JP3247698B2 - 骨セメント混合装置 - Google Patents

骨セメント混合装置

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JP3247698B2 JP50998093A JP50998093A JP3247698B2 JP 3247698 B2 JP3247698 B2 JP 3247698B2 JP 50998093 A JP50998093 A JP 50998093A JP 50998093 A JP50998093 A JP 50998093A JP 3247698 B2 JP3247698 B2 JP 3247698B2
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は整形外科用骨セメント等の混合に用いる装
置に関する。
整形外科用骨セメントは、腰、膝及び他の金属製人工
器官（prostheses）を適当な解剖箇所に固着するため
に、世界中で使用されている。骨セメントは、通常はメ
チルメタクリレート・モノマー液体とポリメチルメタク
リレート粉末である２個の成分を合わせて完全に混合す
ることによって作成される。この混合は通常単一の鉢及
びへらを使用して実施される。医師はその後セメントの
必要量を取り、セメントを予め形成された穴内に挿入し
たり、人工器官が設置されるために１部切除された骨の
表面にセメントを適用する前に手による取扱いを行う。
セメントは手で適用することもできるし、注射器内に挿
入してこれによって適用することも出来る。しかしなが
らこの単純な混合方法には２つの重大な欠陥があった。
第１には、遊離したメチルメタクリレートの臭気が混
合物から発散することである。これは不快な臭いを伴い
且つ作業室内の人員に対して有害であるため、この臭気
を除去するかまたは臭気の大気中への発散を防止するこ
とが望まれる。この臭気は吐き気とめまいとを引き起こ
すことが知られており、一般的に、特にその混合物の運
搬に携わる看護婦にとって不快なものである。最近、こ
の臭気への長期間に亘る露出がより深刻な健康障害を結
果するということにも関心がもたれている。職場の健康
に関する現在の雇用関係法では医療関係スタッフは有害
物質への露出に対しても保護されなければならないと規
定されている。
第２に、均質なセメント材質を作成するためには非常
に高度の混合効率を必要とする。粉末内には空気が生来
的に存在しまた混合容器の中及び周囲にも存在するた
め、混合過程に於いて、混合物中に空気がそのまま導入
されてしまう。また、混合過程に於いて生起するモノマ
ーの気化流出によって空気泡が作成されてしまう。空気
の導入は弱いセメントの作成を結果し、セメントの接着
部は通常大きな荷重を支持しなければ成らないことか
ら、セメント材質の機械的強度を向上させるためには出
来る限り混合物中の空気の量を削減することが重要であ
る。
混合物から出来る限り空気を除去するためには、混合
が真空下に於いて行われることが好ましい。これによっ
て混合物中の空気の量は相当に削減される。従来型の鉢
とへらのシステムでの混合では、有孔値がほぼ20乃至25
％の生成物を作成することができる。真空を用いた混合
では、有効値を５％より下のレベルに削減することがし
ばしばである。
真空内にてセメントを混合する幾つかの装置が現在利
用されている。これらの装置の中で最も実用的なのは、
混合室を注射器と組み合わせたものである。例えば、EP
−Ａ−0178658は供給装置に接続した混合容器を含む骨
セメント混合用装置を開示する。真空下での資料の混合
のために真空源が供給装置に接続される。この装置は非
常に効率的な場合及び移送システムであることが立証さ
れ、混合セメントを混合鉢から注射器へ移送する必要性
を除去した。混合鉢から注射器への混合セメントの移送
は煩雑であり、時間を浪費し且つより多くの空気吸入に
混合物を曝すものである。
しかしながら、これらの組み合わされた混合器／注射
器装置は高価である。更に、これらの装置は注射器によ
るセメント適用に限定されるのに対し、医師の多くはセ
メントの手詰め（hand pack）を好む。鉢での混合は、
またその容器内での混合の便利さに慣れている看護婦に
よって好まれる傾向がある。鉢は使用が容易であり、混
合時期が非常に重要であり、混合が正初回（right fir
st time）の作業でなければならないことから看護婦が
作業に自信を持っていることは重要である。従って混合
器／注射器装置はより多くの潜在的な失敗の可能性を有
している。混合物が、その適用前に硬化を開始しないこ
とが重要であるので、混合物の重合の経過を判断する
に、いつでも鉢よりセメント試料を容易に採取すること
ができることから、医師は、また、鉢混合器を好む傾向
がある。
即ち、混合器／注射器装置は実用的で経済的な選択で
あり、鉢混合器はより魅力のある選択である。
鉢混合装置は、蓋のついた混合鉢よりなるものとして
提供されている。混合パドル装置が蓋から鉢内へと伸
び、この混合パドル装置は蓋の外側のハンドル装置によ
って回転させられる。鉢には真空源が接続され混合鉢内
に真空を生成する。しかしながら、この装置は、成分が
充分に混合されない領域、即ち死点が、特に鉢の中間部
に於いて生ずることから不適当なものであることが判明
した。また高粘度材質混合の必要に直面した場合に混合
パドル装置が破損する傾向があった。
公知の混合器の容量に関しても問題が起こった。整形
外科適用に於いて数種の型のセメントが共通的に使用さ
れているが、混合器は、これらの型の何れのセメントで
あっても充分な量を混合し得る容量を持つことが望まれ
る。特に合衆国で使用されるセメントの幾つかは他のセ
メントよりも、よりかさばる性質のものであり、公知混
合器では、特に３種類の成分の混合を必要とするような
訂正作業等に於いて要求される大量のセメントの充分な
量を効率的に混合することが出来ないことが分かった。
この発明の１つの形態に従って、包囲された混合室、
真空源に接続し前記室内に真空を生成し得るよう使用さ
れる前記室の壁のポート、前記室内に伸びる混合パドル
装置、及びギア機構によって前記パドル装置に連結され
た回転可能なハンドル装置よりなり、前記ハンドル装置
の回転が前記パドル装置のその軸を中心とした回転を生
起せしめ、且つ前記室内でのパドル装置の回転軸の位置
を移動せしめ、これによりパドル装置は前記室内部の全
セメント含有領域を実質的に巡回する、骨セメント等に
用いるハンドヘルド型混合装置を提供する。
この構成によって、セメントの完全な混合を行う、例
えば鉢形式の混合装置に於いて改良された混合作用を達
成し、少量のセメント及び大量のセメント両者の混合に
於いて公知の装置よりもより効率的に使用することが出
来る。
特定的好実施例に於いて、ギア機構は、ハンドル装置
の１回転がパドル装置のその軸上での複数回回転を生ず
る回転数増加ギアである。室内で軸を移動する駆動機構
は、その運動の経路と同様に変更することができるが、
枢軸は、ハンドル装置の各回転毎に枢軸が円を描き、ハ
ンドル装置の回転軸を中心とした枢軸の単一の遊星回転
を生起するようにハンドル装置に連結されることが好ま
しい。一方、ハンドル装置の１回転によって生ずるパド
ル装置のその回転軸を中心とした増加回転数は整数回数
でないことが好ましく、これによりパドル装置はハンド
ル装置の各回転毎に異なる回転位置にて終止し混合効率
を高め、死点をなくすことが出来る。
混合物中の空気の量を削減し、有害な臭気の発散を防
止するため、使用時に於いて室は周囲環境から完全に密
封されていることが好ましい。
好ましい構造は、鉢上に適合し、混合作業中鉢への固
着が保持されるように好ましくは鎖錠される取り外し可
能な蓋を有するハンドヘルド混合鉢よりなる。ハンドル
装置は蓋に回転可能に取り付けられ、使用者によって回
転されるように蓋から外側に向かって伸びる。混合室を
完全に気密状とし、臭気発散の防止を確保するため、蓋
と鉢のリム部との間にはまたシールを設けることが出来
る。
ギア機構の形態は変更することが出来る。好実施例に
於いては、パドル装置は説明したようにハンドル装置に
偏心的に連結した心棒によって担持される。蓋の下面に
取付られ、ハンドル装置の回転軸に対して同軸的に配置
された輪状ラック部は、ハンドル装置の回転に伴いパド
ル装置に連係したはめば歯車と駆動的に共働してパドル
装置を回転する。この構成は必要な作動部分の点数を少
なくする。
完全な混合は、軸とこの軸より外方向へ伸びる複数個
の羽根よりなる混合パドル装置によって提供される。最
良の結果のためには、少なくとも１つの羽根は鉢の縁ま
で伸び、鉢の内部の形状に一致しなければならず、他の
羽根は異なる寸法にて鉢内に伸びるものであっても良
い。しかしながら、パドル装置は鉢内を巡回するととも
にその回転軸を中心として回転するものであるため、１
つの羽根のみであってもより小型のシステムに於いて完
全な混合を提供することができる。
セメントの混合に伴いセメントの粘度の増加が起こ
り、これが混合羽根が曲がる原因となる。この問題の対
処のため、鉢内でのパドル装置の巡回中このパドル装置
の基部即ち心棒を支持する案内溝を混合鉢の底に設けて
もよい。この案内溝はパドル装置を拘束し、セメントの
粘度が増加した場合でもパドル装置を直立状に維持す
る。
各混合物は少しずつ異なる性格を有するものであり、
異なる時期に硬化を開始するものであることから、また
環境の違いがセメントに対し異なる硬化段階を要求する
ことから、混合工程の中断なしに、またセメントの空気
への露出なしに、混合作業中医師によってセメントの観
察が可能であることが好ましい。従って鉢は透明である
か、それともそれを通してセメントを観察することが出
来る透明な窓を備えたものであることが好ましい。
好実施例に於いて、混合物から発散される気体は、別
個の一方弁と木炭フィルタとよりなる弁及びフィルタ構
成を介して、または活性炭によって含浸された繊維材料
よりなる一体的弁／フィルタを介して排出される。この
ようなフィルタ装置そのものが新規な方策である。好実
施例の鉢または蓋には室内のものを排出するための出口
ポートが設けられ、好ましくは真空源につながる管との
係合に使用する雄型押圧嵌合装置または他の連結装置を
含む。
この発明の他の形態によれば、混合室、前記室内に伸
びる混合パドル装置、前記室に対し回転可能に取付けら
れるハンドル装置であって前記パドル装置に連結され前
記パドル装置の回転を生起する該ハンドル装置、前記室
の壁のポートと前記ポートに接続した真空ポンプとより
なる前記室から空気を排出する装置、前記室から取り除
かれる空気から不要な臭気を除去するに適したフィルタ
装置であって活性炭媒体または活性炭のようなフィルタ
資料によって含浸された不織繊維材料よりなるフィルタ
装置とよりなる骨セメント等の混合システムを提供す
る。
他の面から、この発明は使用に於いて室から空気を除
去するために真空ポンプと連通した包囲された混合室と
軸を中心としたパドル装置の回転と共に室内に於けるそ
の軸の移動をも生起するハンドル装置によって駆動され
た混合パドル装置を含む混合機構とよりなる骨セメント
等の混合システムを提供する。
更に他の面から、この発明は混合作動中混合物内の回
転混合要素の軸を駆動することを含む、真空状環境内で
の骨セメント等の混合方法を提供する。
この発明の好実施例が以下に例示として添付図面に関
連して説明され、その図面中： 図１はこの発明による骨セメント混合装置の斜視図を
示す。
図２は図１の装置の断面図を示す。
図３は図１の装置の平面図を示す。
図４は図１の装置のギア機構を示す。
図５は、一体的弁／フィルタ・アセンブリを含む混合
装置の好実施例の断面図を示す。
図１乃至５を参照するに、混合装置は基部２と開口上
端とを有する混合鉢１よりなる。蓋３は鉢１の上端に適
合して密封するに適したものである。蓋３には回転可能
に取り付けられ蓋３から外方向に伸びたハンドル装置４
が設けられる。蓋の下面には固定された輪状歯付きラッ
ク部５が設けられ、このラック部５はハンドル装置の回
転軸Ａに対して同軸的に配置されている。ハンドル装置
４の下面にはその中央軸Ａに対して偏心された配置のソ
ケット部６が設けられる。この装置はまた心棒８に取り
付けられ心棒８から外方向に伸びる混合羽根９を支持す
る混合パドル装置７を含む。心棒８は、その一端に於い
て、ハンドル装置４のソケット部６内に回転可能に取り
付けられる。心棒８の他端は鉢１の基部２を取り囲む円
形溝10内に適合する。はめば歯車11は心棒８の上方部に
固定的に取り付けられ歯付きラック部５に対して噛み合
い係合する。蓋３にはまた真空ポンプ（図示しない）に
接続するための真空ポート12が設けられる。蓋３には好
ましくは蓋３と鉢１のリム部の間を密封するためのシー
ル13及び混合処理の間蓋３を確実に設置するための鎖錠
装置14を設ける。
混合されるべき資料は混合鉢１内に入れられる。次に
蓋３が鉢上に設置され鎖錠される。鉢１内に真空を生成
するため長いポリビニールクロライド（PVC）配管15を
介して真空ポート12が真空ポンプ（図示しない）に接続
される。好ましい作動真空の値は0.7乃至0.9バールの範
囲であり、最も好ましいのは0.75バールである。成分の
混合のため作業者がハンドル装置４を回転すると、これ
が中央軸Ａを中心とした心棒８の遊星運動を生起し、同
時にはめば歯車11のラック部５への噛み合いによっては
めば歯車11を駆動し、心棒８の軸を中心としたパドル装
置７の回転を生成する。即ち、歯付きラック部５とはめ
ば歯車11とによって設けられるギア機構によって、ハン
ドル装置４の回転はパドル装置７の鉢１を巡回する遊星
状の運動を生起し、同時にその自信の回転軸を中心とし
た回転を生起する。そのような機構はハンドル装置４の
各回転毎にパドル装置７の数回の回転を可能とし、鉢の
90％以上の領域での混合作動を結果する。ハンドル装置
４の１回転はパドル装置７の整数回数の回転を生起せ
ず、従ってパドル装置７は心棒運動の特定の周期の開始
時及び終了時に於いて異なった回転位置を取る。このこ
とはセメント内に死点が生ずることを避けるに有効であ
り混合処理を改善する。
少なくとも羽根９の１つは心棒８から鉢１の壁まで伸
びるものでなければならず、他の羽根は鉢１を部分的に
横切る形状のものとすることが出来る。
心棒８の下端は鉢の基部２に設けられた溝10内に適合
して鉢１の内部を巡回して移動し、パドル装置７に対す
る支持、剛性及び安定性が確保される。溝10はパドル装
置７が直立状に維持されるように確保し、セメントの粘
度が高くなった場合にパドル装置７の湾曲を防止する。
混合鉢１は好ましくは混合処理中セメントの反応過程
を使用者が観察し得るように透明なプラスチックで製作
する。
混合処理中、有害なメチルメタクリレート臭気はポリ
ビニールクロライド配管15を介して排出され濾過され
る。このことは臭気の鉢１への逆流を防止する一方弁と
活性炭フィルタ７とを介する従来式の方法によって行わ
れる。代替的に、活性炭によって含浸された不織繊維材
料よりなる一体的弁／フィルタ・アセンブリを使用する
ことが出来る。これは活性炭顆粒の使用を含まないより
効率的で便宜的なシステムである。
セメントの準備が整った時点に於いて、蓋３が取り外
され、セメントは手で直接骨の所定箇所に適用される
か、好ましい注射適用のため注射器内に移される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−88259（ＪＰ，Ａ) 米国特許4961647（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01F 7/16 - 7/32

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】包囲された混合室（１）、前記室内に真空
    を生成し得るための使用真空源に接続するための前記室
    の壁のポート（12）、前記室（１）内に伸びる混合パド
    ル装置（７）、ギア機構（５、11）によって前記パドル
    装置（７）に連結された回転可能なハンドル装置
    （４）、及び前記室上に適合する蓋（３）よりなり、前
    記パドル装置（７）はハンドル装置（４）に偏心的に連
    結された心棒に担持されており、前記ギア機構は前記ハ
    ンドル装置（４）の回転が前記パドル装置（７）のその
    軸上での回転を生起し且つパドル装置の回転軸を室
    （１）内にて駆動し、これによりパドル装置は事実上室
    （１）内部の全セメント含有領域を巡回し、ハンドル装
    置の１回転によって生ずるパドル装置（７）のその軸を
    中心とした回転数は整数回数ではなく従ってハンドル装
    置（４）の各回転の後パドル装置は異なった回転位置を
    取ることを特徴とする骨セメントに用いるハンドヘルド
    型混合装置。
  2. 【請求項２】前記装置が鉢の形態である請求項１に記載
    のハンドヘルド型混合装置。
  3. 【請求項３】前記ギア機構（５、11）がハンドル装置
    （４）の１回転がパドル装置（７）のその軸上での複数
    回回転を生ずるような回転数増加ギアである請求項１ま
    たは２に記載のハンドヘルド型混合装置。
  4. 【請求項４】ハンドル装置（４）の各回転毎に枢軸は円
    を描きハンドル装置（４）の回転軸を中心として枢軸の
    １つの遊星回転を生起するように枢軸がハンドル装置
    （４）に連結している先行の何れかの請求項に記載のハ
    ンドヘルド型混合装置。
  5. 【請求項５】混合処理中前記蓋を設置状態にて確実に保
    持する鎖錠装置を更に含む先行の何れかの請求項に記載
    のハンドヘルド型混合装置。
  6. 【請求項６】前記ハンドル装置（４）は蓋（３）に回転
    可能に取り付けられ、使用者によって回転させられるよ
    うに蓋から外方向に伸びている先行の何れかの請求項に
    記載のハンドヘルド型混合装置。
  7. 【請求項７】蓋（３）の下面に固定され、ハンドル装置
    （４）の回転軸に同軸的に配置された輪状ラック部
    （５）であって、ハンドル装置（４）の回転に伴いパド
    ル装置（７）を回転するようパドル装置の心棒を駆動す
    るはめば歯車（11）と駆動的に共働する輪状ラック部
    （５）を更に含む先行の何れかの請求項に記載のハンド
    ヘルド型混合装置。
  8. 【請求項８】前記混合パドル装置（７）は軸（８）と該
    軸より外方向に伸びる少なくとも１つの羽根（９）を含
    み、その羽根（９）は室の縁にまで伸び且つ前記室の内
    部の形状に一致している先行の何れかの請求項に記載の
    ハンドヘルド型混合装置。
  9. 【請求項９】パドル装置（７）が室内にて巡回する際に
    パドル装置の下端またはパドル装置を担持する心棒の下
    端がその中に支持される案内溝（10）を室の基部に更に
    含む先行の何れかの請求項に記載のハンドヘルド型混合
    装置。
  10. 【請求項１０】前記室が少なくとも部分的に透明である
    先行の何れかの請求項に記載のハンドヘルド型装置。
  11. 【請求項１１】請求項１乃至10の何れかの請求項に記載
    の装置を用いた、混合処理の間混合物中で回転混合要素
    の軸を移動することを含む、真空状環境内で骨セメント
    を混合する方法。
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