(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線方向に沿って変位する動作が可能な動作部を有するとともに生体内に配置される生体内アクチュエータであって、
生体外から作用する電磁誘導作用により生じる誘導電流が流れることで磁力を発生するとともに前記動作部として設けられる電磁石を有する電磁ユニットと、
前記電磁石を直線方向に沿って変位可能に保持するケーシングと、
前記電磁石を前記ケーシング内において付勢する弾性部材と、
を備え、
前記電磁石は、前記電磁誘導作用により磁力を発生した状態において、生体外から作用する磁力によって駆動されて前記弾性部材の付勢力に抗して直線方向に沿って変位することを特徴とする、生体内アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の生体内アクチュエータであって、
前記電磁ユニットは、前記電磁誘導作用により給電されて前記電磁石に通電する受電コイル部を有し、
前記受電コイル部は、前記ケーシングの外側に配置されて、前記ケーシングの壁部に形成された貫通孔を貫通して延びるように配置されたリード線を介して前記電磁石に接続されていることを特徴とする、生体内アクチュエータ。
【請求項３】
請求項２に記載の生体内アクチュエータであって、
前記受電コイル部は、前記電磁石が変位する方向と平行に延びる前記ケーシングの側面に対して取り付けられていることを特徴とする、生体内アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の生体内アクチュエータであって、
前記電磁石は、前記ケーシング内において一端側に向かって押し付けられるように前記弾性部材によって付勢され、生体外から作用する磁力が前記ケーシングの一端側から作用することで駆動されることを特徴とする、生体内アクチュエータ。
【請求項５】
請求項４に記載の生体内アクチュエータであって、
前記電磁石に取り付けられるとともに、前記ケーシングにおいて前記電磁石が押し付けられる一端側とは反対側の他端側に形成された開口から突出するロッド部材をさらに有し、
前記弾性部材は、前記ロッド部材が中心を貫通するように配置されるコイルバネとして形成されていることを特徴とする、生体内アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１に記載の生体内アクチュエータであって、
前記電磁ユニットは、前記電磁石として設けられて生体内に配置される内部コイルを備え、
生体外に配置される外部コイルに通電されて当該外部コイルの内側に生じる磁場中に前記内部コイルが配置されることで、当該内部コイルにおいて、生体外から作用する電磁誘導作用により生じる誘導電流が流れて磁力を発生することを特徴とする、生体内アクチュエータ。
【請求項７】
請求項６に記載の生体内アクチュエータであって、
前記外部コイルに交流電圧が印加されて通電されることで、前記内部コイルに前記電磁誘導作用により生じる誘導電流が流れることを特徴とする、生体内アクチュエータ。
【請求項８】
請求項７に記載の生体内アクチュエータであって、
前記外部コイルに交流電圧が印加されて磁場が生じることによって、前記電磁誘導作用
により前記内部コイルにおいて発生する磁力と、当該外部コイルにおいて発生して生体外から作用する磁力とが、互いに斥け合う力として発生することを特徴とする、生体内アクチュエータ。
【請求項９】
請求項７に記載の生体内アクチュエータであって、
前記電磁石は、前記ケーシング内において一端側に向かって押し付けられるように前記弾性部材によって付勢され、生体外において前記ケーシングの一端側に磁石が配置されることで生体外から作用する磁力によって駆動されることを特徴とする、生体内アクチュエータ。
【請求項１０】
骨の相対的な位置を調整する骨調整装置であって、
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の生体内アクチュエータと、
両端側においてそれぞれ骨に対して固定され又は係合するように取り付けられる第１取付部及び第２取付部を有し、前記生体内アクチュエータが配置されるとともに、前記電磁石の変位に基づいて、前記第１取付部及び前記第２取付部の一方に対する他方の相対位置を変更する調整機構と、
を備え、
前記調整機構により、前記第１取付部が取り付けられる第１の骨と前記第２取付部が取り付けられる第２の骨との相対的な位置を調整することを特徴とする、骨調整装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の骨調整装置であって、
前記調整機構は、前記第１取付部及び前記第２取付部の一方を他方に対して直線方向に沿って相対変位させるように駆動する直線駆動部と、前記電磁石が変位する方向における駆動力をその作用方向を変換して前記直線駆動部に伝達する駆動力方向変換部とを、を有することを特徴とする、骨調整装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の骨調整装置であって、
前記調整機構は、
前記第１取付部及び前記第２取付部の一方を他方に対して直線方向に沿って相対変位させるように駆動する直線駆動部と、前記電磁石が変位する方向である電磁石変位方向における駆動力を当該電磁石変位方向を中心とする回転力に変換して前記直線駆動部に伝達する駆動力回転変換部とを、有し、
前記直線駆動部は、ネジ機構として設けられて前記第１取付部及び前記第２取付部の一方を他方に対して直線方向に沿って相対変位させることを特徴とする、骨調整装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の骨調整装置であって、
前記駆動力回転変換部は、
一方の端部に歯面が形成され、前記電磁石とともに前記電磁石変位方向に変位する内歯車と、
一方の端部に歯面が形成され、前記内歯車の周囲に配置された環状の外歯車と、
前記内歯車に対して内側で噛合可能であるとともに前記外歯車に対して外側で噛合可能な歯面が端部に形成され、前記内歯車及び前記外歯車に対向するよう配置されて前記直線駆動部におけるネジ軸に回転力を伝達する対向歯車と、
を有し、
前記内歯車が前記対向歯車と噛み合いながら前記電磁石とともに変位して当該対向歯車を前記外歯車から離間させた後、前記弾性部材の付勢力によって前記電磁石とともに前記内歯車が変位して当該内歯車が前記対向歯車から離間するとともに当該対向歯車と前記外歯車とが噛合することで、前記電磁石変位方向における駆動力を当該電磁石変位方向を中心とする回転力に変換して前記直線駆動部に伝達することを特徴とする、骨調整装置。
【請求項１４】
請求項１０乃至請求項１３のいずれか１項に記載の骨調整装置であって、
前記第１の骨及び前記第２の骨の少なくともいずれか一方の長手方向に沿って前記第１の骨と前記第２の骨との間隔を拡大するように前記第１の骨と前記第２の骨との相対的な位置を調整することを特徴とする、骨調整装置。
【請求項１５】
請求項１０乃至請求項１３のいずれか１項に記載の骨調整装置であって、
前記第１の骨及び前記第２の骨の長手方向に対して直交する方向又は斜めの方向において前記第１の骨と前記第２の骨との間隔を変更するように前記第１の骨と前記第２の骨との相対的な位置を調整することを特徴とする、骨調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直線方向に沿って変位する動作が可能な動作部を有するとともに生体内に配置される生体内アクチュエータと、その生体内アクチュエータを備えて骨の相対的な位置を調整する骨調整装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、直線方向に沿って変位する動作が可能な動作部を有するとともに生体内に配置される生体内アクチュエータを備え、骨の相対的な位置を調整する骨調整装置が知られている（特許文献１乃至特許文献４参照）。これらの骨調整装置は、生体内に配置されたアクチュエータが駆動される構成であるため、生体内に骨調整装置を埋入する埋入手術が行われた後は、外科手術を伴わずに骨の相対的な位置を調整することができる。
【０００３】
特許文献１に開示された骨調整装置は、大腿骨接手部分と脛骨接手部分とを備えるヒンジ接手形式の補形物膝接手として構成されている。そして、この特許文献１においては、長さを変化させるための生体内アクチュエータとしてスピンドル及びナットからなるネジ機構を備えるものが設けられ、このネジ機構を作動させるための機構が補形物膝接手の最大曲げ位置において駆動される構成が開示されている。
【０００４】
特許文献２に開示された骨調整装置は、骨に伸長力を加えるための延伸装置として構成され、長さを伸長するための生体内アクチュエータとしてスピンドル及びナットからなるネジ機構を備えるものが設けられている。そして、この特許文献２においては、生体外に配置された電磁石コイルによって移動する磁界を発生させることによって、スピンドルにギアボックスを介して接続された磁石が回転され、スピンドルが回転する構成が開示されている。
【０００５】
特許文献３に開示された骨調整装置は、人工骨インプラントとして構成され、生体内アクチュエータとしてバネを備えるものが設けられている。そして、この特許文献３においては、誘導電流によるジュール効果によって導電層を加熱し、その熱伝導によってポリエチレンで構成された部材の一部を軟化させてクリープ変形させるとともにバネ力により部材の相対移動を行わせるものが開示されている。
【０００６】
特許文献４に開示された骨調整装置は、骨の伸長装置として構成され、生体内アクチュエータとしてシリンダ及びピストンを備えるものが設けられている。そして、この特許文献４においては、生体内に埋め込まれた容器をポンプにより作動させることで作動用食塩水をシリンダに供給する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２７５７９７６号明細書（第２−３頁、第１図）
【特許文献２】特表２００３−５３０１９５号公報（第７頁、第１−２図）
【特許文献３】特表平１０−５０８５２４号公報（第９−１０頁、第３図）
【特許文献４】特表平９−５１２７１７号公報（第９−１１頁、第１図、第７−８図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のように、特許文献１乃至特許文献４においては、生体内アクチュエータを備えて骨の相対的な位置を調整する骨調整装置が開示されている。しかしながら、これらの骨調
整装置においては、機械的な駆動力を付加することで、或いは磁界や誘導電流を生じさせることで、生体内アクチュエータが駆動されるように構成されている。このため、患者や術者が意図していないような機械的な駆動力や磁界、誘導電流が生じた場合であっても、生体内アクチュエータが意図に反して駆動されてしまう虞があり、誤作動を生じてしまう虞がある。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みることにより、外科手術を伴わずに生体内で駆動することができるとともに誤作動が生じてしまうことを抑制することができる、生体内アクチュエータ及びこの生体内アクチュエータを備える骨調整装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための第１発明に係る生体内アクチュエータは、直線方向に沿って変位する動作が可能な動作部を有するとともに生体内に配置される生体内アクチュエータであって、生体外から作用する電磁誘導作用により生じる誘導電流が流れることで磁力を発生するとともに前記動作部として設けられる電磁石を有する電磁ユニットと、前記電磁石を直線方向に沿って変位可能に保持するケーシングと、前記電磁石を前記ケーシング内において付勢する弾性部材と、を備え、前記電磁石は、前記電磁誘導作用により磁力を発生した状態において、生体外から作用する磁力によって駆動されて前記弾性部材の付勢力に抗して直線方向に沿って変位することを特徴とする。
【００１１】
この発明によると、生体外から作用する電磁誘導作用により生じる誘導電流により励磁される電磁石が、直線方向に沿って変位する動作部として設けられ、ケーシングに保持されるとともに弾性部材により付勢されている。そして、患者や術者がコイルを有する電磁石や永久磁石といった磁石を用い、上記電磁誘導作用とは独立してさらに生体外から磁力を作用させることにより、あるいは上記電磁誘導作用とともに生体外から磁力を作用させることにより、励磁した状態の電磁石が弾性部材の付勢力に抗して変位することになる。このため、外科手術を行わずに生体内アクチュエータを駆動することができる。また、生体内アクチュエータの駆動のためには、上述のように、生体外から電磁誘導作用と磁力とを同時に作用させる必要がある。このため、生体外から作用する条件が複数成立しないと生体内アクチュエータが駆動されないため、患者や術者が意図していないような駆動が行われる誤作動が生じてしまうことを抑制することができる。
【００１２】
従って、本発明によると、外科手術を伴わずに生体内で駆動することができるとともに誤作動が生じてしまうことを抑制することができる、生体内アクチュエータを提供することができる。
【００１３】
第２発明に係る生体内アクチュエータは、第１発明の生体内アクチュエータにおいて、前記電磁ユニットは、前記電磁誘導作用により給電されて前記電磁石に通電する受電コイル部を有し、前記受電コイル部は、前記ケーシングの外側に配置されて、前記ケーシングの壁部に形成された貫通孔を貫通して延びるように配置されたリード線を介して前記電磁石に接続されていることを特徴とする。
【００１４】
この発明によると、生体外からの電磁誘導作用に基づいて電磁石に通電する受電コイル部が、リード線を介してケーシングの外側に配置されている。このため、受電コイル部と電磁石とを離れた位置に配置させることが容易となる。これにより、受電コイル部に給電するための電磁誘導作用の影響を電磁石が受けにくく、電磁石を駆動するための磁力の影響を受電コイル部が受けにくい構成を実現し易くなる。
【００１５】
第３発明に係る生体内アクチュエータは、第２発明の生体内アクチュエータにおいて、前記受電コイル部は、前記電磁石が変位する方向と平行に延びる前記ケーシングの側面に
対して取り付けられていることを特徴とする。
【００１６】
この発明によると、受電コイル部がケーシングに対して電磁石の変位方向と平行に延びる側面に取り付けられる。このため、電磁誘導作用により給電するための給電コイル部を近づける方向を、電磁石を変位させるために磁石を近づける方向に対して９０度ずらすように、生体内アクチュエータを構成することができる。このため、電磁石と受電コイル部との間でさらに相互に影響を受けにくい構成を実現することができる。
【００１７】
第４発明に係る生体内アクチュエータは、第１発明乃至第３発明のいずれかの生体内アクチュエータにおいて、前記電磁石は、前記ケーシング内において一端側に向かって押し付けられるように前記弾性部材によって付勢され、生体外から作用する磁力が前記ケーシングの一端側から作用することで駆動されることを特徴とする。
【００１８】
この発明によると、電磁石は、弾性部材によりケーシングの一端側に押し付けられ、この一端側から作用する磁力によって駆動される。このため、電磁石に近い位置で生体外から効率よく磁力を作用させて電磁石を駆動させることができ、より磁力の小さい磁石での操作を可能とすることができる。
【００１９】
第５発明に係る生体内アクチュエータは、第４発明の生体内アクチュエータにおいて、前記電磁石に取り付けられるとともに、前記ケーシングにおいて前記電磁石が押し付けられる一端側とは反対側の他端側に形成された開口から突出するロッド部材をさらに有し、前記弾性部材は、前記ロッド部材が中心を貫通するように配置されるコイルバネとして形成されていることを特徴とする。
【００２０】
この発明によると、生体内アクチュエータにおける電磁石の変位をケーシングから突出するロッド部材を介して生体内に配置される他の装置に伝達してこの装置を駆動することができる。そして、コイルバネとして形成された弾性部材の中心を貫通するようにロッド部材が配置されるため、ロッド部材と弾性部材とをケーシング内における共通するスペースを活用して効率よく配置することができる。このため、よりコンパクトな構成の生体内アクチュエータを実現することができる。
【００２１】
第６発明に係る生体内アクチュエータは、第１発明の生体内アクチュエータにおいて、前記電磁ユニットは、前記電磁石として設けられて生体内に配置される内部コイルを備え、生体外に配置される外部コイルに通電されて当該外部コイルの内側に生じる磁場中に前記内部コイルが配置されることで、当該内部コイルにおいて、生体外から作用する電磁誘導作用により生じる誘導電流が流れて磁力を発生することを特徴とする。
【００２２】
この発明によると、電磁ユニットの電磁石が生体内に配置される内部コイルとして設けられ、この内部コイルが生体外に配置される外部コイルの内側の磁場中に配置される。そして、外部コイルに通電が行われることで、内部コイルにおいて、生体外からの電磁誘導作用による誘導電流が流れて磁力を発生することになる。このため、生体外で内部コイルの外側に位置するように外部コイルを配置して通電することで、電磁ユニットの電磁石に対して直接的に効率よく且つ容易に給電して、この電磁石に誘導電流を流すことができる。また、内部コイルとは別個の受電コイル部を設けなくても、電磁ユニットの電磁石に直接に誘導電流を流すことができる。
【００２３】
第７発明に係る生体内アクチュエータは、第６発明の生体内アクチュエータにおいて、前記外部コイルに交流電圧が印加されて通電されることで、前記内部コイルに前記電磁誘導作用により生じる誘導電流が流れることを特徴とする。
【００２４】
この発明によると、外部コイルに交流電圧を印加して通電するだけで、外部コイルにて発生する磁場が変化して内部コイルにおいて電磁誘導作用により誘導電流が流れることになる。このため、外部コイルの位置を変動させなくてもよく、電磁ユニットの電磁石に対して更に容易に誘導電流を流すことができる。
【００２５】
第８発明に係る生体内アクチュエータは、第７発明の生体内アクチュエータにおいて、前記外部コイルに交流電圧が印加されて磁場が生じることによって、前記電磁誘導作用により前記内部コイルにおいて発生する磁力と、当該外部コイルにおいて発生して生体外から作用する磁力とが、互いに斥け合う力として発生することを特徴とする。
【００２６】
この発明によると、外部コイルに交流電圧を印加して生じさせる生体外からの磁場の変化による電磁誘導作用により内部コイルにおいて磁場が生じ、外部コイルの磁場と内部コイルの磁場とが互いに作用する。そして、内部コイルにおいて外部コイルとの間で発生する磁力と、外部コイルにおいて内部コイルとの間で発生する生体外からの磁力とが、互いに斥け合う反発力として発生することになる。これにより、外部コイルに交流電圧を印加して通電するだけで、電磁ユニットの電磁石を弾性部材の付勢力に抗して容易に駆動することができる。
【００２７】
第９発明に係る生体内アクチュエータは、第７発明の生体内アクチュエータにおいて、前記電磁石は、前記ケーシング内において一端側に向かって押し付けられるように前記弾性部材によって付勢され、生体外において前記ケーシングの一端側に磁石が配置されることで生体外から作用する磁力によって駆動されることを特徴とする。
【００２８】
この発明によると、電磁ユニットの電磁石は、弾性部材によりケーシングの一端側に押し付けられ、生体外でこの一端側に配置された磁石から作用する磁力によって駆動される。このため、外部コイルに交流電圧を印加して通電することによる駆動力が小さい場合であっても、上記の磁石を更に用いることで、電磁ユニットの電磁石に対して、弾性部材の付勢力に抗するに十分な所望の駆動力をより確実に付与することができる。尚、生体外においてケーシングの一端側に配置する磁石としては、永久磁石でも電磁石でもいずれでもよい。尚、交流電圧が印加されるコイルを有する電磁石を上記の磁石として用いる場合には、電磁ユニットの内部コイルにおいて電磁誘導作用により生じる誘導電流の位相との関係に基づいて、電磁ユニットの電磁石と生体外に配置される上記磁石との間で斥け合う力が生じるように、位相が調整された交流電圧を上記磁石に印加する必要がある。
【００２９】
また、他の観点の発明として、上述したいずれかの生体内アクチュエータを備える骨調整装置の発明を構成することもできる。即ち、第１０発明に係る骨調整装置は、骨の相対的な位置を調整する骨調整装置であって、第１発明乃至第９発明のいずれかの生体内アクチュエータと、両端側においてそれぞれ骨に対して固定され又は係合するように取り付けられる第１取付部及び第２取付部を有し、前記生体内アクチュエータが配置されるとともに、前記電磁石の変位に基づいて、前記第１取付部及び前記第２取付部の一方に対する他方の相対位置を変更する調整機構と、を備え、前記調整機構により、前記第１取付部が取り付けられる第１の骨と前記第２取付部が取り付けられる第２の骨との相対的な位置を調整することを特徴とする。
【００３０】
この発明によると、生体内アクチュエータの電磁石の変位に基づいて第１及び第２取付部の相対位置を変更する調整機構により、第１及び第２取付部がそれぞれ取り付けられる第１及び第２の骨の相対的な位置が調整される。このように、前述した生体内アクチュエータにより駆動されて骨の相対的な位置を調整する骨調整装置を構成することができる。従って、外科手術を伴わずに生体内で駆動することができるとともに誤作動が生じてしまうことを抑制することができる、骨調整装置を提供することができる。
【００３１】
第１１発明に係る骨調整装置は、第１０発明の骨調整装置において、前記調整機構は、前記第１取付部及び前記第２取付部の一方を他方に対して直線方向に沿って相対変位させるように駆動する直線駆動部と、前記電磁石が変位する方向における駆動力をその作用方向を変換して前記直線駆動部に伝達する駆動力方向変換部とを、を有することを特徴とする。
【００３２】
この発明によると、生体内アクチュエータの駆動力の作用方向を駆動力方向変換部により変換し、直線駆動部により直線方向に沿って相対変位させるように第１及び第２の骨の相対的な位置を調整することができる。このため、生体内アクチュエータの駆動力の作用方向と第１及び第２の骨の位置調整方向とを適宜組み合わせて実現することができ、生体内アクチュエータと調整機構とがよりコンパクトなスペースに効率よく配置された骨調整装置を実現することができる。
【００３３】
第１２発明に係る骨調整装置は、第１０発明の骨調整装置において、前記調整機構は、前記第１取付部及び前記第２取付部の一方を他方に対して直線方向に沿って相対変位させるように駆動する直線駆動部と、前記電磁石が変位する方向である電磁石変位方向における駆動力を当該電磁石変位方向を中心とする回転力に変換して前記直線駆動部に伝達する駆動力回転変換部とを、有し、前記直線駆動部は、ネジ機構として設けられて前記第１取付部及び前記第２取付部の一方を他方に対して直線方向に沿って相対変位させることを特徴とする。
【００３４】
この発明によると、生体内アクチュエータの駆動力を駆動力回転変換部によって電磁石変位方向を中心とする回転力に変換し、ネジ機構として構成された直線駆動部により直線方向に沿って相対変位させるように第１及び第２の骨の相対的な位置を調整することができる。このため、生体内アクチュエータの駆動力の作用方向と直線駆動部による第１及び第２の骨の位置調整方向とを一致させる骨調整装置を実現することができる。これにより、生体内アクチュエータと調整機構とがよりコンパクトなスペースに効率よく配置された骨調整装置を実現することができる。
【００３５】
第１３発明に係る骨調整装置は、第１２発明の骨調整装置において、前記駆動力回転変換部は、一方の端部に歯面が形成され、前記電磁石とともに前記電磁石変位方向に変位する内歯車と、一方の端部に歯面が形成され、前記内歯車の周囲に配置された環状の外歯車と、前記内歯車に対して内側で噛合可能であるとともに前記外歯車に対して外側で噛合可能な歯面が端部に形成され、前記内歯車及び前記外歯車に対向するよう配置されて前記直線駆動部におけるネジ軸に回転力を伝達する対向歯車と、を有し、前記内歯車が前記対向歯車と噛み合いながら前記電磁石とともに変位して当該対向歯車を前記外歯車から離間させた後、前記弾性部材の付勢力によって前記電磁石とともに前記内歯車が変位して当該内歯車が前記対向歯車から離間するとともに当該対向歯車と前記外歯車とが噛合することで、前記電磁石変位方向における駆動力を当該電磁石変位方向を中心とする回転力に変換して前記直線駆動部に伝達することを特徴とする。
【００３６】
この発明によると、駆動力回転変換部が、内歯車と、その外側に配置された外歯車と、内歯車に内側で外歯車に外側で噛合する対向歯車とで構成される。そして、電磁ユニットの電磁石が磁力で変位したときは内歯車が対向歯車を外歯車から離間させ、弾性部材の付勢力で電磁石の変位が戻るときは対向歯車が外歯車と噛み合いながら回転して直線駆動部のネジ軸を回転する。このため、電磁ユニットの電磁石の駆動力を電磁石変位方向を中心とする回転力に変換して直線駆動部に伝達する駆動力回転変換部を、内歯車と外歯車と対向歯車とを用いたコンパクトな構成で実現することができる。
【００３７】
第１４発明に係る骨調整装置は、第１０発明乃至第１３発明の骨調整装置において、前記第１の骨及び前記第２の骨の少なくともいずれか一方の長手方向に沿って前記第１の骨と前記第２の骨との間隔を拡大するように前記第１の骨と前記第２の骨との相対的な位置を調整することを特徴とする。
【００３８】
この発明によると、骨調整装置により、第１及び第２の骨の少なくともいずれかの長手方向に沿って第１及び第２の骨の間隔が拡大されるように調整される。これにより、骨と骨との相対位置を引き伸ばすように延長する骨延長装置としての骨調整装置を実現することができる。
【００３９】
第１５発明に係る骨調整装置は、第１０発明乃至第１３発明の骨調整装置において、前記第１の骨及び前記第２の骨の長手方向に対して直交する方向又は斜めの方向において前記第１の骨と前記第２の骨との間隔を変更するように前記第１の骨と前記第２の骨との相対的な位置を調整することを特徴とする。
【００４０】
この発明によると、骨調整装置により、第１及び第２の骨の長手方向に対して直交又は斜めの方向において第１及び第２の骨の間隔が変更されるように調整される。これにより、例えば脊柱の歪みを矯正する脊椎矯正装置のように、骨と骨との相対位置を所定の方向に矯正する骨矯正装置としての骨調整装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によると、外科手術を伴わずに生体内で駆動することができるとともに誤作動が生じてしまうことを抑制することができる、生体内アクチュエータ及びこの生体内アクチュエータを備える骨調整装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る生体内アクチュエータが生体内に配置された状態を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示す生体内アクチュエータの作動を説明するための断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る生体内アクチュエータが生体内に配置された状態を模式的に示す断面図である。
【図４】図３に示す生体内アクチュエータの作動を説明するための断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る骨調整装置を示す断面図である。
【図６】図５に示す骨調整装置が、人工関節として適用された例を骨の断面とともに示す断面図である。
【図７】図６に示す骨調整装置の作動を説明する断面図である。
【図８】図６に示す骨調整装置の変形例に係る骨調整装置を示す断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る骨調整装置を示す断面図である。
【図１０】図９に示す骨調整装置が適用される脊柱を説明するための脊柱の正面図である。
【図１１】図９に示す骨調整装置の変形例に係る骨調整装置を示す断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る骨調整装置を示す断面図である。
【図１３】図１２に示す骨調整装置が、人工関節として適用された例を骨の断面とともに示す断面図である
【図１４】図１２に示す骨調整装置における歯車機構の作動を説明するための側面図である。
【図１５】図１２に示す骨調整装置における歯車機構の作動を説明するための側面図である。
【図１６】図１２に示す骨調整装置の作動を説明する断面図である。
【図１７】図６に示す骨調整装置における生体内アクチュエータの他の駆動形態を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、本発明の実施形態に係る生体内アクチュエータは、直線方向に沿って変位する動作が可能な動作部を有するとともに生体内に配置される生体内アクチュエータとして広くて適用できるものである。また、本発明の実施形態に係る骨調整装置は、骨の相対的な位置を調整する骨調整装置として広く適用できるものである。
【００４４】
［生体内アクチュエータの第１実施形態］
（生体内アクチュエータの全体構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る生体内アクチュエータ１が人体に対して適用されて生体内である人体の内部に配置された状態を模式的に示す断面図である。尚、図１では、人体については、皮膚１００の外形の一部を図示しており、人体組織の図示を省略している。また、図１では、皮膚の内側である生体内１０１及び皮膚の外側である生体外１０２の各領域を矢印で示している。また、生体内アクチュエータ１は、図示しないシール手段により、この生体内アクチュエータ１とその周囲の生体組織とが電気的に遮断されており、漏電などが防止される構成になっている。
【００４５】
図１に示す生体内アクチュエータ１は、生体内１０１に配置された状態で用いられる。そして、この生体内アクチュエータ１は、電磁ユニット１１、ケーシング１２、弾性部材１３、ロッド部材１４などを備えて構成されている。尚、図１において、電磁ユニット１１及びケーシング１２は断面図を示している。
【００４６】
（電磁ユニットの構成）
図１に示すように、電磁ユニット１１は、電磁石１５、磁心１６、受電コイル部１７、リード線１８を備えて構成されている。電磁石１５は、後述する給電装置１０３によって生体外１０２から作用する電磁誘導作用により生じる誘導電流が流れることで励磁されて磁力を発生するように構成されている。尚、本実施形態では、この電磁石１５は、上記電磁誘導作用により誘導電流が流れて磁場が発生し、後述のように生体外での磁場発生手段である磁石１０４によって生体外からの磁場が作用することで、磁石１０４との間で磁力を発生するように構成されている。そして、この電磁石１５は、リード線１８を介して受電コイル部１７と接続されている。また、電磁石１５の中心部には、より強い磁力を発生させることができるようにするため、磁心１６が配置されている。この磁心１６を形成する材料としては、軟磁性材料が適しており、例えば、Ｆｅ−Ｃｏ系合金などを用いることができる。
【００４７】
電磁ユニット１１の受電コイル部１７は、給電装置１０３からの電磁誘導作用により非接触で給電されてリード線１８を介して電磁石１５に通電するように構成されている。尚、給電装置１０３は、生体内アクチュエータ１を駆動するために必要な複数（２つ）の機器のうちの１つであり、給電コイル部１０３ａ、電源１０３ｂなどを備えて構成されている。給電コイル部１０３ａと受電コイル部１７とを接近させるように生体外１０２から皮膚１００に対して給電装置１０３を近づけることで、電磁誘導作用により生じた誘導電流が受電コイル部１７及び電磁石１５が接続された回路に流れ、電磁石１５が通電されて励磁されることになる。また、受電コイル部１７は、適宜被覆された状態でケーシング１２の外側に配置されている。
【００４８】
（ケーシングの構成）
図１に示すように、ケーシング１２は、円筒状に形成されており、その内周側において電磁石１５の外周を支持し、円筒軸方向である直線方向（図中両端矢印Ａ方向）に沿って電磁石１５を変位可能に保持している。このケーシング１２は、例えば、チタン合金等を用いて形成することができる。尚、電磁石１５は、ケーシング１２により直線方向に沿って変位可能に保持されるように構成されることで、本実施形態において、直線方向に沿って変位する動作が可能な動作部として設けられている。
【００４９】
また、ケーシング１２は、電磁石１５が内部で対向する一端側が皮膚１００に対向するように配置されている。そして、ケーシング１２の一端側の端部には、磁束部材１９が取り付けられている。この磁束部材１９は、後述する磁石１０４（図２参照）が生体外１０２から皮膚１００を介して生体内アクチュエータ１に近づけられたときに、磁石１０４からの磁場を伝達し易くするために設けられている。この磁束部材１９を形成する材料としては、透磁率の高い材料が適しており、例えば、Ｆｅ−Ｃｏ系合金や鉄酸化物のフェライトなどを用いることができる。
【００５０】
また、ケーシング１２の側面の壁部には、円筒軸方向に沿って延びるスリット状の孔として設けられた貫通孔１２ａが形成されている。電磁石１５と受電コイル部１７とを接続するリード線１８が、貫通孔１２ａを貫通して延びるように配置されている。リード線１８が配置される貫通穴１２ａにおいては、図示しないシール手段によりケーシング１２の内部と外部とが封止された状態に維持されている。尚、貫通孔１２ａを介して延びるリード線１８に接続される受電コイル部１７は、電磁石１５が変位する方向と平行に延びるケーシング１２の側面に対して取り付けられている。
【００５１】
（弾性部材の構成）
図１に示すように、弾性部材１３は、例えばコイルバネとして形成されており、その伸縮方向がケーシング１２の円筒軸方向に沿うようにケーシング１２内に配置され、電磁石１５をケーシング１２内において付勢するように構成されている。そして、弾性部材１３の一端側は電磁石１５に当接し、弾性部材１３の他端側はケーシング１２の他端側において係止されている。これにより、電磁石１５は、ケーシング１２内において一端側に向かって押し付けられるように弾性部材１３によって付勢される。尚、ケーシング１２においては電磁石１５が押し付けられる一端側とは反対側の他端側に開口２０が形成されており、弾性部材１３の他端側はケーシング１２における開口２０を形成する他端側の縁部分にて係止されている。
【００５２】
（ロッド部材の構成）
図１に示すように、ロッド部材１４は、電磁石１５に取り付けられるとともにケーシング１２の開口２０から突出するように配置されている。そして、ロッド部材１４は、ケーシング１２内においてコイルバネとして設けられている弾性部材１３の中心を貫通するよ
うに配置されている。また、ロッド部材１４は、固定部材１４ａと揺動部材１４ｂとを備えて構成されている。固定部材１４ａの一端側は、電磁石１５に対して固定されるように取り付けられており、固定部材１４ａの他端側には、揺動部材１４ｂが取り付けられている。尚、揺動部材１４ｂは、その一端側が固定部材１４ａに対して所定の方向において揺動自在に取り付けられている。
【００５３】
（生体内アクチュエータの作動）
次に、上述した生体内アクチュエータ１の作動について説明する。生体内アクチュエータ１は、ケーシング１２内において電磁石１５が弾性部材１３により押し付けられている一端側が皮膚１００に近い側に位置するように、生体内１０１において配置される。そして、生体内アクチュエータ１は、その全てが生体内１０１に配置される手術が完了し、皮膚１００の縫合処置等も施され、生体内１０１と生体外１０２とが皮膚１００を介して遮断された状態で、駆動されることになる。この生体内アクチュエータ１は、生体内に配置されるとともに直線方向に沿って変位する動作に基づいて作動する装置であれば広く適用でき、後述するような骨調整装置を含む種々の装置に対して適用することができる。尚、骨調整装置以外としては、例えば、生体内で必要に応じて所定量の薬剤を供給するための薬剤供給装置や、人工食道装置、人工尿道装置などに対して適用することができる。
【００５４】
図２は、図１に対応して生体内アクチュエータ１の作動を説明するための図である。生体内１０１に配置された生体内アクチュエータ１は、駆動操作が行われていない状態、即ち、後述する電磁誘導作用や磁力が生体外１０２から作用していない状態においては、図１に示すように、弾性部材１３の付勢力によってケーシング１２内で一端側に押し付けられて停止している。
【００５５】
上述の状態から、患者や術者が生体内アクチュエータ１を作動させる際には、まず、図１に示すように、給電装置１０３を電源が投入された状態でその給電コイル１０３ａが受電コイル部１７に近づくように皮膚１００に接近させる。これにより、電磁ユニット１１に対して非接触で給電が行われ、電磁誘導作用により生じる誘導電流が受電コイル部１７に流れて電磁石１５に通電が行われてこの電磁石１５が励磁される。この状態では、図１に示すように、弾性部材１３の付勢力によって電磁石１５がケーシング１２内の一端側に押し付けられた状態のまま停止している。
【００５６】
生体内アクチュエータ１は、給電装置１０３による非接触式の給電が行われている状態において、即ち、電磁石１５が上記電磁誘導作用により磁力を発生した状態において、さらに、図２に示すように、生体外１０２から患者や術者の操作に基づいて磁石１０４が皮膚１００に接近するように近づけられることで、駆動操作が行われる。磁石１０４が皮膚１００を介して生体内アクチュエータ１に近づけられると、電磁石１５は、生体外１０２から作用する磁石１０４の磁場による磁力により駆動されて弾性部材１３の付勢力に抗して直線方向に沿って変位することになる。このとき、電磁石１５は、生体外１０２から作用する磁力がケーシング１２の一端側から作用することで駆動される。これにより、電磁石１５とともにロッド部材１４が変位し、この変位動作に基づいて、ロッド部材１４に連結された他の装置が作動することになる。一方、上述の図２に示す状態から、給電装置１０３による給電を停止すると、電磁石１５が弾性部材１３の付勢力によってケーシング１２内にて一端側に付勢される。このように、磁石１０４による磁力を作用させた状態のまま、給電装置１０３による給電動作と給電の停止動作とを繰り返すことで、往復運動を行わせるように電磁石１５及びロッド部材１４を駆動することができる。
【００５７】
尚、磁石１０４としては、永久磁石や電磁石を用いることができる。磁石１０４として永久磁石を用いる場合には、例えば、ネオジム磁石などの強力な磁場を発生させることができる磁石を用いることができる。また、往復運動を行わせるように電磁石１５を駆動す
る際には、前述のような給電装置１０３による操作でなく、磁石１０４による操作を行ってもよい。この場合、磁石１０４を皮膚１００に対して接近させたり遠ざけたりすることで操作してもよく、また、電磁石として構成された磁石１０４の電源の切り替えにより操作してもよい。
【００５８】
（生体内アクチュエータの効果）
以上説明した生体内アクチュエータ１によると、生体外１０２の給電装置１０３から作用する電磁誘導作用により生じる誘導電流により励磁される電磁石１５が、直線方向に沿って変位する動作部として設けられ、ケーシング１２に保持されるとともに弾性部材１３により付勢されている。そして、患者や術者が磁石１０４を用い、上記電磁誘導作用とは独立してさらに生体外１０２から磁力を作用させることにより、励磁した状態の電磁石１５が弾性部材１３の付勢力に抗して変位することになる。このため、外科手術を行わずに生体内アクチュエータ１を駆動することができる。また、生体内アクチュエータ１の駆動のためには、上述のように、生体外１０２から電磁誘導作用と磁力とを別々に且つ同時に作用させる必要がある。このため、生体外１０２から作用する条件が複数成立しないと生体内アクチュエータ１が駆動されないため、患者や術者が意図していないような駆動が行われる誤作動が生じてしまうことを抑制することができる。
【００５９】
従って、生体内アクチュエータ１によると、外科手術を伴わずに生体内で駆動することができるとともに誤作動が生じてしまうことを抑制することができる。
【００６０】
また、生体内アクチュエータ１によると、生体外１０２からの電磁誘導作用に基づいて電磁石１５に通電する受電コイル１７が、リード線１８を介してケーシング１２の外側に配置されている。このため、受電コイル部１７と電磁１５とを離れた位置に配置させることが容易となる。これにより、受電コイル部１７に給電するための電磁誘導作用の影響を電磁石１５が受けにくく、電磁石１５を駆動するための磁力の影響を受電コイル部１７が受けにくい構成を実現し易くなる。
【００６１】
また、生体内アクチュエータ１によると、受電コイル部１７がケーシング１２に対して電磁石１５の変位方向と平行に延びる側面に取り付けられる。このため、電磁誘導作用により給電するための給電コイル部１０３ａを近づける方向を、電磁石１５を変位させるために磁石１０４を近づける方向に対して９０度ずらすように、生体内アクチュエータ１を構成することができる。このため、電磁石１５と受電コイル部１７との間でさらに相互に影響を受けにくい構成を実現することができる。
【００６２】
また、生体内アクチュエータ１によると、電磁石１５は、弾性部材１３によりケーシング１２の一端側に押し付けられ、この一端側から作用する磁力によって駆動される。このため、電磁石１５に近い位置で生体外１０２から効率よく磁力を作用させて電磁石１５を駆動させることができ、より磁力の小さい磁石１０４での操作を可能とすることができる。
【００６３】
また、生体内アクチュエータ１によると、生体内アクチュエータ１における電磁石１５の変位をケーシング１２から突出するロッド部材１４を介して生体内１０１に配置される他の装置に伝達してこの装置を駆動することができる。そして、コイルバネとして形成された弾性部材１３の中心を貫通するようにロッド部材１４が配置されるため、ロッド部材１４と弾性部材１３とをケーシング１２内における共通するスペースを活用して効率よく配置することができる。このため、よりコンパクトな構成の生体内アクチュエータ１を実現することができる。
【００６４】
［生体内アクチュエータの第２実施形態］
（生体内アクチュエータの全体構成）
図３は、本発明の第２実施形態に係る生体内アクチュエータ２が人体に対して適用されて生体内である人体の内部に配置された状態を模式的に示す断面図である。尚、図３では、人体については、足（脚）又は腕における皮膚１１０の外形の一部を例示しており、人体組織の図示を省略している。また、図３では、皮膚の内側である生体内１１１及び皮膚の外側である生体外１１２の各領域を矢印で示している。また、生体内アクチュエータ２は、図示しないシール手段により、この生体内アクチュエータ２とその周囲の生体組織とが電気的に遮断されており、漏電などが防止される構成になっている。
【００６５】
図３に示す生体内アクチュエータ２は、生体内１１１に配置された状態で用いられる。そして、この生体内アクチュエータ２は、電磁ユニット２１、ケーシング２２、弾性部材２３、ロッド部材２４などを備えて構成されている。尚、図３において、電磁ユニット２１及びケーシング２２は断面図を示している。
【００６６】
（電磁ユニットの構成）
図３に示すように、電磁ユニット２１は、電磁石として設けられて生体内に配置される内部コイル２５（「電磁石２５」ともいう）と、磁心２６とを備えて構成されている。尚、電磁ユニット２１においては、第１実施形態の電磁ユニット１１のような受電コイル部１７やリード線１８は設けられていない。内部コイル２５は、後述する外部コイル１１３によって生体外１１２から作用する電磁誘導作用により生じる誘導電流が流れることで励磁されて磁力を発生するように構成されている。尚、本実施形態では、この内部コイル２５は、上記電磁誘導作用により誘導電流が流れて磁場が発生し、生体外での磁場発生手段である外部コイル１１３によって生体外からの磁場が作用することで、外部コイル１１３との間で磁力を発生するように構成されている。また、内部コイル２５の中心部には、より強い磁力を発生させることができるようにするため、磁心２６が配置されている。この磁心２６を形成する材料としては、軟磁性材料が適しており、例えば、Ｆｅ−Ｃｏ系合金などを用いることができる。
【００６７】
また、図３に示すように、電磁ユニット２１の作動のために、本実施形態では、生体外１１２に配置される環状の外部コイル１１３が用いられる。電磁ユニット２１を作動させる際には、例えば、生体内アクチュエータ２が配置された足や腕が外部コイル１１３の貫通孔に挿入され、外部コイル１１３に交流電圧が印加されて通電が行われる。尚、このとき、外部コイル１１３は内部コイル２５と略同心上に配置され、内部コイル２５の中心位置に対して外部コイル１１３の中心位置が少しずれるように配置される。このように外部コイル１１３に通電されて外部コイル１１３の内側に生じる磁場中に内部コイル２５が配置されることで、内部コイル２５において、生体外１１２から作用する電磁誘導作用により生じる誘導電流が流れて磁力を発生することになる。そして、外部コイル１１３に交流電圧が印加されて磁場が生じることによって、外部コイル１１３からの電磁誘導作用により内部コイル２５において発生する磁力と、外部コイル１１３において発生して生体外１１２から作用するする磁力とが、互いに斥け合う（反発し合う）力として発生することになる。即ち、トムソンリングの原理による磁力が発生することになる。尚、外部コイル１１３は、内部コイル２５に対して電磁誘導作用により非接触で給電する機構を構成するとともに、内部コイルをトムソンリングの原理により駆動する機構も構成している。この外部コイル１１３としては、例えば、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ：核磁気共鳴画像装置）を利用してもよい。
【００６８】
（ケーシングの構成）
図３に示すケーシング２２は、円筒状に形成されており、その内周側において電磁石２５の外周を支持し、円筒軸方向である直線方向（図中両端矢印Ｂ方向）に沿って電磁石２５を変位可能に保持している。このケーシング２２は、例えば、チタン合金等を用いて形
成することができる。尚、電磁石２５は、ケーシング２２により直線方向に沿って変位可能に保持されるように構成されることで、本実施形態において、直線方向に沿って変位する動作が可能な動作部として設けられている。
【００６９】
（弾性部材の構成）
図３に示す弾性部材２３は、例えばコイルバネとして形成されており、その伸縮方向がケーシング２２の円筒軸方向に沿うようにケーシング２２内に配置され、電磁石２５を磁心２６とともにケーシング２２内において付勢する圧縮バネとして構成されている。そして、弾性部材２３の一端側は電磁ユニット２１に当接し、弾性部材２３の他端側はケーシング２２の他端側において係止されている。これにより、電磁ユニット２１の電磁石２５は、ケーシング２２内において一端側に向かって押し付けられるように弾性部材２３によって付勢される。尚、ケーシング２２においては電磁石２５が押し付けられる一端側とは反対側の他端側に開口２７が形成されており、弾性部材２３の他端側はケーシング２２における開口２７を形成する他端側の縁部分にて係止されている。
【００７０】
（ロッド部材の構成）
図３に示すロッド部材２４は、電磁ユニット２１に取り付けられるとともにケーシング２２の開口２７から突出するように配置されている。そして、ロッド部材２４は、ケーシング２２内においてコイルバネとして設けられている弾性部材２３の中心を貫通するように配置されている。このロッド部材２４は、電磁ユニット２１に対して固定され、電磁ユニット２１とともに直線方向に沿って変位するように構成されている。尚、本実施形態では、ロッド部材２４は、電磁ユニット２１に対して一体的に固定されているが、第１実施形態のロッド部材１４のように固定部材と揺動部材とで構成されているものであってもよい。
【００７１】
（生体内アクチュエータの作動）
次に、上述した生体内アクチュエータ２の作動について説明する。生体内アクチュエータ２は、その全てが生体内１１１に配置される手術が完了し、皮膚１１０の縫合処置等も施され、生体内１１１と生体外１１２とが皮膚１１０を介して遮断された状態で、駆動されることになる。この生体内アクチュエータ２は、生体内に配置されるとともに直線方向に沿って変位する動作に基づいて作動する装置であれば広く適用でき、後述するような骨調整装置を含む種々の装置に対して適用することができる。尚、骨調整装置以外としては、例えば、生体内で必要に応じて所定量の薬剤を供給するための薬剤供給装置や、人工食道装置、人工尿道装置などに対して適用することができる。
【００７２】
図４は、図３に対応して生体内アクチュエータ２の作動を説明するための図である。生体内１１１に配置された生体内アクチュエータ２は、駆動操作が行われていない状態、即ち、後述する電磁誘導作用および磁力が生体外１１２から作用していない状態においては、図３に示すように、弾性部材２３の付勢力によってケーシング２２内で一端側に押し付けられて停止している。
【００７３】
上述の状態から生体内アクチュエータ２を作動させる際には、まず、生体内アクチュエータ２が配置された足や腕が外部コイル１１３の貫通孔に挿入され、前述のように、外部コイル１１３が内部コイル２５と略同心上に配置され、内部コイル２５の中心位置に対して外部コイル１１３の中心位置が少しずれるように配置される。そして、外部コイル１１３に交流電圧が印加されて通電が行われる。これにより、電磁ユニット２１に対して非接触で給電が行われ、電磁誘導作用により生じる誘導電流が内部コイル２５に流れてこの内部コイル（電磁石）２５が励磁される。
【００７４】
そして、生体内アクチュエータ２は、外部コイル１１３による非接触式の給電が行われ
ている状態においては、内部コイル２５に上記電磁誘導作用により誘導電流が流れて磁場が発生し、生体外１１２での磁場発生手段でもある外部コイル１１３によって生体外１１２からの磁場が作用することで、内部コイル２５において外部コイル１１３との間で磁力を発生することになる。このとき、内部コイル２５においては、外部コイル１１３に交流電圧が印加されることで外部コイル１１３において生じる変動磁場に対して、上記電磁誘導作用により約半波長分位相がずれた変動磁場が発生する。即ち、内部コイル２５と外部コイル１１３において、常時逆向きの変動磁場が発生することになる。このため、外部コイル１１３による電磁誘導作用による変動磁場が生じた内部コイル２５における磁力と、交流電圧が印加されることで変動磁場が生じた外部コイル１１３における磁力（生体外１１２から作用する磁力）とは、互いに斥け合う反発力として発生することになる。これにより、図４に示すように、内部コイル（電磁石）２５は、電磁誘導作用により磁力を発生した状態において、生体外１１２の外部コイル１１３から作用する磁力によって駆動されて弾性部材２３の付勢力に抗して直線方向に沿って変位することになる。
【００７５】
尚、内部コイル２５と外部コイル１１３との間で発生する反発力の大きさは、外部コイル１１３の変動磁場とこれと逆位相の内部コイル２５の変動磁場とに応じて、最大値とゼロ近傍との間で振動することになる。しかし、弾性部材２３のバネ変形の速度よりも十分に速く変化する周波数の交流電圧が外部コイル１１３に印加されることで、内部コイル２５と外部コイル１１３との間では、常時平均的な大きさの反発力が作用したような状態となる。このため、外部コイル１１３の交流電圧の電源が投入されている間（電源がＯＮの間）は、内部コイル２５は、上記反発力により、弾性部材２３の付勢力に抗して変位した状態に維持されることになる。
【００７６】
上述のように電磁石２５が駆動されることで、この電磁石２５とともにロッド部材２４が変位し、この変位動作に基づいて、ロッド部材２４に連結された他の装置が作動することになる。一方、図４に示す状態から、外部コイル１１３の交流電圧の電源を切断し（電源をＯＦＦにし）、電磁石２５への給電を停止すると、電磁石２５が弾性部材２３の付勢力によってケーシング２２内にて一端側に付勢される。このように、外部コイル１１３の交流電圧の電源のＯＮ−ＯＦＦ動作を繰り返すことで、往復運動を行わせるように電磁石２５及びロッド部材２４を駆動することができる。
【００７７】
（生体内アクチュエータの効果）
以上説明した生体内アクチュエータ２によると、生体外１１２の外部コイル１１３から作用する電磁誘導作用により生じる誘導電流により励磁される電磁石２５が、直線方向に沿って変位する動作部として設けられ、ケーシング２２に保持されるとともに弾性部材２３により付勢されている。そして、外部コイル１１３により、上記電磁誘導作用とともに生体外１１２から磁力を作用させることにより、励磁した状態の電磁石２５が弾性部材２３の付勢力に抗して変位することになる。このため、外科手術を行わずに生体内アクチュエータ２を駆動することができる。また、生体内アクチュエータ２の駆動のためには、上述のように、生体外１１２から電磁誘導作用と磁力とを同時に作用させる必要がある。このため、生体外１１２から作用する条件が複数成立しないと生体内アクチュエータ２が駆動されないため、患者や術者が意図していないような駆動が行われる誤作動が生じてしまうことを抑制することができる。
【００７８】
従って、生体内アクチュエータ２によると、外科手術を伴わずに生体内で駆動することができるとともに誤作動が生じてしまうことを抑制することができる。
【００７９】
また、生体内アクチュエータ２によると、電磁ユニット２１の電磁石２５が生体内１１に配置される内部コイル２５として設けられ、この内部コイル２５が生体外１１２に配置される外部コイル１１３の内側の磁場中に配置される。そして、外部コイル１１３に通電
が行われることで、内部コイル２５において、生体外１１２からの電磁誘導作用による誘導電流が流れて磁力を発生することになる。このため、生体外１１２で内部コイル２５の外側に位置するように外部コイル１１３を配置して通電することで、電磁ユニット２１の電磁石２５に対して直接的に効率よく且つ容易に給電して、この電磁石２５に誘導電流を流すことができる。また、内部コイル２５とは別個の受電コイル部を設けなくても、電磁ユニット２１の電磁石２５に直接に誘導電流を流すことができる。
【００８０】
また、生体内アクチュエータ２によると、外部コイル１１３に交流電圧を印加して通電するだけで、外部コイル１１３にて発生する磁場が変化して内部コイル２５において電磁誘導作用により誘導電流が流れることになる。このため、外部コイル１１３の位置を変動させなくてもよく、電磁ユニット２１の電磁石２５に対して更に容易に誘導電流を流すことができる。
【００８１】
また、生体内アクチュエータ２によると、外部コイル１１３に交流電圧を印加して生じさせる生体外１１２からの磁場の変化による電磁誘導作用により内部コイル２５において磁場が生じ、外部コイル１１３の磁場と内部コイル２５の磁場とが互いに作用する。そして、内部コイル２５において外部コイル１１３との間で発生する磁力と、外部コイル１１３において内部コイル２５との間で発生する生体外１１２からの磁力とが、互いに斥け合う反発力として発生することになる。これにより、外部コイル１１３に交流電圧を印加して通電するだけで、電磁ユニット２１の電磁石２５を弾性部材２３の付勢力に抗して容易に駆動することができる。
【００８２】
［骨調整装置の第１実施形態］
（骨調整装置の構成）
次に、骨調整装置の第１実施形態について説明する。図５は、第１実施形態に係る骨調整装置３０を示す断面図である。骨調整装置３０は、骨の相対的な位置を調整する装置として構成され、第１実施形態においては、後述するように骨と骨との間隔を拡大する骨延長装置として設けられている。尚、第１実施形態の骨調整装置としては、骨腫瘍に対して腫瘍部である骨及び関節を切除する手術が行われた際において、この切除部分の代替として用いられる骨腫瘍用人工関節として機能する骨延長装置を例にとって説明する。
【００８３】
図５に示すように、骨調整装置３０は、第１実施形態の生体内アクチュエータ１と、調整機構３１とを備えて構成されている。尚、生体内アクチュエータ１の構成と作動については、前述の通りであり、説明を省略する。調整機構３１は、第１取付部３２、第２取付部３３、ハウジング３４、ネジ機構３５、リンク機構３６、ギアボックス３７を備えて構成されている。この調整機構３１は、生体内アクチュエータ１が配置されるとともに、電磁石１５の変位に基づいて、第１取付部３２及び第２取付部３３の一方に対する他方の相対位置を変更するように構成される。尚、調整機構３１における各要素については、生体親和性を有するとともに高い強度を有する材料で形成されることが望ましく、例えば、ステンレス鋼やＣｏ−Ｃｒ合金、チタン合金などを用いて形成することができる。
【００８４】
第１取付部３２及び第２取付部３３は、骨調整装置３０の両端側においてそれぞれ骨に対して固定され又は係合するように取り付けられる。図６は、骨調整装置３０が骨腫瘍用人工関節として適用された例を骨の断面とともに示す断面図である。骨調整装置３０が大腿骨１０５と脛骨１０６との間に配置され、第１取付部３２が大腿骨１０５に対して固定され、第２取付部３３が脛骨１０６に対して係合するように、第１取付部３２及び第２取付部３３がそれぞれ取り付けられる。また、第１取付部３２は、円板状の端部として形成された円板状部分３２ａとこの円板状部分３２ａから突出する軸状に形成されたステム部分３２ｂとで構成されている。そして、ステム部分３２ｂが大腿骨１０５の髄腔１０５ａ内に嵌め込まれるように挿入されて固定される。一方、第２取付部３３は、人工膝関節部
分を構成して脛骨１０６に滑らかに係合する形状に形成されている。
【００８５】
図５及び図６に示すように、ハウジング３４は、一方の端部が閉じて他方の端部が開口した状態の円筒状の部材として形成されており、生体内アクチュエータ１、ネジ機構３５、リンク機構３６、ギアボックス３７が配置されている。尚、ハウジング３４において、ネジ機構３５は開口した他方の端部側に配置され、生体内アクチュエータ１は一方の端部側に配置され、ギアボックス３７がネジ機構３５及び生体内アクチュエータ１の間に配置されている。また、ハウジング３４の一方の端部は第２取付部３３と固定されている。
【００８６】
図５及び図６に示すように、ネジ機構３５は、雌ネジ部材３８と雄ネジ部材３９とを備えて構成されている。雌ネジ部材３８は、一方の端部が開口した円筒状の部材として構成され、内周側に雌ネジ部が設けられ、外周側はハウジング３４の内周と摺接する側面として形成されている。雌ネジ部材３８における他方の端部は、第１取付部３２の円板状部分３２ａに対して取り付けられている。また、雄ネジ部材３９は、雌ネジ部材３８の内周の雌ネジ部と螺合する雄ネジ部が外周に設けられた軸状に形成されている。この雄ネジ部材３９の一方の端部はギアボックス３７に連結されている。このネジ機構３５は、螺合する雌ネジ部材３８と雄ネジ部材３９との間で相対的な回転動作が行われることで、第１取付部３２に取り付けられた雌ネジ部材３８とハウジング３４にギアボックス３７を介して取り付けられた雄ネジ部材３９との間隔を変更するように構成されている。これにより、ネジ機構３５は、第１取付部３２及び第２取付部３３の一方を他方に対して直線方向に沿って相対変位するように駆動する本実施形態の直線駆動部を構成している。
【００８７】
図５及び図６に示すように、リンク機構３６は、クランク軸３６ａを備えたスライダリンク機構として構成されており、このクランク軸３６ａに対してクランクピン（図示せず）を介して生体内アクチュエータ１のロッド部材１４における揺動部材１４ｂの端部が回転自在に連結されている。これにより、リンク機構３６は、生体内アクチュエータ１が駆動されて電磁石１５とともにロッド部材１４が往復運動をすると、この往復方向の駆動力を回転方向の駆動力に変換するように構成されている。そして、クランク軸３６ａの一方の端部はハウジング３４に対して回転自在に支持され、他方の端部はギアボックス３７への回転入力軸を構成している。ギアボックス３７は、複数の図示しない平歯車を備えて構成されており、これらの平歯車の噛み合いを介して回転駆動力を伝達して雄ネジ部材３９を回転駆動するように構成されている。尚、リンク機構３６は、電磁石１５が変位する方向における駆動力をその作用方向を変換するとともにギアボックス３７を介して直線駆動部であるネジ機構３５に伝達する本実施形態の駆動力方向変換部を構成している。
【００８８】
（骨調整装置の作動）
次に、上述した骨調整装置３０の作動について説明する。骨調整装置３０は、調整機構３１により、第１取付部３２が固定されて取り付けられた第１の骨である大腿骨１０５と第２取付部３３が係合して取り付けられた第２の骨である脛骨１０６との相対的な位置を調整するように作動する。この骨調整装置３０は、例えば、成長途中の若年者が左右の一方の足について骨腫瘍部を切除する手術が行われた際に、その切除部分を代替する人工関節として用いられる。若年者の場合、左右の一方の足に人工関節を適用すると、身体の成長により脚長差が生じてしまうことになる。しかしながら、骨調整装置３０により、他方の足の成長に合わせて、骨調整装置３０が適用されている一方の足における大腿骨１０５と脛骨１０６との間隔を大腿骨１０５の長手方向に沿って拡大するように大腿骨１０５と脛骨１０６との相対的な位置を調整することができる。
【００８９】
図７は、骨調整装置３０の作動を図６に対応して説明する断面図である。まず、図６に示す状態において、前述したように生体内アクチュエータ１が給電装置１０３と磁石１０４とを用いた操作によって駆動されると（図１、図２参照）、電磁石１５がケーシング１
２内で直線方向に往復運動を行うことになる。そして、電磁石１５とともにロッド部材１４が往復運動をしながらその揺動部材１４ｂが揺動し、この揺動部材１４ｂの揺動動作に伴ってリンク機構３６のクランク軸３６ａが回転することになる。
【００９０】
クランク軸３６ａが回転すると、この回転駆動力がギアボックス３７を介して雄ネジ部材３９に伝達され、雄ネジ部材３９が回転する。雄ネジ部材３９が回転すると、この雄ネジ部材３９に螺合する雌ネジ部材３８は、その外周がハウジング３４の内周に摺接して直線方向に沿って案内されながら、雄ネジ部材３９からの回転駆動力により雄ネジ部材３９に対して直線方向に沿って移動する。これにより、図７に示すように、第１取付部３２と第２取付部３３との間隔が拡大し、第１取付部３２が取り付けられた大腿骨１０５と第２取付部３３が取り付けられた頚骨１０６との間隔も拡大するように調整され、骨延長が行われることになる。また、ギアボックス３７内の歯車の噛み合いでの摩擦や、雌ネジ部材３８と雄ネジ部材３９との摩擦により、第１取付部３２と第２取付部３３とが接近する方向における変位は抑制されることになる。尚、骨延長装置３０による上述のような骨の相対位置の調整は、前述のように、他方の足の成長に合わせて行われる。
【００９１】
（骨調整装置の効果）
以上説明した骨調整装置３０によると、生体内アクチュエータ１の電磁石１５の変位に基づいて第１及び第２取付部（３２、３３）の相対位置を変更する調整機構３１により、第１及び第２取付部（３２、３３）がそれぞれ取り付けられる第１及び第２の骨（１０５、１０６）の相対的な位置が調整される。このように、生体内アクチュエータ１により駆動されて骨の相対的な位置を調整する骨調整装置３０を構成することができる。従って、外科手術を伴わずに生体内で駆動することができるとともに誤作動が生じてしまうことを抑制することができる、骨調整装置３０を提供することができる。
【００９２】
また、骨調整装置３０によると、生体内アクチュエータ１の駆動力の作用方向を駆動力方向変換部であるリンク機構３６により変換し、直線駆動部であるネジ機構３５により直線方向に沿って相対変位させるように第１及び第２の骨（１０５、１０６）の相対的な位置を調整することができる。このため、生体内アクチュエータ１の駆動力の作用方向と第１及び第２の骨（１０５、１０６）の位置調整方向とを適宜組み合わせて実現することができ、生体内アクチュエータ１と調整機構３１とがよりコンパクトなスペースに効率よく配置された骨調整装置３０を実現することができる。
【００９３】
また、骨調整装置３０によると、第１の骨１０５の長手方向に沿って第１及び第２の骨（１０５、１０６）の間隔が拡大されるように調整される。これにより、骨と骨との相対位置を引き伸ばすように延長する骨延長装置としての骨調整装置３０を実現することができる。
【００９４】
尚、上述した骨調整装置３０においては、生体内アクチュエータ１、ハウジング３４、ネジ機構３５、リンク機構３６、ギアボックス３７からなる調整機構内の駆動ユニットが１つのみ設けられた調整機構３１を備えるものを例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。例えば、図８に示すように、生体内アクチュエータ１、ハウジング３４、ネジ機構３５、リンク機構３６、ギアボックス３７からなる調整機構内の駆動ユニットを複数備えてそれらが直列に連結された調整機構４１を備える骨調整装置４０であってもよい。この骨調整装置４０によると、骨腫瘍による切除部分が大きく、１つの駆動ユニットだけでは十分な調整が困難な場合に、複数の駆動ユニットを作動させる構成とすることで、十分な骨延長のストローク（調整量）を確保することができる。
【００９５】
［骨調整装置の第２実施形態］
（骨調整装置の構成）
次に、骨調整装置の第２実施形態について説明する。図７は、第２実施形態に係る骨調整装置５０について一部断面を含む状態で骨の断面図とともに示す図である。骨調整装置５０は、骨の相対的な位置を調整する装置として構成され、第２実施形態においては、後述するように骨と骨との間隔を変更して骨の相対的な位置関係を矯正する骨矯正装置として設けられている。尚、第２実施形態の骨調整装置としては、湾曲した脊柱の歪みを矯正する脊椎矯正装置として機能する骨矯正装置を例にとって説明する。
【００９６】
図９に示すように、骨調整装置５０は、前述した生体内アクチュエータ１と、調整機構５１とを備えて構成されている。第１実施形態と同様、生体内アクチュエータ１の構成と作動については、説明を省略する。調整機構５１は、第１取付部５２、第２取付部５３、ウォーム５４、ウォームホイール５５を備えて構成されている。この調整機構５１は、生体内アクチュエータ１が配置されるとともに、電磁石１５の変位に基づいて、第１取付部５２及び第２取付部５３の一方に対する他方の相対位置を変更するように構成される。尚、調整機構５１における各要素については、生体親和性を有するとともに高い強度を有する材料で形成されることが望ましく、例えば、ステンレス鋼やＣｏ−Ｃｒ合金、チタン合金などを用いて形成することができる。
【００９７】
第１取付部５２及び第１取付部５３は、骨調整装置５０の両端側においてそれぞれ骨に対して係合するように取り付けられる。図１０は、脊椎矯正装置としての骨調整装置５０が適用される脊柱１０７の正面図である。尚、図１０では、湾曲していない状態の脊柱１０７を示している。図１０に示す真っ直ぐな状態に対して、脊柱１０７の中心線が例えば二点鎖線Ｐで示すように湾曲した場合、その湾曲した脊柱１０７の歪みを矯正するために骨調整装置５０が用いられる。この場合、積み重なった状態で脊柱１０７を構成している椎骨１０８のうち、間隔を変更して位置を矯正したい２つの椎骨１０８、１０８に対して第１取付部５２及び第２取付部５３がそれぞれ係合するように取り付けられる。即ち、骨調整装置５０は、その長手方向が脊柱１０７に沿うように脊柱１０７の中心線に対する側方に配置されるとともに、複数の椎骨１０８のうちの所定の２つの椎骨１０８、１０８に対して係合するよう配置される。
【００９８】
第１取付部５２は、ブロック状の部材として形成されており、後述するウォーム５４に螺合する雌ネジ部が形成されたネジ孔（図示せず）が設けられている。一方、第２取付部５３は、ウォーム５４を回転自在に支持する回転支持部（図示せず）が設けられ、さらに、生体内アクチュエータ１が取り付けられるとともにウォームホイール５５が配置されている。また、第１取付部５２には１つの椎骨１０８と係合する係合凹部５２ａが形成され、第２取付部５３には他の椎骨１０８と係合する係合凹部５３ａが形成されている。尚、図９では、所定の椎骨１０８、１０８の間隔を近づける方向に変更する骨調整装置５０を例示している。このため、第１取付部５２の係合凹部５２ａ及び第２取付部５３の係合凹部５３ａは、互いに対向するように配置されている。このように、係合凹部５２ａと係合凹部５３ａとが対向するように位置することで、係合凹部５２ａ、５３ａ間で所定の椎骨１０８、１０８に対して接近する方向に向かって荷重を負荷することができるように構成されている。
【００９９】
図９に示すように、ウォーム５４は、軸状の部材に雄ネジ部が形成されたネジ歯車として形成されている。ウォーム５４の一端側は、第１取付部５２のネジ孔と螺合している。一方、ウォーム５４の他端側は、第２取付部５３に回転自在に支持されるとともに、後述するウォームホイール５５と噛み合った状態に配設されている。このウォーム５４とウォームホイール５５とにより、ウォームギア機構が構成されている。尚、ウォーム５４のねじれ角度については、ウォームホイール５５との摩擦力を考慮して、ウォームホイール５５からウォーム５４に滑らかに駆動力が伝達されるように適宜設定されている。また、ウォーム５４は、ウォームホイール５５からの駆動によって回転することで、第１取付部５
２と第２取付部５３との間隔を接近する方向に変更するように構成されている。これにより、ウォーム５４は、第１取付部５２及び第２取付部５３の一方を他方に対して直線方向に沿って相対変位するように駆動する本実施形態の直線駆動部を構成している。
【０１００】
ウォームホイール５５は、第２取付部５３に対して回転自在に支持されているとともに、生体内アクチュエータ１のロッド部材１４の揺動部材１４ｂの端部が回転自在に連結されている。これにより、ウォームホイール５５は、生体内アクチュエータ１が駆動されて電磁石１５とともにロッド部材１４が往復運動をすると、この往復方向の駆動力を回転方向の駆動力に変換するように構成されている。そして、ウォームホイール５５の回転駆動力によりウォーム５４が回転駆動されることになる。尚、ウォームホイール５５は、電磁石１５が変位する方向における駆動力をその作用方向を変換するとともに直線駆動部であるウォーム５４に伝達する本実施形態の駆動力方向変換部を構成している。
【０１０１】
（骨調整装置の作動）
次に、上述した骨調整装置５０の作動について説明する。骨調整装置５０は、調整機構５１により、第１取付部５２が係合して取り付けられた第１の骨である１つの椎骨１０８と第２取付部５３が係合して取り付けられた第２の骨である他の椎骨１０８との相対的な位置を調整するように作動する。そして、この骨調整装置５０により、１つの椎骨１０８と他の椎骨１０８との間隔を脊柱１０７の中心線と直交する方向である椎骨１０８の長手方向に対して直交する方向又は斜めの方向において変更するように、１つの椎骨１０８と他の椎骨１０８との相対的な位置を調整することができる。尚、この骨調整装置５０は、湾曲した脊柱１０７の歪みの矯正の際に所定の椎骨１０８、１０８間の間隔を接近する方向に変更するために用いられる。
【０１０２】
まず、生体内アクチュエータ１が給電装置１０３と磁石１０４とを用いた操作によって駆動されると（図１、図２参照）、電磁石１５がケーシング１２内で直線方向に往復運動を行うことになる。そして、電磁石１５とともにロッド部材１４が往復運動をしながらその揺動部材１４ｂが揺動し、この揺動部材１４ｂの揺動動作に伴ってウォームホイール５５が回転することになる。ウォームホイール５５が回転すると、この回転駆動力がウォーム５４に伝達され、ウォーム５４が回転する。これにより、第１取付部５２と第２取付部５３との間隔が接近する方向に変更され、第１取付部５２に係合面５２ａにて係合する１つの椎骨１０８と第２取付部５３に係合面５３ａにて係合する他の椎骨１０８との間隔も接近するように調整され、脊椎矯正が行われることになる。
【０１０３】
（骨調整装置の効果）
以上説明した骨調整装置５０によると、生体内アクチュエータ１の電磁石１５の変位に基づいて第１及び第２取付部（５２、５３）の相対位置を変更する調整機構５１により、第１及び第２取付部（５２、５３）がそれぞれ取り付けられる第１及び第２の骨（１０８、１０８）の相対的な位置が調整される。このように、生体内アクチュエータ１により駆動されて骨の相対的な位置を調整する骨調整装置５０を構成することができる。従って、外科手術を伴わずに生体内で駆動することができるとともに誤作動が生じてしまうことを抑制することができる、骨調整装置５０を提供することができる。
【０１０４】
また、骨調整装置５０によると、生体内アクチュエータ１の駆動力の作用方向を駆動力方向変換部であるウォームホイール５５により変換し、直線駆動部であるウォーム５４により直線方向に沿って相対変位させるように第１及び第２の骨（１０８、１０８）の相対的な位置を調整することができる。このため、生体内アクチュエータ１の駆動力の作用方向と第１及び第２の骨（１０８、１０８）の位置調整方向とを適宜組み合わせて実現することができ、生体内アクチュエータ１と調整機構５１とがよりコンパクトなスペースに効率よく配置された骨調整装置５０を実現することができる。
【０１０５】
また、骨調整装置５０によると、第１及び第２の骨（１０８、１０８）の長手方向に対して直交又は斜めの方向において第１及び第２の骨（１０８、１０８）の間隔が変更されるように調整される。これにより、脊柱１０７の歪みを矯正する脊椎矯正装置のように、骨と骨との相対位置を所定の方向に矯正する骨矯正装置としての骨調整装置を実現することができる。
【０１０６】
尚、上述した骨調整装置５０においては、湾曲した脊柱１０７の歪みの矯正の際に所定の椎骨１０８、１０８間の間隔を接近する方向に変更するために用いられるものを例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。図１１に示すように、脊柱１０７の歪みの矯正の際に所定の椎骨１０８、１０８間の間隔を離間する方向に変更するために用いられる骨調整装置６０であってもよい。この骨調整装置６０の調整機構６１においては、骨調整装置５０の場合とは異なり、第１取付部６２の係合凹部６２ａと第２取付部６３の係合凹部６３ａとが互いに反対方向を向くように配置されている。このため、係合凹部５２ａ及び係合凹部５３ａからそれぞれ外側に向かって各椎骨１０８を付勢し、これらの椎骨１０８、１０８に対して離間する方向に向かって荷重を負荷することができるように構成されている。尚、脊柱１０７の歪みの矯正の際には、骨調整装置５０と骨調整装置６０とを組み合わせて用いることもできる。
【０１０７】
［骨調整装置の第３実施形態］
（骨調整装置の構成）
次に、骨調整装置の第３実施形態について説明する。図１２は、第３実施形態に係る骨調整装置７０を示す断面図である。骨調整装置７０は、骨の相対的な位置を調整する装置として構成され、第３実施形態においては、第１実施形態の骨調整装置３０と同様に、骨と骨との間隔を拡大する骨延長装置として設けられている。尚、第３実施形態の骨調整装置としては、骨腫瘍に対して腫瘍部である骨及び関節を切除する手術が行われた際において、この切除部分の代替として用いられる骨腫瘍用人工関節として機能する骨延長装置を例にとって説明する。
【０１０８】
図１２に示すように、骨調整装置７０は、第２実施形態の生体内アクチュエータ２と、調整機構７１とを備えて構成されている。尚、生体内アクチュエータ２の構成と作動については、前述の通りであり、説明を省略する。調整機構７１は、第１取付部７２、第２取付部７３、ハウジング７４、ネジ機構７５、歯車機構７６等を備えて構成されている。この調整機構７１は、生体内アクチュエータ２が配置されるとともに、電磁石２５の変位に基づいて、第１取付部７２及び第２取付部７３の一方に対する他方の相対位置を変更するように構成される。尚、調整機構７１における各要素については、生体親和性を有するとともに高い強度を有する材料で形成されることが望ましく、例えば、ステンレス鋼やＣｏ−Ｃｒ合金、チタン合金などを用いて形成することができる。
【０１０９】
第１取付部７２及び第２取付部７３は、骨調整装置７０の両端側においてそれぞれ骨に対して固定され又は係合するように取り付けられる。図１３は、骨調整装置７０が骨腫瘍用人工関節として適用された例を骨の断面とともに示す断面図である。尚、図１３では、骨以外の人体組織の図示は省略している。骨調整装置７０が大腿骨１０５と脛骨１０６との間に配置され、第１取付部７２が大腿骨１０５に対して固定され、第２取付部７３が脛骨１０６に対して係合するように、第１取付部７２及び第２取付部７３がそれぞれ取り付けられる。また、第１取付部７２は、円板状の端部として形成された円板状部分７２ａとこの円板状部分７２ａから突出する軸状に形成されたステム部分７２ｂとで構成されている。そして、ステム部分７２ｂが大腿骨１０５の髄腔１０５ａ内に嵌め込まれるように挿入されて固定される。一方、第２取付部７３は、人工膝関節部分を構成して脛骨１０６に滑らかに係合する形状に形成されている。
【０１１０】
図１２及び図１３に示すように、ハウジング７４は、一方の端部が閉じて他方の端部が開口した状態の円筒状の部材として形成されており、生体内アクチュエータ２、ネジ機構７５、歯車機構７６が配置されている。尚、ハウジング７４において、ネジ機構７５は開口した他方の端部側に配置され、生体内アクチュエータ２は一方の端部側に配置され、歯車機構７６がネジ機構７５及び生体内アクチュエータ２の間に配置されている。また、ハウジング７４の一方の端部は第２取付部７３と固定されている。
【０１１１】
図１２及び図１３に示すように、ネジ機構７５は、雌ネジ部材７７と雄ネジ部材７８とを備えて構成されている（尚、図１２及び図１３では、雄ネジ部材７８については、断面でなく外形を図示している）。雌ネジ部材７７は、一方の端部が開口した円筒状の部材として構成され、内周側に雌ネジ部が設けられ、外周側はハウジング７４の内周と摺接する側面として形成されている。雌ネジ部材７７における他方の端部は、第１取付部７２の円板状部分７２ａに対して取り付けられている。また、雄ネジ部材７８は、雌ネジ部材７７の内周の雌ネジ部と螺合する雄ネジ部が外周に設けられた軸状に形成されている。この雄ネジ部材７８の一方の端部は後述する歯車機構７６に連結されている。このネジ機構７５は、螺合する雌ネジ部材７７と雄ネジ部材７８との間で相対的な回転動作が行われることで、第１取付部７２に取り付けられた雌ネジ部材７７とハウジング７４側に歯車機構７６を介して連結された雄ネジ部材７８との間隔を変更するように構成されている。このように、本実施形態では、第１取付部７２及び第２取付部７３の一方を他方に対して直線方向に沿って相対変位するように駆動する直線駆動部は、ネジ機構７５として設けられている。
【０１１２】
図１２及び図１３に示すように、ハウジング７４内に配置される歯車機構７６は、内歯車７９と、外歯車８０と、対向歯車８１とを備えて構成されている。尚、図１２及び図１３では、内歯車７９については外歯車８０の一部切欠き断面で示している。また、図１４及び図１５は、歯車機構７６のみを示す側面図であって、歯車機構７６の作動を説明する図である。
【０１１３】
図１２乃至図１５に示すように、内歯車７９は、円盤状の歯車部材として設けられ、生体内アクチュエータ２側とは反対側に位置する一方の端部に歯面７９ａが形成されている。そして、この内歯車７９は、ロッド部材２４に固定されており、これにより、電磁石２５が変位する直線方向である電磁石変位方向において電磁石２５とともに変位するように構成されている。外歯車８０は、内歯車７９の周囲に配置された環状の歯車部材として設けられ、生体内アクチュエータ２側とは反対側に位置する一方の端部に歯面８０ａが形成されている。そして、外歯車８０は、ハウジング７４に固定されている。
【０１１４】
対向歯車８１は、円盤状の歯車部材として設けられ、生体内アクチュエータ２側に位置する端部に歯面８１ａが形成されている。この歯面８１ａは、内歯車７９の歯面７９ａに対して内側で噛合可能であるとともに外歯車８０の歯面８０ａに対して外側で噛合可能に形成されている。この対向歯車８１は、内歯車７９及び外歯車８０に対向するよう配置されている。そして、対向歯車８１は、雄ネジ部材７８の生体内アクチュエータ２側の端部に対して、例えば、キースライド機構を介して、雄ネジ部材７８の軸方向を中心とした回転方向の相対的な変位が拘束されるとともに、雄ネジ部材７８の軸方向に沿った直線方向の相対的な変位が拘束されないように（自由となるように）、連結されている。尚、対向歯車８１と雄ネジ部材７８との間には、対向歯車８１から雄ネジ部材７８が抜けないようにするための抜け防止機構（図示せず）が設けられている。上述のように対向歯車８１と雄ネジ部材７８とが連結されていることにより、対向歯車８１は、直線駆動部であるネジ機構７５におけるネジ軸である雄ネジ部材７８に回転力を伝達可能に構成されている。尚、雄ネジ部材７８に対して対向歯車８１を固定するように取り付けてもよい。
【０１１５】
また、図１２及び図１３に示すように、ハウジング７４の内周には、対向歯車８１と雌ネジ部材７７との間の位置において周方向に延びる溝が形成されており、この溝に対して、例えばスナップリングとして設けられた止めリング８３が取り付けられている。そして、この止めリング８３と対向歯車８１における歯面８１ａに反対側の端部との間には、雄ネジ部材７８が中心を貫通するコイルバネ８２が圧縮バネとして配置されている。このコイルバネ８２は、一端側が対向歯車８１に当接し、他端側が止めリング８３に係止している。これにより、コイルバネ８２は、ハウジング７４に固定された止めリング８３に対して対向歯車８１を内歯車７９及び外歯車８０側に向かって常時付勢するように構成されている。尚、本実施形態では、コイルバネ８２が止めリング８３によって係止されている場合を例示したが、止めリング８３以外の種々の手段によってコイルバネ８２を係止してもよい。例えば、ハウジング７４の内周に凸部を形成することで、コイルバネ８２を係止してもよい。
【０１１６】
ここで、歯車機構７６の作動について説明する。まず、骨調整装置７０が配置された足が外部コイル１１３に挿入されて電磁石２５と外部コイル１１３とが磁力を発生可能な所定の位置関係に配置される。そして、この配置関係の下、外部コイル１１３に交流電圧が印加されていない状態では、電磁石２５は駆動されておらず、内歯車７９は電磁石２５及びロッド部材２４とともに弾性部材２３の付勢力によって、対向歯車８１から離間する方向に付勢されている。このため、図１４（ａ）に示すように、コイルバネ８２によって付勢された対向歯車８１の歯面８１ａは、ハウジング７４に固定された外歯車８０の歯面８０ａに噛み合った状態となっている。この状態から、外部コイル１１３に交流電圧が印加されて前述したように電磁石２５が駆動されると、電磁石２５が弾性部材２３の付勢力に抗して変位し、電磁石２５にロッド部材２４を介して固定された内歯車７９も電磁石２５とともに対向歯車８１に向かって変位することになる。これにより、図１４（ｂ）に示すように、内歯車７９は、その歯面７９ａが対向歯車８１の歯面８１ａと噛み合いながら、電磁石２５とともに変位し、対向歯車８１を外歯車８０から離間させることになる。
【０１１７】
上述のように対向歯車８１が外歯車８０から離間して対向歯車８１と外歯車８０との噛み合いが完全に外れると、図１５（ａ）に示すように、歯面８１ａと歯面７９ａとの噛み合いにより、コイルバネ８２で付勢された対向歯車８１が内歯車７９に噛み合いながら回転することになる。この状態の後、外部コイル１１３の交流電圧の電源が切断されると、弾性部材２３の付勢力によって電磁石２５がケーシング２２内の一端側に付勢され、電磁石２５及びロッド部材２４とともに内歯車７９は、図１５（ｂ）に示すように、対向歯車８１から離間する方向に変位することになる。そして、内歯車７９が対向歯車８１から離間することで、コイルバネ８２に付勢された対向歯車８１は、その歯面８１ａが外歯車８０の歯面８０ａと噛み合いながら、図１４（ａ）のように外歯車８０と奥まで噛み合う状態になるまで回転することになる。これにより、歯車機構７６は、電磁石変位方向における駆動力をその電磁石変位方向を中心とする回転力に変換してネジ機構７５の雄ネジ部材７８に伝達するように構成されている。尚、本実施形態では、歯車機構７６が、電磁石変位方向における駆動力を電磁石変位方向を中心とする回転力に変換して直線駆動部に伝達する駆動力回転変換部を構成している。
【０１１８】
（骨調整装置の作動）
次に、上述した骨調整装置７０の作動について説明する。骨調整装置７０は、調整機構７１により、第１取付部７２が固定されて取り付けられた第１の骨である大腿骨１０５と第２取付部７３が係合して取り付けられた第２の骨である脛骨１０６との相対的な位置を調整するように作動する。この骨調整装置７０は、第１実施形態の骨調整装置３０と同様に、例えば、成長途中の若年者が左右の一方の足について骨腫瘍部を切除する手術が行われた際に、その切除部分を代替する人工関節として用いられる。この骨調整装置７０を用
いることで、身体成長に伴う脚長差が生じないように、骨調整装置７０が適用されている一方の足における大腿骨１０５と脛骨１０６との間隔を拡大するよう大腿骨１０５と脛骨１０６との相対的な位置を調整することができる。
【０１１９】
図１６は、骨調整装置７０の作動を図１３に対応して説明する断面図である。まず、図１３に示す状態において、前述したように生体内アクチュエータ２が外部コイル１１３を用いた操作によって駆動されると（図３、図４参照）、電磁石２５及びロッド部材２４がケーシング２２内で直線方向に往復運動を行うことになる。そして、電磁石２５及びロッド部材２４のこの往復運動に伴って、歯車機構７６が作動し、雄ネジ部材７８が回転することになる。即ち、電磁石２５の往復運動に伴って、内歯車７９も往復運動し、対向歯車８１がハウジング７４に固定された外歯車８０に対して噛み合う歯面（８１ａ、８０ａ）をずらしながら回転し、雄ネジ部材７８が回転することになる。
【０１２０】
雄ネジ部材７８が回転すると、この雄ネジ部材７８に螺合する雌ネジ部材７７は、その外周がハウジング７４の内周に摺接して直線方向に沿って案内されながら、雄ネジ部材７８からの回転駆動力により雄ネジ部材７８に対して直線方向に沿って移動する。これにより、図１６に示すように、第１取付部７２と第２取付部７３との間隔が拡大し、第１取付部７２が取り付けられた大腿骨１０５と第２取付部７３が取り付けられた頚骨１０６との間隔も拡大するように調整され、骨延長が行われることになる。また、外部コイル１１３による操作が行われていないときは、ハウジング７４に固定された止めリング８３に対してコイルバネ８２で付勢された対向歯車８１と、ハウジング７４に固定された外歯車８０とが噛み合っているため、逆方向に回転するような誤作動が防止され、第１取付部７２と第２取付部７３とが接近する方向における変位は防止されることになる。尚、骨延長装置７０による上述のような骨の相対位置の調整は、他方の足の成長に合わせて行われる。
【０１２１】
（骨調整装置の効果）
以上説明した骨調整装置７０によると、生体内アクチュエータ２の電磁石２５の変位に基づいて第１及び第２取付部（７２、７３）の相対位置を変更する調整機構７１により、第１及び第２取付部（７２、７３）がそれぞれ取り付けられる第１及び第２の骨（１０５、１０６）の相対的な位置が調整される。このように、生体内アクチュエータ２により駆動されて骨の相対的な位置を調整する骨調整装置７０を構成することができる。従って、外科手術を伴わずに生体内で駆動することができるとともに誤作動が生じてしまうことを抑制することができる、骨調整装置７０を提供することができる。
【０１２２】
また、骨調整装置７０によると、生体内アクチュエータ２の駆動力を駆動力回転変換部である歯車機構７６によって電磁石変位方向を中心とする回転力に変換し、ネジ機構７５により直線方向に沿って相対変位させるように第１及び第２の骨（１０５、１０６）の相対的な位置を調整することができる。このため、生体内アクチュエータ２の駆動力の作用方向と直線駆動部であるネジ機構７５による第１及び第２の骨（１０５、１０６）の位置調整方向とを一致させる骨調整装置７０を実現することができる。これにより、生体内アクチュエータ２と調整機構７１とがよりコンパクトなスペースに効率よく配置された骨調整装置７０を実現することができる。
【０１２３】
また、骨調整装置７０によると、駆動力回転変換部が、内歯車７９と、その外側に配置された外歯車８０と、内歯車７９に内側で外歯車８０に外側で噛合する対向歯車８１とで構成される。そして、電磁石２５が磁力で変位したときは内歯車７９が対向歯車８１を外歯車８０から離間させ、弾性部材２３の付勢力で電磁石２５の変位が戻るときは対向歯車８１が外歯車８０と噛み合いながら回転してネジ機構７５の雄ネジ部材７８を回転する。このため、電磁石２５の駆動力を電磁石変位方向を中心とする回転力に変換してネジ機構７５に伝達する駆動力回転変換部を、内歯車７９と外歯車８０と対向歯車８１とを用いた
コンパクトな構成で実現することができる。
【０１２４】
また、骨調整装置７０によると、第１の骨１０５の長手方向に沿って第１及び第２の骨（１０５、１０６）の間隔が拡大されるように調整される。これにより、骨と骨との相対位置を引き伸ばすように延長する骨延長装置としての骨調整装置７０を実現することができる。
【０１２５】
尚、上述した骨調整装置７０においては、生体内アクチュエータ２、ハウジング７４、ネジ機構７５、歯車機構７６からなる調整機構内の駆動ユニットが１つのみ設けられた調整機構７１を備えるものを例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。例えば、第１実施形態の骨調整装置の変形例において説明したものと同様に、生体内アクチュエータ２、ハウジング７４、ネジ機構７５、歯車機構７６からなる調整機構内の駆動ユニットを複数備えてそれらが直列に連結された調整機構を備える骨調整装置であってもよい。
【０１２６】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。例えば、次のような変形例を実施することができる。
【０１２７】
（１）生体内アクチュエータの第１実施形態においては、電磁ユニットの電磁石と生体外から磁力を作用させる磁石との間で反発し合う（斥け合う）方向に力が作用する場合を例にとって説明したが、必ずしもこの通りでなくてもよい。電磁ユニットの電磁石と生体外の磁石との間で引き付け合う方向に力が作用するように構成されるものであってもよい。
【０１２８】
（２）生体内アクチュエータの第１及び第２実施形態においては、弾性部材としてコイルバネを用いる場合を例にとって説明したが、必ずしもこの通りでなくてもよい。コイルバネ以外のバネやバネ以外の弾性部材を用いてもよい。
【０１２９】
（３）第１実施形態の生体内アクチュエータにおける電磁石、受電コイル部、弾性部材、及びロッド部材の配置については、上述の実施形態にて説明したものに限られず、適宜変更して実施することができる。また、第２実施形態の生体内アクチュエータにおける電磁石、弾性部材、及びロッド部材の配置についても、上述の実施形態にて説明したものに限られず、適宜変更して実施することができる。
【０１３０】
（４）骨調整装置の第１乃至第３実施形態においては、大腿骨に配置された骨延長装置や脊椎矯正装置を例にとって説明したが、この例に限らず、大腿骨や脊柱以外において本発明を適用してもよい。また、骨延長装置としては、脚長差に応じて骨延長を図るものに限られず、分離された骨の間において骨組織を成長させながら骨を延長する骨延長装置を実施することもできる。
【０１３１】
（５）骨調整装置の調整機構において、生体内アクチュエータからの駆動に基づく作動方向と反対方向の作動を防止するための独立した機構としてのラチェット機構がさらに設けられた骨調整装置を実施することもできる。
【０１３２】
（６）第２実施形態の生体内アクチュエータは、外部コイルのみによって駆動するものを例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。即ち、外部コイルによって内部コイル（電磁石）に対して電磁誘導作用による誘導電流を生じさせ、外部コイルとは別個の生体外に配置される磁石によって電磁ユニットの電磁石との間で磁力を発生させてこの電磁石を駆動してもよい。図１７は、外部コイルとは別個に電磁ユニットの電磁石を駆動するための磁石が用いられる場合を説明するための断面図であり、第３実施形態の骨調整装置７
０が足に配置されている状態を示している。尚、図１７では、人体組織の図示は省略しており、骨調整装置７０についてもその一部のみを図示している。図１７に示すように、電磁石２５は、ケーシング２２内において一端側に向かって押し付けられるように弾性部材２３によって付勢されている。そして、電磁石２５は、生体外１１２においてケーシング２２の一端側に（図１７の例では、生体内アクチュエータ２に対して膝が位置する側に）外部磁石１１４が配置されることで生体外１１２から作用する磁力によって駆動される。この外部磁石１１４としては、電磁石を用いることもでき、また、永久磁石を用いることもできる。
【０１３３】
図１７に示す生体内アクチュエータ２の駆動形態によると、電磁ユニット２１の電磁石２５は、弾性部材２３によりケーシング２２の一端側に押し付けられ、生体外１１２でこの一端側に配置された外部磁石１１４から作用する磁力によって駆動される。このため、外部コイル１１３に交流電圧を印加して通電することによる駆動力が小さい場合であっても、外部磁石１１４を更に用いることで、電磁ユニット２１の電磁石２５に対して、弾性部材２３の付勢力に抗するに十分な所望の駆動力をより確実に付与することができる。尚、交流電圧が印加されるコイルを有する電磁石を外部磁石１１４として用いる場合には、電磁ユニット２１の内部コイル２５において電磁誘導作用により生じる誘導電流の位相との関係に基づいて、電磁ユニット２１の電磁石２５と生体外に配置される外部磁石１１４との間で斥け合う力が生じるように、位相が調整された交流電圧を外部磁石に印加する必要がある。
【０１３４】
（７）第１実施形態の生体内アクチュエータについては、第１又は第２実施形態の骨調整装置の調整機構とともに適用される場合について、第２実施形態の生体内アクチュエータについては、第３実施形態の骨調整装置の調整機構とともに適用される場合について説明したが、この通りでなくてもよく、適宜組み合わせを変更して実施することができる。例えば、第１実施形態の生体内アクチュエータを第３実施形態の骨調整装置の調整機構とともに適用し、第２実施形態の生体内アクチュエータを第１又は第２実施形態の骨調整装置の調整機構とともに適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明は、直線方向に沿って変位する動作が可能な動作部を有するとともに生体内に配置される生体内アクチュエータ、及びその生体内アクチュエータを備えて骨の相対的な位置を調整する骨調整装置として、広く適用することができるものである。
【符号の説明】
【０１３６】
１                            生体内アクチュエータ
１１                          電磁ユニット
１２                          ケーシング
１３                          弾性部材
１５                          電磁石
１０１                        生体内
１０２                        生体外
１０３                        給電装置
１０４                        磁石
【図１】
0005295827.tif 000002
【図２】
0005295827.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005295827.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005295827.tif 000007
【図７】
0005295827.tif 000008
【図８】
0005295827.tif 000009
【図９】
0005295827.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0005295827.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0005295827.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0005295827.tif 000016
【図１６】
0005295827.tif 000017
【図１７】
0005295827.tif 000018