JP2008541784A - 手術用電動ねじ回し - Google Patents

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Abstract

電池式電動ねじ回しは、作用端に向かって配置された狭幅の前部分及び作用端から後方に配置された比較的大きな後部分を持つ細長い本体を有する。テーパした移行部が狭幅の前部分を比較的大きな後部分に連結する。指先で操作できる少なくとも一つのスイッチが前部分に取り付けられている。少なくとも一つの指先スイッチは、ねじ回しを「鉛筆」式グリップで保持したときに人間の人指し指のパッドと一致する所定位置に配置される。一実施例は、限定されたトルクを前記手術用ねじに加えることができる駆動システムを含み、前記トルクは、特定の手術用ねじの前記所定の周知の最大捩り特性に、又はそれ以下に限定される。

Description

本願は、2004年3月30日に出願された米国仮特許出願第60/558,300号の優先権を主張する。
本発明は、全体として手術用の器具に関し、更に詳細には手術用手持ち式電動ねじ回しに関する。
ねじ回しを含む電動工具は、整形外科医により手術環境で一般的に使用されている。このような工具の設計は、一般的には、電動工具の従来の又は歴史的な事情に支配されてきた。その結果、手術用工具の多くは、大工や木材加工業者の工具と似ている。多くの手順において、こうした設計は完全に適切であるが、更に精密で繊細な手順は、更に特殊な工具設計によって容易にされる。
電池によって電力が提供される電動ねじ回しは様々な目的で利用できるが、以下の二つの基本的設計群に分けられる。第1のありふれた設計は、基本的には円筒形の電動ねじ回しであり、電池が円筒形ハンドル内に従来の懐中電灯と同様に軸線方向に端部と端部とを向き合わせて挿入された群であり、第2の一般的な設計は、主本体及び横方向ピストル型グリップ(幾つかの場合ではトリガースイッチによって賦勢され、「ピストル」との類似を満たす)を持つピストルグリップ設計である。第1の範疇の設計は、繊細に操作することが容易でなく、短刀のように拳を固めて握る。第2の群の設計もまた扱い難く、制限された空間内で使用するのは容易ではない。いずれの設計も微細な手術の用途には適していない。
従来技術のねじ回し設計は、一般的には、ねじ回しが作用を及ぼすねじの破壊点を考慮せずにできるだけ大きなトルクを加えるようになっている。ねじ回しが作用を及ぼすねじの破壊点を考慮することは、従来、治療の必要上重大な問題点であると考えられてこなかった。
この必要は、手術用改良電動ねじ回しに未だに残っている。
以上の問題点に鑑み、本発明の一つの特徴は、作用端に向かって配置された狭幅の前部分及び作用端から先端側に配置された比較的大きな後部分を含む細長い本体を持つ電池式電動ねじ回しである。テーパした移行部が狭幅の前部分を比較的大きな後部分に連結する。少なくとも一つの指先操作式スイッチが前部分に取り付けられている。この少なくとも一つの指先スイッチは、ねじ回しを「鉛筆」式グリップで保持したとき、人間の人指し指のパッド(pad)と一致した位置に配置される。
幾つかの実施例では、ねじ回しは流体や破片の侵入に対して実質的にシールされている(手術での使用中)。幾つかの実施例では、ねじ回しは、感染症を防ぐため、手術で使用された後に使い捨てであるようになっている。
別の特徴では、本発明は、限定されたトルクを手術用ねじに加えるようになった駆動システムを含む手持ち式電動ねじ回しである。前記トルクは、特定の手術用ねじの所定の周知の最大捩り特性に又はそれ以下に限定される。
本発明のこれらの及び他の特徴及び利点は、好ましい実施例の以下の詳細な説明を添付図面を参照して読むことにより、当業者に明らかになるであろう。
図1乃至図6は、本発明による手術用低トルク電動ねじ回しの代表的な実施例の外側から見た図を示す。図7は、内部の詳細を示す分解図を示す。
図1でわかるように、ねじ回しは、厚さ及び形状が互いに異なる前(「駆動」)端12及び後端14を持つ賦形された細長い本体10を有する。図5の端面図に示すように、比較的厚い後端14は、電池及び電動モータを収容するのに十分な増大した張り出し及び容積を有し、比較的狭幅の前端12は、限られた空間内での細かな操作を可能にするため、並びに親指と人指し指(又は人指し指及び中指の組み合わせ)との間で「鉛筆」式グリップで手で握り易くするために断面が減少してある。手術用ねじと係合して駆動するため、固定された駆動ブレード又はコレット16のいずれかが前端12に設けられている。好ましくは、様々な異なる相互交換自在の様々な大きさ及び形体の駆動ブレードを受け入れることができるコレット16が設けられる。
好ましくは、本体は全体として円筒形ではない。端面図でわかるように、本体は、好ましくは円形ではなく、どちらかというと楕円形の端面又は断面を有し、上側18と下側20との間の寸法の方が側部から側部までの寸法よりも大きい。この形状は、以下に論じる理由のため、円筒形よりも好ましい。
ねじ回し本体10は、好ましくは、添付図面に示すように広幅の後端14から比較的狭幅の前ネック22までテーパしており、前端12で終端する。広幅部分から比較的狭幅の部分までの移行は、主に本体の下前部分に沿って配置されたテーパした曲線24によって提供される。これとは対照的に、上側18は、好ましくは比較的全体に直線状の経路をたどる。大きな曲線を描いて延びるテーパ24の曲線は、人間の親指と人指し指との間の筋肉(指内転筋(adductor pollicis muscle))と相補的であり、これと快適に係合する。好ましくは、斜行肩部26がテーパ24に沿って又はテーパの近くに配置されており、位置を触感で知らせ、積極的なグリップを高める。
前後の極性制御スイッチ(30及び32の夫々)が前ネック22の上側に配置されており、詳細には、ねじ回しを自然の鉛筆式グリップで保持しているときに使用者の人指し指の先端即ち端パッドが快適に接近できるように位置決めされている。これらの制御スイッチにより、使用者は「正転」又は「反転」回転方向を選択できる。これらの制御スイッチは、互いに近接して配置された好ましくは密封型の押しボタンスイッチである。詳細には、正転制御装置と反転制御装置との間の距離は、平均的な大きさの人間の手の人指し指が、この指を曲げることによって、これらの制御装置間を容易に移動するように選択される。詳細には、人指し指は、ねじ回し上での手のグリップを変えることなく、制御装置間で移動できる。
好ましい実施例では、スイッチ30及び32は、血液又は他の汚染物が電動ねじ回しの内部機構に入り込まないようにするため、膜でシールされている。
添付図面には、更に、電池クリップ39、電池40、及び直流電動モータ42を含む、ねじ回しの一実施例の内部構成要素が示してある。電池40は、好ましくは図示のように横方向に取り付けられ、直流モータに駆動電圧を提供する。正転/反転制御スイッチ30及び32によって制御される極性制御回路により、モータのオン/オフ及び極性反転を行うことができる。(上文中に論じたように、制御スイッチはねじ回しの前ネックに取り付けられている)。直流モータ42は、好ましくは、オフセット駆動伝動システム46を駆動する。このシステムは、トルクを駆動シャフト48に伝達する。(図7に示す特定の実施例では、伝動システム及びモータは、図示のように及び以下に論じるように一体の機構内に一緒に収容されている)。駆動シャフト48は、好ましくは、駆動工具の迅速な交換を容易にするため、ねじ回しの前部のところにある迅速解放コレット16に連結されている。かくして、ねじ回しは、十字ねじ、アレンヘッドねじ、星型ソケット、又は−型ねじ等の特定のねじシステムに(一般的には)限定されず、様々な相互交換自在のブレードを受け入れることができる。特定の実施例は、トルクが限定された実施例に関して以下に論じる理由のため、特定のブレードに限定される。
ねじ回し本体の全体構造は、好ましくは実際のねじ駆動シャフト48の回転軸線を中心として対称ではなく、むしろ駆動シャフト48の軸線はねじ回し本体の広幅の後部分の中央軸線からオフセット、即ち、ずれている。ねじ回しの内部特徴及び外部特徴は、このオフセット形状を助長し、利用可能な容積を効率的に使用するように設計されている。好ましくは、円筒形の電池をねじ回し本体の軸線に対して横方向の配向で受け入れることができる電池クリップ39が設けられる。例えば、図示の実施例では、電池は、多くの電動ねじ回しのように駆動軸線とほぼ一直線になっているのでなく、それらの軸線を駆動軸線に対して横方向にして取り付けられている。この構成により、全体としての長さを減少し、内部容積を効率的に使用すると同時に、バランスの位置を支持点の近くに置く。
駆動モータ42は、好ましくは、ねじ駆動シャフト48にオフセットギヤ列46又は同様の伝動機構を介して連結されている。回転自在の駆動シャフト48が本体の中心に関してずれているため、所与の力を及ぼすことによって手で更に大きなトルクを及ぼすことができる(又は更に大きなトルクに抵抗できる)。及ぼされたトルクは、シャフトから力の適用点までの距離を大きくすることによって増大される。オフセット駆動によりこのような距離が大きくなり、縁部でハンドル本体に及ぼされた力がシャフトからなくされる。
本発明のねじ回しは、鉛筆等の筆記用具を掴むのに一般的に使用される方法(「鉛筆グリップ」)で握るようになっている。このように、ねじ回しの寸法、比率、及び設計は、全て、人間の手の通常の寸法、比率、及び設計に対して適している。詳細には、実質的に従来の「鉛筆グリップ」の位置で保持されるのに良好に適合している。人指し指をスイッチ30及び32のところに位置決めした状態で、ねじ回しのバランス点は、好ましくは、親指と第1指(人指し指)との間の肉体のウェブ状(fleshy−webbed)の構造のほぼ上に配置され、実質的に指内転筋に載り、回転する駆動点が鉛筆又はペンの先の位置に対応する位置で前方にある。ねじ回しの前方の狭幅部分は、親指、人指し指、及び中指に載り且つこれらの指によって制御され、人指し指は、ねじ回しの狭幅の前ネックの上側に位置決めされた正転制御ボタン及び反転制御ボタンに届き、この際、中指がネックを側方から支持する。正転制御スイッチ及び反転制御スイッチ30及び32は自然に曲げた平均的な人指し指の届く範囲内に配置されている。更に、正転制御装置と反転制御装置との間の距離は、人指し指がこれらの制御装置間を容易に、主に人指し指を曲げることによって移動できるように選択される。
制御装置の位置以外の他の好ましい特定の特徴により、鉛筆グリップの使用が容易になる。ねじ回しの表面は全体に円形であり且つ湾曲している。これはグリップの快適性を高めることがわかっている。随意であるが、更に握り易くするため、表面の幾つか又は全てに亘ってローレット目又はテクスチャー即ち、織地を付けた表面を使用してもよい。端面図(図5参照)に示すように、少なくともねじ回しの本体後部分の断面は全体に楕円形であり(必ずしも完全な楕円形であったり対称でなくてもよい)、一方の方向での寸法が他方の方向での寸法よりも広幅である。例えば、適当には、長軸及び短軸が不等の楕円形であってもよい。完全に対称であることは必要とされない。全体に楕円形形状であることは、手がトルクを加えたりトルクに抵抗したりすることを更に効率的に行うことができるという点で有利である。これは、更に多くのトルクを加えるためには長い方の寸法を使用して、(同じ大きな直径の円筒形の物体の場合のように)余分の容積を追加することなく行われる。更に、不規則な楕円形形態のため、円筒形形態や等辺形態よりも更に握り易い。
電池を含む装置の重心は、好ましくは支持点の真上又は僅かに後方である。支持点は、人指し指パッドがねじ回しの前ネック部分の正転制御装置及び反転制御装置(30及び32)の両方と接触するように位置決めされた状態で、指内転筋の代表的な位置で決まる。一実施例では、支持点までの距離は、最も後側の制御スイッチ(30又は32)から後方に4cm乃至8cmの範囲内にある。
本発明のねじ回しの全体形状は、好ましくは、「ピストル」グリップ等の何らかの大きな横方向突出部を追加することによって邪魔になることはない。ピストルグリップは、高トルク電動工具を形成する上で周知であるが、このようなグリップの大きな突出部は、繊細な手術位置の邪魔になり易い。更に、ピストルグリップは、ねじ回しの繊細な即ち細かな制御を提供しない。
鉛筆グリップ、正転/反転スイッチの制御、バランス点、及び人間の人指し指の寸法に関して本明細書中に説明した制限に対し、以上説明した比率からの或る程度の変形を加えることができる。
本発明のこの他の特徴により、手術用に良好に適合する。本体が円筒形でなく楕円形形状であるため、本発明のねじ回しは、傾いた平面上に置いた場合に勝手に転がってしまうことがない。これにより、手術中に器具を落としたりなくしたりすることが少ない。手術器具は各使用中に無菌である必要がある。このことは、これらの器具が、a)オートクレーブ温度に耐えることができるか或いはb)再使用を避けるために使い捨てであるかのいずれかでなければならないということを意味する。本発明のねじ回しは、使い捨て(幾つかのの構成要素をリサイクルする以外)であるようになっている。従って、本体の外ケーシングはスナップ嵌めによって組み立てられ、好ましくはねじを全く使用しない。一つの実際的な形成方法を図7に部分的に分解した状態で示す。この図には、構成要素の一つの内部配置が示してある。取り外し自在のねじを使用すると、使用者は電池を交換した後にねじ回しを適正な無菌手術には適しない方法で再使用しようとしてしまう。ケーシングは、好ましくは、組み立て後に例えば接着剤によってシールされ、血液、流体、又は他の不純混和物が内部機構に入り込まないようにする。
一実施例では、ねじ回しの直流モータのトルク性能は、好ましくは、ねじ回しが、適切な電力で、停動前に最大で所定のトルク限度を提供するが、更に大きなトルクが加わると停止するように、意図的に所定の最大トルク性能に限定される。この特徴は、手術用ねじがポキッと折れたりする可能性を小さくする上で望ましい。代表的な用途では、例えば、一般的には、シャフト直径が1.7mmで長さが4mm乃至5mmのチタニウム合金製(6アルミニウム/4バナジウムのチタン合金)の骨用セルフタッピンねじを備えた手術用ねじが使用される。これらの及び他の手術用ねじは、カリフォルニア州カマリロのキナメッド社(Kinamed,Inc.)から入手できる。本発明者は、こうしたねじが、過剰のトルクが加わると割れ(ポキッと折れ)ることによって破壊してしまうということを発見した。従って、一実施例では、モータは、閾値トルクを越えるトルクを及ぼすことができないように選択され又は変更される。例えば、特定の実施例では、ねじ回しは、約0.8987m−kg(78インチ・オンス)で停動する。更に一般的には、例えば電流又は電力制限直流駆動回路を使用することによって、ねじ回しを所望の閾値トルクに特定的に設計できる。この目的で使用できる様々な電流又は電力制限回路が電力供給又はモータ制御の技術分野で周知である。従って、一実施例では、本発明のねじ回しは、詳細には、所与の閾値トルクを越えるトルクを及ぼすことができないように限定される。閾値トルクは、ねじ回しの設計上のパラメータであり、特定の手術用ねじをポキッと折ってしまいかねるトルク以下であるように予め定められる。これに関し、ねじ回しは、通常でない強度特性を持つ通常でない手術用ねじ用に設計されるということに注目すべきである。更に、手術の用途において、配置中にねじが損傷しないということが非常に重要である。かくして、このトルクを限定することの重要性は、他のねじ回しと比較したとき、手術用電動ねじ回しについて通常重要とされる以上である。
トルクを制御した本発明の実施例では、モータのトルク特性は所期の用途で決まる設計上のパラメータである。「閾値トルク」は、本明細書中で使用されているように、特定の所期の用途で決まり、特定のモータ特性を所望の用途に従って意図的に選択される限りを除き、単に随意の固有のモータ特性に関する値ではない。
従って、本発明の一実施例は、ヘンクウェル社(Hennkwell Ind.Co.,Ltd.)から入手できる直流ギヤモータ型番HG650B−052を使用する。電気的性能、物理的的性能、及び性能特性を添付図面に示す。このモータの特性は、本発明の手術用ねじ回しについて特に適していることがわかっている。モータは、本発明では電池電力で駆動される(かくしてトルク曲線に「電池」という表示が付してある)。
本発明は、更に、上文中に説明した装置によって実施される方法を含む。この方法には、挿入中に手術用ねじに加わるトルクを限定するための方法、及び本明細書中に説明した電動ねじ回しで実施される他の手順が含まれる。
別の特徴では、本発明は、手術用ねじ及び手術用使い捨てねじ回しの適合システムを含み、このシステムでは、使い捨てねじ回しは、停動前の所定の閾値トルクを持つように設計されており、この使い捨てねじ回しに適合した手術用ねじは少なくとも所定の閾値トルクに破壊することなく耐えることができるように選択される。システムのねじ及びねじ回しの両方が、好ましくは、予めパッケージされており、いつでも使用でき、無菌の手術環境でのみ開放されるべき密封パッケージ内で無菌状態にある。好ましくは、ねじ及びねじ回しは組み合わせパッケージシステムで梱包されるべきであるが、別の態様では、コードシステム又はマーキングシステムによって明瞭に確認できる。
正転−反転極性スイッチ、直流モータ、電池、及び駆動回路の詳細は示さない。これは、電気の技術分野の当業者は、上文中に説明した重要な制限が与えられると、これらのシステムを特定の用途について容易に設計できるためである。電流の極性を反転することによって直流モータの正転−反転方向を制御する方法、及びこのような簡単なモータ回路のオン/オフ制御を行う方法は、電気の技術分野の当業者には容易に理解されよう。設計プロセスにおいて電池特性を周知の予測可能なパラメータとして含めることができるように、周知の安定した特性を持つ電池が、予めシールしたねじ回しの実施例に含まれていなければならない。取り外し自在のねじがないシールされたプラスチック製ハウジングは、使用者に電池を取り外して交換しようとする気を起こさせない。
本発明のねじ回しの別の注目すべき特徴は、その本体に大きな横方向突出部又はハンドルがなく、そのため前記本体をピストル式グリップで掴むことができないということである。これによりピストル式グリップで握ろうとする気を起こさせず、これにより、手術中、指先を良好に精密に制御するのが容易になる。
本発明の幾つかの例示の実施例を図示し且つ説明したが、当業者は多くの変更及び変形例を思いつくであろう。このような変更及び変形例は、特許請求の範囲に記載の本発明の精神及び範囲から逸脱することなく考えられ、実施できる。
本明細書中及び特許請求の範囲において使用されているように、「からなる」、「持つ」、及び「含む」といった用語は制限を意図したものではなく、「含むがこれに限定されない」という意味と理解されるべきである。
本発明による手術用電動ねじ回しの斜視図である。 図1の手術用電動ねじ回しの側面図である。 図1及び図2のねじ回しを上方から見た平面図である。 図1、図2、及び図3のねじ回しの前端図である。 図1乃至図4のねじ回しの後側の端面図である。 図1乃至図5のねじ回しを下から見た平面図である。 図1乃至図6のねじ回しの、内部の細部を示す部分分解図である。
符号の説明
10 ねじ回し本体 12 前端
14 後端 16 コレット
18 上側 20 下側
22 前ネック 24 テーパ
26 斜行肩部 30 正転制御スイッチ
32 反転制御スイッチ 39 電池クリップ
40 電池 42 直流電動モータ

Claims (22)

  1. 電池室及び駆動システムに連結された電動モータを含む、手術用に適した電池式電動ねじ回しにおいて、
    作用端に向かって配置された狭幅の前部分及び前記作用端から後方に配置された比較的大きな後部分を持つ細長い本体、
    前記狭幅の前部分を前記比較的大きな後部分に連結するテーパした移行部、及び
    前記前部分に取り付けられた指先で操作できる少なくとも一つのスイッチを含み、
    前記少なくとも一つの指先スイッチは、ねじ回しを「鉛筆」式グリップで保持したときに人間の人指し指のパッドと一致する所定位置に配置される、ねじ回し。
  2. 請求項1に記載のねじ回しにおいて、前記後部分の高さ寸法は、前記後部分の厚さ寸法よりも大きい、ねじ回し。
  3. 請求項2に記載のねじ回しにおいて、前記後部分は実質的に楕円形断面である、ねじ回し。
  4. 請求項3に記載のねじ回しにおいて、前記狭幅の前部分は人間の手の親指と人指し指との間で掴まれるようになっており、前記少なくとも一つのスイッチは前記狭幅の前部分の上側に配置されており、前記狭幅の前部分を向き合った親指と人指し指との間に置いて鉛筆式に握ることができる、ねじ回し。
  5. 請求項4に記載のねじ回しにおいて、前記テーパした移行部は、前記ねじ回しを鉛筆式グリップで保持したとき、親指と人指し指との間の肉体の谷の上に載るように寸法が定められている、ねじ回し。
  6. 請求項1に記載のねじ回しにおいて、前記指先で操作できる少なくとも一つのスイッチは、前記電動モータの正転駆動方向及び反転駆動方向を賦勢するように連結された、指先で操作できる少なくとも二つのスイッチを含む、ねじ回し。
  7. 請求項6に記載のねじ回しにおいて、前記指先で操作できる少なくとも二つのスイッチは互いに近接して取り付けられており、ねじ回し本体上での人指し指以外の指又は親指のグリップを変更せずに人指し指をその関節を伸ばすことによって調節することによって容易に届く距離以下で離間されている、ねじ回し。
  8. 請求項7に記載のねじ回しにおいて、前記離間は5.08cm(2インチ)と等しいか或いはそれ以下である、ねじ回し。
  9. 請求項1に記載のねじ回しにおいて、前記ねじ回しは駆動軸線が前記後部分の中央軸線に関してオフセットしている、ねじ回し。
  10. 請求項9に記載のねじ回しにおいて、前記駆動軸線は狭幅の前部分の軸線とほぼ同軸である、ねじ回し。
  11. 請求項1に記載のねじ回しにおいて、前記テーパした移行部は再湾曲している、ねじ回し。
  12. 請求項1に記載のねじ回しにおいて、相互交換自在のねじ回しアタッチメントを受け入れるための解放自在のコレットを更に含む、ねじ回し。
  13. 請求項1に記載のねじ回しにおいて、前記細長い本体は、流体や破片の侵入に対して実質的にシールされている、ねじ回し。
  14. 請求項13に記載のねじ回しにおいて、前記細長い本体は、前記電池の交換を阻止するために永久的にシールされており、前記ねじ回しは手術で使用した後に廃棄されるようになっている、ねじ回し。
  15. 請求項1に記載のねじ回しにおいて、前記本体には横方向突出部又はハンドルが設けられておらず、そのため前記本体はピストル式グリップで握ることができない、ねじ回し。
  16. 電池室、及び電動モータを含む駆動システムを含む、手術用に適した電池式電動ねじ回しにおいて、
    人間の手によって「鉛筆」グリップで握られるようになった細長い本体を含み、
    前記駆動システムは、利用可能なトルクを所定の最大トルク以下に限定するようになっており、
    前記所定の最大トルクは、所定の手術用ねじ用の捩り破壊限度以下の値として選択される、ねじ回し。
  17. 請求項16に記載のねじ回しにおいて、前記駆動システムは、利用可能なトルクを、前記所定の最大トルク以下のトルクで停動することによって限定する、ねじ回し。
  18. 手術での使用に適したねじ回し−ねじシステムにおいて、
    a)所定のヘッドパターンを持ち、破壊前の所定の周知の最大捩り特性を備えた手術用ねじ、及び
    b)電池式電動ねじ回しであって、
    人間の手によって「鉛筆」グリップで握られるようになった細長い本体、及び
    限定されたトルクを前記手術用ねじに加えることができる駆動システムを含むねじ回しを含み、前記トルクは前記手術用ねじの所定の周知の最大捩り特性に、又はそれ以下に限定される、システム。
  19. 請求項18に記載のシステムにおいて、前記ねじ回し及び前記ねじは、所定のトルク特性に基づいて特定の組み合わせで使用するように特定的に適合されたねじ回し及びねじであることを示すパッケージ又はマークによって確認される、システム。
  20. 請求項18に記載のシステムにおいて、前記ねじの前記所定のヘッドパターンと係合する所定の駆動パターンを持つ一つ又はそれ以上のねじ回しビットを更に含み、前記所定のヘッドパターン及び前記駆動パターンは、前記ねじの周知の最大捩り特性を確認するように選択される、システム。
  21. 請求項18に記載のシステムにおいて、前記ねじ回し及び前記ねじは、システムの無菌性を維持するようになった、手術環境で使用直前に開封されるのに適した一つ又はそれ以上の密封パッケージ内に無菌状態にパッケージされる、システム。
  22. 請求項18に記載のシステムにおいて、前記ねじはチタニウム製である、システム。
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