義肢装具の製作に用いられる材料

義肢装具は、強度、重量、剛性、耐久性、成形性、皮膚適合性のバランスを考慮して選ばれた様々な材料から製作されます。これには、身体の輪郭に合わせて成形できる熱可塑性プラスチック、強度と軽量性を兼ね備えた炭素繊維などの繊維強化複合材料、構造部品やモジュール部品に用いられる金属、皮膚との界面に使用される軟質ポリマーやシリコーンなどが含まれます。材料の選択は、義肢装具の感触、性能、寿命を決定します。

Definition

義肢装具の製作に用いられる材料とは、熱可塑性プラスチック、繊維強化複合材料、金属、軟質ポリマー、シリコーンなどを含む、外部補助装置とその構成要素を製作するために使用される構造材料、界面材料、生体適合性材料のことです。

Scope

本稿では、義肢装具に用いられる主要な材料の種類と、その選択を左右する特性について概説します。材料を義肢装具の設計を理解するための参照対象として扱い、製作手順、製品の推奨、または個人のための義肢装具選択に関する臨床的ガイダンスを意図するものではありません。

Core questions

• 義肢装具にはどのような材料がどのような役割で使われていますか？
• 強度重量比、剛性、疲労抵抗性、皮膚適合性など、どのような特性が材料の選択を左右しますか？
• 界面材料は構造材料とどのように異なりますか？
• 義肢装具の設計において、材料のトレードオフはどのようにバランスが取られていますか？

Key concepts

• 生体適合性
• 熱可塑性プラスチック
• 繊維強化複合材料（炭素繊維）
• 強度重量比
• 剛性と柔軟性
• 疲労と耐久性
• 界面材料（シリコーン、フォーム、ゲル）

Mechanisms

材料の選択は、義肢装具の各部分の機能的要件に従って行われます。構造部品は、繰り返し加わる体重負荷に耐えなければならず、炭素繊維複合材料、チタン合金、アルミニウム合金などの高強度重量比材料が好まれます。熱可塑性プラスチックは加熱すると軟化し、鋳型やモデル上で真空成形できるため、ソケットや装具のカスタム成形が可能です。シリコーン、ゲル、フォームなどの皮膚界面材料は、適合性と皮膚適合性を考慮して選択され、クッション性を提供し、負荷を分散します。生体適合性、疲労抵抗性、および構造全体にわたる剛性の分布は、快適性、性能、耐用年数を総合的に決定します。

Clinical relevance

義肢装具材料の特性とトレードオフを理解することは、臨床医やエンジニアが、義肢装具がなぜ快適であるか、または耐久性があるのか、そして材料の選択が機能とどのように関連しているのかを考察するのに役立ちます。本稿は、材料とその特性に関する記述的な参照資料であり、特定の製品を推奨したり、個々の患者に対する義肢装具の選択を指導するものではありません。

Evidence & guidelines

エビデンスの多くは、臨床試験よりも工学および材料研究やナラティブレビューで構成されています。ポリマーベースおよび積層造形材料に関するレビューでは、この分野がより軽量でカスタマイズ可能なポリマーおよび複合材料へと移行していることが記述されており、義肢部品に関する系統的レビューでは、材料または部品の選択と機能的アウトカムを結びつけることは方法論的に困難であると指摘されています。

History

初期の義肢装具は、主に木材、革、金属で作られていました。20世紀半ばにプラスチックと熱可塑性プラスチックが導入されたことで、より軽量で成形可能な義肢装具が可能になり、その後、炭素繊維複合材料が採用されたことで、軽量でありながら高い強度が得られ、エネルギー貯蔵型足部などの動的な部品が実現しました。肢体界面用の軟質シリコーンやゲル、そして近年では積層造形用に調整されたポリマーが、材料の選択肢を拡大し続けています。

Seminal works

• bowker-michael-1992
• sakib-2023

Frequently asked questions

なぜ炭素繊維は義肢に多く使われるのですか？

炭素繊維複合材料は高い強度重量比を提供し、弾性エネルギーを蓄え、放出することができるため、構造部品やエネルギー貯蔵型義足などの動的な義肢に有用です。

なぜ熱可塑性プラスチックはソケットや装具に使われるのですか？

熱可塑性プラスチックは加熱すると軟化し、身体のモデル上で成形できるため、カスタムフィットの形状が可能になります。また、再加熱して調整できるため、ソケットや装具の反復的な適合に適しています。