JP3662851B2 - 回転外科用工具 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は骨材料に凹みをつくり出すための回転外科用工具に関する。
【０００２】
種々の回転工具、例えばドリル、フライス、リーマ等が骨材料に凹みを作るものとして知られている。これら工具の全ては例えば骨のねじを受入れるドリル穴のような、骨材料に異なった形状の凹みを作り出すために用いられる。これらのドリル穴と凹みは、多くの場合骨のねじと移植片の他の部分とを固定するには少しの骨材料しか利用できないため、骨に所望のように配置されることが極めて重要である。例えば、脊柱の部分においては梗節ねじを脊椎骨の本体部分に置き、一方において梗節ねじが脊椎骨の本体に所望のように固定され他方において何らの傷害も生じないようにすることは極めて困難である。
【０００３】
現在まで、これが手術者の視野の中で行われ又はせいぜい患者と手術者とが多量の放射線にさらされることになるような放射線の管理のもとに行われることが可能であった。
【０００４】
本発明の目的は、凹みを骨材料の所望の位置と方向に制御されたやり方で作り出すことができるようにする一般的な工具を設計することである。
【０００５】
この目的は、本発明によれば超音波トランスジューサが外科用工具に配設されることにより冒頭に記載された種類の回転外科用工具により達成され、この超音波トランスジューサは超音波を発しまた受取ることができまた超音波発信器と受信器に接続され、受信器は超音波トランスジューサにより受取られた超音波放射線の強さと超音波放射線の発信と反射された超音波放射線の受信との間の時間の長さとに応じて信号を発し、この信号が放射方向における骨材料の状態の測定値となるようにする。
【０００６】
回転工具の中のトランスジューサにより放射された超音波放射線は周囲の骨組織を突き通しそこで、特に骨材料の表面と骨材料の非均質部、例えば骨材料の構造が変化する表面で反射される。この反射された超音波放射線はトランスジューサにより捕えられ、そして工具に近接した骨材料の状態、特に骨材料の層の厚さとできればまた骨材料の構造の変化とに関する情報が、捕えた信号の強さと超音波放射線の発射からの時間経過とから、導き出される。手術者はこの情報を用い骨における工具の位置を検査しそれにより工具により作られた凹みの位置の正しさを確かめるようにする。別々のトランスジューサが超音波放射線の発射と受信とのために設けられるが、超音波放射線を発射し続いて同じトランスジューサにより反射された放射線を再度捕捉することもできる。これは例えばいわゆるパルス反射技術によって行うことができる。
【０００７】
超音波トランスジューサが工具の末端の領域に配設され工具の末端の前方の領域が工具によって発射された超音波放射線によって“見られる”ようにすることが有利である。手術者はこのようにして切削方向の骨材料の状態に関する情報が与えられそれにより工具の前進の方向を制御することができるようになる。
【０００８】
特に有利な実施態様は超音波トランスジューサが工具に配設されて超音波を発射し受取る方向が放射線の軸線に対して傾斜する、例えば３０°と６０°の間の傾斜角度で、特に約４５°の大きさで傾斜するようにした時に得られる。このような実施態様では、超音波放射線は末端方向に開口する円錐体の外表面上に発射され、これにより手術者は情報を回転工具の前進方向で正確にしかも末端方向の工具の前方に位置する領域で工具の全回転角度にわたって受取る。その後も続いて加工される骨部分に対して最適の位置づけをもたらす。
【０００９】
本発明の好ましい実施態様では工具がその基端まで工具の中に延びる通路と連通する超音波トランスジューサのための内側受信空間を具備するようにされる。超音波トランスジューサのための接続導線がこの通路を通過することができる。
【００１０】
好ましい実施態様では、工具が円錐形の切削表面を有するドリルであり超音波トランスジューサがこの円錐形切削表面の領域に配設される。このようなドリルにより、手術者は手術中に手術者がさらにドリルが前進するにつれて骨の全ての境界から適当な距離にあるかどうかを精密に見ることができ、それによりドリル穴が骨材料の中に明確に延びるようにしまた不用意に腔又は他の組織を突通すことがないようにする。
【００１１】
工具にとって、その角度位置のためのセンサーを具備し、このセンサーが受信器に対する角度位置に対応する信号を供給しそれにより工具の角度位置に応じて骨の状態に関する信号を発することが特に有利である。手術者はしたがって工具の前方の骨材料の状態の広範囲の映像、すなわち全ての角度方向の映像が与えられる。同時に、超音波トランスジューサは回転可能な受台上に配置され全ての方向の工具の前方に位置する全領域にわたって走査するカメラを形成する。
【００１２】
受信器に関連する骨の状態に関する受信器によって発せられた信号を表わす光学的表示装置がまた設けられる。これによりこの表示装置から直接、超音波放射線の発射方向の骨の状態、そこでの骨の利用可能な壁の厚さ及び起きるかもしれない組織の変化を読み取ることができる。
【００１３】
工具と隣接した骨材料との全断面を光学的表示装置上に表示することができ、それにより骨材料の状態が受信器によって発せられた信号により決定されるようにすることが特に有利である。これらの断面は同時に工具の異なる角度位置で生じる、受信器によって発せられた信号を示し、それにより全角度領域にわたって骨の状態に関する情報が同時に与えられるようにする。
【００１４】
特に、表示された断面領域は末端方向に開口しその軸線が工具の回転軸線と一致する円錐形表面とすることができる。工具の前方領域を走査しそれにより工具が後で突通すことになる領域の骨の状態を表示する表示範囲が示される。
【００１５】
一定の移植片が移植後に骨に配置される方法を示す移植片の断面はまた光学的表示装置で次第に消えていくようになる。移植片の形状と移植片の所望の位置とを知ることにより、手術者は凹み、例えばその位置が移植片の形状と位置に対応するようなドリル穴を配置することができるようになる。移植片の画像はこの移植片を表わすデータが蓄積されているデータ記憶装置から生成することができる。これらのデータから、画像は超音波信号から得られた画像に重ねることができる。
【００１６】
例えば光学的に又は音響的に作動する警告装置が受信器に組込まれ手術者に加工される領域の骨材料の壁厚が一定の厚さより低減したこと、すなわち骨材料の壁を突通す危険を警告するようにすることができる。
【００１７】
本発明の好ましい実施態様の以下の記載は図面と関連して本発明をさらに詳細に説明する作用をする。
【００１８】
本発明は以下に例示としてドリルについて説明されるが、原則的には本発明はまた例えば骨材料が回転運動により切削され特にドリル穴やその他の凹みを作り出すフライス、リーマ、冠状のこぎり等のような他の回転切削工具に使用することができる。
【００１９】
外科用手動穴あけ機械１は旋回ドリル２が取付けられ、旋回ドリル２は手動穴あけ機械１の内部の駆動装置によりその長手方向軸線の周りに回転されビット（刃先）により図示の実施態様では脊椎骨の梗節領域に骨４のドリル穴５を作り出す。
【００２０】
従来の旋回ドリルに対して、この旋回ドリル２は基端から末端領域へと延び旋回ドリル２の円錐形切削表面８の直ぐ後側に位置する受入れ空間７で終わる内側通路６が設けられている。この受入れ空間７には切削表面８に対して本質的に直角に超音波放射線を発射することができまたこの方向から衝突する超音波放射線を受取ることができる超音波トランスジューサ９が配置される。これは単一の超音波トランスジューサ９又は超音波放射線を発射し又は受取るようそれぞれが構成された２つの別々の超音波トランスジューサとすることができる。
【００２１】
超音波トランスジューサは、図面にはさらに詳細には示されず内側通路６を通過する導線によって、手動ドリル機械１で始まり受信器１１で終わりさらに接続導線１２により表示装置１３に接続される接続導線１０に、接続される。送信及び受信器１１は例えばいわゆるパルス反射装置として作動することができまた１５MHz のオーダーの周波数の超音波放射線を発信しまた受信することができる。この超音波放射線は超音波トランスジューサ９によりパルスの形式で周囲の骨４の中に発射されそしてそこで不均質部と接触面で、例えば脊椎骨の骨髄空間１５に対する接触面１４で反射する。
【００２２】
反射された放射線は続いて超音波トランスジューサ９に再度衝突し送信及び受信器１１に供給される電気信号に変換される。反射された放射線に対応する信号の大きさは不均質部の反射の強さによって決まり、またパルスの発信と反射された放射線の受信との間の時間の長さは骨材料の接触面までの厚さと骨材料の状態とによって決まるが、この骨材料の状態は超音波放射線の伝達の速度に影響を与えるからである。
【００２３】
したがって、骨の構造を知ることにより、骨の接触面と不均質部とが超音波トランスジューサから超音波トランスジューサの送信と受信の方向に離れて位置している距離を決定することができる。この超音波トランスジューサは旋回ドリル２と一緒に回転しまた超音波放射線を発射し受信した時それにより旋回ドリル２の回転軸線と同軸に配置され末端方向に開口している円錐体によって形成された円錐体の外表面上を走査することができる。送信及び受信器１１に供給された反射信号はしたがって骨の状態と、この円錐形外表面すなわち旋回ドリル２の末端方向の前方に位置し旋回ドリル２がさらに切りこもうとする領域の骨材料の厚さとの測定値となる。
【００２４】
送信及び受信器１１によって受取られた信号は表示装置１３上に表示され、それにより旋回ドリル２の位置から出発して超音波放射線によっておおわれる旋回ドリル２の周りの骨の領域が表示されまた手術者はそのため旋回ドリルの末端方向前方に位置する旋回ドリル２の周りの骨材料の状態、例えば次の腔まで又は骨の接触面までの距離の大きさに関する光学的な表示が得られるようにすることができる。これにより手術者は旋回ドリル２を、さらに骨の中に突き通すとき旋回ドリル２が常に骨材料にできるだけ正確にその中心を位置させまた骨の接触面から十分な距離を保つように、案内することができるようになる。このようにして、反射された超音波信号がまた骨材料の密度に関する情報を提供するので旋回ドリル２を特に堅い骨材料の領域の中に案内することがまた可能となる。例えば、骨組織の中の超音波の伝達の速度は骨組織が異なった構造となっている時に変わる。
【００２５】
したがって旋回ドリル２の刃先に受信器を有する超音波カメラが取付けられ、旋回ドリル２の刃先の前方に位置する領域を観察しそれにより旋回ドリルがさらに突き進もうとする骨の領域に関する手術者への情報を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 脊椎骨の本体部に、光学的表示装置を有する超音波監視装置と共に適用されたドリルの概略図である。
【図２】 ドリルに超音波トランスジューサが取付けられた図１のＡ部分の拡大断面図である。

Claims (12)

1. 骨材料に凹みを作り出す回転外科用工具（２）であって、
   超音波トランスジューサ（９）が前記外科用工具に配設され、該超音波トランスジューサが前記外科用工具と共に回転することと、回転中に超音波放射線を発信しまた受信することとができ、前記超音波トランスジューサ（９）が超音波発信及び受信器（１１）に接続され、前記受信器が超音波トランスジューサ（９）によって受取られた超音波放射線の強さと、超音波放射線の発信と反射された超音波放射線の受信との間の時間の長さとによって決まる信号を発し、該信号が発信方向の骨材料（４）の状態の測定値である、
   ことを特徴とする回転外科用工具。
2. 超音波トランスジューサ（９）が工具（２）の末端（３）の領域に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の工具。
3. 超音波トランスジューサ（９）が工具（２）に配置され超音波放射線を発信し受信する方向が前記工具の回転軸線に対して傾斜するようにしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の工具。
4. 傾斜の角度が３０°と６０°の間であることを特徴とする請求項３に記載の工具。
5. 工具（２）の中をその基端まで延びる通路（６）に連通される超音波トランスジューサ（９）のための内側受信空間（７）を具備していることを特徴とする請求項１から４のうちの１項に記載の工具。
6. 工具が円錐形の切削表面（８）を有するドリル（２）であり、超音波トランスジューサ（９）が円錐形の切削表面（８）の領域に配置されていることを特徴とする請求項１から５のうちの１項に記載の工具。
7. 工具がその角度位置のためのセンサーを含み、該センサーが角度位置に対応する信号を受信器（１１）に送り、受信器（１１）がそれにより工具（２）の角度位置によって決まる骨の状態に関する信号を発することを特徴とする請求項１から６のうちの１項に記載の工具。
8. 受信器によって発せられた骨の状態に関する信号を表示する光学的表示装置（１３）が受信器（１１）に組込まれていることを特徴とする請求項１から７のうちの１項に記載の工具。
9. 工具（２）の断面と近接する骨材料（４）とが光学的表示装置（１３）上に表示され、骨材料（４）の状態が受信器（１１）によって発せられた信号によって決定されることを特徴とする請求項８に記載の工具。
10. 表示された断面の表面が、末端方向に開口し軸線が工具（２）の回転軸線と一致している円錐形の表面であることを特徴とする請求項９に記載の工具。
11. 移植片の表示が光学的表示装置上で見ることができることを特徴とする請求項８から１０のうちの１項に記載の工具。
12. 骨の強度によって決まる警告信号を発する警告装置が受信器（１１）に組込まれていることを特徴とする請求項１から１１のうちの１項に記載の工具。

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