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特開2024-124386伝導装置を有する動力付き外科用ツール

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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】P2024124386

(43)【公開日】2024-09-12

(54)【発明の名称】伝導装置を有する動力付き外科用ツール

(51)【国際特許分類】

A61B 17/16 20060101AFI20240905BHJP

【ＦＩ】

A61B17/16

【審査請求】有

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024031115

(22)【出願日】2024-03-01

(31)【優先権主張番号】18/177,184

(32)【優先日】2023-03-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】507400686

【氏名又は名称】グローバスメディカルインコーポレイティッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯＷＯＲＬＤＰＡＴＥＮＴ＆ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】マーシャル，エリック，フィンリー

(72)【発明者】

【氏名】アントニー，ジェイムス，ルハラ

(72)【発明者】

【氏名】ジェイムス，ディー．，ラーク

(72)【発明者】

【氏名】クリストファー，ジェイムス，ラーク

(72)【発明者】

【氏名】コーリーフライマーク

(72)【発明者】

【氏名】エバン，ジェフリーズ

(72)【発明者】

【氏名】ヘイリー，マディソン，シャペル

【テーマコード（参考）】

4C160

【Ｆターム（参考）】

4C160LL04

4C160LL21

4C160LL24

(57)【要約】（修正有）

【課題】外科的処置の間に、組織修正を行うためにツールヘッド（エフェクタ）に回転揺動を選択的にもたらす動力付き外科用ツール、ツールの長手方向軸を中心として一方向又は両方向に回転されると、組織を修正するように動作する切削ツール、及び組織修正ツールを提供する。
【解決手段】他の組織の修正を選択的に防止すると同時に、選択的な組織の修正に有効である。例えば、骨のような硬組織が修正され得るが、軟組織は修正されないか、又は硬組織へは修正なしに軟組織が修正され得る。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

動力作動式外科用ツールであって、
さまざまな内部構成要素を囲んで支持するように適合されている外部ハウジングと、
伝達装置と、
前記外部ハウジング内に固定されているモータであって、前記モータが、出力シャフトを含み、前記モータ出力シャフトが、前記伝達装置に接続されており、前記伝達装置が、切削ツールを前記切削ツールの長手方向軸の周りに回転揺動させるための揺動回転駆動機構を含み、前記揺動回転駆動機構が、リンクであって、揺動角度でモータオフセットシャフトの周りを旋回し、かつ回転可能に装着されたシャトルに取り付けられて、その結果、前記リンクの遠位端が前記モータシャフトの周りに回転すると同時に、前記リンクの前部における枢軸が中立点で回転するように位置決めされて、前記シャトルを前記モータ出力シャフトに対して横方向の軸の周りに回転揺動させる、前記リンクを有する、モータと、を備える、動力作動式外科用ツール。

【請求項2】

前記揺動角度の関係が、前記シャトルの異なる角度回転を実現するよう、前記モータ出力シャフトに対して変化させることができる、請求項１に記載の動力作動式外科用ツール。

【請求項3】

前記シャトルが、弓形ギアセグメントを含み、前記弓形ギアセグメントが、ピニオンギアと噛み合い、前記ピニオンギアが、エンドエフェクタシャフトに回転揺動運動を生じさせるように前記エンドエフェクタシャフトに接続されている、請求項１に記載の動力作動式外科用ツール。

【請求項4】

前記エンドエフェクタシャフトが前記切削ツールを含む、請求項３に記載の動力作動式外科用ツール。

【請求項5】

前記モータ出力シャフトに固定されたクランクアセンブリハブを含み、前記クランクアセンブリハブが、前記リンクの前記遠位端を受け入れるためのハブボアを含み、前記クランクアセンブリハブが、前記揺動角度を維持するように構成されて配置されている、請求項１に記載の動力作動式外科用ツール。

【請求項6】

前記揺動角度が、前記モータ出力シャフトに対して鋭角である、請求項５に記載の動力作動式外科用ツール。

【請求項7】

前記切削ツールの回転が、前記切削ツールの前記長手方向軸の周りの各方向に４０度～１８０度である、請求項４に記載の動力作動式外科用ツール。

【請求項8】

前記切削ツールの回転が、前記切削ツールの前記長手方向軸の周りの各方向に５０度～９０度である、請求項７に記載の動力作動式外科用ツール。

【請求項9】

前記リンクが、１つ以上のアームによって前記シャトルに固定されており、各アームが、軸受であって、前記軸受内に受容されて、前記シャトル内のボアに螺合可能に固定されたボルトを前記軸受内に受容する軸受を有する、請求項５に記載の動力作動式外科用ツール。

【請求項10】

前記リンクが、一対の離間したアームによって前記シャトルに固定されており、各アームが、軸受であって、前記軸受内に受容されて、前記シャトル内のボアに螺合可能に固定されたボルトを前記軸受内に受容する軸受を有する、請求項５に記載の動力作動式外科用ツール。

【請求項11】

前記ピニオンギア及び前記ギアセグメントが、ポリマー材料から構築されている、請求項３に記載の動力作動式外科用ツール。

【請求項12】

前記ポリマー材料が、ポリエーテルエーテルケトンである、請求項３に記載の動力作動式外科用ツール。

【請求項13】

前記ピニオンギア及び前記ギアセグメントが、直線カットギアである、請求項３に記載の動力作動式外科用ツール。

【請求項14】

前記ピニオンギア及び前記弓形ギアセグメントが、ヘリカルカットギアである、請求項３に記載の動力作動式外科用ツール。

【請求項15】

前記エンドエフェクタが、前記外部ハウジングに取り外し可能に接続されている、請求項３に記載の動力作動式外科用ツール。

【請求項16】

前記エンドエフェクタが、前記ピニオンギアと、前記エンドエフェクタシャフトと、前記切削ツールと、を含む、請求項１５に記載の動力作動式外科用ツール。

【請求項17】

前記エンドエフェクタを前記外部ハウジングに連結するためのツールカプラを含み、前記ツールカプラが、前記エンドエフェクタの第１の端部に固定されたフェルールを含む一方、前記切削ツールが、前記エンドエフェクタの第２の端部から延在し、前記フェルールがフランジを含み、前記フランジが、前記エンドエフェクタがモータアセンブリ内に入ることを可能にする深さを確立するためにロックリングの前表面と協働する停止面を含み、フェルールシャンクが前記フランジに隣接しており、前記フェルールシャンクが、前記フェルールシャンク上の所定の位置に固定された１つ以上のキーを含み、各キーが、キー側面及びロック面を含み、前記ロックリングが、前記フェルールシャンクが前記ロックリングの内側ボアに進入することを可能にし、フェルールキーが進入して、前記キー側面が前記外部ハウジングのドッキングポートに係合して、前記エンドエフェクタが前記外部ハウジングに対して回転することを防止することを可能にするために第１の方向に回転するように構築されている、請求項１５に記載の動力作動式外科用ツール。

【請求項18】

前記ロックリングが、前記フェルールの前記ロック面と協働して前記フェルールの前記停止面を前記ロックリングの前表面に対して引っ張り、前記エンドエフェクタを所定の位置に固定する１つ以上のカム面を含む、請求項１７に記載の動力作動式外科用ツール。

【請求項19】

前記ロックリングが、前記ロックリングがそのロック位置に回転されたときに触覚フィードバックを与えるために前記ドッキングポートの外面に位置決めされた隆起部と協働する丸みのある端部を有するばねロックを含む、請求項１８に記載の動力作動式外科用ツール。

【請求項20】

前記弓形ギアセグメントが、ヘリカル歯プロフィールを有する傾斜ギアを含む、請求項１４に記載の動力作動式外科用ツール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願及び特許）
本出願は、２０２２年８月２３日出願の米国非仮特許出願第１７／８９３，７８９号；２０１２年５月１１日に出願の「ＲｏｔａｒｙＯｓｃｉｌｌａｔｉｎｇＢｏｎｅ，Ｃａｒｔｉｌａｇｅ，ａｎｄＤｉｓｋＲｅｍｏｖａｌＴｏｏｌＡｓｓｅｍｂｌｙ」と題する米国非仮特許出願第１３／４６９，６６５号（現在、２０１９年２月５日交付の米国特許第１０，１９４，９２２号）；２０１３年４月１８日に出願の「ＲｏｔａｒｙＯｓｃｉｌｌａｔｉｎｇＢｏｎｅ，Ｃａｒｔｉｌａｇｅ，ａｎｄＤｉｓｋＲｅｍｏｖａｌＴｏｏｌＡｓｓｅｍｂｌｙ」と題する米国国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０３７０７１号；２０１２年１０月８日出願の「ＣｕｔｔｉｎｇＴｏｏｌｆｏｒＢｏｎｅ，Ｃａｒｔｉｌａｇｅ，ａｎｄＤｉｓｋＲｅｍｏｖａｌ」と題する米国非仮特許出願第１３／６４７，１０１号（現在、２０１６年１月１２日交付の米国特許第９，２３２，９５３号）；２０１３年１０月３日に出願の「ＣｕｔｔｉｎｇＴｏｏｌｆｏｒＢｏｎｅ，Ｃａｒｔｉｌａｇｅ，ａｎｄＤｉｓｋＲｅｍｏｖａｌ」と題する米国国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０６３１８２号；２０１７年２月１７日出願の「ＳｕｒｇｉｃａｌＲｏｔａｒｙＴｏｏｌ」と題する米国仮特許出願第６２／４６０，４８１号；２０１８年２月１３日出願の「ＳｕｒｇｉｃａｌＲｏｔａｒｙＴｏｏｌ」と題する米国非仮特許出願第１５／８９５，３５２号；２０１８年２月１６日出願の「ＳｕｒｇｉｃａｌＲｏｔａｒｙＴｏｏｌ」と題する米国非仮特許出願第１５／９３２，３６１号（現在、２０２２年１２月１３日に交付された米国特許第１１，５２３，８３３号）；２０１６年１１月１７日出願の「ＲｏｔａｒｙＯｓｃｉｌｌａｔｉｎｇＳｕｒｇｉｃａｌＴｏｏｌ」と題する米国仮特許出願第６２／４２３，６２４号；２０１７年１１月１６日出願の「ＲｏｔａｒｙＯｓｃｉｌｌａｔｉｎｇＳｕｒｇｉｃａｌＴｏｏｌ」と題する米国非仮特許出願第１５／８１４，８９１号（現在、２０２０年１１月１７日交付の米国特許第１０，８３５，２６３号）；２０１６年１１月１７日出願の「ＲｏｂｏｔｉｃＳｕｒｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ」と題する米国仮特許出願第６２／４２３，６５１号；２０１６年１１月１７日出願の「ＲｏｂｏｔｉｃＳｕｒｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ」と題する米国仮特許出願第６２／４２３，６７７号；２０１７年１１月１７日出願の「ＲｏｂｏｔｉｃＳｕｒｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ」と題する米国非仮特許出願第１５／８１６，８６１号（現在、２０２１年１０月５日交付の米国特許第１１，１３５，０２６号）；２０１９年２月４日出願の「ＲｏｔａｒｙＯｓｃｉｌｌａｔｉｎｇＢｏｎｅ，Ｃａｒｔｉｌａｇｅ，ａｎｄＤｉｓｋＲｅｍｏｖａｌＴｏｏｌＡｓｓｅｍｂｌｙ」と題する米国非仮特許出願第１６／２６６，８０２号（現在、２０２２年７月１９日交付の特許第１１，３８９，７１９号）；２０２１年８月２７日出願の「ＲｏｂｏｔｉｃＳｕｒｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍａｎｄＭｅｔｈｏｄ」と題する米国非仮特許出願第１７／４５９，７５４号；及び２０２２年６月１６日出願の「ＲｏｔａｒｙＯｓｃｉｌｌａｔｉｎｇＢｏｎｅ，Ｃａｒｔｉｌａｇｅ，ａｎｄＤｉｓｋＲｅｍｏｖａｌＴｏｏｌＡｓｓｅｍｂｌｙ」と題する米国非仮特許出願第１７／８４２，２９６号に関する。上記で特定した参考文献はすべて、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。

【0002】

（発明の分野）
本発明は、切削、掘削及び研削のために使用可能な回転携帯式外科用ツールに関する。

【背景技術】

【0003】

手術のための動力付き回転ツールは、当分野で周知である。多くの外科医は、動力付き回転ツールが、掘削、切削、及び研削などの特定の外科的処置、特に整形外科的処置のために、不可欠であると考えている。動力付き回転ツールは、外科的処置がもたらされ得るよう、手術部位において、骨などの組織を修正するために使用される。このようなツールは、通常、電気モータなどの外部動力付きモータによって回転されるツールヘッド又はエンドエフェクタを含む。ツールヘッドは、モータのロータに動作可能に結合された細長いシャフトの一部である。モータのロータは、ツールヘッド及びそのシャフトの回転をもたらす。回転ツールヘッドは、何らかの外科手術、例えば、掘削、切削、及び研削を行うために使用される。エフェクタの回転を行うため、モータロータの電力供給を選択的に行うためのアクチュエータが設けられる。

【0004】

そのようなツールは、高価であり、多数の部品があるため、再利用のために滅菌するのが困難かつ高価であり、多くの場合、部分的又は完全な分解を必要とする。同様に、ツールは、組織修正ツールヘッドなどの分離可能な部品を有する。このような動力付きツールは、組織を除去することに加えて、ねじなどの締結具を設置するなどの、他の外科的工程のために使用される。ツールを容易に滅菌することができない場合、ツールは、使用後に廃棄され、手術の費用に加算される。したがって、個別の動力付きツールが使用される場合、複数のツールを滅菌又は廃棄する必要がある。

【0005】

先行技術は、患者における骨、軟骨及び椎間板などの組織を修正するように適合された回転カッターを有する外科用ツールを提供している。しかし、このようなツールは、カッターが筋肉及び神経などの線維組織に遭遇した場合に、問題を呈する。このような線維組織は、カッターの周りに巻き付き、それによって損傷を受けるおそれがある。先行技術はまた、このような外科的処置のために揺動回転ツールも提供しているが、回転中にカッターの揺動をもたらすために使用される機構は、揺動をもたらすために使用される機構に起因して滑らかに動作しない。このような揺動ツールにおける進歩は、本発明者の同時係属出願：２０１２年５月１１日出願の「ＲｏｔａｒｙＯｓｃｉｌｌａｔｉｎｇＢｏｎｅ，Ｃａｒｔｉｌａｇｅ，ａｎｄＤｉｓｋＲｅｍｏｖａｌＴｏｏｌＡｓｓｅｍｂｌｙ」と題する米国非仮特許出願第１３／４６９，６６５号（及び、現在、２０１９年２月５日交付の特許第１０，１９４，９２２号）；２０１３年４月１８日出願の「ＲｏｔａｒｙＯｓｃｉｌｌａｔｉｎｇＢｏｎｅ，Ｃａｒｔｉｌａｇｅ，ａｎｄＤｉｓｋＲｅｍｏｖａｌＴｏｏｌＡｓｓｅｍｂｌｙ」と題する米国国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０３７０７１号；２０１２年１０月８日出願の「ＣｕｔｔｉｎｇＴｏｏｌｆｏｒＢｏｎｅ，Ｃａｒｔｉｌａｇｅ，ａｎｄＤｉｓｋＲｅｍｏｖａｌ」と題する米国非仮特許出願第１３／６４７，１０１号（及び、現在、２０１６年１月１２日交付の特許第９，２３２，９５３号）；２０１３年１０月３日出願の「ＣｕｔｔｉｎｇＴｏｏｌｆｏｒＢｏｎｅ，Ｃａｒｔｉｌａｇｅ，ａｎｄＤｉｓｋＲｅｍｏｖａｌ」と題する米国国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０６３１８２；２０１７年２月１７日出願の「ＳｕｒｇｉｃａｌＲｏｔａｒｙＴｏｏｌ」と題する米国仮特許出願第６２／４６０，４８１号；２０１８年２月１３日出願の「ＳｕｒｇｉｃａｌＲｏｔａｒｙＴｏｏｌ」と題する米国非仮特許出願第１５／８９５，３５２号；及び２０１８年２月１６日出願の「ＳｕｒｇｉｃａｌＲｏｔａｒｙＴｏｏｌ」と題する米国非仮特許出願第１５／９３２，３６１号；２０１６年１１月１７日出願の「ＲｏｔａｒｙＯｓｃｉｌｌａｔｉｎｇＳｕｒｇｉｃａｌＴｏｏｌ」と題する米国仮特許出願第６２／４２３，６２４号；及び２０１７年１１月１６日出願の「ＲｏｔａｒｙＯｓｃｉｌｌａｔｉｎｇＳｕｒｇｉｃａｌＴｏｏｌ」と題する米国非仮特許出願第１５／８１４，８９１号；２０１６年１１月１７日出願の「ＲｏｂｏｔｉｃＳｕｒｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ」と題する米国仮特許出願第６２／４２３，６５１号；２０１６年１１月１７日出願の「ＲｏｂｏｔｉｃＳｕｒｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ」と題する米国仮特許出願第６２／４２３，６７７号；及び２０１７年１１月１７日出願の「ＲｏｂｏｔｉｃＳｕｒｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ」と題する米国非仮特許出願第１５／８１６，８６１号によって提示されている。

【0006】

切削ツールの揺動のために、切削システムは、揺動及び騒音がほとんどなく、動作が滑らかである必要がある。

【発明の概要】

【0007】

本発明は、外科的処置の間に、組織修正を行うためにツールヘッド（エフェクタ）に回転揺動を選択的にもたらす動力付き外科用ツールに関する。本発明はまた、ツールの長手方向軸を中心として一方向又は両方向に回転されると、組織を修正するように動作する切削ツール及び組織修正ツールに関する。本外科用ツール及び切削ツールは、他の組織の修正を選択的に防止すると同時に、選択的な組織の修正に有効である。例えば、骨のような硬組織が修正され得るが、軟組織は修正されないか、又は硬組織への修正なしに軟組織が修正され得る。

【0008】

したがって、本発明の目的は、エンドエフェクタを硬組織修正ツールから軟組組織修正ツールにエンドエフェクタを交換することを可能にする出力シャフトを有する回転揺動式外科用ツールを提供することである。

【0009】

本発明の更なる目的は、切削ツールの長手方向軸を中心とした切削ツールの回転揺動をもたらす伝達装置を備える回転揺動外科用ツールを提供することである。

【0010】

本発明の更なる目的は、同じ電動外科用ツールを利用すると同時に、切削ツールの選択及び互換を可能にする、このような外科用ツールを提供することである。

【0011】

本発明の更なる目的は、電気モータからの回転運動を揺動回転運動に変換するための機構を実現することである。

【0012】

本発明の更なる目的は、回転揺動されると、硬組織又は軟組織を選択的に修正するように動作する切削ツールを提供することである。

【0013】

本発明の更なる目的は、動作中に、一層高い摩耗を有する伝達装置の部分を交換するために、揺動伝達装置の一部を交換するツール交換アセンブリを提供することである。

【0014】

本発明の一態様では、さまざまな内部構成要素を包囲して支持するように適合されている外部ハウジングと、外部ハウジング内に固定された伝達装置及びモータと、を備える動力作動式外科用ツールが提供される。モータは、出力シャフトを含み、モータ出力シャフトは、伝達装置に接続されており、伝達装置は、切削ツールを切削ツールの長手方向軸の周りに回転揺動させるための揺動回転駆動機構を含み、揺動回転駆動機構は、リンクであって、揺動角度でモータオフセットシャフトの周りを旋回し、かつ回転可能に装着されたシャトルに取り付けられて、その結果、当該リンクの遠位端がモータシャフトの周りに回転すると同時に、当該リンクの前部における枢軸が中立点で回転するように位置決めされて、シャトルをモータ出力シャフトに対して直交する軸の周りに回転揺動させる、リンクを有する。

【0015】

本発明の別の態様では、揺動角度の関係は、シャトルの異なる角度回転を実現するよう、モータ出力シャフトに対して変化させることができる。

【0016】

本発明の別の態様では、シャトルは、作動ギアセグメントを含み、このギアセグメントは、ピニオンギアと噛み合い、このピニオンギアは、エンドエフェクタシャフトに回転揺動運動を生じさせるようにエンドエフェクタシャフトに接続されている。

【0017】

本発明の別の態様では、エンドエフェクタシャフトは切削ツールを含む。

【0018】

本発明の別の態様では、動力作動式外科用ツールは、モータ出力シャフトに固定されたクランクアセンブリハブを含み、クランクアセンブリハブは、リンクの遠位端を受け入れるためのハブボアを含み、クランクアセンブリハブは、揺動角度を維持するように構成されて配置されている。

【0019】

本発明の別の態様では、揺動角度は、モータ出力シャフトに対して鋭角である。本発明の別の態様では、切削ツールの回転は、切削ツールの長手方向軸の周りの各方向に４０度～１８０度である。本発明の別の態様では、切削ツールの揺動回転は、切削ツールの長手方向軸の周りの各方向に５０度～９０度である。

【0020】

本発明の別の態様では、リンクは、１つ以上のアームによってシャトルに固定されており、各アームは、軸受であって、当該軸受内に受容されて、シャトル内のボアに螺合可能に固定されたボルトを当該軸受内に受容する軸受を有する。

【0021】

本発明の別の態様では、リンクは、一対の離間したアームによってシャトルに固定されており、各アームは、軸受内に受容されて、シャトル内のボアに螺合可能に固定されたボルトを軸受内に受容する軸受を有する。

【0022】

本発明の別の態様では、ピニオンギア及びギアセグメントは、ポリマー材料から構築されている。

【0023】

本発明の別の態様では、ポリマー材料はポリエーテルエーテルケトンである。

【0024】

本発明の別の態様では、ピニオンギア及びギアセグメントは、直線カットギアである。本発明の別の態様では、ピニオンギア並びにギアセグメントは、ヘリカルカットギアである。

【0025】

本発明の別の態様では、エンドエフェクタは、外部ハウジングに取り外し可能に接続されている。

【0026】

本発明の別の態様では、エンドエフェクタは、ピニオンギアと、エンドエフェクタシャフトと、切削ツールと、を含む。

【0027】

本発明の別の態様では、動力作動式外科用ツールは、エンドエフェクタを外部ハウジングに連結するためのツールカプラを含み、ツールカプラは、エンドエフェクタの第１の端部に固定されたフェルールを含む一方、切削ツールは、エンドエフェクタの第２の端部から延在し、フェルールはフランジを含み、フランジは、ロックリングの前表面と協働してエンドエフェクタがモータアセンブリ内に入ることを可能にする深さを確立する停止面を含み、フェルールシャンクがフランジに隣接しており、フェルールシャンクは、フェルールシャンク上の所定の位置に固定された１つ以上のキーを含み、各キーは、キー側面及びロック面を含み、ロックリングは、第１の方向に回転して、フェルールシャンクがロックリングの内側ボアに進入することを可能にし、フェルールキーが進入して、キー側面が外部ハウジングのドッキングポートに係合して、エンドエフェクタが外部ハウジングに対して回転することを防止するよう構築されている。

【0028】

本発明の別の態様では、ロックリングは、フェルールのロック面と協働してフェルールの停止面をロックリングの前表面に対して引っ張り、エンドエフェクタを所定の位置に固定する１つ以上のカム面を含む。本発明の別の態様では、ロックリングは、ロックリングがそのロック位置に回転されたときに触覚フィードバックを与えるためにドッキングポートの外面に位置決めされた隆起部と協働する丸みのある端部を有するばねロックを含む。

【0029】

本発明の別の態様では、動力作動式外科用ツールは、揺動切削ツールを含み、揺動切削ツールは、２つ以上のフルートを含み、フルートは、切削ツールの外径から長手方向軸に向かって内向きに延在して陥凹フルートチャネルを形成し、各フルートチャネルは、それぞれ、一対の対向する側壁と、各フルートチャネルの基部において円筒半径と、を有し、各対向する側壁は、各フルートチャネルがブレードの切削縁部を提供する２つの対向する面を提供するように、各フルートチャネルの長さに沿って延在する切削縁部の面を形成して、切削ツールが、長手方向軸の周囲で回転揺動されると、両方向に切削することを可能にする。

【0030】

本発明の別の態様では、フルートチャネル、したがってブレードは、長手方向軸に対して平行に切削ツールに沿って延在する。

【0031】

本発明の別の態様では、フルートチャネル、したがってブレードは、切削ツールに沿って長手方向軸に対して螺旋状に延在する。

【0032】

本発明の別の態様では、螺旋角度は、長手方向軸に対して３～５度である。本発明の別の態様では、螺旋角度は、長手方向軸に対して５度より大きい。

【0033】

本発明の別の態様では、各ブレードは上部コーナー半径を含み、上部コーナー半径は外径から長手方向軸に向かって内側方向に延在し、面と上部コーナー半径との収束部が切削ツールの最外径をもたらす。

【0034】

本発明の別の態様では、上部コーナー半径は、長手方向軸に近接した鋭いコーナーで終端し、その結果、鋭いコーナーは離間している。

【0035】

本発明の別の態様では、中心点が、間隔を設けて配置された鋭いコーナーの間に、長手方向軸に沿って位置決めされており、中心点は、中心点におけるフルート表面の収束部からの複数のファセットを含み、ファセットは、硬組織を研削及び粉砕する鋭い縁部を含む。

【0036】

本発明の別の態様では、切削ツールは、延長された中心点を含み、延長された中心点は、切削ツールが揺動されると、硬組織を破壊するよう中心点での平坦な又は湾曲した交差部であってもよいファセットを含む。

【0037】

本発明の別の態様では、動力作動式外科用ツールは、成形ヘッド部分を有するシャンクを含む軟組織揺動カッターを含み、成形ヘッド部分は、複数の螺旋状に位置決めされた成形かぎづめを含み、各かぎづめは、組織を保持するように屈曲された本体を含み、かつ各かぎづめは、カッター端部を含む。

【0038】

本発明の別の態様では、カッター端部は、鋭角及び鈍角の両方の切削面逃げ角を含む。

【0039】

本発明の別の態様では、かぎづめは、断面が円形であり、ほぼ平坦な切削面で終端する１つ以上の屈曲部を含み、切削面は、成形ヘッド部分の外面に実質的に平行である。本発明の別の態様では、かぎづめの屈曲部は、それぞれ約９０度であり、各かぎづめは、その長さに沿って少なくとも２つの屈曲部を含む。

【0040】

本発明の別の態様では、軟組織揺動切削ツールの遠位端には、組織表面に対する軟組織切削ツールの近接を制限するためのストッププラグが設けられている。

【0041】

本発明の他の目的及び利点は、例解及び例示として、本発明の特定の実施形態が記載される、任意の添付の図面と併せて、以下の説明から明らかになるであろう。本明細書に含まれる任意の図面は、本明細書の一部を構成し、本発明の例示的な実施形態を含み、それらのさまざまな目的及び特徴を例示する。

【0042】

先行技術の説明
このような回転ツールの例としては、米国特許第４，６４６，７３８号；同第５，７３５，５３５号；同第７，０６６，９４０号、及び米国公開第２０１４／０２４６０４７号に開示されているものが挙げられる。米国特許第４，６４６，７３８号は、非常に複雑な電気モータ動力付きツールであり、滅菌のため、使用後に分解する必要があると思われる。米国特許第５，７３５，５３５号は、やはり複雑な電気モータ動力付きツールであり、これは、滅菌のため、使用後に分解する必要があると思われ、ツールヘッドを保持するためにチャックを使用している。米国特許第７，０６６，９４０号もまた、既に言及した２つのツールのように複雑であり、滅菌のため分解を必要とし、分離可能な切削ツールヘッド部を有する、電動ツールである。米国特許出願公開第２０１４／０２４６０４７号は、異なるタイプの動力付き外科用ツールを例示しているが、回転切削ツールを使用するように構造化はされていない。前述のツールのように、滅菌のために分解を必要とし、構造が非常に複雑である。

【0043】

長年にわたり進歩がなされているにもかかわらず、それらの使用を簡素化し、単一の動力付きツールに組織修正とねじ設置機能の両方を実現する回転外科用ツールの当分野における進歩をもたらす、一層単純な外科用ツールは提供されていない。

【図面の簡単な説明】

【0044】

【図1】組織修正に使用可能な外科用ツールの等角図である。

【図2】取り外し可能な切削ツールと共に例示された図１の外科用ツールの等角図である。

【図3】エンドエフェクタの取り外し及び交換を例示する、外科用ツールの一部の等角図である。

【図4A】モータアセンブリへのエンドエフェクタの挿入を例示する等角図である。

【図4B】モータアセンブリ内のエンドエフェクタ用のソケットを例示する等角図である。

【図4C】モータアセンブリと係合するエンドエフェクタの端部分を例示する等角図である。

【図5A】モータアセンブリのカムリングの等角正面図である。

【図5B】モータアセンブリのカムリングの等角背面図である。

【図6】モータアセンブリとエンドエフェクタとの間の接続を例示する、図１の線６－６に沿って切り取った、部分断面図である。

【図7】モータアセンブリとエンドエフェクタとの間の接続を例示する、図１の線６－６に沿って切り取った、部分断面図である。

【図8】モータアセンブリとエンドエフェクタとの間の接続を例示する、図１の線６－６に沿って切り取った、部分断面図である。

【図9】モータアセンブリとエンドエフェクタとの間の接続を例示する、図１の線６－６に沿って切り取った、部分断面図である。

【図10】一定回転運動を回転揺動運動に変換するためのアセンブリの一実施形態を例示する部分等角図である。

【図11】図１０の一定回転運動を回転揺動運動に変換するために使用される、揺動運動アセンブリを例示する側断面図である。

【図12】揺動運動アセンブリを例示する、図１の線１２－１２に沿って切り取った、上面断面図である。

【図13】揺動運動アセンブリの一実施形態を例示する、部分立体分解図である。

【図14】モータアセンブリ、揺動運動アセンブリ及びエンドエフェクタを例示する、シュラウドの一部が除かれて例示されている等角図である。

【図15】モータアセンブリ及びエンドエフェクタに接続した揺動運動アセンブリの一実施形態の部分等角図である。

【図16】モータアセンブリ及びエンドエフェクタに接続した揺動運動アセンブリの一実施形態の部分等角図である。

【図17】運動がエンドエフェクタに付与されている場合の、揺動運動アセンブリの１つの位置を例示する、揺動運動アセンブリの一実施形態の部分等角図である。

【図18】運動がエンドエフェクタに付与されていない場合の、揺動運動アセンブリの１つの位置を例示する、揺動運動アセンブリの一実施形態の部分等角図である。

【図19】運動がエンドエフェクタに付与されている場合の、揺動運動アセンブリの１つの位置を例示する、揺動運動アセンブリの一実施形態の部分等角図である。

【図20】運動がエンドエフェクタに付与されていない場合の、揺動運動アセンブリの１つの位置を例示する、揺動運動アセンブリの一実施形態の部分等角図である。

【図21】ヘリカルギアの使用を例示する、揺動運動アセンブリの一実施形態の部分等角図である。

【図22】エンドエフェクタの一実施形態の等角側面図である。

【図23】エンドエフェクタの一実施形態の側面図である。

【図24】取り付けられた位置及び配向アセンブリを有する外科用ツールの等角図である。

【図25】エンドエフェクタのための組織修正用切削ツールの等角図である。

【図26A】双方向切削ツールの等角図である。

【図26B】図２６Ａに例示されている双方向切削ツールの側面図である。

【図26C】図２６Ｂの線２６Ｃ－２６Ｃに沿って切り取った、双方向切削ツールの部分側面図である。

【図26D】図２６Ｃの線２６Ｄ－２６Ｄに沿って切り取った、双方向切削ツールの断面図である。

【図26E】図２６Ａの線２６Ｅ－２６Ｅに沿って切り取った部分等角図である。

【図26F】双方向切削ツールの端面図である。

【図26G】図２６Ｆの線２６Ｇ－２６Ｇに沿って切り取った、部分断面図である。

【図26H】図２６Ｅの線２６Ｈ－２６Ｈに沿って切り取った、部分等角図である。

【図26I】双方向切削ツールの部分等角図である。

【図26J】双方向切削ツールの部分等角図である。

【図27A】細長いフルート及び切削面を有する双方向切削ツールの等角図である。

【図27B】図２７Ａに例示されている双方向切削ツールの側面図である。

【図27C】図２７Ｂの線２７Ｃ－２７Ｃに沿って切り取った、双方向切削ツールの部分側面図である。

【図27D】図２７Ｃの線２７Ｄ－２７Ｄに沿って切り取った、双方向切削ツールの断面図である。

【図27E】図２７Ａの線２７Ｅ－２７Ｅに沿った切り取った部分等角図である。

【図27F】延長されたフルート及び切削面を有する双方向切削ツールの側面図である。

【図27G】図２７Ｆの線２７Ｇ－２７Ｇに沿って切り取った、延長されたフルート及び切削面を有する双方向切削ツールの部分側面図である。

【図27H】延長されたフルート及び切削面を有する双方向切削ツールの端面図である。

【図27I】図２７Ｈの線２７Ｉ－２７Ｉに沿って切り取った、部分断面図である。

【図27J】延長されたフルート及び切削面を有する双方向切削ツールの部分等角図である。

【図27K】延長されたフルート及び切削面を有する双方向切削ツールの部分等角図である。

【図27L】延長されたフルート及び切削面を有する双方向切削ツールの部分等角図である。

【図28A】双方向ボールノーズ切削ツールの等角図である。

【図28B】図２８Ａに例示されている双方向ボールノーズ切削ツールの側面図である。

【図28C】図２８Ｂの線２８Ｃ－２８Ｃに沿って切り取った、双方向切削ツールの部分側面図である。

【図28D】図２８Ｃの線２８Ｄ－２８Ｄに沿って切り取った、双方向切削ツールの断面図である。

【図28E】図２８Ａの線２８Ｅ－２８Ｅに沿った切り取った部分等角図である。

【図28F】ボールノーズ切削ツールの端面図である。

【図28G】図２８Ｆの線２８Ｇ－２８Ｇに沿って切り取った、断面図である。

【図28H】ボールノーズ切削ツールの部分側面図である。

【図28I】ボールノーズ切削ツールの部分側面図である。

【図28J】ボールノーズ切削ツールの部分側面図である。

【図28K】ボールノーズ切削ツールの部分等角側面図である。

【図28L】別の端部構成を例示する、ボールノーズ切削ツールの部分等角側面図である。

【図29A】双方向型切削ツールの等角図である。

【図29B】図２９Ａに例示されている双方向型切削ツールの側面図である。

【図29C】図２９Ｂの線２９Ｃ－２９Ｃに沿って切り取った、双方向型切削ツールの部分側面図である。

【図29D】図２９Ａの線２９Ｄ－２９Ｄに沿って切り取った、双方向型切削ツールの部分等角図である。

【図29E】図２９Ｂの線２９Ｃ－２９Ｃに沿って切り取った、双方向型切削ツールの部分側面図である。

【図29F】図２９Ｅの線２９Ｆ－２９Ｆに沿って切り取った、断面図である。

【図29G】図２９Ｅの線２９Ｇ－２９Ｇに沿って切り取った、断面図である。

【図29H】図２９Ｅの線２９Ｈ－２９Ｈに沿って切り取った、断面図である。

【図29I】型切削ツールの部分側面図である。

【図29J】型切削ツールの端面図である。

【図29K】図２９Ｊの線２９Ｋ－２９Ｋに沿って切り取った、断面図である。

【図29L】図２９Ｊの線２９Ｌ－２９Ｌに沿って切り取った、断面図である。

【図29M】型切削ツールの部分側面図である。

【図29N】型切削ツールの端面図である。

【図29O】図２９Ｎの線２９Ｏ－２９Ｏに沿って切り取った、断面図である。

【図29P】図２９Ｎの線２９Ｐ－２９Ｐに沿って切り取った、断面図である。

【図29Q】型切削ツールの側面図である。

【図29R】型切削ツールの端面図である。

【図29S】線２９Ｓ－２９Ｓに沿って切り取った、型切削ツールの部分等角側面図である。

【図29T】図２９Ｒの線２９Ｔ－２９Ｔに沿って切り取った、断面図である。

【図29U】型切削ツールの端部及び側面の部分等角図である。

【図29V】型切削ツールの端部及び側面の部分等角図である。

【図29W】型切削ツールの側面の部分等角図である。

【図29X】型切削ツールの側面の部分等角図である。

【図30】双方向切削ツールセルフセンタリングポイントの側面図である。

【図31A】双方向組織修正ツールの等角図である。

【図31B】双方向組織修正ツールの側面図である。

【図31C】双方向組織修正ツールの端面図である。

【図32A】深さパイロットを有する双方向組織修正ツールの側面図である。

【図32B】深さパイロットを例示する、双方向組織修正ツールの端面図である。

【図32C】深さパイロットを有する双方向組織修正ツールの等角図である。

【図33】海綿骨から皮質骨までなどの異なる密度の組織間の移行中に触覚フィードバックを増大させるために、その直径に対して非常に長いネックを有する切削ツールの代替実施形態の側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0045】

図、より詳細には図１～２４を大まかに参照すると、参照番号１０は、一般に２２と指定された伝達装置に動作可能に接続されたモータ２０などのさまざまな内部構成要素を囲んで支持するように適合されている外部ハウジング１８を有する、動力作動式外科用ツールを概して指定しており、この伝達装置は、モータ２０を、ツールカプラ１６を有する伝達装置２２に動作可能に連結している。好ましい実施形態では、モータ２０は、例えば、電源コード２６によって電源に動作可能に連結された電気モータである。電力が好ましいが、本発明の範囲から逸脱することなく、空気、油などの加圧流体又は真空流体を利用して、モータに回転運動をもたらすことができることに留意すべきである。ハウジング１８には、外科用ツール１０を制御するために、外科医によって把持されるよう、付属ハンドル（図示せず）が設けられ得る。ハウジング１８は、ポリマー（多くの場合、プラスチックと称される）材料から形成され得、成形によって形成され得る。好ましくは、ハウジング１８は、締結具、接着剤、溶接、ばね締結具など、及びそれらの好適な組合せによって互いに好適に固定される、２つの半体を組み合わせることによって形成される。外科医によってアクセス可能なさまざまな制御は、外科用ツール１０の動作モードを選択するためになされ、電源オンスイッチ２８及び電源オフスイッチ３０を含むことができる。

【0046】

図１の実施形態に示されるように、外科用ツール１０は、切削効率及び外科医による制御のために、高切削速度で動作する。揺動（中心部から開始して、１揺動は、ギアの右への移動、中心部への戻り移動、左への移動及び中心部への戻り移動に等しい）は、少なくとも約５，０００揺動／分（モータ２０の場合、５，０００回転数／分）程度であり、３０，０００～５０，０００揺動／分以上と高くあり得る。揺動とは、カッターなどの組織修正デバイスの、１つの回転位置極限からその他の回転極限までと、次に元の極限位置まで戻るまでと、の移動のことである。好ましくは、５，０００ｏｐｍ（１分間あたりの揺動）及び５０，０００ｏｐｍである。より好ましくは、揺動速度は、１５，０００ｏｐｍ～３０，０００ｏｐｍである。このような揺動速度により、最適な骨切削及び椎間板除去の速度、並びに構成要素の疲労及び高い揺動ノイズを生じることなく最適な触覚フィードバックが実現される。モータ２０のｒｐｍとｏｐｍとの間に１：１の比が存在するので、ｒｐｍに関する最適なモータ速度は、ｏｐｍに関する揺動ギアの速度と同じである。

【0047】

更に概して図面を参照して、より具体的には図６～図２１を参照して、揺動回転駆動機構３５を以下に説明する。揺動回転駆動機構３５は、シャフト３７に好適に装着されたクランクアセンブリハブ３９と同様に、止めねじ４１などと同様に、モータ２０のシャフト３７に連結されている。揺動回転駆動機構３５はまた、シャフト３７の周りを回り、回転可能に装着されたシャトル４５に取り付けられているリンク４３を含む。リンク４３は、モータシャフト３７に対して揺動角度５０（図７）でクランクアセンブリハブ３９における、ハブボア６６内に好ましくは、位置決めされる。このようにして、リンク４３の先端部４６はモータシャフト３７を中心に回転し、リンク４３の前部の枢軸４８は、延在して中立点３２を通るよう位置決めされている。中立点３２は、シャトル４５及びリンク４３がその周りを回転する揺動駆動機構内の点である一方、中立点３２、したがってリンク４３の前部４２は、好ましくは線形並進を有さない。したがって、揺動角度５０の関係は、シャトル４５及びギアセグメント５６の異なる角度回転をもたらすよう変えることができる。このようにして、より大きな揺動角度５０により、中立点３２の周りのシャトル４５のより多くの回転がもたらされる一方、より小さな揺動角度５０は、シャトル４５及びギアセグメント５６に対してより少ない回転をもたらす。この構造により、シャトル４５、したがってエンドエフェクタ１２（取り外し可能なドリル先端アセンブリ）に設けられた双方向揺動の量を、所望に応じて変更することが可能となる。最も好ましい実施形態では、エンドエフェクタの回転（そのシャフトの回転角度）は、エンドエフェクタ１２の長手方向軸１０４の周りの各方向において７２．６５度である。双方向の回転のこのような量により、神経、筋肉などの軟組織を通常、損傷しないと同時に、好適な硬組織（骨）除去速度がもたらされることが見出された。各方向に４０度～１８０度（より好ましくは、各方向に５０度～９０度の間であり、これによって、組織を把持する機会を低減しながら最適な骨切削が実現される）の双方向揺動角度が、骨及び組織を除去する際に首尾よく利用されており、外科的処置における使用のための本発明の範囲内にあることが企図されることに留意すべきである。リンク３４の前部４２の枢軸４８は、延在して中立点３２を通るよう位置決めされるが、リンク枢軸４８の中心部分が点を中心に回転するかぎり、本発明の範囲から逸脱することなく、シャトル４５に追加の回転トルクをもたらすよう、枢軸４８を中立点３２から離間して位置決めされてもよいことにやはり留意すべきである。シャトル４５は、シャトルの揺動回転を通じてピニオンギア５８の往復運動をもたらす弓状ラックギアセグメント５６を含む。示されているように、弓状ラックギアセグメント５６に対するピニオンギア５８のギア比は３．１２５である。したがって、ピニオンギア５８の最適揺動が７２．６５度である場合、シャトル４５の掃引角度は、＋／－２３．２５度となる。揺動角度５０及び掃引角度は、ピニオンギア５８の揺動角度を最適な揺動範囲（例えば、４０度～１８０度、又は５０度及び９０度）に設定するように変更され得る。

【0048】

図示されるように、シャトル４５は、ハウジング内に装着された軸受４９のようにシャトル４５に固定されたシャフト４６を介して、ハウジング１８に回転可能に装着されている（図７を参照されたい）。ボール軸受４９が示されているが、スリーブ軸受又はニードル軸受などの任意の好適な軸受を使用することができる。リンク４３は、ナット６０又はボルト６２などの締結具５４と同様にシャトル４５に装着された軸受５４に回転可能に装着されることによって、シャトル４５に取り付けられる。これによって、モータ２０のロータの回転により、エンドエフェクタシャフト６４の周りでピニオンギア５８の揺動移動がもたらされる。リンク４３は、１つ以上の、好ましくは一対の離間配置されたアーム６７を持たせることによってシャトル４５に好ましくは取り付けられており、アーム６７はそれぞれ、軸受６９内に受容され、かつねじ山付きボア６８を介してシャトル４５に螺合可能に固定されているボルト６２により、アーム６７内に固定されている軸受４９を有する。

【0049】

図６～図２１は、伝達装置２２の更なる詳細を例示しており、伝達装置２２は、エンドエフェクタシャフト６４の揺動回転駆動を、１０，０００軌道／分以上などの高速で行うように動作可能である。伝達装置２２は、切削ツール１００と同様に、組織修正のために、モータ２０のロータ７０のシャフト３７の回転をエンドエフェクタシャフト６４の揺動回転に選択的に変換するように構成されている。かさギア又はヘリカルかさギア５９などのピニオンギア５８が、ギアセグメント５６又はヘリカルギアセグメント５７と噛み合い、これによって、ハブ３９の回転によって誘導されるギアセグメント５６、５７の揺動運動が、軸受４９と同様に、エンドエフェクタハウジング７２内に回転可能に取り付けられたエンドエフェクタシャフト６４に揺動運動を誘発する（図１４及び図２２を参照されたい）。ピニオンギア及びギアセグメントは、静かな稼働及び高い摩耗をもたらす材料から好ましくは構成される。最も好ましい実施形態では、ギアは、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）又はポリアールエーテルケトン（polyarletherketone）ファミリーという高性能ポリマーの他の部材などのポリマー材料から構成される。ポリマーは、圧縮成形又は射出成形されてもよく、ギアに追加の摩耗、強度、又は潤滑性を付与する線維又は充填材を含んでもよい。本発明の範囲から逸脱することなく、金属又は金属とポリマーとの組合せをギアに利用され得ることもやはり留意すべきである。ここで、モータ２０は、電気モータ又は圧縮若しくは真空空気動作モータであり得、電気モータが好ましいことに留意されたい。モータ２０は、電源コード２６を介して電源に動作可能に接続されており、スイッチ２８及び３０は、モータ１５の動作を選択的にもたらすように動作可能である。

【0050】

シャフト１０２は、モータの長手方向軸に対してある角度にあるように示されているが、モータの長手方向軸と一列に並んだ、又は平行なシャフトを有することが可能であり、一部の場合、これが望ましい。

【0051】

ピニオンギア５８及びギアセグメント５６において、ヘリカルギア（非直線）を使用することは、高速ドリルにおいてとりわけ重要であり、なぜなら、それらのギアは、ギア噛合領域においてより多くの歯を３０パーセント以上係合させることによって、揺動を実質的に低減し、ギアの強度を増大させるからである。ヘリカルギアによってもたらされる余分の強度のために、使い捨てドリル先端アセンブリ１２のピニオンギア５８は、鋼などの高慣性材料ではなく、ＰＥＥＫ（成形ＰＥＥＫ材料）などの低慣性材料を使用することができる。

【0052】

概して、図面、より具体的には、図１～１２、１４、２２～２４を参照すると、エンドエフェクタ１２、並びにモータ１４及び伝達装置アセンブリ２２へのその接続部が、例示されている。一般に、エンドエフェクタ１２は、外部ハウジング１８に取り外し可能に接続されており、伝達装置アセンブリ２２のピニオンギア５８部分及び切削ツール１００を含む。このように、オートクレーブ内で洗浄することができないデバイスの部分、並びに高摩耗部品、例えばピニオンギア５８及び切削ツール１００を、処置ごとに交換することができる。この構造はまた、外科医が、処置中に必要が生じた場合に、１つのタイプのエンドエフェクタから別のタイプのエンドエフェクタに容易に変更することを可能にする。図９は、出力シャフト１９の遠位端部を示している。出力シャフト１９は、モータシャフト３７に異なるエンドエフェクタ１２を取り外し可能に装着し、動作中にエンドエフェクタ１２と出力シャフト１９との間の相対回転を阻止するように動作可能である、ツールカプラ１６アセンブリを含む。図示されるように、エンドエフェクタ１２は、骨などの硬組織を取り除くように動作可能であり、ツールカプラ１６を介して、モータアセンブリ１４に装着され得る。ツールカプラアセンブリ１６は、エンドエフェクタハウジング７２の第１の端部７６に固定されたフェルール７４を含む一方、切削ツール１００は、エンドエフェクタハウジング７２の第２の端部７８から延在する。フェルール７４は、フランジ８０を含み、フランジ８０は、ロックリング９２の前面９０と協働して、エンドエフェクタ１２がモータアセンブリ１４内に入ることを可能にする深さを確立する停止面８１を含む。フェルールシャンク８２が、フランジ８０に隣接して存在する。シャンク８２は、１つ以上のキー８４を含み、好ましい実施形態は、３つのキー８４を含む。キー８４は、フェルールシャンク８２上の所定位置に固定されており、キー側面８６及びロック面８８を含む。ロックリング９２は、第１の方向に回転して、フェルールシャンク８２がロックリング９２の内側ボア９４に入ることを可能にし、フェルールキー８４が入り、キー側面８６が外部ハウジング１８のドッキングポート９６に係合して、エンドエフェクタ１２が外部ハウジング１８に対して回転することを防止するように構成されている。同様に、エンドエフェクタ１２の挿入中、ピニオンギア５８は、ギアセグメント５６と係合する。ギアセグメント５６とピニオンギア５８との間の適切なクリアランスを維持するために、ロックリング９２は、フェルール７４のロック面８８と協働してフェルール７４の停止面８１をロックリング９２の前表面９０に対して引っ張り、エンドエフェクタ１２を所定の位置に固定する１つ以上のカム面９８を含む。こうして、エンドエフェクタ１２は、回転、及びモータアセンブリ１４に対する内外の移動が防止される。この構造は、伝達装置２２、したがってエンドエフェクタ１２の高速動作のための適切な位置決め及びクリアランスを維持する。ばねロック９７は、ロックリング９２内に設けられてもよく、ロックリング９２がそのロック位置に回転されたときに触覚フィードバックを与えるためにドッキングポート９６の外面に位置決めされた隆起部９３と協働する丸みのある端部９５を含む。この構造により、外科用ツール１０の使用中にロックリング９２が係合解除位置に不用意に回転することに対する抵抗がやはり実現される。エンドエフェクタ１２の係合解除及び取り外しは、ロックリング９２を把持し、ロックリング９２を係合解除位置まで回転させることによって達成され、係合解除位置において、エンドエフェクタ１２をモータアセンブリ１４から引き出すことができる。このように、同じモータアセンブリ１４は、外科医が必要に応じて交換することができる複数の外科用ツールと共に利用され得る。

【0053】

図２６～図３０を参照すると、双方向切削ツール１００が例示されている。図１～図１８を概して参照すると、骨及び組織を切削するための双方向（揺動）切削ツール１００が例示されている。切削ツール１００は、長手方向軸１０４、第１の端部１０８及び第２の端部１１０を有するシャンク１０２を含む。シャンク１０２は、長手方向軸１０４の周りに延在している外周面１０６であって、外周面１０６の少なくとも第２の端部１１０が長手方向軸１０４の周りの回転のために把持されることを可能にするような対称の形状にされており、かつ軸受４９と協働して切削ツール１００の回転を支持するようにサイズ決めされている、外周面１０６を有する。したがって、長手方向軸１０４は、回転軸でもある。好ましい実施形態では、シャンク１１０の第２の端部は、ピニオンギア５８の内側ボアと協働するように丸められている。少なくとも一実施形態では、シャンク１１０の第２の端部は、１つ以上のインデックスキー１１２を含む。インデックスキー１１２は、ピニオンギア５８のボア内に位置決めされたキー溝（図示せず）などと協働して、外科用切削ツール１００が、外科用切削ツール１００を駆動する伝達装置２２と同じ速度及び回転の弧を確実に揺動するように構成及び配置されている。シャンク１０２の第１の端部１０８はカッター１１４を含み、カッター１１４は外径１１６を含み、カッター１１４は、２つ以上のフルート１１８を含み、各フルート１１８は、長手方向軸１０４に対して平行に（図２８Ａ～２８Ｋ）又は螺旋状に（図２６Ａ～２６Ｊ、２７Ａ～２７Ｌ、２９Ａ～２９Ｘ、３０、３１Ａ～３１Ｂ及び３２Ａ～３２Ｃ）延在する。フルート１１８は、外径１１６から長手方向軸１０４に向かって内向きに延在し、陥凹フルートチャネル１２０を形成し、各フルートチャネル１２０は、一対の対向する側壁１２２、１２４、及び各フルートチャネル１２０の基部において円筒状半径１２５を有する。各側壁１２２、１２４は、各フルートチャネル１２０の長さに沿って延在する切削縁部１４２の面１２６を形成し、その結果、各フルートチャネル１２０は、ブレード１３２の切削縁部１４２をもたらす２つの対向する面１２６をもたらし、カッター１１４が長手方向軸１０４の周りで回転揺動されると、両方向に切削することが可能となる。最も好ましい実施形態では、フルートチャネル１２０、したがってブレード１３２は、面１２６が切削負荷を低減する角度で骨と係合することを可能にするので、シャンク１０２に沿って、例えば螺旋角度１４４で螺旋状に位置決めされる。好ましい螺旋角度は、４度から１０度の間であるが、図示されている実施形態では、５度が使用されている。高い螺旋角度１４４は、２つ以上の切削面１２６が同時に骨に同時に接触することを容易にし、揺動を低減し、除去速度を増大させることにも留意されるべきである。切削作用を強化し、カッター１１４にかかる圧力を低減するために、各面１２６は、すくい角１２８を含み、このすくい角１２８は、ブレード１３２が中心面１３０に対して中心に置かれると、当該長手方向／回転軸１０４を通って延在する中心面１３０に対して収束している。すくい角１２８はまた、ブレード１３２の最外面から延在する各面１２６の間に設けられる。したがって、各切削縁部は、好ましくは、骨などの硬質材料を切削する場合に、切削縁部にかかる負荷を低減する正のすくい角を含む。フルート１１８は、切削縁部１４２を含むブレード１３２を分離し、各ブレード１３２は、上部コーナー半径１３４を好ましくは含み、当該上部コーナー半径１３４は、当該外径１１６から当該回転軸１０４に向かって内向きに延在し、その結果、面１２６と上部コーナー半径１３４との収束により、カッター１１４の最外径がもたらされる。少なくとも一部の実施形態では、上部コーナー半径１３４は、カッター１１４が揺動すると、面１２６の背後に逃げを与えるような構造化されている。上部コーナー半径１３４は、回転軸１０４に一層近接した鋭いコーナー１３６で好ましくは終端し、鋭いコーナーが離間される。間隔を設けて配置された鋭いコーナー１３６の間には、非常に鋭い点である中心点１３８が存在する。

【0054】

４つのブレード１３２のすべての上部コーナー半径１３４は、中心点１３８の周りに中央凹部領域を画定する。中心点１３８は、複数のファセット１４０が収束する中心点に構成及び配置される。フルート１１８はまた、複数のファセット１４０に向かって収束する。ファセット１４０の収束は、骨を研削及び粉砕するよう機能する鋭い縁部を生成する一方、上部コーナー半径１３４は、中心点１３８の周囲で骨を切削し、フルート１１８は、切削及び粉砕された骨を切削ツール１００から離れるように運ぶ。中心点１３８の更なる利点は、切削ツール１００の遠位端が骨に接触するときに切削ツール１００が骨表面を横切って動く傾向が著しく低減されることである。

【0055】

図２６Ａ～図２６Ｈの実施形態では、中心点１３８は、ブレード１３２の縁部１３４のわずかに下（その近位）に配置される。中心点１３８は、０角速度点であり、こうして、上部コーナー半径１３４による切削は有効ではなく、異なる切削モード（例えば、上記の粉砕方法）が使用される。

【0056】

鋭いコーナー１３６と１３８との間の移行部は、中央凹部領域を画定する正の粉砕形状をもたらす、凹状に湾曲した縁部を画定する。中央凹部領域は、通常の切削形状が有効でないような非常に低い角速度を有するので、上記のことは、重要な特徴である。したがって、この領域及び中心点１３８などの粉砕切削形状により、切削先端部１０２が骨の中に一層効果的に入り込むことが可能になる。

【0057】

少なくとも一部の実施形態では、面１２６及び上部コーナー半径１３４は、面１２６をより短いセグメントに砕くのに好適なノッチ又は波（図示せず）を含むことができ、それによって、カッター１１４の面１２６にかかる負荷を軽減する。これらのノッチ又は波は、切削面上のリブをなくするために、整列されてもよく、又はより好ましくは、互いに対して相殺されてもよい。カッター１１４は、本発明の範囲から逸脱することなく、偶数又は奇数のフルート１１８により形成されてもよい。一般に、より多数のフルート１１８及びブレード１３２を有するカッター１１４程、より少ない数のフルート１１８及びブレード１３２を有するカッター１１４よりも速く材料を取り除く。カッター１１４は、同じ材料から形成されてもよく、シャンク１０２と一体形成されていてもよい。代替的に、シャンク１０２及びカッター１１４は、異なる材料から構成されてもよく、カッター１１４は、カッター１１４をシャンク１０２に固定するのに好適な銀はんだなどを用いてシャンク１０２に接合されてもよい。このように、高速度鋼及び／又は炭化物などの材料は、本発明の範囲から逸脱することなく、望みとおりに利用され得る。基材料よりも高い硬度を有する、以下に限定されないが、窒化チタン、炭窒化チタン、炭化バナジウムなどの当分野において公知のコーティングを利用して、切削ツール１００の耐用年数を延ばすことができる。切削ツール１００は、外科的処置に好適な任意の所望の直径で作製され得、最も望ましい直径のいくつかは、１．５ミリメートル、２．０ミリメートル、２．４ミリメートル、３ミリメートル及び４ミリメートルである。切削ツール１００は、ツールを使用する者に視覚インジケータを提供するために深さマーキング１４６を含んでもよいことにやはり留意すべきである。深さマーキング１４６は、より明確に表示されるよう有色であってもよい。

【0058】

少なくとも一部の実施形態では、切削ツール１００は、外科医がカッター１００に大きな負荷をかけた場合に、外科医に触覚フィードバックを与えるために、意図的に小型化されたシャンク１０２を含む。図３３に示すように、切削ツール１００は、一定の直径を有するネック部分１９２を含むカッター１９０と、その後にカッター１１４と、を含む。カッター１９０は、シャンク１０２の第１の端部１０８から遠位に延在し、ステンレス鋼から作製されるが、他のシャフトが使用され得る。この実施形態では、ネック部分は直径Ｄ２を有し、カッター１１４は直径Ｄ１を有する。一例として、Ｄ１は２～４ｍｍであり、Ｄ２は２ｍｍであり、図示されているＬ１は約５０ｍｍである。第１の端部１０８は、エンドエフェクタハウジング７２の第２の端部７８のわずかに遠位方向に延在している。

【0059】

ネック部分１９２の直径が小さいので、カッター１９０は、カッター１００にかかる負荷が高すぎる場合、とりわけ、カッター１１４の先端が１つの領域から異なる密度の別の領域（例えば、海綿骨から皮質骨）に移行する際に、揺動をもたらす。ネック部分１９２は、約３０～１２０ミリメートルの長さを含むことができる。このように、異なるタイプの骨に遭遇したとき、又はカッター１００にかかる負荷が高すぎる場合、揺動がネック部分１９２内に誘発されて、外科医に触覚フィードバックを与える。ネック部分の長さ及び直径は、本発明の範囲から逸脱することなく、同じ機能を達成するために変更され得ることに留意すべきである。

【0060】

カッター１９０では、Ｄ２に対するＬ１の比が重要である。好ましくは、この比は、１５～６０（これらを含む）であり、最小値Ｌ１は、３０ｍｍであり、最大値Ｌ１は１２０ｍｍである。より好ましくは、この比は２５～３５（これらを含む）であり、これは、カッター１９０のぐらつきをもたらす可撓性が高すぎることなく、十分な触覚フィードバックを与える。

【0061】

概して図を、より具体的には図２８Ａ～２８Ｋを参照すると、ボール形状をしている切削ツール１００の実施形態が例示されている。したがって、ブレード１３２は、フルート側壁１２２、１２４上の正のすくい角１２８、並びにブレード１３２の外面上の正のすくい角を維持しながら、カッターの長手方向中心線に対して湾曲した最外面を含む。図２８Ｌは、中心点１３８の代わりに分割点１４８を有するボール形状カッター１５６を例示する。分割点１４８は、ボール形状カッター１５６の先端を横切って切削されたフルート１１８を含む。したがって、正のすくい角１２８を有する面１２６が、フルート１１８の各側面１２２、１２４に設けられている。この構造は、端部が骨に適用されると、表面を移動する傾向があるが、回転揺動されると、骨及び他の組織を切るのに依然として好適である。

【0062】

概して図面、より具体的には図２９Ａ～２９Ｘの参照により、成形された側面１５０を含む双方向切削ツール１００が例示されている。側面１５０は、テーパ状であってもよく、又は任意の数の異なる直径を含んでもよく、移行面１５２が直径間に延在している。このように、カッター１００は、加工された隙間を形成するために骨に入り込むのに好適である。カッター１００はまた、骨の側面に沿って切削し、段付き又はノッチ付き表面を作成するために使用されることができる。成形カッター１００は、上記のとおり、成形カッターが両方向に揺動したときに切削することを可能にする正のすくい角及びフルートを含む。成形カッター１００はまた、カッター１００の最小直径部分を有するパイロットボアを提供するように構築され得る一方、ねじ切りなどのための小さな直径の後に大きな直径が続く。更に、成形カッター１００の第３の直径は、非限定例として、皿穴として、又はクリアランスなどのために使用されてもよい。

【0063】

概して図面、より具体的には図３０を参照すると、延長された中心点１５４を含む双方向切削ツール１００が例示されている。延長された中心点１５４は、骨などの硬表面又は凹凸を横切る移動に抵抗する中心点をもたらすように構成される。延長された中心点１５４は、平坦又は湾曲して、点１５４において交差し、切削ツール１００が揺動されると、硬骨を小さな粒子に砕くことができるファセット１４０を含む。

【0064】

概して図面、より具体的には図２５、３１Ａ～３１Ｂ、及び３２Ａ～３２Ｃの参照により、軟組織双方向カッター１６０が例示されている。一般に、軟組織カッター１６０は、成形ヘッド部分１７２を有する実質的に剛性のシャンク１０２を含む。成形ヘッド部分１７２は、複数の螺旋状に装着され、成形されたかぎづめ１６２を含み、各かぎづめ１６２は、組織を保持するために屈曲された本体１６４を含み、各かぎづめ１６２は、カッター端部１６６を含む。カッター端部１６６は、硬組織及び軟組織に対する多様な切削作用のために、鋭角１６８及び鈍角１７０の両方の切削面逃げ角を含む。かぎづめ１６２は、一般に、成形ヘッド部分１７２及びかぎづめ１６２の遠位端に対して保持される円板材料などの組織を切削及び把持するように構成並びに配置されている。この構造によって、絡み合った軟組織が付着したツールを取り除くことによって、円板材料を手術部位から取り除くことが可能となる。かぎづめ１６２の構造により、いったん取り外されると、高速揺動又は高速回転によって軟組織カッター１６０を自己洗浄することも可能となる。これにより、より多くの円板材料を除去して再使用するためにツールを迅速に洗浄することが可能になり、ツールが円板材料により充填される度にツールを交換する必要がなくなる。円板材料が除去されると、かぎづめ１６２を利用して骨を剥皮することができる。したがって、同じツールを利用して、円板材料を除去し、骨を剥皮して成形することができる。広範囲の使用を容易にするために、かぎづめ１６２は、特有の構造を含む。好ましい実施形態におけるかぎづめ１６２は、断面が円形であり、ほぼ平坦な切削面１７６で終端する１つ以上の屈曲部１７４を含み、切削面１７６は、成形ヘッド部分１７２の面に実質的に平行である。屈曲部１７４は、かぎづめ１６２に剛性及び制御された屈曲性を提供する。更に、かぎづめ１６２における屈曲部１７４の１つは、外側切削面１７６に近接して設けられているので、切削面１７６は、成形ヘッド１７２と平行に向けられており、さまざまな逃げ角１６８、１７０が、切削面１７６の周囲に設けられている。この構造によって、同一のかぎづめ１６２が、切削される表面を切削し、削り取り、滑らかにすることが可能になる一方、双方向切削面１７６の周り及びそれに沿って異なる角度で回転して配向されたかぎづめ１６２は、骨表面に接触する。より高い逃げ角を有するかぎづめ１６２の側部は、かぎづめ１６２にかかる負荷を低減し、同じ負荷で一層高い材料除去が可能になる一方、より低い逃げ角は、表面を削る、かつ／又は磨いて、比較的滑らかな表面仕上げが残る。この構造により、同じツールが骨表面の荒削り及び仕上げのために使用することが可能になり、インプラントを支持し、骨成長を促進するための好適な表面を実現する。かぎづめ屈曲部１７４は、好ましくは約９０度であり、各かぎづめ１６２は、その長さに沿って２つの屈曲部１７４を好ましくは含む。しかし、本発明の範囲から逸脱することなく、他の曲げ角度、並びにたった１つ程度の曲げ及び６つもの多くの曲げを利用することができることに留意すべきである。屈曲部１７４は、各かぎづめ１６２の長さに沿って互いに軸方向に並べられてもよく、又はそれぞれ、より滑らかな表面仕上げ又はより迅速な材料除去のための動作中に、かぎづめ１６２の屈曲部を一層多く又は一層少なくするため、屈曲部１７４間で回転があってもよい。かぎづめ１６２はまた、ツールに異なる動作特性を与えるよう、シャンク１０２に沿って互いに対して螺旋角度で配置されてもよく、又は一直線に並べられてもよい。軟組織切削ツール１６０の好ましい材料は、印刷チタンである。しかし、高速度鋼、ステンレス鋼、炭化物などを含む他の材料が、本発明の範囲から逸脱することなく利用されてもよい。摩擦を低減し、表面硬度を増大させるために、双方向カッターの外面に好適なコーティングを利用することもできる。このようなコーティングには、以下に限定されないが、窒化チタン、炭化チタン、炭化クロム、炭窒化チタンなどを挙げることができる。一部の実施形態の３２Ａ～３２Ｃでは、軟組織切削ツール１６０の遠位端１７８には、ツールが表面内に移動するのを防止するか、又は側面に対する軟組織切削ツール１６０が近づくことを制限するための好適なストッププラグ１８０が設けられている。このように、軟組織切削ツール１６０が底面又は側面に対して所望の近接範囲内に入ると、ストッププラグ１８０が骨表面を擦り、ツールが骨に向かって更に移動するのを防止する。この構造は、骨の剥皮術に特に有用であり、外科医が骨面から過剰な材料を除去する機会を減少させる。

【0065】

図を概して、より具体的には図２４を参照すると、当分野において公知の手術追跡システムと共に使用するために位置決めされた複数の球体１８２を有する本外科用ツール１００が例示されている。手術追跡システムは、通常、球体１８２の位置をモニタリングするためにカメラを利用し、これは、位置及び移動を確認するために表示画面上に示すことができる。好ましい実施形態では、この追跡システムは、外科用ツール１００を分解することなく、モータアセンブリ１４から取り外し可能である。

【0066】

切削ツール１００のすべての特徴は、切削ツール１００の軸方向の不注意な軸方向並進及び横方向並進を最小限にするよう、切削動作のバランスをとるために対称であってもよい。好適な切削動作は、非対称形状によってもやはり得ることができる。

【0067】

本明細書で言及されるすべての特許及び公開物は、本発明が関連する当業者のレベルを示している。すべての特許及び公開物は、各個々の公開物が参照により組み込まれることが具体的かつ個別に示された場合と同じ程度に、参照により本明細書に組み込まれる。

【0068】

本発明の特定の形態が例示されているが、本明細書に説明及び図示された特定の形態又は構成に限定されるべきではないことを理解されたい。本発明の範囲から逸脱することなくさまざまな変更がなされ得、本発明は、本明細書及び本明細書に含まれるいずれかの図面／図に図示及び説明されるものに限定されると見なされるべきではないことは、当業者には明らかであろう。

【0069】

当業者は、本発明が目的を遂行し、言及される最終目標及び利点、並びにそこに内在するものを取得するように十分に適合されていることを容易に理解するであろう。本明細書において説明される実施形態、方法、手順、及び手法は、現在、好ましい実施形態を代表するものであり、例示的であることを意図するものであり、範囲を限定することを意図するものではない。本発明の趣旨内に包含され、添付の特許請求の範囲によって定義されるその変更及び他の使用が、当業者には着想されるであろう。本発明は、特定の好ましい実施形態に関連して説明されてきたが、特許請求される本発明は、そのような特定の実施形態に過度に限定されるべきではないことを理解されたい。実際、当業者に明らかである本発明を遂行するための説明されたモードのさまざまな修正は、以下の特許請求の範囲内にあることが意図される。

【図1】