特開 2024-110413 医療用記録装置、医療用ハンドピース、および医療用ツールの摩耗の程度を判定する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024110413

(43)【公開日】2024-08-15

(54)【発明の名称】医療用記録装置、医療用ハンドピース、および医療用ツールの摩耗の程度を判定する方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 17/16 20060101AFI20240807BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20240807BHJP

【ＦＩ】

A61B17/16

G01L5/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024014121

(22)【出願日】2024-02-01

(31)【優先権主張番号】10 2023 102 615.1

(32)【優先日】2023-02-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】521389815

【氏名又は名称】エースクラップ・アクチェンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】Ａｅｓｃｕｌａｐ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100189555

【弁理士】

【氏名又は名称】徳山 英浩

(72)【発明者】

【氏名】ビュルク，アンドレ

(72)【発明者】

【氏名】フィールテル，ビョルン

【テーマコード（参考）】

2F051

4C160

【Ｆターム（参考）】

2F051AA17

2F051AB08

2F051AB09

4C160LL04

(57)【要約】      （修正有）

【課題】外科治療プロセス中に外科用のシャフトツールの外部荷重を記録するための医療用記録装置に関する。
【解決手段】該医療用記録装置は、軸受位置において前記シャフトツールを取り付けるように構成された外科治療装置用のベアリングシャフトと、所定の曲げ弾性を有する少なくとも１つの弾性変形可能なベアリングシャフト部と、前記外部荷重による前記ベアリングシャフト部の曲げ変形の状態、動作、及び／又は程度を検出するように構成された検出装置と、を備える。本開示はさらに、前記ベアリングシャフトを備える医療用ハンドピース、医療用ハンドピースと評価ユニットとを備えたシステム、並びに、医療用ツールの摩耗の程度を判定する方法に関する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外科治療プロセス中に外科用のシャフトツールの外部荷重を検出または記録するための医療用記録装置であって、
軸受位置において前記シャフトツールを取り付け且つ／又は支持するように構成された外科治療装置用のベアリングシャフトと、
所定の曲げ弾性を有する少なくとも１つの弾性変形可能なベアリングシャフト部と、
前記外部荷重による前記ベアリングシャフト部の曲げ変形の状態、動作、及び／又は程度を検出するように構成された検出装置またはセンサシステムと、
を備える医療用記録装置。

【請求項2】

前記検出装置は、少なくとも１つのセンサを有する、
請求項１に記載の医療用記録装置。

【請求項3】

前記センサは、力センサである、
請求項２に記載の医療用記録装置。

【請求項4】

前記力センサは、圧電センサ又は感圧センサである、
請求項３に記載の医療用記録装置。

【請求項5】

前記検出装置は、前記ベアリングシャフト内において互いに直交して配置された少なくとも２つのセンサを有する、
請求項２に記載の医療用記録装置。

【請求項6】

前記ベアリングシャフトは、前記シャフトツールを取り付け又は支持するために、前記ベアリングシャフトの長手方向において互いに間隔を空けて配置された複数の軸受位置を有し、
前記検出装置は、前記複数の軸受位置の間に少なくとも部分的に配置されている、
請求項１に記載の医療用記録装置。

【請求項7】

前記ベアリングシャフトは、前記ベアリングシャフトを前記外科治療装置に結合するための近位結合部を有し、
前記検出装置と前記近位結合部との間に、前記検出装置の信号を伝達するように設けられた導電路が形成または配置されている、
請求項１に記載の医療用記録装置。

【請求項8】

前記少なくとも１つの検出装置を含む内側スリーブが、弾性変形可能な前記ベアリングシャフト部内に形成されている、
請求項１に記載の医療用記録装置。

【請求項9】

弾性変形可能な前記ベアリングシャフト部は、複数の凹部を有する、
請求項１に記載の医療用記録装置。

【請求項10】

前記凹部は、壁厚を減少させるスリット又はテーパ部として形成されている、
請求項９に記載の医療用記録装置。

【請求項11】

弾性変形可能な前記ベアリングシャフト部は、ボールジョイントを有する、
請求項１に記載の医療用記録装置。

【請求項12】

前記ボールジョイントは、２つの回転軸を有し、
前記２つの回転軸は、互いに直交するように配置されている、
請求項１１に記載の医療用記録装置。

【請求項13】

医療用のシャフトツールを回転駆動かつ／または振動駆動するための医療用ハンドピースであって、
請求項１に記載の医療用記録装置を備える、
医療用ハンドピース。

【請求項14】

請求項１３に記載の医療用ハンドピースと、評価ユニットとを備えるシステムであって、
前記評価ユニットは、前記医療用ハンドピースの前記ベアリングシャフト部の曲げ変形の状態、動作、及び／又は程度を表す検出装置の信号を、蓄積された参照データとの比較によって評価し、前記評価に基づいて医療用のシャフトツールの摩耗の程度を判定する、
システム。

【請求項15】

前記評価ユニットは、判定された前記摩耗の程度に基づいて前記シャフトツールの寿命予測および／または交換の推奨を出力する寿命予測ユニットを有する、
請求項１４に記載のシステム。

【請求項16】

医療用のシャフトツールの磨耗の程度を判定する方法であって、
ベアリングシャフトのベアリングシャフト部の曲げ変形の状態、動作、および／または程度を判定するステップと、
前記ベアリングシャフト部の前記曲げ変形の状態、動作、および／または程度を、参照データと比較するステップと、
前記比較に基づいて前記摩耗の程度を判定するステップと、
前記摩耗の程度を出力するステップと、
を備える方法。

【請求項17】

前記シャフトツールの寿命予測および／または交換の推奨を出力するステップを更に備える、
請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記シャフトツールの判定された前記摩耗の程度に基づいて前記シャフトツールの駆動パラメータを調整するステップを更に備える、
請求項１６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、医療用記録装置（医療用検出装置）、ベアリングシャフトを備える医療用ハンドピース、医療用ハンドピースと評価ユニットとを備えるシステム、及び、医療用ツールの摩耗の程度を判定する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

［本開示の背景］
多くの医療分野において、回転駆動かつ／または振動駆動される工具（シャフトツール、シャフト工具、シャフト器具）、特に、機械加工、研磨、および／または切断のエフェクタ（作用部）（ツールヘッド）を有する工具が日常的に使用されている。例えば、この種の工具は、骨および／または軟骨組織の外科用途において研磨工具として使用される。

【0003】

使用中、すなわち外科治療プロセス中に、上記の工具は、磨耗にさらされることで、エフェクタ（作用部）の性能（特に、切断性能）の低下が見られたり、工具の切断性能の低下が生じたりする。切削性能が低下すると、工具の動作箇所で高温が発生し、患者に損傷を及ぼし得る。また、例えば、外科医は、自身の力の適用を増やすことで、継続的に低下するエフェクタ（作用部）の性能（切断性能）を補おうとすることが見られ得る。この結果、特に、工具が任意（一時的）に挿入される外科用器具上の軸受要素（ベアリングコンポーネント）にも、同様に、より強い負荷がかかることになる。さらに、工具を作動させるために電気駆動部によって供給される電力がより多く必要になり、その結果、摩耗の増大とは別に、電気駆動部の発熱も増大する。

【0004】

［本技術の最新状況］
現在のところ、治療プロセスにおける工具の摩耗を特定する方法は、経験を積んだユーザー（治療者）が切削性能の変化を特定して工具を交換すること以外にない。

【0005】

工具の磨耗と、その結果としての切削性能の低下は、治療プロセスを通じて進行する継続的なプロセスであるため、ユーザーが自分の経験のみに基づいて工具の交換の最適な時期を特定および／または判断することは特に困難である。この方法において、ユーザーが工具に加える力や、外科医の個々の力は全く考慮されないか、又は、駆動の瞬間くらいにしか考慮されないため、仮に工具の合計使用時間が検出されたとしても、根本的には満足な結果につながらない。

【0006】

結果として、工具の交換が早すぎることでコストが増大するか、又は、工具の交換が遅すぎることで手術の結果が損なわれ、場合によっては患者の安全が危険にさらされかねない。

【発明の概要】

【0007】

本開示の目的は、上記の最新技術の欠点を取り除くか、又は、少なくとも軽減することである。

【0008】

具体的に、本開示の目的は、治療プロセスにおける医療用工具の磨耗を検出する可能性を提供し、工具の寿命（耐用期間）の最適化を達成し、治療プロセス中の患者の安全性を高めることである。

【0009】

この目的は、請求項１に記載の医療用記録装置によって達成される。さらに、この目的は、いずれか１つの独立請求項に記載の医療用ハンドピース、システム、および方法によって達成される。

【0010】

具体的に、この目的は、外科治療プロセス中における（外科用／医療用の手動器具または外科用のロボットに挿入される）外科用のシャフトツールの（例えば、外科医またはロボットによって加えられる）外部荷重（外科用のシャフトツールに作用する力）を記録するための医療用記録装置（医療用検出装置）によって達成される。医療用記録装置は、軸受位置において前記シャフトツールを取り付け且つ／又は支持するように構成された外科治療装置（外科用／医療用の手動器具または外科用のロボット）用のベアリングシャフトを有する。さらに、医療用記録装置（医療用検出装置）は、決定された（好ましくは、所定の、又は予め決定され得る）曲げ弾性を有する少なくとも１つの弾性変形可能なベアリングシャフト部と、前記外部荷重による前記ベアリングシャフト部の曲げ変形の状態、動作、及び／又は程度を検出するように構成された検出装置（センサシステム）とを有する。

【0011】

換言すれば、上記の目的は、特にベアリングシャフトに組み込まれるか又は適合される医療用記録装置（医療用検出装置）によって達成される。ベアリングシャフトは、医療用のシャフトツールを保持し、受け取り、支持するための医療用ハンドピース（ハンドル）または医療用ロボットに締結（結合）されるように提供され、構成される。

【0012】

ベアリングシャフトは、実質的に管状の形状を有し、特にその近位端部に結合要素を備え、これにより、ベアリングシャフトは、医療用のハンドピース（ハンドル）または医療用のロボットに対して、交換可能に結合係合され得る。

【0013】

医療用記録装置（医療用検出装置）（以下、単に「記録装置」ともいう）は、特に、外科治療プロセス中にシャフトツールに作用する径方向の力の形態において、（外科医またはロボットによって加えられる）外部荷重を記録（取得、検出）するように構成されている。ベアリングシャフトは、医療用のシャフトツールのツールシャンクを回転可能に支持するハンドピース側またはロボット側のシャフトであり、必要に応じて、ハンドピース側またはロボット側の駆動装置から医療用のシャフトツールに駆動力を伝達するように提供、構成されるトルク伝達トレインを有する。このように、医療用のシャフトツールは、回転駆動かつ／または振動駆動されるツールである。特に、医療用のシャフトツールは、医療用のフライスカッターまたは医療用のドリルであってもよい。

【0014】

医療用記録装置は、弾性変形可能なベアリングシャフト部をさらに有し、弾性変形可能なベアリングシャフト部は、好ましくはベアリングシャフトの長手方向部分の形態である。弾性変形可能なベアリングシャフト部は、決定された（好ましくは所定の）曲げ弾性を有し、該曲げ弾性は、一定であってもよいし、調整可能であってもよい。弾性変形可能とは、好ましくは、外部荷重が取り除かれると、弾性変形可能なベアリングシャフト部が伸張した（真っ直ぐな）ホーム状態（自然状態）に戻ることを意味する。

【0015】

さらに、医療用記録装置は、ベアリングシャフト部の曲げ変形の状態、動作、および／または、程度（形状、度合い）を記録（取得、検出）するように提供および構成された検出装置を有する。言い換えれば、検出装置は、曲げ変形が発生しているかどうか、および／または、曲げ変形がどれほど強いかを検出するように構成されている。

【0016】

このような記録装置は、ベアリングシャフト部の曲げ変形の状態、動作、および／または、程度（形状、度合い）によって、手術中（外科治療プロセス中）にシャフトツールに作用する（径方向の）力を示す信号を生成し得る。シャフトツールに作用する力は、シャフトツールの摩耗状態に直接関係する。具体的には、力が大きいほどシャフトツールが磨耗していることを示す。このように、本開示に係る記録装置は、シャフトツールの摩耗状態を記録（取得、検出）することができ、工具（シャフトツール）交換の具体的（理想的）な時点が判定され得る。このようにして、工具（シャフトツール）の寿命が最大限に延長可能になり、患者を傷つけるリスクが軽減され、治療者は、自身の経験に基づいて手動（触覚、視覚、アナログ）で工具（シャフトツール）交換のタイミングを判断する必要がないため、安心できる。

【0017】

この種の記録装置によれば、治療プロセス中における力の永続的な検出、外科治療プロセス中にオペレータがシャフトツールに過度の圧力をかけた場合の警告オプション、力の永続的な検出による摩耗の自動識別、工具（シャフトツール）の交換推奨の表示、及び、（例えば個々の工具に関連する）再利用可能な工具の摩耗履歴のログ（記録）が可能になる。

【0018】

一体化される解決策の場合、上記の目的は、医療用ハンドピース上および／または医療用ロボット上に、回転駆動かつ／または振動駆動される医療用シャフトツールを受け入れるためのベアリングシャフトによって達成される。この場合、ベアリングシャフトは、少なくとも１つの弾性変形可能なベアリングシャフト部を有し、該ベアリングシャフト部には、少なくとも１つの検出装置の少なくとも１つのセンサが配置され、検出装置は、ベアリングシャフトの曲げ変形および／または該曲げ変形の程度を検出するように提供および構成される。

【0019】

したがって、本発明の要旨は、検出装置によってベアリングシャフトの曲げ変形を検出して、外科治療プロセスにおける外科用のシャフトツールの外部荷重を記録する記録装置にある。

【0020】

第１の態様では、検出装置は、少なくとも１つのセンサ、好ましくは力センサ、具体的には、圧電センサまたは感圧抵抗器を有してもよい。

【0021】

換言すれば、外科治療プロセス中における外科用のシャフトツールの外部荷重を表す信号を検出する検出装置は、センサであってもよい。好ましくは、前記センサは、力センサである。ひずみゲージまたは感圧抵抗器が特に適している。

【0022】

医療用シャフトツールの外部荷重を示す（表す）信号は、この種のセンサによって、簡単で、安価で、メンテナンスの手間がかからない方法で生成され得る。

【0023】

別の態様において、検出装置は、少なくとも２つのセンサを備えてもよく、該２つのセンサは、ベアリングシャフト内で互いに直交して配置されてもよい。

【0024】

このように複数のセンサを互いに直交して配置することにより、シャフトツールに作用する力の方向が確実に検出され得る。

【0025】

別の態様において、ベアリングシャフトは、医療用のシャフトツールを支持するための複数の軸受位置（ベアリングポイント）を有してもよく、検出装置は、複数の軸受位置（ベアリングポイント）の間に少なくとも部分的に配置（形成）されてもよい。

【0026】

換言すれば、ベアリングシャフトは、ボールベアリング、ボールベアリング対、ローラーベアリング、若しくはニードルベアリングの形態、又は、ベアリングシャフト内でのシャフトツールの回転取り付けおよび／または振動取り付けを可能にする任意の他の種類のベアリングの形態の軸受位置（ベアリングポイント）を有してもよい。特に、ベアリングシャフトは、ベアリングシャフト内に互いに離間して形成される２つの軸受位置（ベアリングポイント）を有してもよい。これらの軸受位置（ベアリングポイント）の間に、検出装置または検出装置の一部が、検出装置によって曲げ変形の状態、動作、および／または程度が検出可能なように配置されてもよい。

【0027】

このような検出装置の配置により、シャフトツールの磨耗の増大によって発生する遠位の軸受位置（シャフトツールのツールヘッドに面する軸受位置）における反力の増大が、確実に検出可能になる。シャフトツールは両方の軸受位置で支持されており、シャフトツールの磨耗に応じて、軸受位置の間の領域が、対応する曲げモーメントによって、様々な程度に拡張され、圧縮され、又は曲げられるため、検出装置は、摩耗に依存する信号を生成し得る。

【0028】

別の態様において、ベアリングシャフトは、ツールシャフトを医療用のハンドピースおよび／または医療用のロボットに結合するための近位結合部（結合部）を有してもよく、検出装置の信号を伝導するように提供および構成された導体トラック（導電路）を有してもよい。導体トラックは、検出装置と結合部との間に形成されてもよい。

【0029】

換言すれば、曲げ変形の状態、動作、および／または程度をマッピング（検出）する検出装置によって生成される信号は、導体トラックを介して結合部に伝達され得る。

【0030】

前記信号は、導体トラックによって、インターフェースとして機能するか又はインターフェースの形態であるベアリングシャフトの結合部に、信頼性が高く省スペースな方法で伝達され得る。

【0031】

さらなる態様において、弾性変形可能なベアリングシャフト部には、少なくとも１つの検出装置を含み得る内側スリーブまたは中間スリーブが形成されてもよい。

【0032】

換言すれば、上記の軸受位置の間に、内側スリーブまたは中間スリーブが形成されてもよい。前記スリーブ（内側スリーブまたは中間スリーブ）は、軸受位置のベアリングを互いに対して位置決めし得る。さらに、前記スリーブ（内側スリーブまたは中間スリーブ）は、検出装置または検出装置の一部を含むか、これらに接触するか、又は、これらを支持してもよい。

【0033】

このような内側スリーブまたは中間スリーブを設けることにより、装着性が向上し得る。

【0034】

別の態様において、内側スリーブまたは中間スリーブは、少なくとも１つの（好ましくは２つの）ピンを介してベアリングシャフトに接続されてもよい。

【0035】

さらなる態様において、弾性変形可能なベアリングシャフト部は、保護層によって覆われてもよい。保護層は、熱収縮チューブなどであってもよく、例えば、ベアリングシャフト部の曲げ弾性および／または外科用のシャフトツールの機能を損ない得る、汚染された粒子や流体などの環境の影響から、ベアリングシャフト部を保護する。

【0036】

一態様において、ベアリングシャフトは、完全（全体的）に弾性材料で作られてもよい。

【0037】

ベアリングシャフトの曲げ弾性は、ベアリングシャフトの長手方向の全長にわたって変化してもよい。

【0038】

別の態様において、弾性変形可能なベアリングシャフト部は、好ましくは壁厚を減少させるスリットまたはテーパ部の形態で、凹部を有してもよい。

【0039】

換言すれば、ベアリングシャフト部の曲げ弾性は、壁厚を減少させるスリットまたはテーパ部によって、増大（設定、決定、予め決定）されてもよい。スリットは、ベアリングシャフト（ベアリングシャフト部）内、又は、ベアリングシャフト（ベアリングシャフト部）上におけるレーザーカットパターンであってもよい。テーパ部は、ベアリングシャフトの壁厚、特に、その外周の壁厚を減少させるものであってもよい。

【0040】

別の態様において、代替的または追加的に、内側スリーブまたは中間スリーブが、曲げ弾性を設定するように壁厚を減少させるスリットまたはテーパ部を有してもよい。

【0041】

さらなる態様において、レーザーカットパターン（スリットまたはテーパ部）は、ベアリングシャフト部の長手方向の全長（内側スリーブまたは中間スリーブの長手方向の全長）にわたって一定であってもよい。代替として、レーザーカットパターン（スリットまたはテーパ部）は、幾何学的な形状などにおいて、長手方向の全長にわたって変化してもよい。

【0042】

別の態様において、弾性変形可能なベアリングシャフト部は、ボールジョイント、好ましくは二軸ボールジョイントを有してもよい。

【0043】

換言すれば、ベアリングシャフトは、２つの部分からなるベアリングシャフトであってもよく、ベアリングシャフトの第１の部分とベアリングシャフトの第２の部分とがボールジョイントを介して接続されてもよい。ベアリングシャフトの第１の部分はボール本体で構成されてもよく、ベアリングシャフトの第２の部分はシェル本体で構成されてもよい。ボール本体は、シェル本体内に取り付けられてもよい。

【0044】

さらなる態様において、ボールジョイントは、２つの回転軸を有してもよく、該二軸ボールジョイントの２つの回転軸は、互いに直交して配置される。

【0045】

一態様において、ボール本体は、好ましくはラグ又はピンの形態における少なくとも１つの突出部を有してもよく、該突出部は、シェル本体の少なくとも１つの溝またはガイドに係合する。溝またはガイドは、ベアリングシャフトの長手方向に延在してもよい。このような突出部と溝（ガイド）との組み合わせにより、ベアリングシャフトの第１の部分がベアリングシャフトの第２の部分に対してベアリングシャフトの中心軸の周りで回転することが防止され得る。

【0046】

さらなる態様において、シェル本体は、（組み立てられた状態において）ボール本体の周囲をチューリップ形状で包み込む複数のシェルセグメントで構成されてもよく、個々のシェルセグメントは、組み立て中に跳ね返るように（弾性的に）変形し得る。

【0047】

さらなる態様において、検出装置または検出装置の少なくとも一部は、ボールジョイント内に形成されてもよい。具体的には、ボールジョイントのキャビティ（空洞）内またはボールジョイント上に、少なくとも１つのひずみゲージまたは感圧抵抗器が形成されてもよい。感圧抵抗器は、ベアリングシャフトの長手方向に対して垂直（横方向）に方向付けられてもよく、一方、ひずみゲージは、ベアリングシャフトの長手方向に対して平行に方向付けられてもよい。

【0048】

別の態様において、ボールジョイントは、曲げ変形の状態、動作、および／または程度に応じて、感圧抵抗器に圧縮力を及ぼす圧縮ばねを有するように形成されてもよい。

【0049】

別の態様において、少なくとも１つの感圧抵抗器を受けるために、ボールジョイントに隣接して接触面が形成されてもよい。

【0050】

別の態様において、感圧抵抗器に均等に圧縮力を分配するために、圧縮ばねと感圧抵抗器との間に、複数のディスク又は少なくとも１つのディスクが形成されてもよい。

【0051】

さらなる態様において、（具体的には、センサの形態における）検出装置または検出装置の少なくとも一部を固定するための接着溝が、ベアリングシャフト（好ましくは、変形可能なベアリングシャフト部）に形成されてもよい。

【0052】

さらなる態様において、検出装置は、少なくとも１つのセンサと、少なくとも１つのロッド（またはロープ）とを備えてもよい。この場合、ロッドまたはロープの一端は、変形可能なベアリングシャフト部に形成され、他端は、ベアリングシャフトの近位端部に形成される。ロッドまたはロープは、力伝達要素として機能し、これにより、センサの位置がより自由に設計可能になる。

【0053】

一態様において、センサごとにロッドまたはロープが形成されてもよい。

【0054】

ロッドまたはロープは、ベアリングシャフトの少なくとも１つの穴（長穴）内で案内されてもよい。

【0055】

また、上記の目的は、上記いずれかの態様に係る医療用記録装置を備えた、医療用のシャフトツールを回転駆動かつ／または振動駆動する医療用ハンドピースによって達成される。

【0056】

換言すれば、医療用ハンドピースは、ベアリングシャフト内またはベアリングシャフト上に医療用記録装置を備えるように構成されてもよい。

【0057】

さらに、上記の目的は、上記態様に係る医療用ハンドピースと評価ユニットとを備えたシステムによって達成され、評価ユニットは、医療用ハンドピースのベアリングシャフト部の曲げ変形の状態、動作、および／または程度を表す検出装置の信号を評価し、具体的には、当該信号を、蓄積された参照データと比較し、当該評価に基づいて、医療用シャフトツールの摩耗の程度を判定する。

【0058】

換言すれば、前記システムは、評価ユニットを有し、該評価ユニットは、例えば、ケーブルまたは無線によって医療用ハンドピースに接続され得る医療用ハンドピースの制御装置など、医療用ハンドピースとは別に形成されてもよい。評価ユニットは、特に、ベアリングシャフト内に形成され得る導体トラックを介して、検出装置の信号を受信する。評価ユニットは、受信された信号を評価し、その評価に基づいて医療用のシャフトツールの磨耗の程度を判定する。評価ユニットは、信号と蓄積された基準データとの比較に基づいて、前記評価を実行してもよい。

【0059】

一態様において、前記蓄積された参照データは、人工知能によって訓練されたもの、又は、訓練され得るものであってもよい。

【0060】

別の態様において、評価ユニットは、データベース（好ましくは、クラウド）に接続されてもよく、当該データベースから参照データを取得してもよいし、当該データベースの参照データにアクセスしてもよい。

【0061】

別の態様において、評価ユニットは、（特定の）シャフトツール、及び／又は、（特定の）シャフトツールの特性を、評価ユニットに入力することを可能にする入力インターフェースを有してもよい。入力インターフェースは、タッチスクリーン又はキーボードなどの手動入力インターフェースであってもよい。

【0062】

代替として、又は、追加として、入力インターフェースは、読み取りユニットを備えて構成されてもよく、該読み取りユニットは、ＲＦＩＤタグなどのシャフトツールの無線識別要素を読み取り、シャフトツールを自動的に識別する。

【0063】

別の態様において、評価ユニットは、個々のシャフトツールの個々の摩耗の値を前記データベースに登録（蓄積）してもよい。

【0064】

別の態様において、評価ユニットは、判定（確立）された摩耗の程度（度合い）に基づいて、医療用のシャフトツールの寿命予測および／または交換の推奨を出力する寿命予測ユニットを有してもよい。

【0065】

換言すれば、評価ユニットは、寿命予測ユニットを有してもよい。寿命予測ユニットは、人工知能を用いて訓練されてもよい。代替的に、又は、追加的に、寿命予測ユニットは、参照データを用いて訓練されてもよい。寿命予測ユニットは、判定（確立）された摩耗の程度を、蓄積されたデータと比較することにより、シャフトツールの交換が必要になり得る時期を予測してもよい。代替的に、又は、追加的に、寿命予測ユニットは、最大許容摩耗度（許容される最大限の摩耗の程度）に達したと寿命予測ユニットが判定した場合に、医療用のシャフトツールの交換の推奨を出力してもよい。最大許容摩耗度は、オペレータによって入力されてもよいし、人工知能によって判定（設定、確立）されてもよい。

【0066】

さらなる態様において、評価ユニットは、医療用ハンドピースまたは医療用ロボットなどのエネルギーの流れを考慮してもよい。換言すれば、例えば、駆動流などのエネルギーの流れが、評価ユニットによって、摩耗の程度を判定（確立）するために使用されてもよい。

【0067】

さらなる態様において、評価ユニットは、医療用ハンドピース上または手術場所（作業場所）上に、温度センサ、ひずみゲージ、および／または加速度センサを有してもよい。

【0068】

さらなる態様において、システムは、摩耗の程度がさらに正確に識別され得るように追加の識別要素を有してもよい。追加の識別要素は、高速カメラ、赤外線カメラ、赤外線温度センサシステムなどであってもよい。

【0069】

別の態様において、手術場所（作業場所）、シャフトツール、および、場合によってはチップにおける表面の結果が、カメラによって検出された画像データを介して評価されてもよい。

【0070】

上記の目的はさらに、医療用のシャフトツールの磨耗の程度を判定（確立）する方法によって達成され、該方法は、
ベアリングシャフトのベアリングシャフト部の曲げ変形の状態、動作、および／または程度を判定するステップと、
前記ベアリングシャフト部の前記曲げ変形の状態、動作、および／または程度を、参照データと比較するステップと、
前記比較に基づいて前記摩耗の程度を判定するステップと、
前記摩耗の程度を出力するステップと、
を備える。

【0071】

一態様において、当該方法は、前記シャフトツールの寿命予測および／または交換の推奨を出力するステップを更に備える。

【0072】

別の態様では、上記の比較するステップにおいて、シャフトツール（工具）の送り速度（供給速度）が考慮されてもよい。

【0073】

別の態様では、上記の比較するステップにおいて、シャフトツールの速度、および／または角度（圧力角）が考慮されてもよい。

【0074】

別の態様において、当該方法は、前記シャフトツールの判定された前記摩耗の程度に基づいて前記シャフトツールの駆動パラメータを調整するステップを更に備える。

【0075】

換言すれば、シャフトツールの送り（供給）や速度などの駆動パラメータは、現在発生している外部荷重に合わせて調整可能である。

【0076】

別の態様では、人工知能と組み合わせて、特に医療/外科用ロボットと組み合わせて、トラバース（横断）動作および／または作業ルーチンが、検出された信号、および特定された外部荷重に基づいて調整されてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0077】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る医療用ハンドピースの図である。

【図2】本発明の第１の実施形態に係る医療用ハンドピースの断面図を、第１の詳細図と共に示す。

【図3】本発明の第２の実施形態に係る医療用ハンドピースの図である。

【図4】本発明の第２の実施形態に係る医療用ハンドピースの断面図を、第２の詳細図と共に示す。

【図5】本発明の第３の実施形態に係る医療用ハンドピースの断面図を、第３の詳細図および第４の詳細図と共に示す。

【図6】本発明の第４の実施形態に係る医療用ハンドピースの図である。

【図7】本発明の第４の実施形態に係る医療用ハンドピースの断面図を、第５詳細図と共に示す。

【図8】本発明の第５の実施形態に係る医療用ハンドピースの図である。

【図9】本発明の第５の実施形態に係る医療用ハンドピースの断面図を、第６の詳細図および第７の詳細図と共に示す。

【図10】本発明の第６の実施形態に係る医療用ハンドピースの図である。

【図11】本発明の第６の実施形態に係る医療用ハンドピースの断面図を、第８詳細図および第９詳細図と共に示す。

【図12】本発明の第７の実施形態に係る医療用ハンドピースの図である。

【図13】本発明の第７の実施形態に係る医療用ハンドピースの断面図を、第１０の詳細図、第１１の詳細図、および第１２の詳細図と共に示す。

【発明を実施するための形態】

【0078】

以下、本発明の実施の形態が関連図面に基づいて説明される。

【0079】

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る医療用ハンドピース１を示す。医療用ハンドピース１は、カップリング７を介してハンドル部５に取り外し可能に接続されるベアリングシャフト３を備える。ベアリングシャフト３は、実質的に管状の形状を有する。医療用ハンドピース１の先端部、すなわり、ベアリングシャフト３の先端部には、医療用のシャフトツール（シャフト工具、シャフト器具）９のための保持部（ホルダ）が形成されている。ベアリングシャフト３は、ハンドル部５によって生成される回転または振動の駆動力を医療用のシャフトツール９に伝達可能に設けられている。上記の駆動力は、例えば、ハンドル部５内の電気式、油圧式、または空圧式の駆動装置１１（図２参照）によって生成され得る。

【0080】

図２は、図１の医療用ハンドピース１の断面図を示す。ベアリングシャフト３には、駆動軸１３が、駆動装置１１によって生成された駆動力をシャフトツール９に伝達するように、回転可能に支持されている。シャフトツール９は、ツールシャンク（ツール軸部）１５とエフェクタ（作用部）１７とを有する。エフェクタ１７は、例えば、フライスヘッド、又はドリル等であってもよい。ツールシャンク１５と駆動軸１３とは、「プラグアンドプレイ方式」により接続（接続可能と）される。ツールシャンク１５は、ベアリングシャフト３に回転可能に支持されている。具体的に、ツールシャンク１５は、第１の軸受位置（第１のベアリングポイント）１９と第２の軸受位置（第２のベアリングポイント）２１とで支持されている。図示の実施形態において、第１の軸受位置１９および第２の軸受位置２１は、それぞれ、ボールベアリング（ボールベアリング対）で構成されている。当然のことながら、ボールベアリングの代わりに他の適切なベアリングも考えられる。第１の軸受位置１９と第２の軸受位置２１とは、ベアリングシャフト３において（軸方向において）互いに離間して形成されている。ベアリングシャフト３の内面には、ひずみゲージ２３の形態でセンサ（力センサ）が構成されている。ひずみゲージ２３は、ツールシャンク１５に向かう方向において中間スリーブ２５によって範囲が定められている。中間スリーブ２５は、ベアリングシャフト３の長手方向において第１の軸受位置１９のベアリングと第２の軸受位置２１のベアリングとを互いに対して相対的に位置決めする。さらに、中間スリーブ２５は、導電路としての導体トラック３３（図４参照）を有するように構成されてもよい。導体トラック３３は、ひずみゲージ２３によって生成された測定信号をベアリングシャフト３の近位端（医療用ハンドピース１の近位端）に送信可能である。中間スリーブ２５とは別に、第１の軸受位置１９、更なる全ての中間スリーブ、及び、第２の軸受位置２１などの軸受位置におけるベアリングも、導体トラック３３が近位方向において測定信号を評価ユニット６９まで導くことができるように構成されている。

【0081】

第１実施形態におけるベアリングシャフト３は、弾性材料で形成されている。換言すれば、ベアリングシャフト３自体は、（弾性的に）移動可能に、又は、弾性的に柔軟であるように構成されており、ベアリングシャフト３の中心軸Ｍに対して垂直に作用する力（径方向の力）によって弾性的に撓み得る（弾性変形可能である）。ひずみゲージ２３は、ベアリングシャフト３において位置決めされた医療用ツールに径方向に作用する力および／または外部荷重によって生成されるベアリングシャフト３の弾性的な撓みや曲がりを、（具体的には、第１の軸受位置１９と第２の軸受位置２１との間におけるベアリングシャフト部ＳＡにおいて）検出するように設けられている。

【0082】

［第２の実施形態］
図３および図４は、本発明の第２の実施形態に係る医療用ハンドピース１を示す。以下、図１および図２を用いて説明された第１の実施形態との相違点のみが説明される。

【0083】

第２の実施形態におけるベアリングシャフト部ＳＡにおいて、ベアリングシャフト３の外周は、熱収縮チューブ２７などの保護層（保護スリーブ、保護シース）によって、汚染された粒子や液体媒体などの環境の影響から保護される。保護層は、ベアリングシャフト部ＳＡの曲げ弾性を調整するためにも使用され得る。

【0084】

図４は、図３の医療用ハンドピース１の断面図を、ベアリングシャフト部ＳＡの詳細図と共に示しており、詳細図では、説明を分かりやすくするためにシャフトツール９は図示されていない。ベアリングシャフト３のベアリングシャフト部ＳＡには、ベアリングシャフト３の弾性を増大させ、曲げ弾性を所望の値または所定の値に調整するために、スリット２９の形態のレーザーカットパターンが形成されている。

【0085】

第２の実施形態では、さらに、中間スリーブ２５が省略されている。しかしながら、第２の実施形態のベアリングシャフト３には、第１の軸受位置１９と第２の軸受位置２１とのベアリングを位置決めする肩部３１が形成されている。肩部３１は、ベアリングシャフト３と一体的に（具体的には、物質的に一体に）形成されている。ベアリングシャフト３の内面において第１の軸受位置１９と第２の軸受位置２１との間には、複数のひずみゲージ２３が形成（配置）されている。複数のひずみゲージ２３は、導体トラック３３を介して互いに接触され得る。ひずみゲージ２３は、例えば接着によって、ベアリングシャフト３の内面に固定されている。任意選択で、シャフトの洗浄性を改善するために、スリット２９には、エラストマーモジュールが充填されるか、又は、エラストマーが埋め込まれてもよい。

【0086】

［第３の実施形態］
図５は、第３の実施形態に係る医療用ハンドピース１の断面図を示す。第３の実施形態は、第２の実施形態に実質的に対応するので、以下では、第３の実施形態と第２の実施形態との相違点のみが説明される。

【0087】

第３実施形態では、ベアリングシャフト３に肩部３１が形成されておらず、肩部３１の代わりに、スリット付きの内側スリーブ３５が、第１の軸受位置１９と第２の軸受位置２１との間に形成されている。スリット付きの内側スリーブ３５の内面には、複数のひずみゲージ２３が形成され、固定されている。さらに、スリット付きの内側スリーブ３５には、複数の導体トラック３３が形成されている。スリット付きの内側スリーブ３５は、第１の軸受位置１９と第２の軸受位置２１とを互いに対して相対的に位置決めする。ベアリングシャフト３とスリット付きの内側スリーブ３５との間の明確な位置決めは、２つの位置決めピン３７によって保証される。２つの位置決めピン３７は、ベアリングシャフト３とスリット付きの内側スリーブ３５との対応する開口部に係合し、スリット付きの内側スリーブ３５とベアリングシャフトとを、少なくとも互いに対して確実（積極的）に接続する。位置決めピン３７は、他の適切な方法でベアリングシャフト３に圧入、接着、または固定されてもよい。

【0088】

［第４の実施形態］
図６および図７は、第４の実施形態に係る医療用ハンドピース１を示す。第４の実施形態は、第３の実施形態に実質的に対応するので、以下では、第４の実施形態と第３の実施形態との相違点のみが説明される。

【0089】

第４実施形態では、ベアリングシャフト３にスリット２９が形成されていない。ただし、ベアリングシャフト３の可動性は、ベアリングシャフト部ＳＡ内の軸径のテーパ部３９によって実現される。テーパ部３９は、例えば、壁厚を約５０％減少させることによって形成されてもよい。当然のことながら、壁厚の減少に関して他の値も可能である。必要に応じて、ベアリングシャフト３内にエッジが形成されるのを防止し、洗浄性を改善するために、テーパ部３９にエラストマーが埋め込まれてもよい。ここに示す第４の実施形態において、テーパ部３９は、ベアリングシャフト３の外側のシャフトの周溝によって実現されている。あるいは、ベアリングシャフト３の内周面に周溝を形成することも考えられる。

【0090】

ここに示す第４の実施形態では、スリット付きの内側スリーブ３５が形成されている。あるいは、より薄い壁厚によって可動性が増大され得る内側スリーブ（中間スリーブ）が形成されてもよい。さらなる代替として、第４の実施形態では、第２の実施形態のように、肩部３１を有する内側スリーブが完全に省略されてもよい。

【0091】

以上の第１～第４の実施形態は、ベアリングシャフト３の弾性またはベアリングシャフト３の材料の弾性によってのみ曲げられ得る一体型のベアリングシャフト３を用いて構成されているが、以下の実施形態では、ボールジョイントを使用することで必要な可動性が得られる変形例が説明される。換言すれば、以下の実施形態では、ベアリングシャフト３が２つの部分からなる。

【0092】

［第５の実施形態］
図８および図９は、本発明の第５の実施形態に係る医療用ハンドピース１を示す。

【0093】

ベアリングシャフト３は、第１近位シャフト部（近位結合部）４１と第２遠位シャフト部４３とを有する。第１近位シャフト部４１と第２遠位シャフト部４３とは、ボールジョイント４５によって互いに移動可能に接続されている。ボールジョイント４５は、ベアリングシャフト部ＳＡに形成されている。ボールジョイント４５は、第１近位シャフト部４１に形成されたチューリップ型のシェル部４７と、第２遠位シャフト部４３に形成されたボール部４９とを備えている。ボール部４９は、シェル部４７内に移動可能に支持されている。中心軸Ｍを中心とするシェル部４７に対するボール部４９の回転は、ボール部４９に形成されてシェル部４７の凹部５３内を摺動するジャーナル５１によって抑制される。第１近位シャフト部４１と第２遠位シャフト部４３との間の傾斜運動が許容されるように、凹部５３は、実質的に中心軸Ｍの方向に延びるか、又は、中心軸Ｍに平行に延びる。ボールジョイント４５の周囲は、熱収縮チューブ２７によって保護されている。シェル部４７の個々のセグメント５５は、組み立て中においてシェル部４７内にボール部４９が挿入可能なように弾性変形可能に設けられており、挿入が完了すると、シェル部４７は、そのホームポジション（本来の位置）及びホーム形状（本来の形状）に戻るように跳ね返る。

【0094】

第５実施形態では、ボールジョイント４５にひずみゲージ２３が形成されている。ひずみゲージ２３は、その両端部において、第１近位シャフト部４１と第２遠位シャフト部４３とに接続されている。ひずみゲージ２３を固定するために、第１近位シャフト部４１と第２遠位シャフト部４３との両方に接着溝５７が形成されている。接着溝５７には、ひずみゲージ２３を固定するように接着剤が充填可能となっている。

【0095】

前述の実施形態と同様に、スリーブとボールベアリングとに形成された導体トラック３３を介してひずみゲージ２３からハンドピースの後部に信号が伝達される。

【0096】

［第６の実施形態］
図１０および図１１は、第６の実施形態に係る医療用ハンドピースを示す。第６の実施形態は、第５の実施形態に実質的に対応するため、以下では、第６の実施形態と第５の実施形態との相違点のみが説明される。

【0097】

第６実施形態では、力センサとして、ひずみゲージ２３の代わりに感圧抵抗器５９が用いられる。感圧抵抗器５９は、第１近位シャフト部４１の平坦な表面６１上に、中心軸Ｍに対して垂直に形成されている。ひずみゲージ２３で測定されるひずみの変化と同様に、感圧抵抗器５９では、鉛直方向に加えられる圧力によって（電気）抵抗が変化する。第６の実施形態では、案内された圧縮ばね６３およびディスク（図示せず）によってボールジョイント４５を介して第１近位シャフト部４１に対して相対移動可能な第２遠位シャフト部４３によって、前記圧力が感圧抵抗器５９に伝達される。

【0098】

［第７の実施形態］
図１２および図１３は、第７の実施形態に係る医療用ハンドピースを示す。第７の実施形態は、第６の実施形態に実質的に対応するため、以下では、第７の実施形態と第６の実施形態との相違点のみが説明される。

【0099】

第６の実施形態とは対照的に、圧縮ばね６３を介するのではなく、ロッド６５を介して（あるいは、ロープまたはワイヤロープを介して）、それぞれの感圧抵抗器５９に圧力または引張力が伝達される。第７実施形態における感圧抵抗器５９は、ベアリングシャフト３の遠位端部（先端部）に設けられるか、あるいは、医療用ハンドピース１のハンドル部５に設けられる。ロッド６５は、第１近位シャフト部４１の穴６７を通して案内される。

【0100】

さらに、図１２には、評価手段としての評価ユニット６９が概略的に示されている。評価手段（評価ユニット６９）は、寿命予測ユニットおよび／または入力装置をさらに有してもよい。

【0101】

当然のことながら、以上の実施形態で説明された特徴の組み合わせは、決定的であることを意味するものではない。むしろ、技術的に合理的な方法において可能であれば、異なる実施形態の間で特徴が適宜置き換えられてもよい。

【0102】

以下、本開示に係る医療用記録装置（医療用検出装置）、および、本開示に係るシステムの例示的な機能が、図面を用いて説明される。

【0103】

外科治療プロセス中において、治療者は、医療用ハンドピース１に力を加える。当該力は、シャフトツール９の切削性能に依存し、シャフトツール９の磨耗に応じて治療の進行とともに変化する。当該力が加えられると、ベアリングシャフト部ＳＡが曲げ変形する。ベアリングシャフト部ＳＡの曲げ変形は、センサ（ひずみゲージ２３又は感圧抵抗器５９）によって信号に変換される。当該信号は、導体トラック３３を介して医療用ハンドピースの近位端に伝達される。評価ユニット６９は、当該信号を評価し、その評価に基づいて、シャフトツール９の磨耗の程度、シャフトツール９の寿命予測、及び／又は、シャフトツール９の交換の推奨を出力する。

【0104】

代替の実施形態では、複数の異なる軸における力を同時に検出および評価するために、複数のひずみゲージ２３、又は、複数の感圧抵抗器５９が、径方向に分散して配置されてもよい。その結果、あらゆる方向からの力が評価され得る。このことは、ハンドヘルド用途では特に重要である。なぜなら、例えばロボット用途の場合のように、結果として生じるハンドピースの動きは未知であるか、又は、事前に決定できないためである。

【符号の説明】

【0105】

１ 医療用ハンドピース
３ ベアリングシャフト（シャフト）
５ ハンドル部
７ カップリング
９ 医療用シャフトツール（工具）
１１ 駆動装置
１３ 駆動シャフト
１５ ツールシャンク
１７ エフェクタ
１９ 第１の軸受位置
２１ 第２の軸受位置
２３ ひずみゲージ
２５ 中間スリーブ
２７ 熱収縮チューブ
２９ スリット
３１ 肩部
３３ 導体トラック
３５ スリット付きの内側スリーブ
３７ 位置決めピン（ピン）
３９ テーパ部
４１ 近位シャフト部
４３ 遠位シャフト部
４５ ボールジョイント
４７ シェル部
４９ ボール部
５１ ジャーナル
５３ 凹部
５５ セグメント
５７ 接着溝
５９ 感圧抵抗器（ＦＳＲ）
６１ （平坦な）表面
６３ 圧縮ばね
６５ ロッド
６７ 穴
６９ 評価ユニット（評価手段）
Ｍ 中心軸
ＳＡ ベアリングシャフト部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【外国語明細書】