JP3699061B2 - 股関節手術ロボット用大腿骨の固定裝置及びこれを用いた股関節手術ロボットシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は股関節手術ロボットシステムに関し、特に股関節手術ロボットを大腿骨に固定し、前記手術ロボットが大腿骨手術を正確に遂行するようにする股関節手術ロボット用大腿骨の固定装置及びこれを用いた股関節手術ロボットシステムに関する。
【従来の技術】
【０００２】
一般に, 人工関節は寛骨臼の部分と大腿骨の部分とから構成される。前記の大腿骨の部分は、前記の寛骨臼の部分と結合されるボール（ｂａｌｌ）と、人体の大腿骨に挿入されるステム（ｓｔｅｍ）と、前記のステムと前記のボールとを連結するネック（ｎｅｃｋ）とから構成される。ここで、前記の寛骨臼の部分はポリエチレンのような耐磨耗性の材質で製造され、前記の大腿骨の部分は金属やセラミックスのような材質で製造される。しかし、前記の寛骨臼の部分と前記の大腿骨の部分とは同じセラミックス材質のみで製造されることもできる。
【０００３】
関節手術を介して前記のような構造と材質とを有する人工関節が、皮質骨、又は多孔質骨とその内部に骨の内腔が形成された人体の大腿骨とが結合される時、前記の人工関節ステムは前記の大腿骨と適切に結合されなければならないので、前記の大腿骨はその長さ方向に沿ってその内部に結合されるステムの直径と長さとに相応しく穴が形成されなければならない。人工手術を介して前記の大腿骨に前記の人工関節ステムが結合される過程を更に詳しく説明すると次の通りである。
【０００４】
図４（ａ）〜図４（ｆ）は従来の技術によって手作業で股関節を手術する過程を説明するための構成図である。
【０００５】
先ず、図４（ａ）に示したように股関節と結合される部分の大腿骨１０にリーマー（ｒｅａｍｅｒ）２０を挿入し始め、図４（ｂ）に示したように前記の大腿骨の長さ方向に沿って所定の深さまで挿入し、その大腿骨から前記のリーマー２０を除去すると図４（ｃ）のように前記の大腿骨１０の内にリーマー挿入穴１２が形成される。
【０００６】
その次に、図４（ｄ）〜図４（ｅ）に示したように前記のリーマー挿入穴１２に結合される人工関節の形と同じ形のブローチ（ｂｒｏａｃｈ）３０を再び挿入すると、前記の大腿骨は前記のブローチ３０の形のように骨が削られてしまう。ここで、前記のブローチ３０によって大腿骨に形成される骨除去部は図面符号“１４”が指す部分である。
【０００７】
従って、前記のリーマー挿入穴１２から前記のブローチ３０を除去すると、図４（ｆ）に示したように人工関節挿入穴１６が形成される。
【０００８】
しかし、前記の手作業によって前記の大腿骨に形成される人工関節穴は、その位置とサイズとが人工関節に合うように正しく形成され難い。従って、人工関節手術が手作業によって遂行される時、人工関節は大腿骨と適切かつ正確に結合されない。
【０００９】
前記のように手作業によって大腿骨に人工関節が結合される問題点を改善するために、ロボットを用いて大腿骨を手術する技術が開発された。これを図面と共に更に詳しく説明すると次の通りである。
【００１０】
図５は従来の技術によるロボット手術システムを示した構成図であって、手術台１００と、手術室、又は前記の手術台に固定的に設置され、患者１１０を手術する手術ロボット１２０と、前記の手術ロボット１２０と連結され前記の手術ロボットが遂行する手術を制御するコンピュータ１３０とを含む。ここで、点線１４０は前記のロボット１２０が手術する時、動く作業空間を示す。
【００１１】
前記のように構成されるロボット手術システム（装置）は、手作業によって大腿骨を加工する手術より人工関節に合うように大腿骨の形状を精密に加工することができるため、前記の大腿骨に前記の人工関節を相応しく結合させることができる。
【００１２】
しかし、前記のロボット手術システム（装置）は、そのサイズが大きく、手術室の基礎（ｂａｓｅｍｅｎｔ）や手術台に固定的に設置されなければならないので、移動できないばかりでなく、図５の点線で示したようにその作業空間（ｗｏｒｋ
ｓｐａｃｅ）を大きく取る問題点を有している。また、前記のロボットシステムは、手術作業を始める前に骨の位置を探し出すべきの別のシステムが必要であり、手術中に大腿骨が動かないようにする別の装備を更に設置しなければならないので、そのコストが高く、それにより広く利用され得ない問題点を有している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主な目的は、そのサイズが小さい股関節手術ロボットを大腿骨に固定し、前記のロボットが大腿骨手術を正確に遂行するようにする股関節手術ロボット用大腿骨の固定装置及びこれを用いた股関節手術ロボットシステムを提供することにある。
【００１４】
本発明の別の目的は、そのサイズが小さく移動できる股関節手術用ロボットに装着され大腿骨を固定し、前記のロボットが大腿骨手術を正確に遂行するようにする股関節手術ロボット用大腿骨の固定装置及びこれを用いた股関節手術ロボットシステムを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
このために、本発明による股関節手術ロボット用大腿骨の固定装置は、所定の長さの棒が大腿骨１０に対して垂直方向に整列され、前記の棒の端に所定の形を有するつかみ手段（ｓｅｉｚｉｎｇｍｅａｎｓ）が大腿骨をくるんで抱きながらつかむ固定部４０と、股関節側の大腿骨の端部分に位置して所定の形を有し、手術用ロボットを設置する設置台４４と、前記の大腿骨の長さ方向と並んで設置され所定の長さを有し、前記の設置台４４と前記固定部４０の棒とを連結するリンク４２とを含めて実施することにより達成される。
【００１６】
本発明による股関節手術ロボット用大腿骨の固定装置を用いた股関節手術ロボットシステムは、患者の大腿骨に人工関節手術をするロボット５０と、一端は前記患者の大腿骨に固定され、他端は前記のロボットを設置して前記のロボットを支持する固定装置１５０と、前記のロボット５０と連結されて前記ロボットの手術を制御するコンピュータ１３０とを含めて実施することにより達成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による股関節手術ロボットシステムを示した構成図であって、手術台１００と、前記の手術台１００の上にいる患者１１０を手術する手術ロボット５０と、前記の手術ロボット５０を設置し、前記患者１１０の大腿骨に結合され、前記患者の該当手術部位に前記の手術ロボット５０を正確でしっかり固定する固定装置１５０と、前記のロボット５０と連結されて前記のロボットが遂行する手術を制御するコンピュータ１３０とを含む。ここで、図面に示した点線１４０ａは、前記の手術ロボット５０が手術をする時、動く作業空間であって、相対的に小さい空間を取る。
【００１８】
前記の股関節手術ロボットシステム（装置）において、前記の手術ロボット５０を設置し、大腿骨に前記の手術ロボットを固定させる固定装置１５０を図面と共に更に詳しく説明すると次の通りである。
【００１９】
図２は本発明による股関節手術ロボット用大腿骨の固定装置の斜視図であり、図３は本発明による股関節手術ロボット用大腿骨の固定装置の断面図である。
【００２０】
図面に示したように本発明による股関節手術ロボット用大腿骨の固定装置１５０は、大腿骨をくるんで抱きながらつかむ固定用クランプ４０と、前記の大腿骨１０に前記の固定用クランプ４０をしっかり固定させて動かないようにするクランプ調節手段４８と、股関節側の大腿骨の端部分に位置し、その上に手術ロボットを設置するロボット設置台４４と、一端は第１の締結部材４３によって前記のロボット設置台４４と連結され、他端は第２の締結部材４９によって前記の固定用クランプ４０と連結されるリンク４２とを含む。
【００２１】
ここで、前記のロボット設置台４４は、図３に示したようにその上に前記の手術ロボット５０を設置して動かないようにしっかり固定し、前記の手術ロボット５０が安定に手術できるように“［”の形（略コの字形）に作られる。
【００２２】
また、前記の固定用クランプ４０と前記のロボット設置台４４とは、前記のリンク４２に対して各々予め定められた角度で組立てるか、その角度が任意に調節されて固定できるように組み立てることができる。つまり、前記第１の締結部材４３と第２の締結部材４９は、前記のリンクが前記の固定用クランプ４０及び前記のロボット設置台４４と、ボール＋スライダ係合、スライダ＋スライダ係合、ボール＋ソケット係合又はヒンジ＋ヒンジ係合など、どのような形態でも連結できる。なお、図２及び図３には、リンク４２と固定用クランプ４０及びロボット設置台４４との間の各種の締結構造は示していないが、ロボット設置台４４が、大腿骨１０に対して任意の角度位置を取ることが出来、更にその状態で固定可能である限り、前述した公知の各種の締結接続機構を採用することが出来るものである。従って、リンク４２と固定用クランプ４０及びロボット設置台４４との間の締結接続態様は、図２及び図３に示すような形状に限定されるものではなく、採用される各種の締結接続機構に応じてその形状・外観が異なるものとなることは勿論である。
【００２３】
従って、前記のロボット設置台４４は、前記の大腿骨１０と多様な角度で結合でき、それによりその上に設置された手術ロボット５０は、最適な角度において前記の大腿骨１０を手術できるようにする。
【００２４】
本発明の実施例において、前記のロボット設置台４４は、その上に手術ロボット５０が設置された後に所定の締結手段（図示せず）によって前記の手術ロボットを固定するように実施したが、前記の手術ロボットと結合されて一つの本体をなすように実施することもできる。つまり、前記の手術ロボット５０が手術する前にロボットに対する測定用リーマーの位置が測定されなければならないので、前記のロボット設置台４４はそれと分離され得る手術ロボットを設置して固定するが、ロボットに対する測定用リーマーの位置を測定する別の装置が用いられると、前記のロボット設置台は手術ロボットと一つの本体に形成される。
【００２５】
また、本発明の実施例において前記のロボット設置台は、その形がハングルアルファベットのディグッ字、又はブラケット（ｂｒａｃｋｅｔ）“［”で実施されたが、前記の手術ロボットを固定できる板とか、それにより変更できる別の形で実施されることもできる。
【００２６】
本発明の実施例において前記の固定用クランプ４０は、ロマンクランプ（ロマンｃｌａｍｐ。つまり、図２に示すように、大腿骨を把持するような形状のクランプ部材）を用いたが、接着剤とボルト及びそれにより変更され得るつかみ手段（ｓｅｉｚｉｎｇｍｅａｎｓ）が一端に形成された他の固定手段が用いられることもできる。また、前記の固定用クランプ４０は、その上から前記リンク４２を移動させ固定させ得る締結手段（図示せず）を更に含むこともできる。
【００２７】
一方、本発明による股関節手術ロボット用大腿骨の固定装置のサイズは、その横、縦、高さが各々１５ｃｍ程度であり、また、前記の固定装置を用いた股関節手術ロボットシステムのサイズも、その横、縦、高さが各々１５ｃｍ程度である。従って、従来の技術による手術ロボットシステムのサイズよりはるかに小さい。
【００２８】
前記のように構成された本発明による股関節手術ロボット用大腿骨の固定装置及びこれを用いた股関節手術ロボットシステムによって人工関節手術過程を説明すると次の通りである。
【００２９】
人工関節手術をするために、医者は足及び骨盤の組織６０を切開し、大腿骨を外側に僅か取り出す。その次に、前記の大腿骨１０に前記の固定用クランプ４０をしっかり固定する。この時、前記の固定用クランプ４０は、前記の組織６０の内に設置されるため、大腿部の外に現れない。その次に、ロボット設置台４４を設置する。この時、前記のロボット設置台４４と大腿骨１０との間の距離及び方向、又は角度が前記のリンク４２と締結部材４３とによって自由に調節される。
【００３０】
前記のロボット設置台４４が設置された後に大腿骨１０の内腔に測定用リーマー４１を挿入した上に、測定用リーマー４１と前記のロボット設置台４４との間の相対位置を測定した後に、前記の測定用リーマー４１を除去する。その次に、前記のロボット設置台はその上にロボットを固定されるように設置する。この時、前記の手術ロボットの大腿骨に対する相対的な位置は大腿骨の動きに関係なく変わらないようになる。前記のように手術ロボットが設置されると、前記の手術ロボットはその位置が安定的な状態で前記の大腿骨にこれから挿入される人工関節のサイズと直径とに合う穴を正確で精密に形成する。
【００３１】
その次に、前記のように大腿骨に精密に形成された穴に人工関節が挿入されることにより、前記の人工関節は正確な位置に固定される。
【００３２】
【発明の効果】
今まで説明したように、本発明による股関節手術ロボット用大腿骨の固定装置は、その構造が小さくて簡単であり、手術部位に対して手術ロボットの位置をしっかり固定できるため、手術ロボットが手術を正確で精密に遂行できるようにする。
【００３３】
また、本発明による股関節手術ロボット用大腿骨の固定装置は、手術台や手術室の基礎のような別のシステムに固定されず、ひたすら大腿骨に固定されるため、手術ロボットシステムが移動できるようにするばかりでなく、そのサイズを小さくする。また、前記の手術ロボットが手術部位の相対的に小さい空間で手術をすることによって手術ロボットシステムの作業空間を減らすことができるようになる。また、手術ロボットが手術する間に大腿骨の動きに関係なく、前記の手術ロボットが正確で精密に手術できるようにする。
【００３４】
本発明による股関節手術ロボット用大腿骨の固定装置を用いた股関節手術ロボットシステムは、大腿骨に対してその位置がしっかり固定されるため、大腿骨の動きに関係なく、大腿骨手術を正確で精密に遂行することができるばかりでなく、相対的に小さい空間において手術をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による股関節手術ロボットシステムを示した構成図である。
【図２】 本発明による股関節手術ロボット用大腿骨の固定装置の斜視図である。
【図３】 本発明による股関節手術ロボット用大腿骨の固定装置の断面図である。
【図４】 従来の技術によって手作業で股関節手術をする手順を示した構成図である。
【図５】 従来の技術による股関節手術ロボットシステムを示した構成図である。
【符号の説明】
１０：大腿骨
１０ａ：股関節
１２：リーマー挿入穴
１４：骨除去部
１６：人工関節挿入穴
２０：リーマー
３０：ブローチ
４０：固定用クランプ
４１：測定用リーマー
４２：リンク
４４：ロボット設置台
４６、４７：締結部材
４８：クランプ調節手段
５０、１２０：ロボット
６０：組織
１００：手術台
１１０：患者
１３０：コンピュータ
１４０、１４０ａ：作業空間
１５０：固定装置

Claims (8)

1. 所定の長さの棒が大腿骨に対して垂直方向に整列され、前記棒の一側の端に所定の形を有するつかみ手段が大腿骨をくるんで抱きながらつかむ固定用クランプと、
   前記大腿骨に前記固定用クランプを固く固定させ、動かないようにするため、前記棒の他側の所定の位置に備えられたクランプ調節手段と、
   股関節側の大腿骨の端部分に位置して所定の形を有し、手術用ロボットを設置する設置台と、
   前記大腿骨の長さ方向と並んで設置され所定の長さを有し、一端は第１の締結部材によって前記設置台と連結され、他端は第２の締結部材によって前記固定用クランプの棒を連結するリンクとを含むことを特徴とする股関節手術ロボット用大腿骨の固定装置。
2. 前記つかみ手段は、
   大腿骨を把持できる形状の部材、接着剤、またはボルトを含むことを特徴とする請求項１に記載の股関節手術ロボット用大腿骨の固定装置。
3. 前記設置台は略コ字状をしている、ことを特徴とする請求項１に記載の股関節手術ロボット用大腿骨の固定装置。
4. 前記第１及び第２の締結部材は、前記リンクが前記固定用クランプ及び前記設置台と相対的に回転することができ、所定の角度で固定されるようにボール＋スライダ係合、またはスライダ＋スライダ係合、ボール＋ソケット係合、又はヒンジ＋ヒンジ係合による結合であることを特徴とする請求項１に記載の股関節手術ロボット用大腿骨の固定装置。
5. 患者の大腿骨に人工関節手術をするロボットと、
   一端は前記患者の大腿骨に固定され、他端は前記のロボットを設置して前記のロボットを支持する固定装置と、
   前記のロボットと連結されて前記ロボットの手術を制御するコンピュータとを含み、
   前記固定装置は、
   所定の長さの棒が大腿骨に対して垂直方向に整列され、前記棒の一側の端に所定の形を有するつかみ手段が大腿骨をくるんで抱きながらつかむ固定用クランプと、
   前記大腿骨に前記固定用クランプを固く固定させ、動かないようにするため、前記棒の他側の所定の位置に備えられたクランプ調節手段と、
   股関節側の大腿骨の端部分に位置して所定の形を有し、手術用ロボットを設置する設置台と、
   前記大腿骨の長さ方向と並んで設置され所定の長さを有し、一端は第１の締結部材によって前記設置台と連結され、他端は第２の締結部材によって前記固定用クランプの棒を連結するリンクとを含むことを特徴とする大腿骨の固定装置を用いた股関節手術ロボットシステム。
6. 前記設置台は略コ字状をしている、ことを特徴とする請求項５に記載の大腿骨の固定装置を用いた股関節手術ロボットシステム。
7. 前記ロボットと前記設置台とは、
   一つの本体に形成されることを特徴とする請求項５に記載の大腿骨の固定装置を用いた股関節手術ロボットシステム。
8. 前記第１及び第２の締結部材は、
   前記リンクが前記固定用クランプ及び前記設置台と相対的に回転することができ、所定の角度で固定されるようにボール＋スライダ係合、またはスライダ＋スライダ係合、ボール＋ソケット係合、又はヒンジ＋ヒンジ係合による結合であることを特徴とする請求項５に記載の大腿骨の固定装置を用いた股関節手術ロボットシステム。

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