JP4303682B2 - モーター調節可能なヘッドレスト - Google Patents

Description

本発明は、手術台用のモーター調節可能なヘッドレストに関する。曲線状のサポート・シャフトの一端に配置されるヘッドプレートを有し、このヘッドプレートは、曲線上の軸と垂直な面で、調節方向に互いに間隔をおいて設けられた３つのローラー間のサポート面上を調節可能な方法で導かれる。また、このヘッドプレートのサポートは手術台に接続できる。

既存のヘッドレストシステムは、位置が手動調節可能なヘッドレストと、電動機又は液圧式駆動のような外部エネルギーによるリフト動作のための助力を備えたヘッドレストとに分類することができる。特にシンプルな形式は、いったん正しい位置が確認されると互いに引っ張り合い（固定され）、互いに対して回転可能ないくつかの構成部材（要素）の連続的な配置のみを構成するものである。

これらのシンプルなシステムでは、調節行為の間に、オペレーターによって負担されなければならないヘッドプレートの負荷が生じ、両方の手を使用をする必要が生じる。このような構成は、手術中の調節に用いるには適切ではない。手術中にヘッドプレートの調節を許可する手動式においても負荷を継続的に支持する必要がある。
これらのケースにおける垂直リフトは、機械式駆動によって開始される。これにより、一方で調節に必要な力を少なくすることを確保しつつ、他方ではヘッドプレートの好ましくない下降を防ぐために負荷側が自動ロックされるように設計される。

横方向（水平）への移動又は横方向への回転移動などのヘッドプレートの付加的な自由度は、これら調節には力が殆ど必要とされないために単純なクランプ連結によって阻止される。

既に言及したように、垂直なリフト動作は外部エネルギーを使用することで達成することもできる。選択されたシステムによって、重量の負荷がアクチュエーターに直接作用されるようになるので、自動ロックも省略することが可能になる。
大部分の周知のヘッドレストシステムでは、リフト動作の経路は、以下の形式に削減できる。頭部は、２つの並列制御レバーを介して患者の背部エリアの固定ポイントに接続されたクロスバー上に配置される。その結果、頭部は円弧に相当する純粋な並進運動経路を描く。

回転ガイド:頭部は、患者の下のポイントに回転可能に取り付けられたクロスバー上に支持され、頭部（the same）が調節されるときはこのように円状の経路を描く。クロスバーの長さは、頭部のほぼ線形なリフト動作を可能とするためにできるだけ長くすべきである。

ハスリンガーヘッドレスト:このハスリンガー（Haslinger）ヘッドレストは、序文に記載されたヘッドレストと一致する。ほぼ解剖学的構造に則った正確な頭部の調節動作を達成するために、サポート・シャフトは回状のリングセグメントによって成形される。このサポート・シャフトは、３つのサポートローラーを介してガイドされ、円形のリングセグメントの歯状システムを介して駆動される。このガイドは、患者サポート表面上のエリアへの頭の回転運動中心の移行を許容する。既知のヘッドレストシステムはすべて共通で、その調節動作は力学的境界条件が考慮されており、ほぼ線形又は円形の経路を描く非常にシンプルな移動形態によって実施される。

しかしながら、これらの経路は、解剖学的構造とは一致しないので、頭部の補助的な動作が生じる必要がある。

この補助動作が、例えば、ヘッドキャップ内におけるの頭の位置決めによって妨げられると、患者は、調節の方向によって押し付けられるか、又は伸びをするように制約される。患者が目が覚めていれば、痛みにおそわれるとき彼又は彼女は一時的に頭をあげることになるので、こうして補正が生じる。しかしながら、リラックスした患者はこのような(移動の）可能性がないので、所定の張力がかけられた位置に留まる。

本発明は、ヘッドプレートの下降及びリフトの間に、手術台の患者サポート面に横になっている患者の頭部が解剖学的に(解剖学的構造に則って）正しい経路をたどることのできる序文で言及されたタイプのモーター調節可能なヘッドレストの展開の問題を踏まえている。

本発明によれば、この問題はサポート・シャフト上に設けられるローラー用に使用される経路（tracks）を形成（適合させる）することにより解決され、サポート・シャフトの各位置で、経路の曲率瞬間中心が、ヘッドプレート上に位置する患者の頭部がリフト及び下降する間に、スパイラルな動きの回転瞬間中心と一致するように構成される。

本発明の解決策は、解剖学的構造に則った頭部の正確な動きの分析に基づくものであり、さらに身体と頭部とをつなぐ脊柱がヘッドレストシステムの技術的実現におけるリンク・チェーンであるという認識に基づくものである。従って、脊柱は、適切な間隔で互いに回転可能に接続される個々の構成部材の連続的な配置に相当する。そして各々の構成部材が、ねじれ角の増加に伴って増加するねじれに対する一定のねじれ、及び抵抗作用を許容する。伸ばされた直線（真っ直ぐ）の位置は以下の考察において中央位置及び開始位置と考えられる。中央位置において、影響を受けた(操作された）エリアの構成部材はすべてまっすぐに配置される。もし頭部がこの位置から持ち上げられる場合、まず頭部から最も離れた回転構成部材の回転動作を引き起こす。なぜなら、最大レバーアームによる力が付与され、最小のねじれが引き起こされるからである。しかしながら、回転の増加に伴って、この回転する構成部材の張力が、頭部近傍の回転構成部材の張力よりも大きくなり、頭部近傍の回転構成部材にねじれが発生する。従って、頭部が高くリフトされると、回転運動の中心が、頭部方向から最も離れた距離である部位から頭部に向かって移動する。構成部材のチェーンによって描かれるこのカーブは、水平方向から始まり半径を縮小しながら徐々に上向きにカーブするスパイラルと一致する。頭部の移動にとって、このことは中央位置からの垂直なリフト動作が開始されることを意味する。頭部は、曲率を増加させながらスパイラルを理想的にたどる。このスパイラルの瞬間支柱又は瞬間中心は、頭部方向へのリフト動作が開始における最も離れた距離のポイントから上記記載の中心スパイラル上を移動する。

頭部が中央位置から低くされる場合にも、同じ原則が適用される。しかしながら、患者サポート面は、動作に関る構成部材の数を大きく制限することになり、明らかに狭い曲率半径のスパイラルが生じることになる。この回転の最後の点は、頭蓋骨基部の脊椎の挿入ポイントに位置する。

中心スパイラル上の回転点の連続的な移動は、技術的解決法を容易にするために、定義された回転点周りの個別（不連続）の回転として表わすことができる。つまり、これら定義された回転点は、中心スパイラルに位置する。その後、頭部の移動経路は円弧の連続的配置によって表わされる。それら円弧の連続的な移動を達成するために接線接触し、また、その曲率半径が最終位置に向かうほど中央位置からますます小さくなる。

平面移動の間に、身体の２点が固定される場合、身体の補助ポイントは各位置で固定される。同様に、身体のある１ポイントの経路カーブポイント（ここでは頭部の重心）は、身体の他の少なくとも２つのカーブ経路によって描かれる。その結果、頭部の移動曲線は、ガイド要素で表すことができる。そのガイド要素は頭部に適用し、特に曲率関数において異なる位置に配置された少なくとも２つのポイントで支持される。

本発明による解決策では、この原理は、３つのローラー間にクランプされるサポート・シャフトによって実施される。このローラーの経路は、サポート・シャフト上に形成され、ローラーを異なる位置に配置する。経路の形状は頭部の所望の動作に基づいている。このプロセスにおいて、各ポイントでは、上記センター・スパイラル上の回転点周りの頭部の回転移動は、経路上のローラーのローリング動作によって描かれる。その瞬間ポール（極、支柱）又は曲率中心は、頭部の回転点と一致する。サポート・シャフトにおける少なくとも２つの点が、同心の円状経路上でガイドされる（関連するローラーを備えた各経路によって達成される）場合、サポート・シャフト及び患者の頭部に強固に連結されるすべてのポイントは、同じ回転中心周りの円状経路を移動する。

３番目のローラーは、負荷が適用される方向に変換される場合に上記２つのローラーからサポート・シャフトのリフトを防止する。また、（この３番目のローラー）が誤差の生成を補正するためにサポート・シャフトの方向に向かって圧縮応力をかけられている(押し付けられている）ことが好ましい。

好適実施例では、このサポート部は、ハウジング形状に設計されており、このハウジングは手術台に強固に固定され、さらにローラーが取り付けられ、サポート・シャフトがハウジング中にガイドされる。サポート・シャフトの駆動は異なる方法で実施することができる。

例えば、サポート・シャフトは、モーターによって駆動可能なピニオンが噛合するギア（歯車）経路を有することが可能である。好適実施例では、ギア経路は、サポート・シャフトの側面に設けられており、サポート・シャフトの曲線状の軸と垂直である。この駆動装置は、モーターと、サポート面の横方向に向かって回旋可能な軸周りに移動可能な方法でサポート部に取り付けられているピニオンとを具備している。

さらに他の実施例では、駆動装置は、モーターによって回転可能なねじ切りスピンドルであり、このねじ切りスピンドルは、さらにサポート部上で支持され、サポート・シャフト上に移動可能に取り付けられるナットに係合可能である。

他の実施例では、駆動装置は、サポート・シャフトの２つの端部又はそれらの近傍に取り付けられるプリング構成部材（pulling element、引き寄せ部材）を具備しており、このプリング構成部材はモーターによって駆動可能な駆動ホイール上をガイドされる。プリング構成部材は、チェーン又は歯形ベルトでもよく、サポート・シャフトがスリップすることなく調節ができる。

最後に、液圧シリンダーによって駆動装置が形成されてもよく、この駆動装置は、サポート・シャフトに適用され、手術台に強固に取り付けられるサポート部上に支持される。この実施例では、液圧調節可能な手術台に永久に接続されるヘッドレストに特に適している。

発明のさらなる特徴及び利点は、実施例に基づく本発明を説明する添付図面に関する以下の記載から明白になるだろう。

図１aから図１cは、背部を下に横たわる患者の頭部が上下移動するの間の脊柱の曲率を示す。参照番号１０は、手術台の患者サポート面を示しており、この患者サポート面には、ヘッドプレート１２が調節可能な方法で配置されている。ヘッドプレート１２上に、患者サポート面１０に横たわる患者１６の頭部１４が支持される。参照番号１８は、頭部の重心を示す。

図１ｂは、真っ直ぐ伸びた位置における患者１６、患者サポート面１０と整列するヘッドプレート１２及び直線を形成する患者の脊柱２０を示している。患者の頭部１４がヘッドプレート１２によってリフトされれば、脊柱は、図１a中の経路２０’に沿って曲がる。ヘッドプレート１２を低くすることにより、頭部１４が下方へ移動された場合、脊柱は図１ｃ中の経路２０”をたどる。脊柱が、固定された回転中心周りに回転動作を行なわず、経路２０’及び２０”が異なる曲率を示すことが分かる。

図２及び図３を参照すると、どのようにヘッドプレート１２が、頭部１４の重心１８を利用するような方法で調節可能なのかが説明されている。ヘッドプレート１２の上昇及び降下の間に、ヘッドプレート１２は、図２及び図３に２２で示される解剖学的に正しい経路をたどる。

ヘッドプレート１２は、サポート・シャフト２４の一端に取り付けられ、平面図中に示される３つのローラー２６、２８、３０の間を移行できるようにガイドされる。このローラー２６、２８、３０は、サポート・シャフト２４上に形成されるそれぞれ経路の３２、３４及び３６に押し付けられる。これらの経路３２、３４、３６は異なる部位から形成されており、図２中で概略的に説明されるように設計されている。

図２は、頭部の移動調節におけるある特定の位置又は時刻を示しており、頭部の重心１８’が図２中で表わされる移動経路２２上に位置している。脊柱つまり経路２０”上の回転中心は、Zmomで示されるポイントに位置される。

図３では、頭部の重心１８がヘッドプレート１２を介してサポート・シャフト２４に強固に接続されている。このローラー２６、２８、３０は、それぞれ、関連する経路３２、３４、３６上のポイント２６’、２８’、３０’上に位置される。ポイント２６’、２８’、３０’は、サポート・シャフト２４のポイントでもあり、これらは、このように頭部の重心１８に強固に連結される。経路３２、３４、３６の瞬間曲率中心が瞬間回転中心Zmomと一致するとき、４つのポイント１８'、２６’、２８’及び３０’は、瞬間回転中心であるZmom周りの回転間接運動（連続動作）を可能にする。つまり、ローラー２６、２８、３０は、Zmomを中心とする円状経路を常に通ることになる。

この条件下では、現在の中心又は瞬間中心Zmomが経路２０”及び２０'に沿って移行されるとき、経路３２、３４、３６におけるの対応部分が決定される。対応部分が次々に決定されると、対応する経路３２、３４及び３６を形成する。これら経路はすべて異なる。しかしながら、組み合わせられたとき、対応するローラー２６、２８及び３０のローリング動作によって、それぞれがヘッドプレート１２つまり頭部の重心１８の所望の移動経路を構成する。

図４〜図７は、好適実施例に基づく創造性のあるヘッドレストの技術的実装の概略図である。図中で、ボルト４４を介して互いに間隔を隔てて連結される２つの平行プレート４０、４２を備えるハウジング３８（サポート部）が示される。プレート４０と４２との間に、ローラー２６、２８及び３０が、プレート４０及び４２と垂直に設けられた軸周りに回転可能に取り付けられる。さらに、ローラー２６、２８及び３０の間にサポート・シャフト２４がガイドされる。図６で、ローラー２６、２８、３０の各々の経路３２、３４及び３６が示されており、これら経路はサポート・シャフト２４上に形成されている。サポート・シャフト２４は、その一端にヘッドプレート１２（図４から図７には図示せず）が取り付けられるレッジ４６を支持する。さらに、この端部にサポート・シャフトを手動で移動できるハンドル４８が取り付けられる。図６で示される、ローラー２８上にカバープレート５０が配置されており、特に患者の髪などの異物がローラー２８によって集められハウジング３８（サポート部）内に入り込むのを阻止できる。サポート・ローラー３０は、経路３６の方向にスプリング５２によって圧縮応力がかけられる。

サポート・シャフト２４を調節するための駆動装置が、図７中で説明される。サポート・シャフト２４は、ピニオン５６が噛合する長手方向側面の１つであるギア経路５４を有し、このピニオン５６は、モーター６０によってウォームギア駆動部５８を介して駆動される。モーター６０、ウォームギア駆動部５８及びピニオン５６を備えるこの駆動装置又は駆動装置構成部材は、プレート６２の軸６６周りに回転可能な方法で回転ディスク６４によって取り付けられる。プレート６２は、ハウジングプレート４２の外側にねじ留めされ、サポート・シャフト２４が調節されるとき、ピニオン５６が変化するギア経路５４の方向をたどることができる。実際、駆動装置は、プレート６２に取り付けられるカバー（図示せず）によって覆われる。

ハウジング３８（サポート部）は、手術台又は患者サポート面１０のフレーム上のサポート（図示せず）の補助によって取り付けられる。

図１a〜図１cは、背中を下に横たわる人の頭部の動きを示す概略図である。 図２は、ヘッドプレートの調節動作の際のカーブ経路の技術的実施について説明する図である。 図３は、頭部のカーブ経路及びヘッドレストのガイドの全体的な概念の概略図である。 図４は、本発明に従うモーター調節可能なヘッドレストの透視図である。 図５は、図４でハウジングが取り除かれた部分にほぼ相当するヘッドレストの図である。 図６は、図５に相当する図であるが、反対側から見た図である。 図７はシャフト及び駆動装置の透視図である。

Claims (9)

1. 曲線状のサポート・シャフト（２４）の一端に取り付けられたヘッドプレート（１２）を有し、該サポート・シャフト（２４）が曲線状の軸と垂直な平面で、調節方向に互いに間隔をおいて配置される３つのローラー（２６、２８、３０）間のサポート部に調節可能な方法でガイドされることができ、さらに該サポート部が手術台への接続が可能である手術台用のモーター調節可能なヘッドレストであって、ローラー（２６、２８、３０）用の経路（３２、３４、３６）が上記サポート・シャフト（２４）に形成され、
   これら経路（３２、３４、３６）は全て、それぞれに異なって形成され、且つ、
   上記経路（３２、３４、３６）は全て、上記ヘッドプレート（１２）上に位置する患者の頭部（１４）の上昇及び下降の間、上記サポート・シャフト（２４）の各位置におけるそれぞれに異なってカーブする経路（３２、３４、３６）の瞬間曲率中心が、スパイラルな動きの瞬間回転中心Zmomと一致するように形成される、
   手術台用のモーター調節可能なヘッドレスト。
2. ２つの上記経路（３２、３６）の面が下方に向き、１つの上記経路（３４）の面が上方に向く請求項１記載の手術台用のモーター調節可能なヘッドレスト。
3. 上記サポート・シャフト（２４）を支持するローラー（２６、２８、３０）の１つが上記サポート・シャフト（２４）に向かう方向に付勢されていることを特徴とする請求項１又は２記載の手術台用のモーター調節可能なヘッドレスト。
4. 上記サポート部は、手術台に強固に接続可能であり、上記ローラー（２６、２８、３０）が取り付けられると共に上記サポート・シャフト（２４）がガイドされるハウジング（３８）からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の手術台用のモーター調節可能なヘッドレスト。
5. 上記サポート・シャフト（２４）が、モーター（６０）によって駆動可能なピニオン（５６）が噛合するギア経路（５４）を支持することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の手術台用のモーター調節可能なヘッドレスト。
6. 上記ギア経路（５４）は、上記サポート・シャフト（２４）の曲線状の軸と垂直なサポート・シャフト（２４）の一側面に形成され、駆動装置は、上記モーター（６０）と、上記一側面と垂直な旋回軸（６６）周りに回転可能に上記サポート部に取り付けられるピニオン（５６）とを含むことを特徴とする請求項５記載の手術台用のモーター調節可能なヘッドレスト。
7. 上記駆動装置は、モーターによって回転可能なねじ切りスピンドルを含み、該ねじ切りスピンドルは、上記サポート部上に設けられ、上記サポート・シャフトに回転可能に取り付けられるナットに係合することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の手術台用のモーター調節可能なヘッドレスト。
8. 上記駆動装置は、プリング構成部材を含み、該プリング構成部材は上記サポート・シャフトの２つの端部上又はそれら近傍に取り付けられ、モーターによって駆動可能な駆動ホイール上をガイドされることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の手術台用のモーター調節可能なヘッドレスト。
9. 上記駆動装置は上記サポート部上に支持される液圧シリンダーを具備することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の手術台用のモーター調節可能なヘッドレスト。

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