JP6823959B2 - 医療用衝撃工具 - Google Patents

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Description

本発明は動力工具に関し、より具体的には、動力工具のための動作方法に関する。
本発明は、１つの特徴において、出力部材と、第１のモード又は第２のモードの一方において出力部材に対する働き掛けを行うよう動作可能な駆動機構と、アクチュエータであって、アクチュエータが押し下げられる時間の量に基づき、駆動機構を第１のモード又は第２のモードにおいてアクティブ化する、アクチュエータとを含む、動力工具を提供する。
本発明は、他の特徴において、動力工具のスイッチを作動させて、駆動機構の初期的な作動を引き起こすこと、スイッチを所定の量の時間以下に亘って作動状態に維持して、駆動機構を第１のモードにおいて作動させること、及びスイッチを所定の量の時間よりも多くの時間に亘って作動状態に維持して、駆動機構を第２のモードにおいて作動させることを含む、動力工具を作動させる方法を提供する。
本発明の他の構成及び特徴は、以下の詳細な記述及び添付の図面の考察によって明らかになるであろう。
本発明の実施態様に従った動力工具の平断面図である。
図１の動力工具の動作方法を示すフローチャートである。
本発明のあらゆる実施態様を詳細に説明する前に、本発明はその適用において後続の記述中に示し或いは後続の図面中に例示する構造及び構成部品の構成の詳細に限定されないことが理解されるべきである。本発明は他の実施態様が可能であり、様々な方法において実施又は実行可能である。また、ここにおいて用いる言葉遣い及び用語は記述の目的のためであり、限定的であると考えられてならないことが理解されるべきである。
図１は、アダプタ１８によって工具ビット（例えば、あらやすり(rasp)又はブローチ１４）に連結される、医療用インパクタ１０（衝撃装置）のような、動力工具を例示している。以下に更に詳細に説明するように、インパクタ１０は、股関節置換処置中に整形外科インプラントのために大腿管を準備するような外科処置中に、軸方向の衝撃をアダプタ１８及びブローチ１４に給送する。インパクタ１０は、ハウジング２２と、ハウジング２２のバッテリ支持部分３０に連結されるバッテリ２６と、ハウジング２２のハンドル部分３８に隣接して位置付けられるアクチュエータ３４と、ハウジング２２のバレル部分４６内に支持される駆動機構４２とを含む。インパクタ１０は、駆動機構４２によって衝撃を与えられる出力部材５０も含む。引き続き、出力部材５０に対する衝撃は、アダプタ１８及びブローチ１４に伝達される。インパクタ１０の幾つかの実施態様において、アダプタ１８は省略されてよく、出力部材５０はブローチ１４に衝撃を送るためにブローチ１４と直接的にインターフェース接続してよい。
図１を引き続き参照すると、バッテリ支持部分３０は、ハンドル部分３８から延び、リチウムイオン動力工具バッテリパックのような、バッテリ２６を取り外し可能に連結するように構成される。バッテリ支持部分３０は、電気接点と、バッテリ２６をバッテリ支持部分３０と機械的に噛み合わせるラッチ機構とを含む。アクチュエータ３４は、プリント回路基板５４（ＰＣＢ）及びＰＣＢ５４上のマイクロコントローラ５８を介してバッテリ２６を駆動機構４２に選択的に電気的に接続し得る。例示されるインパクタ１０の実施態様において、アクチュエータ３４は、磁石６４の移動(displacement)を検出するための、ホール効果センサのような、センサを有する磁気スイッチ６２を含む。トリガ６６が、ハウジング２２のハンドル部分３８から延び、トリガ６６には、トリガ６６と一緒の移動のために、磁石６４が連結される。磁石６４をＰＣＢ５４上のホール効果センサに対して移動させてスイッチ６２を作動させるために、トリガ６６はインパクタ１０の使用者によって把持可能であり且つ押込み可能である。
例示されるインパクタ１０の実施態様において、駆動機構４２は、ハウジング２２のバレル部分４６を後方キャビティ７４と前方キャビティ７８とに分割するプレート７０と、後方キャビティ７４内に位置付けられるモータ８２と、プレート７０を通じて前方キャビティ７８内に延びるネジ駆動装置８６とを含む。駆動機構４２は、前方キャビティ７８内に、ネジ駆動装置８６の出力シャフト９４に取り付けられるピストン９０や、可動シリンダ９８も含み、ピストン９０は、可動シリンダ９８内に配置される。以下により詳細に記載するように、可動シリンダ９８内に真空を生成するために、ピストン９０は可動シリンダ９８内で軸方向に移動可能である。可動シリンダ９８は、ラッチ１０２（例えば、磁性ラッチ、ボール戻止め等）によって、プレート７０に選択的に保持される。
可動シリンダ９８は、スリーブ１０６と、スリーブ１０６の前方端に取り付けられる前方キャップ１１０と、スリーブ１０６の後方端に取り付けられる後方キャップ１１４とを含む。ピストン９０が可動シリンダ９８内で可動シリンダ９８に対して移動可能である結果、第１の可変容積１１８が、ピストン９０と前方キャップ１１０との間で可動シリンダ９８内に定められる。同様に、第２の可変容積１２０が、ピストン９０と後方キャップ１１４との間で可動シリンダ９８内に定められる。前方キャップ１１０は、第１の可変容積１１８を大気と流体的に相互接続する孔１２６を含む。従って、第１の可変容積１１８内の静圧は、インパクタ１０の動作中、常に名目上は大気圧と等しい。しかしながら、後方キャップ１１４は、可動シリンダ９８内でのピストン９０の拡張ストローク中に第２の可変容積１２２を封止して、第２の可変容積１２２内に真空を創り出す、一方向弁１３０を含む。ピストン９０の収縮ストローク中、一方向弁１３０は、空気が第２の可変容積１２２から大気に排気されるのを許容する。ピストン９０の後続の拡張ストローク中、一方向弁１３０は、第２の可変容積１２２を再び封止して、第２の可変容積１２２内に真空を創り出す。
図１を引き続き参照すると、出力部材５０は、前方キャビティ７８内に第１の衝撃面１３４を含み、前方キャビティ７８を通じてインパクタ１０のチャック１３８内に延びる。出力部材５０は、インパクタ１０の動作中にアダプタ１８の部分に衝撃を与えるために、アダプタ１８のその部分に面する関係にある第２の衝撃面も含む。
衝撃動作を開始する前に、ピストン９０及び可動シリンダ９８は、それぞれ、完全に引っ込められた「ホーム」位置を取り（可動シリンダ９８は、図１では、ホーム位置において示されている）、可動シリンダ９８の後方キャップ１１４は、ラッチ１０２によってプレート７０に近接して保持される。衝撃動作を開始するために、（例えば、トリガ６６を押し下げることによって）スイッチ６２が作動させられ、それにより、（マイクロコントローラ５８を介して）駆動機構４２のモータ８２をアクティブ化させて第１の方向に回転させる。モータ８２が第１の方向に回転すると、ネジ駆動装置８６は拡張させられて、ピストン９０を（図１に示す）可動シリンダ９８内の拡張位置に向かって移動させ、それは、第２の可変容積空間１２２内で所定の真空が達成されるまで、可動シリンダ９８の第２の可変容積空間１２２内で真空を生成する。このとき、ラッチ１０２は可動シリンダ９８を解放し、可動シリンダ９８に対して作用する差圧が可動シリンダ９８を出力部材５０に向かって加速する。可動シリンダ９８がその拡張位置にひとたび達すると、シリンダ９８の前方キャップ１１０は、出力部材５０に衝撃力を伝えるよう、出力部材５０の第１の衝撃面１３４を撃つ。次に、モータ８２の回転方向が逆転させられ、ネジ駆動装置８６を反対方向に作動させて、ピストン９０をそのホーム位置及びプレート７０に向かって引っ込め、可動シリンダ９８及びピストン９０の両方がそれらのそれぞれのホーム位置に達するまで、可動シリンダ９８をピストン９０と共に引っ張る。このとき、可動シリンダ９８は、他の駆動サイクルを開始する前に再び締められて係止状態になる(re-latched into a locked state)。後続の駆動サイクルの間に、可動シリンダ９８は、上述の方法において往復動させられて、出力部材５０に対して軸方向の衝撃を与える。
図２に例示するように、駆動機構４２は、使用者がアクチュエータ３４を押し下げる時間の量に基づき、第１のモード又は第２のモードのいずれかで作動する。ステップ２００で、使用者はアクチュエータ３４を押し下げ、その地点で、マイクロコントローラ５８は、初期設定で駆動機構４２を第１のモードで作動させる（ステップ３００）。第１のモード又は単一衝撃モードにおいて、駆動機構４２は、単一の駆動サイクルを完了するようアクティブ化させられて、出力部材５０に対する、次に、ブローチ１４に対する、単一の衝撃を生成する。ステップ４００で、マイクロコントローラ５８は、単一の駆動サイクルが完了した後、可動シリンダ９８が（例えば、ラッチ１０２によって）「ホーム」位置において検出されるときに、タイマーを起動する。タイマーの満了後に、マイクロコントローラ５８は、アクチュエータ３４が押し下げられたままか否かを決定する（ステップ５００）。図２に例示するように、アクチュエータ３４が押し下げられていないならば、駆動機構４２は非アクティブ化される。使用者は、アクチュエータ３４を多数回押し下げ、しかしながら、次に、各々の場合において時間遅延が過ぎる（即ち、タイマーが満了する）前にアクチュエータ３４を解放することによって、多数の連続的な単一の衝撃サイクルを行う（即ち、駆動機構４２を第１のモードにおいてアクティブ化する）よう、インパクタ１０を用いてよい。これは、例えば、外科医が患者の大腿管を精密に準備し或いは大腿管の準備を仕上げるのを試みるときに、有用なことがある。
代替的に、ステップ６００に見られるように、アクチュエータ３４がタイマーの満了後に押し下げられたままであるならば、マイクロコントローラ５８は、駆動機構５４の作動を第１のモードから第２のモードに移行させる。第２のモード又は多衝撃モードにおいて、駆動機構４２は、多数の連続的な駆動サイクルを行い、アクチュエータ３４が解放されるまで、出力部材５０に対して（従って、ブローチ１４に対して）多数の連続的な衝撃を加える。ステップ７００で、マイクロコントローラ５８は、アクチュエータ３４の状態を監視して、アクチュエータ３４が押し下げられたままであることを確認する。アクチュエータ３４が押し下げられたままであるならば、マイクロコントローラ５８は、駆動機構５４を第２のモードにおいて連続的に作動させる（ステップ８００）。アクチュエータ３４が解放されるならば、駆動機構５４は非アクティブ化され、図２に示すプロセスは、ステップ２００にリセットされる。第２のモードは、例えば、外科医がインプラントを位置付けることを試みるずっと前に大腿管内の骨を圧縮することを初期的に試みるときに、特に有用である。
図２に例示するように、駆動機構４２は、アクチュエータ３４の初期的な作動に応答して第１のモードにおいて初期的に作動させられ、アクチュエータ３４が作動状態に維持される時間の量に基づき第２のモードに移行してよく、或いは移行しなくてよい。時間遅延は、時間遅延が満了する前に使用者がトリガ６６を解放するのを許容し、よって、インパクタ１０が単一の衝撃をブローチ１４に送るよう十分に長いが、駆動機構４２が第１のモードにおける作動から第２のモードにおける作動に移行するときに、ブローチ１４に対して適用される第１の衝撃と第２の衝撃との間の知覚可能な遅延を導入するように長すぎもしない。時間遅延は、例えば、約１００〜２００ミリ秒であってよい。
本発明の様々な構成は、後続の請求項に示される。
１０ 医療用インパクタ (medical impactor)
１４ ブローチ (broach)
１８ アダプタ (adapter)
２２ ハウジング (housing)
２６ バッテリ (battery)
３０ バッテリ支持部分 (battery support portion)
３４ アクチュエータ (actuator)
３８ ハンドル部分 (handle portion)
４２ 駆動機構 (drive mechanism)
４６ バレル部分 (barrel portion)
５０ 出力部材 (output member)
５４ プリント回路基板 (printed circuit board)
５８ マイクロコントローラ (microcontroller)
６２ 磁性スイッチ (magnetic switch)
６４ 磁石 (magnet)
６６ トリガ (trigger)
７０ プレート (plate)
７４ 後方キャビティ (rear cavity)
７８ 前方キャビティ (front cavity)
８２ モータ (motor)
８６ ネジ駆動装置 (screw drive)
９０ ピストン (piston)
９４ 出力シャフト (output shaft)
９８ 可動シリンダ (movable cylinder)
１０２ ラッチ (latch)
１０６ スリーブ (sleeve)
１１０ 前方キャップ (rear cap)
１１４ 後方キャップ (front cap)
１１８ 第１の可変容積 (first variable volume)
１２２ 第２の可変容積 (second variable volume)
１３０ 一方向弁 (one-way valve)
１３４ 第１の衝撃面 (first impact face)
１３８ チャック (chuck)
１４２ 第２の衝撃面 (second impact face)
２００ ステップ (step)
３００ ステップ (step)
４００ ステップ (step)
５００ ステップ (step)
６００ ステップ (step)
７００ ステップ (step)
８００ ステップ (step)

Claims (9)

  1. 出力部材と、
    単一衝撃モード又は多衝撃モードの一方において前記出力部材に対する働き掛けを行うよう動作可能な駆動機構と、
    アクチュエータであって、アクチュエータが押し下げられる時間の量に基づいて、前記駆動機構を前記単一衝撃モード又は前記多衝撃モードにおいてアクティブ化させる、アクチュエータと、
    前記駆動機構の作動を制御するように動作可能なマイクロコントローラとを含み、
    前記単一衝撃モードにおいて、前記駆動機構は、前記出力部材に対する単一の衝撃を生成するよう、単一の駆動サイクルのみに亘って作動させられ、前記多衝撃モードにおいて、前記駆動機構は、前記アクチュエータが解放されるまで、前記出力部材に対して複数の連続的な衝撃を加え続けるよう作動させられ、
    前記マイクロコントローラは、前記アクチュエータの初期的な押下げに応答して、前記駆動機構を前記単一衝撃モードにおいて作動させるように構成され、
    前記マイクロコントローラは、所定の量の時間の完了後に前記アクチュエータが押し下げられたままであるか否かを決定するように作動可能であり、
    前記所定の量の時間の完了後に、前記アクチュエータが押し下げられたままであることが決定されるならば、前記単一衝撃モードにおいて前記駆動機構を作動させることから前記多衝撃モードにおいて前記駆動機構を作動させることに移行させるように作動可能である、
    動力工具。
  2. 前記駆動機構は、
    モータと、
    該モータによって往復式に作動させられるネジ駆動装置と、
    該ネジ駆動装置の出力に連結されるピストンとを含む、
    請求項１に記載の動力工具。
  3. 前記駆動機構は、前記出力部材に衝撃を与えるために前記ピストンによって往復式に駆動される可動シリンダを更に含む、請求項２に記載の動力工具。
  4. 前記ピストンは、前記可動シリンダ内に配置され、前記ピストンは、前進方向において駆動されて、前記可動シリンダ内に真空を生成し、それは前記可動シリンダを前記出力部材に向かって加速する、請求項３に記載の動力工具。
  5. 前記可動シリンダは、前記可動シリンダ内で所定の真空が達成されるまで、固定位置において保持され、然る後、前記可動シリンダは解放されて、前記出力部材に向かって加速される、請求項４に記載の動力工具。
  6. 前記所定の量の時間は、約１００ミリ秒〜約２００ミリ秒の間である、請求項１に記載の動力工具。
  7. 前記出力部材に連結されるブローチを更に含む、請求項１に記載の動力工具。
  8. 前記アクチュエータは、磁性スイッチを含む、請求項１に記載の動力工具。
  9. 請求項１乃至８のうちのいずれか１項に記載の動力工具を作動させる方法であって、
    前記アクチュエータの初期的な作動に応答して、前記駆動機構を前記単一衝撃モードにおいて作動させること、
    所定の量の時間の完了後に、前記アクチュエータが押し下げられたままであるか否かを決定すること、
    前記所定の量の時間の完了後に、前記アクチュエータが押し下げられたままであることが決定されるならば、前記単一衝撃モードにおいて前記駆動機構を作動させることから前記多衝撃モードにおいて前記駆動機構を作動させることに移行させることを含む、
    方法。
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