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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-10-16
(54)【発明の名称】ハンドヘルド式外科手術システムのための汎用アダプタ
(51)【国際特許分類】
A61B 17/16 20060101AFI20241008BHJP
【ＦＩ】
A61B17/16
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024518814
(86)(22)【出願日】2022-09-27
(85)【翻訳文提出日】2024-05-15
(86)【国際出願番号】 IB2022059201
(87)【国際公開番号】W WO2023053006
(87)【国際公開日】2023-04-06
(31)【優先権主張番号】63/249,451
(32)【優先日】2021-09-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ
２．ＷＩＮＤＯＷＳ
３．ＭＡＣ ＯＳ
４．ＵＮＩＸ
５．ＳＯＬＡＲＩＳ
６．ＪＡＶＡ
(71)【出願人】
【識別番号】523419417
【氏名又は名称】スピンガード
(74)【代理人】
【識別番号】100114775
【弁理士】
【氏名又は名称】高岡 亮一
(74)【代理人】
【識別番号】100121511
【弁理士】
【氏名又は名称】小田 直
(74)【代理人】
【識別番号】100202751
【弁理士】
【氏名又は名称】岩堀 明代
(74)【代理人】
【識別番号】100208580
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 玲奈
(74)【代理人】
【識別番号】100191086
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 香元
(72)【発明者】
【氏名】シャンダンソン，ティボルト
(72)【発明者】
【氏名】ベッテ，ステファン
(72)【発明者】
【氏名】ブルリオン，マウリス
(72)【発明者】
【氏名】ラチェク，クリストファー
(72)【発明者】
【氏名】ティセール，フランソワ
【テーマコード（参考）】
4C160
【Ｆターム（参考）】
4C160LL09
4C160LL24
(57)【要約】
導電率感知システムによって誘導されながら、骨構造内への外科的穴あけなどの外科的処置を行うための外科用ドリルシステム用アダプタおよび使用方法が提供される。アダプタは、従来の外科用ドリルおよび導電率感知能力を有するドリルビットなどの外科用ドリル器具、または導電率感知能力を有する外科用ハンドツールに結合されるように構成され得る。アダプタは、測定された導電率および／または穿孔深さ測定値を示す１つ以上の信号を受信し、信号に基づいて測定された導電率の変化に関連する状態を検出し、状態の検出に応答して外科用ドリル器具の前進を阻止するように構成されたコントローラをさらに含む。
【選択図】図１３Ｄ
【選択図】図１３Ｄ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
細長いドリル部分を備える外科用器具と共に使用するためのアダプタであって、前記アダプタは、前記外科用器具の細長いドリル部分を通すようなサイズおよび形状のルーメンを備えるスリーブと、
前記スリーブに対する前記細長いドリル部分の前進を阻止するように作動するように構成されたブレーキ機構と、
コントローラであって、
前記細長いドリル部分によって感知された導電率を示す信号を受信し、
前記信号に応答して、前記ブレーキ機構に前記スリーブに対する前記細長いドリル部分の前進を阻止させる
ように構成された、コントローラと、
を備える、アダプタ。
【請求項2】
前記コントローラはさらに、前記細長いドリル部分の穿孔深さを示す信号を受信し、
前記細長いドリル部分の穿孔深さの関数としての導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、前記ブレーキ機構に前記細長いドリル部分の前進を阻止させる
ように構成される、請求項１に記載のアダプタ。
【請求項3】
前記細長いドリル部分は、骨に穿孔するように構成され、前記コントローラは、前記細長いドリル部分が骨から組織に移行することによって引き起こされる導電率の変化を感知するように構成される、請求項１に記載のアダプタ。
【請求項4】
前記コントローラは、前記細長いドリル部分による穿孔中の導電率の変化を感知するように構成され、そのことにより、前記コントローラは、前記導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、前記ブレーキ機構に前記細長いドリル部分の前進を阻止させる、請求項１に記載のアダプタ。
【請求項5】
前記アダプタに動作可能に結合された外部コンピューティングデバイスをさらに備え、
前記コントローラは、有線接続または無線接続を介して前記外部コンピューティングデバイス内に配置される、請求項１に記載のアダプタ。
【請求項6】
前記コントローラはさらに、所定の条件を満たす前記信号の検出時にアラームを生成するように構成される、請求項１に記載のアダプタ。
【請求項7】
前記コントローラはさらに、前記信号に基づいて、骨構造内への前記細長いドリル部分の穿孔を監視し、
測定された導電率の変化に関連する状態を検出し、
前記状態の検出に応答して、前記ブレーキ機構に前記細長いドリル部分の前進を阻止させる
ように構成される、請求項１に記載のアダプタ。
【請求項8】
前記スリーブは、ばねを備える固定部品を備え、前記アダプタはさらに、前記ばねに結合されたプランジャであって、前記外科用器具によって印加される力に応答して、前記固定部品内で摺動自在に移動可能であるように構成されたプランジャ
を備え、
前記ルーメンは、前記プランジャおよび前記固定部品を通って延びる、請求項１に記載のアダプタ。
【請求項9】
前記ブレーキ機構は、前記固定部品に対して前記プランジャをロックし、そのことより、前記アダプタに対する前記細長いドリル部分の前進を阻止するように構成される、請求項８に記載のアダプタ。
【請求項10】
前記プランジャの近位端は、前記外科用器具のストッパと係合するように構成された平坦部分を備え、そのことにより、前記外科用器具は、前記平坦部分と前記ストッパとの係合を介して前記プランジャに力を印加する、請求項８に記載のアダプタ。
【請求項11】
前記固定部品は、接触センサを備え、前記プランジャは、前記プランジャが前記固定部品に対して移動するにつれて、前記接触センサと係合するように構成されたスクリューを備え、前記コントローラは、前記スクリューと前記接触センサとの係合に応答する電気インピーダンスに基づいて、前記細長いドリル部分の穿孔深さを決定するように構成される、請求項８に記載のアダプタ。
【請求項12】
前記アダプタの固定部品は、所定の外科的処置のための前記外科用器具の刺入点または軌道のうちの少なくとも一方を決定するようにプログラムされたロボットアームの遠位端に結合されるように構成される、請求項８に記載のアダプタ。
【請求項13】
前記外科用器具は、ドリルビットを備え、前記スリーブは、前記ドリルビットを受容するように構成されたチャックを備え、前記アダプタはさらに、前記外科用器具に結合されて、前記外科用ドリルからドリルビットに回転運動を選択的に伝達するように構成された近位端
を備え、
前記コントローラは、前記信号に応答して、前記外科用ドリルから前記ドリルビットへの回転運動の伝達を停止して、前記ドリルビットの前進を阻止するように構成される、請求項１に記載のアダプタ。
【請求項14】
前記アダプタの近位端は、前記外科用ドリルに結合されるように構成された第１のロータと、前記チャックに結合された第２のロータとを備え、前記第１のロータおよび前記第２のロータは、回転運動を伝達するために互いに係合するように構成され、前記信号に応答して、前記コントローラは、前記第２のロータを前記第１のロータから切り離して、前記外科用ドリルから前記ドリルビットへの回転運動の伝達を停止する、請求項１３に記載のアダプタ。
【請求項15】
前記ブレーキ機構は、前記コントローラによって作動され、前記第１のロータからの前記第２のロータの切り離しに続いて、前記アダプタに対して前記ドリルビットをロックして前記ドリルビットの回転運動を停止させるように構成される、請求項１４に記載のアダプタ。
【請求項16】
前記第２のロータは、機械力または電磁力を介して前記第１のロータに選択的に結合される、請求項１４に記載のアダプタ。
【請求項17】
前記機械力は、噛み合う歯または摩擦のうちの少なくとも一方を介して達成される、請求項１６に記載のアダプタ。
【請求項18】
デフォルト状態では、前記第２のロータは、前記第１のロータから切り離され、前記コントローラは、前記外科用ドリルの作動時に前記第２のロータを前記第１のロータに結合させるように構成される、請求項１４に記載のアダプタ。
【請求項19】
デフォルト状態では、前記ブレーキ機構は、前記ドリルビットを前記アダプタに対してロックするように構成され、前記コントローラは、前記外科用ドリルの作動時に、前記ブレーキ機構を作動させて前記ドリルビットを前記アダプタに対してロック解除するように構成される、請求項１３に記載のアダプタ。
【請求項20】
前記ブレーキ機構は、摩擦プレートおよびパッド、クランプジョー、または噛み合う歯のうちの少なくとも１つを介して、前記アダプタに対して前記ドリルビットをロックするように構成される、請求項１３に記載のアダプタ。
【請求項21】
前記チャックは、前記ドリルビットの穿孔深さを測定するように構成された伸縮式チャネルを備える、請求項１３に記載のアダプタ。
【請求項22】
そこを通って延びるチャネルを有する線形アクチュエータと、前記線形アクチュエータのチャネル内に摺動自在に配置されたシャフトと、
をさらに備え、
前記ブレーキ機構は、前記線形アクチュエータと通信した状態で配置され、
前記信号に応答して、前記コントローラは、前記ブレーキ機構に前記線形アクチュエータに対して前記シャフトをロックして、前記ドリルビットの前進を阻止させる、請求項１３に記載のアダプタ。
【請求項23】
デフォルト状態では、前記ブレーキ機構は、前記線形アクチュエータに対して前記シャフトをロックするように構成され、前記コントローラは、前記外科用ドリルの作動時に、前記ブレーキ機構を作動させて前記線形アクチュエータに対して前記シャフトをロック解除するように構成される、請求項２２に記載のアダプタ。
【請求項24】
前記シャフトの遠位端は、骨構造に接触するように構成され、前記ドリルビットが前記骨構造内を前進するとき、前記シャフトが前記骨構造に対して静止したまま、前記チャネル内を摺動する、請求項２２に記載のアダプタ。
【請求項25】
前記シャフトの近位端は、前記外科用ドリルに接触するように構成され、前記ドリルビットが骨構造内を前進するとき、前記シャフトが前記チャネル内を摺動するにつれて前記外科用ドリルと前記アダプタとの間の距離が減少する、請求項２２に記載のアダプタ。
【請求項26】
ハンドルをさらに備える、請求項１に記載のアダプタ。
【請求項27】
請求項１に記載のアダプタを備え、外科用器具をさらに備えるシステム。
【請求項28】
前記外科用器具は、導電率を測定し、前記細長いドリル部分によって感知される導電率を示す信号を生成するように構成された少なくとも２つの電極を備える、請求項２７に記載のシステム。
【請求項29】
細長いドリル部分を備える外科用器具と共に使用するためのアダプタであって、前記アダプタは、前記外科用器具の細長いドリル部分を通すようなサイズおよび形状のルーメンを備えるスリーブと、
前記スリーブに対する前記細長いドリル部分の前進を阻止するように作動するように構成されたブレーキ機構と、
コントローラであって、
前記細長いドリル部分の穿孔深さを示す信号を受信し、
前記信号に応答して、前記ブレーキ機構に前記スリーブに対する前記細長いドリル部分の前進を阻止させる
ように構成された、コントローラと、
を備える、アダプタ。
【請求項30】
細長いドリル部分を備える外科用器具と共に使用するためのアダプタであって、前記アダプタは、前記外科用器具の細長いドリル部分を通すようなサイズおよび形状のルーメンを備えるスリーブと、
前記スリーブに対する前記細長いドリル部分の前進を阻止するように作動するように構成されたブレーキ機構と、
コントローラであって、
前記細長いドリル部分によって感知された導電率を示す信号を受信し、
前記細長いドリル部分の穿孔深さを示す信号を受信し、
前記細長いドリル部分の穿孔深さの関数としての導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、前記ブレーキ機構に前記スリーブに対する前記細長いドリル部分の前進を阻止させる
ように構成された、コントローラと、
を備える、アダプタ。
【請求項31】
細長いドリル部分を備える外科用器具と共に使用するためのアダプタを動作させるためのコンピュータ実装システムであって、前記システムは、前記細長いドリル部分が前記アダプタのスリーブのルーメンを通って解剖学的部分に穿孔するにつれて、前記細長いドリル部分によって感知される導電率を示す信号を受信し、
前記信号に応答して、前記ブレーキ機構に前記スリーブに対する前記細長いドリル部分の前進を阻止させる
ように構成された少なくとも１つのプロセッサを備える、コンピュータ実装システム。
【請求項32】
前記少なくとも１つのプロセッサはさらに、前記細長いドリル部分の穿孔深さを示す信号を受信し、
前記細長いドリル部分の穿孔深さの関数としての導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、前記ブレーキ機構に前記細長いドリル部分の前進を阻止させる
ように構成される、請求項３１に記載のコンピュータ実装システム。
【請求項33】
前記少なくとも１つのプロセッサはさらに、前記細長いドリル部分による穿孔中の導電率の変化を感知し、
前記導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、前記ブレーキ機構に前記細長いドリル部分の前進を阻止させる
ように構成される、請求項３１に記載のコンピュータ実装システム。
【請求項34】
前記少なくとも１つのプロセッサはさらに、前記信号に基づいて、骨構造内への前記細長いドリル部分の穿孔を監視し、
測定された導電率の変化に関連する状態を検出し、
前記状態の検出に応答して、前記ブレーキ機構に前記細長いドリル部分の前進を阻止させる
ように構成される、請求項３１に記載のコンピュータ実装システム。
【請求項35】
前記スリーブは、ばねを備える固定部品を備え、前記アダプタは、前記ばねに結合されたプランジャをさらに備え、前記プランジャは、前記外科用器具によって印加される力に応答して、前記固定部品内で摺動自在に移動可能であるように構成され、前記少なくとも１つのプロセッサは、前記ブレーキ機構に前記プランジャを前記固定部品に対してロックし、そのことにより、前記アダプタに対する前記細長いドリル部分の前進を阻止させることによって、前記ブレーキ機構に前記スリーブに対する前記細長いドリル部分の前進を阻止させるように構成される、請求項３１に記載のコンピュータ実装システム。
【請求項36】
前記少なくとも１つのプロセッサはさらに、前記アダプタに結合された深さセンサから前記細長いドリル部分の穿孔深さを示す信号を受信し、
前記細長いドリル部分の穿孔深さの関数としての導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、前記ブレーキ機構に前記細長いドリル部分の前進を阻止させる
ように構成される、請求項３５に記載のコンピュータ実装システム。
【請求項37】
細長いドリル部分を備える外科用器具と共に使用するためのアダプタであって、前記アダプタは、前記外科用器具の細長いドリル部分を通すようなサイズおよび形状のルーメンを備えるスリーブと、
前記細長いドリル部分に動作可能に結合され、アラームを生成するように構成されたアラート機構と、
コントローラであって、
前記細長いドリル部分による穿孔中に、前記細長いドリル部分によって感知された導電率を示す信号を受信し、
前記信号に応答して、導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、前記アラート機構に前記アラームを生成させる
ように構成された、コントローラと、
を備える、アダプタ。
【請求項38】
前記コントローラはさらに、前記細長いドリル部分の穿孔深さを示す信号を受信し、
前記細長いドリル部分の穿孔深さの関数としての導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、前記アラート機構にアラームを生成させる
ように構成される、請求項３７に記載のアダプタ。
【請求項39】
前記スリーブに対する前記細長いドリル部分の前進を阻止するように作動するように構成されたブレーキ機構をさらに備え、
前記コントローラはさらに、前記導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、前記ブレーキ機構に前記細長いドリル部分の前進を阻止させるように構成される、請求項３７に記載のアダプタ。
【請求項40】
前記コントローラはさらに、前記細長いドリル部分の穿孔深さを示す信号を受信し、
前記細長いドリル部分の穿孔深さの関数としての導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、前記ブレーキ機構に前記細長いドリル部分の前進を阻止させる
ように構成される、請求項３９に記載のアダプタ。
【請求項41】
細長いドリル部分を備える外科用器具と共に使用するためのアダプタを動作させるためのコンピュータ実装システムであって、前記システムは、前記細長いドリル部分が前記アダプタのスリーブのルーメンを通って解剖学的部分に穿孔するにつれて、前記細長いドリル部分によって感知される導電率を示す信号を受信し、
前記信号に応答して、前記導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、アラート機構にアラームを生成させる
ように構成された少なくとも１つのプロセッサを備えるコンピュータ実装システム。
【請求項42】
前記少なくとも１つのプロセッサはさらに、前記細長いドリル部分の穿孔深さを示す信号を受信し、
前記細長いドリル部分の穿孔深さの関数としての導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、前記アラート機構にアラームを生成させる
ように構成される、請求項４１に記載のコンピュータ実装システム。
【請求項43】
前記少なくとも１つのプロセッサはさらに、前記導電率の変化が前記１つ以上の所定の条件を満たしたときに、ブレーキ機構に前記細長いドリル部分の前進を阻止させる
ように構成される、請求項４１に記載のコンピュータ実装システム。
【請求項44】
前記少なくとも１つのプロセッサはさらに、前記細長いドリル部分の穿孔深さを示す信号を受信し、
前記細長いドリル部分の穿孔深さの関数としての導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、前記ブレーキ機構に前記細長いドリル部分の前進を阻止させる
ように構成される、請求項４３に記載のコンピュータ実装システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本願は、２０２１年９月２８日に出願された、米国仮特許出願第６３／２４９，４５１号の優先権を主張するものであり、その内容全体は参照によって本明細書に組み込まれる。
本願は、２０２１年９月２８日に出願された、米国仮特許出願第６３／２４９，４５１号の優先権を主張するものであり、その内容全体は参照によって本明細書に組み込まれる。
【0002】
汎用アダプタは、フィードバックベースの感知システムによって誘導される外科的処置を実施するための外科手術器具と共に使用するために提供される。
【背景技術】
【0003】
画像ベースの外科技術は、医師が多種多様な繊細な外科的処置を行うのを支援するために使用されてきた。これらの外科的処置は、例えば、患者の解剖学的構造によって外科用器具の可視化が不明瞭な場合、または外科用器具の作業端を３次元で可視化することが困難な場合に使用される。このような懸念が頻繁に生じる外科的処置には、例えば、脊椎インプラント埋入、骨折した骨片の位置合わせ、および骨折の固定が含まれる。
【0004】
Ｘ線画像または蛍光透視画像を使用して、患者の解剖学的構造内の外科用器具の作業端の位置を可視化して医師を支援する、手術ナビゲーションシステムが知られている。このようなシステムでは、外科的処置中にＸ線画像またはＣＴ画像を何度も取得することで、患者の解剖学的構造に対する外科用器具の作業端の位置のほぼリアルタイムでの表示を可能にしている。蛍光透視法に基づく手術ナビゲーションシステムは、外科的処置中に何度もＸ線を撮影することなく、外科用器具の軌道を追跡して、事前に取得した患者の解剖学的構造の画像上に外科用器具の表現を重ね合わせることもできる。そのようなシステムの一例は、Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ社によって販売されているＳｔｅａｌｔｈ Ｓｔａｔｉｏｎ（登録商標）ナビゲーションシステムであり、これは、外科医に器具の位置および軌道のＣＴ撮像フィードバックを提供するものである。
【0005】
従来公知の手術ナビゲーションシステムの採用は、そのようなシステムの精度が様々な要因によって損なわれる可能性があるため、制限されてきた。例えば、患者または外科医は、手術台上で患者の体の位置を変えることがあり、その結果、事前に取得した画像に対する外科用器具の作業端の位置にずれが生じる。この問題に対する１つの解決策は、外科的処置中に蛍光透視画像またはＣＴ画像を定期的に更新することであり、患者および外科医を電離放射線により多く被曝させるという不利益をもたらす。
【0006】
従来公知のナビゲーションシステムのさらに別の固有の限界は、二次元で表示された画像に基づいて、三次元の外科用器具の作業端の位置を、高い信頼性で提供することができないことである。ナビゲーションシステムは、患者の解剖学的構造および作業端の複数のビューを提供し得るが、外科医は、特に、敏感な構造または組織への穿孔を回避するために外科用器具の前進を制限する必要がある場合、外科用器具の作業端の位置について高い信頼性を得るために、リアルタイムでそのような複数のビューを頭の中で統合することは困難であり得る。
【0007】
したがって、既知の手術ナビゲーションシステムを改良し、特に、外科用器具の作業端が患者の解剖学的構造の敏感な部分に近づいているときに、外科医が外科用器具の作業端の位置を正確に確認することを可能にする、システムおよび方法を提供することが望ましい。
【0008】
作業端が解剖学的構造の移行に近づいたときにほぼリアルタイムで外科医に警告するだけでなく、作業端が望ましくない状態に近づいたときに作業端のさらなる前進を自動的に停止させるシステムおよび方法を提供することがさらに望ましい。
【発明の概要】
【0009】
本明細書では、従来公知のシステムの欠点を克服するシステムおよび方法が提供される。本発明の一態様によれば、骨（例えば脊椎）の穴あけを伴う処置などの外科的処置中の損傷を防止するための、外科用ドリルシステムで使用するためのアダプタが提供される。例えば、アダプタは、細長いドリル部分を備える外科用器具と共に使用するために提供されてもよい。アダプタは、外科用器具の細長いドリル部分を通すようなサイズおよび形状のルーメンを有するスリーブと、スリーブに対する細長いドリル部分の前進を阻止するように作動するように構成されたブレーキ機構と、細長いドリル部分によって感知された導電率を示す信号を受信し、信号に応答して、ブレーキ機構にスリーブに対する細長いドリル部分の前進を阻止させるようにプログラムされたコントローラとを含み得る。
【0010】
コントローラは、細長いドリル部分の穿孔深さを示す信号を受信し、細長いドリル部分の穿孔深さの関数としての導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、ブレーキ機構に細長いドリル部分の前進を阻止させるようにさらにプログラムされ得る。細長いドリル部分は、骨に穿孔するように構成され得る。したがって、コントローラは、細長いドリル部分が骨から組織へ移行することによって引き起こされる導電率の変化を感知するようにプログラムされ得る。さらに、コントローラは、導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、ブレーキ機構に細長いドリル部分の前進を阻止させるように、細長いドリル部分による穿孔中の導電率の変化を感知するようにプログラムされ得る。
【0011】
いくつかの実施形態では、外部コンピューティングデバイスは、コントローラが有線接続または無線接続を介して外部コンピューティングデバイス内に配置され得るように、アダプタに動作可能に結合され得る。コントローラは、所定の条件を満たす信号を検出するとアラームを生成するようにさらにプログラムされ得る。加えて、コントローラはさらに、信号に基づいて細長いドリル部分の骨構造内への穿孔を監視し、測定された導電率の変化に関連する状態を検出し、状態の検出に応答してブレーキ機構に細長いドリル部分の前進を阻止させるようにプログラムされ得る。
【0012】
スリーブは、ばねを備える固定部品を含み得、アダプタは、ばねに結合されたプランジャをさらに含み得、プランジャは、外科用器具によって印加される力に応答して、固定部品内で摺動自在に移動可能であるように構成される。したがって、ルーメンは、プランジャおよび固定部品を通って延び得る。さらに、ブレーキ機構は、固定部品に対してプランジャをロックし、そのことにより、アダプタに対する細長いドリル部分の前進を阻止するように構成され得る。加えて、プランジャの近位端は、外科用器具のストッパと係合するように構成された平坦部分を含み得、そのことにより、外科用器具は、平坦部分とストッパとの係合を介してプランジャに力を印加する。固定部品は、接触センサを含み得、プランジャは、プランジャが固定部品に対して移動するにつれて、接触センサと係合するように構成されたスクリューを含み得、コントローラは、スクリューと接触センサとの係合に応答する電気インピーダンスに基づいて、細長いドリル部分の穿孔深さを決定するようにプログラムされる。いくつかの実施形態では、アダプタの固定部品は、所定の外科的処置のための外科用器具の刺入点または軌道のうちの少なくとも一方を決定するようにプログラムされたロボットアームの遠位端に結合されるように構成され得る。
【0013】
本開示のいくつかの態様によれば、外科用器具は、ドリルビットを備え得、スリーブは、ドリルビットを受容するように構成されたチャックを備え得る。したがって、アダプタは、外科用ドリルに結合されて外科用ドリルからドリルビットに回転運動を選択的に伝達するように構成された近位端をさらに含み得、コントローラは、信号に応答して、外科用ドリルからドリルビットへの回転運動の伝達を停止してドリルビットの前進を阻止するようにプログラムされる。アダプタの近位端は、外科用ドリルに結合されるように構成された第１のロータと、チャックに結合された第２のロータとを含み得、第１のロータおよび第２のロータは、回転運動を伝達するために互いに係合するように構成され、信号に応答して、コントローラは、第２のロータを第１のロータから切り離して、外科用ドリルからドリルビットへの回転運動の伝達を停止する。
【0014】
ブレーキ機構は、コントローラによって作動され、第１のロータからの第２のロータの切り離しに続いて、アダプタに対してドリルビットをロックしてドリルビットの回転運動を停止させるように構成され得る。いくつかの実施形態では、第２のロータは、機械力または電磁力を介して第１のロータに選択的に結合され得る。例えば、機械力は、噛み合う歯または摩擦のうちの少なくとも一方を介して達成され得る。
【0015】
デフォルト状態では、第２のロータは、第１のロータから切り離され得、コントローラは、外科用ドリルの作動時に第２のロータを第１のロータに結合させるようにプログラムされる。あるいは、デフォルト状態では、ブレーキ機構は、ドリルビットをアダプタに対してロックするように構成され得、コントローラは、外科用ドリルの作動時に、ブレーキ機構を作動させてドリルビットをアダプタに対してロック解除するようにプログラムされる。ブレーキ機構は、摩擦プレートおよびパッド、クランプジョー、または噛み合う歯のうちの少なくとも１つを介して、アダプタに対してドリルビットをロックするように構成され得る。さらに、チャックは、ドリルビットの穿孔深さを測定するように構成された伸縮式チャネルを備え得る。
【0016】
本開示の別の態様によれば、アダプタは、線形アクチュエータを含み得、線形アクチュエータは、線形アクチュエータを通って延びるチャネルと、線形アクチュエータのチャネル内に摺動自在に配置されたシャフトとを有する。したがって、ブレーキ機構は、線形アクチュエータと通信した状態で配置され得、信号に応答して、コントローラは、ブレーキ機構に線形アクチュエータに対してシャフトをロックして、ドリルビットの前進を阻止させる。例えば、デフォルト状態では、ブレーキ機構は、線形アクチュエータに対してシャフトをロックするように構成され得、コントローラは、外科用ドリルの作動時に、ブレーキ機構を作動させて線形アクチュエータに対してシャフトをロック解除するようにプログラムされ得る。シャフトの遠位端は、骨構造に接触するように構成され得、そのことにより、ドリルビットが骨構造内を前進するとき、シャフトが骨構造に対して静止したままチャネル内を摺動する。あるいは、シャフトの近位端は、外科用ドリルに接触するように構成され得、そのことにより、ドリルビットが骨構造内を前進するとき、シャフトがチャネル内を摺動するにつれて外科用ドリルとアダプタとの間の距離が減少する。
【0017】
アダプタは、ハンドルをさらに備え得る。さらに、アダプタを備えるシステムが提供される。例えば、システムは、外科用器具を含み得る。外科用器具は、導電率を測定し、細長いドリル部分によって感知される導電率を示す信号を生成するように構成された少なくとも２つの電極を含み得る。
【0018】
本開示の別の態様によれば、細長いドリル部分を備える外科用器具と共に使用するための別のアダプタが提供される。例えば、アダプタは、外科用器具の細長いドリル部分を通すサイズおよび形状のルーメンを有するスリーブと、スリーブに対する細長いドリル部分の前進を阻止するように作動するように構成されたブレーキ機構と、細長いドリル部分の穿孔深さを示す信号を受信し、信号に応答して、ブレーキ機構にスリーブに対する細長いドリル部分の前進を阻止させるようにプログラムされたコントローラとを含み得る。
【0019】
本開示のさらに別の態様によれば、細長いドリル部分を備える外科用器具と共に使用するための別のアダプタが提供される。例えば、アダプタは、外科用器具の細長いドリル部分を通すサイズおよび形状のルーメンを備えるスリーブと、スリーブに対する細長いドリル部分の前進を阻止するように作動するように構成されたブレーキ機構と、細長いドリル部分によって感知される導電率を示す信号を受信し、細長いドリル部分の穿孔深さを示す信号を受信し、細長いドリル部分の穿孔深さの関数としての導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、ブレーキ機構にスリーブに対する細長いドリル部分の前進を阻止させるようにプログラムされたコントローラとを含み得る。
【0020】
本開示の別の態様によれば、細長いドリル部分を備える外科用器具と共に使用するためのアダプタを動作させるためのコンピュータ実装システムが提供される。該システムは、細長いドリル部分がアダプタのスリーブのルーメンを通って解剖学的部分に穿孔するにつれて細長いドリル部分によって感知される導電率を示す信号を受信し、信号に応答して、ブレーキ機構にスリーブに対する細長いドリル部分の前進を阻止させるように構成された少なくとも１つのプロセッサを含み得る。少なくとも１つのプロセッサは、細長いドリル部分の穿孔深さを示す信号を受信し、細長いドリル部分の穿孔深さの関数としての導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、ブレーキ機構に細長いドリル部分の前進を阻止させるようにさらに構成され得る。
【0021】
また、少なくとも１つのプロセッサはさらに、細長いドリル部分による穿孔中の導電率の変化を感知し、導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、ブレーキ機構に細長いドリル部分の前進を阻止させるように構成され得る。さらに、少なくとも１つのプロセッサは、信号に基づいて、細長いドリル部分の骨構造内への穿孔を監視し、測定された導電率の変化に関連する状態を検出し、状態の検出に応答して、ブレーキ機構に細長いドリル部分の前進を阻止させるようにさらに構成され得る。
【0022】
いくつかの実施形態では、スリーブは、ばねを備える固定部品を含み得、アダプタは、ばねに結合されたプランジャをさらに含み得、プランジャは、外科用器具によって印加される力に応答して、固定部品内で摺動自在に移動可能であるように構成され得る。したがって、少なくとも１つのプロセッサは、ブレーキ機構にプランジャを固定部品に対してロックし、そのことにより、アダプタに対する細長いドリル部分の前進を阻止させることによって、ブレーキ機構にスリーブに対する細長いドリル部分の前進を阻止させるように構成され得る。また、少なくとも１つのプロセッサはさらに、アダプタに結合された深さセンサから細長いドリル部分の穿孔深さを示す信号を受信し、細長いドリル部分の穿孔深さの関数としての導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、ブレーキ機構に細長いドリル部分の前進を阻止させるようにさらに構成され得る。
【0023】
本開示の別の態様によれば、細長いドリル部分を備える外科用器具と共に使用するための別のアダプタが提供される。例えば、アダプタは、外科用器具の細長いドリル部分を通すサイズおよび形状のルーメンを備えるスリーブと、細長いドリル部分に動作可能に結合され、アラームを生成するように構成されたアラート機構と、細長いドリル部分による穿孔中に細長いドリル部分によって感知される導電率を示す信号を受信し、信号に応答して、導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、アラート機構にアラームを生成させるようにプログラムされたコントローラとを含み得る。コントローラはさらに、細長いドリル部分の穿孔深さを示す信号を受信し、細長いドリル部分の穿孔深さの関数としての導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、アラート機構にアラームを生成させるようにプログラムされ得る。加えて、アダプタは、スリーブに対する細長いドリル部分の前進を阻止するように作動するように構成されたブレーキ機構をさらに含み得る。したがって、コントローラは、導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、ブレーキ機構に細長いドリル部分の前進を阻止させるようにさらにプログラムされ得る。さらに、コントローラは、細長いドリル部分の穿孔深さを示す信号を受信し、細長いドリル部分の穿孔深さの関数としての導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、ブレーキ機構に細長いドリル部分の前進を阻止させるようにさらにプログラムされ得る。
【0024】
本開示の別の態様によれば、細長いドリル部分を備える外科用器具と共に使用するためのアダプタを動作させるための別のコンピュータ実装システムが提供される。該システムは、細長いドリル部分がアダプタのスリーブのルーメンを通って解剖学的部分に穿孔するにつれて細長いドリル部分によって感知される導電率を示す信号を受信し、信号に応答して、導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、アラート機構にアラームを生成させるように構成された少なくとも１つのプロセッサを含み得る。少なくとも１つのプロセッサは、細長いドリル部分の穿孔深さを示す信号を受信し、細長いドリル部分の穿孔深さの関数としての導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、アラート機構にアラームを生成させるようにさらに構成され得る。さらに、少なくとも１つのプロセッサは、導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、ブレーキ機構に細長いドリル部分の前進を阻止させるようにさらに構成され得る。加えて、少なくとも１つのプロセッサは、細長いドリル部分の穿孔深さを示す信号を受信し、細長いドリル部分の穿孔深さの関数としての導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たしたときに、ブレーキ機構に細長いドリル部分の前進を阻止させるようにさらに構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明の原理に従って構築された例示的な外科用ドリルシステムを示す図である。
【図2】本開示の外科用ドリルシステムと共に使用するための例示的な外科用ドリルビットを示す図である。
【図4】本開示の原理に従って構築された例示的なコントローラの概略図である。
【図6A】本発明の原理に従って構築された代替の例示的な外科用ドリルシステムを示す図である。
【図6B】本発明の原理に従って構築された代替の例示的な外科用ドリルシステムを示す図である。
【図7A】本発明の原理に従って構築された別の代替の例示的な外科用ドリルシステムを示す図である。
【図7B】本発明の原理に従って構築された別の代替の例示的な外科用ドリルシステムを示す図である。
【図8A】本発明の原理に従って構築されたさらに別の代替の例示的な外科用ドリルシステムを示す図である。
【図8B】本発明の原理に従って構築されたさらに別の代替の例示的な外科用ドリルシステムを示す図である。
【図9A】本発明の原理に従って構築された外科用ドリルシステム用の例示的なアダプタを様々な角度から見た図である。
【図9B】本発明の原理に従って構築された外科用ドリルシステム用の例示的なアダプタを様々な角度から見た図である。
【図9C】本発明の原理に従って構築された外科用ドリルシステム用の例示的なアダプタを様々な角度から見た図である。
【図9D】本発明の原理に従って構築された外科用ドリルシステム用の例示的なアダプタを様々な角度から見た図である。
【図10】本開示の原理に従って構築された代替の例示的なコントローラの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
導電率感知システムによって誘導されながら、骨構造内への外科的穴あけなどの外科的処置を行うための外科用ドリルシステムおよび方法が提供される。本開示の原理に従って構成されたシステムは、ハンドヘルド式外科用ドリルなどの任意の従来の外科用ドリルに結合され得る汎用アダプタと、導電率感知能力を有するドリルビットとを含む。代替として、汎用アダプタは、外科用ロボットシステムのロボットアームに結合され得る。患者に対する損傷を防止するために、アダプタは、ドリルが感知した導電率に応答して、数ミリ秒から数秒以内に、ほぼリアルタイムで、ドリルビットの前進を自動的に阻止する。
【0027】
本明細書に記載するアダプタは、整形外科および脊椎外科の分野において、外科的処置中に外科医が患者の脊椎の１つ以上の椎骨にインプラントを配置するのを支援するために使用するのに特に有利である。したがって、アダプタは、配置精度の改善を可能にし、脊髄、神経終末、および血管構造などの敏感な機能性組織への意図しない侵入に関連する損傷のリスクを防止する。本発明の装置および方法は、椎骨、より一般的には骨構造における適用に関して本明細書に記載されているが、そのような適用に限定されない。むしろ、本発明の原理は、有利には、異なる媒質を備え、電流を伝導する媒質の容量の関数として変化する導電率または抵抗率のような電気的特性を有する任意の解剖学的部分に適用され得る。
【0028】
図１を参照すると、本発明の一態様に従って構成された例示的な外科用ドリルシステムが示されている。図１に示すように、外科用ドリルシステム１０は、汎用アダプタ１００と、従来の外科用ドリル１２と、導電率感知ドリルビット２００とを含む。外科用ドリル１２は、回転運動を受け取ってドリルビットに伝達するように構成された任意の従来の外科用ドリルであり得る。以下に詳細に説明するように、外科用ドリル１２がアダプタ１００を介して回転運動をドリルビット２００に伝達するように、アダプタ１００は、その近位端において外科用ドリル１２に結合され得、その遠位端においてドリルビット２００を受容するように構成されたスリーブを有し得る。ドリルビット２００は、アダプタ１００と、例えばアダプタ１００のチャックによって受容されるようなサイズおよび形状の近位端２０２と、例えば組織および／または骨に接触して穿孔するように構成された遠位端２０４と、ドリルビット２００をアダプタ１００に電気的に結合するための導体２０６とを含み得る。
【0029】
ここで図２を参照すると、ドリルビット２００の遠位端２０４が示されている。ドリルビット２００の遠位端２０４は、椎骨および周囲組織を含む領域などの解剖学的部分に穿孔するように構成される。外科技術においてよく理解されているように、神経終末付近の皮質骨の孔または外層を画定する皮質骨の内層を損傷または通過することを回避するために、ドリルビット２００の正確な位置決めを確実にすることが重要である。アダプタ１００は、好ましくは、ドリルビット２００が解剖学的部分内で動かされたときに、ドリルビット２００により感知された電気的特性の関数として変化する警告信号を発し、穿孔させるべきではない解剖学的部分にドリルビット２００が近づいた場合（例えば、違反状態）、ドリルビット２００による穿孔を阻止するように構成される。
【0030】
ドリルビット２００は、米国特許第７,５８０,７４３号（その内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる）に記載されているハンドツールと同様に動作し、その装置は、ＰｅｄｉＧｕａｒｄ（登録商標）という商品名で本出願の譲受人から市販されている。ドリルビット２００はさらに、スクリュー、特に椎弓根スクリューなどの、解剖学的構造内に埋入されるインプラントを構成し得る。
【0031】
図２をさらに参照すると、ドリルビット２００は、近位端２０２と遠位端２０４との間で長手方向軸Ｌに沿って延在し、骨構造に穿孔するための先端２０８を形成する。ドリルビット２００は、一般に、長手方向軸Ｌに沿って延在する円形断面の円筒状外面を有し、先端２０８から近位に延在する１つ以上の螺旋状切削端を含む。しかしながら、ドリルビット２００の本体は、任意の他の形状、特に多角形または他の断面を有する円筒形を有することができる。追加としてまたは代替として、ドリルビット２００は、ねじ式ドリルビットであり得る。ドリルビット２００は、長手方向軸Ｌと平行にドリルビット２００の内部に延在する、円筒状で導電性材料の第１の電極２１０を備える。特に、第１の電極２１０は、ドリルビット２００の中心ボア内に配置され、先端２０８においてドリルビット２００の外面と同一平面上にある第１の接触面２１４を有する自由端まで長手方向軸Ｌと同軸に延在する。
【0032】
ドリルビット２００はさらに、第１の電極２１０の周囲に長手方向軸Ｌに沿って延在する、環状で導電性材料の第２の電極２１２を含む。特に、この場合、第２の電極２１２は、導電性材料で作られたドリルビット２００自体の一部で形成される。第２の電極２１２は、長手方向軸Ｌに平行でドリルビット２００の側面に対応する円筒状部分と、ドリルビット２００の遠位面に対応する長手方向軸Ｌを横断する環状部分とから成る第２の接触面２１６を有する。
【0033】
ドリルビット２００が解剖学的部分に穿孔する間に、第１の接触面２１４および第２の接触面２１６が解剖学的部分と互いに間隔を置いて接触することができるように、電気絶縁材料の層が第１の電極２１０と第２の電極２１２との間に介在される。しかしながら、本発明は、ドリルビット２００によって示される実施形態に限定されず、例えば、第１の電極２１０および第２の電極２１２が同軸に配置されず、ドリルビット２００に挿入された導電性材料のロッドから形成され得るような、他の形状が可能であることを理解されたい。さらに、第１の電極２１０および第２の電極２１２はそれぞれ、ドリルビット２００の側面または遠位面と同一平面上にある点状または他の接触面２１４、２１６を有し得る。あるいは、ドリルビット２００は、２つ以上の第１の電極２１０および２つ以上の第２の電極２１２を支持することができる。
【0034】
ここで図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、システム１０のアダプタ１００の内部部品が示されている。図３Ｂでは、アダプタ１００は、ドリルビット２００の近位端２０２を確実に通すためのスリーブ、例えばチャック１０４を含み得る。チャック１０４は、ドリルビット２００の第１の電極２１０および第２の電極２１２への電気的接続を確立する部品を含み得、したがって、アダプタ１００内に配置された電子機器が適切な警告信号を発することを可能にする。これらの部品は、コントローラ１５０（図３Ｃ参照）、例えば、回路基板上に取り付けられた電気的処理装置に結合された発電機を含み得る。発電機は、第１の電極２１０および第２の電極２１２に接続され、例えば、導体２０６を介して、第１の接触面２１４および第２の接触面２１６に１つ以上の電圧を印加するために好適である。コントローラ１５０は、例えば導体２０６を介して、発電機と第１の電極２１０および第２の電極２１２とに接続され得、印加電圧（単数または複数）によって誘導される測定電流（単数または複数）に基づいて電気的特性に関連する測定パラメータを決定し、測定パラメータに対応する警告信号を発するのに好適である。測定パラメータは、特に、電圧、電流の強度、導電率または抵抗率であり得る、あるいは、積分、平均化などによる１つ以上の測定電流の処理の結果であり得る、あるいは、周波数分析の結果であり得る。
【0035】
アダプタ１００はさらに、発電機およびコントローラ１５０に電力を供給するための装置、例えば、バッテリを封入してもよい。さらに、アダプタ１００は、以下に説明するように、任意の好適な手段によって、有線または無線、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈを介して、コントローラ１５０と通信する通信インターフェースを含み得る。代替形態では、発電機および／またはコントローラ１５０、ならびにドリルビット２００の他の電子部品は、アダプタ１００の本体から遠隔に位置し得る。例えば、部品の少なくともいくつかは、以下に説明するように、外部コンピューティングデバイスによって担持され得る。
【0036】
ここで図３Ｂを参照すると、アダプタ１００は、外科用ドリル１２に解放可能に係合するように構成された第１のロータ１１０を含み得る。例えば、第１のロータ１１０は、外科用ドリル１２のチャック１６によって確実に受容されるようなサイズおよび形状のシャフト１１２を含み得る。したがって、外科用ドリル１２は、外科用ドリル１２の作動時に、回転運動を第１のロータ１１０に伝達することができる。加えて、アダプタ１００は、第２のロータ１０６の回転が回転運動をドリルビット２００に伝達するように、ドリルビット２００の近位端２０２を確実に受容するためのチャネル１０８を有する第２のロータ１０６を含み得る。追加としてまたは代替として、第１のロータおよび／または第２のロータは、例えば、シャフト、ディスク、軸、シリンダなどであり得る。
【0037】
外科用ドリル１２は、第１のロータ１１０が第２のロータ１０６に機械的に結合されたときに、第１のロータ１１０および第２のロータ１０６を介して回転運動をドリルビット２００に伝達し得るように、第１のロータ１１０は、例えば、電磁クラッチ機構を介して、第２のロータ１０６に解放可能に結合され得る。例えば、コントローラ１５０は、第２のロータ１０６に磁場を発生させて、第２のロータ１０６を第１のロータ１１０に電磁気的に結合させることができる。あるいは、磁場は、ロータ１０６、１１０上の機械的要素、例えば、噛み合う歯または摩擦力を相互係合させてもよい。以下に説明するように、状態を検出すると、コントローラ１５０は、磁場を停止させて、第１のロータ１１０を第２のロータ１０６から切り離すことができる。これにより、外科用ドリル１２からドリルビット２００への回転運動の伝達が停止し、ドリルビット２００が「自動停止」する。デフォルト状態では、外科用ドリル１２の作動前は、第１のロータ１１０が第２のロータ１０６から切り離され得、外科用ドリル１２の作動時に、コントローラ１５０は、第１のロータ１１０および第２のロータ１０６を結合させて、外科用ドリル１２からドリルビット２００に回転運動を伝達させる。
【0038】
図３Ｂでは、アダプタ１００は、１つ以上のアクチュエータ１２０をさらに含み得る。例えば、アクチュエータ１２０は、ドリルビット２００を自動停止させる信号が存在するにもかかわらず、ユーザがコントローラ１５０をオーバーライドして穴あけを継続することを可能にし得る。したがって、アクチュエータ１２０の作動は、ドリルビット２００の自動停止を一時的に無効にし、コントローラ１５０に第１のロータ１１０を第２のロータ１０６に再係合させて、外科用ドリル１２からドリルビット２００への回転運動の伝達の継続を可能にし得る。アクチュエータ１２０の解放時に、コントローラ１５０は、測定されたリアルタイムの導電率に基づいて状態が依然として検出される場合に、ドリルビット２００の自動停止へと進むことができる。追加としてまたは代替として、１つ以上のアクチュエータ１２０は、外科用ドリル１２がドリルビット２００に直接命令するように、ユーザがコントローラ１５０の自動停止機能をオフにする、例えば、システム１０を無効にすることを可能にし得る。いくつかの実施形態では、アクチュエータ１２０は、外科医が音声コマンドを提供して、コントローラ１５０に上述の方法でシステム１０を一時的に無効にさせる、または無効にさせることができるように、音声制御アクチュエータであり得る。
【0039】
加えて、アダプタ１００は、そこから遠位に延在する伸縮式チャネル１１４を含み得る。伸縮式チャネル１１４は、伸縮式チャネル１１４に張力を付与するために、その内部にばね１１６が配置され得る。例えば、ばね１１６は、伸縮式チャネル１１４にばね力を印加して伸縮式チャネル１１４を伸長構成に付勢してもよい。伸縮式チャネル１１４の遠位端は、例えば、組織または骨内へのドリルビット２００の刺入点に隣接する表面に接触して圧迫するようなサイズおよび形状のリップ１１８を含み得る。したがって、ドリルビット２００が解剖学的部分に穿孔すると、リップ１１８は、ドリルビット刺入点に隣接する表面に接触し、ドリルビット２００が解剖学的部分、例えばリップ１１８へと前進するにつれて、伸縮式チャネル１１４を軸方向に収縮させる。結果として生じる伸縮式チャネル１１４の伸縮動作が図３Ｃに示されている。さらに、伸縮式チャネル１１４は、伸縮式チャネル１１４が収縮するにつれて解剖学的部分内へ入るドリルビット２００の深さ測定を容易にするために、その外面上にマーキングを含み得る。いくつかの実施形態では、アダプタ１００は、アダプタ１００のハンドル１０２が外科用ドリル１２から、例えば、９０度の角度をなすように外科用ドリル１２に結合され得、そのことによりシステム１０の安定性および制御が改善され得る。
【0040】
次に図４を参照すると、アダプタ１００と共に使用されるコントローラ１５０に含まれ得る部品について説明する。コントローラ１５０は、アダプタ１００およびドリルビット２００に動作可能に結合され得、そのことにより、コントローラ１５０は、例えば、周囲組織および／または骨の電気インピーダンスに基づいて、ドリルビット２００から導電率測定値を示す信号を受信し、その信号に基づいて、外科的穴あけ処置中の状態（例えば、違反）を検出し、外科用ドリル１２からドリルビット２００への回転運動の伝達を停止するようにアダプタ１００に命令し得る。コントローラ１５０は、１つ以上のプロセッサ１５２、通信回路１５４、電源１５６、ユーザインターフェース１５７、および／またはメモリ１５８を含み得る。
【0041】
コントローラ１５０は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュ、もしくは他の既知のメモリ、またはそれらの何らかの組み合わせであり得るメモリを含み、好ましくは、データが選択的に保存され得る記憶装置を含む。例えば、骨内への外科的穴あけ処置中にドリルビットの違反または違反に近い状態を検出するためのアルゴリズムを実行するためのプログラム可能な命令が記憶され得る。１つ以上の電気部品および／または回路は、本明細書に記載する様々な部品の役割の一部または全てを実行し得る。別々に説明されているが、電気部品は、別々の構造要素である必要はないことを理解されたい。例えば、コントローラ１５０および通信回路１５４は、シングルチップで具現化されてもよい。また、コントローラ１５０はメモリを有するものとして説明されているが、メモリチップ（単数または複数）が別に設けられてもよい。
【0042】
コントローラ１５０は、プロセッサ１５２を組み込み得、プロセッサ１５２は、１つ以上のプロセッサで構成され得、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）もしくは他のプログラマブル・ロジック・デバイス、ディスクリートゲートもしくはトランジスタロジック、ディスクリート・ハードウェア・コンポーネント、または本明細書に記載する機能を実行するように設計されたそれらの任意の好適な組み合わせであり得る。コントローラはさらに、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連動する１つ以上のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装され得る。
【0043】
コントローラ１５０は、メモリを含み、および／または１つ以上のバスを介して結合されて、メモリから情報を読み取り、もしくはメモリに情報を書き込むことができる。メモリは、異なるレベルが異なる容量およびアクセス速度を有するマルチレベル階層キャッシュを含むプロセッサキャッシュを含み得る。メモリはさらに、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、他の揮発性記憶装置、または不揮発性記憶装置を含み得る。記憶装置は、例えば、ハードドライブ、光ディスク、フラッシュメモリ、およびＺｉｐドライブを含み得る。
【0044】
コントローラ１５０は、メモリに記憶されたファームウェア／ソフトウェアと共に、例えば、Ｗｉｎｄｏｗｓ、Ｍａｃ ＯＳ、Ｕｎｉｘ、またはＳｏｌａｒｉｓ５．１０などのオペレーティングシステム（例えば、オペレーティングシステム１７２）を実行し得る。コントローラ１５０はまた、メモリに記憶されているソフトウェアアプリケーションを実行する。１つの非限定的な実施形態において、ソフトウェアは、例えば、Ｕｎｉｘ Ｋｏｒｎシェルスクリプトを含む。他の実施形態では、ソフトウェアは、例えば、Ｃ＋＋、ＰＨＰ、またはＪａｖａを含む、当業者に周知の任意の好適なプログラミング言語のプログラムであり得る。
【0045】
通信回路１５４は、コントローラ１５０が、導体２０６を介して、アダプタ１００の電子部品（例えば、発電機、１つ以上の深さセンサ、電源１５６、アラームシステム、１つ以上のアクチュエータ１２０、第１のロータ１１０、第２のロータ１０６など）および電極２１０、２１２と通信することを可能にする回路を含み得る。通信回路１５４は、当技術分野において周知の技術を使用して、インターネット、電話網、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈネットワーク、および／またはＷｉＦｉネットワークなどのネットワークを介した、有線および／または無線通信用に構成され得る。通信回路１５４は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈチップおよび／またはＷｉＦｉチップなどの当技術分野で周知の通信チップであり得る。通信回路１５４は、コントローラ１５０が、脊椎の穴あけに関連する違反または違反に近い状態を示す信号などの情報を、ローカルにおよび／またはサーバなどの遠隔位置に転送することを可能にする。
【0046】
電源１５６は、交流電流または直流電流を供給し得る。直流電流の実施形態では、電源は、交換可能なバッテリまたは充電式バッテリなどの好適なバッテリを含み得、装置は、充電式バッテリを充電するための回路と、取り外し可能な電源コードとを含み得る。電源１５６は、充電器内の誘導コイルおよび誘導コイルを介して充電器によって充電され得る。あるいは、電源１５６は、例えば、ＡＣ－ＤＣ電力変換器を有するコードおよび／またはＵＳＢポートを介して、アダプタを従来の壁ソケットに差し込んで装置内の部品に電力供給することを可能にするポートであり得る。電源１５６は、アダプタの部品に電力を供給するように設計され得る。
【0047】
ユーザインターフェース１５７は、ユーザから入力を受信し、および／またはユーザに出力を提供するために使用され得る。例えば、ユーザインターフェース１５７は、穴あけ処置中の違反または違反に近い状態の検出に関する情報をユーザに提供し得る。ユーザインターフェース１５７は、オーディオ出力を選択的に増減させるための可聴デバイスおよび／または音量コントロールをさらに含み得る。ユーザインターフェース１５７は、タッチスクリーン、スイッチ、ダイヤル、ライト、ＬＥＤ（例えば、図３Ｂに示されているＬＥＤ１２２）、ＬＥＤマトリックス、他のＬＥＤインジケータ、またはユーザから入力を受信し、および／もしくはユーザに出力を提供するための他の入出力装置を含み得る。他の実施形態では、ユーザインターフェース１５７は、アダプタ上に存在しなくてもよいが、代わりに、通信回路１５４を介してアダプタに通信可能に接続されるリモートの外部コンピューティングデバイス上に設けられる。ユーザインターフェース１５７はさらに、アダプタ上の要素とリモートコンピューティングデバイスとの組み合わせであり得る。
【0048】
非一時的コンピュータ可読媒体の一例であるメモリ１５８は、オペレーティングシステム（ＯＳ）１７２、アダプタ・インターフェースモジュール１６０、発電機インターフェースモジュール１６２、導電率感知モジュール１６４、深さ感知モジュール１６６、状態検出モジュール１６８、およびアラート生成モジュール１７０を記憶するために使用され得る。モジュールは、本開示に従う様々な動作を実行するためにプロセッサ１５２によって実行され得るコンピュータ実行可能命令の形態で提供される。例えば、Ｂｏｕｒｌｉｏｎの米国特許第１１，３４４．３７２号または米国特許出願第１７／６６１，７１９号（それぞれの内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる）に記載されているように、違反検出に関連するアルゴリズムを実行する命令が記憶され得る。
【0049】
アダプタ・インターフェースモジュール１６０は、アダプタ１００の電子部品と通信し、それらを作動するように、プロセッサ１５２によって実行され得る。例えば、アダプタ・インターフェースモジュール１６０は、第２のロータ１０６に動作可能に結合され得、アダプタ・インターフェースモジュール１６０は、外科用ドリル１２の作動時に、第２のロータ１０６に磁場を生成させて第１のロータ１１０と結合させるために、プロセッサ１５２によって実行され得る。したがって、アダプタ・インターフェースモジュール１６０は、外科用ドリル１１２が作動し、第２のロータ１０６を第１のロータ１１０に結合させることを示す信号を第１のロータ１１０から受信し、そのことにより、回転運動が外科用ドリル１２からドリルビット２００に伝達され得る。さらに、アダプタ・インターフェースモジュール１６０は、以下でさらに詳細に説明するように、状態検出モジュール１６８による状態の検出時に、磁場を停止させて、第２のロータ１０６を第１のロータ１１０から切り離すことができる。
【0050】
発電機インターフェースモジュール１６２は、ドリルビット２００による解剖学的部分の穿孔中に、アダプタ１００の発電機に、ドリルビット２００の第１の接触面２１４および第２の接触面２１６に１つ以上の電圧を印加させるために、プロセッサ１５２によって実行され得る。
【0051】
導電率感知モジュール１６４は、ドリルビット２００が解剖学的部分に穿孔するときに測定された導電率を示す第１の電極２１０および第２の電極２１２からの１つ以上の信号を受信するために、プロセッサ１５２によって実行され得る。具体的には、導電率感知モジュール１６４は、印加電圧（単数または複数）によって誘導される測定電流（単数または複数）に基づいて、電気的特性（例えば、電圧、電流の強度、導電率、または抵抗率）に関連する測定パラメータを決定することができる。したがって、導電率感知モジュール１６４は、例えば、ドリルビット２００が解剖学的部分に穿孔するときにリアルタイムで、ドリルビット２００の先端２０８を取り囲む組織および／または骨の電気インピーダンスに基づいて、導電率を測定することができる。
【0052】
深さ感知モジュール１６８は、アダプタ１００および／またはドリルビット２００に結合された１つ以上の深さセンサから１つ以上の信号を受信し、１つ以上の信号に基づいて解剖学的部分へのドリルビット２００の穿孔深さを決定するために、プロセッサ１５２によって実行され得る。例えば、第１の深さセンサは、アダプタ１００の固定部分上に位置決めされ得、第２の深さセンサは、伸縮式チャネル１１４の遠位端に位置決めされ得、そのことにより、深さ感知モジュール１６６は、第１の深さセンサおよび第２の深さセンサの相対位置を示す第１の深さセンサおよび第２の深さセンサのそれぞれからの信号を受信することによって、第１の深さセンサおよび第２の深さセンサとの間の距離を決定し得る。代替としてまたは追加として、光学深さセンサは伸縮式チャネル１１４の遠位端に位置決めされてもよく、レーザを放射してドリルビット２００の先端２０８の深さを決定してもよい。したがって、深さ感知モジュール１６６は、光学深さセンサから受信した１つ以上の信号に基づいて、解剖学的部分へのドリルビット２００の穿孔深さを決定することができる。
【0053】
状態検出モジュール１６８は、導電率感知モジュール１６４によって測定された導電率および深さ感知モジュール１６６によって決定されたドリルビット２００の穿孔深さのうちの少なくとも一方を示す信号に基づいて、状態（例えば、外科的穴あけ処置中の違反）を検出するために、プロセッサ１５２によって実行され得る。具体的には、状態検出モジュール１６８は、例えば、ドリルビット２００が解剖学的部分内に穿孔するにつれて、穿孔深さの関数としての導電率の変化が、違反状態を示す所定の条件を満たす時点を数学的に検出するために、記憶されている１つ以上のアルゴリズムを実行し得る。例えば、導電率および／または穿孔深さ測定値を示す信号に基づいて、状態検出モジュール１６８は、孔を画定する皮質骨の内層への移行、または神経終末近傍の皮質骨の外層への移行などの違反を検出してもよい。
【0054】
目標は、信号の急激な変化が観察されたときに外科用ドリル１２からドリルビット２００への回転運動の伝達を停止することであり得、１秒を超える遅延は、穴あけの終了時に違反を引き起こし得る。したがって、状態検出モジュール１６８は、信号の前処理中にアルゴリズムを統合することができ、これは、逆フィルタを実行する。
【数1】
【0055】
米国特許第１１，３４４，３７２号に記載されているように、これは、フィルタリングされた信号から時間ｔにおける信号の未処理値を回復させ、同時に遅延をなくすことを可能にする。次いで、穿孔深さの関数としての導電率の所定の変化によって示されるように、違反が生じる直前に、警告信号を使用して磁場の発生を停止させ、第２のロータ１０６を第１のロータ１１０から切り離してドリルビット２００を自動停止させることができる。使用されるアルゴリズムは、以下の通りであり得る。
【0056】
警告信号が臨界閾値ｓｃ１を下回ったときに、皮質骨内への穿孔が検出される。皮質骨に穿孔したときに、信号が閾値ｓｃ２よりも大きい偏差でその最小値ｓｍｉｎを超えて上昇すると、差し迫った違反が検出される。実施される実験において、閾値ｓｃ１、ｓｃ２は、実験の前に設定される（初期試験に基づいて行われる調整）。これに対して、最小基準値ｓｍｉｎは、穴あけごとにあまり再現性がないので、オンラインで自動的に計算される。
【0057】
器具信号の解釈は、以下の擬似コードによって記述可能である。
【0058】
初期化：ｓｍｉｎ←∞；ｆｌａｇｃｏｒｔｉｃａｌ＝０
【0059】
信号（ｔ）から受信された新しい値ごとに、以下のようにループする。
１．最小信号値を計算する。
ｓ（ｔ）＜Ｓｍｉｎの場合、Ｓｍｉｎ←ｓ（ｔ）
２．皮質骨内への刺入を検出する。
ｓ（ｔ）＜Ｓ１かつｆｌａｇｃｏｒｔｉｃａｌ＝０の場合、ｆｌａｇｃｏｒｔｉｃａｌ←１
３．皮質骨において、差し迫った違反を検出する。
ｆｌａｇｃｏｒｔｉｃａｌ＝１かつ（ｓ（ｔ）－ｓｍｉｎ）＞ｓ２の場合、回転運動の伝達を停止する。
１．最小信号値を計算する。
ｓ（ｔ）＜Ｓｍｉｎの場合、Ｓｍｉｎ←ｓ（ｔ）
２．皮質骨内への刺入を検出する。
ｓ（ｔ）＜Ｓ１かつｆｌａｇｃｏｒｔｉｃａｌ＝０の場合、ｆｌａｇｃｏｒｔｉｃａｌ←１
３．皮質骨において、差し迫った違反を検出する。
ｆｌａｇｃｏｒｔｉｃａｌ＝１かつ（ｓ（ｔ）－ｓｍｉｎ）＞ｓ２の場合、回転運動の伝達を停止する。
【0060】
アダプタ・インターフェースモジュール１６０は、上述したように、状態検出モジュール１６８による状態の検出時に、アダプタ１００内の電子部品に磁場の発生を停止させて、第２のロータ１０６を第１のロータ１１０から切り離してドリルビット２００を自動停止させることができる。加えて、アダプタ・インターフェースモジュール１６０は、アダプタ１００の１つ以上のアクチュエータ１２０の作動時に、システム１０を一時的に無効にするかまたは無効にして、上述したように、ユーザがドリルビット２００の自動停止をオーバーライドすることを可能にするための信号をさらに受信し得る。
【0061】
アラート生成モジュール１７０は、状態検出モジュール１６８が状態を検出したときに警告信号を生成し、警告信号に基づいて、例えばユーザインターフェース１５７を介して、システム１０のアラームシステムに警告（例えば、可聴警告、視覚警告、および／または触覚警告）を発生させるために、プロセッサ１５２によって実行され得る。例えば、アラート生成モジュール１７０は、アラームシステム、例えば、ＬＥＤライト１２２（図３Ｂ参照）に点滅警告を発生させることができる。追加としてまたは代替として、アラート生成モジュール１７０は、アラームシステム（例えば、スピーカ）に、状態検出モジュール１６８によって検出された導電率の変化に基づいて変化し得る、周波数変調され、場合によっては強度変調された可聴警告信号を発生させることができる。追加としてまたは代替として、アラート生成モジュール１７０は、アラームシステム（例えば、バイブレータ）に、状態検出モジュール１６８によって検出された導電率の変化に基づいて変化し得る、周波数変調され、場合によっては強度変調された可聴警告信号を発生させることができる。加えて、生成されるアラートの強度は、ドリルビット２００によって測定された穿孔深さに基づいて変化し得る。
【0062】
図５を参照すると、いくつかの代替形態では、システム１０は、外部コンピューティングデバイス３００をさらに含み得る。例えば、コントローラ１５０は、アダプタ１００内ではなく、外部コンピューティングデバイス３００内に配置されてもよい。したがって、コントローラ１５０は、有線接続（例えば、１本または複数のケーブル）、または無線接続（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ接続）を介してアダプタ１００の電子部品に動作可能に結合され得る。さらに、電源１５６は、アダプタ１００の電子部品に電力を供給するために、外部コンピューティングデバイス３００内に位置決めされ得る。いくつかの実施形態では、外部コンピューティングデバイス３００は、上述したように、ドリルビット２００の穿孔の深さの関数として測定された導電率に関する情報、ならびに状態が検出された場合の視覚的警告メッセージを表示するための表示画面を含み得る。
【0063】
図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、線形深さ制御機構を有する代替アダプタが記載されている。アダプタ１００’は、アダプタ１００と同様に構成されてもよく、同様の部品は、プライム記号付きの同じ参照番号を有する。例えば、ハンドル１０２’はハンドル１０２に対応する。アダプタ１００’は、アダプタ１００’が線形アクチュエータ１３０を含むという点でアダプタ１００と異なる。さらに、アダプタ１００’は、選択的に係合可能な第１のロータおよび第２のロータを含まなくてもよい。その代わりに、ドリルビット２００は、外科用ドリル１２からドリルビット２００への回転運動の伝達のために、アダプタ２００内の外科用ドリル１２のチャックによって直接受容され得る。あるいは、アダプタ１００’は、アダプタ１００と同様の第１のロータおよび第２のロータを含み得る。さらに、アダプタ１００’は、伸縮式チャネルを含んでもよく、または含まなくてもよい。図６Ａおよび図６Ｂは、伸縮式チャネルが省略されたアダプタ１００’を示す。図６Ａおよび図６Ｂに示すように、線形アクチュエータ１３０は、アダプタ１００’の上面に配置され得る。あるいは、線形アクチュエータ１３０は、アダプタ１００’の側面に配置され得る。線形アクチュエータ１３０は、その中を通って延び、シャフト１３２を摺動自在に受容するようなサイズおよび形状のチャネルを有する。シャフト１３２は、近位端１３６と、解剖学的部分（例えば、骨Ｂ）の表面と接触および係合するように構成された遠位端１３４とを含む。
【0064】
線形アクチュエータ１３０は、その内部に配置され、シャフト１３２と係合するように構成されたブレーキ機構を含む。ブレーキ機構は、状態検出モジュール１６８による状態の検出時に、コントローラ１５０のアダプタ・インターフェースモジュール１６０がシャフト１３２を線形アクチュエータ１３０に対してロックさせるように、コントローラ１５０に動作可能に結合される。例えば、動作中、シャフト１３２の遠位端１３４は、骨Ｂの表面と接触して位置決めされる。ドリルビット２００の先端２０８が骨Ｂに穿孔するときに、シャフト１３２は、アダプタ１００’のハンドル１０２’が骨Ｂに向かって前進するにつれて、線形アクチュエータ１３０のチャネルを通って近位に摺動する。この状態を検出すると、コントローラ１５０は、ブレーキ機構にシャフト１３２を線形アクチュエータ１３０に対してロックさせ、このことが、シャフト１３２の遠位端１３４と骨Ｂとの接触により、骨Ｂ内へのドリルビット２００の前進（例えば、さらなる穿孔）を阻止する。したがって、回転運動が外科用ドリル１２からドリルビット２００に連続的に伝達され得る場合であっても、ドリルビット２００の前進は停止される。いくつかの実施形態では、シャフト１３２は、骨Ｂ内へのドリルビット２００の深さ測定を容易にするために、その外面上にマーキングを含み得る。デフォルト状態では、外科用ドリル１２の作動前に、ブレーキ機構は、シャフト１３２が線形アクチュエータ１３０に対してロックされるように起動され得る。したがって、外科用ドリル１２の作動時に、コントローラ１５０は、ブレーキ機構にロックシャフト１３２を線形アクチュエータ１３０に対してロック解除させ、そのことにより、ドリルビット２００の前進を可能にする。
【0065】
図７Ａおよび図７Ｂでは、線形深さ制御を有する本発明のアダプタを採用する別の代替の例示的な外科用穿孔システムが記載されている。アダプタ１００”は、アダプタ１００’、１００と同様に構成され、同様の部品は、２重プライム記号付きの同じ参照番号を有する。例えば、ハンドル１０２”はハンドル１０２’に対応し、伸縮式チャネル１１４”は伸縮式チャネル１１４に対応し、リップ１１８”はリップ１１８に対応する。アダプタ１００とは異なり、アダプタ１００”は、外科用ドリル１２をドリルビット２００に結合するための選択的に係合可能な第１のロータおよび第２のロータを含まない。その代わりに、ドリルビット２００は、外科用ドリル１２からドリルビット２００への回転運動の伝達のために外科用ドリル１２のチャックによって直接受容され得る。さらに、伸縮式チャネル１１８”'は、動作中に収縮しないように、所定の位置にロックされ得る。線形アクチュエータ１３０は、以下に記載するように、近位端１３６が外科用ドリル１２と接触するように、アダプタ１００”の上面に配置され得るか、あるいは、アダプタ１００’の側面に配置され得る。
【0066】
アダプタ１００’とは異なり、近位端１３６は、外科用ドリル１２の表面と接触し、係合するように構成される。ブレーキ機構は、状態検出モジュール１６８による状態の検出時に、コントローラ１５０のアダプタ・インターフェースモジュール１６０がシャフト１３２を線形アクチュエータ１３０に対してロックさせるように、コントローラ１５０に動作可能に結合される。例えば、動作中、リップ１１８”は、骨Ｂの表面と接触して位置決めされ、シャフト１３２の近位端１３６は、外科用ドリル１２と接触して位置決めされる。ドリルビット２００の先端２０８が骨Ｂに穿孔するときに、外科用ドリル１２がアダプタ１００”のハンドル１０２”に向かって前進するにつれて、シャフト１３２は、線形アクチュエータ１３０のチャネルを通って遠位に摺動するが、アダプタ１００”は、伸縮式チャネル１１４”およびリップ１１８”を介して骨Ｂに対して静止した状態のままである。この状態を検出すると、コントローラ１５０は、ブレーキ機構にシャフト１３２を線形アクチュエータ１３０に対してロックさせ、このことが、シャフト１３２の近位端１３６と外科用ドリル１２との接触により、骨Ｂ内へのドリルビット２００の前進（例えば、さらなる穿孔）を阻止する。したがって、回転運動が外科用ドリル１２からドリルビット２００に連続的に伝達され得る場合であっても、ドリルビット２００の前進は停止される。いくつかの実施形態では、シャフト１３２は、骨Ｂ内へのドリルビット２００の深さ測定を容易にするために、その外面上にマーキングを含み得る。デフォルト状態では、外科用ドリル１２の作動前に、ブレーキ機構は、シャフト１３２が線形アクチュエータ１３０に対してロックされるように起動され得る。したがって、外科用ドリル１２の作動時に、コントローラ１５０は、ブレーキ機構にロックシャフト１３２を線形アクチュエータ１３０に対してロック解除させ、そのことにより、ドリルビット２００の前進を可能にする。
【0067】
ここで図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、外科用ドリルシステムにおいて使用するための機械式ブレーキを有するアダプタが記載されている。アダプタ１００’’’は、アダプタ１００と同様に構成され、同様の部品は、３重プライム記号付きの同じ参照番号を有する。例えば、チャック１０４’’’は、チャック１０４に対応する。アダプタ１００’’’は、外科用ドリル１２をドリルビット２００に結合するための選択的に係合可能な第１のロータおよび第２のロータを含まないという点でアダプタ１００とは異なる。その代わりに、ドリルビット２００は、外科用ドリル１２からドリルビット２００への回転運動の伝達のために外科用ドリル１２のチャックによって直接受容され得る。例えば、外科用ドリル１２のチャックは、ドリルビット２００の近位端２０２を確実に受容するための受容チャネル１８を有してもよい。さらに、アダプタ１００’’’は、ドリルビット２００の近位端２０２をその中に受容するために、その中を通って延びるチャネルを有するブレーキ機構１４０を含む。ブレーキ機構１４０は、摩擦プレートおよびパッド、クランプジョー、または噛み合う歯のうちの少なくとも１つを介して、ドリルビット２００と係合され得る。
【0068】
ブレーキ機構１４０は、状態検出モジュール１６８による状態の検出時に、コントローラ１５０のアダプタ・インターフェースモジュール１６０がブレーキ機構１４０にドリルビット２００に対して、ひいてはアダプタ１００’’’に対してロックさせるように、コントローラ１５０に動作可能に結合される。したがって、外科用ドリル１２のモータを停止させて外科用ドリル１２からドリルビット２００への回転運動の伝達を防止するために、ドリルビット２００に加えられるブレーキ機構１４０の制動力／トルクは、外科用ドリル１２のトルクよりも大きくなければならない。例えば、動作中、状態の検出時に、コントローラ１５０は、ブレーキ機構１４０にドリルビット２００に対してロックさせ、これにより、外科用ドリル１２からドリルビット２００への回転運動の伝達を停止させる。デフォルト状態では、外科用ドリル１２の作動前に、ブレーキ機構１４０は、ドリルビット２００、ひいては外科用ドリル１２に対してロックされるように起動され得る。したがって、外科用ドリル１２の作動時に、コントローラ１５０は、ブレーキ機構１４０にドリルビット２００に対してロック解除させ、このことにより、外科用ドリル１２からドリルビット２００への回転運動の伝達を可能にする。
【0069】
ここで図９Ａ～図９Ｄを参照すると、外科用ハンドツールシステムと共に使用するための例示的なアダプタが提供される。例えば、アダプタ４００は、米国特許第７，５８０，７４３号（その内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる）に記載されているハンドツールと共に使用され、その装置は、ＰｅｄｉＧｕａｒｄ（登録商標）という商品名で本出願の譲受人から市販されている。例えば、外科用ハンドツールは、ハンドルの手動回転を介して、解剖学的部分（例えば、組織および／または骨）に接触し、穿孔するように構成された遠位端を有する細長いドリル部分に結合されたハンドル部分を含み得る。さらに、外科用ハンドツールの遠位端は、細長いドリル部分が組織および／または骨に穿孔するにつれて、電極によって印加された電圧（単数または複数）によって誘導された電流（単数または複数）に基づいてリアルタイムで導電率を測定するために、ハンドル内の発電機に結合された（図２のドリルビット２００に関して上述したような）２つ以上の電極を含み得る。
【0070】
電極は、コントローラ４５０、例えば、回路基板上に搭載される電気的処理装置に動作可能に結合され得、コントローラ４５０は、以下にさらに詳細に説明するように、測定電流（単数または複数）に基づいて電気的特性に関連する測定パラメータを決定し、測定パラメータおよび／もしくは細長いドリル部分の穿孔深さ測定値に基づいて違反状態を検出し、穿孔中に感知された電気的特性の関数として変化し得る測定パラメータおよび／もしくは穿孔深さ測定値に対応する警告信号を発し、ならびに／または細長いドリル部分の遠位端が穿孔するべきではない解剖学的部分に近づいた（例えば、違反状態）場合、アダプタ４００に対する外科用ハンドツールのさらなる前進を阻止し得る。
【0071】
追加としてまたは代替として、電極は、外科用ハンドツール内の電気的処理装置に動作可能に結合され得る、つまり、電極間でデータを送信するためにコントローラ４５０に動作可能に結合される。上述したように、測定パラメータは、特に、電圧、電流の強度、導電率もしくは抵抗率であり得、または、積分、平均化などによるような１つ以上の測定電流の処理の結果であり得、または、周波数分析の結果であり得る。さらに、外科用ハンドツールは、後述するように、発電機に電力を供給するための装置（例えば、バッテリ）、ならびに任意の好適な手段によって、有線または無線、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈを介して、コントローラ４５０と通信する通信インターフェースを含み得る。
【0072】
図９Ａ～図９Ｄに示すように、アダプタ４００は、固定部品（例えば、スリーブ４０２）と、例えば、ばね４１８を介してスリーブ４０２に摺動自在に結合されたプランジャ４２０とを含み得る。スリーブ４０２は、近位端４１４から遠位端４０６までその中を通って延びるルーメン４０４を含み得、そのようなルーメン４０４は、細長いドリル部分が前進して組織および／または骨に穿孔するときに、外科用器具の少なくとも細長いドリル部分を受容するようなサイズおよび形状を有する。ルーメン４０４の少なくとも一部は、内部にばね４１８が配置されるようなサイズおよび形状のキャビティ４１７を含み得る。キャビティ４１７はさらに、プランジャ４２０の遠位部分を通すようなサイズおよび形状を有する。プランジャ４２０の遠位端４２４は、ばね４１８の近位端に結合され、それによりプランジャ４２０に張力を付与し得る。例えば、ばね４１８は、図９Ａおよび図９Ｃに示す伸長構成で、プランジャ４２０にばね力を印加して、プランジャ４２０を付勢してもよい。
【0073】
図９Ｂおよび図９Ｄに示すように、外科用ハンドツールのハンドルに隣接するストッパによって、プランジャ４２０の近位端（例えば、プランジャ４２０の平坦部分４２６）に力を加えると、ばね４１８が圧縮され、そのことにより、プランジャ４２０がスリーブ４０２のキャビティ４１７を通って遠位に前進し、その結果、伸縮式チャネルを形成し得る。平坦部分４２６は、外科用ハンドツールのストッパとの係合を容易にするために、キャビティ４１７によって受容されるプランジャ４２０の細長いシャフトの外径よりも大きい外径を有し得る。プランジャ４２０の細長い部分はスリーブ４０２のルーメン４０４の遠位部分の直径よりも大きい外径を有し得るので、プランジャ４２０がキャビティ４１７の遠位端を越えて前進することができないため、キャビティ４１７内のプランジャ４２０の前進はキャビティ４１７の長手方向の長さによって制限され得る。追加としてまたは代替として、平坦部分４２６がスリーブ４２０のキャビティ４１７よりも大きい外径を有し得るので、キャビティ４１７内のプランジャ４２０の前進は、スリーブ４２０の近位端４１４の近位側とプランジャ４２０の平坦部分４２６の遠位側との係合によって制限されてもよく、その結果、平坦部分４２６は近位端４１４を越えて前進することができない。
【0074】
さらに、プランジャ４２０は、細長いドリル部分が前進して組織および／または骨に穿孔するとき、外科用器具の細長いドリル部分を受容するようなサイズおよび形状を有するルーメン４２２を含み得る。したがって、ルーメン４２２は、ルーメン４０４と同心円状に整列され、そのことにより、細長いドリル部分は、ルーメン４２２、キャビティ４１７、ルーメン４０４の遠位部分を通って、スリーブ４０２の遠位端４０６から出るように前進することができる。ルーメン４２２は、少なくともルーメン４０４と同じ大きさの直径を有し得る。遠位端４０６は、例えば、組織または骨内への細長いドリル部分の刺入点に隣接する表面に接触して圧迫するようなサイズおよび形状を有し得る。したがって、細長いドリル部分が解剖学的部分内に穿孔するとき、遠位端４０６は、刺入点に隣接する表面に接触し、細長いドリル部分が解剖学的部分内へ前進するにつれてプランジャ４２０の平坦部分４２６と遠位端４０６との間の距離が減少し、ばね４１８を軸方向に収縮させる。スリーブ４０２の近位領域は、アダプタ４００の電気部品（例えば、コントローラ４５０、発電機、通信回路、深さセンサ４１０、ブレーキ機構４１６、ならびに／または穿孔中に組織または骨の表面に対するアダプタ４００の角度を測定するためのセンサ、例えば、加速度計および／もしくはジャイロスコープ）を収容するようなサイズおよび形状のキャビティ４０８を含み得る。
【0075】
図９Ａ～図９Ｄに示すように、深さセンサ４１０は、キャビティ４１７内で長手方向に延びる接触センサ（例えば、バンド４１２）に動作可能に結合され、プランジャ４２０の外面の遠位部分は、プランジャ４２０がキャビティ４１７を通って前進するにつれてバンド４１２の内面に係合するようなサイズおよび形状の１つ以上のスクリューを含み、そのことにより、プランジャ４２０がキャビティ４１７を通って前進するにつれて変化する電気インピーダンスを発生させ、測定された電気インピーダンスは、外科用ハンドツールの細長いドリル部分の穿孔深さを示し得る。深さセンサ４１０は、スクリューとバンド４１２との係合に起因して測定された電気インピーダンスを示す１つ以上の信号を生成し、例えば、電気インピーダンスに基づいて穿孔深さを決定する処理のために、１つ以上の信号をコントローラ４５０に送信し得る。追加としてまたは代替として、深さセンサ４１０は、線形ポテンショメータ、レーザ距離センサ、赤外線距離センサ、超音波距離センサ、光検出測距（ＬｉＤＡＲ）センサ、３Ｄ Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔカメラ、線形磁気またはホール効果エンコーダ、リードスクリューなどの可逆線形アクチュエータ、または誘導線形位置センサのうちの少なくとも１つを含み得る。
【0076】
さらに、アダプタ４００は、後述するように、アダプタ４００の電気部品に電力を供給するための装置（例えば、発電機またはバッテリ）、ならびに任意の好適な手段によって、有線または無線、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈを介して、コントローラ４５０と通信する通信インターフェースを含み得る。図９Ａ～図９Ｄは、スリーブ４０２のキャビティ４０８内のコントローラ４５０を示すが、代替形態では、コントローラ１５０および／またはアダプタ４００の他の電気部品のうちの１つ以上は、アダプタ４００の本体から遠隔に位置してよい。例えば、部品の少なくともいくつかは、図１５に示すように、外部コンピューティングデバイス（例えば、デバイス３００）によって担持され得る。
【0077】
以下にさらに詳細に説明するように、コントローラ４５０は、例えば、細長いドリル部分の穿孔深さの関数としての導電率の変化が１つ以上の所定の条件を満たすときに、外科用ハンドツールからの測定パラメータおよび／またはアダプタ４００の深さセンサ４１０からの穿孔深さ測定値に基づいて、違反状態を検出するために１つ以上のアルゴリズムを実行し得る。次いで、コントローラ４５０は、プランジャ４２０に動作可能に結合されたブレーキ機構４１６に、違反状態の検出時に警告信号を送信し、そのことにより、違反状態の検出時にブレーキ機構４１６にプランジャ４２０をスリーブ４０２に対してロックさせることができる。例えば、ブレーキ機構４１６は、摩擦プレートおよびパッド、クランプジョー、または噛み合う歯のうちの少なくとも１つを介して、プランジャ４２０と係合され得る。細長いドリル部分がプランジャ４２０のルーメン４２２を通って前進するとき、外科用ハンドツールのストッパとプランジャ４２０の平坦部分４２６との係合が、プランジャ４２０に力を加えてばね４１８を圧縮するので、スリーブ４０２に対してプランジャ４２０がロックされ、ブレーキ機構４１６を介した違反の検出時にアダプタ４００に対する外科用ハンドツールのさらなる前進が防止される。
【0078】
次に図１０を参照すると、アダプタ４００と共に使用されるコントローラ４５０に含まれ得る部品が記載されている。コントローラ４５０は、アダプタ４００および外科用ハンドツールに動作可能に結合され得、そのことにより、コントローラ４５０は、例えば、周囲組織および／または骨の電気インピーダンスに基づいて、外科用ハンドツールから導電率測定値を示す信号を受信し、深さセンサ４１０から穿孔深さ測定値を示す信号を受信し、それらの信号に基づいて、外科的穴あけ処置中の状態（例えば、違反）を検出し、プランジャ４２０をスリーブ４０２に対してロックすることで外科用ハンドツールのアダプタ４００に対する前進を阻止するようにブレーキ機構４１６に命令し得る。コントローラ４５０は、アダプタ４００内に完全に完全に配置され得、外科用ハンドツール内に完全に配置され得、またはアダプタ４００および外科用ハンドツールの組み合わせもしくはその両方内に配置され得、またはアダプタ４００および外科用ハンドツールの両方の外部に（例えば、外部コンピューティングデバイス３００）内に配置され得る。コントローラ４５０は、１つ以上のプロセッサ４５２、通信回路４５４、電源４５６、ユーザインターフェース４５７、および／またはメモリ４５８を含み得る。
【0079】
メモリ１５８と同様に、メモリ４５８は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュ、もしくは他の既知のメモリ、またはそれらの何らかの組み合わせであり得、好ましくは、データが選択的に保存され得る記憶装置を含む。例えば、骨内への外科的穴あけ処置中に細長いドリル部分の違反または違反に近い状態を検出するためのアルゴリズムを実行するためのプログラム可能な命令が記憶され得る。１つ以上の電気部品および／または回路は、本明細書に記載する様々な部品の役割の一部または全てを実行し得る。別々に説明されているが、電気部品は、別々の構造要素である必要はないことを理解されたい。例えば、コントローラ４５０および通信回路４５４は、シングルチップに具現化されてもよい。また、コントローラ４５０はメモリを有するものとして説明されているが、メモリチップ（単数または複数）が別に設けられてもよい。
【0080】
コントローラ４５０は、プロセッサ４５２を組み込み得、プロセッサ４５２は、１つ以上のプロセッサで構成され得、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）もしくは他のプログラマブル・ロジック・デバイス、ディスクリートゲートもしくはトランジスタロジック、ディスクリート・ハードウェア・コンポーネント、または本明細書に記載する機能を実行するように設計されたそれらの任意の好適な組み合わせであり得る。コントローラはさらに、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連動する１つ以上のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装され得る。
【0081】
コントローラ４５０は、メモリに記憶されたファームウェア／ソフトウェアと共に、例えば、Ｗｉｎｄｏｗｓ、Ｍａｃ ＯＳ、Ｕｎｉｘ、またはＳｏｌａｒｉｓ５．１０などのオペレーティングシステム（例えば、オペレーティングシステム４７２）を実行し得る。コントローラ４５０はまた、メモリに記憶されているソフトウェアアプリケーションを実行する。１つの非限定的な実施形態において、ソフトウェアは、例えば、Ｕｎｉｘ Ｋｏｒｎシェルスクリプトを含む。他の実施形態では、ソフトウェアは、例えば、Ｃ＋＋、ＰＨＰ、またはＪａｖａを含む、当業者に周知の任意の好適なプログラミング言語のプログラムであり得る。
【0082】
通信回路４５４は、コントローラ４５０が、アダプタ４００の電子部品（例えば、発電機、深さセンサ４１０、電源、アラームシステム、およびブレーキ機構４１６）、および外科用ハンドツールの電子部品（例えば、電極、発電機、および／または電気的処理装置）と通信することを可能にする回路を含み得る。通信回路４５４は、当技術分野において周知の技術を使用して、インターネット、電話網、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈネットワーク、および／またはＷｉＦｉネットワークなどのネットワークを介した、有線および／または無線通信用に構成され得る。通信回路１４４は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈチップおよび／またはＷｉＦｉチップなどの当技術分野で周知の通信チップであり得る。通信回路４５４は、コントローラ４５０が、脊椎の穴あけに関連する違反または違反に近い状態を示す信号などの情報を、ローカルにおよび／またはサーバなどの遠隔位置に転送することを可能にする。電源４５６は、アダプタ４５０および／または外科用ハンドツールの部品に電力を供給するように設計され得、上述の電源１５６と同様に構築され得る。
【0083】
ユーザインターフェース４５７は、ユーザから入力を受信し、および／またはユーザに出力を提供するために使用され得る。例えば、ユーザインターフェース４５７は、穴あけ処置中の違反または違反に近い状態の検出に関する情報、ならびに外科用ハンドツールの穿孔深さおよび／または角度測定値に関する情報をユーザに提供してもよい。ユーザインターフェース４５７は、オーディオ出力を選択的に増減させるための可聴デバイスおよび／または音量コントロールをさらに含み得る。ユーザインターフェース４５７は、タッチスクリーン、スイッチ、ダイヤル、ライト、ＬＥＤ、ＬＥＤマトリックス、他のＬＥＤインジケータ、またはユーザから入力を受信し、および／もしくはユーザに出力を提供するための他の入出力装置を含み得る。他の実施形態では、ユーザインターフェース４５７は、アダプタ上に存在しなくてもよいが、代わりに、通信回路４５４を介してアダプタに通信可能に接続されるリモートの外部コンピューティングデバイス上に設けられる。ユーザインターフェース４５７はさらに、アダプタ上の要素とリモートコンピューティングデバイスとの組み合わせであり得る。
【0084】
非一時的コンピュータ可読媒体の一例であるメモリ１５８は、オペレーティングシステム（ＯＳ）１７２、アダプタ・インターフェースモジュール１６０、発電機インターフェースモジュール１６２、導電率感知モジュール１６４、深さ感知モジュール１６６、状態検出モジュール１６８、およびアラート生成モジュール１７０を記憶するために使用され得る。モジュールは、本開示に従う様々な動作を実行するためにプロセッサ１５２によって実行され得るコンピュータ実行可能命令の形態で提供される。例えば、Ｂｏｕｒｌｉｏｎの米国特許第１１，３４４，３７２号または米国特許出願第１７／６６１，７１９号（それぞれの内容全体が参照により本明細書に組み込まれる）に記載されているように、違反検出に関連するアルゴリズムを実行する命令が記憶され得る。さらに、穿孔深さ測定値の関数としての導電率に基づく、または穿孔測定値に基づく、違反検出に関連するアルゴリズムを実行するための命令が記憶され得る。
【0085】
発電機インターフェースモジュール４６０は、細長いドリル部分による解剖学的部分の穿孔中に、外科用ハンドツールの発電機に、外科用ハンドツールの第１の接触面および第２の接触面（例えば、電極）に１つ以上の電圧を印加させるために、プロセッサ４５２によって実行され得る。
【0086】
導電率感知モジュール４６２は、細長いドリル部分が解剖学的部分に穿孔するときに測定された導電率を示す外科用ハンドツールの電極からの１つ以上の信号を受信するために、プロセッサ４５２によって実行され得る。具体的には、導電率感知モジュール４６２は、印加電圧（単数または複数）によって誘導される測定電流（単数または複数）に基づいて、電気的特性（例えば、電圧、電流の強度、導電率または抵抗率）に関連する測定パラメータを決定することができる。したがって、導電率感知モジュール４６２は、例えば、細長いドリル部分が解剖学的部分に穿孔するときにリアルタイムで、細長いドリル部分の遠位先端を取り囲む組織および／または骨の電気インピーダンスに基づいて、導電率を測定することができる。
【0087】
深さ感知モジュール４６４は、アダプタ４００の深さセンサ４１０からの１つ以上の信号を受信し、１つ以上の信号に基づいて解剖学的部分への細長いドリル部分の遠位端の穿孔深さを決定するために、プロセッサ４５２によって実行され得る。例えば、１つ以上の信号は、プランジャ４２０の１つ以上のスクリューとバンド４１２との係合の電気インピーダンスを示し得る。追加としてまたは代替として、１つ以上の信号は、アダプタ４００に結合された、線形ポテンショメータ、レーザ距離センサ、赤外線距離センサ、超音波距離センサ、光検出測距（ＬｉＤＡＲ）センサ、３Ｄ Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔカメラ、線形磁気またはホール効果エンコーダ、リードスクリューなどの可逆線形アクチュエータ、または誘導線形位置センサのうちの少なくとも１つによって測定されるような深さを示し得る。
【0088】
いくつかの実施形態では、メモリ４５８は、解剖学的部分の表面に対するアダプタ４００の角度を測定するように構成されたアダプタ４００の１つ以上の角度センサ（例えば、角度エンコーダ、加速度計、および／またはジャイロスコープ）から１つ以上の信号を受信するために、プロセッサ４５２によって実行され得る角度感知モジュールをさらに含み得る。角度感知モジュールは、角度センサから受信された１つ以上の信号に基づいて、解剖学的部分の表面に対するアダプタ４００の角度を決定し得る。
【0089】
状態検出モジュール４６６は、導電率感知モジュール４６２によって測定された導電率および深さ感知モジュール４６４によって決定された外科用ハンドツールの細長いドリル部分の穿孔深さのうちの少なくとも一方を示す信号に基づいて、状態（例えば、外科的穴あけ処置中の違反）を検出するために、プロセッサ４５２によって実行され得る。具体的には、状態検出モジュール４６６は、例えば、細長いドリル部分が解剖学的部分に穿孔するにつれて、穿孔深さの関数としての導電率の変化が、違反状態を示す所定の条件を満たす時点を数学的に検出するために、記憶されている１つ以上のアルゴリズムを実行し得る。例えば、導電率測定値および／または穿孔深さ測定値を示す信号に基づいて、状態検出モジュール４６６は、孔を画定する皮質骨の内層への移行、または神経終末近傍の皮質骨の外層への移行などの違反を検出してもよい。目標は、信号の急激な変化が観察されたときにアダプタ４００および穿孔されている解剖学的部分に対する細長いドリル部分の前進を阻止することであり得、１秒を超える遅延は、穴あけの終了時に違反を引き起こし得る。
【0090】
アラート生成モジュール４６８は、状態検出モジュール４６６が状態を検出したときに警告信号を生成し、警告信号に基づいて、例えば、アダプタ４００、外科用ハンドツール、またはコントローラ４５０を担持する外部コンピューティングデバイスに動作可能に結合されたアラームシステムに警告（例えば、可聴警告、視覚警告、および／または触覚警告）を発生させるために、プロセッサ４５２によって実行され得る。例えば、アラート生成モジュール４６８は、アラームシステム（例えば、スピーカ）に、状態検出モジュール４６２によって検出された導電率の変化または深さ感知モジュール４６４によって決定された穿孔深さ測定値、またはその両方に基づいて変化し得る、周波数変調され、場合によっては強度変調された可聴警告信号を発生させることができる。
【0091】
ブレーキ機構インターフェースモジュール４７０は、アラート生成モジュール４６８によって生成された警告信号を受信し、アダプタ４００のブレーキ機構４１６にプランジャ４２０をスリーブ４０２に対してロックさせ、そのことにより、アダプタ４００および穿孔されている解剖学的部分に対する外科用ハンドツールの細長いドリル部分の前進を阻止するために、プロセッサ４５２によって実行され得る。例えば、プランジャ４２０がスリーブ４０２に対してロックされるので、プランジャ４２０の平坦部分４２６は、以下にさらに詳細に説明するように、外科用ハンドツールがプランジャ４２０のルーメン４２２およびスリーブ４０２のルーメン４０４を通ってさらに前進することを防止する。
【0092】
ここで図１１Ａ～図１１Ｄを参照すると、アダプタ４００が例示的な外科用ハンドツールと共に使用される様子が示されている。外科用ハンドツール２０は、例えば、本出願の譲受人から市販されている、改良型ストレートＰｅｄｉＧｕａｒｄ（登録商標）デバイスであり得る。図１１Ａに示すように、外科用ハンドツール２０は、ストッパ２８を有するハンドル２０と、細長いシャフト２４およびドリル先端２６を含む細長いドリル部分とを含み得る。ドリル先端２６は、解剖学的部分（例えば、組織および／または骨）内への穿孔を容易にするために、直線状の先端を有し得る。図１１Ａに示すように、ドリルビット２６は、細長いシャフト２４の外径よりも小さい外径を有し得る。上述したように、外科用ハンドツール２０は、電圧を印加して電流を誘導するための２つ以上の電極と、ドリル先端２６が解剖学的部分に穿孔するにつれて導電率を測定するための電気部品とを含み得、これらはハンドル２２内に収容され得る。ハンドル２２は、操作者（例えば、外科医）によって容易に把持され、手動で回転されるようなサイズおよび形状を有する。例えば、ハンドル２２は、その長手方向軸に関して対称であり得る。
【0093】
アダプタ４００は、スリーブ４０２の遠位端４０６が解剖学的部分の表面を圧迫し、ルーメン４０４が解剖学的表面の所望の刺入点と整列されるように、解剖学的部分に対して位置決めされ得る。図１１Ｂに示すように、ドリル先端２６および細長いシャフト２４は、プランジャ４２０のルーメン４２２およびスリーブ４０２のキャビティ４１７を通して挿入され得る。外科用ハンドツール２０の細長いドリル部分が４２２およびキャビティ４１７を通ってさらに前進するにつれて、ドリル先端２６はスリーブ４０２のルーメン４０４内に挿入される。いくつかの実施形態では、外科用ハンドツール２０がアダプタ４００を通って前進するにつれて、細長いシャフト２４もルーメン４０４を通って挿入され得る。あるいは、細長いシャフト２４は、外科用ハンドツール２０が、細長いシャフト２４の遠位端がキャビティ４１７の遠位端に接触する点を越えて前進することができないように、ルーメン４０４より大きい外径を有し得る。外科用ハンドツール２０は、ストッパ２８がプランジャ４２６の平坦部分４２６と係合するまでアダプタ２０を通って前進し得、その時点で、アダプタ４００を通る外科用ハンドツール２０のさらなる前進は、ばね４１８を圧縮させ、プランジャ４２０をスリーブ４０２のキャビティ４１７内で遠位に前進させる。細長いシャフト２４の長さに応じて、ドリル先端２６は、ストッパ２８が平坦部分４２６と係合する前に、遠位端４０６を越えて既に前進していてもよい。外科用ハンドツール２０は、ドリル先端２６が所望の解剖学的部分に穿孔するように、さらに前進および回転させてもよい。
【0094】
図１１Ｃおよび図１１Ｄに示すように、ドリル先端２６は、平坦部分４２６がスリーブ４１４の近位端４１４と係合するまで、遠位端４０６を越えて前進し得る。上述したように、外科用ハンドツール２０によって測定された導電率および／またはアダプタ４００による穿孔深さ測定値に基づいて、コントローラ４５０は、外科用ハンドツール２０がアダプタ４００を通って前進している間に違反状態を検出すると、ブレーキ機構４１６にプランジャ４２０をスリーブ４０２に対してロックさせ得る。したがって、外科用ハンドツール２０はアダプタ４００に対して依然として回転し得るが、ブレーキ機構４１６が作動すると、ドリル先端２６の前進は停止される。
【0095】
ここで図１２Ａ～図１２Ｄを参照すると、アダプタ４００が別の例示的な外科用ハンドツールと共に使用される様子が示されている。外科用ハンドツール３０は、例えば、本出願の譲受人から市販されている、カニューレ状ＰｅｄｉＧｕａｒｄ（登録商標）デバイスであり得る。図１２Ａに示すように、外科用ハンドツール３０は、ストッパ３８を有するハンドル３０と、細長いシャフト３４およびドリル先端３６を含む細長いドリル部分とを含み得る。ドリル先端３６は、解剖学的部分（例えば、組織および／または骨）内への穿孔を容易にするために、ベベルまたはトロカールであり得る。細長いシャフト３４は、挿入および取り外しを容易にするために、漸進的な直径を有し得る。例えば、細長いシャフト３４は、骨内への前進を制御するために、目盛り付きシャフトを有し得る。上述したように、外科用ハンドツール３０は、電圧を印加して電流を誘導するための２つ以上の電極と、ドリル先端３６が解剖学的部分に穿孔するにつれて導電率を測定するための電気部品とを含み得、これらはハンドル３２内に収容され得る。ハンドル３２は、操作者（例えば、外科医）によって容易に把持され、手動で回転されるようなサイズおよび形状を有する。例えば、ハンドル３２は、Ｔ字形を有してもよい。
【0096】
外科用ハンドツール２０と同様に、ルーメン４０４が解剖学的表面の所望の刺入点と整列されるようにアダプタ４００の遠位端４０６が解剖学的部分に対して位置決めされ、外科用ハンドツール３０は、アダプタ４００を通して挿入され得る。例えば、外科用ハンドツール３０のドリル先端３６および細長いシャフト３４は、図１２Ｂに示すように、ストッパ３８が平坦部分４２６と係合するまで、プランジャ４２０のルーメン４２２ならびにスリーブ４０２のキャビティ４１７およびルーメン４０４を通って遠位に前進し得る。細長いシャフト３４の長さに応じて、ドリル先端３６は、遠位端４０６を越えて既に前進していてもよい。アダプタ４００を通る外科用ハンドツール３０のさらなる前進は、スリーブ４０２の近位端４１４とプランジャ４２０の平坦部分４２６との係合が、スリーブ４０２に対するプランジャ４２０、ひいては、外科用ハンドツール３０のさらなる前進を防止するまで、ばね４１８を圧縮させ、プランジャ４２０をキャビティ４１７内で遠位に前進させる。
【0097】
上述したように、外科用ハンドツール３０によって測定された導電率および／またはアダプタ４００による穿孔深さ測定値に基づいて、コントローラ４５０は、外科用ハンドツール３０がアダプタ４００を通って前進している間に（例えば、図１２Ｃおよび図１２Ｄに示すように、スリーブ４０２の近位端４１４がプランジャ４２０の平坦部分４２６と係合する前に）違反状態を検出すると、ブレーキ機構４１６にプランジャ４２０をスリーブ４０２に対してロックさせ得る。したがって、外科用ハンドツール３０はアダプタ４００に対して依然として回転し得るが、ブレーキ機構４１６が作動すると、ドリル先端３６の前進は停止される。
【0098】
ここで図１３Ａ～図１３Ｄを参照すると、アダプタ４００が別の例示的な外科用ハンドツールと共に使用される様子が示されている。外科用ハンドツール４０は、例えば、本出願の譲受人から市販されている、ねじ式ＰｅｄｉＧｕａｒｄ（登録商標）デバイスであり得る。図１３Ａに示すように、外科用ハンドツール４０は、アクチュエータ４３を介して、細長いシャフト４４およびドリル先端４６を含む細長いドリル部分に動作可能に結合されたハンドル４０を含み得る。細長いシャフト４４は、ストッパ４８を含み得る。ドリル先端４６は、解剖学的部分（例えば、組織および／または骨）への穿孔を容易にするために、ねじ表面を有し得る。図１３Ａに示すように、ストッパ４８は、細長いシャフト４４上に、例えば、細長いシャフト４４の外径がハンドル４２に向かう方向に増加する点に、形成され得る。
【0099】
上述したように、外科用ハンドツール４０は、電圧を印加して電流を誘導するための２つ以上の電極と、ドリル先端４６が解剖学的部分に穿孔するにつれて導電率を測定するための電気部品とを含み得、これらはハンドル４２内に収容され得る。ハンドル４２は、操作者（例えば、外科医）によって容易に把持され、手動で回転されるようなサイズおよび形状を有する。例えば、ハンドル４２は、Ｔ字形を有してもよい。アクチュエータ４３は、ハンドル４２の第１の方向への回転が細長いドリル部分を第１の方向に回転させるが、ハンドル４２の反対方向への回転が細長いドリル部分を回転させないロック解除状態と、ハンドル４２の第１の方向への回転が細長いドリル部分を第１の方向に回転させ、ハンドル４２の反対方向への回転が細長いドリル部分を反対方向へ回転させるロック状態との間で作動され得る。
【0100】
外科用ハンドツール２０、３０と同様に、ルーメン４０４が解剖学的表面の所望の刺入点と整列されるようにアダプタ４００の遠位端４０６が解剖学的部分に対して位置決めされ、外科用ハンドツール４０は、アダプタ４００を通して挿入され得る。例えば、外科用ハンドツール４０のドリル先端４６および細長いシャフト４４は、図１３Ｂに示すように、ストッパ４８が平坦部分４２６と係合するまで、プランジャ４２０のルーメン４２２ならびにスリーブ４０２のキャビティ４１７およびルーメン４０４を通って遠位に前進し得る。細長いシャフト４４の長さに応じて、ドリル先端４６は、遠位端４０６を越えて既に前進していてもよい。アダプタ４００を通る外科用ハンドツール４０のさらなる前進は、スリーブ４０２の近位端４１４とプランジャ４２０の平坦部分４２６との係合が、スリーブ４０２に対するプランジャ４２０、ひいては、外科用ハンドツール４０のさらなる前進を防止するまで、ばね４１８を圧縮させ、プランジャ４２０をキャビティ４１７内で遠位に前進させる。
【0101】
上述したように、外科用ハンドツール４０によって測定された導電率および／またはアダプタ４００による穿孔深さ測定値に基づいて、コントローラ４５０は、外科用ハンドツール４０がアダプタ４００を通って前進している間に（例えば、図１３Ｃおよび図１３Ｄに示すように、スリーブ４０２の近位端４１４がプランジャ４２０の平坦部分４２６と係合する前に）違反状態を検出すると、ブレーキ機構４１６にプランジャ４２０をスリーブ４０２に対してロックさせ得る。したがって、外科用ハンドツール４０はアダプタ４００に対して依然として回転し得るが、ブレーキ機構４１６が作動すると、ドリル先端４６の前進は停止される。
【0102】
ここで図１４Ａ～図１４Ｄを参照すると、アダプタ４００が別の例示的な外科用ハンドツールと共に使用される様子が示されている。外科用ハンドツール５０は、例えば、本出願の譲受人から市販されているＤＳＧ（登録商標）スマートねじ装置であり得る。図１４Ａに示すように、外科用ハンドツール５０は、アクチュエータ５３を介して内側の細長いシャフト５７に動作可能に結合されたハンドル５０と、内側の細長いシャフト５７の少なくとも一部の上に回転可能に配置された外側の細長いシャフト５４とを含み得る。外側の細長いシャフト５４の近位端は、ストッパ５８を含み得、外側の細長いシャフト５４の遠位端は、接続部５５（例えば、ねじ接続部）を介して、埋込型ドリル先端５６に取り外し可能に結合され得る。ハンドル５２は、操作者（例えば、外科医）によって容易に把持され、手動で回転されるようなサイズおよび形状を有する。例えば、ハンドル５２は、Ｔ字形を有してもよい。アクチュエータ５３は、ハンドル５２の第１の方向への回転が内側の細長いシャフト５７、ひいては外側の細長いシャフト５４およびドリル先端５６を第１の方向へ回転させるが、ハンドル５２の反対方向への回転が内側の細長いシャフト５７を回転させないロック解除状態と、ハンドル５２の第１の方向への回転が内側の細長いシャフト５７、ひいては外側の細長いシャフト５４およびドリル先端５６を第１の方向へ回転させ、ハンドル５２の反対方向への回転が内側の細長いシャフト５７、ひいては外側の細長いシャフト５４およびドリル先端５６を反対方向へ回転させるロック状態との間で作動され得る。ストッパ５８は、外側の細長いシャフト５４のねじ山付き遠位端をドリル先端５６のねじ接続部５５に係合させるか、または係合解除させるように、作動され、例えば、内側の細長いシャフト５７に対して回転され得る。
【0103】
上述したように、外科用ハンドツール５０は、電圧を印加して電流を誘導するための２つ以上の電極と、ドリル先端５６が解剖学的部分に穿孔するにつれて導電率を測定するための電気部品とを含み得、これらはハンドル５２内に収容され得る。ドリル先端５６は、解剖学的部分（例えば、組織および／または骨）内への穿孔を容易にするために、ねじ表面を有し得、導電率を測定するための電気部品（例えば、１つ以上の電極）の少なくともいくつかをさらに含み得る。したがって、ドリル先端５６は、外科用ハンドツール５０の電気部品に電気的に結合され得、そのことにより、ドリル先端５６は、それらの間で信号を送信し得る。
【0104】
外科用ハンドツール２０、３０、４０と同様に、ルーメン４０４が解剖学的表面の所望の刺入点と整列されるようにアダプタ４００の遠位端４０６が解剖学的部分に対して位置決めされ、外科用ハンドツール５０は、アダプタ４００を通して挿入され得る。例えば、外科用ハンドツール５０のドリル先端５６、外側の細長いシャフト５４および内側の細長いシャフト５７は、図１４Ｂに示すように、ストッパ５８が平坦部分４２６と係合するまで、プランジャ４２０のルーメン４２２ならびにスリーブ４０２のキャビティ４１７およびルーメン４０４を通って遠位に前進し得る。外側の細長いシャフト５４および内側の細長いシャフト５７の長さに応じて、ドリル先端５６は、遠位端４０６を越えて既に前進していてもよい。アダプタ４００を通る外科用ハンドツール５０のさらなる前進は、スリーブ４０２の近位端４１４とプランジャ４２０の平坦部分４２６との係合が、スリーブ４０２に対するプランジャ４２０、ひいては、外科用ハンドツール５０のさらなる前進を防止するまで、ばね４１８を圧縮させ、プランジャ４２０をキャビティ４１７内で遠位に前進させる。
【0105】
上述したように、外科用ハンドツール５０によって測定された導電率および／またはアダプタ４００による穿孔深さ測定値に基づいて、コントローラ４５０は、外科用ハンドツール５０がアダプタ４００を通って前進している間に（例えば、図１４Ｃおよび図１４Ｄに示すように、スリーブ４０２の近位端４１４がプランジャ４２０の平坦部分４２６と係合する前に）違反状態を検出すると、ブレーキ機構４１６にプランジャ４２０をスリーブ４０２に対してロックさせ得る。したがって、外科用ハンドツール５０はアダプタ４００に対して依然として回転し得るが、ブレーキ機構４１６が作動すると、ドリル先端５６の前進は停止される。
【0106】
ここで図１５を参照すると、いくつかの代替形態では、アダプタ４００および／または外科用ハンドツールは、外部コンピューティングデバイス（例えば、外部コンピューティングデバイス３００）に動作可能に結合され得る。例えば、コントローラ４５０は、アダプタ４００および／または外科用ハンドツール内ではなく、外部コンピューティングデバイス３００内に配置されてもよい。したがって、コントローラ４５０は、有線接続（例えば、１つ以上のケーブル）、または無線接続（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ接続）を介してアダプタ４００および／または外科用ハンドツールの電子部品に動作可能に結合され得る。さらに、電源４５６は、アダプタ４００および／または外科用ハンドツールの電子部品に電力を供給するために、外部コンピューティングデバイス３００内に位置決めされ得る。いくつかの実施形態では、外部コンピューティングデバイス３００は、上述したように、外科用ハンドツールの穿孔の深さの関数としての測定された導電率に関する情報、穿孔深さ測定値、角度測定値、および／または状態が検出された場合の視覚的警告メッセージを表示するための表示画面を含み得る。
【0107】
ここで図１６を参照すると、いくつかの代替形態では、アダプタ４００は、解剖学的構造の所望の刺入点においてアダプタ４００を自動的に制御および／または位置決めするように構成される、ロボットアーム５００と一体化され得る。例えば、ロボットアーム５００は、所定の外科的処置のための外科用ハンドツールの刺入点および／または軌道を決定するようにプログラムされてもよい。追加としてまたは代替として、ロボットアーム５００は、ロボットアーム５００に動作可能に結合されたマスターコンソールを介して遠隔操作されてもよく、そのことにより、ロボットアーム５００は、マスターコンソールの動きを再現する。ロボットアーム５００は、例えば、米国特許第１１，３４４，３７２号または米国特許出願第１７／６６１，７１９号（それぞれの内容全体が参照により本明細書に組み込まれる）に記載されているように構成され得る。追加としてまたは代替として、ロボットアーム５００は、当業者の技術の範囲内の方法で構成された別のロボットアームであってもよい。図１６に示すように、ロボットアーム５００の遠位端は、アダプタ４００に結合されるように構成された係合部分５０２を含み得る。例えば、アダプタ４００は、係合部分５０２と一体化され、係合部分５０２に埋め込まれ、または係合部分５０２に取り外し可能に結合されてもよい。したがって、外科用ハンドツール（例えば、外科用ハンドツール５０）は、本明細書に記載される本開示の原理に従って、違反の検出時にアダプタ４００が外科用ハンドツールをアダプタ４００に対して自動ロックし得るように、上述したようにアダプタ４００内に挿入され得る。
【0108】
本発明の様々な例示的な実施形態が上述されているが、本発明から逸脱することなく、様々な変更および修正がなされ得ることが当業者には明らかであろう。添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲内にあるこのような変更および修正の全てを網羅することを意図するものである。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図12D】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図13D】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図14D】
【図15】
【図16】
【国際調査報告】