材料、生体力学、および工学
この分野は、義肢装具の工学的基礎をまとめたものです。すなわち、デバイスが構築される材料、立位および歩行中に身体とどのように相互作用するかを支配する生体力学、身体とデバイスのインターフェースにおける機械的負荷の管理、そして製造をますます形成しているデジタル設計および製造方法です。これらの要素が一体となって、義肢または装具がどのようにして丈夫で、軽量で、快適で、動きに機能的に適合するように設計されるかを説明します。
Definition
義肢装具における材料、生体力学、および工学とは、外部補助デバイスが作成され、個人の動きに適合される際の構造材料、機械的挙動、インターフェース負荷、および設計・製造プロセスに関わる知識体系のことです。
Scope
この分野は、読者を4つのトピックにわたって案内します。義肢装具の製造に使用される材料、生体力学的分析と歩行力学、四肢とデバイスのインターフェースにおける負荷分散と圧力管理、そしてコンピュータ支援設計と3Dプリンティングです。これらは、デバイス設計の根底にある工学的知識の参照マップとして扱われ、製造指示や臨床処方としてではありません。
Sub-topics
Core questions
- どのような材料特性が、義肢または装具のコンポーネントを強く、軽く、耐久性があり、生体適合性のあるものにするのでしょうか？
- 義肢装具は、立位および歩行の力学をどのように変化させるのでしょうか？
- デバイスと身体の間のインターフェースで機械的負荷はどのように分散されるのでしょうか、そしてそれはなぜ重要なのでしょうか？
- デジタル設計と積層造形は、デバイスの製造方法をどのように変えるのでしょうか？
Key concepts
- 構造材料と生体適合性材料
- 歩行周期と歩行分析
- インターフェース圧力とせん断
- エネルギー貯蔵と回収
- アライメント
- コンピュータ支援設計と製造
- 積層造形
Clinical relevance
デバイスの工学的基礎を理解することは、臨床医やエンジニアが、デバイスがなぜそのように機能するのか、設計の選択が快適さと機能にどのように影響するか、そしてコンポーネントを比較するエビデンスをどのように評価するかについて考察するのに役立ちます。この分野は、デバイスがどのように設計され評価されるかについての記述的な参照資料であり、個々の患者に対するデバイスの処方や製造に関するガイダンスを提供するものではありません。
Evidence & guidelines
この分野のエビデンスは、インターフェース応力と歩行に関する生体力学的基礎研究から、義肢コンポーネントが機能にどのように影響するかに関する系統的レビューまで多岐にわたります。van der Lindeら（2004）による系統的レビューは、異質な生体力学的研究から強力なコンポーネントレベルの結論を導き出すことの難しさを示しており、一方、工学レビューは、この分野におけるポリマーベースの積層造形（additive manufacturing）の急速な採用を追跡しています。
History
義肢装具工学は、20世紀を通じて、職人技に基づく木材と革の製造から、標準化されたモジュール式コンポーネントと軽量複合材料へと移行しました。定量的生体力学と計測された歩行およびインターフェース測定は1980年代から1990年代にかけて成熟し、コンピュータ支援製造によるデジタル設計、そして最近では積層造形が、デバイスの設計と製造方法を漸進的に再形成してきました。
Related topics
Seminal works
- sanders-1993
- van-der-linde-2004
Frequently asked questions
- 材料、生体力学、および工学の分野は何をカバーしていますか？
- デバイスが作られる材料、デバイスが動きとどのように相互作用するかの生体力学、身体とデバイスのインターフェースにおける機械的負荷の管理、そして製造に使用されるデジタル設計と3Dプリンティングの方法をカバーしています。
- この分野は、デバイスの製造方法や処方方法に関するものですか？
- いいえ。これは、義肢装具の背後にある工学的知識の参照概要であり、製造マニュアルや臨床処方の基礎となるものではありません。