專利名稱：多用途的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器和鉆頭系統(tǒng)、外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器和外科用鉆頭系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及多用途的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器和鉆頭系統(tǒng)、以及用于將外科用螺釘插入和旋轉(zhuǎn)進(jìn)病人身體的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器、以及外科用鉆頭系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
外科用螺釘在外科手術(shù)中用于多種目的。外科用螺釘用于修復(fù)骨折或用于將修補(bǔ)物假體附接到骨頭。外科用螺釘也用于在手術(shù)之后永久地或暫時(shí)地將板與病人身體連接。當(dāng)在手術(shù)環(huán)境中使用外科用螺釘時(shí)，期望鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器以可能的最安全的、最高效方式在病人身體內(nèi)旋轉(zhuǎn)螺釘。在很多面部或頭蓋骨手術(shù)中，在完成手術(shù)之后，利用板來(lái)穩(wěn)定骨的兩個(gè)部分。在本 實(shí)用新型之前，典型地，用外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器在病人骨內(nèi)鉆孔。然后，自攻型外科用螺釘由醫(yī)生用手旋轉(zhuǎn)進(jìn)上述孔內(nèi)。在一替代性方法中，使用自鉆型外科用螺釘。醫(yī)生根據(jù)他們的經(jīng)驗(yàn)和觸覺(jué)式觸摸，細(xì)心地不過(guò)度旋轉(zhuǎn)外科用螺釘。過(guò)度旋轉(zhuǎn)外科用螺釘會(huì)導(dǎo)致在病人骨物質(zhì)內(nèi)所產(chǎn)生的螺紋的脫落(strip out)。雖然手動(dòng)旋轉(zhuǎn)帶螺紋的外科用螺釘以將板附接到病人身體是有效的，但存在一些可發(fā)生的不期望的狀況。由于手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)螺釘驅(qū)動(dòng)器時(shí)沿螺釘驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的固有晃動(dòng)，故手動(dòng)旋轉(zhuǎn)外科用螺釘會(huì)提供不佳的結(jié)果。甚至在最熟練醫(yī)生手中，也通常會(huì)發(fā)生一些晃動(dòng)。第二，過(guò)度旋轉(zhuǎn)外科用螺釘而導(dǎo)致骨內(nèi)形成的螺紋的脫落主要依賴于醫(yī)生的技能。第三，期望以額外需要醫(yī)生較少努力的方法將外科用螺釘以及關(guān)聯(lián)板旋入病人身體。第四，期望以比手動(dòng)旋入程序少的時(shí)間完成將外科用螺釘旋入病人內(nèi)。為了對(duì)將外科用螺釘旋進(jìn)病人骨內(nèi)以將板固定到病人身體的手動(dòng)操作做出改進(jìn)，已研發(fā)了多種被供以電流的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器。大多數(shù)外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器被供電，并優(yōu)選地被電池供電。被供電的鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的主要優(yōu)點(diǎn)之一是在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中旋轉(zhuǎn)軸線保持恒定，以及因此消除了醫(yī)生手動(dòng)操作中的固有晃動(dòng)。然而，在將外科用螺釘機(jī)械旋轉(zhuǎn)到病人骨內(nèi)的情況下，缺少提醒醫(yī)生進(jìn)一步的旋轉(zhuǎn)操作會(huì)無(wú)意地導(dǎo)致病人骨物質(zhì)內(nèi)所形成的螺紋的脫落的這種對(duì)醫(yī)生的善于機(jī)變的反饋。先前的手動(dòng)骨螺釘插入技術(shù)典型地需要三至五秒。為了減少所需時(shí)間，傾向于向前述機(jī)械鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器發(fā)展。然而，增大機(jī)械鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的速度，增加了病人骨物質(zhì)內(nèi)所形成的螺紋的無(wú)意脫落的機(jī)會(huì)。期望提供一種鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器和一種使用所述鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的方法，可防止形成于病人骨內(nèi)的螺紋的脫落，同時(shí)容許鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器操作以在短至45ms (實(shí)際螺釘插入時(shí)間依據(jù)螺釘尺寸而定)時(shí)段內(nèi)將外科用螺釘與病人連接。另外，也期望提供一種如下的鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器，其具有鉆頭識(shí)別形式，以在鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的手動(dòng)指示信號(hào)處于用于與外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器連接的鉆機(jī)鉆頭或驅(qū)動(dòng)器鉆頭的期望操作參數(shù)之外時(shí)，容許外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器超馳控制提供給鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的手動(dòng)指令信號(hào)。
實(shí)用新型內(nèi)容為了使上述以及其它多種形式的期望顯現(xiàn)，因此產(chǎn)生本實(shí)用新型。在一優(yōu)選實(shí)施方式中，本實(shí)用新型提供一種外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器，其中借助于識(shí)別施加到鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的鉆頭的控制器，鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的多種操作模式被自動(dòng)地設(shè)定。因此，本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施方式提供 一種使用上述鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的方法，其容許鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器以高速施加外科用螺釘，同時(shí)自動(dòng)地防止使外科用螺釘從病人骨脫落的過(guò)大扭矩水平。一方面，本實(shí)用新型提供一種多用途的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器和鉆頭系統(tǒng)，包括夕卜科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器，包括用于連接多個(gè)鉆頭的連接器；多個(gè)鉆頭，每個(gè)所述鉆頭均具有唯一的識(shí)別器；傳感器，傳感器連接在所述外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器上，用于識(shí)別已與所述外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器連接在一起的所述鉆頭；存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器限定專用于所述已識(shí)別鉆頭的所述已識(shí)別鉆頭的操作參數(shù)；手動(dòng)控制器，手動(dòng)控制器響應(yīng)手動(dòng)指令信號(hào)操作所述外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器；以及超馳控制器，當(dāng)所述手動(dòng)指令信號(hào)處在用于所述已識(shí)別鉆頭的期望操作參數(shù)之外時(shí)，所述超馳控制器超馳控制提供給所述外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的所述手動(dòng)指令信號(hào)。另一方面，本實(shí)用新型提供一種外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器，包括本體，本體安裝在具有用于驅(qū)動(dòng)外科用螺釘?shù)囊堰B接驅(qū)動(dòng)器鉆頭的機(jī)動(dòng)化軸上，所述已連接驅(qū)動(dòng)器鉆頭具有唯一識(shí)別器；以及控制器，控制器識(shí)別所述鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的扭矩水平輸出，其中，所述控制器確定在輸出扭矩水平加速度的第一尖峰之前的螺紋插入操作階段、在所述輸出扭矩水平加速度的第一尖峰之后并在輸出扭矩加速度的第二尖峰之前的外科用螺釘頭部與物體接觸的操作階段、以及在所述輸出扭矩加速度的第二尖峰之后的壓縮操作階段，其中在所述輸出扭矩水平加速度的第二尖峰之后所述控制器關(guān)斷外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器以防止脫落。另一方面，本實(shí)用新型提供一種外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器，包括本體，本體安裝在具有用于驅(qū)動(dòng)外科用螺釘?shù)囊堰B接驅(qū)動(dòng)器鉆頭的機(jī)動(dòng)化軸上，所述已連接驅(qū)動(dòng)器鉆頭具有唯一識(shí)別器；以及控制器，控制器識(shí)別所述鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的扭矩水平輸出，其中，所述控制器確定輸出扭矩水平的第一峰值、在所述輸出扭矩水平的第一峰值之后的輸出扭矩水平的第一低谷、以及在所述輸出扭矩水平的第一低谷之后的輸出扭矩水平的負(fù)的第一導(dǎo)數(shù)，其中所述控制器關(guān)斷所述外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器和鉆頭以防止外科用螺釘與病人骨物質(zhì)脫落。另一方面，本實(shí)用新型提供一種外科用鉆頭系統(tǒng)，其具有多個(gè)圓筒形鉆頭，各所述鉆頭均具有唯一識(shí)別器，各所述鉆頭均包括遠(yuǎn)端的工作端部；近端的識(shí)別器端部；以及介于所述工作端部和所述識(shí)別器端部之間的至少一個(gè)沿徑向延伸的翼部；所述識(shí)別器端部的從所述至少一個(gè)翼部延伸到所述識(shí)別器端部的最近端部的長(zhǎng)度用于唯一識(shí)別所述多個(gè)鉆頭中的鉆頭。本領(lǐng)域技術(shù)人員將從附圖以及詳細(xì)描述中提供的本實(shí)用新型的說(shuō)明中，更清楚本用新型的其它優(yōu)點(diǎn)。

從詳細(xì)描述和附圖中將更全面理解本實(shí)用新型，其中圖I是根據(jù)本實(shí)用新型的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的立體圖；圖2是圖I所示的鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的立體剖視圖；圖3是與圖I和2所示的鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器一起使用的各種鉆機(jī)鉆頭和驅(qū)動(dòng)器鉆頭的示意性平面圖；圖4是用于根據(jù)本實(shí)用新型的鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的一替代性配置夾頭的放大立體圖；圖5是圖4所示的夾頭的前部的后視立體圖；圖6是圖4所示的夾頭的前部的另一后視立體圖；圖7是圖4所示的夾頭的前部的前視圖；圖8是圖4所示的夾頭的前部的側(cè)視圖；圖9是圖4所示的夾頭的后部的立體圖；圖10是圖4所示的夾頭的后部的側(cè)視圖；圖11是與圖4的夾頭一起使用的管形軸的前部的放大立體圖； 圖12A是與圖4所示的夾頭一起使用的鉆頭的側(cè)視圖；圖12B是與圖4所示的夾頭一起使用的鉆頭的俯視圖；圖12C是圖12A所示鉆頭的一部分的放大立體圖；圖13是用于金屬外科用螺釘?shù)呐c圖4的夾頭一起使用的緊固件驅(qū)動(dòng)器的側(cè)視圖；圖14是利用圖4的夾頭的用于Iactosorbic鉆頭的驅(qū)動(dòng)器；圖15是圖4中所示的夾頭的主視圖，示出安裝在夾頭內(nèi)的鉆頭；圖16是使用根據(jù)本實(shí)用新型的鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的方法的曲線圖，圖示了扭矩水平與時(shí)間之間的關(guān)系；圖17是圖示圖16所示方法的扭矩水平加速度與時(shí)間之間的關(guān)系的方法曲線圖；圖18是與圖16相似的圖，圖示了使用比產(chǎn)生圖3圖示的關(guān)系中所使用的更大的外科用螺釘?shù)那笆龇椒?；圖19是與圖17的相似的曲線圖，圖示了圖18中所示的扭矩水平加速度與時(shí)間之間的關(guān)系；圖20是與圖16的相似的圖，其附加地示出了用于多個(gè)骨密度的扭矩水平與時(shí)間之間的關(guān)系；圖21是與圖17相似的曲線圖，圖示了圖20中圖示方法的扭矩水平加速度與時(shí)間之間的關(guān)系；圖22是使用根據(jù)本實(shí)用新型的鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的另一優(yōu)選實(shí)施方式方法的曲線圖。
具體實(shí)施方式
優(yōu)選實(shí)施方式的以下描述本質(zhì)上僅是示例性的，并且無(wú)論如何無(wú)意限制本實(shí)用新型及其應(yīng)用、或用途。參見(jiàn)圖1、2以及3,提供具有智能鉆頭識(shí)別系統(tǒng)(smart bit recognition system)的多用途外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器組件7。外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器組件7具有鉆機(jī)本體10。鉆機(jī)本體10典型地由金屬或聚合物材料制成。鉆機(jī)本體10在其后端與電池組(battery pack) 14連接以容許外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器組件7在無(wú)電源線(power cord)情況下起作用。鉆機(jī)本體10安裝有無(wú)刷馬達(dá)11。馬達(dá)11典型地具有具備195m Nm失速扭矩(stall torque)的名義20瓦輸出，并具有達(dá)到35，500rpm的可變(無(wú)負(fù)載)速度?？刂齐娮悠骷拇蟛糠治挥隈R達(dá)11下方的電路板23上。鉆機(jī)本體10具有手柄22。頂部的手動(dòng)控制觸發(fā)器24響應(yīng)醫(yī)生的輸入。觸發(fā)器24對(duì)馬達(dá)11提供手動(dòng)指令信號(hào)。馬達(dá)11驅(qū)動(dòng)外軸25。外軸驅(qū)動(dòng)內(nèi)軸26。內(nèi)軸26的末端是夾頭連接器28。施加在夾頭28上的向前推力將夾頭多內(nèi)徑32中的增大部分30定位成鄰近保持器軸承滾珠34，容許保持器滾珠被向外推離位于內(nèi)軸26中的保持器滾珠的保持器開(kāi)孔36。選擇性地與夾頭28連接的是多個(gè)鉆頭42和44。鉆頭42是用于螺釘驅(qū)動(dòng)器刀片的。鉆頭44是用于鉆機(jī)的。鉆頭44是用于特定組的鈦螺釘。未示出其它可用于其它尺寸螺釘或生物可吸收螺釘?shù)你@頭。典型地，鉆頭42作用為用于具有多種長(zhǎng)度和直徑的若干鈦螺釘。各鉆頭具有具備唯一長(zhǎng)度的柄部，該唯一長(zhǎng)度是從凸部47到柄部末端測(cè)得的。鉆頭42的柄部43可具有大約O. 445英寸的長(zhǎng)度“A”。柄部的從凸部到環(huán)形槽45的部分對(duì)于所有鉆頭典型地恒定，環(huán)形槽45與保持軸承滾珠34匹配。為鉆頭44提供的柄部54可具有大約O. 563英寸的長(zhǎng)度。如后文解釋的，柄部長(zhǎng)度用于關(guān)聯(lián)于鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7的控制器，鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7的鉆頭與夾頭28連接。 可滑動(dòng)地安裝在內(nèi)軸26內(nèi)部的是柱塞62。柱塞62被彈性加載以抵靠接觸鉆頭的與夾頭28連接的柄部。穿過(guò)外軸25中的槽縫(未示出)，一組反射器祀(reflectortarget) 66與柱塞62連接。位于觸發(fā)器24底下的印刷電路板65上的定位傳感器通過(guò)確定靶66位置而確定柱塞62的軸向位置。如前所述，各鉆頭具有具備作為辨別特征的唯一長(zhǎng)度的部分。在一替代性實(shí)施方式(未示出)中，各鉆頭的辨別特征可為電阻、柄部的柄部幾何形狀或磁場(chǎng)強(qiáng)度、或無(wú)線射頻識(shí)別光學(xué)特征或常規(guī)辨別特征。專用于已辨別鉆頭的多種操作參數(shù)的期望范圍存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器可與控制器(典型地位于控制板23上)通 目。當(dāng)鉆頭與鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器連接時(shí)，諸如速度、扭矩水平、插入率(insertion rate)和/或其導(dǎo)數(shù)(derivative)等預(yù)定期望操作參數(shù)從存儲(chǔ)器發(fā)出通知(alert)到控制器，以控制鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7的操作。轉(zhuǎn)速傳感器將轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)通知控制器。附加的其它傳感器可給控制器提供由其它操作參數(shù)獲得的數(shù)據(jù)。在某些條件下，控制器提供超馳功能(overridefunction)。如果醫(yī)生試圖在給定鉆頭的預(yù)定操作參數(shù)之外來(lái)操作鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器，則控制器提供超馳功能以超馳控制由醫(yī)生提供的手動(dòng)指令信號(hào)。例如，當(dāng)鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7處于鉆機(jī)模式時(shí)，鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7可設(shè)置有時(shí)控自動(dòng)關(guān)斷開(kāi)關(guān)(以防止馬達(dá)11過(guò)熱)。鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7為防止過(guò)熱的切斷也經(jīng)過(guò)編程，以在任何時(shí)候控制器確定存在大于O英寸-盎司的扭矩水平時(shí)一該扭矩水平通知控制器，鉆頭44當(dāng)前位于骨材料內(nèi)，因此不應(yīng)該使鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7關(guān)斷以防止鉆頭44卡在病人骨物質(zhì)內(nèi)——不能起作用。參見(jiàn)圖4至15，提供用于本實(shí)用新型的一替代性實(shí)施方式的夾頭和鉆頭配置。夾頭70具有前部件72和后部封閉端部件74。前部件72具有大體長(zhǎng)方形的窗口 76。前部件72的內(nèi)部具有帶兩個(gè)弦狀平坦部80的大體圓形孔78。自弦狀平坦部80 —部分大體沿徑向延伸的是兩個(gè)止擋裝置82。位于圓形孔78之后的是彈簧腔室84。夾頭前部件具有后端部86。夾頭后部構(gòu)件74具有環(huán)形部75，環(huán)形部75裝配在前部件72的彈簧腔室84內(nèi)部。由馬達(dá)11供以動(dòng)力的是大體管形軸88。管形軸88具有中央孔90?？苫瑒?dòng)地沿軸向安裝在管形孔90內(nèi)的是柱塞92。連接在管形軸88前端部上的是兩個(gè)相對(duì)的鉤形止擋裝置94。各鉤形止擋裝置94均具有凹槽部(nest) 96和疊蓋的懸臂部98。另外，管形軸88具有兩個(gè)弦狀平坦部100，弦狀平坦部100與夾頭前端件的弦狀平坦部80配合以用軸88按照一定角度地保持夾頭70。軸88附加地具有用于安裝C形環(huán)(未示出)的C形環(huán)槽102，C形環(huán)槽102保持推抵C形環(huán)的彈簧(未示出)。彈簧附加地推抵夾頭后部74的大體環(huán)形平坦部77，以將夾頭70向后朝鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的其余部分偏置。參見(jiàn)圖12A、12B以及12C，示出具有提供鉆孔部分的工作端112的鉆頭110。該鉆頭附加地具有相對(duì)的沿徑向突伸的翼部114，沿徑向突伸的翼部114具有平坦部116。鉆頭110具有具備唯一長(zhǎng)度118的辨別器端部115，唯一長(zhǎng)度118是指從翼部114的前端到鉆頭110的端部120。當(dāng)識(shí)別器端部115安裝在軸88的孔90內(nèi)部時(shí)，端部120在與鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器安裝在一起時(shí)鄰接柱塞92。長(zhǎng)度118由通知控制器鉆頭110被連接的前述鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器傳感器系統(tǒng)辨別。提供具有扭轉(zhuǎn)螺釘驅(qū)動(dòng)器頭部105的金屬外科用螺釘驅(qū)動(dòng)器鉆頭126。鉆頭126也具有帶關(guān)聯(lián)平坦部116的翼部114，并具有從翼部114到鉆頭126的端部128的唯一長(zhǎng)度 130。另一可與本實(shí)用新型的鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7 —起使用的鉆頭是Iactosorbic驅(qū)動(dòng)器鉆頭140。Iactosorbic驅(qū)動(dòng)器鉆頭140用于驅(qū)動(dòng)Iactosorbic外科用螺釘,并再次具有帶從翼部14前端部到鉆頭端部144的唯一長(zhǎng)度142的翼部114。典型地，當(dāng)使用Iactosorbic鉆頭時(shí)，鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7可具有限時(shí)器，上述限時(shí)器將在lactosorbic螺釘不根據(jù)設(shè)計(jì)剪切以防止鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7燒掉或以另外方式故障的例外情況下切斷鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器?？稍贕arcia等人的美國(guó)專利公開(kāi)文獻(xiàn)No. 2008/0215060 Al中發(fā)現(xiàn)對(duì)Iactosorbic螺釘使用的更詳細(xì)描述。為了將上述鉆頭之一與夾頭連接，克服偏置彈簧(未示出)的力向前拉動(dòng)夾頭70。鉆頭端部，例如具有識(shí)別器端部115的鉆頭110，以翼部114沿一定角度定向的方式插入夾頭窗口 76內(nèi)，使得翼部與窗口 76大體對(duì)齊。鉆頭端部120接觸柱塞92，并向后推動(dòng)柱塞，直到翼部114接觸軸的大體環(huán)形平坦部150。旋轉(zhuǎn)鉆頭110，從而將翼部114帶入位于止擋裝置94的凹槽96內(nèi)的大體鎖定位置，并被接收在止擋裝置的部分98之下。當(dāng)釋放夾頭70時(shí)，彈簧向后推動(dòng)夾頭70，使三角形止擋裝置82定位成在翼部114相對(duì)側(cè)上與來(lái)自軸的凹槽96的翼部114相接觸，因此沿兩個(gè)角方向鎖定鉆頭110的翼部114。鉆頭110現(xiàn)在準(zhǔn)備好供使用了。為了改變鉆頭110，醫(yī)生僅需要在夾頭70向前拉動(dòng)，并轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭110，從而將鉆頭翼部114從軸的止擋裝置94之下的其鎖定位置帶出，并將翼部114與夾頭的窗口 76對(duì)齊。參見(jiàn)圖16至21，提供一種使用根據(jù)本實(shí)用新型的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7的方法。圖16是扭矩水平與時(shí)間之間關(guān)系的曲線圖。圖17是圖16中所使用的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的扭矩水平加速度與時(shí)間之間關(guān)系的曲線圖。圖18是顯示使用與圖16中所用的相同驅(qū)動(dòng)器的同一類型的外科用螺釘時(shí)扭矩水平與時(shí)間之間的關(guān)系。然而，與圖16中使用的螺釘相比，在圖18中，螺釘具有增大的直徑和/或增大的長(zhǎng)度。圖19是圖18中所使用的外科用鉆機(jī)或鉆驅(qū)動(dòng)器的扭矩水平加速度與時(shí)間之間關(guān)系的曲線圖。圖20的中間線是針對(duì)產(chǎn)生圖16的曲線圖所用的相同的螺釘和相同鉆頭的扭矩水平與時(shí)間之間關(guān)系的曲線圖。另外在圖20中，給出當(dāng)病人具有比正常的高或低的骨密度時(shí)扭矩水平與時(shí)間之間關(guān)系的曲線圖。圖21是在圖20中使用的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的扭矩水平加速度與時(shí)間之間關(guān)系的曲線圖。參見(jiàn)圖16，根據(jù)本實(shí)用新型的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7具有大約三個(gè)操作階段。第一操作階段是在圖16中用200標(biāo)示的初始螺紋階段。第二操作階段是當(dāng)外科用螺釘?shù)念^部首次接觸板時(shí)的階段。第二操作階段被標(biāo)示為202。標(biāo)示有204的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7的第三操作階段是當(dāng)板抵靠病人骨時(shí)病人的骨受壓縮的階段。在本實(shí)用新型之前，當(dāng)根據(jù)觸覺(jué)式觸摸而將外科用螺釘手動(dòng)旋入到病人內(nèi)時(shí)，醫(yī)生將在扭矩增加時(shí)意識(shí)到，并在骨材料脫落之前保持。如前所述，這種手動(dòng)方法能可能花費(fèi)醫(yī)生所進(jìn)行的操作的五秒或更多時(shí)間。在根據(jù)本實(shí)用新型的鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7的情況下，該過(guò)程花費(fèi)大約O. 045至O. 060秒(依據(jù)螺釘尺寸和病人骨密度)。通過(guò)參閱前述Garcia等人的美國(guó)專利公開(kāi)文獻(xiàn)可獲得快速插入螺釘時(shí)的更詳細(xì)細(xì)節(jié)。在鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7增大的速度(5000RPM到18，000RPM)情況下，沒(méi)有足夠的時(shí)間來(lái)手動(dòng)切斷鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7以防止將導(dǎo)致脫落的過(guò)大扭矩水平206。脫落扭矩水平206 (參見(jiàn)圖16)不但依賴于所用的外科用螺釘?shù)某叽?而且也依賴于病人骨物質(zhì)的厚度和密度。圖16中的曲線圖典型地是具有I. 5mm直徑和4mm或5mm長(zhǎng)度的鈦外科用螺釘。這 種螺釘?shù)氖纠前蛫W米特公司制造的91-6104和91-6105螺釘。如前所述，部段200表示初始螺紋插入。在初始螺紋插入結(jié)束時(shí)(時(shí)間扭矩水平處于TLl。參見(jiàn)圖17，呈現(xiàn)扭矩水平加速度與以秒計(jì)算的時(shí)間之間關(guān)系的曲線圖。在螺紋插入200以及螺紋頭部與板初始接觸202之間的相交處，存在交點(diǎn)210。在交點(diǎn)210和時(shí)間“t/’處，存在扭矩的初始峰值213，初始峰值213被檢測(cè)到并以信號(hào)方式通知鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7的控制器。在外科用螺釘頭部碰撞到板之后，雖然實(shí)際扭矩水平正在上升，但扭矩水平的加速度下降，直到螺釘頭部和板(降至最低點(diǎn))在交點(diǎn)214 (圖16)處碰撞上病人身體為止，導(dǎo)致在圖17中稱作選項(xiàng)(item) 215的扭矩水平加速度的第二峰值出現(xiàn)。峰值215出現(xiàn)在時(shí)間t2處的扭矩水平TL2處。在輸出扭矩加速度的第二尖峰處，控制器關(guān)斷外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7以防止骨脫落。這就導(dǎo)致扭矩輸出沿著線220示出的路徑在時(shí)間t3處降至零，而非沿著將導(dǎo)致在位置206處脫落的部分222繼續(xù)行進(jìn)。位置206典型地位于12-16英寸-盎司之上。參見(jiàn)圖18和19，提供用于使用了相同驅(qū)動(dòng)器鉆頭的相同鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7的扭矩水平和扭矩水平加速度的曲線圖，除了較大直徑螺釘和/或較長(zhǎng)長(zhǎng)度螺釘2. OmmX 7. Omm或
2.4_X 16mm外。在螺紋插入的初始階段300期間，由于在圖18中使用的外科用螺釘與圖16中示出的相比較長(zhǎng)和/或具有較大直徑，因此這兩個(gè)因素都使得時(shí)間ti+(用于初始插入階段300)大于時(shí)間h。以313標(biāo)示的加速度的第一尖峰出現(xiàn)在處。在扭矩水平加速度的位于第一尖峰313之后的螺釘與板接觸的操作階段302處，外科用螺釘頭部接觸板。在點(diǎn)314和在時(shí)間12+處，存在扭矩水平加速度的第二尖峰315，該第二尖峰315在控制器中被辨識(shí)出。在扭矩加速度的第二尖峰315之后，鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7進(jìn)入以304標(biāo)示的壓縮操作階段。在扭矩加速度的前述第二尖峰315 (時(shí)間t2+)處，控制器65關(guān)斷鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7的操作，導(dǎo)致扭矩水平沿著線320下降，防止了骨物質(zhì)脫落?？梢悦黠@看出，由于用于圖18和19的操作中的外科用螺釘?shù)脑龃笾睆胶?或長(zhǎng)度從而對(duì)扭矩水平輸出的增大需求，故扭矩水平TL2+典型地大于TL2。參見(jiàn)圖20和21，給出的扭矩水平與時(shí)間之間關(guān)系和扭矩水平加速度與時(shí)間之間關(guān)系的曲線圖適用于使用了具有與圖16和17中使用的相同的驅(qū)動(dòng)器鉆頭的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7。并且，在圖20和21中，使用相同尺寸的外科用螺釘。在圖20中，中間線與圖16中的相同，并表示被應(yīng)用于具有中等密度骨的病人的外科用螺釘。上部線適用于被應(yīng)用于具有較高密度的骨物質(zhì)的病人的外科用螺釘。下部線適用于被應(yīng)用于具有損壞的、較薄或較低骨密度的病人的外科用螺釘。在高密度骨情況下，螺紋插入400所需的時(shí)間A++比h大。因此，絕對(duì)扭矩水平TLl++大于TL1，且附加地，鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7的關(guān)斷開(kāi)關(guān)的扭矩水平TL2++比中等密度骨物質(zhì)的扭矩水平TL2高。在較低骨密度情況下，螺紋插入500所需的時(shí)間ti+++少于h的。另外，絕對(duì)扭矩水平TLl+++小于TL1，且附加地鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器關(guān)斷開(kāi)關(guān)的扭矩水平TL2+++低于較強(qiáng)的中等密度骨物質(zhì)在關(guān)斷時(shí)的扭矩水平TL2。因此，通過(guò)利用檢測(cè)到的扭矩加速度的第二尖峰來(lái)控制其關(guān)斷，本實(shí)用新型的鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7可以高速在非常短時(shí)段內(nèi)操作。鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7自動(dòng)調(diào)整關(guān)斷，從而防止了用于相同鉆頭的骨脫落，而不管螺釘尺寸或骨情況如何。當(dāng)使用本實(shí)用新型的鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7時(shí)，首先將電池放置在鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部。LED(發(fā)光二極管)按鈕導(dǎo)通以給醫(yī)生指示功率正流至鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7。夾頭28(或70)被向前拉動(dòng)以將期望的鉆頭或鉆機(jī)加載進(jìn)夾頭28 (或70)內(nèi)。如果鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7用來(lái)驅(qū)動(dòng)螺釘，則螺釘從托盤(pán)(未示出)被加載到驅(qū)動(dòng)器。板(未示出)被放置成抵靠病人骨，且螺釘末端穿過(guò)板內(nèi)的孔接觸抵靠病人骨。鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7構(gòu)造成，使得壓力必須由鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7施加到螺釘上大約2磅，或者觸發(fā)器24對(duì)起動(dòng)鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7不起作用。需要兩磅力，使得在插入狀態(tài)下螺釘向前推進(jìn)。應(yīng)該注意，在鉆孔模式下，并不需要由鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7施加在病人身體上的壓力。當(dāng)觸發(fā)器24被引動(dòng)時(shí)(在驅(qū)動(dòng)模式下)，控制系統(tǒng)(典型地位于鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的電路板上)開(kāi)始搜尋扭矩變化，并執(zhí)行如前所述的作為指令的任務(wù)。當(dāng)完成螺釘插入時(shí)，移離鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7，并將新的螺釘加載到鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器并重復(fù)任務(wù)。圖22是使用本實(shí)用新型的鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器7的方法的曲線圖，其圖示了扭矩水平和時(shí)間之間的關(guān)系。當(dāng)時(shí)間等于零(O)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器7，如前所述，預(yù)加載到病人骨物質(zhì)上，以容 許觸發(fā)器24響應(yīng)醫(yī)生致動(dòng)。在點(diǎn)601處，存在當(dāng)馬達(dá)11開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流(扭矩)的立即增大。當(dāng)螺釘開(kāi)始初始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該扭力在位置602處達(dá)到峰值。在點(diǎn)603處，當(dāng)扭矩開(kāi)始減小時(shí)，控制器辨認(rèn)出此處已經(jīng)存在扭矩水平的第一峰值。當(dāng)馬達(dá)連續(xù)地加速時(shí)并在螺釘末端刺入骨物質(zhì)之前，存在如部分604標(biāo)示的扭矩水平的初始下降。當(dāng)自鉆型外科用螺釘初始刺入骨物質(zhì)時(shí)，存在在圖22曲線圖中以部分605標(biāo)示的短階段的實(shí)際恒定扭矩水平。在借助于外科用螺釘進(jìn)行的初始抓骨之后，存在隨后進(jìn)行的沿著外科用螺釘內(nèi)徑的骨物質(zhì)初始脫落。該脫落不是當(dāng)螺釘完全緊固到病人骨物質(zhì)時(shí)所攻出的螺紋進(jìn)入骨物質(zhì)而進(jìn)行的脫落，而是發(fā)生在螺釘最末端處的脫落。這種現(xiàn)象導(dǎo)致扭矩水平的略微下降，這在圖22曲線圖的部分606以曲線形式示出。在由帶螺紋的緊固件的末端導(dǎo)致的骨物質(zhì)的初始脫落之后，當(dāng)螺釘刺入病人骨物質(zhì)時(shí)，存在扭矩水平的恒定增長(zhǎng)。在點(diǎn)607處，辨別出在與扭矩水平曲線圖的部分604、605以及606相比已出現(xiàn)的扭矩水平低谷處的點(diǎn)處，出現(xiàn)上述增長(zhǎng)。在該點(diǎn)處，控制器識(shí)別出帶螺紋的緊固件正刺入病人骨內(nèi)，且正在病人骨內(nèi)攻出適當(dāng)螺紋路徑。上述過(guò)程沿著部段608繼續(xù)，并之后在點(diǎn)610處達(dá)到峰值。在點(diǎn)610處，當(dāng)緊固件接近病人骨物質(zhì)內(nèi)的脫落條件時(shí)，扭矩水平的第一導(dǎo)數(shù)變成負(fù)的，其中在控制器切斷至馬達(dá)11的電流以防止脫落發(fā)生之后。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的是，依據(jù)如前文關(guān)聯(lián)圖20的曲線圖描述的骨密度的不同條件而定，與圖22所示的相似的曲線圖將略微高于圖22的曲線或低于圖22的曲線。本實(shí)用新型的描述本質(zhì)上僅是示例性的，因此不脫離本實(shí)用新型要旨的變型將落入本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。這種變型不應(yīng)視為違背了本實(shí)用新型的精神和范圍。 ·
權(quán)利要求1.一種多用途的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器和鉆頭系統(tǒng)，包括 外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器，包括用于連接多個(gè)鉆頭的連接器； 多個(gè)鉆頭，每個(gè)所述鉆頭均具有唯一的識(shí)別器； 傳感器，傳感器連接在所述外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器上，用于識(shí)別已與所述外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器連接在一起的所述鉆頭； 存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器限定專用于所述已識(shí)別鉆頭的所述已識(shí)別鉆頭的操作參數(shù)； 手動(dòng)控制器，手動(dòng)控制器響應(yīng)手動(dòng)指令信號(hào)操作所述外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器；以及超馳控制器，當(dāng)所述手動(dòng)指令信號(hào)處在用于所述已識(shí)別鉆頭的期望操作參數(shù)之外時(shí)，所述超馳控制器超馳控制提供給所述外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的所述手動(dòng)指令信號(hào)。
2.如權(quán)利要求I所述的多用途的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器和鉆頭系統(tǒng)，其中，所述外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器具有限時(shí)器以防止所述外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器過(guò)熱。
3.如權(quán)利要求I所述的多用途的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器和鉆頭系統(tǒng)，其中，所述識(shí)別器是所述鉆頭的一部分的長(zhǎng)度。
4.如權(quán)利要求3所述的多用途的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器和鉆頭系統(tǒng)，其中，與所述連接器連接的所述鉆頭包括 工作端； 相對(duì)的沿徑向延伸的翼部；以及 識(shí)別器端部。
5.如權(quán)利要求3所述的多用途的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器和鉆頭系統(tǒng)，還包括被加載抵靠所述已連接的鉆頭以輔助確定所述鉆頭長(zhǎng)度的柱塞。
6.如權(quán)利要求5所述的多用途的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器和鉆頭系統(tǒng)，具有夾頭型連接器。
7.如權(quán)利要求6所述的多用途的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器和鉆頭系統(tǒng)，其中，為了釋放所述已連接的鉆頭，向前拉動(dòng)所述夾頭。
8.如權(quán)利要求6所述的多用途的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器和鉆頭系統(tǒng)，其中，所述鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器具有轉(zhuǎn)動(dòng)的管形軸，以及其中所述柱塞定位在所述管形軸內(nèi)部，所述管形軸具有用于鎖定所述鉆頭的翼部的接收的鉤形止擋裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的多用途的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器和鉆頭系統(tǒng)，其中，所述夾頭具有接觸所述鉆頭以鎖定所述鉆頭使其不相對(duì)于所述管形軸轉(zhuǎn)動(dòng)的止擋裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的多用途的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器和鉆頭系統(tǒng)，其中，所述夾頭具有窗口，以及其中所述窗口確定所述鉆頭的所述翼部的接收的角方位。
11.如權(quán)利要求8所述的多用途的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器和鉆頭系統(tǒng)，其中，所述鉆頭具有與沿徑向延伸的翼部相對(duì)的工作端，以及用于插入所述軸內(nèi)以與所述柱塞接觸以設(shè)定所述柱塞的軸向位置的識(shí)別器端部。
12.—種外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器，包括 本體，本體安裝在具有用于驅(qū)動(dòng)外科用螺釘?shù)囊堰B接驅(qū)動(dòng)器鉆頭的機(jī)動(dòng)化軸上，所述已連接驅(qū)動(dòng)器鉆頭具有唯一識(shí)別器；以及 控制器，控制器識(shí)別所述鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的扭矩水平輸出，其中，所述控制器確定在輸出扭矩水平加速度的第一尖峰之前的螺紋插入操作階段、在所述輸出扭矩水平加速度的第一尖峰之后并在輸出扭矩加速度的第二尖峰之前的外科用螺釘頭部與物體接觸的操作階段、以及在所述輸出扭矩加速度的第二尖峰之后的壓縮操作階段，其中在所述輸出扭矩水平加速度的第二尖峰之后所述控制器關(guān)斷外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器以防止脫落。
13.—種外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器，包括 本體，本體安裝在具有用于驅(qū)動(dòng)外科用螺釘?shù)囊堰B接驅(qū)動(dòng)器鉆頭的機(jī)動(dòng)化軸上，所述已連接驅(qū)動(dòng)器鉆頭具有唯一識(shí)別器；以及 控制器，控制器識(shí)別所述鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的扭矩水平輸出，其中，所述控制器確定輸出扭矩水平的第一峰值、在所述輸出扭矩水平的第一峰值之后的輸出扭矩水平的第一低谷、以及在所述輸出扭矩水平的第一低谷之后的輸出扭矩水平的負(fù)的第一導(dǎo)數(shù)，其中所述控制器關(guān)斷所述外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器和鉆頭以防止外科用螺釘與病人骨物質(zhì)脫落。
14.一種外科用鉆頭系統(tǒng)，其具有多個(gè)圓筒形鉆頭，各所述鉆頭均具有唯一識(shí)別器，各所述鉆頭均包括 遠(yuǎn)端的工作端部； 近端的識(shí)別器端部；以及 介于所述工作端部和所述識(shí)別器端部之間的至少一個(gè)沿徑向延伸的翼部； 所述識(shí)別器端部的從所述至少一個(gè)翼部延伸到所述識(shí)別器端部的最近端部的長(zhǎng)度用于唯一識(shí)別所述多個(gè)鉆頭中的鉆頭。
專利摘要多用途的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器和鉆頭系統(tǒng)、外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器和外科用鉆頭系統(tǒng)。借助于識(shí)別應(yīng)用到鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的鉆頭的傳感器，自動(dòng)地設(shè)定鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的多種操作模式。多用途的外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器和鉆頭系統(tǒng)包括外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器；多個(gè)鉆頭，每個(gè)鉆頭均具有唯一識(shí)別器；傳感器；存儲(chǔ)器；手動(dòng)控制器；以及超馳控制器。還提供外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器，包括本體，其安裝在具有鉆頭的機(jī)動(dòng)化軸上，鉆頭具有唯一識(shí)別器；以及控制器。還提供外科用鉆機(jī)或驅(qū)動(dòng)器，包括本體，其安裝在具有鉆頭的機(jī)動(dòng)化軸上，鉆頭具有唯一識(shí)別器；以及控制器。還提供外科用鉆頭系統(tǒng)，各鉆頭均具有唯一識(shí)別器，識(shí)別器端部的從至少一個(gè)翼部延伸到識(shí)別器端部的最近端部的長(zhǎng)度用于唯一識(shí)別多個(gè)鉆頭中的鉆頭。
文檔編號(hào)A61B17/92GK202505475SQ201120194609
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
發(fā)明者克里斯托弗·C··戴爾, 布拉德利·溫特羅思, 拉里·米勒, 本杰明·J··格雷, 艾倫·J··梅雷迪思, 薩迪·R··加西亞, 賴安·尼古拉斯·盧比 申請(qǐng)人:巴奧米特微定位有限責(zé)任公司