またはエンドエクスポプロテーゼとも呼ばれます。 エンドプロテーゼは、膝関節や股関節の置換インプラントなど、完全に身体の中に留まる人工関節インプラントです。

この方法は、チタンボルトを切断端の骨に挿入することで機能します。数か月後、骨はチタンボルトに付着し、アバットメントがチタンボルトに取り付けられます。アバットメントは切断端から伸び、(取り外し可能な) 義肢がアバットメントに取り付けられます。この方法の利点には、次のものがあります。

• 義肢の筋肉制御が向上します。
• 義歯を長期間装着する能力。これは、残歯とソケット法では不可能です。
• 大腿切断者が車を運転できる能力。

この方法の主な欠点は、骨が直接付着している切断患者は、骨折の可能性があるため、ジョギング中に経験するような大きな衝撃を手足に与えることができないことです。^[16]

美容用の義肢は、怪我や外見上の損傷を隠すために長い間使われてきた。現代の技術の進歩により、シリコンやPVCで作られた本物そっくりの手足を作るコスメシス（美容術）が可能になった。^[132]義手などのこのような義肢は、今ではそばかす、静脈、髪、指紋、タトゥーまでも含め、本物の手の外観を模倣するように設計できる。特注のコスメシスは一般的に高価（細部のレベルに応じて数千ドルかかる）であるが、標準的なコスメシスは様々なサイズであらかじめ作られているが、特注品ほど本物らしくないことが多い。別の選択肢は特注のシリコンカバーで、これは人の肌の色調に合わせて作ることができるが、そばかすやしわなどの細部には合わせることができない。コスメシスは、接着剤、吸引、フォームフィット、伸縮性のある皮膚、皮膚スリーブなど、さまざまな方法で体に取り付けられる。

神経運動補綴装置とは異なり、神経認知補綴装置は神経機能を感知または調節して、実行機能、注意、言語、記憶などの認知プロセスを物理的に再構成または増強する。現在利用可能な神経認知補綴装置はないが、脳卒中、外傷性脳損傷、脳性麻痺、自閉症、アルツハイマー病などの症状の治療に役立てるために、埋め込み型神経認知脳コンピューターインターフェースの開発が提案されている。^[133] 認知支援技術の最近の分野は、人間の認知を増強する技術の開発に関するものである。Neuropageなどのスケジュール作成装置は、記憶障害のあるユーザーに、医者に行くなどの特定の活動をいつ行うべきかを思い出させる。PEAT、AbleLink、Guideなどのマイクロプロンプト装置は、記憶や実行機能の問題のあるユーザーが日常生活の活動を行うのを支援するために使用されている。

日常的に使用する標準的な義肢に加えて、多くの切断患者や先天性疾患患者は、スポーツやレクリエーション活動への参加を支援するために特別な義肢や装置を使用しています。

サイエンスフィクションの世界では、また最近では科学界では、機能を改善するために健康な身体の一部を人工的なメカニズムやシステムに置き換える高度な義肢の使用が検討されている。このような技術の道徳性と望ましさは、トランスヒューマニストや他の倫理学者、その他一般の人々によって議論されている。^{[134] [135] [136] [137]}脚、腕、手、足などの身体部分は置き換えることができる。

健康な個人を対象とした最初の実験は、英国の科学者ケビン・ワーウィックによるものと思われる。2002年、インプラントがワーウィックの神経系に直接接続された。約100個の電極を含む電極アレイが正中神経に配置された。生成された信号は非常に詳細で、ロボットアームがワーウィック自身の腕の動きを模倣し、インプラントを介して一種の触覚フィードバックを提供することができた。^[138]

ディーン・ケイメンのDEKA社は、高度な神経制御義肢「ルークアーム」を開発した。臨床試験は2008年に始まり、^[139] FDAの承認は2014年、ユニバーサル・インスツルメンツ社による商業生産は2017年に予定されている。モービウス・バイオニクスが小売価格で提供する価格は約10万ドルになると予想される。^[140]

2019年4月のさらなる研究では、3Dプリントされたパーソナライズされたウェアラブルシステムの義肢機能と快適性の向上が見られました。印刷後に手動で統合する代わりに、義肢と着用者の組織の交差点に電子センサーを統合することで、着用者の組織にかかる圧力などの情報を収集することができ、これらのタイプの義肢のさらなる反復を改善するのに役立ちます。^[141]

2008 年初頭、南アフリカの「ブレードランナー」オスカー・ピストリウスは、下腿義足が足首のないランナーに対して不当なアドバンテージを与えるとされ、 2008 年夏季オリンピックへの出場資格を一時的に剥奪された。ある研究者は、ピストリウスの義足は、同じ速度で走る健常ランナーよりも 25% 少ないエネルギーしか消費しないことを発見した。この判決は控訴審で覆され、控訴裁判所はピストリウスの義足の総合的な利点と欠点が考慮されていないと述べた。

ピストリウスはオリンピックの南アフリカチームには選ばれなかったが、2008年の夏季パラリンピックで優勝し、将来のオリンピックに出場できる資格があると判断された。^[要出典]彼は2011年に韓国で開催された世界選手権に出場し、準決勝に進出したが、タイム的には最下位で、第1ラウンドで14位だった。彼の400メートルの自己ベストは決勝で5位に相当した。2012年のロンドン夏季オリンピックでは、ピストリウスはオリンピックに出場した初の切断者ランナーとなった。^[142]彼は400メートルレース準決勝、^{[143] [144] [145]}と4×400メートルリレーレース決勝に出場した。[ ^{146]彼はまた、} 2012年のロンドン夏季パラリンピックで5つのイベントに出場した。^[147]

下腿義足の設計には、考慮すべき要素が複数あります。製造業者は、これらの要素に関する優先順位を選択する必要があります。

それでも、ソケットと足のメカニズムにはアスリートにとって非常に貴重な要素があり、これらは今日のハイテク義肢メーカーの焦点となっています。

• フィット – 運動能力の高い切断患者や骨が残存している患者には、ソケットのフィットを慎重に調整する必要があるかもしれません。活動量の少ない患者には、「トータルコンタクト」フィットとジェルライナーが適しているかもしれません。
• エネルギーの貯蔵と回収 - 地面との接触によって得られたエネルギーの貯蔵と、その貯蔵されたエネルギーの推進力としての利用
• エネルギー吸収 - 筋骨格系への高衝撃の影響を最小限に抑える
• 地面への順応性 - 地形の種類や角度に依存しない安定性
• 回転 – 方向転換のしやすさ
• 重量 – 快適性、バランス、スピードを最大化
• サスペンション – ソケットが四肢にどのように接続されフィットするか

購入者は、他にもさまざまな要素を懸念しています。

• 化粧品
• 料金
• 使いやすさ
• サイズの在庫状況

義肢と義肢デザインの重要な特徴は、「障害者向けのデザイン」という考え方です。これは、障害者が公平なデザインに参加できるという良い考えのように聞こえるかもしれませんが、残念ながらそうではありません。障害者向けのデザインという考えは、障害の根底にある意味のせいでまず問題があります。それは、手足を失った人に、移動や歩行には正しい方法と間違った方法があり、手足を失った人が自分の力で周囲の環境に適応するなら、それは間違った方法であると教えています。障害の根底にある意味に加えて、障害者向けのデザインをしている多くの人は実際には障害者ではありません。これらの経験から生まれた「障害者のためのデザイン」は、障害を対象としており、障害のないデザイナーは、自分の経験をシミュレーションすることで自分の仕事について適切に学んだと感じています。シミュレーションは誤解を招きやすく、障害者に不利益をもたらします。そのため、ここから生じるデザインは非常に問題があります。障害者デザインに取り組む場合は、理想的には、関連する障害を持ち、研究にとって重要なコミュニティの一部であるチームメンバーと一緒に行う必要があります。^[148]これにより、日常の個人的な経験がどのようなものか知らない人が、実際の障害を持つ人々のニーズを満たさない、またはニーズを妨げる素材をデザインすることになります。

米国では、典型的な義肢の費用は、患者が希望する義肢の種類に応じて15,000ドルから90,000ドルの間である。医療保険では、患者は通常、義肢の総費用の10％から50％を支払い、保険会社が残りの費用を負担する。患者が支払う割合は、保険プランの種類と患者が希望する義肢によって異なる。^[149]英国、ヨーロッパの多くの国、オーストラリア、ニュージーランドでは、義肢の費用はすべて国の資金または法定保険で賄われている。たとえば、オーストラリアでは、病気による切断の場合は国の制度によって、外傷による切断の場合は労働者災害補償保険または交通事故傷害保険によって義肢の費用が全額負担されている。^[150] 2017年から2020年にかけて全国的に導入される 国家障害保険制度でも義肢の費用が支給される。

経橈骨義肢（肘下切断）と下脛骨義肢（膝下切断）の費用は通常6,000～8,000ドルであるのに対し、経大腿義肢（膝上切断）と経上腕義肢（肘上切断）の費用は約2倍の10,000～15,000ドルで、時には35,000ドルに達することもある。義肢の費用は頻繁に発生するが、義肢は日常使用による摩耗のため、通常は3～4年ごとに交換する必要がある。さらに、ソケットのフィットに問題がある場合は、痛みが出始めてから数ヶ月以内にソケットを交換する必要がある。高さが問題になる場合は、パイロンなどの部品を交換することができる。^[151]

患者は複数の義肢の費用を支払う必要があるだけでなく、義肢を装着した生活に適応するために必要な理学療法や作業療法の費用も支払う必要がある。義肢の継続的な費用とは異なり、患者が切断者として生活する最初の 1 ～ 2 年間は、通常、治療費として 2,000 ～ 5,000 ドルを支払うだけで済む。患者が新しい義肢で強くなり、快適になれば、もう治療に通う必要はない。生涯を通じて、典型的な切断患者は、手術、義肢、治療を含めて 140 万ドル相当の治療を受けると予測されている。^[149]

安価な膝上義足は、機能が限定された基本的な構造サポートしか提供しないことが多い。この機能は、粗雑で、関節が動かず、不安定で、手動でロックする膝関節で実現されることが多い。国際赤十字委員会（ICRC）など、限られた数の組織が開発途上国向けの装置を製作している。CR Equipments社が製造する装置は、単軸で手動で操作するロック式ポリマー人工膝関節である。^[152]

表. 文献レビューに基づく膝関節技術のリスト。^[86]

セバスチャン・デュボアが設計した低コストの義足の計画は、2007年にデンマークのコペンハーゲンで開催された国際デザイン展と賞の授賞式で紹介され、インデックス賞を受賞した。この計画では、主にグラスファイバーでできたエネルギーリターン義足を8ドルで作ることができる。^[154]

1980 年代以前は、義足は基本的な歩行能力を回復させるだけでした。これらの初期の装置は、残存肢を地面につなぐ単純な人工アタッチメントを特徴としています。

1981 年にシアトル フット (シアトル リム システムズ) が導入され、この分野に革命が起こり、エネルギー貯蔵義足 (ESPF) の概念が前面に押し出されました。他の企業もすぐに追随し、間もなく市場にはエネルギー貯蔵義足の複数のモデルが登場しました。各モデルは、圧縮可能なかかとのさまざまなバリエーションを採用しました。かかとは、最初の接地時に圧縮され、エネルギーを貯蔵します。このエネルギーは、接地の後半の段階で返され、体を前に進めるのに役立ちます。

それ以来、義足業界は、性能、快適性、市場性における着実な小さな改善によって支配されてきました。

3Dプリンターでは金型を使わずに単一製品の製造が可能なので、コストを大幅に削減できる。^[155]

インドのジャイプール発祥の義肢「ジャイプール・フット」は約40ドルかかる。

現在、 「オープン プロテーゼ プロジェクト」として知られるオープン デザインの義手フォーラムがあります。このグループは、協力者やボランティアを雇用して義手技術を進歩させながら、必要なデバイスのコストを下げるよう努めています。^[156]オープン バイオニクスは、オープンソースのロボット義手を開発している会社です。彼らは 3D 印刷を使用してデバイスを製造し、低コストの 3D スキャナーを使用して特定の患者の残存肢にデバイスを装着します。オープン バイオニクスの 3D 印刷の使用により、コストを下げることを目的として、ユーザーの好みの色、テクスチャ、さらには美学を組み込んだスーパーヒーローやスター ウォーズのキャラクターのように見える「ヒーロー アーム」など、よりパーソナライズされたデザインが可能になります。さまざまな印刷義手に関するレビュー調査では、3D 印刷技術は個別の義手設計に有望であり、市販のプロテーゼよりも安価で、射出成形などの大量生産プロセスよりも高価であることがわかりました。同じ研究では、3Dプリントされた義手の機能性、耐久性、ユーザーの受け入れに関する証拠がまだ不足していることも判明しました。^[157]

米国では、推定32,500人の子供（21歳未満）が小児切断手術を受けており、毎年5,525件の新規症例があり、そのうち3,315件は先天性である。^[158]

Carr et al. (1998) は、アフガニスタン、ボスニア・ヘルツェゴビナ、カンボジア、モザンビークの子供（14歳未満）の地雷による切断を調査し、それぞれ1000人の子供に対して4.7、0.19、1.11、0.67という推定値を示した。^[159] Mohan (1986) は、インドでは合計424,000人の切断者（年間23,500人）がおり、そのうち10.3%は14歳未満で障害を発症し、インドだけで約43,700人の四肢欠損児がいると指摘した。^[160]

子供向けに特別に作られた低コストのソリューションはほとんどありません。低コストの義肢の例には、次のようなものがあります。

革製のサポートバンドまたは手足用のプラットフォームを備えたこの手持ちのポールは、最もシンプルで安価な解決策の1つです。短期的な解決策としては有効ですが、可動域（RoM）セットを通じて手足を毎日伸ばさないと、急速に拘縮が形成されやすくなります。^[83]

この解決策もかなり単純なもので、石膏のソケットの底に竹やPVCのパイプを取り付けたもので、オプションで義足に取り付けることもできる。この解決策では、膝を可動域いっぱいに動かすので拘縮を防ぐことができる。障害のある村の子供たちを支援するオンラインデータベースであるデイビッド・ワーナー・コレクションには、これらの解決策の製作マニュアルが掲載されている。^[161]

この解決策は、自転車のシートポストを逆さまにして足として使用することで、柔軟性と（長さの）調整可能性を生み出します。これは、地元で入手可能な材料を使用した非常に安価な解決策です。^[162]

これはインド製の熱可塑性プラスチック部品を使用した内骨格モジュール式下肢です。主な利点は軽量で適応性が高いことです。^[83]

モノリムは非モジュール式の義肢であり、製作後にアライメントを変更することがほとんどできないため、正しい装着にはより経験豊富な義肢装具士が必要となる。しかし、平均的には低コストのモジュール式義肢よりも耐久性に優れている。^[163]

多くの理論家が、身体の補綴による拡張の意味と影響について研究してきた。エリザベス・グロスは、「生き物は道具、装飾品、器具を使って身体能力を増強する。彼らの身体には何かが欠けていて、それを人工器官や代替器官で置き換える必要があるのだろうか？…あるいは逆に、補綴物は、美的再編成と増殖の観点から、実用的な必要性を超えて、あるいはそれに反して機能する発明の結果として理解されるべきなのだろうか？」と書いている。 ^[164] エレイン・スカーリーは、あらゆる人工物が身体を再創造し、拡張すると主張する。椅子は骨格を補完し、道具は手を補完し、衣服は皮膚を増強する。^[165]スカーリーの考えでは、「家具や家は、人間の体内に吸収される食物以上にも以下にも内在するものではなく、人工肺、人工眼、人工腎臓などの洗練された補綴物と根本的に異なるものではない。製造された物の消費は、身体をひっくり返し、物体の文化に開放し、物体の文化として開放する。」 ^{[166]建築学教授の} マーク・ウィグリーは、建築がどのように私たちの自然な能力を補完するかについてのこの考え方を継続し、「すべての補綴物はアイデンティティの曖昧さを生み出す」と主張している。^[167]この研究の一部は、人間と物体の関係を拡張の関係として特徴づけたフロイトの以前の特徴に依存している。

義肢は、人が自分自身をどう認識し、他の人が自分をどう認識するかにおいて重要な役割を果たしている。義肢の使用を隠すことができるため、参加者は社会的烙印を避けることができ、それがひいては社会への統合と、そのような障害にまつわる感情的問題の軽減を可能にした。^[168]手足を失った人は、まずその手足を失ったことによる感情的な結果に対処しなければならない。切断の理由が外傷によるものか病気の結果かにかかわらず、感情的なショックが存在する。患者の年齢、医療文化、医学的原因など、さまざまな要因に応じて、その振幅は小さくなったり大きくなったりする。切断の結果、研究参加者の報告にはドラマが満載だった。切断に対する最初の感情的な反応は絶望であり、耐え難いほどの深刻な自己崩壊感だった。^[169]感情的要因は、社会的影響を見る上でのほんの一部に過ぎない。手足を失った人の多くは、義肢や手足に多くの不安を抱いているかもしれない。国立医学図書館のインタビューを受けた患者たちは、手術後、長期間にわたって不安の出現と増大に気づいた。多くの否定的な考えが彼らの心に侵入した。将来についての予測は悲観的で、悲しみ、無力感、さらには絶望に特徴づけられた。実存的不確実性、制御の欠如、そして切断による人生におけるさらなる損失が、不安の主な原因であり、その結果として反芻や不眠症になった。^[169]片足を失い義足になったことで、怒りや後悔など、多くの要因も起こり得る。手足の切断は、身体的な喪失や身体イメージの変化だけでなく、連続性の感覚の突然の断絶にも関連している。身体的外傷の結果として切断を受けた参加者にとって、その出来事はしばしば違反として経験され、フラストレーションや怒りにつながる可能性がある。^[169]

義肢がどのように作られ、生産されるかについても、多くの倫理的な懸念がある。実験や感覚義肢の臨床使用に関連して、動物実験、感覚義肢で緩和される可能性のある閉じ込め症候群の患者に対するインフォームドコンセント、新しい装置をテストする被験者に対する非現実的な期待など、幅広い倫理的問題が生じる。^[170]義肢がどのように作られるか、そして装置の使いやすさをテストすることは、医療の世界では大きな懸念事項である。新しい義肢のデザインが発表されると多くの良いことが起こるが、装置が現在の状態に至った経緯は、義肢の倫理に疑問を投げかけることになる。

義肢装具士の間では、そもそも義肢を着用すべきかどうかについても多くの議論がある。これは、義肢が日常生活を助けるのか、それとも困難にするのかということから始まる。多くの人は、四肢を失ったことに適応して生活できるようになり、義肢を必要としないようになっている。すべての切断者が義肢を着用するわけではない。2011年にオーストラリアの切断者を対象に行われた全国調査で、Limbs 4 Lifeは、切断者の7％が義肢を着用していないことを発見し、別のオーストラリアの病院の研究では、この数字は20％近くに達した。^[171]多くの人が義肢が不快で着用したくないと報告し、義肢を着用する方がまったく着用しないよりも面倒だとさえ報告している。これらの議論は義肢装具士のコミュニティでは自然なことであり、彼らが直面している問題を明らかにするのに役立つ。

• ヘンリー・ウィリアム・パジェット、初代アングルシー侯爵（1768年 - 1854年）、ワーテルローの戦いで足を切断された
• マリー・モーントマン（1900-74）、労働災害の生存者
• テリー・フォックス（1958年～1981年）、カナダのアスリート、人道主義者、癌研究活動家
• オスカー・ピストリウス（1986年生まれ）、南アフリカの元プロ短距離走者
• ハロルド・ラッセル（1914–2002）、第二次世界大戦の退役軍人、アカデミー賞受賞俳優

• アフガニスタンの切断者がテキサスの集会で自らの体験を語る、フェイエットビル・オブザーバー
• 現代の義肢は実際に触覚の回復に役立つのか？ PBS Newshour
• リックに手を差し伸べる、フェイエットビル・オブザーバー
• 義肢、義肢、およびそのさまざまなコンポーネントとは何か？2022年7月18日にWayback Machineでアーカイブ
• 私は世界で最も先進的な義手を持っていますが、それが嫌いです。by ブリット・H・ヤング
• 義肢装具介入の有効性を評価するランダム化比較試験の系統的レビュー