JP2023048701A - 外科用切削バー - Google Patents

Abstract

【課題】切削力がより高い外科用切削バーを提供すること。【解決手段】課題を解決するには、回転軸線を中心に回転する軸部と、軸部の先端側に形成される切削部を備えた外科用切削バーであって、切削部は、軸部の先端側から後端側に向けて螺旋状に伸びる複数の溝を備え、複数の溝はそれぞれ回転方向に間隔を空けて配置されており、隣り合う溝に挟まれた位置には回転軸に対して垂直な方向に凹凸する凹部と凸部を備えた波形外周刃が螺旋状に形成されており、波型外周刃において、それぞれの波型外周刃の前記凸部は、回転方向に隣り合う波型外周刃の凸部に対して、軸方向にずれた位置となるように構成すれば良い。【選択図】図４

Description

本発明は、外科手術用の医療器具である外科用切削バーに関するものである。

従来から、モータやタービンにより回転駆動するハンドピースに取り付けて骨を切削する骨切削用の手段として、外科用バーがある。外科用切削バーは、回転軸線を中心に回転する軸部と、この軸部の先端に設けられる切削部を備えている。
このような外科用切削バーは、軸部をハンドピースの回転出力となる部位に取り付けることで、骨などの切削対象を回転切削することができる。（特許文献１）

特開平１０－４３１９３号公報

外科用切削バーを用いた手術を行う医療現場では、患者に対する負担を低減する対応が求められる。患者に対して、負担を低減する対応の一つとして、手術時間の短縮がある。
この様な背景から、外科用切削バーに求められる性能について、手術時間の短縮に繋がる高い切削力を求められており、これを実現する課題がある。

本発明は、上記の課題を解決するものであり、切削力がより高い外科用切削バーを提供することを目的とする。

課題を解決するためには、回転軸線を中心に回転する軸部と、軸部の先端側に形成される切削部を備えた外科用切削バーであって、切削部は、軸部の先端側から後端側に向けて螺旋状に伸びる複数の溝を備え、複数の溝はそれぞれ回転方向に間隔を空けて配置されており、隣り合う溝に挟まれた位置には回転軸に対して垂直な方向に凹凸する凹部と凸部を備えた波形外周刃が螺旋状に形成されており、波型外周刃において、それぞれの波型外周刃の前記凸部は、回転方向に隣り合う波型外周刃の凸部に対して、軸方向にずれた位置となるように構成すれば良い。

本発明によれば、切削力がより高い外科用切削バーを提供することが可能となる。

外科手術システムの構成図 外科用切削バーの側面図 外科用切削バーの切削部を拡大した斜視図 図２のA-A位置における断面図 波型外周刃の形状を示す概略図 切削部を径方向から見た側面概略図

（実施の形態）
以下、図面を用いて実施の形態を説明する。
ここでは、本発明に係る外科用切削バー２００を用いる医療機器として、骨手術器械である外科手術システム１００を例示する。

＜外科手術システム＞
図１は、外科手術システム１００の構成図である。
外科手術システム１００は、コントロールユニット１０１と、ハンドピース１０３と、ハンドピース１０３をコントロールユニット１０１に接続する接続ケーブル１０５と、フットスイッチ１０７を含んで構成される。

ハンドピース１０３は、外殻が棒形状の筐体で構成され、先端側にアタッチメント１０３ａを備える。ハンドピース１０３のアタッチメント１０３ａには、外科用切削バー２００が着脱自在に取り付けられている。
また、ハンドピース１０３の内部には、外科用切削バー２００を回転駆動するエアモータ又は電気モータ（電動機）等の動力源が設けられる。動力源は、コントロールユニット１０１に接続されたフットスイッチ１０７によって回転又は回転停止される。コントロールユニット１０１は、ハンドピース１０３の回転駆動を制御する。

ハンドピース１０３は、外科手術を行う医師が把持部１０３ｂを握り、直接操作することで切削位置となる患部に回転する外科用切削バー２００を接触させて使用する。
尚、ハンドピース１０３の駆動源の回転又は停止を、手で操作するハンドスイッチをハンドピース１０３に設け、このハンドスイッチを操作することで行っても良い。また、ハンドピース１０３は、外科用切削バー２００に適切な回転駆動力を付与するものであれば、本実施の形態で説明に用いる以外のものでもよい。

＜外科用切削バー＞
次に、図２～図６を参照して、外科用切削バー２００の構成について説明を行う。
図２は、外科用切削バー２００の側面図であり、外科用切削バー２００の先端が下向きの状態において、径方向から見た平面図である。図３は、外科用切削バー２００の切削部２２０を拡大した斜視図である。図４は、図２のＡ－Ａ位置における断面図である。図５は、それぞれの波型外周刃２４０（２４１，２４２，２４３）の断面図である。図５において、それぞれの波型外周刃の構成と、隣り合う波型外周刃の関係をわかり易く示す為、先端から後端に向けて螺旋状に伸びる各波型外周刃を螺旋にそって切断した概略断面図とした。図６は、切削部２２０の概略図であり、外科用切削バー２００の先端が下向きの状態において、径方向から見た平面図である。

尚、図において示される線Oは、外科用切削バー２００の回転中心を示す回転軸線である。つまり、回転軸線Oが延びる方向が軸方向である。また、回転軸線Oに対して直行する方向を径方向とする。また、図において示される矢印Ｒは、外科用切削バー２００の回転方向を示す。

外科用切削バー２００は、ステンレス鋼、超硬合金（タングステンカーバイド）等の硬質材料によって形成される棒状の部材である。このような外科用切削バー２００は、回転軸線Oを中心に回転する軸部２１０と、軸部２１０の先端側に形成された切削部２２０を備える。
軸部２１０の切削部２２０と反対側となる後端には、ハンドピース１０３のアタッチメント１０３ａの内部に位置する回転軸に接続して固定される接続部２１１が設けられる。アタッチメント１０３ａの回転軸に固定された外科用切削バー２００は、ハンドピース１０３の回転駆動によって、切削部２２０と軸部２１０とが回転軸線Oを中心に回転する。

この外科用切削バー２００が取り付けられた外科手術システム１００では、術者がハンドピース１０３を持ちながらフットスイッチ１０７を操作することで、外科用切削バー２００を回転させる。 そして、術者が外科用切削バー２００の切削部２２０を回転させた状態で骨などの切除対象に押し当て、適宜ハンドピース１０３を動かすことで、切除対象を切削する治療が行われる。
尚、外科用切削バー２００の回転方向Ｒは、本実施の形態の場合、ハンドピース１０３を握る使用者から見て右回転である。

＜切削部の構成＞
以下の説明では、外科用切削バー２００において、回転軸線Oが延びる方向である軸方向を基準に、軸方向に直交する方向を径方向、切削部２２０が位置する側を先端側、接続部２１１が位置する側を後端側とする。尚、同一の部材又は同一の部位に対しては、同一の符号を付与することで、その説明を省略、又は簡単にする。

図２～図４を参照すると、切削部２２０は、軸部２１０の先端側から後端側に向けて螺旋状に伸びる溝２３０を備える。本実施の形態の場合、溝２３０は３本であり、それぞれ第１溝２３１、第２溝２３２、第３溝２３３である。
これら第１溝２３１、第２溝２３２、第３溝２３３は、それぞれ回転方向に間隔を空けて、それぞれが交わること無く螺旋状に配置されている。

また、隣り合う溝２３０（２３１，２３２，２３３）に挟まれた位置に形成される稜部には、回転軸に対して垂直な方向である径方向に凹凸する波形外周刃２４０が形成されている。波型外周刃２４０は、隣り合う溝２３０に沿って形成されるので、軸方向に沿って螺旋状に先端側から後端側に伸びている。つまり、切削部２２０は、溝２３０と径方向に凹凸する部位が連なることで形成される波型外周刃２４０を備える部位である。

本実施の形態の場合、切削部２２０に形成される波型外周刃２４０は、第１溝２３１と第２溝２３２に挟まれた位置に形成される第１波型外周刃２４１と、第２溝２３２と第３溝２３３に挟まれた位置に形成される第２波型外周刃２４２と、第３溝２３３と第１溝２３１に挟まれた位置に形成される第３波型外周刃２４３の３つである。

図５を参照して、各波型外周刃２４０（２４１，２４２，２４３）について説明する。
図５において、第１波型外周刃２４１の概略断面図、第２波型外周刃２４２の概略断面図、第３波型外周刃２４３の概略断面図が示されている。また、第１波型外周刃２４１の先端を先端２４１ｃ、第２波型外周刃２４２の先端を先端２４２ｃ、第３波型外周刃２４３の先端を先端２４３ｃとする。それぞれの先端２４１ｃ、２４２ｃ、２４３ｃの回転方向Ｒの位置は、揃えて示してある。

第１波型外周刃２４１において、径方向に凸となる部分を第１波型外周刃凸部２４１ａ、径方向に凹となる部分を第１波型外周刃凹部２４１ｂとする。この第１波型外周刃凸部２４１ａは、径方向に向けて突出するピークを含む部分である。また、第１波型外周刃凹部２４１ｂは、径方向に凹むボトムとなる部分である。

同様に、第２波型外周刃２４２において、径方向に凸となる部分を第２波型外周刃凸部２４２ａ、径方向に凹となる部分を第２波型外周刃凹部２４２ｂとする。また、第３波型外周刃２４３において、径方向に凸となる部分を第３波型外周刃凸部２４３ａ、径方向に凹となる部分を第３波型外周刃凹部２４３ｂとする。
これらの第１波型外周刃２４１と第２波型外周刃２４２と第３波型外周刃２４３の凹凸している部分の形状は、概ね同じ形状である。

次に、第１波型外周刃２４１と第２波型外周刃２４２と第３波型外周刃２４３の構造と、それぞれの部位の位置関係を説明する。
第１波型外周刃２４１の径方向外側の形状において、第１波型外周刃２４１の先端２４１ｃから 第１波型外周刃凹部２４１ｂの形状が形成され始める部分まで、直線形状となる第１直線部２４１ｄとなる。
つまり、第１波型外周刃２４１の径方向外側の形状は、先端２４１ｃから伸びる第１直線部２４１ｄが位置し、この第１直線部２４１ｄから後端側に向けて交互に第１波型外周刃凹部２４１ｂと第１波型外周刃凸部２４１ａが形成されて、凹凸形状となっている。

また、第２波型外周刃２４２の径方向外側の形状において、第２波型外周刃２４２の先端２４２ｃから 第２波型外周刃凹部２４２ｂの形状が形成され始める部分まで、直線形状となる第２直線部２４２ｄとなる。
つまり、第２波型外周刃２４２の径方向外側の形状は、先端２４２ｃから伸びる第２直線部２４２ｄが位置し、この第２直線部２４２ｄから後端側に向けて交互に第２波型外周刃凹部２４２ｂと第２波型外周刃凸部２４２ｂが形成されて、凹凸形状となっている。

同様に、第３波型外周刃２４３の径方向外側の形状において、第３波型外周刃２４３の先端２４３ｃから 第３波型外周刃凹部２４３ｂの形状が形成され始める部分まで、直線形状となる第３直線部２４３ｄとなる。
つまり、第３波型外周刃２４３の径方向外側の形状は、先端２４３ｃから伸びる第３直線部２４３ｄが位置し、この第３直線部２４３ｄから後端側に向けて交互に第３波型外周刃凹部２４３ｂと第３波型外周刃凸部２４３ａが形成されて、凹凸形状となっている。

ここで、第１直線部２４１ｄの大きさΔ２４１ｄは、第２直線部２４２ｄの大きさΔ２４２ｄより短く構成されている。また、第２直線部２４２ｄの大きさΔ２４２ｄは、第３直線部２４３ｄの大きさΔ２４３ｄより短く構成されている。つまり、それぞれの直線部の大きさは異なって構成されており、Δ２４１ｄとΔ２４２ｄとΔ２４３ｄの大きさの関係は、Δ２４１ｄ＜Δ２４２ｄ＜Δ２４３ｄ、である。

また、本実施の形態の場合、例えば、第１波型外周刃２４１の場合、隣り合う第１波型外周刃凸部２４１ａのピーク位置の距離をＬとすると、Δ２４２ｄ―Δ２４１ｄ＝Ｌ／３ である。つまり、Δ２４１ｄよりΔ２４２ｄがＬ／３分だけ長く構成されている。
このように構成されているので、第２波型外周刃２４２は、第１波型外周刃２４１に比べると、先端側の１つ目の第２波型外周刃凹部２４２ｂが形成される位置が、後端側にＬ／３分ずれた位置となる。
これにともない、先端側の１つ目の第２波型外周刃凹部２４２ｂから後端側に続く第２波型外周刃凸部２４２ａと第２波型外周刃凹部２４２ｂの連なりも、第１波型外周刃２４１に対して後端側にＬ／３分ずれた位置となる。

同様に、Δ２４３ｄ―Δ２４２ｄ＝Ｌ／３、である。つまり、Δ２４２ｄよりΔ２４３ｄがＬ／３分だけ長く構成されている。
このように構成されているので、第３波型外周刃２４３は、第２波型外周刃２４２に比べると、先端側の１つ目の第３波型外周刃凹部２４３ｂが形成される位置が、後端側にＬ／３分ずれた位置となる。
これにともない、先端側の１つ目の第３波型外周刃凹部２４３ｂから後端側に続く第３波型外周刃凸部２４３ａと第３波型外周刃凹部２４３ｂの連なりも、第２波型外周刃２４２に対して後端側にＬ／３分ずれた位置となる。

このように切削部２２０は構成されているので、波型外周刃２４０（２４１，２４２，２４３）において、それぞれの波型外周刃２４０（２４１，２４２，２４３）の凸部（２４１ａ，２４２ａ，２４３ａ）は、回転方向に隣り合う波型外周刃２４０（２４１，２４２，２４３）の凸部（２４１ａ，２４２ａ，２４３ａ）に対して軸方向にずれた位置となる。
つまり、本実施の形態の場合、第１波型外周刃２４１の第１波型外周刃凸部２４１ａのピーク位置に対して、第２波型外周刃２４２の第２波型外周刃凸部２４２ａのピーク位置が、Ｌ／３分だけ軸方向後端側にずれた位置となる。

また同様に、第２波型外周刃２４２の第２波型外周刃凸部２４２ａのピーク位置に対して、第２波型外周刃２４３の第３波型外周刃凸部２４３ａのピーク位置が、Ｌ／３分だけ軸方向後端側にずれた位置となる。
これにより、第１波型外周刃凸部２４１ａと第２波型外周刃凸部２４２ａと第３波型外周刃凸部２４３ａのそれぞれのピーク位置が、回転方向に重ならない位置関係となる。

以上のように切削部２２０は構成されているので、切削対象である骨に対して、切削に伴う負担を低減すると共に、効率よく切削を行うことができる切削力がより高い外科用切削バー２００を提供することが可能である。
具体的には、切削部２２０において、第１波型外周刃凸部２４１ａと第２波型外周刃凸部２４２ａと第３波型外周刃凸部２４３ａのそれぞれのピーク位置を軸方向にずらすことで、それぞれが回転方向に重ならない位置関係となる。

尚、本実施の形態において、波型外周刃２４０が３個であるため、各外周刃凸部のピークの位置のずれがＬ／３となるように構成されている。波型外周刃２４０が４個の場合、各外周刃凸部のピークの位置のずれがＬ／４となるように構成される。
つまり、波型外周刃２４０がＮ個である場合、各外周刃凸部のピークの位置のずれがＬ／Ｎとなるように構成されている。

そして、切削部２２０により切削対象である骨を切削するときに、切削対象に接触するそれぞれの波型外周刃凸部のピークを軸方向にずらし、部分的に切削対象に作用する切削時の力を分散させることができる。
これにより、骨などを切削する際に、部分的に一度に大きな力が加わりにくく、分散して効率よく切削することができる。切削部２２０のように構成することで、特に、人体の骨を切削する場合、切削対象である骨に対して切削に伴う影響を低減することができる。

また、本実施の形態では、第１直線部２４１ｄと第２直線部２４２ｄと第３直線部２４３ｄの大きさを異ならせることで、波型外周刃の形成される位置が軸方向にずれるように形成されている。これにより、第１波型外周刃凸部２４１ａと第２波型外周刃凸部２４２ａと第３波型外周刃凸部２４３ａのそれぞれのピーク位置が、回転方向に重ならない位置関係となる。

このように、各直線部の大きさを適宜変えることで、切削部２２０を形成する加工作業の際に、容易に各外周刃凸部のピーク位置をずらす加工を行うことができる。また、外科用切削バー２００の品質を検査する際に、直線部分の大きさを計測することで、切削部２２０の形状が正確に形成されているか否かを、容易に測定することが可能である。

更に、本実施の形態の波型外周刃２４０（２４１，２４２，２４３）は、全ての凸部である第１波型外周刃凸部２４１ａと第２波型外周刃凸部２４２ａと第３波型外周刃凸部２４３ａ、及び、全ての凹部である第１波型外周刃凹部２４１ｂと第２波型外周刃凹部２４２ｂと第３波型外周刃凹部２４３ｂが、切削対象を切削する切れ刃である。
つまり、凹部及び凸部を形成する曲線で構成される螺旋状の波型外周刃２４０（２４１，２４２，２４３）の全体が、切削対象を切削することができる切れ刃となっている。

このように切削部２２０は構成されているので、切削部２２０に対してあらゆる方向から切削対象に接触しても、切削部２２０は切削を行うことができる。
つまり、凹部及び凸部を形成する曲線が、全て切れ刃となっているので、切削対象に対して、常に切れ刃が接する。これにより、切削部２２０が切削対象に様々な向きや角度で接触しても、切削を行うことが可能である。

外科用切削バー２００は、取り付けられたハンドピース１０３を医師が手で操作し、切削部２２０を切削対象となる患部に対して、様々な向きや角度で接触して使用されるので、上記の様に構成にすることで、手術時間の短縮や患者への負担低減などに有効である。
特に、波型外周刃２４０（２４１，２４２，２４３）は凹凸する曲線形状なので、切削時に波型外周刃２４０が切削対象と一度に接触する量を減らし、切削時の切削抵抗を低減することができる。これにより、切削抵抗の低減と患部への切削時の負担を減らすことができる。

次に、図６を参照して、波型外周刃２４０（２４１，２４２，２４３）のねじれ角について説明する。ねじれ角とは、外科用切削バー２００の回転軸線Ｏと、螺旋状にねじれて形成される波型外周刃２４０（２４１，２４２，２４３）とのなす角である。
図中において、波型外周刃２４０と回転軸線Ｏとの関係について模式的に示す。また、外科用切削バー２００を径方向から見て、波型外周刃２４０と回転軸線Ｏのなす角を、先端側からθ１、θ２、θ３とする。

外科用切削バー２００の回転方向Ｒは右回転である。外科用切削バー２００の回転軸Ｏの周囲に沿って螺旋状に波型外周刃２４０は形成されている。また、波型外周刃２４０は、切削対象を切削する切り刃が、回転方向Ｒと同じく右方向を向いている。
そして、波型外周刃２４０は、先端側より後端側の位置のねじれ角が大きくなるように構成されている。つまり、波型外周刃２４０と回転軸線Ｏのなす角は、次のような関係となる。
θ１＜θ２＜θ３

このように、波型外周刃２４０は、先端側より後端側の位置のねじれ角が大きくなるように構成することで、外科用切削バー２００の切削部２２０の強度を向上させることができる。
特に、波型外周刃２４０の後端側のねじれ角を大きくすることで、強度を向上させることができる。これに加え、波型外周刃２４０の先端側はねじれ角を小さくすることで、先端は金属の柔軟性を生かした切削部２２０を構成できる。
これにより、外科用切削バー２００は強度を向上させつつ、柔軟性のある先端側で繊細な切削作業を行うことができる。

次に、図３、図６を参照すると、外科用切削バー２００は切削部２２０において、波型外周刃２４０（２４１，２４２，２４３）は、回転方向Ｒと同じ方向に向くと共に、回転方向Ｒに対して逆方向にねじれている。
本実施の形態の外科用切削バー２００は、外科用切削バー２００の回転方向Ｒは右回転であるので、波型外周刃２４０（２４１，２４２，２４３）は右方向を向いている。つまり、外科用切削バー２００が右回転するとき、波型外周刃２４０（２４１，２４２，２４３）が切削対象に対向する。そして、波型外周刃２４０（２４１，２４２，２４３）は、左回転にねじれて螺旋状に形成されている。

本実施の形態の外科用切削バー２００は、所謂、右刃左ねじりである。外科用切削バー２００の先端を下向きにして径方向からみると、螺旋部分が左上がりとなる。
このように外科用切削バー２００は右刃左ねじれの切削部２２０であるので、切削対象を切削しているとき、先端側から後端に向けて力が作用する。つまり、外科用切削バー２００が取り付けられているハンドピース１０３のアタッチメント１０３ａに対して、外科用切削バー２００を押し込む方向に力が作用する。
従って、患者に対して患部の切削を行っている際に、外科用切削バー２００が患者側に抜け落ちることを防ぐことができる。

次に、図６を参照すると、外科用切削バー２００の切削部２２０は、前記切削部は、先端側から後端側が広がるテーパー形状に構成されている。つまり、切削部２２０は、先端側から後端側に至るにつれて、徐々に直径が大きくなる形状である。
このように、切削部２２０の先端側の直径を細くすることで、患部の切削部分を少なくして患者にかかる負担を低減すると共に、後端側の直径を大きくすることで切削に耐えうる強度を実現することができる。

Ｏ 回転軸線
Ｒ 外科用切削バーの回転方向
１００ 外科手術システム
１０１ コントロールユニット
１０３ ハンドピース
１０３ａ アタッチメント
１０３ｂ 把持部
１０５ 接続ケーブル
１０７ フットスイッチ
２００ 外科用切削バー
２１０ 軸部
２１１ 接続部
２２０ 切削部
２３０ 溝
２３１ 第１溝
２３２ 第２溝
２３３ 第３溝
２４０ 波型外周刃
２４１ 第１波型外周刃
２４２ 第２波型外周刃
２４３ 第３波型外周刃

Claims (4)

1. 回転軸線を中心に回転する軸部と、前記軸部の先端側に形成される切削部を備えた外科用切削バーであって、
   前記切削部は、前記軸部の先端側から後端側に向けて螺旋状に伸びる複数の溝を備え、複数の前記溝はそれぞれ回転方向に間隔を空けて配置されており、隣り合う前記溝に挟まれた位置には回転軸に対して垂直な方向に凹凸する凹部と凸部を備えた波形外周刃が螺旋状に形成されており、
   前記波型外周刃において、それぞれの前記波型外周刃の前記凸部は、回転方向に隣り合う前記波型外周刃の前記凸部に対して、軸方向にずれた位置であることを特徴とする外科用切削バー。
2. 螺旋状の前記波型外周刃は、先端側より後端側の位置のねじれ角が大きいことを特徴とする請求項１に記載の外科用切削バー。
3. 前記切削部において、前記波型外周刃は回転方向に向くと共に、回転方向に対し逆方向にねじれていることを特徴とする請求項１に記載の外科用切削バー。
4. 前記切削部は、先端側から後端側が広がるテーパー形状であることを特徴とする請求項１に記載の外科用切削バー。

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