JP7375104B2 - 制御された反復可能な衝撃を伝達する整形外科装置 - Google Patents

Description

本出願は、２０１７年２月２２日に出願された米国特許出願第１５／４３９，６９２号の一部継続出願であり、２０１６年９月１３日に出願された係属中の米国仮特許出願第６２／３９３，９７５号及び２０１６年８月３１日に出願された係属中の米国仮特許出願第６２／３８１，８６４号に対する米国特許法１１９条の利益を主張し、全体の文献は参照として含まれる。

本開示は、整形外科手術などの外科手術の用途において衝撃を付与するための局所電源器具に関し、より詳細には、ブローチ又は他の手先効果器に制御された反復可能な衝撃を付与するための発射質量によって駆動する、双方向の外科的衝撃を付与するための手持ち式モータ駆動器具に関する。

整形外科の分野では、人工関節などの補綴具が多くの場合に、患者の骨の空洞に埋め込まれるか着座される。空洞は、典型的には補綴材が着座されるか埋め込まれる前に手術中に形成され、例えば、医師は存在する骨を除去及び／又は圧縮して空洞を作ることができる。補綴材は通常、空洞内に挿入される軸部又は他の突起を含む。

このような空洞を作るために、医師はブローチを用いることができ、このブローチは補綴材の軸部の形状に一致する。当技術分野で公知の解決策は、埋め込み領域にブローチを押し込むために、手術中に医師が手動で打ち込むためのブローチを備えたハンドルを提供することを含む。残念ながら、このような手法は粗悪で悪名高く不正確であり、骨に不要な機械的ストレスをもたらす。結果は予測不可能であり、特定の医師の技量に依存する。歴史的に、このような手法は、多くの場合、空洞の位置及び形状の不正確さをもたらす。さらに、外科医は、ブローチを打撃し、骨及び補綴材を操作するために、非常な量の物理的な力及びエネルギーを費やす必要がある。最も重要なことは、このような手法は、医師が、外科領域への不要な更なる外傷を誘発し、元来は健康な組織、骨構造などに損傷を与えるリスクを伴うことである。

補綴材用の空洞を作るための別の技法は、ブローチを空気圧によって、すなわち圧縮空気によって駆動することである。この手法は、例えば、空気を器具から滅菌術野に排出する連結空気管路の存在によって衝撃付与器具の可搬性が妨げられ、また、器具を操作する医師が疲労するという点で不都合である。さらに、この手法は、米国特許第５，０５７，１１２号に例示されているように、衝撃力又は頻度の正確な制御を可能とせず、むしろ、作動されたときに削岩機に非常によく似た機能を果たす。この場合も同様に、このように正確な制御のいかなる措置もないことにより、空洞を正確にブローチングすることがより難しくなり、かつ、患者に合併症や外傷を引き起こす。

第３の技法は、空洞を作るためにコンピュータ制御されるロボットアームに依存するものである。このような手法は、疲労及び正確性の問題を克服するが、資本費用が非常に高くなり、外科医が手動の手法から得ることができる触覚フィードバックをさらに排除する。

第４の技法は、発明者自身の以前の開示に依拠するものであり、リニア圧縮機を使用したこれまでの研究では、一回のストローク毎に空気を圧縮し、次に、十分な圧力が形成された後で、空気を、弁を通して打撃体に対して解放する。これにより、打撃体は案内管を下降し、ブローチ及び／又は他の手術器具を保持するアンビルに衝撃を付与する。しかしながら、このような構成は、空気の圧力のために歯車列（ｇｅａｒ ｔｒａｉｎ）及び直線運動変換器の構成要素に大きな力を発生させ、そのような大きな力は、構成要素の早期摩耗につながる。

第５の技法はまた、戻り止めに対して真空を生成するためにリニアアクチュエーターを使用する、発明者の以前の研究にも依存する。十分な真空体積が発生した後に、戻り止めが打撃体を解放し、打撃体が案内管を下に移動するようにしてブローチ及び又は他の手術器具を保持するアンビルに衝撃を付与する。しかし、このような構成は、駆動部品に対して過剰な応力を加え、大気圧などの環境条件に影響を受ける。さらに、この技術は、逆方向又は後方方向の衝撃を発生させる能力が限られている。

結果として、既存のシステムの様々な欠点及び本発明者の過去のソリューションを克服する改良された駆動アセンブリを有する衝撃を付与する器具が必要とされている。

上述の欠点に鑑みて、尻、膝、肩などに整形外科用の衝撃を付与するための電気モータ駆動式の整形外科用の衝撃を付与する器具が提供される。器具は、ブローチ、ノミ又は他の手先効果器を保持し、ブローチ、ノミ又は他の手先効果器を、制御された打撃的な衝撃によって空洞内に優しく打ち付けることが可能であり、その結果、補綴材又は埋没物（インプラント）がより良く嵌まる。さらに、そのような電気的に操作されるブローチ、ノミ又は他の手先効果器によって可能となる制御は、患者の特定の骨の種類又は他の外形に従って衝撃設定を調整することを可能にする。器具は、さらに適切な着座を可能にし、双方向移動の場合には、補綴材又は埋没物の、埋め込み空洞内への又は埋め込み空洞からの適切な取り出しをさらに可能にし、有利には、その用具を案内する上で現在の外科医の技量を向上させる。

例示的な実施形態では、電気モータ駆動式の整形外科用の衝撃を付与する器具は、局所電源（電池又は燃料電池など）、モータ、制御機、ハウジング、回転運動を直線運動に変換する方法（以下、直線運動変換器と称する）、ポテンシャルエネルギーを蓄積及び解放することができるガス又は機械的スプリングなどの蓄積エネルギー駆動システム又は機構、及び前方方向及び／又は後方方向に動作可能なように蓄積エネルギー駆動システムによって励起される打撃体を含み、打撃体は手術器具に衝撃力を発生させることができる。器具は、従来の白熱光源又はＬＥＤなどの半導体光源によって手術領域に集束照明をさらに供給してもよい。医師による器具の取り扱いのためのハンドル、又はロボットアセンブリに器具を組み込むための適切なマウントインターフェースが提供されてもよい。電池などの局所電源もまた含まれる。典型的には、様々な構成要素の少なくともいくつかは、好ましくはハウジング内に収容される。器具は、ブローチ、ノミ又は他の手先効果器、又は、補綴材に周期的で反復可能な衝撃力を付与することができる。衝撃力の再現性が付与されれば、複数のレベルに衝撃力を微調整することも考慮される。この目的のために、装置と共に複数のスプリングがキットフォーマットで提供されてもよく、異なる視覚的に区別されたスプリングが、外科的処置中に必要に応じて、駆動力の範囲を提供するために装置に着脱可能に導入されてもよい。

蓄積エネルギー駆動システムと関連し、好ましくは、システムは、スプリングを圧縮する第１方向に回転するカムと組み合わせたモータ及びギヤボックスによって動作可能であり、それにより蓄積エネルギー駆動システム内にポテンシャルエネルギーを蓄積する。カムは、さらに回転し続けて蓄積されたエネルギーを解放し、前方衝撃力を発生させるために、質量を加速することができる。一例として、蓄積されたポテンシャルエネルギーが増加する機械的スプリング又はガススプリングが十分に変位した後、カムは、質量に作用するのを停止する解放点を通過するまで回転し続けて、蓄積されたエネルギーを解放する。解放時に、蓄積されたポテンシャルエネルギーは、アンビル又は他の衝撃面のような衝撃点と動作可能に接触するまで質量を前方方向に加速させる。反対に、双方向衝撃システムの場合、カムは反対に第２方向に回転し、スプリングを圧縮し、スプリング蓄積システム内に再びポテンシャルエネルギーを蓄積することができる。カムは、さらにスプリング蓄積システムに作用するのを停止する解放点まで回転し続けて、スプリング蓄積システムが蓄積されたエネルギーを解放することができ、質量を加速して後方衝撃を発生させることができる。一例として、蓄積されたスプリングのポテンシャルエネルギーが増加したスプリングが十分に変位した後、カムは、質量に作用するのを停止する解放点を通過するまで回転し続けて、蓄積エネルギー駆動システム（又は機構）を解放する。解放時には、蓄積エネルギー駆動システム内のポテンシャルエネルギーは、アンビル又は他の衝撃面のような衝撃点と動作可能に接触するときまで蓄積エネルギー駆動システムによって質量を反対になる後方方向に加速させる。

例示的な実施形態では、発射質量（蓄積エネルギー駆動システムの一部又は全部を含み得る）は、衝撃点の前にプッシャプレート又はプッシング面から分離する。従って、この実施形態では、蓄積エネルギー駆動システム全体が発射質量であるため、非常に高い効率が予想外に達成された。機械的スプリングを使用する別の実施形態では、スプリングの圧縮比は、その自由長の約５０％未満であり、より好ましくはその自由長の４０％未満である。本発明者は、そのような圧縮比が伝達される衝撃エネルギーの一貫性を高め、永久的なスプリング変形の可能性を低減することを発見した。

更なる例示的な実施形態では、ハンドルは、直列形の器具を提供するように位置決め可能であるか又は器具に折り曲げ可能であるものとすることができ、この場合、外科医は、器具を、ブローチの方向と同一直線上に押し引きする。これは、外科医が操作中に器具に加え得るトルクの量を制限するという利点を有する。ハンドグリップの更なる改良形態では、手術用具を案内するとともに衝撃を付与する動作中に安定性を高めるために、付加的なハンドグリップがあるものとすることができる。さらに、別の実施形態では、器具はロボットに装着されて、それによりハンドルの必要性を除去することができ、器具は係留（ｔｅｔｈｅｒｅｄ）又は遠隔電源を使用してもよい。

更なる例示的な実施形態では、アダプタ、ブローチ、ノミ又は他の手先効果器は、軸方向の整列を保持しながら多くの位置に回転することができ、例えば図９に示すように、アダプタは４つの異なる位置で回転可能であり、各位置は、９０°回転する。これは、例えば手術中の様々な解剖学的プレゼンテーションにおいて、アダプタ又はブローチの使用を容易にする。

例示的な実施形態では、器具のアンビルは、２つの衝撃点のうち少なくとも１つ、前方打撃面又は第１面と後方打撃面又は第２面、及び打撃体が実質的に軸方向に移動するのを制限するためにガイドローラ、ベアリング、又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又はテフロン（登録商標）トラックなどのガイドアセンブリを含む。打撃体の衝撃点及び手術器具の結果として生じる力は、前方及び後方の両方であり得る。双方向衝撃を付与する動作では、手術器具への前方力が発生するとき、打撃体は、ガイドアセンブリに沿って前方に続けて移動する。逆進機構を用いて、打撃体の衝撃点及び手術器具に対する結果として生じる力を変化させることができる。そのような逆進機構を用いる結果として、後方への力がアンビル及び／又はブローチ若しくは他の手術用取付具に加わる。この文脈において用いられる結果として「前方方向」とは、ブローチ、ノミ又は患者に向かう打撃体の移動を含意し、「後方方向」とは、ブローチ、ノミ又は患者から離れる打撃体の移動を含意する。衝撃を双方向に付与するか又は一方向に付与するかを選択することは、例えば、米国特許第８，６０２，１２４号で説明されたように、物質を除去するか又は物質を締め固めるかという選択が多くの場合に外科的処置において重要な決定であるという点で、物質を切削するか又は埋め込み空洞内で圧縮する上で外科医に自由度を与える。さらに、発明者自身の以前の開示の使用において、後方衝撃力が前方衝撃力とほぼ等しくなる場合、器具はより広い範囲の外科的処置で使用され得ることが発見された。一実施形態では、前方への力及び後方への力は、少なくとも２つの別個の異なる点に衝撃を付与する。

例示的な実施形態では、アンビル及びアダプタは単一の要素を含むか、又は一方が他方に対して一体的であるものとすることができる。

取り壊し作業において用いられるような、米国特許第６，９３８，７０５号に示されているような典型的な打撃器具では、速度を変化させることによって衝撃力が変化し、可変速度の作業において一定の±２０％として規定される衝撃エネルギーを維持することが不可能となる。従って、例示的な実施形態では、器具は、エネルギー調整要素又は機構を含む制御要素又は制御機を含み、エネルギー調整要素は、蓄積エネルギー駆動機構から出力されたエネルギーの解放及び蓄積を制御することによって器具の衝撃力を制御してもよい。エネルギーは、電子的に又は機械的に調整されてもよい（例えば、図９のスイッチ３４を参照）。さらに、エネルギー調整要素は、アナログであってもよく、固定の設定を有してもよい。このような制御要素は、衝撃を付与する動作の正確な制御を許容する。エネルギー調整要素は、外科医が患者の外形に従って器具の衝撃エネルギーを増加又は減少させる。

更なる例示的な実施形態では、器具はまた、例えば図９に示す機械的スイッチ３６を使用して、打撃体の衝撃運動の頻度を調節することができる。打撃体の頻度を調節することによって、器具は、例えば、同じ衝撃の大きさを維持しながらも、より大きい総時間加重の打撃的な衝撃を与えることができる。これにより、外科医は、ブローチ又はノミの切断速度を制御することができる。例えば、外科医は、ブローチ又はノミの移動の大部分の間に、より速い速度（高い頻度の衝撃付与）で切削することを選択し、次に、ブローチ又はノミが所望の深さに近づくと切削速度を遅くすることができる。実際、器具の試験中に、１秒当たり２～６ジュール、好ましくは１秒当たり最大４０ジュールのような衝撃当たりの一定のエネルギーと共に、１秒当たり３回の衝撃、好ましくは１秒当たり最大１０回の衝撃などの高い頻度の衝撃付与率（ｉｍｐａｃｔｉｎｇ ｒａｔｅ）は、外科医が特定手術器具をよりよく位置決めすることを可能にした。例えばこれは、１秒当たり２～６ジュールのエネルギーで、少なくとも１秒当たり３回以上の衝撃頻度である場合、寛骨臼カップ（ａｃｅｔａｂｕｌａｒ ｃｕｐ）の載置時に以前の手作業による打撃技術よりも寛骨臼カップの位置をはるか良好に制御できると見られる。

例示的な実施形態では、蓄積エネルギー駆動機構、又は、エネルギー蓄積及び解放機構は、機械的に又は電気的に動作点を定義する。結果として、衝撃当たりのエネルギーは、選択された動作点に従って伝達される。事実、衝撃当たりのエネルギーは、２０％以上に制御することができる。別の実施形態では、タイミング要素がシステムに組み込まれてもよく、衝撃がユーザによって選択可能な所定の頻度で伝達される。電子制御要素又はコントローラを使用して衝撃率を精密に制御することにより、外科医は器具によって伝達されるエネルギーを制御することができる。

例示的な実施形態では、衝撃を付与する方向は、ユーザが器具に加え、アンビル上の位置センサなどのセンサによって検出される付勢力によって制御される。例えば、器具を前方方向に付勢することによって、発射質量が前方に発射されて前方に衝撃を付与するようにし、一方、器具を後方方向に付勢することによって、発射質量が後方に発射されて後方に衝撃を付与するようにする。

例示的な実施形態では、器具は、作業領域を照らし、補綴材又は埋没物（インプラント）上の好ましい位置にブローチ、ノミ又は他の手先効果器を正確に位置させるための照明要素を有してもよい。

例示的な実施形態では、バンパは、ピストンのヘッドと打撃体の端部との間に予め配置され、衝撃応力を低減し、アセンブリ全体の寿命を延ばす。

例示的な実施形態では、器具は、ブローチ、ノミ若しくは他の手先効果器又は埋没物の界面において、所定量を上回る曲がりまたは方向ずれが検出された場合、又は、整形外科器具が前進していない場合に、ユーザに警告するフィードバックシステムも含むことができる。

例示的な実施形態では、器具は、衝撃力を変化させるための交換可能なカートリッジを許容し得る。このようなカートリッジは、直線運動変換器によって作動するとき蓄積エネルギーシステムによって伝達される総エネルギーによって評価されてもよい。一例として、軟骨又は骨粗鬆症の骨に対しては、２～３ジュール以下の範囲の限界を有する低パワーカートリッジが使用されてもよい。若くて硬い骨の場合、４ジュール以上の衝撃エネルギーを有するパワーカートリッジを選択することができる。この実施形態では、パワーに応じて視覚的にコード化され得る様々なカートリッジを可能にすることによって、外科医はキット内に器具と共に提供される適切なパワーカートリッジを簡単に選択するだけで周期当たりの衝撃エネルギーを柔軟に決定することができる。

これらは、本開示の他の態様と一緒に、本開示を特徴付ける新規性の種々の特徴と共に添付の特許請求の範囲において具体的に指摘され、本開示の一部を形成する。本開示、その動作上の利点、及びその使用によって得られる特定の目的のより良い理解のために、添付の図面、及び本開示の例示的な実施形態が例示され記載される。

本開示のより完全な理解およびそれに付随する多くの利点は、添付の図面と共に考慮したときに、以下の詳細な説明を参照することによって、さらに容易に理解されるであろう。

本発明の例示的な実施形態による、前方衝撃力を発生させるために機械的ス プリング組立システムが使用される、整形外科衝撃付与器具の斜視図である。 カムが前方衝撃のための解放のためにピストンを作動位置に位置決めする、 図１の器具の例示的な実施形態を示す。 蓄積エネルギーが解放された後に、発射質量が前方方向の衝撃点に向かって 加速される、図１の器具の例示的な実施形態を示す。 本発明の例示的な実施形態による、後方衝撃力を発生させるために機械的ス プリングが使用される、整形外科衝撃付与器具の斜視図である。 図４の衝撃を付与する器具を別の角度から見た斜視図である。 機械的スプリングのカムが後方衝撃のための解放のためにピストンを作動位 置に位置決めする、図４の器具の例示的な実施形態を示す。 スプリングが解放された後に、発射質量が後方の衝撃点に向かって加速され る、図４に示された器具の例示的な実施形態を示す。 本発明の例示的な実施形態による、整形外科衝撃付与器具の周期的動作を示 す例示的なフローチャートである。 エネルギー及び頻度関連パラメータを制御するために使用される機械的スイ ッチを備えた器具の例示的な実施形態を示す図である。 衝撃の方向を決定するのに使用される位置センサを備える器具の例示的な 実施形態を示す。

モータ駆動式の整形外科用の衝撃を付与する器具には、制御された打撃的な衝撃が提供される。モータは、例えば、マクソンモータ（Ｍａｘｏｎ Ｍｏｔｏｒ）（登録商標）及び／又はポルテスキャップ（Ｐｏｒｔｅｓｃａｐ）（登録商標）から入手可能な、ブラシレスモータ、オートクレーブ対応モータなどの電気式であってもよい。器具は、一回及び複数回の衝撃を付与することができること、並びに、可変の及び変化する方向、力及び頻度の衝撃を付与することを含む。一実施形態では、衝撃エネルギーは調節可能である。また別の実施形態では、衝撃は、器具に接続されているブローチ、ノミ又は他の手先効果器に伝達される。

器具はハウジングをさらに含む。ハウジングは、器具の少なくとも1つの構成要素を確実に覆って保持することができ、例えば、レーデル（Ｒａｄｅｌ）（登録商標）としても知られているアルミニウム又はポリフェニルスルホン（ＰＰＳＦ又はＰＰＳＵ）などの外科手術の用途に適した物質で形成される。一実施形態では、ハウジングは、モータ、少なくとも１つの減速装置、直線運動変換器、好ましくは機械的又はガススプリングのスプリング要素、打撃体又は発射質量、制御回路又はモジュール、アンビル、前方衝撃のための第１又は前方打撃面及び後方衝撃のための第２又は後方打撃面を含む。

器具は、使用中に器具を快適かつ確実に保持するための選択的なハンドグリップを有するハンドル部分、又は器具を使用中にロボットアセンブリに組み込むための適切なマウントインターフェース、並びに、アダプタ、電池、位置センサ、方向センサ、及びねじれセンサをさらに含むことができる。器具は、外科医が器具を使用する手術作業領域において明かりを提供するために、従来の白熱光源又はＬＥＤなどの半導体光源によって集束照明を提供してもよい。アンビルは、インターフェースアダプタの使用によってブローチ、ノミ、又は当技術分野で公知の他の手先効果器に連結することができ、このアダプタは、異なるブローチの大きさの迅速な変更を容易にするために迅速接続機構を有することができる。アンビルは、ハンドルなどの器具特徴部に対する組織クリアランスを得るために器具を異なる様式で配置することを可能にする固定用回転特徴部をさらに含むことができる。

別の実施形態では、発射又は投擲（ｔｈｒｏｗｎ）質量は、好ましくはアダプタの軸の２０度以内、より好ましくはアダプタの軸の１０度以内で、移動方向に沿って軸方向に整列する。そのような軸方向の整列は、手術器具に伝達されるエネルギーを最大にするだけでなく、骨折（ｆｒａｃｔｕｒｅ）などの手術の否定的な結果に寄与し得る軸外の力（ｏｆｆ－ａｘｉｓ ｆｏｒｃｅ）の発生を最小にするという点で重要である。

図１～図７を参照すると、例示的な実施形態では、双方向衝撃力は、例えば、図１に示すように機械的スプリング組立システムを使用して発生させてもよい。あるいは、単一の機械的スプリング組立体が使用されてもよい。図１は、本発明の一実施形態による整形外科用の衝撃を付与する器具の斜視図であり、機械的スプリング組立システムのモータ及びギヤボックス８が、カム１２及びカムフォロア１３を含む直線運動変換器と組み合わせて、第１スプリングピストン１９ａ（以下、「第１ピストン１９ａ」と称する）及び／又は発射質量又は打撃体１５を作動させ、最終的に前方衝撃力を発生させる。ピストンは、一般にトラスト（ｔｈｒｕｓｔｉｎｇ）又はプッシュオフ（ｐｕｓｈ ｏｆｆ）要素を指し、様々な形状を備え得る。カム１２は、対称形状、二重のくさび形状を有するものとして示されているが、スプリングの迅速な解放を提供する任意の形状が使用されてもよい。スプリングを駆動して迅速に解放するための代替的な方法には、断続的なラックアンドピニオン又はクライミング機構を使用することが含まれるが、これらに限定されない。スプリング組立システムは、他の構成要素の中でも、減速装置７及びアンビル５をさらに含む。第１ピストン１９ａは、機械的又はガススプリングのいずれかである第１スプリング２ａと係合する。機械的スプリング組立システムでは、スプリングの自由長に対する撓みは、好ましくは５０％未満である。ミュージックワイヤ（ｍｕｓｉｃ ｗｉｒｅ）又はより好ましくはステンレス鋼又はチタンがスプリングに適した材質である。好ましくは、スプリングは、圧縮スプリングであるが、他のタイプのスプリングも考慮され得る。ガススプリング組立システムでは、ガススプリングは、例えば約１００～３０００ｐｓｉの範囲の圧力下で作動する。ガススプリングは、最初に、好ましくは窒素などの非酸化ガス、又はアルゴンなどの不活性ガスで充填される。窒素を使用する利点の１つは、ガススプリングのシール（ｓｅａｌ）による透過速度が遅く、シール及びスプリング自体の寿命（ｓｈｅｌｆ ｌｉｆｅ）を長くできる可能性がある。

図２は、図１の器具の例示的な実施形態であり、第１ピストン１９ａを作動させるために使用されるカム１２が解放の準備をする作動位置で「コック（ｃｏｃｋ）」される第１ピストン１９ａを備え、又は言い換えれば、モータ８は矢印４２ａで示すように、カム１２を第１方向（反復目的のための、反時計回りに見える方向）に回転させて第１プッシャプレート２６ａに対して第１ピストン１９ａを押し付け、第１スプリング２ａ内にポテンシャルエネルギーを蓄積する。「コック（ｃｏｃｋｉｎｇ）過程」では、発射質量又は打撃体１５と組み合わされた第１ピストン１９ａは、カムフォロア１３に接触して押され、第１方向にカム１２によって駆動する。カム１２が第１方向に回転し続けると、第１スプリング２ａ内に蓄積されたエネルギーは、カム１２が打撃体１５に作用するのを停止する解放点を通過するまで増加する（例えば、図３参照）。打撃体（又は発射質量）１５は、第１スプリング２ａの蓄積されたポテンシャルエネルギーの下で自由に移動する。特に、第１ピストン１９ａが十分に変位した後、及びカム１２が第１ピストン１９ａ及び／又は発射質量１５の組み合わせを解放した後、第１ピストン１９ａは、前方方向、即ち衝撃点に向かう方向に移動して、同時に第１ピストン１９ａの面と接触する発射質量又は打撃体１５を加速させる。例えば、図３に示すように、第１ピストン１９ａが打撃体１５から解放され、アンビル５に向かってそれを発射する。本発明では、プッシャプレート２６ａからの打撃体１５の解放は、本質的にその移動中にフリーフライト（ｆｒｅｅ ｆｌｉｇｈｔ）の一部を生成し、外科医の手で発生して経験する反動を劇的に減少し、より制御可能な器具を作り出せることが意外にも発見された。次に、手先効果器又は患者に近接した器具の端部に向かって発射された打撃体１５は、アンビル５の第１面又は前方打撃面に打撃衝撃を付与し、打撃体と接触するときのアンビルの最大変位は１５ｍｍ未満である。器具の試験中に、アンビルの最大前方変位が１５ｍｍ未満、より好ましくは１０ｍｍ未満に制限された場合に、精密で正確な動作の観点で、外科医がより良い結果を達成したことが意外にも発見された。ストロークを制限することによって、より大きいストロークと比較して、得られた手術手続がより正確に実行され、手術標的とのより良好な位置合わせが達成された。対照的に、例えば手術中の槌（ｍａｌｌｅｔ）の使用は、多くの場合２０ｍｍ以上の変位をもたらし、手術中にさらに低い正確性を招く。

アンビル５に対する打撃体１５の衝撃は、アダプタ（図示せず）に前方衝撃力を伝え、ブローチ、ノミ又は他の整形外科機構に前方衝撃力を伝える。発射質量又は打撃体１５は、スチール又は類似の特性を有する他の材質のように適切な材質で構成されてもよく、繰り返し衝撃を付与してもよい。一実施形態では、器具の重量又は質量に対する発射質量又は打撃体１５の重量又は質量の比は、好ましくは２５％未満であり、発射質量１５は、接触前にフリーフライト量を有し、これらの要因は、発生した反動の更なる減少に寄与する。

別の実施形態では、アンビルの重量又は質量に対して発射質量の重量又は質量を増加させることによって、衝撃エネルギーがより効果的に手術器具に伝達されることが予想外に発見された。例えば、アンビルの質量に対する発射質量の質量比が２５％未満の場合、結果として生じる伝達効率が極めて低くなり、即ち、０．８の典型的な反発係数では５０％未満である。このように、５０％より低い質量比は、衝撃の最低伝達効率をもたらすことが見出された。

別の実施形態では、例えば図２に示すように、打撃体１５が後方方向のプッシャプレート２６ａに向かって移動するとき、バンパ１４ａは、ピストン１９ａの端面が打撃体１５に衝撃を付与するのを防止するストッパの役割をする。バンパ１４ａは、発射質量又は打撃体１５が前方方向に発射される直前にピストン１９ａの衝撃を吸収する。本発明の過程で、ピストン１９ａをバンパ１４ａ上に置かなければ、過度の摩耗が生じてピストン１９ａが故障することが発見された。従って、このようなバンパ１４ａは、反復動作中のスプリング組立システム、特にピストン１９ａの損傷を防止する。バンパ１４ａは、プラスチック又はより好ましくはゴム又はウレタン材料のうち１つになり得る。

上述したように、発明者による以前の設計は、時々生物学的空洞内に留置される外科手術器具をもたらし、後方方向への打撃体１５の衝撃は、器具を除去するのに不充分であることが発明者によって明らかにされている。また、手術器具を除去するために、後方への力を鋭い後退衝撃として伝達する必要があることが発見された。従って、本発明の双方向衝撃システムでは、少なくとも２つの異なる衝撃面があり、器具が空洞から引き離されると、打撃体１５はアンビル５の別の面に衝撃を付与してアンビル５に後方への力を伝達する。

図４～図７は、例えば、本発明の一実施形態による整形外科衝撃付与器具の斜視図であり、機械的スプリング組立システムのモータ及びギヤボックス８が矢印４２ｂで示すように、カム１２を第２方向（反復目的のための、時計回りに見える方向）に回転させて質量又は打撃体１５を発射して、最終的に後方衝撃力を発生させる。図４、及び同様の図４に示した衝撃を付与する器具を別の角度から見た斜視図である図５は、中回転のカム１２を示す。モータ８が第２方向にカム１２を回転し続けると、第２スプリングピストン１９ｂ（以下、「第２ピストン１９ｂ」と称する）は、第２スプリング２ｂと係合して第２プッシャプレート２６ｂに対して圧縮され、第２スプリング２ｂ内にポテンシャルエネルギーを蓄積する。第２ピストン１９ｂは、解放の準備をする作動位置で「コック（ｃｏｃｋ）」される（図６参照）。「コック（ｃｏｃｋｉｎｇ）過程」では、発射質量又は打撃体１５と組み合わされた第２ピストン１９ｂは、カムフォロア１３に接触して押される。図６及び図７に示すように、例えば、打撃体又は発射質量１５の端面は、発射質量１５と一体の一対の拡張部（ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）又は突起部３２を含むか、又は発射質量１５にボルト止めされた別個の要素として設けられる。カム１２が第２方向に回転し続けると、第２スプリング２ｂ内に蓄積されたエネルギーは、カム１２が打撃体１５上に作用するのを停止する解放点を通過するまで増加する（例えば、図７参照）。打撃体又は発射質量１５は、第２スプリング２ｂの蓄積されたポテンシャルエネルギーの下で自由に移動する。特に、第２ピストン１９ｂが十分に変位した後、及びカム１２が第２ピストン１９ｂ及び／又は発射質量１５組み合わせを解放した後に、第２ピストン１９ｂは、後方方向へ、即ち衝撃点に向かう方向に移動して、同時に第２ピストン１９ｂの面と接触する発射質量又は打撃体１５を加速させる。例えば、図７に示すように、第２ピストン２ｂは、打撃体１５から解放され、手先効果器又は患者に近接した器具の端部から離れて発射され、発射質量１５の拡張部又は突起部３２がアンビル５の異なる第２又は後方の打撃面に衝撃を付与し、アンビル５に後方衝撃力を打撃して伝達する。

図２に示され上述したスプリングバンパ１４ａと同様に、図４に示されたスプリングバンパ１４ｂもまたピストン１９ｂが前方方向に移動するときに、ピストン１９ｂの端面が打撃体１５に衝撃を付与するのを防止するストッパの役割をする。バンパ１４ｂは、発射質量又は打撃体１５が後方方向に発射される直前にピストン１９ｂの衝撃を吸収する。上述したように、本発明の過程で、ピストン１９ｂをバンパ１４ｂ上に置かなければ、過度の摩耗が生じてピストン１９ｂが故障することが発見された。従って、このようなバンパ１４ｂは、反復動作中のスプリング組立システム、特にピストン１９ｂの損傷を防止する。バンパ１４ａと同様に、バンパ１４ｂは、プラスチック又はより好ましくはゴム又はウレタン材料のうち１つになり得る。

例示的な実施形態では、アンビル５に対する力の方向は、図１０に示すようにアンビル５上の位置センサであることができ、センサ２８によって検出された器具に対するユーザ（外科医等）の手動力によって制御される。例えば、前方方向に器具を付勢すると、発射質量又は打撃体１５が前方に発射されて、前方に衝撃を付与する一方、後方方向に器具を付勢すると、打撃体１５が後方に発射されて、後方に衝撃を付与するようになる。

一実施形態では、カム１２アセンブリがそのストロークを完了すると、好ましくは、制御機２１に動作可能に連結された、例えば図５に示すようなセンサ２２を作動させる。センサ２２は、カム１２の好ましい周期的動作の調節を補助する。例えば、センサ２２は、カム１２が最小ポテンシャルエネルギーの蓄積点にあるか、又は最小ポテンシャルエネルギーの蓄積点に近くなるようにモータ８を停止させる信号を送ることができる。従って、１つの完全な周期において、前方又は後方衝撃力は、ブローチ、ノミ又は他の手先効果器に、又は埋没物又は補綴材に作用してもよい。別の実施形態では、次の周期を開始する前に任意の与えられた手順に対して、遅延を挿入するか、又は衝撃の数をカウントすることが好ましいこともあり、これは、衝撃速度を正確に制御することが可能になり、外科医が所定の手術においてエネルギー伝達率を正確に制御することを可能にする。さらに別の実施形態では、外科医の手による遅延時間（ｌａｔｅｎｃｙ）を減少させるために、最大ポテンシャルエネルギー蓄積点付近でカム１２を停止させることが有利であり得る。定義された待ち時間は、外科医（又はユーザ）が整形外科衝撃付与器具を作動させてから、器具が実際に衝撃を与えるまでの時間である。約１００ミリ秒以下の待ち時間は、本質的に瞬間的な応答として現れることが発明者によって明らかにされた。ポテンシャルエネルギーの少なくとも一部が蓄積された点でカム１２を停止させることによって、器具は、器具のトリガー３０の作動時にポテンシャルエネルギーのほぼ瞬間的な解放の効果を有する。

別の実施形態では、打撃衝撃の付与中に手術器具が前進しないことを検出するために、追加のセンサ（図示せず）が使用されてもよい。もし、手術器具が１０秒未満、又は、より好ましくは３秒未満の期間にわたって前進を停止した場合、器具は、外科医にフィードバックを提供することができる。そのようなフィードバックは、光、衝撃の低減又は停止、又は他の手段の形態で提供されてもよい。外科医は、次に手続を評価する機会を有することによって、衝撃を付与する動作を再開するかどうかを決定する。

図８は、本発明の例示的な実施形態による、整形外科衝撃付与器具の周期的動作を示す例示的なフローチャートである。周期の最初に、ステップ８００でトリガーが押され、ステップ８０２で整形外科衝撃付与器具が充電されて使用準備が整っているかが最初に決定される。電池などの局所電源の電圧が最小値よりも小さい場合、ステップ８０４で電池は充電するように設定される。電池の電圧が最小値よりも大きい場合、ステップ８０６でアンビル及び／又はブローチ又は他の手術用取付具が患者の骨の空洞に対して正確に配置されているかが決定される。アンビル及び／又はブローチ又は他の手術用取付具が正確に配置されている場合、動作はステップ８１０に進み、そうでなければ、システムは位置が矯正されるまでステップ８０８で待機する。次に、ステップ８１０で、器具が前方衝撃力又は後方衝撃力を発生させるために使用されているかに基づいてモータ及びギヤボックスをどちらの方向に回転させるかが決定される。回転方向が決定した場合、衝撃周期を完了するためにモータ及びギヤボックスの組み合わせがステップ８１４で回転を開始し、そうでなければ、システムは、回転方向が決定するまでステップ８１２で待機する。モータギヤボックスが衝撃周期を完了すると、ステップ８１６でカムセンサが作動したかどうかを判定する。センサが作動している場合、プロセスはステップ８１８に進み、トリガーがまだ保持されているかどうかを判定し、そうでなければ、プロセスはステップ８１４に戻り、カムセンサが作動するまでモータが回転を続けるように許容する。トリガーがステップ８１８で保持される場合、動作周期はモータが回転を継続するステップ８１４に戻り、器具が衝撃を生成し続け、そうでなければ、整形外科衝撃付与器具の動作はステップ８２０で停止する。

制御機２１は、好ましくは図８で説明された周期的動作を行うファームウェアと共に動作し、整形外科衝撃付与器具が反復可能で制御可能な衝撃力を発生させることができる。制御機２１は、例えば、インテル（登録商標）社（サンタクララ、カリフォルニア州）又はＡＭＤ（登録商標）社（サニーベール、カリフォルニア州）によって製造されたものなどの、任意のデータプロセッサ、マイクロコントローラ又はＦＰＧＡデバイスなどのインテリジェントハードウェアデバイスを含むことができる。当業者によって認識されるように、他の制御機のタイプも利用することができる。

好ましくは、ピストン及びスプリング組立システムは、より大きいエネルギー衝撃を発生させるために、戻り止め又は磁石を使用又は要求しない。システムからのエネルギー出力の規模は、スプリング定数、スプリング予荷重力、動作周期中のスプリングの全圧縮率などの要因を考慮して、与えられた動作条件の組みに対して一定である。蓄積エネルギー駆動システムから出力された衝撃エネルギーは、１～１０ジュールであり、所定の動作周期に対して２０％以下、好ましくは１０％以下に変化する。例えば、衝撃を付与する器具は、０．５インチのカムストロークと共に１００ポンドの予荷重力で作動し、１インチ当たり１００ポンドのスプリング定数を備えるスプリングを含んでもよく、蓄積エネルギー駆動システムは、摩擦及び他の損失を除く、約７．１ジュールの総衝撃エネルギーを出力し得る。

本発明の双方向衝撃付与システムでは、ピストン及びスプリング組立体機構は、効率が約２０％であった以前の設計に比べて、後方方向に約８０％の効率がある。例えば、発明者の以前の設計では、約３．５Ｊのエネルギーの前方衝撃は、わずか０．４Ｊのエネルギーの後方への衝撃をもたらし、理想的でない約８０％のエネルギー損失が発生する。

発射又は投擲質量のために使用されるアンビル及びアダプタの質量比と材料は、 投擲質量の運動エネルギーがいかにして手術器具に伝達されるかという点で非常に重要であり、それは発明者によって明らかにされた。本発明の目的のために、投擲質量又は打撃体内の運動エネルギーの関数として、手術器具へ伝達されるエネルギーの比率を伝達関数と称する。伝達関数は、いかに効率的に器具がブローチ加工、衝撃を付与、又は抽出外科手術を行っているかという観点で、性能の指標として使用される。例えば、投擲質量、アンビル、及びアダプタが全て硬化ステンレス鋼で作られている設計では、投擲質量の運動エネルギーに対する手術器具に伝達されたエネルギーの比率又は伝達関数は、５０％未満であることが発見された。衝撃を受ける質量（アンビル、アダプタ、及び手術用器具の質量の合計）に対する投擲質量の質量比を増加させることによって、システムの効率、特に伝達関数は６０％より大きい、多い場合には７５％近くに増加し得る。

また、スプリングの圧縮比をその自由長の５０％未満、より好ましくは３０％未満に保つことによって、スプリングの寿命及び衝撃の一貫性が最大化されることが予想外に発見された。１つの予期しない効果として、スプリングが永久的に変形しないため、打撃体１５とアンビル５との間にはるかに一貫性のある衝撃が発生した。実際に、衝撃エネルギーは、環境条件によってわずかに影響を受けるので、ガス又は機械的スプリングによって生成される衝撃の一貫性は正規設計値（ｎｏｍｉｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｖａｌｕｅ）の±１０％以内であることが発見された。

器具は、制御された連続的な衝撃を促進することができ、この衝撃は、例えば電源又はモータに動作可能に連結されたトリガースイッチ３０の位置に依存する。このような連続的な衝撃に対しては、トリガースイッチが作動した後に、トリガースイッチ３０の位置に応じて、例えばトリガースイッチの位置に比例した比率で器具が完全な周期を経てもよい。従って、単一衝撃又は連続的衝撃を付与する動作モードのいずれか１つにおいて、手術領域の生成又は形成が外科医によって容易に制御される。

前述したように、器具は、例えば蓄積エネルギー駆動システムのために他の機械的スプリング又は交換可能なガススプリングカートリッジ（図示せず）に対する適切な内部圧力を選択することによって、周期当たりの衝撃エネルギーの量を変化させることができる。ポテンシャルエネルギーをスプリング中に伝達するための駆動機構が固定ストロークであるため、異なる予荷重又はスプリング定数を有するスプリングカートリッジを単に使用することによって、任意の所定の手術で異なる衝撃エネルギーを得ることができる。別の実施形態では、リニアカムなどの要素が、例えばプッシャプレートの位置を変化させることによって、蓄積エネルギー駆動システム内圧縮量を変化させるのに使用することができる。衝撃エネルギーを制御することによって外科医は、手術中により大きな柔軟性を有する。

別の実施形態では、器具は、よく固定された補綴材又は「ポッティングされた（ｐｏｔｔｅｄ）」ブローチの抽出を容易にするように設計されてもよい。そのような実施形態では、カム１２を第２の時計回りの方向４２ｂに回転させ、打撃体１５の移動が患者から離れてアンビル５に後退又は後方への力を誘発するように質量又は打撃体１５を発射する。

器具は、打撃体１５及びアンビル５の間に挿入された弾性要素（図示せず）をさらに含んでもよい。好ましくは、弾性要素は、衝撃から十分に回復し、全エネルギーに最小の減衰を与える弾性材質である。一例として、打撃体１５がアンビル５に衝撃を付与するインターフェースにウレタン成分を挿入してもよい。別の実施形態では、弾性要素は、前方方向の衝撃力を低減し、後方方向の鋭い衝撃力に対する要求に影響を及ぼさないような方法で挿入されてもよい。この種類の弾性要素は、衝撃中のピーク力を制限し、そのようなピークによって患者の骨に骨折が生じないようにし、スタックブローチ（ｓｔｕｃｋ ｂｒｏａｃｈ）又は他の外科用器具を後退させるのに必要な高いピーク力を維持する。

さらに別の実施形態では、例えば、打撃器具をロボットに結合することができ、器具上のハンドグリップ及び携帯用電源（電池）の必要性を潜在的に排除できると理解される。

別の実施形態では、アダプタ（図示せず）を器具に連結することは、当該技術分野で知られている連結機構又は他の調整機構を含んでもよく、ブローチ、ノミ又は他の手先効果器の位置は、外科医が器具を回転させる必要なく変更することができる。本明細書に開示された整形外科器具は、従来技術に比べて様々な利点を提供する。それは、患者の身体への不要な損傷を最小限に抑え、埋没物又は補綴材シートの正確な成形を可能にする、手術部位に対する制御された衝撃を容易にする。器具はまた、外科医が衝撃の方向、力、及び頻度を調節できるようにし、外科医が器具を操作して制御する能力を向上させる。例えば、整形外科器具は、実施される外科的処置によって、後退の目的のために単独で使用されてもよい。同様に、器具は、異なる前方及び後方衝撃力を有するようにカスタマイズすることができる。機械的スプリング組立システムでは、例えば、異なるゲージスプリングを前方及び後方の衝撃のために使用してもよい。衝撃設定の力制御調整部及び弾性制御調節部は、外科医が特定の骨の種類又は患者の他の外形に従って衝撃力を設定することを可能にする。さらに、改良された効率及び直線運動変換器負荷の低減により、より小さい電池の使用及びより低コストの構成要素の使用が可能になる。器具は、それによって補綴材又は埋没物を、埋め込み空洞内に適切に着座させること、又は埋め込み空洞から適切に取り出すことを可能にする。さらに、ピストン及びスプリング組立体は、特定の手術のための衝撃エネルギーを調節するための簡単な手段を提供する。さらに、スプリング組立体は、本質的に曲がり、予荷重、及びスプリング定数などのスプリングの機械的性質によって管理されるため、最終的な器具は、動作速度とは無関係に予測可能な衝撃エネルギーを伝達する。さらに、ガススプリングカートリッジが交換可能な一実施形態では、シール及びピストンなどの摩耗を受ける要素をそれぞれの手術で交換することができ、より強固で、寿命が長い器具を提供して故障点を低減することができる。

本発明の特定の実施形態の上述の説明は、例示及び説明の目的で提示されたものである。それらは、包括的であること、又は本発明を開示された正確な形態に限定することを意図するものではなく、上述の教示に照らして多くの修正及び変形が可能であることは明らかである。例示的な実施形態は、本発明の原理及びその実際の適用を最もよく説明するために選択して記載され、当業者が意図された定用の用途に適した様々な変更を伴って、本開示及び様々な実施形態を最もよく利用することを可能にする。
〔実施の態様〕
（１）外科的衝撃器具であって、
動作可能にリンクされた手術器具を駆動するために１秒当たり１～１０回の速度で蓄積されたエネルギーを解放するエネルギー蓄積及び解放機構と、
前記エネルギー蓄積及び解放機構の蓄積及び解放を監視及び管理するように構成されたコントローラと、
前記手術器具を固定するアダプタと、
解放されたエネルギーに反応して前記手術器具に衝撃力を伝達する手段と、
を含む、外科的衝撃器具。
（２）前記解放されたエネルギーは、衝撃当たり１～８ジュールである、実施態様１に記載の外科的衝撃器具。
（３）前記アダプタの最大変位は、衝撃当たり１５ｍｍ未満である、実施態様１に記載の外科的衝撃器具。
（４）第１衝撃面及び第２衝撃面を備えるアンビル、
をさらに含み、
前記衝撃力を伝達する手段は、投擲質量を含み、前記投擲質量は、前方衝撃力を発生させるために前記第１衝撃面に衝撃を付与して後方衝撃力を発生させるために前記第２衝撃面に衝撃を付与する、実施態様１に記載の外科的衝撃器具。
（５）衝撃方向は、前記器具に加えられる付勢力によって制御され、
生物学的対象に向かう方向の付勢力は、前記第１衝撃面に前方衝撃力を発生させ、
前記生物学的対象から離れる方向の付勢力は、前記第２衝撃面に後方衝撃力を発生させる、実施態様４に記載の外科的衝撃器具。
（６）患者の外形に従って解放されるエネルギーを調節するエネルギー調節機構をさらに含む、実施態様１に記載の外科的衝撃器具。
（７）衝撃当たりの伝達される衝撃エネルギーは一定である、実施態様１に記載の外科的衝撃器具。
（８）前記投擲質量は、前記アダプタの軸から１０度以下にオフセットされた軸方向の向きを有する、実施態様４に記載の外科的衝撃器具。
（９）前記アダプタは、前記手術器具に衝撃エネルギーの少なくとも６０％を伝達するように形成される、実施態様１に記載の外科的衝撃器具。
（１０）前記アンビル及び前記アダプタは、単一の構成要素である、実施態様４に記載の外科的衝撃器具。
（１１）外科的衝撃器具であって、
動作可能にリンクされた手術器具を駆動するために１秒当たり１～１０回の速度で蓄積されたエネルギーを解放するエネルギー蓄積及び解放機構と、
前記エネルギー蓄積及び解放機構の蓄積及び解放を監視及び管理するように構成されたコントローラと、
第１衝撃面及び第２衝撃面を備えるアンビルと、
解放されたエネルギーに反応して前記手術器具に衝撃力を伝達する手段と、
を含み、
衝撃方向は、前記器具に加えられる付勢力によって制御される外科的衝撃器具。
（１２）前記解放されたエネルギーは、衝撃当たり１～８ジュールである、実施態様１１に記載の外科的衝撃器具。
（１３）前記アンビルの最大変位は、衝撃当たり１５ｍｍ未満である、実施態様１１に記載の外科的衝撃器具。
（１４）前記衝撃力を伝達する手段は、投擲質量を含み、前記投擲質量は、前方衝撃力を発生させるために前記第１衝撃面に衝撃を付与して後方衝撃力を発生させるために前記第２衝撃面に衝撃を付与する、実施態様１１に記載の外科的衝撃器具。
（１５）患者の外形に従って解放されるエネルギーを調節するエネルギー調節機構をさらに含む、実施態様１１に記載の外科的衝撃器具。
（１６）衝撃当たりの伝達される衝撃エネルギーは一定である、実施態様１１に記載の外科的衝撃器具。
（１７）前記投擲質量は、アダプタの軸から１０度以下にオフセットされた軸方向の向きを有する、実施態様１４に記載の外科的衝撃器具。
（１８）アダプタは、前記手術器具に衝撃エネルギーの少なくとも６０％を伝達するように形成される、実施態様１１に記載の外科的衝撃器具。
（１９）外科的衝撃器具であって、
動作可能にリンクされた手術器具を駆動するために１秒当たり１～１０回の速度で蓄積されたエネルギーを解放するエネルギー蓄積及び解放機構と、
前記エネルギー蓄積及び解放機構の蓄積及び解放を監視及び管理するように構成されたコントローラと、
前記手術器具を固定するアダプタと、
解放されたエネルギーに反応して前記手術器具に衝撃力を伝達する投擲質量と、
を含む、外科的衝撃器具。
（２０）前記解放されたエネルギーは、衝撃当たり１～８ジュールである、実施態様１９に記載の外科的衝撃器具。
（２１）前記アダプタの最大変位は、衝撃当たり１５ｍｍ未満である、実施態様１９に記載の外科的衝撃器具。
（２２）第１衝撃面及び第２衝撃面を備えるアンビル、
をさらに含み、
前記投擲質量は、前方衝撃力を発生させるために前記第１衝撃面に衝撃を付与して後方衝撃力を発生させるために前記第２衝撃面に衝撃を付与するように動作可能な、実施態様１９に記載の外科的衝撃器具。
（２３）衝撃方向は、前記器具に加えられる付勢力によって制御され、
生物学的対象に向かう方向の付勢力は、前記第１衝撃面に前方衝撃力を発生させ、
前記生物学的対象から離れる方向の付勢力は、前記第２衝撃面に後方衝撃力を発生させる、実施態様２２に記載の外科的衝撃器具。
（２４）患者の外形に従って解放されるエネルギーを調節するエネルギー調節機構をさらに含む、実施態様１９に記載の外科的衝撃器具。
（２５）衝撃当たりの伝達される衝撃エネルギーは一定である、実施態様１９に記載の外科的衝撃器具。
（２６）前記投擲質量は、前記アダプタの軸から１０度以下にオフセットされた軸方向の向きを有する、実施態様１９に記載の外科的衝撃器具。
（２７）前記アダプタは、前記手術器具に衝撃エネルギーの少なくとも６０％を伝達するように形成される、実施態様１９に記載の外科的衝撃器具。
（２８）前記エネルギーは、１秒当たり３～３０ジュールの速度で解放される、実施態様１に記載の外科的衝撃器具。

Claims (34)

1. 外科的衝撃器具であって、
   機械的スプリングであって、動作可能にリンクされた手術器具を駆動するために前記機械的スプリングに蓄積されたエネルギーを解放するように構成された、機械的スプリングと、
   回転し、それにより前記機械的スプリングにエネルギーを蓄積させるように構成されたカムと、
   前記カムの前記回転を駆動するように構成されたモータと、
   前記モータを制御し、前記機械的スプリングの前記エネルギーの蓄積および解放を監視および管理するように構成された電子的なコントローラと、
   前記手術器具を固定するように構成されたアダプタと、
   解放された前記エネルギーに反応して衝撃力を、前記アダプタに固定された前記手術器具に伝達し、前記手術器具を手術標的に対して前進させるように構成された打撃体と、
   前記コントローラに動作可能に接続され、伝達された前記衝撃力に応じて前記手術器具が前進しなかったかどうかを検知するように構成されたセンサと、
   を含み、前記コントローラは、伝達された前記衝撃力に応じて前記手術器具が前進しなかったことを前記センサが検知すると、前記外科的衝撃器具のユーザにフィードバックが提供されるようにするよう構成されている、外科的衝撃器具。
2. アンビルをさらに含み、
   前記打撃体は、前記アンビルに衝撃を付与するように動作可能である、請求項１に記載の外科的衝撃器具。
3. 解放される前記エネルギーを患者の外形に従って調整するように構成されたエネルギー調整機構をさらに含む、請求項１に記載の外科的衝撃器具。
4. 衝撃当たりの伝達される衝撃エネルギーが一定である、請求項１に記載の外科的衝撃器具。
5. 前記打撃体が前記アダプタの軸から１０度以下にオフセットされた軸方向の向きを有する、請求項１に記載の外科的衝撃器具。
6. 前記アダプタが、前記手術器具に衝撃エネルギーの少なくとも６０％を伝達するように構成されている、請求項１に記載の外科的衝撃器具。
7. 連続的な衝撃付与の間の複数の衝撃付与周期の各衝撃付与周期の長さのタイミングを計るように構成された少なくとも１つのタイミング要素をさらに含み、前記コントローラは、前記少なくとも１つのタイミング要素からフィードバックを受け取り、前記少なくとも１つのタイミング要素に部分的に基づいて前記エネルギーの蓄積および解放を管理するように構成されている、請求項１に記載の外科的衝撃器具。
8. 複数の衝撃付与周期にわたって解放されるエネルギーの分散は、最大で２０％である、請求項１に記載の外科的衝撃器具。
9. 前記機械的スプリングが、その中に蓄積された前記エネルギーを１秒当たり１～１０回の速度で解放して、動作可能にリンクされた前記手術器具を駆動するように構成されている、請求項１に記載の外科的衝撃器具。
10. 前記エネルギーが、１秒当たり３～３０ジュールの速度で解放される、請求項１に記載の外科的衝撃器具。
11. 前記カムに動作可能に連結されたカムフォロアと、
    前記カムフォロアに動作可能に連結されたピストンであって、前記カムの前記回転によって、前記カムフォロアが前記ピストンを押し、それにより前記機械的スプリングを圧縮させて前記機械的スプリングにエネルギーが蓄積されるように構成される、ピストンと、
    をさらに含む、請求項１に記載の外科的衝撃器具。
12. 蓄積された前記エネルギーは、前記カムフォロアが前記ピストンを押すのをやめると、前記機械的スプリングから解放されるように構成されている、請求項１１に記載の外科的衝撃器具。
13. 前記機械的スプリングは、単一の機械的スプリングを含む、請求項１に記載の外科的衝撃器具。
14. 外科的衝撃器具であって、
    カムと、
    前記カムによって駆動されることに応じて動くように構成されたカムフォロアと
    前記カムフォロアに動作可能に接続された機械的スプリングであって、前記カムフォロアの動きに応じてその中にエネルギーを蓄積し、前記カムフォロアの動きに応じてその中からエネルギーを解放するように構成された、機械的スプリングと
    前記カムの動きを駆動するように構成されたモータと、
    前記モータを制御し、それにより前記カムの前記動きを制御し、それにより前記機械的スプリングからの前記エネルギーの蓄積および解放を制御するように構成された電子的なコントローラと、
    手術器具を固定するように構成されたアダプタと、
    解放された前記エネルギーに反応して衝撃力を、前記アダプタに固定された前記手術器具に伝達するように構成された打撃体と、
    前記コントローラに動作可能に接続され、伝達された前記衝撃力に応じて前記手術器具が前進しなかったかどうかを検知するように構成されたセンサであって、
    前記コントローラは、伝達された前記衝撃力に応じて前記手術器具が前進しなかったことを前記センサが検知すると、前記外科的衝撃器具のユーザにフィードバックが提供されるようにするよう構成され、
    前記フィードバックは、光、前記機械的スプリングからの前記エネルギーの解放の減少、および前記機械的スプリングからの前記エネルギーの解放の停止のうちの少なくとも１つを含む、
    センサと、を含む、外科的衝撃器具。
15. 前記カムの前記動きは回転運動を含み、前記エネルギーの蓄積は前記機械的スプリングの圧縮を含み、前記エネルギーの解放は前記機械的スプリングに加えられた圧縮力を取り除くことを含む、請求項１４に記載の外科的衝撃器具。
16. 前記コントローラは、前記打撃体が繰り返し動き、前記衝撃力を繰り返し伝達するように、前記打撃体の周期的な動きを制御するように構成される、請求項１４に記載の外科的衝撃器具。
17. 前記機械的スプリングは、コイルスプリングを含む、請求項１４に記載の外科的衝撃器具。
18. 外科的衝撃器具であって、
    複数の機械的スプリングであって、各々が、その中に蓄積されたエネルギーを解放して、動作可能にリンクされた手術器具を駆動するように構成された、複数の機械的スプリングと、
    前記複数の機械的スプリングの各々の前記エネルギーの前記蓄積および解放を駆動するように構成された、モータと、
    前記モータを制御し、前記複数の機械的スプリングの各々の前記エネルギーの蓄積および解放を監視および管理するように構成された電子的なコントローラと、
    前記手術器具を固定するように構成されたアダプタと、
    解放された前記エネルギーに反応して衝撃力を、前記アダプタに固定された前記手術器具に伝達し、前記手術器具を手術標的に対して前進させるための手段と、
    前記コントローラに動作可能に接続され、伝達された前記衝撃力に応じて前記手術器具が前進しなかったかどうかを検知するように構成されたセンサと、
    を含み、前記コントローラは、伝達された前記衝撃力に応じて前記手術器具が前進しなかったことを前記センサが検知すると、前記外科的衝撃器具のユーザにフィードバックが提供されるようにするよう構成されており、
    前記複数の機械的スプリングのうち２つの機械的スプリングからの前記エネルギーが前記手術器具を逆の向きに駆動し、また、前記モータを同一方向に回転させている場合には、前記２つの機械的スプリングのうち一方の機械的スプリングのみが前記エネルギーの蓄積および解放を行う、外科的衝撃器具。
19. 解放された前記エネルギーが、衝撃当たり１～８ジュールである、請求項１８に記載の外科的衝撃器具。
20. アンビルをさらに含み、
    前記衝撃力を伝達するための前記手段は、打撃体を含み、前記打撃体は、前記アンビルに衝撃を付与するように構成されている、請求項１８に記載の外科的衝撃器具。
21. 衝撃を付与する方向が、ユーザによって前記外科的衝撃器具に加えられる付勢力によって制御されるように構成されており、
    前記手術標的が生物学的対象を含み、
    前記生物学的対象に向かう方向の前記付勢力が、前方衝撃力を発生させるように構成されており、
    前記生物学的対象から離れる方向の前記付勢力が、後方衝撃力を発生させるように構成されている、請求項２０に記載の外科的衝撃器具。
22. 解放される前記エネルギーを患者の外形に従って調整するように構成されたエネルギー調整機構をさらに含む、請求項１８に記載の外科的衝撃器具。
23. 衝撃当たりの伝達される前記衝撃力の衝撃エネルギーが一定である、請求項１８に記載の外科的衝撃器具。
24. 前記アンビルおよび前記アダプタは、単一の構成要素である、請求項２０に記載の外科的衝撃器具。
25. 連続的な衝撃付与の間の複数の衝撃付与周期の各衝撃付与周期の長さのタイミングを計るように構成された少なくとも１つのタイミング要素をさらに含み、
    前記コントローラは、前記少なくとも１つのタイミング要素からフィードバックを受け取り、前記少なくとも１つのタイミング要素に部分的に基づいて前記エネルギーの蓄積および解放を管理するように構成されている、請求項１８に記載の外科的衝撃器具。
26. 前記エネルギーは、１秒当たり３～３０ジュールの速度で解放されるように構成されている、請求項１８に記載の外科的衝撃器具。
27. 前記複数の機械的スプリングが、動作可能にリンクされた前記手術器具を駆動するために、１秒当たり１～１０回の速度でその中に蓄積された前記エネルギーを解放するように構成されている、請求項１８に記載の外科的衝撃器具。
28. 前記フィードバックが、光、前記複数の機械的スプリングからの前記エネルギーの解放の減少、および前記複数の機械的スプリングからの前記エネルギーの解放の停止のうちの少なくとも１つを含む、請求項１８に記載の外科的衝撃器具。
29. 複数のピストンをさらに含み、
    前記コントローラが前記複数の機械的スプリングの各々の前記エネルギーの蓄積および解放を監視および管理するように構成されていることは、前記コントローラが前記複数のピストンの動きを制御することを含む、請求項１８に記載の外科的衝撃器具。
30. 前記手段は、打撃体を含み、
    前記コントローラは、エネルギーが前記複数の機械的スプリングのうちの第１の機械的スプリングに蓄積され、次いで前記複数の機械的スプリングのうちの前記第１の機械的スプリングから解放され、それによって前記打撃体に前方方向に前記衝撃力を伝達させるように、前記打撃体の動きを制御するように構成され、
    前記コントローラは、エネルギーが前記複数の機械的スプリングのうちの第２の機械的スプリングに蓄積され、次いで前記複数の機械的スプリングのうちの前記第２の機械的スプリングから解放され、それによって前記打撃体に後方方向に前記衝撃力を伝達させるように、前記打撃体の動きを制御するように構成されている、請求項１８に記載の外科的衝撃器具。
31. 外科的衝撃器具であって、
    カムと、
    前記カムに動作可能に接続された機械的スプリングであって、前記機械的スプリングは、前記カムの回転運動に応じて、その中にエネルギーを蓄積し、その中からエネルギーを解放するように構成された、機械的スプリングと、
    前記カムの回転運動を駆動するように構成されたモータと、
    手術器具を固定するように構成されたアダプタと、
    前記モータを制御し、それによって前記カムの前記回転運動を制御し、前記機械的スプリングからの前記エネルギーの蓄積および解放を制御するように構成された電子的なコントローラと、
    解放された前記エネルギーに反応して衝撃力を、前記アダプタに受容された前記手術器具に伝達するための手段と、
    前記コントローラに動作可能に接続され、伝達された前記衝撃力に応じて前記手術器具が前進しなかったかどうかを検知するように構成されたセンサであって、
    前記コントローラは、伝達された前記衝撃力に応じて前記手術器具が前進しなかったことを前記センサが検知すると、前記外科的衝撃器具のユーザにフィードバックが提供されるようにするよう構成され、
    前記フィードバックは、光、前記機械的スプリングからの前記エネルギーの解放の減少、および前記機械的スプリングからの前記エネルギーの解放の停止のうちの少なくとも１つを含む、
    センサと、を含む、外科的衝撃器具。
32. 前記エネルギーの蓄積は、前記機械的スプリングの圧縮を含み、前記エネルギーの解放は、前記機械的スプリングに加えられた圧縮力を取り除くことを含む、請求項３１に記載の外科的衝撃器具。
33. 前記コントローラは、前記手段が繰り返し動き、前記衝撃力を繰り返し伝達するように、前記手段の周期的な動きを制御するように構成されている、請求項３１に記載の外科的衝撃器具。
34. 前記機械的スプリングが、前記カムの回転に応じてその中にエネルギーを蓄積し、前記カムの継続的な回転に応じてその中からエネルギーを解放するように構成された１つの機械的スプリングのみを含み、
    前記モータが、前記カムの前記回転を駆動するように構成されている、請求項３１に記載の外科的衝撃器具

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