JP5147835B2 - リサイクルされるヘリウムガスの手術器具 - Google Patents

Description

本発明は一般に外科的処置（surgical procedure）に使用される気体モータ（pneumatic motor）に関し、より詳しくは、閉システム内でヘリウムガスをリサイクルすることによって動力が与えられる気体駆動の手術器具に関する。

医師及び他の医療専門家は、骨や組織を切開するための気体駆動の手術器具（pneumatic powered surgical instrument）をしばしば使用する。この技術分野では様々な気体駆動の器具が知られているが、これらの手術器具に動力を与えるためにヘリウムガスは使用されていない。従って、関連する技術分野には気体駆動の手術器具に使用するヘリウムガスをリサイクルする閉システムを提供する必要が残っている。

本開示は、外科的処置に使用されるシステムを提供する。システムは一般に、外科的処置に使用される気体駆動の器具に動力を与えるために加圧されたヘリウムガスを利用する。システムは、加圧されたヘリウムガスが気体駆動の器具に動力を与えるために再利用できるように、手術器具から排出されたヘリウムガスをリサイクルしてヘリウムガスを圧縮する。システムは圧力フィードバックを使用する制御部を更に有し、ヘリウムガスを実質的に一定の圧力水準に維持することもある。

本開示はまた、外科的処置に使用される方法を紹介する。方法は一般に、加圧されたヘリウムガスの供給を提供し、気体駆動の器具に動力を与え、器具から排出されたヘリウムガスをリサイクルする。リサイクルされたヘリウムガスは濾過され圧縮されて、加圧されたヘリウムガスの供給を復元する。方法は更に、手術器具を通過する加圧されたヘリウムガスの流れを規制することもある。

本開示はまた、医療処置（medical procedure）に使用されるキットを提供する。キットは一般に、気体モータ一式を有する手術器具と、手術器具に動力を与える加圧されたヘリウムガスの供給とを有する。手術器具から排出されるヘリウムガスは、離れて置かれる圧縮機によって加圧され、更なる使用のために離れて置かれるタンクに貯えられる。

後述される詳細な記載を当業者がより良く理解できるように、前述ではいくつかの実施形態の特徴を概説した。特許請求の範囲の主題を更に形成する付加的な特徴を以下に記載する。ここで紹介する実施形態と同じ目的を実行するため、及び／又は、同じ有利な点を達成するために、他の工程及び構造を設計又は修正する基礎として、本開示は当業者がすぐに利用できることを当業者は評価すべきである。当業者はまた、そのような同等の構成が本開示の精神及び範囲から離れないことを認識すべきである。

本開示の特徴は、添付図面と共に読まれるとき、以下の詳細な記載から最も良く理解される。様々な特徴は産業界での標準的技法に従って比例して描かれないことが強調される。実際、様々な特徴の寸法が議論の明確化のために任意に増減される。

以下の開示は、様々な実施形態の異なる特徴を実行するために、多くの異なる実施形態又は例を提供することを理解すべきである。構成要件及び配列の特殊な例は、本開示を簡略化するために以下に記述される。これらはもちろん単なる例に過ぎず、限定されることを意図していない。加えて、本開示は、様々な例において参照番号及び／又は参照文字を繰り返すことがある。この繰り返しは単純化と明瞭化の目的のためであり、様々な実施形態及び／又は議論される構成の間の関係をそれ自身が示すわけではない。更に、以下の記述において、第２の特徴の上に第１の特徴がある構成、第２の特徴に第１の特徴が重なる構成、又は、第２の特徴に第１の特徴が結合される構成は、第１の特徴と第２の特徴とが直接接触して形成される実施形態を含むことがあり、第１の特徴と第２の特徴とが直接接触しないように付加的な特徴が第１の特徴と第２の特徴との間に挿入されて形成される実施形態を含むこともある。

図１を参照すれば、骨や他の組織を切開する手術器具１０の一実施形態が、本開示の特徴に従って周囲を含んだ斜視図として図解される。手術器具１０は、開頭手術（craniotomy）が実施される患者Ａに手術の面で関連付けられて示される。記述される器具は、特別な外科に限定して適用されるわけではないが、骨や他の組織を切開するのに望ましい様々な適用に有用であることは当業者には明らかになるだろう。付加的な適用は以下を含む。
１． 関節鏡（Arthroscopy） − 整形外科（Orthopaedic）
２． 内視鏡（Endoscopic） − 消化器科（Gastroenterology）、泌尿器科（Urology）、軟部組織（Soft Tissue）
３． 神経外科（Neurosurgery） − 頭蓋（Cranial）、脊柱（Spine）、耳科（Otology）
４． 小さな骨（Small Bone） − 整形外科（Orthopaedic）、口腔顎顔面（Oral-Maxiofacial）、オルト脊柱（Ortho-Spine）、耳科（Otology）
５． 心臓胸部（Cardio Thoracic） − 小さな骨のサブセグメント（Small Bone Sub-Segment）
６． 大きな骨（Large Bone） − 関節全体（Total Joint）、精神的外傷（Trauma）
７． 歯（Dental）

今や図２を参照すれば、図１に示された手術器具１０の一実施形態の斜視図が図解される。手術器具１０は一般にモータ組立体１２と取付筐体１４と手術道具１６と円柱状の適用部１８とを含んで図解される。取付筐体１４は外科医によって使用されるための把持表面（gripping surface）を備え、また、外科的処置中に器具１０の下になっている部分を遮蔽することもある。一実施形態では道具の型は本開示の実行に本質でないが、手術道具１６は切断道具（cutting tool）又は切開道具（dissection tool）である。

取付筐体１４は、モータ組立体１２に係合するように適用され構成される。手術道具１６は、モータ組立体１２に係合するために取付筐体１４に挿入される。モータ組立体１２は、ロータ軸２３を有する羽根モータ（vane motor）２２を含むように適用され構成された内部空洞（internal cavity）２０を含む。羽根モータ２２は、円柱状の適用部１８を通って流れる圧縮された気体によって駆動され動力が与えられる。モータ２２のロータ軸２３は一般に、ロータ軸２３の回転動作又は直線動作が手術道具１６に付与されるように手術道具１６に結合される。

図３も参照すれば、図２の手術器具１０の一部の分解図、部分断面図が図解される。単純化と明確化のために、２つの記述された図の間で類似する構成要素に同じ番号が付される。手術器具１０の円柱状の適合部１８は、モータ２２に動力を与えるための圧縮されたガスを受け取る入口と、ガスを器具から排出する出口とを有する。その円柱状の適合部１８はねじ又はピンで導管２４に取り付けられる。代替的に、円柱状の適合部１８は、迅速に開放できる結合機構（quick release coupling mechanism）によって導管に固定されることもある。

導管２４は、外部通路２６と内部通路３０とを画定する内部導管２８を同軸に有する。内部通路３０は、圧縮されたガスが移送される円柱状の適合部１８の入口に流体的に結合される。外部通路２６は、器具１０から外部へ排出されるガスが移送される円柱状の適合部１８の出口に流体的に結合される。本実施形態において使用される導管又はホースの構成の別の実施例は、２００３年１月２８日に出願され、発明の名称「気体駆動の手術器具によって生成される雑音を含む装置とこれに関連する方法（APPARATUS FOR CONTAINING NOISE GENERATED BY A PNEUMATICALLY POWERED SURGICAL INSTRUMENT AND RELATED METHOD）」で、本開示と同じ譲受人に譲渡された米国特許出願１０／３５２，４７８号に開示され、参照されてここに組み込まれる。

動作において、圧縮された（高圧の）ガスは導管２４の内部通路３０を通って高圧源（不図示）から移送される。手術器具１０に関連された羽根モータ２２は、圧縮されたガスを円柱状の適合部１８の入口から受け取る。圧縮されたガスは流れてモータ２２のロータの羽根に衝突する。羽根に衝突した力がモータ２２のロータ軸２３に回転を起こさせる。それから、ガスは、モータ２２から円柱状の適合部１８の出口を通り、導管２４の外部通路２６を通って外部へ（低圧力で）排出される。それから、排気ガスは低い圧力源（不図示）へ戻され、更なる用途のためにガスは再び圧縮されることが可能となる。

ガスがモータ組立体１２から逃げることを防ぐために、手術器具１０は本技術分野において知られているＯリングや他のいくつかの型のシール部材（sealant）を使用してシールされる。付加的には、外科医や他の個人が弁を押し下げて手術器具１０を動作させることができるように、足で操作される制御弁（不図示）が導管２４に組み込まれる。代替的に、手で操作させる制御弁（不図示）が、本実施形態において、例えば、発明の名称「気体駆動の切除器具のためのハンドコントロールモジュール（MODULAR HAND CONTROL FOR PNEUMATIC RESECTING TOOL）」で、本開示と同じ譲受人に譲渡された、米国特許６，５２０，９７６号において示されるもののように、実行されることがあり、参照されてここに組み込まれる。

今や図４を参照すれば、図２及び図３の手術器具１０と共に使用されるシステム１００の簡略化された図が図解される。単純化と明確化のために、３つの記述された図の間で類似する構成要素に同じ番号が付される。システム１００は一般に、手術器具１０に動力を与えるためにヘリウムガスを利用する。ヘリウムガスは駆動圧力の半分を必要とするだけだが、空気と同等かそれ以上の性能を提供することもある。それゆえに、手術器具１０に動力を与えるためにヘリウムガスを使用することは、手に持つ部品（hand piece）の物理的な大きさを減らし、入口と出口のホース又は導管の直径を減らすことができる。可視性（visibility）と操作性（maneuverability）とが改善されるから、このことにより手術器具１０は外科的処置にとってより適したものとなる。しかし、病院での設置において利便性の一部が欠落していたためにヘリウムガスは使用されてこなかった。システム１００は、動作中にヘリウムガスがリサイクルされる閉システムである。その結果、病院は大きなヘリウムガスタンクの維持を要求されない。

より詳しく述べれば、システム１００は、圧縮機１０４と制御弁１１２，１１４とを制御する制御部１０２を有する。システム１００は、加圧された（圧縮された）ヘリウムガスの供給を貯蔵する貯蔵タンク１０６と、手術器具１０から外部へ排出されるヘリウムガスによって運ばれる汚染物質（contaminants）を濾過するフィルタ１０８とを有する。貯蔵タンク１０６は、タンク内のヘリウムガスの圧力水準を測定する圧力ゲージ１１８に結合されることもある。システム１００はまた、圧縮機１０４とタンク１０６との間に流体的に結合するチェック弁１１６を有し、圧縮されたヘリウムガスが圧縮機へ逆流することを防ぐ。手術器具１０以外の構成要素は、手術室を無菌環境に維持するために離れて置かれることが理解される。

動作において、制御部１０２は制御線１３０にエネルギを供給して制御弁１１２を開き、タンク１０６に貯蔵された加圧されたヘリウムガスの供給が導管２４の内部通路３０を通過することを可能にする（図３）。外科医や他の個人は、足で操作されるか或いは手で操作される制御弁（不図示）を下に押して手術器具１０を動作させ、加圧されたヘリウムガスが円柱状の適合部１８の入口を通って流れることを可能にし（図２及び図３）、それによって器具に動力を与える。それから、ヘリウムガスは、円柱状の適合部１８の出口によって、導管２４の外部通路２６を通して、手術器具１０から排出される。外部通路２６はフィルタ１０８に流体的に結合され、排出された（低圧力の）ヘリウムガスはフィルタへ流れる。

上にて議論したように、フィルタ１０８は、内部で生成されて排出されたヘリウムガスによって運ばれた汚染物質を濾過する。フィルタ１０８は、システム１００が動作しないとき洗浄が容易となるように使い捨てのフィルタ部材（disposable filter membrane）を有することがある。更に、維持の目的のために、フィルタ１０８は、構築された圧力を、システム１００が動作している間に開放するリリース弁（不図示）を有する。付加的に、フィルタ１０８は、ヘリウムガスが手術器具１０へ逆流することを防ぐチェック弁１２０を有することがある。

システム１００は動作を継続し、制御部１０２は制御線１３２にエネルギを供給して制御弁１１４を開き、濾過されたヘリウムガスが圧縮機１０４へ戻ることを可能にする。それから、濾過されたヘリウムガスは（高圧に）圧縮されて、加圧されたヘリウムガスでタンク１０６を復元し、加圧されたヘリウムガスは手術器具１０に動力を与えるために再び使用される。制御部１０２は制御線１３４にエネルギを供給して圧縮機１０４のスイッチを入れる。

タンク１０６内に貯蔵されたヘリウムガスを一定の圧力水準に維持するために、制御部１０２は圧力ゲージ１１８が供給する圧力フィードバック１３６を使用する。外科医又は他の個人が手術器具１０を作動させるとき、タンク１０６の圧力水準が要求された閾値水準以下へ落ちていることを圧力ゲージ１１８は示すかもしれない。手術器具１０が使用される適用の型によって、要求される閾値水準は変化することがある。その結果、制御部１０２は制御弁１１４を開き、圧縮機１０４のスイッチを入れてヘリウムガスの圧縮を開始する。圧縮機１０４は、加圧されたヘリウムガスでタンク１０６を復元する。要求された閾値水準が達成されたことを圧力ゲージ１１８が示すとき、制御部１０２は制御弁１１４を閉じて圧縮機１０４のスイッチを切る。チャック弁１１６は、タンク１０６内の加圧された任意のヘリウムガスが圧縮機１０４へ逆流することを防ぐ。

圧力フィードバック１３６を使用して制御部１０２は圧縮機１０４の駆動時間を最小にし、それによってシステム１００の効率を高める。付加的に、器具のために上昇された源の圧力が一定に維持されるから、手術器具１０は確実に動作する。外科医又は他の個人が終了するとき、制御部１０２は制御線１３０，１３２，１３４のエネルギを下げて、制御弁１１２，１１４を閉じ圧縮機１０４のスイッチを切る。ヘリウムガスは更なる使用のためにシステム１００内に含まれる。たとえシステム１００内の構成要素が別個の構成要素として示されるにせよ、フィルタが圧縮機に結合されるようにいくつかの構成要素が結合されることが理解される。

上記した様々な特徴は、ここでは明示した記述や図解がされていない実施形態を含み、多くの気体モータに適用可能であるか適用の準備ができている。本開示の特徴はまた、動作速度が高ければそのような特徴の利益がより良く認識されるが、任意の動作速度や範囲を有するモータに適用可能である。本開示の特徴はまた、任意の大きさのモータに適用可能であり、任意のトルク量を生成できる。

このようにして、外科的処置に使用されるシステムが提供される。１つの実施形態において、システムは、入口と出口とを有する気体駆動の器具と、気体駆動の器具の入口に流体的に結合されたタンクであって加圧されたヘリウムガスを供給して気体駆動の器具に動力を与えるタンクと、気体駆動の器具の出口に流体的に結合された圧縮機であって気体駆動の器具から排出されるヘリウムガスを受け取って排出されたヘリウムガスを圧縮して加圧されたヘリウムガスをタンクに供給する圧縮機とを有する。

他の実施形態において、システムはまた、タンクから気体駆動の器具への加圧されたヘリウムガスの流れを規制する少なくとも１つの弁と、圧縮機と少なくとも１つの弁とを制御する制御器とを有する。制御器は圧力フィードバックを利用してタンク内に含まれるヘリウムガスを実質的に一定の圧力に維持する。制御器は圧力フィードバックを利用して圧縮機の駆動時間を最小にする。

更に別の実施形態では、システムは気体駆動の器具から排出されるヘリウムガス内の汚染物質を濾過するフィルタを更に有する。フィルタは使い捨てかもしれないし、洗浄可能かもしれない。他の実施形態では、気体駆動の器具は羽根モータを有する。他の実施形態では、気体駆動の器具はシールされてヘリウムガスが逃げることを防ぐ。他の実施形態では、システムは内部通路と外部通路とを有する導管を更に有し、内部通路は気体駆動の器具の入口に流体的に結合され、外部通路は気体駆動の器具の出口に流体的に結合される。

本開示はまた、外科的処置に使用される方法を提供する。方法は、加圧されたヘリウムガスの供給を提供する工程と、気体駆動の手術器具を加圧されたヘリウムガスで駆動する工程と、気体駆動の手術器具から出るヘリウムガスを圧縮機へ排出する工程と、排出されたヘリウムガスを圧縮して加圧されたヘリウムガスの供給を復元する工程とを有する。他の実施形態では、方法は気体駆動の手術器具から排出されるヘリウムガス内の汚染物質を濾過する工程を更に有する。

他の実施形態において、方法は、圧縮機を制御して加圧されたヘリウムガスの供給圧力を実質的に一定の水準に維持する工程を有し、圧縮機を制御する工程は圧縮機の駆動時間を最小にする工程を有する。他のいくつかの実施形態では、方法は気体駆動の手術器具を通過する加圧されたヘリウムガスの流れを規制する工程を更に有し、流れを規制する工程は少なくとも１つの弁によって遂行される。

本開示はまた、医療処置に使用されるキットを提供する。キットは、気体モータ組立体を有する手術器具と、手術器具に動力を与えるための加圧されたヘリウムガスの供給とを有する。手術器具から排出されるヘリウムガスはリサイクルされ圧縮機によって圧縮されて、加圧されたヘリウムガスの供給を復元する。他の実施形態において、キットは、圧縮機を制御する制御部を更に有し、加圧されたヘリウムガスの供給のための実質的に一定の圧力水準に維持する。他の実施形態において、キットは、手術器具を通る加圧されたヘリウムガスの流れを規制するための少なくとも１つの弁を更に有する。

更に他の実施形態において、キットは手術器具から排出されるヘリウムガス内の汚染物質を濾過する使い捨てフィルタを更に有する。他の実施形態において、加圧されたヘリウムガスの供給はタンク内に貯蔵される。タンクと圧縮機とは手術器具から離れて置かれる。

当業者が後に続く詳細な記述をより良く理解するように、上記の記載はいくつかの実施形態の特徴を概説した。病院の環境においてすぐに利用できない他の型の不活性ガスも使用されることがあることが理解される。ここに紹介された実施形態と同じ目的を実行するため、及び／又は、同じ有利な点を達成するために、他の工程及び構造を設計又は修正する基礎として、本開示はすぐに利用できることを当業者は評価すべきである。そのような同等の構造が本開示の精神及び範囲から離れないこと、そして、本開示の精神及び範囲から離れることなく様々な変化、代替、変更をすることができることを、当業者はまた認識するべきである。

骨と他の組織を切開する手術器具を、本開示の特徴に従って周囲を含んだ斜視図として図解する。 図１の手術器具の斜視図を図解する。 図２の手術器具の一部の分解図、部分断面図を図解する。 外科的処置に使用されるシステムの一実施形態の簡略化された図を本開示の特徴に従って図解する。

Claims (17)

1. 外科的処置（surgical procedure）に使用されるシステムであって、
   入口と出口とを有する気体駆動の器具（pneumatic instrument）と、
   前記気体駆動の器具の入口に流体的に結合されたタンクであって、加圧されたヘリウムガスを供給して当該気体駆動の器具に動力を与えるタンクと、
   前記気体駆動の器具の前記出口に流体的に結合された圧縮機であって、当該気体駆動の器具から排出されるヘリウムガスを受け取って排出されたヘリウムガスを圧縮して加圧されたヘリウムガスをタンクに供給する圧縮機と
   を有することを特徴とするシステム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   前記タンクから前記気体駆動の器具への加圧されたヘリウムガスの流れを規制する少なくとも１つの弁と、
   前記圧縮機と前記少なくとも１つの弁とを制御する制御器と
   を更に有することを特徴とするシステム。
3. 請求項２に記載のシステムにおいて、前記制御器は圧力フィードバックを利用して前記タンク内に含まれるヘリウムガスを一定の圧力に維持することを特徴とするシステム。
4. 請求項３に記載のシステムにおいて、前記制御器は圧力フィードバックを利用して前記圧縮機の駆動時間（runtime）を最小にすることを特徴とするシステム。
5. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記気体駆動の器具から排出されるヘリウムガス内の汚染物質を濾過するフィルタを更に有することを特徴とするシステム。
6. 請求項５に記載のシステムにおいて、前記フィルタは使い捨てであることを特徴とするシステム。
7. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記気体駆動の器具は羽根モータ（a vane motor）を有することを特徴とするシステム。
8. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記気体駆動の器具はシールされてヘリウムガスが逃げることを防ぐことを特徴とするシステム。
9. 請求項１に記載のシステムにおいて、内部通路と外部通路とを有する導管を更に有し、
   前記内部通路は前記気体駆動の器具の前記入口に流体的に結合され、
   前記外部通路は前記気体駆動の器具の前記出口に流体的に結合される
   ことを特徴とするシステム。
10. 医療処置（medical procedure）に使用されるキットであって、
    気体モータ組立体（pneumatic motor assembly）を有する手術器具と、
    前記手術器具に動力を与えるための加圧されたヘリウムガスの供給と
    を有し、
    前記手術器具から排出されるヘリウムガスはリサイクルされ圧縮機によって圧縮されて、加圧されたヘリウムガスの前記供給を復元することを特徴とするキット。
11. 請求項１０に記載のキットにおいて、前記圧縮機を制御して加圧されたヘリウムガスの前記供給を一定の圧力水準に維持する制御部を更に有することを特徴とするキット。
12. 請求項１０に記載のキットにおいて、手術器具を通る加圧されたヘリウムガスの流れを規制する少なくとも１つの弁を更に有することを特徴とするキット。
13. 請求項１０に記載のキットにおいて、前記気体モータ組立体はシールされてヘリウムガスの漏れ（leakage）を防ぐことを特徴とするキット。
14. 請求項１３に記載のキットにおいて、前記気体モータ組立体は羽根モータを有することを特徴とするキット。
15. 請求項１０に記載のキットにおいて、前記手術器具から排出されるヘリウムガス内の汚染物質を濾過する使い捨てフィルタを更に有することを特徴とするキット。
16. 請求項１０に記載のキットにおいて、加圧されたヘリウムガスの前記供給はタンク内に貯蔵されることを特徴とするキット。
17. 請求項１６に記載のキットにおいて、前記タンクと前記圧縮機とは前記手術器具から離れて置かれることを特徴とするキット。

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