JP2009247366A - 回転具案内装置 - Google Patents

Abstract

【課題】医療用回転具案内装置の小型化を図るとともに操作性を向上させる。
【解決手段】医療用回転具案内装置１０は、第１開口及び第２開口を有する貫通孔１１ａ並びに貫通孔の第１開口と第２開口の中間部に連通する交差穴１１ｂを備えたハウジング１１と、貫通孔の中間部より第１開口側の部分内に回転可能に軸支された駆動軸１２と、駆動軸の内端に固定された第１歯車１３と、貫通孔の中間部より第２開口側の部分内に軸支されるとともに中間部を横断して第１歯車若しくは駆動軸を軸支する支持軸１４と、交差穴の内部で回転可能に軸支され、貫通孔の中間部に臨む内端部と回転具を取り付けるための外端部を有する被動軸１６と、被動軸の内端部に固定され第１歯車に噛合する第２歯車１５とを具備し、貫通孔の中間部より第１開口側にある部分が中間部より第２開口側にある部分より小径に構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は医療用回転具案内装置に係り、特に、放射線透過性の軸芯部分を備えた医療用ドリル軸の駆動機能及び支持機能を有する装置として好適な構成に関する。

一般に、骨手術等に用いられるドリル装置として、Ｘ線撮像装置等の放射線を利用した表示装置を併用してドリル軸の位置を確認しながら加工を行うようにしたラジオルーセントドリルガイド装置が知られている。例えば、以下の特許文献１乃至５には、ドリル軸を回転可能に軸支するとともに、当該ドリル軸の軸線から外れた方向より導入される駆動軸を保持するように構成されたＸ線透過性のドリルガイド装置若しくはドリル装置が記載されている。

上記の装置においては、金属製のドリル軸の周囲をＸ線透過性の材料で構成することで、例えば、体内に挿入された髄内釘の横断孔とドリル軸とが整合しているか否かをＸ線画像上で視認できるように構成し、これによってドリル軸を上記横断孔の軸線に正確に整合させてドリル加工ができるようにしている。
米国特許第４８０３９７６号明細書 特公平４−３４４１２号公報 特開平５−３８８２号公報 特開平４−３０３４３９号公報 特開平９−１９４３７号公報 特開平４−８１４５７号公報

しかしながら、前述のドリルガイド装置若しくはドリル装置においては、種々の問題点がある。例えば、上記の特許文献２及び４に示されるタイプのＬ字型構造を有する装置では、パワーツール（駆動源）からドリル軸に伝達される振動を抑制するために駆動軸が長く構成されている。したがって、全体的にサイズが大きくなるとともに、ドリル軸を軸線方向に骨に対して加圧しようとしたときの作用点がドリル軸の軸線から離れるのでパワーツールとドリル軸の間のモーメントアーム長が大きくなることから、加工作業時の操作が困難になるとともに、ドリル軸及び軸受構造に加わる負荷が大きくなり、各構造部に障害をもたらす虞がある。

一方、特許文献３、５などに記載されている箱型のハウジングを有する装置においては、上下のハウジング部を組み合わせてネジ等で締結してなるハウジングに取り付けた軸受構造で駆動軸及びドリル軸を軸受する構成となっていて、ドリル軸をハウジングの前後両端部でそれぞれ軸受するとともにその側方から駆動軸を噛合させる構造を有するために、上記のようなドリル軸と作用点の離間による欠点は或る程度解消されている。しかし、全体としてハウジングが大型化するという問題点があるとともに、ハウジングの駆動軸周りの剛性を確保することが難しいので、駆動軸から伝達される振動を抑制しにくく、ドリルの操作性を悪化させるという問題点がある。特に、骨手術時にはドリル軸に対してドリル軸と交差する方向の応力が加わる場合が多いが、上記の構成では駆動軸とドリル軸の間の機械的剛性を高めることが難しいので、加工操作時において上記応力に対抗する高い剛性感を得ることができないという問題点がある。

そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、外科手術に用いる医療用の回転具案内装置において、当該装置の小型化を図ることができるとともに操作性を向上させることができる構造を実現することにある。

斯かる実情に鑑み、本発明の医療用回転具案内装置は、外科手術に用いる医療用の回転具案内装置であって、第１の方向に貫通して第１開口及び第２開口を有する貫通孔、並びに、前記第１の方向と交差する方向に形成され前記貫通孔の前記第１開口と前記第２開口の中間部に連通する交差穴を備えたハウジングと、前記貫通孔の前記中間部より前記第１開口側の部分内に回転可能に軸支された駆動軸と、該駆動軸の内端に固定された第１歯車と、前記貫通孔の前記中間部より前記第２開口側の部分内に軸支されるとともに前記中間部を横断して前記第１歯車若しくは前記駆動軸を軸支する支持軸と、前記交差穴の内部で回転可能に軸支され、前記貫通孔の前記中間部に臨む内端部を備えるとともに回転具を取り付けるための外端部を有する被動軸と、該被動軸の前記内端部に固定されるとともに前記第１歯車に噛合する第２歯車と、を具備し、前記貫通孔の前記中間部より前記第１開口側にある部分が前記中間部より前記第２開口側にある部分より小径に構成されることを特徴とする。

この発明によれば、貫通孔の中間部より第１開口側にある部分が第２開口側にある部分より小径とされることで、ハウジングの第１開口側にある部分の厚みを確保しても大型化しにくいことから駆動軸の支持剛性を高めつつ装置の大型化を抑制できるとともに、ハウジングの第２開口側にある部分が大径とされることで支持軸を大径化して支持剛性を高めることができるため、駆動軸及び第１歯車の振動を確実に抑制できる。さらに、医療用回転具案内装置においては、少なくとも交差穴の軸線周りを放射線透過性の材料、例えば樹脂材料で構成する必要があり、この場合に問題となるのは当該材料で軸受部を構成することによる耐久性の欠如であるが、本発明では、振動が増幅される駆動軸の末端側の軸受部を上記材料で構成しても軸受部の大径化により耐久性を高めることができるという利点をも得ることができる。

本発明の一の態様によれば、前記貫通孔の前記中間部より前記第１開口側にある部分の軸線方向の長さが前記交差穴の軸線方向の長さより短い。本発明では上記のようにハウジングの厚みや支持軸による支持によって駆動軸の支持剛性を高めることができるため、駆動軸を軸支するハウジングの部分の長さを短縮することが可能になる一方、交差穴を長くして被動軸の軸支する部分の長さを十分に確保することが可能になる。したがって、貫通孔の中間部より第１開口側にある部分の軸線方向の長さを交差穴の軸線方向の長さより短くすることで、駆動軸の支持剛性と被動軸の支持剛性とを両立させることができるとともに、特に操作時のモーメントアーム長を短くすることができるため、操作性を向上させることができる。

本発明の他の態様によれば、前記ハウジングが一体材料で構成される。ハウジングが一体材料で構成されることで、ハウジングの支持剛性を高めやすくコンパクト化もさらに容易になる。また、本発明では、このようにハウジングを一体材料で構成しても、上記のように貫通孔が第２開口側で大径化していることで、貫通孔の内部に組み込む各部品の組立を容易に行うことができるという利点も得られる。

本発明の他の態様においては、前記交差穴内において前記被動軸が軸支される内側開口側の内側軸受部と、前記ハウジングの前記外側開口に装着される開口装着部材内において前記被動軸が軸支される外側軸受部とを有する。これによれば、ハウジングの交差穴内において被動軸を軸支する内側軸受部が設けられるとともにハウジングの外側開口に装着される開口装着部材に外側軸受部が設けられることで、被動軸の軸受剛性を高めることができると同時に、より高い負荷を受ける外側軸受部がハウジングとは別部材で構成されるので、大きな負荷に耐えうる高剛性の軸支構造を容易に構成できるとともに、外側軸受部が万一損傷を受けた場合には迅速に修理、交換を施すことも可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。図１は本実施形態の医療用回転具案内装置の縦断面図、図２は同装置の横断面図、図３は側面一部断面図である。

本実施形態の医療用回転具案内装置１０は、合成樹脂等よりなるハウジング１１と、該ハウジング１１の内部に配置された駆動軸１２と、駆動軸１２の内端部に取付けられたかさ歯車１３と、かさ歯車１３を駆動軸１２の反対側より軸支する支持軸１４と、かさ歯車１３に噛合するかさ歯車１５と、かさ歯車１５に取付けられた被動軸１６と、被動軸１６に装着されるドリル軸Ｄを保持するための保持部材１７とを有している。また、ハウジング１１には操作用の把持部材１８が装着可能とされている。

ハウジング１１は、貫通孔１１ａを備えた駆動側ハウジング部１１Ａと、交差穴１１ｂを備えた被動側ハウジング部１１Ｂとを有し、駆動側ハウジング部１１Ａが貫通孔１１ａの軸線Ｘ方向に幅広に構成されるとともに交差穴１１ｂの軸線Ｙ方向には幅狭で突出した形状を有する。ハウジング１１は全体が同材料により一体に構成され、好ましくはＸ線透過性の合成樹脂より構成される。駆動側ハウジング部１１Ａを貫通する貫通孔１１ａには第１開口１１ａ１と第２開口１１ａ２が設けられ、両開口の中間部１１ａ３に上記交差穴１１ｂが連通する。交差穴１１ｂの軸線Ｙは貫通孔１１ａの軸線Ｘと直交し、貫通孔１１ａの上記中間部１１ａ３に臨む内側開口１１ｂ１と、被動側ハウジング部１１Ｂから外部に開口する外側開口１１ｂ２とを有している。

貫通孔１１ａの中間部１１ａ３より第１開口１１ａ１側にある部分には金属製の駆動軸１２が収容される。駆動軸１２は貫通孔１１ａの内部に取付けられた金属製の軸受（図示玉軸受、以下同様。）２１に軸支される。軸受２１は貫通孔１１ａの内部に形成された段部、及び、第２開口１１ａ２側から保持する止め輪２２によって固定される。また、駆動軸１２の内端部１２ａはかさ歯車１３の軸穴内に挿入され、固定ピン２３により固定される。駆動軸１２の外端部１２ｂは図示しない回転駆動装置（パワーツールである電動工具本体や手動工具など）の出力軸と連結可能な構造を有している。

支持軸１４はかさ歯車１３の軸穴内に駆動軸１２とは反対側から挿入され、かさ歯車１３を軸支している。支持軸１４はかさ歯車１３の軸穴内に挿入される小径の先端部１４ａと、先端部１４ａより拡径された横断部１４ｂ（中間部１１ａ３内に配置される。）と、横断部１４ｂよりさらに拡径されて貫通孔１１ａの中間部１１ａ３より第２開口１１ａ２側にある部分の第２軸受部に取付けられた軸受２４によって回転可能に軸支される末端部１４ｃとを有する。軸受２４は貫通孔１１ａの内部に形成された段部、支持軸１４の末端部１４ｃに設けられた段部、及び、末端部１４ｃに嵌合して第２開口側１１ａ２側から保持する止め輪２５によって固定される。第２開口１１ａ２には合成樹脂製の閉鎖栓２６が装着（螺着）される。

貫通孔１１ａにおいて、第１開口１１ａ１側の第１軸受部（軸受２１が取り付けられている部分）の内径は、中間部１１ａ３の内径より小さく、第２開口１１ａ２側の第２軸受部（軸受２４が取り付けられている部分）の内径は中間部１１ａ３より大きく構成される。支持軸１４はかさ歯車１３の振れを防止するための支持機能を有し、横断部１４ｂ及び末端部１４ｃの大径化により十分な支持剛性及び耐久性を備えているとともに、軸受２１の軸支径（内輪の内径）より大径の軸支径（内輪の内径）を有する軸受２４により確実に駆動軸１２及びかさ歯車１３の振動を抑制することができる。なお、図示例ではかさ歯車１３と支持軸１４が別体に構成されているが、両者を（放射線透過性材料により）一体に構成してもよい。ただし、図示例のように両者が別々に構成されることで部品加工が容易になり製造コストを低減できる。

上記かさ歯車１３は交差穴１１ｂの内側開口１１ｂ１から貫通孔１１ａの中間部１１ａ３に突出するかさ歯車１５に噛合する。かさ歯車１５は交差穴１１ｂの内部に配置された被動軸１６に固定ピン２７を介して固定される。なお、かさ歯車１５と被動軸１６を（放射線透過性材料により）一体に構成してもよい。ただし、図示例のように両者が別々に構成されることで部品加工が容易になり製造コストを低減できる。被動軸１６は交差穴１１ｂの内側開口１１ｂ１側に取付けられた軸受２９によって回転可能に軸支される。軸受２９は、交差穴１１ｂの内側開口１１ｂ１側の段部と、被動軸１６に嵌合する内径側保持部材３１、及び、交差穴１１ｂの軸受２９の取り付け部より外側開口１１ｂ２側の拡径された段差面上に配置される外径側保持部材３２とによって保持される。また、外径側保持部材３２は交差穴１１ｂの外側開口１１ｂ２に装着（螺着）される開口装着部材３３によって当接保持される。開口装着部材３３の内部には軸受３４が取り付けられ、この軸受３４が被動軸１６を回転可能に軸支している。開口装着部材３３はハウジング１１に固定される。

なお、上記内径側保持部材３１はＣ字状の止め輪として構成される。当該内径側保持部材３１は被動軸１６を軸受２９の内輪に対して軸線Ｙ方向に固定している。そして、このように、被動軸１６がハウジング１１に対して直接若しくは間接的に（図示例では軸受２９を介して）中間部１１ａ３（内部開口１１ｂ１）側から支持されていることで、加工時においてドリル軸Ｄに加わる図１の下方に向けた加工応力に起因する負荷を当該支持部で受け止め、かさ歯車１３と１５の噛合部に負荷が加わらないようにし、当該噛合部の磨耗、損傷を低減することができる。ここで、内径側保持部材３１は図示例では撮像範囲内に配置されるので、合成樹脂等の放射線透過性材料（Ｘ線透過性材料）で構成しつつ所要の剛性を確保するため、通常の金属製の止め輪（上記止め輪２２、２５等）よりも厚肉に構成される。なお、本実施形態では、被動軸１６の下部に軸受２９（の内輪）の内径より拡径された段差面が設けられ、軸受２９が被動軸１６の下部と内径側保持部材３１との間に挟持されることで、被動軸１６と軸受２９（の内輪）とが軸線方向に一体化されている。

ドリル軸Ｄは鋼材により周知のように構成され、基部にＸ線透過材料よりなる保持枠Ｅが固定されたもので、当該保持枠Ｅに係合する保持部材１７が被動軸１６に装着（螺着）されることで被動軸１６に固定される。図示例の場合、保持枠Ｅはドリル軸Ｄの基部側に向けて円錐面状のテーパ部を有し、このテーパ部に対応する円錐面状の開口凹部を被動軸１６の外端に設けることで、テーパ部が開口部に嵌合した状態で上記保持部材１７が保持枠Ｅを保持固定するようになっている。

上記構成において、ハウジング１１、かさ歯車１３、支持軸１４、かさ歯車１５、被動軸１６、保持部材１７、軸受２４、閉鎖栓２６、固定ピン２７、軸受２９、内径側保持部材３１、外径側保持部材３２、開口装着部材３３、軸受３４は全てＸ線透過性の材料（例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）などの各種の合成樹脂で構成される。ただし、本実施形態においては、ハウジング１１、支持軸１４、かさ歯車１５、被動軸１６、保持部材１７、或いは、これらのうちの少なくとも一部、すなわち、ドリル軸Ｄの軸線の周囲に直接配置されている部材が最小限上記Ｘ線透過性の材料で構成されていれば足りる。なお、駆動軸１２、軸受２１、固定ピン２３はステンレス鋼等の高剛性の金属素材より構成される。

本実施形態において、ハウジング１１は上記貫通孔１１ａ及び交差穴１１ｂを有する形状で一体に構成されており、貫通孔１１ａ及び交差穴１１ｂの内部に上述の各部材を収容配置することが可能になるように、貫通孔１１ａ及び交差穴１１ｂの内径形状が規定されている。なお、駆動側ハウジング部１１Ａのうち交差穴１１ｂの軸線Ｙ方向の奥側（図１の図示下側）の部分は閉鎖されている。これは、ハウジング１１の剛性（特に駆動軸１２と被動軸１６の間の剛性）を高めるのに役立つ。

上記の内径形状については、貫通孔１１ａでは、第１開口１１ａ１から第２開口１１ａ２へ向けて全体としては徐々に内径が大きくなるように構成される。例えば、中間部１１ａ３より第１開口１１ａ１の側にある部分は相対的に小径とされ、当該部分より中間部１１ａ３の内径は大きく、この中間部１１ａ３の内径よりも当該中間部１１ａ３より第２開口１１ａ２側にある部分の内径はさらに大きい。ここで、かさ歯車１３は中間部１１ａ３内に収容され、しかも、第２開口１１ａ２から中間部１１ａ３内に導入可能に構成される。これによって中間部１１ａ３より第１開口１１ａ１側にある部分の内径を極力小さく構成できる。ただし、止め輪２２の嵌合部のように第２開口１１ａ２側より第１開口１１ａ１側が拡径された部分が可撓性部材の収容溝等が例外的に形成される。本実施形態では、特に、軸受２１を配置してなる第１軸受部の内径が軸受２４を配置してなる第２軸受部の内径より小さく構成され、これによって、第１軸受部におけるハウジング１１の壁厚を大きくして駆動軸１２の支持剛性を高めると同時に、支持軸１４の大径化と軸受２４の軸受径の拡大によって支持軸１４による駆動軸１２の内端部１２ａ若しくはかさ歯車１３の支持剛性及び耐久性を高めることで、駆動側の振れ止め機能を強化している。特に、軸受２４の大径化は片持ち状に支持された駆動軸１２の末端部側の振動を抑制するための高負荷の軸受部分の耐久性を高める上で非常に効果的である。

一方、交差穴１１ｂでは、内側開口１１ｂ１から外側開口１１ｂ２へ向けて全体としては徐々に内径が大きくなるように構成される。ただし、開口装着部材３３の取り付けネジの逃げ部など例外が一部に存在する。また、上記と同様の可撓性部材の収容溝などの他の例外があってもよい。

交差穴１１ｂ内においては、被動軸１６を内側開口１１ｂ１側で軸支する軸受２９を配置してなる内側軸支部が設けられるとともに、交差穴１１ｂの外側開口１１ｂ２に装着される開口装着部材３３の内部においては、被動軸１６を外側開口１１ｂ２側で軸支する軸受３４を配置してなる外側軸支部が設けられる。このようにハウジング１１内部だけでなく、ハウジング１１の交差穴１１ｂの外側開口１１ｂ２に装着される別体の開口装着部材３３内に外側軸受部を設けることで、ドリル軸Ｄを安定かつ確実に軸支することが可能になる。特に、ドリル軸Ｄには骨手術等においてドリル軸線と交差する方向に応力が加わる場合があるため、当該応力に耐えうるように被動軸１６を高い剛性で軸支する必要があることから、特にドリル軸Ｄ側の外側軸支部を大きな負荷に耐えうるように構成するしなければならない。本実施形態では外側軸支部をハウジング１１とは別部材で構成することで、軸受材料の選択や軸受構造の設計の自由度が増大することから大きな負荷に耐えうる高剛性の軸支構造を容易に構成できるとともに、軸受３４が万一損傷を受けた場合には迅速に修理、交換を施すことも可能としている。

本実施形態では、ハウジング１１が一体に構成されることで、駆動軸１２及び被動軸１６を高い剛性で支持しうる構造をコンパクトな寸法で実現できる。特に、ハウジング１１の高剛性化は駆動軸１２と被動軸１６の間の相対的案内精度を高めることに繋がるので、作業時の剛性感の増大により作業性を大幅に向上させることが可能になる。また、ハウジング１１が一体に構成されることにより、成形型を用いなくても比較的低コストで少量生産を実現することができるというメリットもある。

また、本実施形態では、貫通孔１１ａにおける中間部１１ａ３（交差穴１１ｂの内側開口１１ｂ１が連通する部分）より第１開口１１ａ１側にある部分の軸線Ｘ方向の長さが交差穴１１ｂの軸線Ｙ方向の長さ（内側開口１１ｂ１と外側開口１１ｂ２の距離）より小さく構成されている。これは、上記のように第１軸支部の軸支剛性が高くなるように構成されていることにより可能になるのであるが、いずれにしても、駆動軸１２の軸支長の短縮化を可能にするものであり、操作時のモーメントアーム長を短く構成できるため、作業時の操作性を大幅に向上させることができる。なお、上記把持部材１８は、軸線Ｘ、軸線Ｙのいずれとも交差（図示例では直交）する軸線Ｚに沿って伸びる形状（軸状）に構成され、これを把持するによって作業時の操作性がさらに向上するようになっている。

尚、本発明の医療用回転具案内装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。たとえば、上記実施形態ではＸ線透過材料を用いているが、併用される撮像装置に応じてＸ線以外の電子線、赤外線、紫外線、マイクロ波、超音波等の種々の放射線のいずれかに対する透過性を有する材料であっても構わない。

また、上記実施形態ではドリル軸Ｄを装着して用いる例を示したが、本発明は、当該ドリル軸Ｄに限らず、リーマ等の他の工具、骨ねじ等のインプラント、ガイドワイヤ等の案内具などの各種の回転具を回転させながら所定部位に適用する際に用いる各種の装置が含まれる。

本発明に係る医療用回転具案内装置の縦断面図。 同装置の横断面図。 同装置の側面一部断面図。

符号の説明

１０…医療用回転具案内装置、１１…ハウジング、１１ａ…貫通孔、１１ａ１…第１開口、１１ａ２…第２開口、１１ａ３…中間部、１１ｂ…交差穴、１１ｂ１…内側開口、１１ｂ２…外側開口、１２…駆動軸、１３…かさ歯車、１４…支持軸、１５…かさ歯車、１６…被動軸、１７…保持部材、２１、２４、２９、３４…軸受、３３…開口装着部材、Ｄ…ドリル軸、Ｅ…保持枠

Claims (4)

1. 外科手術に用いる医療用回転具案内装置であって、
   第１の方向に貫通して第１開口及び第２開口を有する貫通孔、並びに、前記第１の方向と交差する方向に形成され前記貫通孔の前記第１開口と前記第２開口の中間部に連通する交差穴を備えたハウジングと、
   前記貫通孔の前記中間部より前記第１開口側の部分内に回転可能に軸支された駆動軸と、
   該駆動軸の内端に固定された第１歯車と、
   前記貫通孔の前記中間部より前記第２開口側の部分内に軸支されるとともに前記中間部を横断して前記第１歯車若しくは前記駆動軸を軸支する支持軸と、
   前記交差穴の内部で回転可能に軸支され、前記貫通孔の前記中間部に臨む内端部を備えるとともに回転具を取り付けるための外端部を有する被動軸と、
   該被動軸の前記内端部に固定されるとともに前記第１歯車に噛合する第２歯車と、
   を具備し、前記貫通孔の前記中間部より前記第１開口側にある部分が前記中間部より前記第２開口側にある部分より小径に構成されることを特徴とする医療用回転具案内装置。
2. 前記貫通孔の前記中間部より前記第１開口側にある部分の軸線方向の長さが前記交差穴の軸線方向の長さより短いことを特徴とする請求項１に記載の医療用回転具案内装置。
3. 前記ハウジングが一体材料で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の医療用回転具案内装置。
4. 前記交差穴内において前記被動軸が軸支される内側開口側の内側軸受部と、前記ハウジングの前記外側開口に装着される開口装着部材内において前記被動軸が軸支される外側軸受部とを有することを特徴とする請求項３に記載の医療用回転具案内装置。

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