CN102046098A - 用于外科手术的方法、系统和工具 - Google Patents

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Abstract

公开了一种外科工具，该外科工具能够与神经完整性监控系统或外科导航系统进行无线通信。该外科工具包括电子电路，其可操作来向与该外科工具连接的外科器具提供神经刺激信号。如果预定的响应被神经完整性监控系统所接收，它能够自动停止该外科器具的旋转。而且，如果预定的安全门限被突破或将要被突破，则外科导航系统可操作来自动停止外科器具的旋转。此外，该外科工具提供有病人神经状态的声响和可视反馈。

Description

用于外科手术的方法、系统和工具
技术领域
本发明总的涉及与植入物一起使用的外科工具(surgical tool)和系统，更具体地但不是唯一地涉及无线地连接于神经完整性监控系统(neurological integtity monitoring system)和/或外科导航系统(surgical navigation system)的外科工具。
背景技术
脊柱植入物可以与脊柱的一个或多个椎骨啮合或沿着脊柱的一个或多个椎骨啮合，用于治疗各种脊柱病症或病变。可以提供紧固件(fastener)，以将植入物沿着脊柱固定于特定的位置。可以提供植入物，以通过固定脊柱或者通过允许被稳定的运动部分的至少一些运动来稳定治疗的脊柱。
已使用多轴螺钉和单轴螺钉沿着脊柱的一个或多个运动部分固定诸如杆或板的细长植入物。利用杆-螺栓连接件(rod-to-bolt connector)将骨螺钉固定于脊柱杆是将椎骨固定在一起的另一种方式。这种紧固件可以包括许多部件或零件，在外科手术期间这些部件或零件使该紧固件的放置和操作不方便。将紧固件在脊柱中固定在位通常是手工操作，包括用无动力的手持工具。
发明内容
公开了一种用于在外科手术期间将诸如骨螺钉的装置植入骨结构中的外科工具。该外科工具包括连接于输出轴、设置在壳体内的电机。触发机构构造成选择地为电机供给动力以转动输出轴。神经信号产生单元构造成产生预期的电信号，该电信号被提供给与输出轴连接的外科器具(surgical instrument)。因此，该外科器具起预期的电信号的信号载体(carrier)的作用。
该外科工具能够与神经完整性监控系统和/或外科导航系统一起使用。在一种形式中，神经完整性监控系统和/或外科导航系统能够与外科工具进行无线通信。神经完整性监控系统是可操作的以监控病人的一个或多个相应的神经成分(nerve element)的神经状态。如果预定的响应被神经完整性监控系统接收，则无线信号被发送到外科工具，指示该外科工具停止向电机供给动力，因而，停止电机转动外科器具。如果外科导航系统检测到植入物将要突破安全门限(safe threshold)或已经突破安全门限，则无线信号被发送给外科工具以停止向电机供给动力，因而再一次停止电机旋转外科器具。在预定量的时间之后，外科工具能够自复位，以再一次正常运行，因此操作者能够采取适当的动作，或者以可选方式，操作者可以使用位于神经完整性监控系统或者外科导航系统上的复位，以复位该外科工具。
该外科工具还包括至少一个位于壳体的外表面上的光学指示器。该光学指示器构造成显示病人的神经状态。如果神经完整性监测系统没有检测到响应，则神经完整性监测系统产生这样的无线信号：所述无线信号使外科工具以预定的颜色点亮光学指示器，所述颜色在一种形式中例如是绿色。如果神经完整性监测系统所检测的响应在规定的神经门限之上，则神经完整性监测系统产生这样的无线信号：所述无线信号使外科工具以不同的预定颜色点亮光学指示器，所述颜色在一种形式中例如是红色。同样，如果在病人图像上定义的安全门限将要被突破或已经被突破，则外科导航系统构造成产生这样的无线信号：所述信号使外科器具将光学指示器从安全指示状态(例如，绿色)转换到警告指示状态(例如，红色)。这为操作者在外科工具上提供可视指示，使操作者能够容易确定病人的神经状态和/或植入物相对于预先定义的安全门限的位置状态。
外科工具还包括诸如扬声器或传感器(transducer)的声响指示器，该声响指示器能够产生声响警报。在一种形式中，如果病人的神经状态处于危险状态，则神经完整性监测系统将无线信号传输给外科工具，该无线信号使该外科工具产生声响报警，警告操作者即将来临的危险。在另一种形式中，外科工具能够通过产生声响在神经接近模式中(in nerve proximity mode)进行操作，该声响的强度作为神经完整性监控系统检测的响应的函数而增加。因此，植入物装置或外科器具越靠近神经成分，外科工具上的声响警告越响并且越快，为操作者提供接近检测特征(proximity detection feature)。外科导航系统以非常相同的方式工作，所不同的是在这种情况下向操作者提供这样的声响警告：外科器具或植入物装置越接近预先限定的安全门限，所述声响警告强度越大。
在另一种代表性的形式中，公开了一种用于进行外科手术的系统，具体说，用于将装置植入骨结构中的系统。该系统包括用于植入该装置的外科工具。该外科工具包括设置在壳体内、连接于输出轴的电机。触发机构连接于该电机，用于选择性地供给动力以驱动该电机。神经信号产生电路是可操作的，以产生预期的神经刺激信号。该外科工具还包括用于将预期的神经刺激信号提供给与输出轴连接的外科器具的装置。此外，外科工具还包括用于接收无线通信信号的接收器。该系统还包括可操作来监控病人神经状态的神经完整性监控系统。该神经完整性监控系统是可操作的以无线地传输电机停止运转信号给外科工具——如果该神经完整性监控系统判断，作为所接收的对神经刺激信号的响应的函数，病人的神经状态处于危险状态。
公开了用于进行外科手术的又一种代表性的系统，该系统将外科工具与外科导航系统无线地结合。该外科工具包括设置在壳体内、连接于输出轴的电机。触发机构用于选择地供给动力以驱动电机。神经信号产生电路是可操作的以产生预期的电信号，该电信号包括神经刺激信号。该外科工具还包括用于将预期的电信号提供给与输出轴连接的外科器具的装置。此外，该外科工具还包括用于接收无线通信信号的接收器。该外科导航系统是可操作的，以使使用者能够在将接受植入装置的病人的骨结构的至少一个图像上定义安全门限。该外科导航系统构造成将电机停止运转信号无线传输给外科工具——如果外科导航系统判断安全门限处于被装置突破的危险。
在又一种代表性的形式中，公开了一种用于在病人中植入植入装置的方法。该公开的方法包括将神经完整性监控系统与病人连接，以在外科手术期间监控病人的神经状态；提供包括连接于触发机构的电机的外科工具，该触发机构选择地运行该电机；在手术期间使用与外科工具的输出轴连接的外科器具帮助将该装置植入在病人中的；至少在触发机构被按压以起动电机时，产生电传输给外科器具的电信号；以及如果神经完整性监控系统检测到的响应在规定的门限之上，停止外科工具转动外科器具。
另一种代表性的形式也公开一种用于在病人中植入植入装置的方法。该公开的方法包括用外科导航系统生成进行外科手术的病人一部分的解剖图像；在病人的该部分的解剖图像上定义安全门限，用于植入装置；提供包括连接于触发机构的电机的外科工具，该触发机构选择地运行该电机；在手术期间利用连接于外科工具的外科器具帮助将该装置植入在病人中，以及如果安全门限将要被该装置突破则自动停止外科工具转动外科器具。
进一步，通过本发明的技术实现了附加的特征和优点。本发明的其它实施方式和方面在这里将被详细描述并且认为是所要求保护的发明的一部分。
附图说明
附图不需要按照比例绘制，而是将重点放在示出本发明的原理。而且，在附图中，在所有不同的视图和形式中相同的附图标记指示对应的零部件。
图1示出脊柱的一部分的侧视图。
图2示出椎骨的俯视图。
图3示出说明性的外科工具横截面图。
图4示出外科工具的一部分的横截面图。
图5示出外科工具的一部分的透视图。
图6A示出外科工具的方向选择组件的透视图。
图6B示出外科工具的防反向驱动组件和方向选择组件的透视图。
图7示出代表性外科工具的侧视图。
图8示出包括代表性NIM部件的代表性外科工具的一部分的侧视图。
图9示出包括另一代表性NIM部件的代表性外科工具的侧视图。
图10示出包括代表性NIM部件的外科工具的横截面图。
图11示出包括又一代表性NIM部件的外科工具的横截面图。
图12示出包括能导航的部件的外科工具的横截面图。
图13示出将代表性外科工具与神经完整性监控系统结合的系统。
图14示出将代表性外科工具与外科导航系统结合的系统。
图15示出NAV软件应用的代表性图形用户界面，其描绘了产生在显示器上的代表性的放射照相图像。
具体实施方式
为了促进对本发明原理的理解，将参考附图中所示的实施方式并且使用特定的语言对其进行描述。尽管如此，应当理解不是因此想要限制本发明的范围。所示装置和所描述的方法中任何这样的改变和进一步修改，以及本文所示发明原理的任何这样进一步的应用都是被考虑的，这对于本发明所属领域的技术人员而言将会正常发生。
参考图1，示出了脊柱的一部分，标记为10。如图所示，脊柱10包括腰区12、骶区14和尾区16。脊柱10还包括颈区和胸区。为了清楚和便于讨论起见，未示出颈区和胸区。腰区12包括第一腰椎18、第二腰椎20、第三腰椎22、第四腰椎24和第五腰椎26。骶区14包括骶骨28，而尾区16包括尾骨30。
如图1所示，第一腰椎间盘32排列在第一腰椎18和第二腰椎20之间。第二腰椎间盘34排列在第二腰椎20和第三腰椎22之间。第三腰椎间盘36排列在第三腰椎22和第四腰椎24之间。而第四腰椎间盘38排列在第四腰椎24和第五腰椎26之间。此外，第五腰椎间盘40排列在第五腰椎26和骶骨28之间。
参考图2，示出了相应椎骨的俯视图。如图所示，下椎骨(inferior vertebra)52的椎体50包括由皮质骨构成的皮质缘(cortical rim)54。椎体50还包括在皮质缘54内的松质骨56。皮质缘54通常称为骨突缘(apophyseal rim)或骨突环apophyseal ring)。而且，松质骨56通常比皮质缘54的皮质骨软。
如图2所示，下椎骨52还包括第一椎弓根(pedicle)58、第二椎弓根60、第一椎弓板(lamina)62和第二椎弓板64。而且，椎孔66形成在下椎骨52内。脊髓68穿过椎孔66。而且，第一神经根70和第二神经根72从脊髓68延伸。具体说，第一椎弓根58和第二椎弓根60表示外科医生经常选择来植入诸如骨螺钉的固定件73的脊椎区域，所述骨螺钉用于将紧固件和杆系统连接于脊椎。显而易见的是，如果接近脊髓68和其它重要的解剖部分，植入这种螺钉是一个精细且精确的过程，需要的工具明显不同于一般公众可获得的工具。
构成脊柱的椎骨在从脊柱的颈区到胸区的范围内具有稍微不同的外观。但是，除了第一和第二颈椎之外，所有的椎骨具有相同的基本结构，例如，在上面结合图2所描述的那些结构。第一和第二颈椎在结构上不同于其余的椎骨，以便支承颅骨。
图3-19示出了根据本申请的外科工具100或其部分。具体说，图3-19示出了外科工具100，该外科工具100构造成用于将矫形紧固件(orthopedic anchors)、椎间体(intervertebral bodies)诸如螺纹笼(threaded cage)、和螺钉固定于骨或骨之间的空间，诸如椎骨之间的空间。外科工具100适合于在骨上攻丝(tapping bone)，包括利用攻丝机钻头(tapper bit head)在骨内形成导向孔(pilot hole)。而且，外科工具100特别适合于利用螺丝刀头(screwdriver bit head)将螺钉驱动到骨中。利用外科工具100的动力，外科工具100促进螺钉至骨中的初始驱动，然后任选地，利用外科工具100——由于其具有改进的接触和齿合能力(feel and ratcheting capabilities)——手动完成固定螺钉的驱动过程。
参考图3，示出了外科工具100的横截面图，该外科工具100包括从近端104向与近端104相对的远端106延伸的壳体102。一般参考外科工具100的操作，壳体102包括设置在把手110内并且连接于壳体102的电机108。触发机构112连接于把手110并且电连接于电机108，以便当使用者按压触发机构112时，电机108被啮合以转动外科器具136。外科器具136可以包括钻机(drill)、丝锥(tap)、探头、驱动机构，诸如套筒(socket)、螺丝刀(screwdriver)、键起子(keyed driver)(例如六角形头起子、星形头起子、方头起子等)、器具136和植入物73的组合、能够可拆卸地连接于外科工具100的植入物73、或在外科手术期间需要转动的任何其它类型的外科器具。
电机108包括从电机108延伸并且连接于传递机构116的驱动轴114。在一种形式中，传递机构116包括锥齿轮(bevel gear)。此外，在另一种形式中，传递机构116可以连接于第二传递机构118，该第二传递机构118可以包括第二锥齿轮，该第二锥齿轮进而连接于输出轴120。因此，触发机构112的啮合可以包括电机的啮合，以旋转传递机构116，并且对应地转动第二传递机构118，因而引起输出轴120转动。因此，提供了能够向工件提供旋转力的外科工具100。
另外，如在其它形式中所示出的，输出轴120可以被分成多个段，包括连接于远端输出轴部分122的近端输出轴部分120。壳体102连接于把手110，该把手110以一定角度从壳体102延伸并且在近端104和远端106之间连接于壳体102。在一种形式中，把手110以基本上垂直的角度124从壳体102延伸，该角度124限定在把手110的轴线126和壳体102的轴线128之间。按照另一种形式，角度124可以是非垂直的角度，以便把手110相对于壳体102成一定角度。因此，在利用基本上非垂直的角度124的形式中，把手110具有向前的斜度设计(forwad rake design)，使得把手110的近端130朝着壳体102的远端106成一定角度。
外科工具100可以包括连接于壳体102的远端106的可移动夹具(chuck)132。根据一种形式，夹具132可以包括构造成啮合外科器具136的轴的开口134。在又一种形式中，夹具132可以包括快速连接接合器(quick-connect adapter)，其构造成经由卡扣配合连接(snap-fit connection)啮合外科器具136的近端。如所理解的那样，这种快速连接接合器可以包括偏置部件或用于接纳轴承的槽(channel)，以完成卡扣配合或快速连接接合(quick-connect coupling)。在一种代表性的形式中，外科工具100包括从远端106向近端104延伸通过壳体102的通道(passage)138。如图所示，通道138可以延伸通过输出轴120的内部并且通过电池组(battery pack)140的内部，并且在邻近近端104的开口142处离开壳体102。通道138可以具有大致圆形的横截面轮廓，其具有预定的直径。
在一种形式中，通道138是分段的并且包括两个分开的通道部分，该两个分开的通道部分包括设置在输出轴120内的第一部分150和延伸通过电池组140内部的第二部分152，其中第一部分150和第二部分152被开口154轴向地分开。虽然通道138可以被分段成包括第一部分150和第二部分152，但是，应当理解，通道138可以进一步分段成三部分，甚至更多的部分。还根据另外一种形式，通道138可以是在近端104和远端106之间延伸壳体102整个长度的单个密封通道而没有任何开口。还有，根据另一实施方式，通道可以具有可选的设计。例如，在一种形式中，通道138可以是槽，所述槽包括基本沿着通道138的纵向长度延伸的开口。在另一种形式中通道138可以包括沿着通道138延伸的一系列开口或孔眼。
根据另一种形式，通道138可以包括沿着通道138的内表面延伸并且延伸一部分通道138的电绝缘衬里160。电绝缘衬里160能够促进通道138和包含在壳体102内的周围部件之间的电绝缘。电绝缘衬里160可以延伸仅一部分通道138长度。关于通道138分段的形式，多个部分其中之一可以包括电绝缘衬里160，而第二部分可以不包括电绝缘衬里160。例如，如图3所示，第一部分150包括电绝缘部分160，而通道138的第二部分152不包括电绝缘衬里160。但是特别适合的是，至少一部分延伸通过电池组140的通道138包括电绝缘衬里160。
适合于形成电绝缘衬里160的材料通常包括电介质材料。各种电介质材料可以包括陶瓷或聚合物。根据具体形式，电绝缘衬里160包括聚合物材料。在一种形式中，合适的聚合物材料可用包括聚氨酯材料、聚烯烃材料、聚醚材料、有机硅材料或其组合。而且，聚烯烃材料可以包括聚丙烯、聚乙烯、卤化聚烯烃、含氟聚烯烃或其组合。聚醚材料可以包括聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚芳醚酮(PAEK)或其组合。
进一步关于外科工具100的消毒，壳体102和包含在其中的部件可以由耐高温高压的材料(autoclavable material)制成。如本文所用，关于耐高温高压的材料包括能够经受超过121℃的温度和超过15PSIA压力的材料。因此在一种具体的形式中，合适的耐高温高压的材料可以包括金属、金属合金或聚合物。根据一种形式，壳体102和包含在壳体102内的部件可以包括金属，诸如钛、铝、镁、铁、钴、镍、钨、钢或其任何组合。在更具体的形式中，某些部件可以由聚合物材料制成，包括例如聚氨酯材料、聚烯烃材料、聚醚材料、有机硅材料或其组合。而且，聚烯烃材料可以包括聚丙烯、聚乙烯、卤化聚烯烃、含氟聚烯烃或其组合。聚醚材料可以包括聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚芳醚酮(PAEK)或其组合。其它合适的材料可以包括苯乙烯(例如，丙烯腈、丁二烯苯乙烯)、聚碳酸酯、聚砜和碳纤维，例如碳纤维加强型复合材料。
关于另一种形式，壳体102的各部分可以包括电磁屏蔽。在一种形式中，电磁屏蔽可以包括设置在壳体102内具体部件周围的金属网(metal meshing)。电池组140和电机108可以包括提供在至少一部分外表面周围的电磁屏蔽，更具体地，基本上围绕外表面的电磁屏蔽。部件的电磁屏蔽，特别是电池组140和电机108的电磁屏蔽，促进在诸如手术室的环境中有效和可靠地使用外科工具100，所述手术室内使用有许多机电设备并且可能产生电磁干扰。
关于另一种具体的形式，外科工具100还可以包括可以由使用者选择的转矩限制器170。根据一种形式，外科工具100包括电连接于电机108和电池组140的控制单元180，所述控制单元180可以包括具有存储器的微处理器，其中微处理器180控制从电池组140到电机108的电流，从而控制电机108的转矩输出。转矩限制器170与控制单元180连接，并且允许电机108的转矩输出可变的调节。根据可选的形式，外科工具100可以包括连接于电机108和输出轴120的机械转矩限制器。一种这样的合适的转矩限制器可以包括轴承和离合器，其中如果超过具体的转矩，则输出轴120的第一部分能够与输出轴120的第二部分脱离。
参考图4，根据代表性的形式提供了外科工具100的输出轴120的横截面图。如图所示，输出轴120被分段，以便其具有连接于远端部分202的近端部分200。根据具体的实施方式，输出轴120的近端部分200经由压紧环(jam ring)204与远端部分202连接，该压紧环204连接于齿合机构(ratcheting mechanism)206，该齿合机构206进而连接于元件208。这些部件的组合将在下面的附图中更详细地描述，并且这些部件(即204、206和208)的组合促进输出轴120的齿合转动，使得输出轴120的旋转运动能够精确地控制，这对于外科手术是特别合适的。
图5包括如前面图4所示的输出轴120的透视图。参考图5，根据代表性的形式提供了外科工具100的输出轴120的远端部分的透视图。如图所示，外科工具100包括夹具132，其具有可连接于中间套管部分252的外套管部分250，该中间套管部分252可连接于内套管部分254，内套管部分254进而可连接于偏置部件256。外套管部分250提供夹具132的外表面并且安置套管部分252和内套管部分254。如图所示，外套管部分250可以包括开口258，所述开口258构造成允许套管部分252延伸通过其，以啮合外科器具136。外套管部分250包括构造成啮合螺钉264和266的开口260和262，所述螺钉264和266构造成连接外套管部分250、套管部分252和内套管部分254。
夹具132的套管部分252包括开口268，其构造成延伸通过外套管部分250的开口258并且啮合外科器具136。套管部分252构造成在外套管部分250的一部分内表面中滑动并啮合外套管部分250的一部分内表面。而且，套管部分252包括开口270，所述开口270沿着套管部分252的长度轴向设置并且构造成与螺钉264、266啮合，从而连接套管部分252与外套管部分250。而且，套管部分252可以包括诸如盘簧(coiled spring)的偏置部件272，其构造成啮合外套管部分250的内表面并且相对于套管部分252偏置外套管部分250。
夹具132还包括构造成啮合套管部分252的内表面的内套管部分254。根据所示的实施方式，内套管部分254包括开口274，其构造成与套管部分252的开口268、外套管部分250的开口258对齐，并且构造成接纳外科器具136。根据具体的形式，内套管部分254包括在沿着外科器具136的内套管的套环(collar)部分278周围沿圆周设置的开口276，用于快速连接接合。此外，内套管部分254包括槽区域280，其在内套管部分254的外表面周围沿圆周延伸，并且构造成与螺钉264、266啮合，从而可固定地将内套管部分254连接在套管部分252内以及进一步连接在外套管部分250内。
夹具132还包括诸如盘簧的偏置部件256，其构造成连接在输出轴120的远端部分202的前表面和内套管部分254的后表面之间。通过轴向地朝着输出轴120的远端部分202的表面部分(face portion)282压缩内套管部分254，偏置部件256促进钻轴(bit shaft)与夹具132脱离，从而能够进行外科器具136的单手脱离(one handed decoulpling)。
输出轴120的远端部分202包括构造成接纳一部分外科器具的开口284。如图所示，开口284可以具有构造成啮合钻轴的近端的横截面轮廓，例如，具有所示的六角形的横截面轮廓。而且，输出轴120的远端部分202包括螺纹286，其构造成啮合套管部分252内表面中的螺纹并且将夹具132可固定地连接在输出轴120的远端部分202的末端上。根据另一种形式，输出轴120的远端部分202还包括构造成啮合并直接接触图6A所进一步示出的部件的凸缘(lip)288。
输出轴120的远端部分202可以包括带齿表面290，其在所述外表面的圆周周围延伸并且构造成啮合图6B所进一步示出的部件。具体说，齿290促进用于精确控制的齿合机构(见图6B)的连接。因此，在一种形式中，带齿表面290包括至少共计二十个(20)在远端部分202的圆周周围延伸的齿。在更加具体的形式中，带齿表面290上包括共计约三十至五十个(30-50)齿。具有这些总齿数的带齿表面290的提供促进了精确的齿合控制，这特别适合于在外科手术期间使用。
图6A和6B包括用在根据代表性形式的外科工具100中的一部分输出轴的透视图。一般地，图6A示出了用于在正向和反向驱动位置之间选择的方向选择组件。图6B一般地示出了齿合机构的部件和防反向驱动组件的透视图。参考图6A，提供套管302，其具有构造成啮合柱销308和310的开口304和306。方向选择组件300包括部件312，其构造成设置在套管302内，使得其邻接套管302的内凸缘314。部件312还包括一个或多个突出或柱销，其从后表面延伸并且构造成啮合图6B所示的部分防反向驱动装置。在一种形式中，部件312的柱销316构造成啮合防反向驱动装置内的开口，从而充当离合器并且能够将防反向驱动装置内的卡爪(pawl)(示于图6B中)锁定在特定的位置。
部件312包括至少一个柱销318，其长度比柱销316短并且具体构造成选择性啮合防反向驱动装置内的开口，以啮合或释放齿合能力。根据一个具体的实施方式，部件312包括三个具有柱销316相同长度的柱销和三个具有较短长度的柱销，诸如从部件312的背面延伸的柱销318。
如图6A进一步所示，方向选择组件300还包括套管320，其具有延伸通过主体宽度的开口322和324。套管320构造成配合在套管302的内径内并且将部件312保持在套管302内。根据一种形式，虽然部件312在套管302内，但是其一般是自由旋转的。而且，开口322、324构造成啮合柱销308、310，使得柱销308、310延伸通过开口322、324并且与套管320的内表面齐平。
根据一种形式，柱销308、310构造成啮合沿壳体102内表面的槽或缝(slot)(图3中的330和332)。柱销308、310能够在槽内自由滑动，并且在柱销308、310从一个位置移动到另一个位置后，部件312的柱销318能够啮合或释放防反向驱动装置上的开口，并且因此选择对齿合机构致动或取消对齿合机构致动的选择。根据另一种形式，柱销308、310能够啮合在帽(cap)内的凸轮槽(cam slot)中，该帽被用键固定于壳体102，以促进方向选择控制。
图6B示出了防反向驱动组件350和方向选择组件300的部件的透视图。如图所示，该防反向驱动组件350构造成啮合方向选择组件300。防反向驱动组件350包括防反向驱动装置352，其包括构造成在某种情况下分别啮合方向选择组件300的柱销316、318的开口354、356。防反向驱动装置352还包括开口358、360和362，它们分别用于压紧卡爪(housing pawl)364、366和368和对应的偏置部件370、372和374。根据一种具体形式，防反向驱动装置352的齿合作用通过卡爪364、366和368而被促进，所述卡爪364、366和368构造成分别设置在开口358、360和362中。此外，在一种具体的形式中，卡爪364-368被弹性地偏置在一部分防反向驱动装置352上，使得它们延伸到开口中，并构造成通过偏置部件370、372和374来啮合齿(在前面图5中所示的齿290)。
如图6B进一步所示，防反向驱动组件350还包括构造成啮合防反向驱动装置352表面的压紧环376。而且，如图进一步所示，滚子378、380和38构造成设置并连接于压紧环376的内表面384。在一种形式中，输出轴386的近端部分包括从远端表面394轴向延伸的臂388、390和392，它们被构造成延伸到压紧环376的开口396中，并且啮合一部分防反向驱动装置——当电机108正对输出轴386的近端部分提供转矩时。当电机108正提供转矩时，臂388-392与部分防反向驱动装置352之间的连接，促进转矩从输出轴386的近端部分传递到输出轴202的远端部分(见图5)。可选地，如果转矩从输出轴202的远端部分(即，不从电机)施加到近端部分，压紧环376促进电机108与输出轴202脱离，以避免对电机108的损坏。具体说，在转矩从电机108的相对端施加到该部分的情况下，滚子378-382锁定在压紧环376的内表面上并且使输出轴202的远端端部分与近端部分脱离。
在电机108的动力下正向操作外科工具100中，柱销308、310在壳体的缝或槽中移动，并且部件312的柱销318从防反向驱动装置352的开口释放。输出轴368的近端部分顺时针旋转并且臂390-394啮合并接触防反向驱动装置352的表面，同时滚子628-630在压紧环376的内表面384内自由地旋转。在卡爪364-368啮合提供转矩传递的带齿表面290的齿时，旋转运动传递给输出轴202的远端部分并且使其旋转。
外科工具100可以在达到特定转矩的手动动力下被正向操作，所述特定转矩可以由使用者选择或由制造商在组装时预先设置。在正向手动操作期间，如果超过了特定转矩，输出轴386能够反向旋转或反向驱动。在超过特定转矩后，输出轴386的近端部分能够反向旋转一段短距离，直到臂390-394和滚子378-382锁定在压紧环376的内表面384内。根据一种形式，由于压紧环376被锁定于工具100的壳体102，反向驱动被停止而输出轴的手动正向驱动能够继续。应当指出，在这种情况下，当外科工具100在动力下被正向操作时，卡爪364-368如其正常进行的那样可以自由地啮合带齿表面290的齿。
外科工具100可以被反向操作，或者利用电机108或者利用手动动力。利用方向选择组件，特别是改变柱销308、310的在壳体的槽内的位置，能够选择反向。在改变柱销308、310的位置后，部件312的柱销318被啮合在防反向驱动装置352的开口356内，从而将卡爪364-368锁定在与带齿表面290固定或啮合的位置并且不允许它们“倒转(flip)”。柱销318在开口356内的啮合除去了齿合作用。因此，在一种形式中，当外科工具100在动力下被反向操作时，臂388-392经由卡爪364-368与柱销318的啮合直接将转矩传递给防反向驱动装置352的柱销318。因此，根据具体的形式，在反向上不存在齿合功能。
图7示出了根据代表性形式的外科工具的侧视图。外科工具100可以包括连接于壳体并且电连接于电机108的转换器400。转换器400可以在对应于电机108的正向操作位置和反向操作位置的第一位置和第二位置之间移动。在另一种具体的形式中，转换器400连接于套环402，两者均可以诸如在壳体102的圆周周围运动，以在电机108的正向操作状态和反向操作状态之间选择。根据一种具体的形式，转换器400与电机108的电连接可以包括正向电转换器和反向电转换器的同轴连接(ganging)，以便必须操作两者来改变电机108的方向。这种组合能够有助于可适用于外科工具中的某些安全控制。
根据另一种形式，转换器400还可以包括中间位置。一般而言，转换器400的中间位置可以包括动力与电机108的脱离，从而使外科工具100适于手动齿合程序。根据另一种形式，转换器400可以包括从齿合位置释放输出轴的中间位置。
外科工具100还可以包括用于向使用者指示外科工具状态的第一光学指示器104。例如，在一种具体的形式中，光学指示器404可以电连接于工具动力源(即，电池组140)并且电连接于转换器400，并且构造成指示电机108的正向或反向状态。根据具体的形式，当转换器400已经选择电机108正向旋转时，光学指示器404能够显示输出，而当转换器400已经选择电机108反向旋转时，第二光学指示器406能够显示输出。合适的光学指示器可以包括灯，诸如LED灯或类似物。更具体地说，光学指示器404、406可以具有诸如颜色等不同的光学特性，使其适合于操作者确定转换器400的位置和电机108的驱动方向。如所理解的，在利用具有中间位置的转换器400的形式中，光学指示器可以连接于转换器400的这个位置，或可选地，当电机108被转换到中间位置时光学指示器404、406都不显示输出。
根据另一种形式，外科工具100包括声响指示器408，其构造成将外科工具的状态转达(relay)给使用者。在这种形式中，声响指示器408包括连接于控制单元180(见图3)的扬声器。如下面所详述，在外科手术期间声响指示器408能够产生声响警告和指示。而且，外科工具100还可以包括连接于控制单元180的第三光学指示器410。如下面所详述，光学指示器410在外科手术期间能够向外科医生产生光学警告。在另一种形式中，如下面所详述，部件404、406可以包括两个按钮，所述两个按钮包含神经信号调节部件854(见图13)，用于调节供给外科器具136的神经刺激信号的强度。
图8-12示出了本文所述的组合有神经完整性监控(NIM)系统802(见图13)的工具100。一般而言，NIM系统用于在具体外科手术期间监控病人的神经状态。例如，在脊柱外科手术期间——其中作为神经系统关键组成的脊髓非常紧靠近手术部位，利用NIM系统允许外科医生监控神经系统的变化并避免由于某些手术程序可能引起的神经系统损伤。例如，在一种具体的情况下，对于某种植入物，外科医生可能希望将紧固件放置在脊柱的椎弓根内。这些紧固件的放置必需是精确的，以便其不妨碍脊髓，因此将NIM系统整合在手术室内允许外科医生在病人中放置紧固件时监控病人的神经系统，使外科医生有较大的信心保证被放置紧固件不会不利地影响病人神经系统。
如下面所详述，NIM系统可以具有各种部件，但是一般而言包括在手术期间放置在病人身上的一系列电极，能够传递电信号的工具以及能够接收来自该工具的电信号并监控病人的神经状态的监控器。如图8-14所示，考虑到外科工具100的设计以及其预期用途，NIM系统整合的具体设计具体地构造成与外科工具100整合。
图8包括一部分外科工具100和连接于该外科工具100的NIM部件的侧视图。如图8所示，NIM部件500包括连接于外科工具100的壳体102的基体组件(base assembly)502。根据一种形式，NIM部件500还包括臂504，其从基体组件502延伸并延伸越过外科工具100的壳体102。如下面比较详细地描述的，在一种具体的形式中，基体组件502含有神经信号产生电路850(例如，见图13)，其可操作来产生预期的电神经刺激信号。在这种形式中，用于形成神经刺激信号的电能由电池组140提供，或可选地，由NIM系统802提供。
臂504包括在其远端的主动组件(active assembly)506，其构造成与外科器具136的导电部分电接触。一般而言，当利用NIM系统802(例如，见图13)时，部分工具，诸如外科器具136和NIM部件500，在该实例中，具有促进在外科工具100和NIM系统802之间传输电信号的导电部分(下面详细描述)。因此，关于本文所用的主动组件，包括一部分能够向外科器具136传输预期电神经刺激信号的NIM部件500。
图8所示的外科器具136可以具有导电部分，其促进从外科工具100向神经结构传输信号，这然后可以被NIM系统802感应到。根据这种形式，主动组件506包括电刷(brush)508，其具有至少一个导电硬毛(conductive bristle)，或可能多个导电硬毛，电连接于外科器具136的导电部分。电刷508与外科器具136导电部分的电触促进神经电刺激信号从NIM部件500的主动组件502向外科器具136传输。根据一种形式，主动组件502可以包括能够连接于电源的动力驱动部件和/或电路(例如，参见神经信号产生电路850)。在更具体的形式中，主动组件502可以包括这样的部件或电路：其由在外科工具100中包含的电池组140电连接并且供给动力。
图8还示出了从臂504延伸的电线510。根据一种具体的形式，臂504具有能够使电线510与主动组件502电连接的导电部分，用于传输通过其的电信号。电线510可以将NIM部件500与手术室内的NIM系统802连接。如其它具体形式所更加详细描述的，NIM部件500或外科工具100可以可选地具有无线性能，使得其能够向NIM系统802无线地发射信号并无线地接收来自NIM系统802的信号。而且，应当理解，所有本文描述的NIM部件的实施方式、有线连接或无线连接都能够用于在主动组件和NIM系统802之间传输信号。
图9示出根据另一种代表性形式的外科工具100和NIM部件500的侧视图。如图所示，NIM部件500包括经由连接件554和556连接于外科工具100的壳体102的基体组件552。基体组件552沿着壳体102的大部分长度延伸并且外形特别低，以减少对外科医生的操作视线(line of sight operation)的干扰。在一种形式中，连接件554、556可以经由卡扣配合或摩擦配合(friction fit)连接与壳体102连接。在另一种方式中，连接件554、556经由磁铁与壳体102连接。这类连接件的使用促进了NIM部件550与外科工具100的选择性连接和脱离。
如图所示，NIM部件500还包括从基体组件552延伸越过壳体102和快速连接接头(quick-connect coupling)的臂558。NIM部件500还包括主动组件560，其连接于臂558的远端并且构造成使主动组件560与外科器具136的导电部分电连接。根据具体的形式，主动组件560可以连接于外科器具136，使得其基本上围绕外科器具136的圆周。根据一种可选的形式，主动组件560还可以包括与外科工具100滑环(slip-ring)接触，其构造成与外科器具136的导电部分电接触。NIM部件500还包括电线562，其从基体组件552延伸，并且构造成提供电连接并提供信号向NIM部件500的传输和信号从NIM部件500的传输。正如下面所详述，在可选的形式中，外科工具100构造成与NIM系统802无线通信。
图10示出了根据又一种代表性形式的包括NIM部件600的一部分外科工具100的横截面图。如本文先前所述，外科工具100可以包括通道602，其大致从壳体102的远端向近端延伸，并且更具体地，其延伸通过电池组140。NIM部件600包括连接于壳体102的基体组件604。基体组件604包括导电部分606，其在外科工具100的内部中延伸，并且更具体地，其在外科工具100的内部中沿着至少一部分通道602延伸。如下面更详细地描述的，基体组件604包括神经信号产生电路或单元850(见图13)，其可操作来产生预期神经刺激信号。在一种形式中，预期神经刺激信号由电池组140提供的电能产生，但是在可选的形式中，可以由NIM系统802产生并且经由电线618传输给基体组件604。
在这种形式中，NIM部件600包括主动组件608，其连接于导电部分606并且设置在一部分通道602内。主动组件608将导电部分606电连接于外科器具136的导电部分，因而可以将神经信号产生电路850产生的预期神经刺激信号传输给外科器具136。在更具体的形式中，主动组件608设置在邻接快速连接接头610的一部分通道602内，以便在外科器具136啮合在快速连接接头610内时，在主动组件608和外科器具136的导电部分之间形成电连接。
在利用设置在一部分通道602内的导电部分606的形式中，至少一部分通道602可以包括电绝缘衬里材料，以避免导电部分606与外科工具100内部的其它电部件电连接。而且，电衬里可以在导电部分606和主动组件608之间提供与壳体02内的电机108的合适的电磁屏蔽。一般而言，至少安置导电部分606的那部分通道602包含电绝缘衬里。但是，根据更具体的形式，通道602的整个长度可以包括电绝缘衬里。还有，根据更具体的形式，通道602的整个长度可以包括电绝缘衬里。还有，在另一种形式中，导电部分606可以包括电绝缘部分，诸如在外部周围包裹的衬里，用于进一步电绝缘。
基体组件604可以包括转换器612，其可在接通状态和断开状态之间操作，用于选择操作NIM部件600。在其它形式中，转换器612可以包括调节部件，其允许外科医生增加或减少预期神经刺激信号的电流密度。基体组件604还可以包括诸如声响指示器或光学指示器的指示器614和616，其适于通知外科医生病人的某些神经状况。例如，当病人的状况正常时，指示器614可以是提供一种指示的LED，以及可选地，当病人的状况已经改变或异常时，指示器616可以是提供不同指示的LED。因此，指示器614、616能够帮助外科医生进行精确和安全的外科手术。
如图进一步所示，NIM部件600还包括电线618，其从基体组件604延伸并且构造成在主动组件608和手术室内的NIM系统802之间传输信号的。而且，在又一种形式中，基体组件604可以连接于电源。根据一种具体的形式，基体组件604可以经由电连接件620电连接于电池组140。应当理解，基体组件604和电池组140之间的电连接也可以包括电连接件620在通道602内的延伸。正前面所述，基体组件604包括神经信号产生电路850，其能够产生施用于外科器具136的预期神经刺激信号。
图11示出了根据又一种形式的合并有NIM部件650的外科工具100的横截面图。如图所示，NIM部件650包括设置在壳体102内部的一部分通道654中的导电部分652。如图进一步所示，NIM部件650还包括主动组件656，其电连接于导电部分652并且设置在邻近快速连接接头658的一部分通道654内，并且构造成将主动组件656与外科器具136的导电部分连接。
在这种具体的形式中，导电部分652电连接于设置在外科工具100的壳体102内部中的控制组件660。控制组件660构造成产生预期神经刺激信号，所述预期神经刺激信号被传输给导电部分652，从而传输给主动组件654。控制组件660还构造成在控制组件600和NIM系统802之间无线传输并接收信号。控制组件660可以经由电连接件662连接于电源，更具体地，连接于电池组140。尽管控制组件660被示为设置在壳体102内，但在另一种合适的形式中，控制组件660连接于壳体102的外部结构。
图12示出了合并有能导航的部件700和NIM部件700的外科工具100的横截面图。如图所示，NIM部件702包括基体组件704，其具有连接于外科工具100的壳体102的上臂706和下臂708。臂708沿着壳体102的下部延伸并且包括凸缘710，所述凸缘710构造成啮合壳体102内的连接部分或凹陷(depression)并且将基体组件704可固定地连接于壳体102。NIM部件702还包括导电部分712和主动组件714，其从壳体102的近端向壳体102的远端延伸通道716的长度。NIM部件702还包括电线718，其从基体组件704延伸并且构造成将主动组件714与NIM系统802电连接。
如图进一步所示，外科工具100可以包括能导航的部件700，其连接于基体组件704，并且更具体地，连接于NIM部件702的上臂706。根据这种形式，能导航的部件700包括直接连接于臂706的基体720。能导航的部件700还包括支撑反射结构(reflecting structure)724、726和728的上部722，所述反射结构724、726和728构造成反射由检测器发射的红外光并且促进手术室内工具100的三角测量(triangulation)。NIM部件702和能导航的部件700的组合在诸如脊柱外科手术的精细手术期间促进了改进的计算机辅助外科手术，其中外科医生能够在手术室内对外科工具100进行定位和定向以及监控病人的神经状态。对于前述形式，NIM部件702可以包括与导电部分712连接的神经信号产生电路850，所述导电部分712用于向外科器具136传输预期神经刺激信号。
参考图13，示出了系统800，其无线整合了外科工具100与NIM系统802。NIM系统802包括基本单元(base unit)804，其具有处理器806、存储器808、数字信号处理器810、模拟接口电路(analog interface circuit)812以及无线电收发器或接收器814。在这种形式中，接口盒(interface box)816与模拟接口电路812连接。如图所示，多个电极818与接口盒816连接。在其它形式中，电极818能够直接连接于NIM系统802，具体说，能够直接连接于模拟接口电路812。按照一种形式，模拟接口电路812包括能够将从电极818接收的模拟输入信号转换成数字信号的模数转换器(analog to digital converter)。
在外科手术期间，电极818连接于病人819的各种部位，以在手术期间监控病人的神经响应。在一种形式中——在对外科器具136提供的神经刺激信号的神经刺激的肌肉响应的形式中——电极818向NIM系统802提供肌电图(“EMG”)读数。在这种形式中，一旦电极818已经连接于病人身体的各个部位，电极818便连接于接口盒816。电极818通常包括多个感应电极(sensing electrode)以及一个或多个接地电极。接口盒816提供电极818和基本单元804之间的电接口。具体说，电极818将电信号——其相应于所感应的病人的神经响应——传输到接口盒816，由NIM系统802进行处理。
如前面所述，外科工具100的外科器具136提供有来自神经信号产生电路850的预期神经刺激信号。例如，在脊柱手术的情况下，如果外科器具136在病人神经附近的预定位置移动，或者如果外科器具136与植入物73接触，神经响应作为能够被一个或多个电极818检测到的预期电信号的函数而产生。由于外科器具136以及植入物73是导电的，因此预期神经刺激信号能够被外科器具136和/或植入物73附近的相应神经成分检测到。由于外科器具136与植入物73是物理接触，因此外科器具136将神经刺激信号传输给植入物73。由NIM系统802检测到的响应是一个或多个电极818检测到的电信号的形式。该信号被传输给接口盒816，所述接口盒816进而将所检测到的响应传输给NIM系统802的模拟接口电路812。
按照一种形式，模拟接口电路812调节(condition)所感应的信号并将其传输给数字信号处理器810，所述数字信号处理器可操作来将所感应的响应转换成数字信号，所述数字信号然后被传输给处理器806。在另一种形式中，模拟接口电路812包括将模拟响应转换成数字信号的模数转换电路(analog to digital circuit)，所述数字信号被传输给数字信号处理器，用于进一步处理。在上述任何一种形式中，数字信号形式的响应被转送给处理器806，以便处理器806能够对接收到的响应采取适当的措施。
在处理器806上运行的NIM应用软件820构造成处理数字信号以及在与基本单元804连接的显示器882上产生所感应到的信号的图像指示。因此，由于外科工具100的外科器具136传输电信号，所以如果外科器具136或植入物73的位置在神经成分的预定距离内，在外科手术期间外科工具100能够产生神经响应。如下面所描述，在脊柱外科手术的情况下，这允许外科医生能够精确地确定并采取适当的措施，以避免与神经成分潜在的有害接触。
如图13进一步所示，在这种形式中，外科工具100包括控制单元852，神经信号调节部件854、光学指示器856、声响指示器858以及收发器860。而且，在一种形式中，外科工具100包括与控制单元852和电机108连接的安全停止电路862，所述安全停止电路862构造且可操作来停止电机108。按照一种可选的形式，控制单元852可以直接连接于电机108，从而消除对安全停止电路862的需要，因为控制单元852能够与电机108连接并且构造且可操作来停止电机108。如在下面详细描述的，外科工具100构造有安全停止特征，其允许NIM系统802将停止电机108的信号发送给外科工具100，从而停止外科器具136的旋转——如果NIM系统802检测到表示外科器具136和/或植入物73太靠近或正接近相应神经成分的神经响应。
如上面所述，按照一种形式，外科工具100包括控制单元852。控制单元852可以包括基于微处理器的单元、特殊应用集成电路(“ASIC”)、模拟和数字电路的组合，或前述项目的任何组合。而且，虽然外科工具100的一些部件被示为分开的部件，但是可以想像，一种或多种部件可以整合成控制单元852或是其的一部分。例如，控制单元852可以包括数模转换电路，其构造成作为神经信号产生电路850运行，或者可以包括内装式收发器(built-in transceiver)860。
神经信号产生电路850与控制单元852连接。神经信号产生电路850构造且可操作来产生预期神经刺激信号，所述预期神经刺激信号具有NIM系统802所需要的预定幅度、脉冲和持续时间。按照一种形式，神经信号产生电路850接收来自电池组140的电流并且将其转换成预期神经刺激信号。然后利用前面描述的一种或多种方法将该信号发送给外科器具136。由于外科器具136是导电的，因此该信号固有地传输到外科器具136的尖端。在外科手术期间——其中植入物73要插入被神结构或神经成分包围的骨结构中，诸如举例来说骨螺钉，当外科器具136的尖端接触植入物73时，由于植入物73也是导电的，信号被传输到至少一部分植入物73。因此，外科器具136和植入物73两者都是神经刺激信号的载体。
如图13所示，外科工具100包括神经信号调节部件854，其能够增大或减小神经刺激信号的电流或强度。按照一种形式，神经刺激信号可通过两种不同的方式进行改变。如前面图7所描述的，外科工具100可以在壳体102的外表面上包括两个按钮404、406。轻按第一按钮404将增加神经刺激信号的电流，而轻按第二按钮406将减少神经刺激信号的电流。因此，调节神经刺激信号强度的第一方案(option)是在外科工具100上。按照一种形式，当利用按钮404、406调节神经刺激信号的值时，外科工具100发送无线信号给NIM系统802，通知NIM系统神经刺激信号的更新的特性。
如前面所述，在这种形式中，外科工具100包括收发器860并且NIM系统802包括第二收发器814。收发器814、860可操作来发送并接收无线电信号，使得外科工具100和NIM系统802能够相互进行无线通信。NIM系统802可以包括输入装置824，其允许使用者选择并改变神经刺激信号的强度。作为响应，NIM应用软件820指示收发器814将无线信号发送给外科工具100，指示外科工具100或增加或减少神经刺激信号的电流。外科工具100的收发器860接收来自NIM系统802的所述信号，并且作为响应，控制单元852指示或引起神经信号产生电路850相应地或增加或减少神经刺激信号的电流。因此，在这种形式中，NIM系统802能够无线地控制神经刺激信号的电流或相关的变量。神经刺激信号的新特性储存在存储器808中并且被NIM应用软件820用来确定来自电极818的响应的类型。
由于各种原因，外科工具100和NIM系统802构造成相互通信。如上所述，在一种形式中，外科工具100构造成通过按钮404、406传递神经刺激信号的调节，以确保涉及外科器具136的信号(即，电流、持续时间、脉冲、频率等)与NIM系统802所预期的信号是相同的。如下面所详述，另一个理由是能够向外科工具100转达病人819的神经状态，这将允许光学指示器856适当地改变颜色并提供安全停止特征。再一个理由是提供了与导航系统920(见图14)通信的方式，用于另一种安全停止特征。
如上面简要地描述的，外科工具100构造有一个或多个安全停止特征，其自动脱开电机108，以确保外科工具100和/或植入物73不处在引起病人819的神经并发症的位置。按照一种形式，如果NIM系统802接收到的一个或多个电极818的响应或信号在规定的神经门限或值之上——其作为神经刺激信号特性的函数等等而被确定，则NIM应用软件820将指示或控制收发器814发送无线信号给外科工具100，使外科工具100将电机108停止。如图所示，在这种形式中，与电池组140连接的触发机构112连接在电池组140和电机108之间。而且，触发机构112与控制单元852连接。
在正常运行期间，当触发机构112被按压时，电流从电池组140流向电机108，从而使电机108旋转外科器具136。如果NIM系统802所接收到的响应信号在预定门限之上，则NIM系统802发送无线信号给外科工具100，使控制单元852发送信号给触发机构112，从而使触发机构112停止向电机108供给电流，因而使外科器具136停止旋转。在可选的形式中，安全停止电路862可以连接于控制单元852和电机108。在这种形式中，控制单元852使安全停止电路862迫使电机108停止运转。如果安全停止特征被触发，它能够在NIM系统802上或通过等待规定量的时间(例如5秒钟)而被复位。
外科工具100还可以包括光学指示器856，其与控制单元852连接并且位于壳体102外表面上操作者容易看见的位置。按照一种形式，光学指示器856包括能够在两种或更多种颜色(例如，红色和绿色)之间改变颜色的发光二极管(“LED”)。如果NIM系统802或导航系统902没有检测到响应，则光学指示器856将是绿色。如果检测到表示病人819的神经状态处于潜在危险中的响应，则控制单元可操作852来使光学指示器856发红光，以指示操作者已经达到安全门限或潜在的危险。
按照又一种形式，外科工具100也可以包括声响指示器858，其能够通过产生操作者能听见的声音用声响通知操作者潜在的危险。NIM应用软件820还包括构造成在神经接近模式中操作NIM系统802的应用软件，其使外科工具100以预定的方式运行。在神经接近模式中，外科工具100产生的声响对应于神经成分感应到的电流大小。因此，外科器具136和/或植入物73越靠近相应的神经成分，声响变得越大频繁越快。这是因为NIM系统802所感应到的响应强度没有达到需要起动安全停止特征的规定门限，但是对于操作者来说通知潜在的危险正在到来仍然是非常重要的。因此，当响应的强度增加(即，外科器具136和/或植入物73越靠近相应的神经成分)时，NIM系统802发送多个无线信号给外科工具100，指示控制单元852增加声响的音量、频率和/或音调。一旦NIM系统802接收的响应达到了规定门限，NIM系统802给外科工具100发送无线信号，使电机108停止运转(即，起动安全停止特征)。
参考图14和15——其中相同的附图标记对应图13中的共有的元件，示出了系统900，其整合了外科工具100与外科导航(“NAV”)系统902。如前面图12针对外科工具100所述，在一些形式中，外科工具100可以包括能导航的部件700，当外科工具100与病人相关时，所述能导航的部件700允许NAV系统902确定外科工具100的相对位置。因此，随着外科工具100相对于病人进行移动，位于NAV系统902上的导航应用软件904能够确定，外科工具100对于接受植入物73的病人的骨结构906的相对位置或定位。
如图15所示，在开始外科手术之前，将利用NAV系统902产生骨结构906的一个或多个放射照相图像908。这些放射照相图像908可以用来产生能够在显示器822上观察到的骨结构906的三维视图。因此，NVA应用软件904包括一个或多个应用软件，这些软件构造成并可操作来在显示器908上产生图像用户界面909。NAV系统902包括外科成像单元912，或者可选地连接于外科成像单元912，所述外科成像单元912构造并可操作来产生图像908，除了产生骨结构906的图像908之外，导航应用软件904还包括这样的应用软件：其构造并可操作来确定在手术室中骨结构906的物理定位。因此，NAV系统902知道外科工具100和骨结构906的物理定位。
导航应用软件904还包括一个或多个这样的应用软件其构造并且可操作来允许操作者利用输入装置824来在图像908上定义一个或多个安全或目标门限。图像908上的这些安全或目标门限910对应于骨结构906中这样的位置：其为骨结构906中外科医生期望植入物73被植入的位置和避免影响病人神经完整性的位置。由于在放射照相图像908上能够观察到外科器具136和植入物73，所以导航应用软件904还包括这样的应用软件：其构造且可操作来在外科手术期间产生更新的图像908，以帮助外科医师监控植入物73的放置过程。
如上所述，利用NAV系统902在图像908上定义安全或目标门限910。在将植入物73植入骨结构906期间，如果安全门限910被突破或将要被突破，导航应用软件904将指示收发器814发送无线信号给外科工具100，指示外科工具100停止。因此，在外科手术期间NAV系统902能够将使电机108停止的无线信号发送给外科工具100。关于前面所述的形式，NAV系统902能够用来在外科工具100已经停止之后使外科工具100复位，或外科工具100可以构造成在规定量的时间(例如，5秒钟)之后复位。因此，外科工具100提供有与NAV系统902一起使用的安全停止特征。
按照又一种形式，外科工具100包括控制单元852使用的光学指示器856，以产生对操作者的可视通知。具体说，如果安全门限910还没有被突破，光学指示器856将发绿色光。如果安全门限910已经被突破或将要被突破，NAV系统902能够发送无线信号给外科工具100，指示光学指示器856发红色光。由于接收到该无线信号，控制单元852使光学指示器856改变颜色。
按照另一种形式，外科工具100包括声响指示器858，其构造且可由控制单元852操作来在接近嘟嘟声的模式运行。随着植入物73接近安全门限910，NAV系统902指示收发器814发送无线信号给外科工具100，向控制单元852指示植入物73正接近安全门限910。由于收发器860接收到该信号，控制单元852改变声响指示器858产生的声响的音量、频率和/或音调。例如，植入物73越接近安全门限910，声响指示器858产生的声响可以变得越响、越快。
虽然本文已经示出并详细描述了优选实施方式，但是对于本领域的技术人员明显的是，在不脱离本发明的实质的情况下能够进行各种修改、添加和替代，因此这些修改、添加和替代都被认为在下列权利要求的范围内。

Claims (18)

1.一种外科工具，包括：
电机，其连接于输出轴、设置在壳体内；
触发机构，其构造成选择地为所述电机提供动力以转动所述输出轴；以及
神经信号产生单元，其构造成产生预期电信号，所述电信号提供给与所述输出轴连接的外科器具。
2.根据权利要求1的外科工具，其中所述神经信号产生单元包括控制单元。
3.根据权利要求1的外科工具，其中所述神经信号产生单元包括电子电路。
4.根据权利要求1的外科工具，其中所述外科器具选自如下外科器具：钻头(drill bit)、丝锥、探头、套筒、键起子、螺丝刀、螺钉和植入物。
5.根据权利要求1的外科工具，还包括与控制单元连接的收发器，其构造成与神经完整性监控系统进行无线电通信。
6.根据权利要求5的外科工具，其中所述控制单元是可操作的，以便如果从所述神经完整性监测系统接收到的信号表明所述神经完整性监控系统接收的响应在规定的神经门限之上，则使所述电机停止。
7.根据权利要求1的外科工具，还包括与控制单元连接的收发器，用于与外科导航系统通信。
8.根据权利要求7的外科工具，其中所述控制单元是可操作的，以便如果从所述外科导航系统接收到的信号表明所述外科器具突破在所述外科导航系统的图像上定义的安全门限，则使所述电机停止。
9.根据权利要求1的外科工具，还包括与所述神经信号产生机构连接的神经信号调节部件，用于调节所述预期电信号的强度设置。
10.根据权利要求1的外科工具，还包括位于所述壳体外表面上的光学指示器，其中所述光学指示器是可操作的，以便如果所述外科器具或所述外科器具所连接的植入物使由神经完整性监控系统检测的响应在规定的门限之上，则产生可视警告。
11.根据权利要求1的外科工具，还包括与控制单元连接的声响指示器，其中所述声响指示器构造成如果所述外科器具或所述外科器具所连接的植入物使由神经完整性监控系统检测的响应在规定的门限之上，则产生声响报警。
12.一种系统，包括
用于植入装置的外科工具，所述外科工具包括：
电机，其连接于输出轴、设置在壳体内；
触发机构，用于选择性地供给动力以驱动所述电机；
神经信号产生单元，其是可操作的，以产生预期电信号；
用于将所述预期电信号提供给与所述输出轴连接的外科器具的装置；
用于接收无线通信信号的接收器；以及
神经完整性监控系统，其可操来监控病人的神经状态，其中所述神经完整性监控系统是可无线操作的，以便如果所述神经完整性监控系统判断，作为接收的对所述预期电信号的响应的函数，所述病人的所述神经状态处于危险中，则发送电机停止运转信号给所述外科工具。
13.根据权利要求12的系统，其中所述外科工具还包括与所述神经信号产生单元连接的调节机构，其构造成允许调节所述预期电信号。
14.根据权利要求12的系统，其中所述外科工具还包括位于所述壳体外表面上的光学指示器，其构造成产生表示病人神经状态的可视指示。
15.根据权利要求12的系统，其中所述外科工具还包括声响指示器，其构造成如果所述病人的所述神经状态处于危险中，则产生声响报警。
16.根据权利要求12的系统，其中如果由所述神经完整性监控系统接收的所述响应在规定的门限之上，则所述病人的所述神经状态处于危险中。
17.根据权利要求16的系统，其中在接收的相应的响应高于所述规定的门限之前，所述神经完整性监控系统构造成在神经接近模式中运行。
18.根据权利要求17的系统，其中所述神经接近模式构造成使所述外科工具产生声响响应，所述声响响应的强度作为由所述神经完整性监控系统感应的所述预期电信号的响应的函数而增加。
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