(57)【要約】【課題】  骨切除を完了する前の膝関節への挿入を容易にするとともに、伸展から屈曲の全可動域で連続して一定圧力を印加した際の左右の靭帯のバランスと関節裂隙の距離変化を測定し、骨切除調整を良好に行う。【解決手段】  ニーバランサ１０のパドル５０は、下パドル５２の凹面内に上パドル５４が収納された状態で、脛骨ベースプレートＢＰと大腿骨遠位端との間に挿入される。スイッチバルブ６２をＯＮとすると、窒素供給源６０から窒素がアクチュエータ４０の気体シリンダ４２に送り込まれ、昇降体３０ないし上パドル５４が上昇する。上パドル５４は、大腿骨遠位端に当接して持ち上げるが、内側側副靭帯ＭＬａ及び外側側副靭帯ＭＬｂの引っ張りの強さの影響を受けて傾く。このときの下パドル５２と上パドル５４との間隔距離Ｈ及び傾きθは、距離センサ７０及び角度エンコーダ３４によって電子的に知ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工関節置換術を行う際に、膝関節に挿入して靭帯のバランスの程度を確認するニーバランサにおいて、
脛骨側に接する下パドル，
大腿骨側に接する上パドル，
気体圧もしくは液体圧を利用して、前記下パドルに対して前記上パドルを上下方向に移動させる移動手段，
前記上パドルを、左右方向に傾斜させる傾斜手段，
を備えたことを特徴とするニーバランサ。
【請求項２】
前記下パドルは、プレートの周囲にリブが形成された形状とし、
前記上パドルは、前記プレートとリブとの間に形成された凹面内に収納されるプレートを含む形状としたことを特徴とする請求項１記載のニーバランサ。
【請求項３】
前記パドルとして、靭帯を避けるための右膝用のオフセットを設けたものと左膝用のオフセットを設けたものをそれぞれ用意し、左右の膝に応じて付け替えることを特徴とする請求項１又は２記載のニーバランサ。
【請求項４】
前記移動手段は、窒素ガスを利用す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ニーバランサ。
【請求項５】
前記移動手段の移動量及び前記傾斜手段の傾斜量を電子的に計測するための計測手段を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のニーバランサ。
【請求項６】
前記大腿骨側に固定された第一の姿勢センサと、前記脛骨側に固定された第二の姿勢センサとを備えており、
膝関節が伸展位から屈曲位まで連続的に変化したときの前記第一及び第二の姿勢センサの相対角度と、前記移動手段の移動量及び前記傾斜手段の傾斜量とを同時に電子的に計測するようにしたことを特徴とする請求項５記載のニーバランサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は人工関節手術において、脛骨と大腿骨との間に挿入して、左右の靭帯のバランスの確認や骨切除の調整を行うためのニーバランサの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のニーバランサは、関節の動きを静止させた状態でトルクレンチによって関節にテンションを加えることで、関節間の距離と傾きを計測する構造となっており、伸展位0度と屈曲位90度の肢位置で計測を行うという前提で設計された構造となっているため、関節の可動域の全域において連続的に計測を行うことができない。このような問題を解決するニーバランサとして、下記特許文献１記載の装置がある。これは、下部材と上部材の間に圧縮コイルバネを備えており、その張力によって脛骨及び大腿骨間に張力を付勢する構造となっている。上部材は、圧縮コイルバネにより、下部材に対して上下に移動可能，かつ、前後左右に傾斜可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2008-183083号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した背景技術では、脛骨と大腿骨との間に、下部材及び上部材を圧縮コイルバネとともに挿入するため、全体として厚みが大きくなってしまう。このため、骨切除が完了する前の限られた関節裂隙にニーバランサを設置することができない。加えて、骨切除を完了した後にニーバランサを用いて関節間の距離とアライメントの傾きを計測するだけの目的で使用するのではなく、骨切除を完了する前にニーバランサを設置して関節裂隙の距離と靭帯バランスを計測した後、骨切除量と角度を決めて骨切を行う施術においては、厚みが大きすぎて用いることができない。
【０００５】
また、圧縮コイルバネは、厳密には関節間の隙間距離が広がると関節にかかる張力が減衰してしまうことから、関節の可動域全域で変化する関節の隙間に対応して、連続して常に一定の張力を加えることができていないといった課題もある。
【０００６】
本発明は、以上のような点に着目したもので、その目的は、骨切除を完了する前の狭い関節裂隙に設置可能な薄い構造とすることである。他の目的は、関節の可動域全域で変化する関節の隙間に対応して、膝関節部分に連続して一定の圧力を印加できる構造とすることである。更に他の目的は、それらの構造により、関節の可動域全域における左右の靭帯のバランスの変化・アライメントの変化・関節裂隙の変化を確認したうえで、骨切除量と角度を調整し、骨切を行う施術を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、人工関節置換術を行う際に、膝関節に挿入して靭帯のバランスの程度を確認するニーバランサであって、脛骨側に接する下パドル，大腿骨側に接する上パドル，気体圧もしくは液体圧を利用して、前記下パドルに対して前記上パドルを上下方向に移動させる移動手段，前記上パドルを左右方向に傾斜させる傾斜手段，を備えたことを特徴とする。
【０００８】
主要な形態の一つは、前記下パドルを、プレートの周囲にリブが形成された形状とし、前記上パドルを、前記プレートとリブとの間に形成された凹面内に収納されるプレートを含む形状としたことを特徴とする。他の形態の一つは、前記パドルとして、靭帯を避けるための右膝用のオフセットを設けたものと左膝用のオフセットを設けたものをそれぞれ用意し、左右の膝に応じて付け替えることを特徴とする。更に他の形態の一つは、前記移動手段が流体圧、本実施例では窒素ガス圧を利用することを特徴とする。更に他の形態の一つは、前記移動手段の移動量及び前記傾斜手段の傾斜量を電子的に計測する手段を設けたことを特徴とする。更に他の形態の一つは、前記大腿骨側に固定された第一の姿勢センサと、前記脛骨側に固定された第二の姿勢センサとを備えており、膝関節が伸展位から屈曲位まで連続的に変化したときの前記第一及び第二の姿勢センサの相対角度と、前記移動手段の移動量及び前記傾斜手段の傾斜量とを同時に電子的に計測するようにしたことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、上パドルが下パドルの凹面内に収納されるように上パドルを形成したので、厚さが小さく、骨切除を完了する前の膝関節への挿入を容易に行うことができる。また、気体圧もしくは液体圧により、一定の圧力を印加して、前記下パドルに対して前記上パドルを上下方向に移動させることとしたので、左右の靭帯のテンションバランスや関節裂隙の距離を可動域全域において連続的に計測することができ、靭帯のテンションバランスに応じた骨切除量及び角度を調整する施術を良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のニーバランサの一実施例を上方から見た斜視図である。
【図２】前記図１の実施例を矢印Ｆ２の背面方向から見た斜視図である。
【図３】前記図１の実施例を矢印Ｆ３の方向から見た側面図である。
【図４】前記図１の実施例のエア供給及びセンサ部分を示す図である。
【図５】前記実施例におけるパドルを拡大して示す図である。
【図６】前記実施例の使用状態を示す図である。(A)は膝が伸展位にある状態を示し、(B)は膝が屈曲位にある状態を示す。
【図７】本発明を応用した他の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１には本実施例のニーバランサが示されており、同図の矢印Ｆ２方向から見ると図２となり、矢印Ｆ３から見ると図３(A)となる。これらの図において、ニーバランサ１０は、本体２０を中心に構成されており、その上部に昇降可能な昇降体３０が設けられている。本体２０の前側にはアクチュエータ４０が設けられており、これによって前記昇降体３０の昇降が行われるようになっている。また、本体２０と昇降体３０の前面側には、パドル５０が設けられている。パドル５０は、本体２０に接続している下パドル５２と、前記昇降体３０に接続している上パドル５４によって構成されており、図３(B)に示すように、本体２０に対して昇降体３０が昇降することで、前記下パドル５２に対して前記上パドル５４が昇降するようになっている。
【００１３】
上述したアクチュエータ４０は、例えばガス圧を利用しており、例えば手術室内に用意された窒素供給用のアウトレットから、チューブ６１，スイッチバルブ６２，チューブ６３を介して気体シリンダ４２内に、窒素ガスが供給されている。気体シリンダ４２内に供給された窒素ガスは、一部が脱気弁６４から放出されており、窒素ガスの供給量と脱気量とのバランスにより気体シリンダ４２内の窒素ガス圧を調整することで、ピストンロッド４４が一定圧で昇降するようになっている。ピストンロッド４４には、並行にガイドロッド４５が設けられており、これらピストンロッド４４及びガイドロッド４５によって昇降バー３１が昇降し、その上に設置された昇降体３０も昇降するようになっている。
【００１４】
本体２０の後側にはピストン構造のセンサロッド７２が設けられ、上パドル５４に加わる応力に対しピストン内側のベアリングで傾き抵抗を緩和することにより、ロッド４４・４５が平行に昇降するように支えている。センサロッド７２の先端には距離センサ７０が設けられている。距離センサ７０は、例えばソレノイドコイル型の構造となっており、その中を、前記センサロッド７２が移動することで、昇降体３０の移動量，すなわち昇降距離を電子的に計測できるようになっている。なお、ピストンロッド４４，ガイドロッド４５とセンサロッド７２が並行に設けられていることで、昇降体３０の昇降動作が安定して行われるようになる。距離センサ７０の背面側には、距離目盛７４が設けられており、これによっても昇降距離を知ることができるようになっている。
【００１５】
図４には、上述した各種センサ類の接続とガス供給経路が示されている。手術室内には制御コンソール１００が設けられており、キャスタ１０２付きの支柱１０４に表示パネル１１０が支持されている。表示パネル１１０には、窒素供給用のアウトレットである窒素供給源６０からレギュレータ６５を介して窒素ガスが供給されており、その圧力が圧力センサ８０及び精密圧力調整弁８２によって検知・調整できるようになっている。なお、レギュレータ６５は、窒素供給源６０の窒素ガス圧力を予め所定の値に調整しておくためのものであり、必要に応じて設けられる。圧力センサ８０及び精密圧力調整弁８２によって圧力が調整された窒素ガスは、上述したチューブ６１に供給される。
【００１６】
表示パネル１１０には、角度エンコーダ３４，距離センサ７０，圧力センサ８０の検知信号も供給されており、それらの検知結果が表示されるようになっている。すなわち、表示パネル１１０には、窒素ガス圧１１２，距離１１６，角度１１８が表示されるようになっており、術者は、これらを参照しながら、ニーバランサ１０を操作する。
【００１７】
次に、上述した本体２０の前面側の上部には、パドル５０の下パドル５２が取り付けられており、昇降体３０の前面側には、上パドル５４が取り付けられている。図５には、それらの部分が拡大して示されており、(A)は下パドル５２，上パドル５４が離れた状態を示し、(B)は下パドル５２，上パドル５４が重なった状態を示す。また、(C)〜(F)に各パドル５２，５４の平面と側面をそれぞれ示す。
【００１８】
まず、下パドル５２側から説明すると、下パドル５２は、脛骨近位端の切断面の形状に沿った略ハート形状のプレート５２Ａと、その周囲に設けられた強度を増すためのリブ５２Ｂを備えている。プレート５２Ａの付け根部分には、下方に伸びた肉厚の腕５２Ｃが、オフセット５２Ｄを形成するように略コ字状に設けられている。腕５２Ｃの先には、取付片５２Ｅが形成されている。取付片５２Ｅは、上述した本体２０の取付溝２２Ａ内に挿入され、ネジ２２Ｂで固定される。
【００１９】
一方、上パドル５４は、前記下パドル５２のリブ５２Ｂ内に収まる形状であって、大腿骨遠位端の内側顆及び外側顆に対応する形状のプレート５４Ａを備えており、その付け根部分には、水平に伸びた肉厚の腕５２Ｃが、オフセット５４Ｄを形成するように略コ字状に設けられている。腕５４Ｃの先には、取付片５４Ｅが形成されている。取付片５４Ｅは、上述した昇降体３０の傾斜部３２に設けられた取付溝３２Ａ内に挿入され、ネジ３２Ｂで固定される。
【００２０】
下パドル５２の腕５２Ｃと上パドル５４の腕５４Ｃに形成されたオフセット５２Ｄ，５４Ｄは、膝蓋靭帯を避けるために同じ方向に形成されている。なお、図５のパドル５０は右足用で、患者の右膝の内側から膝蓋靭帯を避けるように膝関節にパドル５０を挿入するようになっている。左膝用のパドルは、オフセットの方向が図５の場合と逆になる。なお、本実施例では、上パドル５４については、表裏反転することで、右膝及び左膝の両方に適用できるように形状が工夫されている。
【００２１】
次に、上述した昇降体３０の前面側の傾斜部３２は、昇降体３０の昇降方向と直交する方向であって、パドル５０の延設方向を傾斜軸３２Ｃとして傾斜可能に、前記上パドル５４の腕５４Ｃを保持している。上パドル５４の傾斜の角度は、昇降体３０内に設けられた角度エンコーダ３４（図４参照）によって電子的に検知されるようになっている。また、昇降体３０の背面側における傾斜軸３２Ｃの端部には、指針３６Ａと傾斜角度目盛３６Ｂが設けられており、これによっても、上パドル５４の傾斜角度を知ることができるようになっている。
【００２２】
上述した本体２０の前面側には凹凸２４Ａが設けられており、背面側には凹２４Ｂが設けられている。これらの凹凸２４Ａ，２４Ｂによって、術者が本体２０を良好に手で把持できるようになっている。
【００２３】
次に、図６も参照しながら、前記実施例の作用について説明する。同図(A)は膝が伸展位にあるときの使用状態を前額面から見た図であり、(B)は膝が屈曲位にあるときの使用状態を矢状面から見た図である。脛骨ＢＴの近位端側には、脛骨ベースプレートＢＰが設けられている。術者は、ニーバランサ１０の本体２０の凹凸２４Ａ，２４Ｂを持って、パドル５０を膝関節に挿入する。ニーバランサ１０のパドル５０は、下パドル５２のプレート５２Ａとリブ５２Ｂの間に形成された凹面内に上パドル５４が収納された状態で、脛骨ベースプレートＢＰと、大腿骨ＢＦ遠位端の内側顆ＢＦａ及び外側顆ＢＦｂとの間に挿入する。本実施例によれば、背景技術のような圧縮コイルバネが存在せず、全体が薄く形成されているので、骨切除が完了する前のせまい関節裂隙への挿入が容易である。
【００２４】
この状態で、術者がスイッチバルブ６２を「ＯＮ」とすると、窒素供給源６０から一定圧の圧縮窒素がアクチュエータ４０の気体シリンダ４２に送り込まれ、昇降体３０が上昇し、更に上パドル５４が上昇する。上パドル５４は、大腿骨ＢＦ遠位端の内側顆ＢＦａ及び外側顆ＢＦｂに当接して持ち上げるが、内側側副靭帯ＭＬａ及び外側側副靭帯ＭＬｂの引っ張りの強さの影響を受けて傾くようになる。このときの下パドル５２と上パドル５４との間隔ないし距離Ｈは、距離センサ７０もしくは距離目盛７４によって知ることができる。また、下パドル５２と上パドル５４の傾きθは、角度エンコーダ３４もしくは傾斜角度目盛３６Ｂによって知ることができる。また、上述したように、前記距離Ｈや傾きθは、圧力Ｐとともに、表示パネル１１０に表示されるので、これらによっても、術者は距離Ｈ等を知ることができる。必要があれば、術者は、精密圧力調整弁８２によって圧力Ｐを調整する。術者は、進展位及び屈曲位のそれぞれにおいて、距離Ｈ及び傾きθを計測する。これらの距離Ｈ及び傾きθから、膝関節のバランスを知ることができ、これに基づいて、術者は、大腿骨遠位端の切断量や切断角度を設定する。
【００２５】
一方、角度エンコーダ３４及び距離センサ７０の検知信号は、例えばコンピュータシステムに送信され、膝関節の伸展から最大屈曲までの各屈曲肢位における変化量のデータ管理などに利用される。なお、距離Ｈ及び傾きθから、適切な大腿骨遠位端の切断量や切断角度を演算するようにしてもよい。
【００２６】
このように、本実施例によれば、次のような効果が得られる。
(1)下パドル５２と上パドル５４との間に圧縮コイルバネが存在しないので、パドル５０の全体としての厚みが大幅に低減されるようになり、骨切除が完了する前のせまい関節裂隙への挿入が容易となる。
(2)窒素供給源６０から絶えず一定の圧力が付与されて上パドル５４を持ち上げているので、膝関節の伸展から最大屈曲までの各屈曲肢位に至る可動域全域における左右の靭帯のバランスや関節裂隙の距離を連続的に計測でき、これに応じて骨切除量や角度を調整する施術を良好に行うことができる。
(3)膝蓋靭帯を避けて膝関節に挿入するためのオフセットが設けられたパドル５０は、簡単にネジで左右付け替えが可能な構造となっているため、１台で左右の膝に対応できる。
【実施例２】
【００２７】
次に、図７を参照しながら、本発明の実施例２について説明する。同図に示すように、本実施例では、大腿骨ＢＦ側に姿勢センサＡ（ジャイロセンサ）２００を設け、脛骨ＢＴ側に姿勢センサＢ２１０を設けている。具体的には、大腿骨ＢＦ側では、その遠位端側に取り付けた切断ガイド用のピンＰＡ，ＰＢにセンサ用アタッチメント２０２を取り付け、これに姿勢センサＡ２００が取り付けられる。一方、脛骨ＢＴ側では、その近位端側に脛骨ベースプレートＢＰ及び下パドル５２を介して固定されているニーバランサ１０の本体２０に、姿勢センサＢ２１０が取り付けられている。
【００２８】
これにより、膝関節が伸展位から屈曲位まで連続的に変化したときのこれら姿勢センサＡ２００，姿勢センサＢ２１０の相対角度を計測することができる（例えば特願2014-105295号参照）。更には電子的な演算を行うことで、膝の屈曲角度を知ることができる。加えて、ニーバランサ１０による距離Ｈや角度θの変化も同時に計測することができ、それらの計測値を連携させることで、より適切な施術が可能となる。
【００２９】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例では、窒素ガス圧を利用してパドルの上下動を行ったが、油圧などの液体圧を利用するようにしてもよい。
。
(2)前記実施例で示した姿勢センサの取付位置も一例であり、要するに、大腿骨側と脛骨側のいずれかに固定できれば、どのような位置であってもよい。固定方法も適宜変更してよい。
(3)前記実施例で示した各部の構造や形状は一例であり、同様の作用を奏する範囲で種々設計変更可能である
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明によれば、上パドルが下パドルの凹面内に収納されるように上パドルを形成したので、厚さが小さく、骨切除が完了する前の狭い関節裂隙への挿入が容易となる。また、気体圧もしくは液体圧を利用して、前記下パドルに対して前記上パドルを上下方向に移動させることとしたので、連続して一定の圧力を印加して、左右の靭帯のバランスの確認や関節裂隙の距離を全可動域において連続的に計測できる。更に、靭帯のテンションバランスに応じて骨切除量・角度を調整する施術を良好に行うことができ、膝関節置換術に好適である。
【符号の説明】
【００３１】
１０：ニーバランサ
２０：本体
２２Ａ：取付溝
２２Ｂ：ネジ
２４Ａ，２４Ｂ：凹凸
３０：昇降体
３１：昇降バー
３２：傾斜部
３２Ａ：取付溝
３２Ｂ：ネジ
３２Ｃ：傾斜軸
３４：角度エンコーダ
３６Ａ：指針
３６Ｂ：傾斜角度目盛
４０：アクチュエータ
４２：気体シリンダ
４４：ピストンロッド
４５：ガイドロッド
５０：パドル
５２：下パドル
５２Ａ：プレート
５２Ｂ：リブ
５２Ｃ：腕
５２Ｄ：オフセット
５２Ｅ：取付片
５４：上パドル
５４Ａ：プレート
５４Ｃ：腕
５４Ｄ：オフセット
５４Ｅ：取付片
６０：窒素供給源
６１：チューブ
６２：スイッチバルブ
６３：チューブ
６４：脱気弁
６５：レギュレータ
７０：距離センサ
７２：センサロッド
７４：距離目盛
８０：圧力センサ
８２：精密圧力調整弁
１００：制御コンソール
１０２：キャスタ
１０４：支柱
１１０：表示パネル
１１２：窒素ガス圧
１１６：距離
１１８：角度
２００：姿勢センサＡ
２０２：センサ用アタッチメント
２１０：姿勢センサＢ
ＢＦ：大腿骨
ＢＦａ：内側顆
ＢＦｂ：外側顆
ＢＰ：脛骨ベースプレート
ＢＴ：脛骨
Ｈ：距離
θ：傾き角度
ＭＬａ：内側側副靭帯
ＭＬｂ：外側側副靭帯
ＰＡ，ＰＢ：切断ガイド用のピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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