JP2009543131A5 - - Google Patents

Description

制御ディスプレイ位置決めシステム

本発明は、制御ディスプレイのための位置決めシステムに関し、より詳細には、本発明は、医療／手術用機器とともに用いられる制御ディスプレイ位置決めシステムに関する。

先行技術における眼科手術システムのような制御ディスプレイを有する医療／手術用システムでは、制御ディスプレイ、タッチスクリーン、および、グラフィカルユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）へのアクセスが制限される。ある医療／手術用システムにおいては、制御ディスプレイは機械のフロントパネルに固定されており、動かすことができない。他の医療／手術用システムにおいては、制御ディスプレイはヨーク型（yoke-type）装置に取り付けられており、制御ディスプレイを、垂直軸の周りを左右に回転させ、水平軸の周りを傾斜させることができる。しかしながら、ディスプレイは依然として医療／手術用システムの中央に取り付けられており、医療専門家が機械の真正面の位置から制御ディスプレイにアクセスするのは今だに、制限がある。

手術道具や装置はシステムの真正面に配置されることが多いので、制御ディスプレイを医療／手術用システムの真正面の位置に制限することは、医療／手術の準備において問題となる。この配置において医療専門家は、手術道具や装置上に手を伸ばし制御ディスプレイにアクセスをしなくてはならない。制御ディスプレイのそのような配置は、機器近辺および手術道具や装置上部の減菌野を危険にさらす。

問題となる別の状況は、医療／手術用システムと使用者の間に患者が配置される際のＧＵＩへのアクセスである。この状況で使用者は、患者の上に手を伸ばしてＧＵＩにアクセスしなくてはならない。

医療／手術用システムを使用する医療専門家の体勢に対応することが更に別の問題である。ある処置で医療専門家は、座位の姿勢で作業する方がより快適である。別の処置では、医療専門家は立位の姿勢で作業する方がより快適である。座位であっても立位であっても、医療専門家の身長もまた大きな問題である。これは、画面が明瞭な視線を提供できる適切な位置にないために、医療専門家が画面を読み違える可能性があるためである。画像を読み違えることで、結果的に外科手術における不適切で場合によっては安全でない処置になる可能性もある。それゆえに、画面からのまぶしさや、室内照明からの反射、または、制御ディスプレイ上に現れるイメージのゆがみをさけるために、制御ディスプレイを医療専門家の目線に対して適切に位置づけることが最も重要である。

先行技術における制御ディスプレイ位置決めシステムの異なる方向への旋回により、制御ディスプレイ位置決めシステム内に収容されたケーブルがねじれてしまうこともわかっている。ケーブルがねじれると、ケーブルへの機械的ストレスが発生する。この機械的ストレスにより、最終的にはケーブルが破損する。ある先行技術のシステムにおいては、制御ディスプレイにつながるケーブルは、コイルできつく巻かれている。別の先行技術のシステムにおいては、ケーブルの動きは各ケーブル端部において制限される。各端部でケーブルの動きを制限することは、各軸上のケーブルの動きにより生じる機械的ストレスを軸ごとに低減するために施される。

ケーブルの動きを軸ごとに制限することによって生じる問題は、各軸における回転の操作に必要なケーブルの長さが追加されるために、ケーブルがとても長くなくてはならないことである。ケーブル長さが増すため、比較的大きなコイルへの格納が必要である。ケーブルのための比較的大きなコイルを格納する必要から、制御ディスプレイ位置決めシステムの全体の大きさも増大する。複数のケーブルを動かす軸が連続して使用される場合、ケーブルの長さによって、制御ディスプレイ位置決めシステムを非常に大きくしなくてはならない。コイルで巻かれたケーブルの使用とケーブル端部の動きを制限することは、複数のケーブルが使用されている場合には、受け入れることができる解決策ではないことがわかっている。更には、映像信号に加えられるノイズ量を削減するために、映像信号伝送ケーブルを他のケーブルから分離することが効果的であることもわかっている。

先行技術における制御ディスプレイ位置決めシステムに伴う別の問題は、摩擦発生面をつなげるために用いられるばね力が、一般には一連の波形ワッシャの圧縮によりつくられることである。個々の波形ワッシャは圧縮されても比較的小さなレベルの力しか提供できないため、摩擦発生面を加圧するのに必要な量の力を発生させるためには、複数の波形ワッシャを連続して使用しなくてはならない。波形ワッシャはまた、線形のたわみ−力曲線（ばね定数）により特徴づけられる。その結果、波形ワッシャの寸法とそれらの合わせ部品の変動により生じる波形ワッシャのたわみの変動は、ばね力の大きな変動を生じさせる。そして、このばね力の大きな変動は、摩擦力の大きな変動をもたらす。

従って、ａ）医療専門家から最も良く見える場所へ制御ディスプレイの位置を調整できる、ｂ）電気信号を制御ディスプレイへ供給する電気ケーブルへの機械的ストレスを低減する、ｃ）制御ディスプレイを広範囲に動かすことができる、ｄ）手動で位置を変更した場合は、その位置を保持する、医療／手術用機器の一部分とともに使用可能な制御ディスプレイ位置決めシステムに対する当分野における必要性が依然として存在する。

本発明の制御ディスプレイ位置決めシステムは、医療専門家から最も良く見える広範囲に渡る場所へ制御ディスプレイを調整することが可能であり、制御ディスプレイに電気信号を供給するケーブルへの機械的ストレスを軽減し、手動で位置を変更した場合はその位置を保持する。

開示した制御ディスプレイ位置決めシステムは、３つのヒンジが特徴であり、各ヒンジは略水平面方向の回転運動を提供するための略垂直軸を有する。第一、またはベース垂直ヒンジは、医療／手術機器の一部分の固定部に取り付けられている。ベース垂直ヒンジの近位端部から外側に延びるのが第一アーム部である。第一アーム部の反対端部または遠位端部に配置されるのが第二、または肘垂直ヒンジである。肘垂直ヒンジの近位端部から外側に延びるのが第二アーム部である。第二アーム部の遠位端部に配置されるのが第三、またはディスプレイ垂直ヒンジである。ディスプレイ垂直ヒンジを制御ディスプレイに接続しているのが、制御ディスプレイを略垂直面に対して移動させるための制御ディスプレイ取り付け部、または水平ヒンジである。

各垂直ヒンジ内は略円筒形の通路になっている。電気信号を制御ディスプレイに提供するケーブル束は、この略円筒形の通路を通過している。

各垂直ヒンジ内の略円筒形の通路を取り囲むのが、各垂直ヒンジを選択した位置に保持するための摩擦機構である。各垂直ヒンジを選択した位置に保持するための摩擦機構には、一束のワッシャが含まれる。摩擦ワッシャとスチールワッシャとの間の接触により摩擦力が発生する。摩擦ワッシャとスチールワッシャとを接触させる力は、一つ以上のベルビルワッシャの束により提供される。

図１で示される開示した制御ディスプレイ位置決めシステム１０は、眼科手術システムなどの医療／手術システム１００のための制御ディスプレイ９０を支持し位置決めするために使用される。開示したシステム１０は他の種類の医療／手術機器と共に使用できることを、当業者は理解するであろう。

開示したシステム１０の重要な特徴は、電気エネルギーと信号とを制御ディスプレイ９０内に格納された電気部品に伝送するケーブル１１０が、制御ディスプレイ位置決めシステム１０内に格納されていることである。開示した制御ディスプレイ位置決めシステム１０の別の特徴は、ヒンジ２０、３０、５０、７０内の摩擦力により、制御ディスプレイ９０がいかなる選択された位置にも保持されることである。医療専門家は、ヒンジ２０、３０、５０、７０内の摩擦力を超える十分な力を加えるだけで制御ディスプレイ９０の位置を変更する。その結果、開示した制御ディスプレイ位置決めシステム１０では、医療／手術システム１００の正面または両側周りの半円領域内のいかなる場所にも、制御ディスプレイ９０を配置し保持することができる。

制御ディスプレイ９０は、丈夫なタッチパネル、またはタッチスクリーン９２を有するグラフィカルユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）９１を有する。タッチパネル９２は、システム１００の主要なユーザー入力装置の機能を果たす。開示した制御ディスプレイ位置決めシステム１０の４つの軸によるアーム運動により、制御ディスプレイ９０を機械の中央から、患者の上部や、医療／手術機器の一部の正面から外側に、または両側に広がる位置に及ぶ場所へ配置することが可能となる。この移動範囲の増加が、医療／手術行為中に複数の異なる操作を担当する可能性のある看護士がディスプレイにアクセスするのを容易にする。

開示した制御ディスプレイ位置決めシステム１０は、各ヒンジ３０、５０、７０を貫通する３つの垂直回転軸Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₃、および残りのヒンジ２０を貫通する一つの水平回転軸Ｈ₁を有する。３つの垂直回転軸Ｖ₁、Ｖ₂、およびＶ₃により、開示した制御ディスプレイ位置決めシステム１０は、その移動可能範囲内で床に平行な水平面のいかなる位置へも制御ディスプレイ９０を移動することが可能となる。ヒンジ２０により提供される水平回転軸Ｈ₁により、背丈が異なる使用者に対応するため、ディスプレイ９０の視角は垂直面に対して±２０°まで調整可能である。

垂直方向ヒンジ３０、５０、７０、および水平方向ヒンジ２０は、一般に図２Ａ、および図２Ｂにそれぞれ示されるような、抵抗を発生し、各アーム部４０、および６０をいったん配置された位置に保持するための摩擦発生機構を有する。図２Ａで示されるように、垂直軸Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₃において、ステンレススチールワッシャ１０２をプラスチック摩擦ワッシャ１０４に対して圧迫することにより摩擦が発生する。非線形のバネ定数を有するベルビルワッシャ１０６は、ワッシャ１０２に荷重を発生させるために使用される。ベルビルワッシャ１０６は摩擦荷重の変動を低減する。

非線形のバネ定数を有するベルビルワッシャ１０６を使用することにより、より一貫した摩擦力が得られることがわかっている。開示した発明で使用するために選択したベルビルワッシャ１０６は、たわみが力曲線の極めて平坦な部分にあるように特別に設計されている。その結果、積み上げ公差の変動により生じるたわみの変動は、摩擦ワッシャ１０４に加えられる垂直抗力の微小な変化をもたらす。

各垂直ヒンジ組立体内に、内部レーススパナーナット１１、外部レーススパナーナット１３および、ボールベアリング１５を有する。ボールベアリング１５が好ましい実施形態で使用されているが、他の種類のベアリングが本発明の範囲を逸脱することなしに使用できることを当業者は理解する。各垂直ヒンジ組立体の底部に回転制限リング１６が配置される。ヒンジ組立体内へほこりやくずが侵入するのを防ぐために、一つ以上のふた、またはカバー１７を有する。外部レーススパナーナット１３に回転可能に結合された収納部１８内に、ヒンジ組立体３０、５０、および７０が各自収容されている。各ヒンジ組立体３０、５０および７０は、内部レーススパナーナット１１に回転可能に結合されたヒンジシャフト１９を有する。ヒンジ３０、および７０の回転は１８０°に制限されるが、ヒンジ５０は３６０°回転する。

ディスプレイ垂直ヒンジ組立体７０は、第一アーム部６０の遠位端部６２に取り付けられている。第一アーム部６０の逆の端部６４には、肘垂直ヒンジ組立体５０がある。肘垂直ヒンジ組立体５０は、第一アーム部６０の端部６４と第二アーム部４０の遠位端部４２との間の接続を提供する。第二アーム部４０の逆の端部４４には、ベース垂直ヒンジ組立体３０が配置される。ベース垂直ヒンジ組立体３０は、医療／手術システム１００の固定部に接続される。

複数のケーブルをヒンジの中心穴１２に通すことを可能にするために、各ヒンジ組立体３０、５０、７０内には十分な隙間がある。これらのケーブルには、ＬＶＤＳ信号ケーブル、インターフェイスデータケーブル、およびケーブル分類ストラップが含まれる。ヒンジ組立体３０、５０、７０の中心穴部１２を、ケーブルが拘束されずに通過することで、ケーブルへの機械的ストレスと、結果として生じるケーブルの破損は低減される。

図３に示されるように各アーム部４０、６０の全長に渡る空間部９９をケーブルが通過することで、ケーブルの長さとケーブルのストレスは更に低減される。ケーブルストレスが低減されるのは、２つの理由がある。第一の理由は、垂直軸間のケーブルが通過する通路を拘束しないことで、一つの軸のひねり運動が、隣接する軸の相反するひねり運動を相殺することができるからである。加えて、各アーム部４０、６０の全長にわたってケーブルが拘束されずに通過するために通路９９を空けておくことで、より長いケーブル長が可能となる。このより長いケーブル長は、いかなる環状のたわみがケーブルのより長い部分にわたって分布することを可能とし、ケーブルに集中するいかなる機械的ストレスも低減する。先行技術のシステムのように各軸の両側においてケーブルの緊張を和らげれば、環状のたわみは、ケーブルの数インチのケーブル上に集中するであろう。一連の軸の始点と終点においてケーブルの緊張を和らげることにより、環状のたわみが分布される長さは１２インチ以上に増加する。

図３を参照すると、制御ディスプレイ９０が取り付けられる二つの垂直バー２４が存在する。バー２４は、制御ディスプレイ９０が略水平軸周りで傾斜することを提供する制御ディスプレイ取り付け部、または水平ヒンジ組立体２０に結合されている。水平ヒンジ組立体２０はディスプレイ垂直ヒンジ組立体７０に結合されている。

図３を図２Ｂと見比べると、各垂直バー２４の穴部２１を、シャフト２２が貫通していることがわかる。シャフト２２の各端部は、内部ねじ部２５内にねじ２３を受容する。水平ヒンジ組立体２０は更に、ステンレススチールシムワッシャ１１２、プラスチック摩擦ワッシャ１１４、および、一組のベルビルワッシャ１１６を有する。ねじ２３を締めることで、ベルビルワッシャ１１６をバー２４、および摩擦ワッシャ１１４に対して圧迫し、水平軸Ｈ₁周りでの制御ディスプレイ９０の傾きを保持するのに必要な摩擦力を提供する。ヒンジ組立体３０、５０、および７０内のベルビルワッシャ１０６のように、ベルビルワッシャ１１６は非線形のバネ定数を有し、摩擦荷重の変動を低減する。

好ましい実施形態に従って開示した制御ディスプレイ位置決めシステムを説明したが、多くの他の実施形態が前述の開示により可能であることを当業者は理解するであろう。そのような他の実施形態は、添付の請求の範囲と目的内に含まれるものとする。

図面を参照することにより、本発明の制御ディスプレイ位置決めシステムの更なる理解が得られるであろう。

医療／手術機器の一部の固定部に取り付けられた本発明の制御ディスプレイ位置決めシステムの斜視図である。 開示された発明に使用される垂直指向ヒンジの側断面図である。 開示された発明に使用される水平指向ヒンジの側断面図である。 制御ディスプレイが垂直面に対して傾斜するために制御ディスプレイの背面に取り付けられた水平指向ヒンジと、ディスプレイ取り付け垂直ヒンジの分解斜視図である。

Claims (6)

1. 医療／手術システムと共に使用される制御ディスプレイ位置決めシステムであって、前記制御ディスプレイ位置決めシステムが、
   略水平軸周りを制御ディスプレイが傾斜することを可能とするように構成されて配置される制御ディスプレイ取り付け部であって
   垂直面から−２０°〜＋２０°の傾きを提供し、且つ、略垂直軸周りを回転するように構成されて配置されるディスプレイ垂直ヒンジ組立体に結合され、
   前記ディスプレイ垂直ヒンジ組立体は第一アーム部の遠位端部に結合される、制御ディスプレイ取り付け部と、
   略垂直軸周りを回転するように構成されて配置された肘ヒンジ組立体であって、
   前記第一アーム部の近位端部と第二アーム部の遠位端部とに結合される肘ヒンジ組立体と、
   略垂直軸周りを回転するように構成されて配置されたベースヒンジ組立体であって、
   前記第二アーム部の近位端部に結合されるベースヒンジ組立体と、
   を有する制御ディスプレイ位置決めシステムにおいて、
   前記ディスプレイ垂直ヒンジ組立体、前記肘ヒンジ組立体、および前記ベースヒンジ組立体は、
   ケーブル束が通過するのを可能とする空間と、
   各ヒンジ組立体がその位置を保持するのに十分な摩擦力を各ヒンジ組立体内に提供するための一組のワッシャであって、摩擦ワッシャ、スチールワッシャ、および少なくとも一つのベルビルワッシャを含み、前記少なくとも一つのベルビルワッシャは、該一組のワッシャに対して非線形の力―たわみ関係を提供するように選択される、一組のワッシャと
   を有する、制御ディスプレイ位置決めシステム。
2. 前記ディスプレイ垂直ヒンジ組立体の回転、および前記ベースヒンジ組立体の回転が１８０°に制限されている、請求項１に記載の制御ディスプレイ位置決めシステム。
3. 前記制御ディスプレイ取り付け部が、該制御ディスプレイ取り付け部がその位置を保持する摩擦力を提供する第二の一組のワッシャを有する、請求項１に記載の制御ディスプレイ位置決めシステム。
4. 前記第二の一組のワッシャが摩擦ワッシャと少なくとも一つのベルビルワッシャを有する、請求項３に記載の制御ディスプレイ位置決めシステム。
5. 前記少なくとも一つのベルビルワッシャは、前記第二の一組のワッシャに対して非線形の力−たわみ関係を提供するように選択された、請求項４に記載の制御ディスプレイ位置決めシステム。
6. ベースユニットと、
   制御ディスプレイと
   前記ベースユニットを前記制御ディスプレイに結合する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の制御ディスプレイ位置決めシステムと、
   を有する、医療／手術システム。