JP2016159110A - 脳ベラ固定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】利用者の意図する場所に容易に移動し、意図した場所で安定に固定できるようにするため、フレキシブルアームの基部で座屈しない脳ベラ固定装置を提供する。
【解決手段】多数のフリーロックを挿通したワイヤーを引き締めたり緩めたりすることにより、フリーロック連結部の摩擦力を利用して固定するフレキシブルアームで構成され、当該フリーロックの各連結点で座屈開始する力が一定となるよう該フリーロックの直径を変化させることにより、フリーロック間の摩擦力が先端部で小さく、基部で大きくなるように調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は脳神経外科手術に使用する脳ベラ固定装置に関し、利用者の意図する場所に容易に移動させ、意図した場所で安定に固定させるために改良されたフレキシブルアームに関するものである。

ライラ自在脳ベラ開創器として市販されている脳ベラ固定装置は、顕微鏡下手術において、脳組織の保持、くも膜の牽引等に用いられる。既存の脳ベラ固定装置の機構は図２に示すようにサイドレール固定器具１に、保持用シャフト２を取り付け、フレキシブルアーム取り付け金具３を介して、フレキシブルアーム４と平型脳ベラ５を取り付ける。フレキシブルアームは内部が空洞のフリーロック６を連結し、フリーロック内部に通されたワイヤーで連結されたフリーロックの両端から牽引して、それぞれのフリーロック連結部の摩擦力で形状を固定する。

一般的にワイヤーを強く引っ張り、摩擦力を大きくしたところでフレキシブルアームを完全に固定して利用するが、利用者によっては、ワイヤーの引っ張り強度を少し弱めに調整し、摩擦力ぎりぎりのところで利用する場合がある。この場合、手による外力がわずかに摩擦力を上回ることを利用して、意図した場所に移動させやすくなる。

脳神経外科手術では脳ベラを利用者の意図する場所に容易に移動させ、意図した場所で安定に固定させることが重要であり、外力によりフレキシブルアームのどの場所が動き、どの程度安定に固定しているかは重要であるが、フレキシブルアームの力学的特性の理論は構築されておらず、利用者や利用者が属する施設での経験に基づいている状況である。

こうした脳ベラ固定装置として、特許文献１や特許文献２でその構成が示されている。

特許文献１では、フレキシブルアーム先端部の固定具を工夫することで脳ベラの位置を微調節できるように工夫されているが、ワイヤーの引っ張り強度を弱めに調整し摩擦力ぎりぎりのところで利用する方法は考慮されていない。

特許文献１と同等の構造を有する市販の脳ベラ固定装置として、瑞穂医科工業株式会社製の自在脳ベラ固定器がある。長さ４７ｃｍと３７ｃｍのチタン製の2種類の脳ベラ固定器を対象として、発明者らが測定したところ、基部を固定して水平に置いたフレキシブルアーム先端に垂直方向への荷重を加えた際、いずれも最もモーメント力のかかる、基部のフリーロック連結部が座屈点となった。この時、基部以外のフリーロック連結部には座屈変化を認めなかった。このことは、脳ベラを手による外力でわずかに動かそうとした場合、基部以外の点では動かないことを示し、意図した場所に移動するという点では使いにくい構造である。

特許文献２では蛇腹の緊張弛緩機構にエアーシリンダを利用することで緊張弛緩動作を容易にする点が工夫されているが、フリーロックの構造は工夫されておらず、脳ベラを手による外力でわずかに動かす場合、基部のフリーロック連結部が座屈点となるのは特許文献1記載の脳ベラ固定装置と同じ問題がある。

特開平５−３０５０９８ 特開２００２−３４５８２５

そこで、利用者の意図する場所に容易に移動し、意図した場所で安定に固定できるようにするため、フレキシブルアームの基部で座屈しない脳ベラ固定装置を提供する。

多数のフリーロックを挿通したワイヤーを引き締めたり緩めたりすることにより、該フリーロック連結部の摩擦力を利用して固定するフレキシブルアームで構成され、該フリーロックの各連結点で座屈開始する力が一定となるよう該フリーロックの直径７を変化させることを特徴とする、脳ベラ固定装置である。

前記フリーロックの直径を、３０ｍｍ、２５ｍｍ、２０ｍｍ、１５ｍｍ、１０ｍｍの５種類とし、それぞれのフリーロックを基部から順番に、４０ｍｍ、９０ｍｍ、１５５ｍｍ、２３０ｍｍ、３３０ｍｍの位置まで配置した、脳ベラ固定装置は、フリーロックの各連結点で座屈開始する力が一定となるよう設計された一例である。

本研究の脳ベラ固定装置によれば、利用者の意図する場所に容易に移動し、意図した場所で安定に固定できるようにするため、フレキシブルアームの基部で座屈しない脳ベラ固定装置を提供できる。

フリーロックの各連結点で座屈開始する力が一定となるようフリーロックの直径を１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍの５種類として、設計されたフレキシブルアームの側面図である。 自在脳ベラ固定器の全体を示した斜位図である。 フリーロックの形状を示した正面図および断面図である。 円柱モデルにおける片持ち梁の模式図である。 最大応力の関係式に基づき、フリーロックの直径を１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍの3種類として、設計したフレキシブルアームの正面図である。 １０ｍｍ径と２０ｍｍ径における、座屈する荷重と荷重の点から座屈点までの距離を線形近似したグラフである。 各フリーロック径の基部の連結部で座屈に必要な力と水平位からの変位量を示した図である。

以下図面を参照して、本発明の脳ベラ固定装置について実施の形態を詳しく説明する。フレキシブルアームの基部で座屈しない脳ベラ固定装置を提供するため、円柱モデルにおける片持ち梁の最大応力と実験結果に基づいてフレキシブルアームの構造を決定した。図４に円柱モデルにおける片持ち梁の模式図を示す。

フレキシブルアームを１９で示す集中荷重Ｐが作用する円柱構造の片持ち梁と仮定した場合、自由端２１から２２に示す距離xにある分滑面に生じる曲げモーメントMは数１であらわされる。

このとき、２３であらわされる円柱の直径をｄ、円周率をπとして、断面係数Zは数２であらわされる。

したがって、自由端２１からxの位置における最大応力の絶対値｜σ｜は、数３であらわされる。

数３を変形して円柱の直径ｄは数４であらわされる。

このことから、フリーロックの直径ｄについて、先端からの距離ｘに対して、３乗根の値をとれば、最大応力を距離xの各点で同じにできる。最大応力が摩擦力より大きい場合にフレキシブルアームは座屈すると考えられ、フリーロック連結部の摩擦力がほぼ等しいと仮定すると、フリーロックの各連結点で座屈開始する力が一定となるよう設計することができる。

この結果に基づき、先端からの距離に応じて最大応力が一定となるようなフリーロックの直径にほぼ一致した形状をとるフレキシブルアームの１例を図５に示した。フリーロックの直径は１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍの３種類として、設計した。

このフレキシブルアームに対して、１０ｍｍ径での先端、１０ｍｍ径での中間点、２０ｍｍ径での先端、２０ｍｍ径での中間点で、基部を固定して水平に置いたフレキシブルアーム先端に垂直方向への荷重を加えた。

それぞれ座屈した荷重は、１０ｍｍ径での先端で０．２７Ｎ、１０ｍｍ径での中間点で０．４Ｎ、２０ｍｍ径での先端で０．９Ｎ、２０ｍｍ径での中間点で１．５Ｎであった。この関係を、直線近似したグラフを図６に示す。図６の結果から、各径で同じ荷重で座屈する基部からの距離を近似する。例えば、図６で直径１０ｍｍのフリーロックが１０ｃｍの位置で座屈する荷重は０．２７Ｎであり、このとき、直径２０ｍｍのフリーロックが０．２７Ｎで座屈するとすれば、先端からの距離は２３ｃｍとすれば良い。この距離は図５に示された理論上の位置と比較して、細い径のフレキシブルアームが目的とする径となることを示す。

このように本発明では、円柱モデルにおける片持ち梁の最大応力を計算したのち、実験結果に基づいてフリーロックの連結部の位置を決定する。

本発明の実施例を図に基づいて説明する。図１はフリーロックの各連結点で座屈開始する力が一定となるよう設計されたフレキシブルアームの１例である。直径３０ｍｍのフリーロック８、直径２５ｍｍのフリーロック９、直径２０ｍｍのフリーロック１０、直径１５ｍｍのフリーロック１１、直径１０ｍｍのフリーロック１２の５種類から構成されており、それぞれのフレキシブルアームの基部１３から順番に、４０ｍｍの位置１４、９０ｍｍの位置１５、１５５ｍｍの位置１６、２３０ｍｍの位置１７、３３０ｍｍの位置１８まで配置した構造となっている。

図１に示す各フリーロック連結部で座屈に必要な力を測定するため、対象の連結点以外の連結点を固定したとき、各フリーロック径の基部の連結部で座屈に必要な力を図７に示す。図７はフレキシブルアームを水平に置き、先端部を押し下げた時にかかる荷重と先端部の移動距離を示しており、移動距離０ｍｍの荷重が座屈に必要な力を示している。この図から設計通り、座屈に必要な力がほぼ一定の値となっている。

１ サイドレール固定器具
２ 保持用シャフト (エレファントスタンド)
３ フレキシブルアーム取り付け金具
４ フレキシブルアーム
５ 平型脳ベラ
６ フリーロック球状連結面
７ フリーロック中空円柱状連結面
８ ３０ｍｍ径のフリーロックの結合体
９ ２５ｍｍ径のフリーロックの結合体
１０ ２０ｍｍ径のフリーロックの結合体
１１ １５ｍｍ径のフリーロックの結合体
１２ １０ｍｍ径のフリーロックの結合体
１３ フレキシブルアームの基部
１４ フレキシブルアーム基部より４０ｍｍの位置
１５ フレキシブルアーム基部より９０ｍｍの位置
１６ フレキシブルアーム基部より１５５ｍｍの位置
１７ フレキシブルアーム基部より２３０ｍｍの位置
１８ フレキシブルアーム基部より３３０ｍｍの位置
１９ 集中荷重P
２０ 片持ち梁の長さｌ
２１ 自由端A
２２ 自由端からの距離ｘ
２３ 円柱の太さｄ
２４ ３０ｍｍ径のフリーロックの結合体
２５ ２０ｍｍ径のフリーロックの結合体
２６ １０ｍｍ径のフリーロックの結合体

Claims (2)

1. 多数のフリーロックを挿通したワイヤーを引き締めたり緩めたりすることにより、該フリーロック連結部の摩擦力を利用して固定するフレキシブルアームで構成され、該フリーロックの各連結点で座屈開始する力が一定となるよう該フリーロックの直径を変化させることを特徴とする、脳ベラ固定装置。
2. フリーロックの直径を、３０ｍｍ、２５ｍｍ、２０ｍｍ、１５ｍｍ、１０ｍｍの５種類とし、それぞれのフリーロックを基部から順番に、４０ｍｍ、９０ｍｍ、１５５ｍｍ、２３０ｍｍ、３３０ｍｍの位置まで配置した、請求項１に記載の脳ベラ固定装置