JP3251944B2 - 骨セメントの機械的除去のための外科用器械 - Google Patents

骨セメントの機械的除去のための外科用器械

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、請求の範囲１の前文による骨セメントの機
械的除去のための外科用器械、及び請求の範囲第16項の
前文による骨セメントの除去に適した衝撃波の生成方法
に関する。
例えば臂部関節人工器官の除去後に残っている、例え
ばPMMAから造られた骨セメントを除去しなければならな
いとき、また新しく挿入される臂部関節人工器官を正確
な場所に供給するために、整形外科手術に上記のタイプ
の外科用器械が必要とされる。このセメントを除去する
ために、ハンマを介してセメント内で駆動される、例え
ばチゼル具（chisel tool:のみ、たがね）が使用さ
れ、これにより骨髄空隙内の骨からセメントを分離す
る。
骨セメントの除去は、緩んだり感染した内蔵式人工臓
器を交換または固めるために整形外科ではよく必要にな
る。また他への応用も可能である。
とくに臂部内蔵式人工臓器の人工器官は交換の頻度が
ますます増加しつつある。セメントにより固定された人
工器官は、骨セメントの除去がめんどうでしかも時間を
費やす。これまで、セメントの除去はさまざまな形状の
チゼルによって行われている。しかし、このようなチゼ
ルは、例えば目視検査が困難な骨髄空隙の深い所で、安
全な使用に関する問題を提起する。また長時間要するう
えに、骨に損傷が起って人工器官の新しい移植を不可能
にしたり、骨物質の過度の損失になる。
また、ピストン要素がシリンダ内で空気圧で往復する
空気入りハンマが知られており（EP ０ 144 005、WO
95/22934）、これはシリンダの末端でハウジング内に軸
上に支持されたチゼル具に、ピストン要素により衝撃を
加える。このシステムでは、チゼル具は約3m/秒を少し
超える速度に加速され、またチゼル具のストロークは約
8mmである。ストロークが大きいとチゼル具が骨物質内
を不用意に穿通する危険を伴う。
したがって、上記の外科用器械は、これまで手動で行
われたハンマの打撃に似るように適合させているにすぎ
ない。しかし、空気圧で動作するチゼルの能力では骨セ
メントの除去のための必要条件を満たしてなく、骨を損
傷する危険を伴うことがわかった。
さらに知られた外科用器械は、熱可塑性骨セメントを
超音波振動（US−5,221,282）により溶かして除去する
ように実施するものである。この器械を使用すると、骨
セメントが約100℃から軟らかくなり除去可能になる。
ところがこのプロセスでは200℃に達する温度が道具の
チップに発生し、骨の損傷の原因となることがある。ま
た骨セメントの除去中に生じた煙は有毒性の遊離したモ
ノマを生成する。
したがって、本発明の目的は、上述のタイプの骨セメ
ントの除去のための外科用器械、および骨セメントを除
去するのに好適で有効性を相当高められる衝撃波の生成
方法を提供することである。
本発明では、衝撃波伝達プローブを備えるとともに骨
セメントに衝撃波を伝達するプローブ・チップを有する
チゼル具に、衝撃波を誘導しかつ高い最終速度に加速で
きる投射体を、ピストン要素が具備することが有利に提
供される。
上記の衝撃の増大により、望ましくない熱の発生が予
期されることなく、セメントの除去を容易に制御でき
る。セメントを除去するために必要な時間は、とくに人
工器官を交換するときに著しく減少する。また骨に実質
的に損傷を与えずにセメントを除去することができる。
したがって、衝撃波の伝達は、チゼル具全体のストロ
ークによっては行われないが、衝撃波によって誘導され
るときの衝撃波伝達プローブのプローブ・チップにおけ
る長さの変化によって実質的に行われる。これは、衝撃
エネルギー伝達の原理により速度が第二のパワーに引き
上げられたように反映されるため、プローブ・チップに
高い加速と速度とを生じさせ、通常の空気圧で動作する
チゼルの場合よりも何倍も高い衝撃エネルギーの伝達を
可能にする。
衝撃波伝達プローブを打つ投射体の最終速度は約５〜
20m/秒、好ましくは約10〜15m/秒である。また投射体の
かかる衝撃速度に関連して、20m/秒までの最大速度がプ
ローブ・チップで観察できる。
プローブ・チップの速度振幅は1.5mmより小さく、好
ましくは1mmより小さい。長さの変化は部分的に衝撃波
伝達プローブの弾性変形によって生じ、通常は概して0.
5および1mmの間である。
投射体によって発生される衝撃波エネルギーは、約0.
3Jと2Jとの間の範囲であり、好ましくは約0.5Jと1.0Jの
間である。
衝撃波は、約６〜20Hz、好ましくは約８〜10Hzまでの
投射体の衝撃振動数によって生じる。
衝撃波伝達プローブの直径は約1mmと6mmの間の範囲、
好ましくは2mmと4mmの間である。
衝撃波伝達プローブはハウジング内の軸上に案内さ
れ、軸方向に作用する制動ばね要素が衝撃波伝達プロー
ブとハウジングの間に配置されている。このように、衝
撃波伝達プローブはハウジングから軸方向に離れてい
る。
さらに、投射体が、衝撃波伝達プローブに同一高さで
隣接して配置された中間要素に衝撃パルスを伝達するこ
とが、提供される。
また衝撃波伝達プローブは中空にでき、中間要素は基
端部に向けて閉じかつ少なくとも一つの径方向の出口開
口を有するシェルを備える。中空の衝撃波伝達プローブ
と関係したこの中間要素は、分離した骨セメントの吸引
除去のための吸引手段の接続に適合されている。
投射体の加速経路は好ましくは約100〜200mmである。
したがって、加速経路は投射体の径の倍数である。
衝撃波伝達プローブはフレキシブルにできるので、衝
撃波が直線に進む態様で伝達することができない。
さらに、投射体用の磁気ホルダがシリンダの基端に配
置されている。この磁気ホルダは、投射体が再び衝撃波
伝達プローブに向けて加速されるまで、最終基端位置に
投射体を保持する。
投射体を加速するために、空気圧式の駆動手段が提供
されるのが好ましい。
衝撃波伝達プローブは、内視鏡の操作導管に案内され
ることができる。セメント上にあるプローブ・チップの
光学的に監視された場所での使用により、他の方法では
視覚的に観察できない骨髄空隙の深い箇所においても、
セメント除去の有効性が増大するだけでなく、骨および
柔らかい部分への望ましくない損傷の危険が減少する。
また、余分な手術処置、例えば骨に窓を形成する必要性
を未然に防ぐ。
さらに、この内視鏡は、末端にレンズ清浄化手段を備
えることができる。清浄化のため、内視鏡の光学レンズ
が内視鏡の末端で、好ましくはCO2でリンスされる。
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照してより詳
細に説明する。
第１図は、外科用器械の系統的な断面図である。
第２図は、内視鏡と組み合わせた外科用器械の使用を
示す図である。
第３図は、骨髄空隙に挿入された内視鏡プローブを示
す図である。
第１図に示された把持部１は、投射体10が二つの端位
置の間を空気圧駆動手段14によって往復する空気圧式シ
リンダ６を収容するハウジング４を備え、シリンダ６を
リングのように同軸に囲む圧力ヘッド室12と協働してい
る。代替として、投射体10を液圧的、機械的、電磁的に
加速したり、爆発的な駆動手段により加速することは可
能である。投射体10が電磁的に加速される場合の加速経
路は、空気圧駆動の場合では約100〜200mmの長さを有す
るが、これよりも短くすることができる。
基端位置において、シリンダ６の基端に磁気ホルダ50
を設け、コネクタ52を経由して生じた空気圧によってシ
リンダ６の投射体10がふたたび末端位置18の方向に加速
されるまで、金属投射体10を基端位置に保持することが
できる。投射体10の動く方向に見たときの投射体10の前
方に位置する空気は、シリンダ６の末端に形成された少
なくとも一つの開口部16を通して圧力ヘッド室12内に導
かれる。投射体10が加速によって、例えば15m/秒の高い
最終速度で、シリンダ６の末端18に配置された中間部材
34に衝突し、中間部材34に同じ高さで配置されたチゼル
具に衝撃伝達をさせる。チゼル具は金属の衝撃波伝達プ
ローブ22を備え、投射体10および中間部材34を介して誘
導された衝撃波を、骨髄空隙内の除去されるべき骨セメ
ント２に伝達する。中間部材34はハウジング４を末端18
で密閉するように働くので、衝撃波伝達プローブ22と、
ハウジング４にねじ付けされるべきヘッド部28のみを、
殺菌消毒する必要がある。
空気コネクタ52に供給される圧力が低下することによ
り、圧力ヘッド室12に加わる圧力が投射体10を中間部材
34に接する末端位置から、磁気ホルダ50となる基端位置
へ動かすのに十分になる。コネクタ52における空気圧は
５バールまで可能である。投射体10は、衝撃波伝達プロ
ーブ22の特定の長さに適合するため、または長さ、質量
および再大衝撃速度に対する衝撃波の特定の特性を発生
するため、さまざまに選択できる。
衝撃波伝達プローブに伝達される衝撃エネルギーは約
0.3〜2Jであるが、約1Jの値はすでに骨セメントの除去
に高い効率となっている。
しかし、金属の衝撃波伝達プローブ22は必ずしもシリ
ンダ６および投射体10に同軸上に延長しないのが好まし
い。衝撃波伝達プローブ22の基端24は、中間部材34の径
および投射体10の径に相当する径を持つのが好ましい。
投射体10の長さは常にその径よりも大きい。これはシリ
ンダ６内での案内特性を改善される。さらに投射体10の
さまざまな長さにより、中間部材34または衝撃波伝達プ
ローブ22の基端24の径を変える必要なしに、投射体の質
量を簡単な方法で変化することができる。投射体10の長
さと径の間の比は約2.5対１〜５対１である。
衝撃波伝達プローブ22の基端24は接続要素32の案内開
口29の軸上に支持され、接続要素32はまた中間部材34お
よびシリンダ６の末端18を収容し、シリンダ６と同軸に
ハウジング４内にねじで取り付けることができる。中間
部材34はシリンダ６の末端18で動くようにし、Ｏリング
36によってシリンダ６を密閉している。中間部材34が投
射体10による衝撃を受けるとき、ばね／制動要素30の変
形にしたがって中間部材は末端方向に向けて動くことが
できるが、その一方中間部材34はばね／制動要素30の復
元力の影響を受けて基端位置に圧縮され、カラー37がシ
リンダ６の末端端面に当接する。接続要素32はＯリング
35によりシリンダ６の外表面に密閉される。例えば、基
端24または基端24のカラー23に平らな部分を設けるとと
もに、この平らな部分に適合される接続要素32に案内開
口29を設けることにより、衝撃波伝達プローブ22のねじ
れ防止保護を実現できる。すなわち第１図において、ね
じれ防止保護手段として作用する突起21をカラー23に配
置し、接続要素32の対応する溝19に係合する。
接続要素32の末端側に、ヘッド部28がハウジング４と
同じ高さにねじ合わされ、接続要素32に着座されたＯリ
ング25によって密閉される。接続要素32は、衝撃波伝達
プローブ22のシャフトを穴33内に軸方向に案内し、また
例えばシリコーンでつくられた管状のばね／制動要素30
を収容する。ばね／制動要素30は軸方向に作用し、衝撃
波伝達プローブ22をヘッド部28およびハウジング４の各
々から軸方向に分離する。この目的のため、衝撃波伝達
プローブ22の基端24に、ばね／制動要素30が当接するカ
ラー23を設けている。ばね／制動要素30はヘッド部28の
円筒状凸部27に着座する。カラー23の後ろの末端方向に
おいて、衝撃波伝達プローブ22の径が約２〜4mm、例え
ば3.2mmのシャフト径に小さくなっている。投射体の径
とシャフト径との間の比は約２対１〜３対１である。こ
の比で、プローブ・チップ26の動作ストロークを小さな
量に制限できる。
プローブ・チップ26はチゼル具の形で提供される。衝
撃波伝達プローブ22も中空の道具として形成することが
でき、分離される骨セメント２の吸引除去が可能にな
る。
この場合、中間部材34も、末端方向に開口し、かつ吸
引除去のためのコネクタを取り付けるように径方向の出
口開口をもつシェルとして提供することができる。
衝撃波は6Hzと20Hzの間の衝撃振動数で発生するが、1
0Hzの衝撃振動数はとくに骨セメントの除去に有効であ
る。プローブ・チップ26は最大約1.5mmそして好ましく
は1mmより小さい動作ストロークを実行する。プローブ
・チップ26の動きの一部約0.3mmは、衝撃波による衝撃
波伝達プローブ22の伸長によって発生するが、動作スト
ロークの残りはばね／制動要素30の変形によって起こ
る。衝撃波によって発生される部分は完全動作ストロー
クの約30％の割合を占め、約1msの後その最大値に達す
る。衝撃波は、衝撃波伝達プローブ22の両端で反射する
が、プローブ・チップ26の動作ストロークに重畳され、
動作ストロークの立ち上がり側面（rising flanks）よ
りも急な急勾配の立ち上がり側面をもつ振動を発生し、
このため衝撃波はプローブ・チップの速度の増大に相当
寄与する。こうして骨セメント２に伝達された衝撃エネ
ルギーは、通常の空気圧式チゼルの場合よりも約30〜50
の率だけ高くなることができる。
投射体の質量とプローブの質量の比は約１対２〜１対
10、好ましくは約１対４〜１対６である。したがって、
投射体10の質量は衝撃波伝達プローブ22の質量よりも小
さい。
投射体10の長さは衝撃波の長さを決定する。投射体の
長さとプローブの長さの比は約１対10〜１対30、好まし
くは約１対15である。したがって、誘導された衝撃波の
長さはプローブの長さ寸法に対して小さい。
プローブ・シャフトの径とプローブの長さの比は約１
対50〜１対200の範囲、好ましくは１対200〜１対150の
範囲である。既に述べたように、約２〜4mmの径のプロ
ーブ・シャフトが好ましい。このタイプのプローブは内
視鏡の操作導管に導入することができ、内視鏡手術にチ
ゼル具を使用することができる。
衝撃波伝達プローブ22を内視鏡と組み合わせて使用す
るときは、液体媒体中で不変的または断続的に作用を行
うことができる。これにより場合によってはレンズ・ク
リーニングを省略できるという利益を提供する。しか
し、このような場合、骨髄空隙の開口領域を適当な弾性
プラグで密封することが必要になる。
第２図は、内視鏡内の外科用器械の使用を示す。衝撃
波伝達プローブ22は内視鏡54の第１操作導管62内に挿入
されている。光ファイバ・コネクタ58を経た光ファイバ
による照明を通して、接眼鏡によってチゼル具の操作部
分を監視できる。内視鏡プローブ60に曲がった形状で入
れる第２操作導管64を使用して、例えば液体が供給また
は吸引される。内視鏡54に対するハウジング４の連結は
アダプタ55によって行われる。内視鏡プローブ60はそれ
がなければ視覚的に観察することができない骨髄空隙の
深い部分のセメントの除去を可能にする。作業部分の内
視鏡観察によって、骨や軟らかい部分に対する望ましく
ない損傷の危険が減少される。外科用器械を内視鏡で使
用する場合、余分な手術処置、例えば骨の窓の形成を必
要としない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｒ 17/00 ３３０ Ａ６１Ｂ 17/36 ３３０ (72)発明者 シモン、ベルナール フランス国 ラ キュール 39220 ル ルフュージュ（番地なし) (72)発明者 クロッフェンシュタイン、デニス スイス国 モルジェ 1110 リュ ドゥ ラ ガル 11ａ番 (56)参考文献 特開 昭53−20687（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−112545（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−141481（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−254280（ＪＰ，Ａ) 米国特許5713906（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 17/00 - 18/00 A61F 2/46 B25D 9/04 H04R 17/00 330

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】投射体（10）を含むピストン要素を駆動手
    段（14）によって往復するシリンダ（６）を有する縦長
    のハウジング（４）を備え、ピストン要素がシリンダ
    （６）の末端（18）に向けて、ハウジング（４）に軸方
    向に支持されかつ衝撃波伝達プローブ（22）を含むチゼ
    ル具に衝撃を加える骨セメント（２）の機械的除去のた
    めの外科用器械であって、 投射体（10）が、約５〜20m/秒の最終速度に加速され、
    かつチゼル具に衝撃波を誘導し、チゼル具のプローブ・
    チップ（26）が、衝撃波をプローブ・チップ（26）の1.
    5mmより小さい動作振幅で骨セメント（２）に伝達し、
    投射体（10）によって生じる衝撃波エネルギーが約0.3J
    〜約2Jの間の範囲にあることを特徴とする外科用器械。
  2. 【請求項２】投射体（10）の最終速度が約10〜15m/秒で
    あることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の器械。
  3. 【請求項３】プローブ・チップ（26）の長さ変化範囲
    が、1mmより小さいことを特徴とする請求の範囲第１項
    または第２項に記載の器械。
  4. 【請求項４】投射体（10）によって発生する衝撃波エネ
    ルギーが、約0.5Jと約1.0Jとの間の範囲にあることを特
    徴とする請求の範囲第１項から第３項のいずれか一項に
    記載の器械。
  5. 【請求項５】投射体（10）の衝撃振動数が、約６〜20H
    z、好ましくは約８〜10Hzであることを特徴とする請求
    の範囲第１項から第４項のいずれか一項に記載の器械。
  6. 【請求項６】プローブの長さが、約100mm〜500mm、好ま
    しくは約150mm〜420mmであることを特徴とする請求の範
    囲第１項から第５項のいずれか一項に記載の器械。
  7. 【請求項７】ハウジング（４）において、衝撃波伝達プ
    ローブ（22）がねじり力に対してガイド手段（19、21）
    で防護されていることを特徴とする請求の範囲第１項か
    ら第６項のいずれか一項に記載の器械。
  8. 【請求項８】衝撃波伝達プローブ（22）の直径が、約１
    〜6mmの間、好ましくは約２〜4mmの間の範囲であること
    を特徴とする請求の範囲第１項から第７項のいずれか一
    項に記載の器械。
  9. 【請求項９】衝撃波伝達プローブ（22）がハウジング
    （４）内に軸方向に案内され、軸方向に作用する制動ば
    ね要素（30）が、衝撃波伝達プローブ（22）とハウジン
    グ（４）の間に配置されていることを特徴とする請求の
    範囲第１項から第８項のいずれか一項に記載の器械。
  10. 【請求項１０】投射体（10）が、衝撃波伝達プローブ
    （22）にじかに隣接配置された中間要素（34）に衝撃パ
    ルスを伝達することを特徴とする請求の範囲第１項から
    第９項のいずれか一項に記載の器械。
  11. 【請求項１１】衝撃波伝達プローブ（22）が中空であ
    り、中間要素（34）が、基端を閉じ少なくとも一径方向
    の出口開口（42）を有するシェル（38）を備えることを
    特徴とする請求の範囲第10項に記載の器械。
  12. 【請求項１２】投射体（10）の加速経路が好ましくは約
    100〜200mmであることを特徴とする請求の範囲第１項か
    ら第11項のいずれか一項に記載の器械。
  13. 【請求項１３】投射体（10）用の磁気ホルダ（50）がシ
    リンダ（６）の基端（46）に配置されていることを特徴
    とする請求の範囲第１項から第12項のいずれか一項に記
    載の器械。
  14. 【請求項１４】衝撃波伝達プローブ（22）がフレキシブ
    ルであることを特徴とする請求の範囲第１項から第13項
    のいずれか一項に記載の器械。
  15. 【請求項１５】空気圧式駆動手段（14）が投射体（10）
    を加速するために提供されることを特徴とする請求の範
    囲第１項から第14項のいずれか一項に記載の器械。
  16. 【請求項１６】衝撃波伝達プローブ（22）が内視鏡の操
    作導管（61）に案内されることを特徴とする請求の範囲
    第１項から第15項のいずれか一項に記載の器械。
  17. 【請求項１７】内視鏡が末端にレンズ・クリーニング手
    段を設けていることを特徴とする請求の範囲第16項に記
    載の器械。
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