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医学において、義肢（複数形：義肢；古代ギリシャ語：πρόσθεσις 、ローマ字表記： prósthesis、文字通り「追加、適用、装着」）[ 1 ]または義肢インプラント[ 2 ] [ 1 ]は、身体的外傷、病気、または出生時に存在する状態（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す。義肢は、失われた身体部分の正常な機能を回復させる場合もあれば[ 3 ]、美容的な機能を果たす場合もあります。
切断手術を受けた人は、切断者と呼ばれることもあります。切断手術を受けた人のリハビリテーションは、主に理学療法医、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チームの一員として、理学療法医によって調整されます。 [ 4 ]義肢は、手作業またはコンピュータ支援設計（CAD）を使用して作成できます。CADは、作成者がコンピュータで生成された2Dおよび3Dグラフィックス、分析ツール、最適化ツールを使用して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ースです。[ 5 ]
義肢は、個々の外見と機能的なニーズに合わせて設計・製作されるべきです。個人の状況、併存疾患、予算や健康保険の適用範囲、医療へのアクセス状況によっては、美観と機能性のバランスを考慮する必要がある場合もあります。また、筋電義肢、体動義肢、あるいは特定の活動に特化した義肢が適切な選択肢となる場合もあります。将来の目標、職業上の希望、そして潜在的な能力を考慮することで、複数の義肢の中から最適なものを選ぶことができるでしょう。
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、さらに片側顔面、耳介（耳）、鼻、眼窩、眼球に分けられます。口腔内補綴物には、義歯、閉鎖装置、歯科インプラントなどの歯科補綴物が含まれます。
頸部の人工装具には、喉頭代替物、気管および上部食道代替物などが含まれる。
胴体用の人工装具には、片側または両側の乳房用人工装具、乳房全体を覆う装置、または乳首用人工装具などが含まれる。
陰茎プロテーゼは、勃起不全の治療、男性の陰茎形成手術、および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。
四肢用義肢には、上肢用義肢と下肢用義肢の両方が含まれる。
上肢用義肢は、切断部位に応じて様々なレベルで使用されます。例えば、四肢切断、肩関節離断、上腕骨切断、肘関節離断、前腕骨切断、手首関節離断、手全体切断、手部分切断、指切断、指部分切断などがあります。前腕骨切断義肢は、肘より下で欠損した腕を補う人工肢です。
上肢用義肢は、受動型装置、身体動力型装置、外部動力型（筋電）装置の 3 つの主要なカテゴリに分類できます。受動型装置は、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）で使用される受動型ツールのいずれかです。受動型装置の包括的な概要と分類は、Maat らによる文献レビューに記載されています。[ 6 ]受動型装置は、可動部分がない静的なものと、構成を調整できる調整可能なもの（調整可能な手の開口部など）があります。能動的な把持機能がないにもかかわらず、受動型装置は、物体を固定または支持する必要がある両手作業、または社会的交流における身振り手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。[ 6 ]身体動力型またはケーブル操作型の義肢は、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。最近の身体動力方式では、アクチュエータケーブルやハーネスを不要にするために、ユーザーの呼吸を利用して義手を駆動および制御する方法が検討されています。[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]利用可能な義肢の3番目のカテゴリは、筋電義手です。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点で、これまでのものとは異なります。このバッテリーは、アクチュエータとセンシングコンポーネントの両方にエネルギーを供給するという二重の目的を果たします。アクチュエータは主にモーターまたは空気圧システムに依存していますが、[ 10 ]筋活動を捉え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、超音波筋電図、筋運動学などの技術が含まれています。[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]これらの方法は、上腕の動き中に収縮した筋肉によって生成される微弱な電流を検出することによって機能し、通常は電極またはその他の適切なツールを使用します。その後、これらの取得された信号は、人工手が実行する把持パターンまたは姿勢に変換されます。
義肢装具業界では、橈骨切断義手はしばしば「BE」または肘下義肢と呼ばれる。
下肢用義肢は、さまざまなレベルの切断に対応する代替手段を提供します。これには、股関節離断、大腿切断義肢、膝関節離断、脛骨切断義肢、サイム切断、足部、部分足部、および趾が含まれます。下肢用義肢の主な2つのサブカテゴリーは、脛骨切断（脛骨を切断するあらゆる切断、または脛骨欠損を引き起こす先天異常）と大腿骨切断（大腿骨を切断するあらゆる切断、または大腿骨欠損を引き起こす先天異常）です。
大腿切断義足は、膝より上の脚を置き換える人工肢です。大腿切断者は、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、大腿切断者は、両足が完全な人よりも歩くのに約 80% 多くエネルギーを消費する必要があります。[ 14 ]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、炭素繊維、機械的リンク、モーター、コンピューター マイクロ プロセッサ、およびこれらの技術の革新的な組み合わせが採用され、ユーザーにより多くの制御を提供します。義肢業界では、大腿切断義足はしばしば「AK」または膝上義足と呼ばれます。
脛骨切断義足とは、膝下で切断された脚を補う人工肢のことです。脛骨切断者は、大腿切断者よりも容易に正常な動きを取り戻せる場合が多いですが、これは主に膝が残っているため、動きが容易になるからです。下肢義肢とは、股関節レベルまたはそれより下の位置にある人工肢を指します。義肢業界では、脛骨切断義足はしばしば「BK」または膝下義足と呼ばれます。
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、義肢の製作、装着、調整を担当する医療専門家であり、下肢義肢の場合は歩行と義肢のアライメントの両方を評価します。義肢が義肢装具士によって装着および調整された後、リハビリテーション理学療法士（アメリカでは理学療法士と呼ばれる）が、新しい義肢使用者に脚義肢で歩くことを教えるのを手伝います。そのために、理学療法士は口頭で指示を与えることもあれば、触覚または触覚キューを使用して人を誘導するのを手伝うこともあります。これは、診療所または自宅で行うことができます。トレッドミルの使用を含む治療の場合、自宅でのこのようなトレーニングがより成功する可能性があることを示唆する研究があります。[ 15 ]トレッドミルを理学療法治療と併用することで、義肢で歩くことの多くの課題を体験することができます。
英国では、下肢切断の75%が不十分な循環（血管障害）が原因で行われています。[ 16 ]この状態は、糖尿病や心臓病など、他の多くの医学的状態（併存疾患）と関連していることが多く、回復して義肢を使用して移動能力と自立を取り戻すことが困難になる場合があります。[ 16 ]不十分な循環があり、下肢を失った人々に対しては、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を提供する十分な証拠がありません。[ 16 ]
下肢義肢は、切断レベルや外科医の名前で分類されることが多い。[ 17 ] [ 18 ]
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。使用される素材には以下のようなものがあります。
車輪付き義肢は、犬[ 19 ] 、猫、豚、ウサギ、カメ[ 20 ]などの負傷した家畜のリハビリテーションにも広く使用されています。
義肢は紀元前3000年頃の古代近東に起源を持ち、義肢の最古の証拠は古代エジプトとイランに現れます。義眼に関する最古の記録は、紀元前3000年頃のエジプトのホルスの目の物語にあり、ホルスの左目が摘出され、その後トートによって元に戻されるという話です。紀元前3000年から2800年頃、義肢の最古の考古学的証拠は古代イランで発見され、シャフル・イ・ショフタで女性とともに埋葬された義眼が見つかりました。それはおそらく、薄い金の層で覆われた瀝青ペーストで作られていました。[ 22 ]エジプト人は足の義肢の初期の先駆者でもあり、紀元前1000年頃の新王国時代の遺体から木製のつま先が見つかっています。[ 23 ]もう一つの初期の文献上の言及は、紀元前 1200 年頃の南アジアで、リグヴェーダに登場する女戦士ヴィシュパーラに関するものです。[ 24 ]ローマの青銅製の冠も発見されていますが、その使用は医学的というよりは美的であった可能性があります。[ 25 ]
義肢に関する初期の記述は、ギリシャの歴史家ヘロドトスによるもので、彼はスパルタの捕虜から逃れるために自分の足を切断し、木製の義肢を取り付けたギリシャの占い師ヘゲシストラトスの物語を伝えている。[ 26 ]
大プリニウスは、ローマの将軍マルクス・セルギウスが戦役中に右手を切断され、盾を持つために鉄の義手を作られ、戦場に戻ったという話も記録している。歴史上有名な、かなり洗練された義手は、16世紀初頭にゲッツ・フォン・ベルリヒンゲンが作ったものである[ 28 ]。しかし、義肢が初めて確認されたのは紀元前950年から710年である。2000年、病理学者の研究者たち、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が、そのミイラには人工の親指が付いていた。木と革でできたこの親指には、使用の痕跡が見られた。2011年に生体工学者が再現したところ、この古代の義肢は、装着者が裸足でもエジプト風のサンダルでも歩くことができたことが分かった。それまで、最も古い義肢はカプアの義足であった。[ 29 ]
ほぼ同時期に、フランソワ・ド・ラ・ヌーも鉄の義手を持っていたと伝えられており、17世紀のルネ＝ロベール・カヴァリエ・ド・ラ・サールも同様である。[ 30 ]アンリ・ド・トンティは義手の代わりにフックを持っていた。中世の間、義肢は形が非常に基本的なままであった。衰弱した騎士は、盾を支えたり、槍や剣を握ったり、騎乗した戦士を安定させたりできるように義肢を装着した。[ 31 ]日常生活を助けるものは、裕福な者だけが購入できた。[ 32 ]
注目すべき義肢の一つは、イタリア人男性のもので、科学者たちは、この男性が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墓地で発見された骨格を調査した科学者たちは、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見つかった物から、ナイフの義肢は革のストラップで取り付けられており、彼はそれを歯で繰り返し締めていたことが示唆されている。[ 35 ]
ルネサンス期には、鉄、鋼、銅、木材を用いて義肢が発展した。機能的な義肢は1500年代に登場し始めた。[ 36 ]
イタリアの外科医は、帽子を脱いだり、財布を開けたり、署名したりできる腕を持つ切断者の存在を記録した。[ 37 ]切断手術と義肢設計の改良は、アンブロワーズ・パレの手によってもたらされた。彼の発明の中には、膝をついた義足と足の義肢で、固定位置、調節可能なハーネス、膝ロック制御を備えた膝上装置があった。彼の進歩の機能性は、将来の義肢がどのように発展できるかを示した。
近代以前のその他の主要な改良点：
第二次世界大戦終結後、米国科学アカデミー（NAS）は義肢の研究開発の向上を提唱し始めた。政府の資金援助により、陸軍、海軍、空軍、退役軍人省内で研究開発プログラムが開発された。
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・フォートとCWラドクリフを含むチームが、膝上切断用の治具装着システムを開発することで、四角形ソケットの開発に貢献した。下肢用ソケット技術は、1980年代にジョン・サボリッチCPOが輪郭付き内転大転子制御アライメント法（CATCAM）ソケットを発明し、後にサボリッチソケットへと発展したことで、さらに革命的な進歩を遂げた。彼は、四角形ソケットの代替品を開発していたイヴァン・ロングとオッサー・クリステンセンの方向性に従い、四角形ソケットは、木材から作られた開口部のあるプラグソケットに由来していた。[ 40 ]この進歩は、ソケットと患者の接触モデルの違いによるものであった。これ以前は、ソケットは四角形の形状で、筋肉組織を収容するための特別な構造はなかった。新しいデザインは、骨の構造を固定し、それを所定の位置に固定し、患者の既存の四肢と筋肉全体に均等に重量を分散させるのに役立ちます。坐骨拘束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。坐骨拘束ソケットにはさまざまなバリエーションがあり、それぞれのソケットは患者の特定のニーズに合わせて調整されます。ソケットの開発と長年にわたる変更に貢献した他の人には、ティム・スタッツ、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、切断外科医が行う外科手術が、切断者がどのようなタイプのソケットデザインの義肢をうまく使用できるように準備する上で最も重要であると主張しました。[ 41 ]
マイクロプロセッサ制御の義膝が初めて登場したのは1990年代初頭のことである。インテリジェント義足は、市販された最初のマイクロプロセッサ制御義膝である。これは1993年に英国のChas. A. Blatchford & Sons, Ltd.によって発売され、義足での歩行の感覚と外観をより自然にした。[ 42 ]改良版は1995年にインテリジェント義足プラスという名前で発売された。Blatchfordは1998年に別の義足、アダプティブ義足を発売した。アダプティブ義足は、油圧制御、空気圧制御、マイクロプロセッサを使用して、切断者に歩行速度の変化により反応する歩行を提供する。コスト分析によると、高度な大腿義足は、 年間の生活費調整のみを考慮すると、45年後には約100万ドルになることが明らかになっている。[ 43 ]
2019年にAT2030の下で、石膏型ではなく熱可塑性樹脂を使用して特注ソケットを作るプロジェクトが開始されました。これはより速く、大幅にコストを削減できます。このソケットはAmparo Confidenceソケットと呼ばれています。[ 44 ] [ 45 ]
2005年、DARPAは「Revolutionizing Prosthetics」プログラムを開始しました。[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ] DARPAによると、1億ドルのこ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上肢を開発すること」でした。[ 52 ] [ 53 ] 2014年、DEKA Research and Development Corp.のDean Kamen氏とそ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複雑なタスクを実行するために変換する」義肢としてFDAの承認を受けた最初の義肢となりました。[ 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ました。[ 53 ] [ 55 ]
義肢設計のトレンドの進化には多くの段階があり、時間とともに前進しています。多くの設計トレンドは、カーボンファイバー、シリコン、先進ポリマーなどの軽量で耐久性があり柔軟な素材を指しています。これらは義肢を軽量で耐久性のあるものにするだけでなく、自然な皮膚の外観と感触を模倣することも可能にし、ユーザーに快適で自然な体験を提供します。[ 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に溶け込むのを助け、義肢を装着している人に対する偏見を軽減します。もう1つのトレンドは、義肢設計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、センサーを使用してユーザーの残存筋からの電気信号を検出します。信号は動きに変換され、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るようになります。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向上し、物をつかむことや自然に歩くことなどのタスクがはるかに実現可能になりました。[ 56 ] AIとの統合も義肢設計の最前線にある。AI搭載義肢は、時間の経過とともにユーザーの習慣や好みを学習し適応することで、最適な機能性を確保できる。ユーザーの歩行、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、より滑らかで自然な動きを実現できる。[ 56 ]
義肢とは、切断された、あるいは先天的に奇形または欠損した四肢を機能的に代替するものです。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、義肢装具士はまず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樹脂が、この患者の型に合わせてカスタム成形されます。炭素繊維、チタン、ケブラーなどの最先端素材は、強度と耐久性を提供しながら、新しい義肢を軽量化します。より高度な義肢には、高度な電子機器が搭載されており、安定性と制御性が向上しています。[ 57 ]
長年にわたり、人工肢は進歩を遂げてきました。新しいプラスチックや炭素繊維などの素材により、人工肢はより強く、より軽くなり、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るようになりました。これは、大腿切断者にとって特に重要です。また、追加の素材により、人工肢はよりリアルに見えるようになり、これは、人工肢が露出する可能性が高い前腕切断者や上腕切断者にとって重要です。[ 58 ]
新しい材料に加えて、人工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肢を制御する筋電義肢は、ケーブル操作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検出され、信号が積分され、一定の閾値を超えると義肢の制御信号がトリガーされるため、本質的にすべての筋電制御は遅延します。逆に、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には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。コンピュータも義肢の製造に広く使用されています。コンピュータ支援設計とコンピュータ支援製造は、人工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、ベルトやカフ、または吸引によって切断者の断端（切断肢の末端）に取り付けられます。断端は義肢のソケットに直接はめ込まれるか、あるいは今日ではより一般的に、ライナーが使用され、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、ほとんどが円形断面ですが、その他の断端の形状に合わせてカスタムライナーを作成することもできます。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、義肢の力が断端の領域全体に分散されるように設計されているため（一点に集中するのではなく）、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、まず断端の形状を捉え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、断端の正確な形状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感を実現するために不可欠です。[ 60 ]カスタムソケットは、断端、または今日ではより一般的には断端に装着したライナーの石膏型を取り、その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材料は、石膏と呼ばれます。[ 61 ]近年、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、コンピュータに直接入力することで、より高度な設計が可能になっています。一般的に、形状キャプチャプロセスは、切断者の断端から3次元（3D）幾何学的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、構造化光スキャナ、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 ]
形状キャプチャの後、ソケット製作の第 2 段階は修正と呼ばれ、骨の突出部や潜在的な圧力点にボリュームを追加し、荷重がかかる領域からボリュームを削除することによって、断端の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によって手動で行うか、ソフトウェアでコンピュータ モデルを操作することによって仮想的に行うことができます。[ 63 ]最後に、モデルが修正され最終化されたら、義肢ソケットの製作が始まります。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 モデルの場合は、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 プリントすることができます。[ 64 ]
断端とソケット間の最適なソケットフィットは、義肢全体の機能と使用に不可欠です。断端とソケットの取り付け部分のフィットが緩すぎると、断端とソケットまたはライナーとの接触面積が減少し、断端の皮膚とソケットまたはライナーの間の隙間が増えます。その結果、圧力が高くなり、痛みが生じる可能性があります。空気のポケットには汗が溜まり、皮膚が柔らかくなることがあります。最終的には、これが皮膚のかゆみを伴う発疹の一般的な原因となります。時間が経つにつれて、皮膚の損傷につながる可能性があります。[ 14 ]一方、フィットがきつすぎると、インターフェース圧力が過度に増加し、長期間の使用後に皮膚の損傷につながる可能性があります。[ 65 ]
義肢は通常、以下の手順で製造されます。[ 58 ]
現在の技術では、体動式アームの重量は筋電式アームの約半分から3分の1程度に抑えることができる。
現在市販されている体動式義肢には、硬質エポキシ樹脂またはカーボンファイバー製のソケットが使用されています。これらのソケット、すなわち「インターフェース」は、骨の突出部を保護するために、より柔らかく圧縮可能な発泡素材で裏打ちすることで、快適性を向上させることができます。肘から下が短～中程度の可動域を欠く場合は、自己懸架式または上顆式ソケットが適しています。より長い肢の場合は、懸架を補助するために、ロック式のロールオン型インナーライナーや、より複雑なハーネス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ネジ（米国規格）を備えたねじ込み式コネクタ、またはクイックリリース式コネクタのいずれかであり、それぞれ異なるモデルが存在する。
身体の力で動く義肢には、自発的に開く「引っ張って開く」タイプと、自発的に閉じる「引っ張って閉じる」タイプの2種類が存在する。事実上すべての「スプリットフック」型義肢は、自発的に開くタイプのシステムで動作する。
GRIPSと呼ばれるより現代的な「把持装置」は、随意閉鎖システムを採用している。両者の違いは大きい。随意開放システムでは、把持力を得るためにゴムバンドやバネが用いられるのに対し、随意閉鎖システムでは、把持力を生み出すために自身の身体の力とエネルギーが用いられる。
自発的に閉じるタイプのグリップは、通常の手と同等の、最大100ポンド（約45kg）以上の把持力を発揮できます。自発的に閉じるタイプのグリップは、人間の手のように一定の張力で握る必要があり、その点において人間の手のパフォーマンスに非常に近いと言えます。一方、自発的に開くタイプのスプリットフックは、ゴムやバネが生み出す力に制限され、通常は20ポンド（約9kg）以下です。
もう一つの違いは、保持しているものをユーザーが「感じる」ことができるように生成されるバイオフィードバックにあります。随意開閉システムは、作動すると保持力を発生させ、腕の先端にある受動的な万力のように機能します。フックが保持対象物を挟み込んだ後は、把持に関するフィードバックは提供されません。随意閉鎖システムは、直接比例制御とバイオフィードバックを提供するため、ユーザーは加え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を備えた上肢および手の義肢を開発した。この技術により、切断患者は義手システムをより自然な方法で操作できるようになる。[ 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、切断者に生理学的に適切な（ほぼ自然な）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、参加者は視覚的または聴覚的なフィードバックなしに義手の把持力を効果的に調整することができました。[ 67 ]
2013年2月、スイスのローザンヌ連邦工科大学とイタリアのサンタアンナ高等専門学校の研究者らは、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、義肢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が接続されたデンマーク人患者は、シルベストロ・ミチェラとスイスおよびイタリアの研究者らが作成した特殊な人工手を通して、物体を扱い、触覚を即座に受け取ることができた。[ 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、いくつかの感覚知覚をマッピングしました。次に、各電極を刺激して、各感覚知覚がどのように引き起こされるかを調べ、感覚情報を義肢にマッピングしました。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をかなり正確に近似することができます。残念ながら、この義肢は一般のユーザーが入手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可能性があると述べています。[ 70 ]
端末装置には、フック、把持装置、ハンド、その他の装置など、さまざまなものが含まれている。
任意開閉式のスプリットフックシステムは、シンプルで便利、軽量で頑丈、汎用性が高く、比較的安価です。
フックは見た目や汎用性において通常の人間の手とは異なりますが、その材質的な耐性は機械的ストレス（フックを使えば箱を切り開いたりハンマーとして使ったりできますが、通常の手では同じことはできません）、熱安定性（フックを使えば沸騰したお湯から物をつかんだり、グリルで肉をひっくり返したり、マッチが完全に燃え尽きるまで持ち続けたりできます）、化学的危険性（金属製のフックは酸や苛性ソーダに耐え、義手や人間の皮膚のように溶剤に反応しない）において、通常の人間の手を凌駕することができます。
義手は、自発的に開くものと自発的に閉じるものの両方のバージョンがあり、より複雑なメカニズムと化粧用の手袋カバーのため、比較的大きな作動力が必要であり、使用するハーネスの種類によっては不快になる場合があります。[ 71 ]オランダのデルフト工科大学による最近の研究では、機械式義手の開発が過去数十年間放置されてきたことが示されました。この研究では、現在のほとんどの機械式義手のつまみ力レベルが実用には低すぎることが示されました。[ 72 ]最もよくテストされた義手は、1945 年頃に開発された義手でした。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ました。[ 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りました。[ 75 ]一部の企業は、患者の上腕に装着するための前腕一体型のロボットハンドも製造している[ 76 ] [ 77 ]また、2020年には、イタリア工科大学（IIT）で、前腕一体型の別のロボットハンド（Soft Hand Pro）が開発された。[ 78 ]
ホズマーとオットーボックは、主要な業務用フック供給業者です。機械式義手もホズマーとオットーボックから販売されています。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ます。義手には、標準品またはカスタムメイドの化粧用シリコン手袋を取り付けることができます。ただし、通常の作業用手袋を着用することもできます。その他の末端装置には、顧客が一部を改造できる多用途で頑丈なグリッパーであるV2P Prehensor、Texas Assist Devices（さまざまなツール付き）、スポーツ用の末端装置を提供するTRSなどがあります。ケーブルハーネスは、航空機用鋼ケーブル、ボールヒンジ、自己潤滑ケーブルシースを使用して構築できます。一部の義肢は、海水での使用のために特別に設計されています。[ 79 ]
下肢義肢とは、股関節レベルまたはそれより低い位置にある人工的に置き換えられた四肢を指します。全年齢に関して、Ephraim ら (2003) は、あらゆる原因による下肢切断の世界的な推定値を、人口 10,000 人あたり 2.0 ～ 5.9 人であるとしました。先天性四肢欠損の出生有病率については、出生 10,000 人あたり 3.5 ～ 7.1 例と推定しています。[ 80 ]
下肢用義肢の主な2つのサブカテゴリーは、脛骨切断型（脛骨を切断するあらゆる切断、または脛骨欠損を引き起こす先天性異常）と大腿骨切断型（大腿骨を切断するあらゆる切断、または大腿骨欠損を引き起こす先天性異常）です。義肢業界では、脛骨切断型義足は「BK」（膝下義足）と呼ばれることが多く、大腿骨切断型義足は「AK」（膝上義足）と呼ばれることが多いです。
その他、発生頻度は低いものの、下肢に発生する症例としては以下のようなものがある。
ソケットは断端と義肢の間のインターフェースとして機能し、理想的には快適な荷重、運動制御、および固有受容を可能にする。[ 81 ]不快感や皮膚の損傷などのソケットの問題は、下肢切断者が直面する最も重要な問題の一つとされている。[ 82 ]
この部分は、膝関節と足の間（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り出します。下腿と膝/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、装着後にソケットに対する足の角度と変位を変更できることを意味します。発展途上国では、コスト削減のため、義足はほとんどが非モジュール式です。子供の場合、平均 年間成長が1.9cmであるため、角度と高さのモジュール性が重要になります。[ 83 ]
足は地面との接触を提供し、立脚中の衝撃吸収と安定性を提供します。[ 84 ]さらに、足の形状と剛性によって歩行の生体力学に影響を与えます。これは、圧力中心 (COP) の軌跡と地面反力の角度が足の形状と剛性によって決定され、正常な歩行パターンを生成するために被験者の体格に合わせる必要があるためです。[ 85 ] Andrysek (2010) は、耐久性と生体力学に関して大きく異なる結果を示した 16 種類の異なる足を発見しました。現在の足で見つかった主な問題は耐久性であり、16 ヶ月から 32 ヶ月の耐久性があります。[ 86 ]これらの結果は成人向けのものであり、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。異なる種類の足と足首の義肢を比較した証拠は、ある足首/足のメカニズムが他のメカニズムよりも優れているかどうかを判断するには十分ではありません。[ 87 ]デバイスを決定する際には、デバイスのコスト、個人の機能的ニーズ、および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（膝上切断）の場合、遊脚期には屈曲を可能にするが立脚期には屈曲できないような複雑な連結部も必要となる。膝を代替することが目的であるため、人工膝関節は大腿切断者にとって最も重要な義肢の構成要素である。優れた人工膝関節の機能は、立脚期には構造的な支持と安定性を提供し、遊脚期には制御可能な方法で屈曲できるなど、正常な膝の機能を模倣することである。そのため、ユーザーは滑らか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下腿部によって義足に接続される。
人工膝関節の最も重要な側面の1つは、立脚期制御機構です。立脚期制御の機能は、荷重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、立脚期の片脚支持タスクを支えるために膝の安定性が確保され、遊脚期へのスムーズな移行が実現されます。立脚期制御は、機械式ロック[ 89 ] 、人工関節コンポーネントの相対的な位置合わせ[ 90 ] 、重量作動摩擦制御[ 90 ] 、多中心機構[ 91 ]など、いくつかの方法で実現できます。
歩行時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きた。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年に発売されたオッサーのレオニー、2006年に発表されたオッサーのパワーニー、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た。[ 93 ]
マイクロプロセッサは、膝関節角度センサーとモーメントセンサーからの信号を解釈・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の信号を受信し、切断者がどのような動作を行っているかを判断します。マイクロプロセッサ制御の膝関節のほとんどは、義肢内部に内蔵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発生する抵抗を制御するために使用されます。小さなバルブは、シリンダーに出入りする油圧流体の量を制御し、それによって膝の上部に接続されたピストンの伸展と圧縮を調整します。[ 43 ]
マイクロプロセッサ制御義肢の主な利点は、切断者の自然な歩行により近い動作が可能であることです。一部の義肢では、切断者が歩行速度に近い速度で歩いたり、走ったりすることができます。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達され、マイクロプロセッサはこれらの変化に応じて調整します。また、機械式膝関節のように一段ずつではなく、一段ずつ階段を下りることも可能になります。[ 94 ]マイクロプロセッサ制御義肢を使用している人は、満足度が高く、機能性、残存肢の健康、安全性が向上したと報告しているという研究もあります。[ 95 ]マルチタスク中でも、日常生活動作をより速く行うことができ、転倒のリスクを軽減できる可能性があります。[ 95 ]
しかし、中には使用を妨げる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張力を情報として利用します。この張力は、皮膚に貼られた電極によって随意的に収縮した筋肉から取得され、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します。このタイプの義肢は、人間の残存神経筋系を利用して、電動義手、手首、肘、または足の機能を制御します。[ 97 ]これは、身体の動きによって作動するストラップやケーブルを使用して、義肢の動きを制御するスイッチを作動または操作する電気スイッチ義肢とは異なります。筋電義肢が身体動力義肢よりも優れた機能を発揮するという明確な証拠はありません。[ 98 ]筋電義肢を使用する利点としては、外観の改善の可能性（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）、軽い日常活動に適している可能性、幻肢痛を経験している人に有益である可能性などが挙げられる。[ 98 ]体動義肢と比較すると、筋電義肢は耐久性が劣る可能性があり、訓練時間が長くなる可能性があり、調整が多く必要になる可能性があり、メンテナンスが多く必要になる可能性があり、ユーザーにフィードバックを提供しない可能性がある。[ 98 ]
アルバロ・リオス・ポベダ教授は、このフィードバックの問題に対する非侵襲的で手頃な解決策に長年取り組んできました。彼は次のように述べています。「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ますが、脳に戻ってくる信号からの感覚フィードバックがなければ、精密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ことは困難です。機械の手からの触覚を直接脳に接続することで、義肢は切断された肢の機能をほぼ自然な感覚で回復させることができます。」彼は、 1997年にフランスのニースで開催された第18回世界医用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ました。[ 99 ] [ 100 ]
ソ連は1958年に筋電義手を最初に開発し[ 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業化され、英国のハンガー・リム・ファクトリーによって販売された[ 102 ] [ 103 ]。筋電義肢は高価で、定期的なメンテナンスが必要であり、汗や湿気に弱い。
ロボットは、患者の障害と治療結果の客観的な尺度を生成し、診断を支援し、患者の運動能力に基づいて治療をカスタマイズし、治療計画の遵守を保証し、患者の記録を維持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す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部にあるマイクロコントローラーに中継し、位置や力などの肢とアクチュエータからのフィードバックを処理して、コントローラーに送信します。例としては、皮膚上の電気活動を検出する表面電極、筋肉に埋め込まれた針電極、または神経が通っ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装置は、ユーザーの神経系と筋系、そして装置本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装置のアクチュエーターに送信し、機械センサーと生体センサーからのフィードバックをユーザーに伝達します。また、コントローラーは装置の動作の監視と制御も担当します。
アクチュエータは、力と動きを生み出す際に筋肉の働きを模倣する。例としては、本来の筋肉組織を補助または代替するモーターなどが挙げられる。
標的筋再神経支配（TMR）は、切断された四肢の筋肉を以前制御していた運動神経を外科的に再配置し、大胸筋などの大きな無傷の筋肉の小さな領域を再神経支配する技術です。その結果、患者が失った手の親指を動かそうと考えると、代わりに胸の小さな筋肉が収縮します。再神経支配された筋肉の上にセンサーを配置することで、これらの収縮によってロボット義肢の適切な部分の動きを制御できます。[ 105 ] [ 106 ]
この技術の変種は、標的感覚神経再支配（TSR）と呼ばれています。この手順はTMRと似ていますが、運動神経を筋肉に再配置するのではなく、感覚神経を外科的に胸部の皮膚に再配置します。最近、ロボット義肢は人間の脳からの信号を受け取り、その信号を人工肢の動きに変換する能力が向上しました。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しています。彼らの目標は、神経系に直接接続する人工肢を作成することです。[ 107 ]
筋電義手に使用されるプロセッサの進歩により、開発者は義肢の微調整制御において大きな進歩を遂げました。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人工肢です。この義肢は5軸方向の動きを可能にし、よりカスタマイズされた感覚が得られるようにプログラムすることができます。最近では、スコットランドのエジンバラでデイビッド・ゴウによって発明されたI-LIMBハンドが、 5本の指が個別に駆動する初の市販義手となりました。この義手には、ユーザーが受動的に操作する手動で回転可能な親指も備わっており、精密グリップ、パワーグリップ、キーグリップのモードで握ることができます。[ 108 ]
別の神経補綴装置としては、ジョンズ・ホプキンス大学応用物理研究所のProto 1がある。同大学はProto 1の他に、2010年には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・カタランとリッカード・ブローネマルクは、脳波で制御でき、身体に永久的に装着できる（骨結合を利用した）最初のロボットアームの製作に成功した。[ 110 ] [ 111 ] [ 112 ]
非常に有用なアプローチは腕の回転と呼ばれ、片側切断者（体の片側のみに影響する切断）によく用いられ、また両腕または両脚を欠損または切断した両側切断者にとっても日常生活動作を行う上で不可欠です。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ことを含みます。被験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します。[ 113 ]頭皮に取り付けられた小さな平らな金属ディスクを使用して検出される脳波（EEG）信号は、基本的に身体運動に使用される人間の脳活動を解読し、ロボット肢の制御に使用されます。これにより、ユーザーは部分を直接制御できます。[ 114 ]
ロボット脚の研究は、時間の経過とともに一定の進歩を遂げ、正確な動きと制御を可能にしてきた。
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、ユーザーの大腿筋からの神経インパルスを動き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持つ初の義足である。現在テスト中である。[ 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・ヘールは、ロボット義足（PowerFoot BiOM）を開発した。[ 116 ] [ 117 ]
アイスランドの企業Össurは、装着者の歩行中のさまざまな時点で足の角度を自動的に調整するアルゴリズムとセンサーによって動く、電動足首を備えたロボット義足も開発しました。また、無線送信機で手足を動かせる脳制御のバイオニック義足もあります。[ 118 ]
ロボット義足の主な目的は、歩行中に能動的なアクチュエーションを提供し、切断者の安定性、対称性、エネルギー消費など、歩行の生体力学を改善することです。[ 119 ]現在市販されている電動義足には、アクチュエータが関節を直接駆動する完全電動義足と、少量のエネルギーと小型アクチュエータを使用して脚の機械的特性を変更するが、歩行に正味の正のエネルギーを注入しない半能動義足があります。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、さまざまな研究グループが過去 10 年間に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、立脚期と遊脚期における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的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、義肢が感覚を持つのに役立つ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る。[ 127 ] [ 128 ] [ 129 ] [ 130 ] [ 131 ]
ほとんどの義肢は、一時的な方法で体外に取り付けられます。断端とソケットを用いる方法は、患者にかなりの痛みを引き起こす可能性があるため、骨に直接取り付ける方法が広く研究されてきました。
骨結合とは、人工肢を人工インプラントによって身体に取り付ける方法です。この方法は、外人工装具（人工肢を骨に取り付ける方法）または内外人工装具とも呼ばれます。 内人工装具とは、膝や股関節の人工関節のように、身体内部に完全に留まる人工関節インプラントのことです。
この方法は、断端の骨にチタン製のボルトを挿入することで機能します。数か月後、骨はチタン製のボルトに付着し、アバットメントがチタン製のボルトに取り付けられます。アバットメントは断端から突き出ており、そこに（取り外し可能な）義肢が取り付けられます。この方法の利点には、以下のようなものがあります。
この方法の主な欠点は、骨に直接固定する切断手術を受けた患者は、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患肢に受けることができないことである。[ 14 ]
美容用義肢は、怪我や変形を隠すために長年使用されてきました。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義肢を作る美容義肢が実現しました。[ 132 ]人工手を含むこのような義肢は、そばかす、血管、毛髪、指紋、さらにはタトゥーまで含めて、本物の手のような外観をシミュレートするように設計できるようになりました。オーダーメイドの美容義肢は一般的に高価で（詳細度に応じて数千米ドルかかる）、標準の美容義肢はさまざまなサイズで既製品として販売されていますが、多くの場合、オーダーメイドのものほどリアルではありません。もう1つの選択肢は、カスタムメイドのシリコンカバーで、人の肌の色に合わせて作ることができますが、そばかすやしわなどの細部は再現できません。美容義肢は、接着剤、吸引、体にフィットする伸縮性のある皮膚、または皮膚スリーブを使用して、さまざまな方法で体に取り付けられます。
神経運動補綴装置とは異なり、神経認知補綴装置は、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築または増強するために、神経機能を感知または調節します。現在利用可能な神経認知補綴装置はありませんが、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つ埋め込み型神経認知脳コンピュータインターフェースの開発が提案されています。[ 133 ] 認知のための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係しています。Neuropage などのスケジュールデバイスは、医師の診察を受けるなど、特定の活動を行うタイミングを記憶障害のあるユーザーに通知します。PEAT、AbleLink、Guide などのマイクロプロンプトデバイスは、記憶と実行機能に問題のあるユーザーが日常生活動作を行うのを支援するために使用されています。
日常生活で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欠損症患者は、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の特別な義肢や器具を使用している。
SFの世界、そして最近では科学界においても、機能を向上させるために、健康な身体の一部を人工的な機構やシステムで置き換える高度な義肢の使用が検討されてきた。このような技術の倫理性や望ましさについては、トランスヒューマニスト、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、足などの身体の部位は置き換えることができる。
健康な人を対象とした最初の実験は、イギリスの科学者ケビン・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は正中神経に配置された。生成された信号は十分に詳細であったため、ロボットアームは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再び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である「ルークアーム」を開発した。臨床試験は2008年に開始され[ 139 ] 、2014年にFDAの承認を受け、ユニバーサル・インスツルメンツ社による商業生産は2017年に開始される予定である。モビウス・バイオニクス社が小売で提供する価格は約10万ドルになると予想されている[ 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。プリント後に手動で統合する代わりに、義肢と装着者の組織の接合部に電子センサーを統合することで、装着者の組織にかかる圧力などの情報を収集でき、これらのタイプの義肢のさらなる改良に役立ちます。[ 141 ]
2008年初頭、南アフリカの「ブレードランナー」ことオスカー・ピストリウスは、脛骨切断義足が足首に義足を持つランナーに対して不公平なアドバンテージを与えているとして、 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健常者のランナーと同じ速度で走る場合よりも25%少ないエネルギーしか消費しないことを発見した。この決定は控訴審で覆され、控訴裁判所はピストリウスの義足の全体的な利点と欠点が考慮されていなかったと述べた。
ピストリウスはオリンピックの南アフリカ代表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全勝し、将来のオリンピックに出場する資格があると認められた。彼は韓国で開催された2011年の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に終わった。第1ラウンドでは14位だったが、400mの自己ベストは決勝で5位になるはずだった。2012年のロンドン夏季オリンピックで、ピストリウスはオリンピック競技大会に出場した初の義足ランナーとなった。[ 142 ]彼は400メートル走の準決勝[ 143 ] [ 144 ] [ 145 ]と4 × 400メートルリレーの決勝に出場した。[ 146 ]また、 2012年のロンドン夏季パラリンピックでは5種目に出場した。[ 147 ]
経脛骨義足の設計には、考慮すべき要素が複数存在する。製造業者は、これらの要素に関して優先順位を決定する必要がある。
とはいえ、ソケットと足の力学にはアスリートにとって非常に重要な要素がいくつかあり、今日のハイテク義肢メーカーはまさにそれらに焦点を当てている。
購入者は他にも多くの要因を懸念している。
義肢および義肢設計の重要な特徴は、「障害のある人のための設計」という考え方です。これは、障害のある人が公平な設計に参加できるという良いアイデア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。障害のある人のための設計という考え方は、まず障害という言葉の根底にある意味合いに問題があります。それは、切断者に対して、正しい動き方と間違った動き方があり、切断者が自分の力で周囲の環境に適応しようとすると、それは間違った動き方だと教えてしまうからです。さらに、障害のある人のための設計に携わる人の多くは、実際には障害者ではありません。こうした経験から生まれた「障害のある人のための設計」は、障害を対象としており、障害のない設計者は、自分自身の経験のシミュレーションを通して、自分の仕事について正しく学んだと感じています。このシミュレーションは誤解を招きやすく、障害者にとって不利益となるため、そこから生まれる設計は非常に問題があります。障害のある人のための設計に取り組む際には、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員であるチームメンバーと協力する必要があります。[ 148 ]このため、日々の個人的な経験を知らない人々が、実際の障害を持つ人々のニーズを満たさない、あるいはニーズを妨げるような素材を設計してしまうことになる。
米国では、一般的な義肢の費用は、患者が希望する義肢の種類によって15,000ドルから90,000ドルまで幅があります。医療保険の場合、患者は通常、義肢の総費用の10%から50%を支払い、残りは保険会社が負担します。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ります。[ 149 ]英国、ヨーロッパの大部分、オーストラリア、ニュージーランドでは、義肢の費用は全額、国の資金援助または法定保険で賄われています。たとえば、オーストラリアでは、病気による切断の場合は州の制度によって義肢の費用が全額賄われ、ほとんどの外傷性切断の場合は労災保険または交通事故保険によって賄われます。[ 150 ] 2017年から2020年にかけて全国的に展開されている国民障害保険制度も義肢の費用を負担します。
橈骨切断（肘下切断）および脛骨切断（膝下切断）の義肢の費用は通常6,000ドルから 8,000 ドルですが、大腿切断（膝上切断）および上腕切断（肘上切断）の義肢の費用は約 2 倍で、10,000 ドルから 15,000 ドルの範囲であり、場合によっては 35,000 ドルに達することもあります。義肢の費用は、日常使用による摩耗のため、通常 3 ～ 4 年ごとに交換する必要があるため、しばしば繰り返されます。さらに、ソケットの適合に問題がある場合は、痛みの発生から数か月以内にソケットを交換する必要があります。高さが問題の場合は、パイロンなどのコンポーネントを変更できます。[ 151 ]
患者は複数の義肢の費用を支払うだけでなく、義肢での生活に適応するための理学療法や作業療法の費用も支払う必要があります。義肢の費用は継続的に発生しますが、患者は通常、切断者として生活する最初の1～2年間は、2,000ドルから5,000ドルの療法費用を支払うだけです。患者が新しい義肢に慣れて体力も向上すれば、療法を受ける必要はなくなります。生涯を通じて、典型的な切断者は 手術、義肢、療法を含めて140万ドル相当の治療を受けると予測されています。 [ 149 ]
低価格の膝上義足は、多くの場合、基本的な構造的サポートのみを提供し、機能は限られています。この機能は、多くの場合、粗雑で非関節式、不安定、または手動でロックする膝関節によって実現されます。国際赤十字委員会（ICRC）などの少数の組織が、発展途上国向けに機器を作成しています。CR Equipments社が製造する彼らの機器は、単軸で手動操作のロック式ポリマー製人工膝関節です。[ 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・デュボワ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および賞ショーで紹介され、インデックス賞を受賞しました。この義足は、主にグラスファイバーで構成され、8.00米ドルでエネルギーリターン義足を作ることができます。[ 153 ]
1980年代以前は、足部義肢は基本的な歩行能力を回復させるだけのものだった。これらの初期の義肢は、残存肢と地面をつなぐ単純な人工的なアタッチメントが特徴だった。
1981年にシアトル・フット（シアトル・リム・システムズ社製）が導入されたことで、この分野は革命的な変化を遂げ、エネルギー蓄積型義足（ESPF）の概念が注目を集めるようになりました。他の企業もすぐにこれに追随し、間もなくエネルギー蓄積型義足のモデルが数多く市場に出回るようになりました。どのモデルも、圧縮可能な踵を何らかの形で利用していました。踵は地面に最初に接触した際に圧縮され、エネルギーが蓄積されます。そして、そのエネルギーは地面に接触した後の段階で放出され、体を前進させる推進力として利用されます。
それ以来、足部義肢業界は、性能、快適性、市場性における着実な小規模改善によって支配されてきた。
3Dプリンターを使えば、金属型を使わずに単一の製品を製造できるため、コストを大幅に削減できます。[ 154 ]
インドのジャイプールで作られている義足「ジャイプール・フット」は、約40米ドルで販売されている。
現在、 「Open Prosthetics Project 」として知られるオープンデザインの義肢フォーラムが存在します。このグループは、協力者やボランティアを雇用して義肢技術を進歩させ、これらの必要なデバイスのコストを下げようとしています。[ 155 ] Open Bionicsは、オープンソースのロボット義手を開発している企業です。同社は、デバイスの製造に3Dプリンティングを使用し、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適合させます。Open Bionicsの3Dプリンティングの使用により、ユーザーのお気に入りの色、質感、さらには美学を取り入れて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「Hero Arm」など、よりパーソナライズされたデザインが可能になり、コスト削減を目指しています。さまざまなプリント義手のレビュー研究では、3Dプリンティング技術は個別化された義肢設計の可能性を秘めており、市販の義肢よりも安価ですが、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プリント義手の機能性、耐久性、ユーザー受容性に関する証拠がまだ不足していることも判明した。[ 156 ]
米国では、21歳未満の小児32,500人が小児切断手術を受けており、毎年5,525件の新規症例が発生し、そのうち3,315件が先天性であると推定されている。[ 157 ]
Carr ら (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) における地雷による切断を調査し、それぞれ 1000 子供あたり 4.7、0.19、1.11、0.67 という推定値を示した。[ 158 ] 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ており、インドだけで合計約 43,700 人の四肢欠損児がいると指摘した。[ 159 ]
子ども向けに特別に開発さ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としては、以下のようなものがあります。
革製のサポートバンドまたはプラットフォームが付いたこの手持ちポールは、見つかった中で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）セットを毎日連続して行わないと、急速に拘縮が生じる可能性があります。[ 83 ]
この比較的シンプルな解決策は、底部に竹またはPVCパイプが付いた石膏製のソケットで構成され、必要に応じて義足に取り付けられます。この解決策は、膝が可動域全体にわたって動くため、拘縮を防ぎます。障害のある村の子供たちを支援するためのオンラインデータベースであるDavid Werner Collectionには、これらの解決策の製作マニュアルが掲載されています。[ 160 ]
このソリューションは、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）調整機能を実現しています。地元で入手可能な材料を使用しているため、非常に安価なソリューションです。[ 161 ]
これはインド製の内骨格型モジュール式下肢で、熱可塑性樹脂部品を使用しています。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るため、製作後に位置合わせをほとんど変更できないことから、正しく装着するにはより経験豊富な義肢装具士が必要です。しかし、平均的には、その耐久性は低コストのモジュール式ソリューションよりも優れています。[ 162 ]
多くの理論家が、身体の義肢による拡張の意味と影響を探求してきた。エリザベス・グロスは、「生物は、身体能力を増強するために道具、装飾品、器具を使用する。彼らの身体には何かが欠けており、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、義肢は、美的再編成と増殖という観点から、実用的な必要性を超えて、おそらくはそれに反して機能する創意工夫の結果として理解されるべきなのだろうか？」[ 163 ]と書いている。エレイン・スカリーは、あらゆる人工物が身体を再現し、拡張すると主張する。椅子は骨格を補い、道具は手を付加し、衣服は皮膚を増強する。[ 164 ]スカリーの考えでは、「家具や家は、人間が吸収する食物と比べて、人間の身体にとってより内側にあるわけでも、より内側にあるわけでもなく、人工肺、人工眼、人工腎臓といった高度な人工装具と根本的に異なるわけでもない。製造された物の消費は身体を裏返しにし、それを物の文化に開放し、また物の文化として開放する。」 [ 165 ]建築学教授のマーク・ウィグリーは、建築が人間の自然な能力をどのように補完するかについてのこの考え方を引き継ぎ、「すべての人工装具によってアイデンティティの曖昧化が生じる」と主張している。[ 166 ]この研究の一部は、フロイトが以前に人間と物との関係を拡張の関係として特徴づけたことに基づいている。
義肢は、本人が自分自身をどのように認識するか、また他人が本人をどのように認識するかに重要な役割を果たすことがあります。義肢を使用することで、社会的な偏見を回避したり、自信を深めたりすることができ、そのような障害に伴う感情的な問題を軽減することができます。[ 167 ]特に突然の病気や外傷によって切断を受けた人にとっては、四肢の喪失に伴う感情が義肢の使用経験にも影響を与える可能性があります。義肢は身体とのつながりを取り戻すのに役立つかもしれませんが、痛みを伴う過程において、新たな侵入のように感じられることもあります。[ 168 ]
多くの人が人工乳房を装着することで精神的な恩恵を受ける一方で、特に実用的な機能を持たない人工乳房の場合、他人の快適さのために身体を隠したり「正常化」しようとする姿勢を嫌う人もいる。オードリー・ロードは著書『がん日記』の中で、乳房切除後に乳房プロテーゼを装着しないことを選んだ理由について、「人工乳房は『誰も違いに気づかないだろう』という空虚な安心感を与えるだけだ」と述べている。[ 169 ]
義肢の製造方法や生産方法についても、多くの倫理的問題があります。感覚義肢の実験や臨床使用に関連して、動物実験、感覚義肢で症状が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、新しいデバイスをテストする研究対象者の非現実的な期待など、幅広い倫理的問題が生じます。[ 170 ]義肢がどのように作られ、デバイスの使いやすさがどのようにテストされるかは、医療界で大きな懸念事項です。新しい義肢のデザインが発表されると多くの利点がありますが、デバイスがどのようにして現在の状態になったのかという点から、義肢の倫理について疑問を呈する人もいます。
義肢コミュニティでは、そもそも義肢を装着すべきかどうかについて多くの議論が交わされています。これは、義肢が日常生活に役立つのか、それとも困難にするのかという点に起因しています。多くの人は、失った肢体に適応して生活に役立てており、義肢を必要としていません。切断者全員が義肢を装着するわけではありません。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%が義肢を装着していないことを発見し、別のオーストラリアの病院の調査では、この数字は20%近くに達しました。[ 171 ]多くの人が義肢に不快感を覚え、装着したくないと報告しており、義肢を装着することは、全く装着しないよりも面倒だとさえ報告しています。
同じ墓から出土した義肢、人骨、木片の10個の放射性炭素年代測定の結果から、埋葬年代は紀元前300年～200年頃（信頼区間68%）である可能性が最も高く、これにより、現在までに知られている最古の機能的な義足が発見された。
{{cite journal}}: CS1メンテナンス: DOIは2025年7月現在非アクティブです（リンク）新しい義肢により、研究者たちは9年前に左手を失ったデンマーク人男性の触覚を回復させることに成功した。
{{citation}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)