CN102131469B - 深度可控且可测的医疗驱动设备及使用方法 - Google Patents

Abstract

所述设备和方法涉及沿轴向方向驱动工作工具以使得直线运动受控且可测并能避免对包围待钻骨头的结构的伤害。设备包括延伸穿过外壳(20，210)的区域的轴向驱动轴(40)，连接到轴向驱动轴的区域的第一驱动元件(30，230)，延伸穿过外壳的区域的旋转驱动轴(80)，连接到旋转驱动轴的区域的第二驱动元件(60，260)，连接到工作工具(110，310)和旋转驱动轴的联接器(90，290)，并可选地包括包围工作工具的钻引导器(370)组件。轴向驱动轴连接到第二驱动元件或钻引导器组件，以使得当致动第一驱动元件时，获得工作工具远离外壳或钻引导器组件朝着外壳的轴向移动。传感器(39)测量该运动。

Description

深度可控且可测的医疗驱动设备及使用方法

优先权文献的引用 

本申请要求序列号为61/076,105、名称为“深度受控的医疗钻孔设备(Controlled Depth Medical Drilling Device)”、申请人为Wayne Anderson、申请日为2008年6月26日的美国临时专利申请的优先权，特此要求2008年6月28日的申请日作为优先权日，并且该临时专利申请的内容特此并入作为参考。 

背景技术

矫形外科可能需要给骨头钻孔以便修复骨折或插入植入物或其他设备。所得到的孔需要接收螺钉、植入物和其他设备以施加压力，固定或复位骨头。在用钻或其他驱动器使工具前进进入和穿过骨头的任何程序期间，操作者必须有意识地且小心地将穿透限制到所需深度。如果操作者使工具穿透得更远，则病人的远侧结构可能遭受伤害，如神经、大脑、脊髓、动脉、静脉、肌肉、筋膜、骨头或关节间隙结构。这些类型的伤害可能导致严重的病人病状甚至死亡。插入到被钻的孔的设备常常必须适应窄的长度范围，该窄的长度范围有时可能变化最多一毫米或更少。 

一旦骨头的钻孔安全完成，常常谨慎地获得通过钻孔工具形成的孔的深度。许多程序需要工具穿透深度的知识，例如在内部固定装置、螺钉或其他可植入零件的放置方面。选择所述程序所需的螺钉或其他植入物的合适长度依赖这种孔深度的知识。本领域中使用的传统技术常常是不方便的、耗时的且不可靠的，在获得合适的植入物插入之前，常常需要反复试验且多次暴露于射线照片。 

得到钻孔工具形成的孔深度的一般方式是使用深度计。外科医生常常必须中断钻孔程序以便触摸或用深度计测量是否已经获得所需深度。在许多情况下，外科医生会在钻孔程序期间拍摄射线照片以确认已经获得合适的穿透深度或在 深度计就位时拍摄射线照片以确保深度计提供的信息是准确的。本领域中使用的深度计可能是不准确的，导致在拍摄了确认的射线照片以前，外科医生放置的长度不合适的螺钉常常未被识别出来。所照的每个射线照片都增加了外科手术套房中的外科医生、工作人员和病人的放射暴露。本领域中已知的深度计也可能损坏并且需要外科医生将它从孔中收回。本领域中已知的不方便和不准确的深度测量设备和方法可能导致尺寸不合适的螺钉，尺寸不合适的螺钉必须被移除并用新的尺寸合适的螺钉替换。矫形程序中浪费的零件、增加的中断和延误最终增加了程序的费用以及外科医生、工作人员和病人对不必要放射的暴露。额外的时间成本、浪费的零件和放射暴露是非常值得注意的。 

发明内容

在骨头中钻孔的领域中已知的所有技术在技术上具有要求并且需要单独的测量步骤，该单独的测量步骤中断了实际的骨头钻孔，增加了时间、成本并需要额外的确认的射线照片来完成这些程序。仍需要更安全、受控的钻孔方法和设备。还需要一种器械，其在例如放置内部固定装置、螺钉和其他可植入零件的程序期间同时控制和测量器械的穿透深度。 

在一实施例中，披露了一种医疗钻孔设备，其具有外壳，外壳包括外壳的近端附近的手持部；外壳的远端附近的接合部；和致动器。设备还包括在近端和远端之间延伸穿过外壳的一区域的轴向驱动轴；连接到轴向驱动轴的一区域的第一驱动元件；在近端和远端之间延伸穿过外壳的一区域的旋转驱动轴；连接到旋转驱动轴的一区域的第二驱动元件；可替换地连接到工作工具和旋转驱动轴的联接器，联接器延伸到外壳的接合部之外；传感器；和电子器件包。在另一个实施例中，医疗钻孔设备还包括钻引导器组件，钻引导器组件包括钻引导器；前表面引导件和后表面引导件。钻引导器包围工作工具并且前表面引导件的远侧区域连接到钻引导器，前表面引导件的近侧区域连接到后表面引导件，且后表面引导件连接到轴向驱动轴。 

还披露了用于在骨头中产生孔的方法。在一实施例中，方法包括提供一设 备，设备包括外壳，外壳具有近端附近的手持部和远端附近的接合部；在近端和远端之间延伸穿过外壳的一区域的轴向驱动轴；连接到轴向驱动轴的一区域的第一驱动元件；在近端和远端之间延伸穿过外壳的一区域的旋转驱动轴；连接到旋转驱动轴的一区域的第二驱动元件；传感器和电子器件包。方法还包括将旋转驱动轴的远端连接到工作工具，工作工具经由联接器可替换地连接到旋转驱动轴，联接器能延伸到外壳的接合部之外。方法还包括剖开组织以产生暴露的骨头表面；使设备的接合部接触到暴露的骨头表面；使传感器归零；致动第二驱动元件以接合和转动旋转驱动轴；致动第一驱动元件以接合轴向驱动轴来轴向移动；用工作工具在骨头中产生孔；读取从传感器即时提供的计量信息的显示，计量信息包括工作工具进入孔的深度的测量结果；和将工作工具从孔移除。 

从下面对不同实施例的描述，其他特征和优点将是显而易见的，不同实施例作为例子阐明了所披露设备和方法的原理。 

附图说明

图1是钻孔设备的一个实施例的透视图； 

图2是图1中所示设备的实施例的远端的透视图，其展示了联接器的伸出； 

图3是设备的一实施例的远端的透视图，其具有带冲洗喷嘴的可连接/可分离引导件； 

图4是图2中所示设备的远端的透视图，其中联接器延伸到主体管的外面； 

图5是图1中所示的旋转编码器的实施例的透视图； 

图6是钻孔设备的另一个实施例的分解透视图； 

图7A-7B是图6的钻孔设备的透视图。 

具体实施方式

本发明涉及用于在动物组织中制备孔的外科器械。具体地说，本发明涉及驱动旋转工具的外科器械，其中旋转和直线的轴向运动都是受控且可测的。器 械具有旋转驱动和轴向驱动，它们每个都可由外科医生控制。器械用于使外科医生能控制且同时测量工具的移动，并防止对周围结构的伤害。控制驱动的旋转速度对于减小使周围的组织和骨头变热到例如引起局部灼伤的程度的危险能够是重要的。在防止例如对目标远侧的结构，如神经、大脑、脊髓、动脉、静脉、肌肉、筋膜、骨头或关节间隙结构的穿透伤害上，控制轴向运动也能够是重要的。 

图1表示器械10的一个实施例的透视图。器械10可以包括容纳驱动轴40和两个驱动马达30、60的主体20。驱动马达30可以是固定的轴向驱动马达。驱动马达30给驱动轴40提供动力，驱动轴40又使第二马达60轴向移动。第二驱动马达60可以是可滑动的、旋转的驱动马达。驱动轴40可以包括起重螺丝、滚珠丝杠或导螺杆等等。第二驱动马达60可以是克服旋转运动固定的并提供位于主体20远端附近的工作工具110的最终旋转运动，其在下面更详细地描述。虽然在此所示的实施例使用由电池160供电的马达，但应该理解，可以想到其他动力系统，例如由氮气源提供动力的气动马达、电动机等等。 

工作工具110例如可以是钻头、克氏针、套管针、磨石、根管扩孔钻、改锥或其他工具。工具110可以由例如钛金属或不锈钢的材料制成。由金属材料制成的工具可以被消毒并重新使用。作为选择，工具110可以由能在每次使用后丢弃的聚合材料制成，材料可以选择成提供必需强度以允许合适的工具动作。 

器械10的主体20被表示为具有手枪式握把的中空管，尽管在此也想到了其他构形，例如直体式器械。如图1中所示，主体20包括主体20远端附近的接合端120。主体20在近侧包括尾端件150。尾端件150可以被移除以可以通向主体20的近侧区域，以便清洗或移除近侧部分附近的器械10的模块化部分，如驱动轴40和驱动马达30。 

联接器90可以容纳在器械10的主体20内的远侧的接合端120附近。联接器90能被可旋转地驱动并构形成将工作工具110连接到器械10。联接器90可以是卡盘装置，如普通的三爪卡盘，其中爪抓紧工具110的上部部分并将其稳固地保持在适当位置中。可以通过旋转机构或钥匙或本领域中已知的其他技术 致动联接器90以使爪打开或闭合。联接器90也可以是快速释放类型的卡盘或联接器。 

联接器90可以容纳在主体20中或它可以延伸到主体20的远侧的接合端120之外以从器械10的主体20外面接近它(看图2和4)。联接器90的可从器械10的主体20外面接近的这个可接近性使操作者能在工作工具110和联接器90之间进行可靠的连接。与联接器90在器械主体20内部相比，外部接近还可以允许更短、更安全的从动工具。另外，外部接近可以使清洗器械10的这个部分变得容易。 

驱动马达30可以容纳在主体20之内并且通过驱动马达致动器32打开。在一个实施例中，驱动马达致动器32可以是主体20把手上的可压下式触发器。在一实施例中，驱动马达30的转速可以与触发器32的致动(例如触发器的压下)的程度成比例。 

驱动轴40可以是起重螺丝、滚珠丝杠、导螺杆等等，并且由驱动马达30控制。驱动轴40将驱动马达30的旋转运动转换成直线运动。可以使驱动轴40沿与器械10或工具110的轴线基本上平行的前进方向或倒退方向移动。能例如通过从前进或倒退方向改变的开关34的位置来确定驱动轴40移动的方向。 

驱动轴40可以将驱动马达30的扭矩转变成驱动轴40的推力。操作者例如可以通过放松或压下在触发器32上来改变驱动马达30的推力。操作者还可以通过按住或放松施加到器械的轴向压力来改变器械的推力。在一实施例中，当工具从器械轴向伸出时，与操作者施加的器械上的轴向压力相比，组织阻力能使/让器械把手的相对位置仿佛它正退出工作。这可能要求操作者施加额外的轴向压力驱动工具穿过组织。与旋转的工具110有关的扭矩在器械的使用过程中也可以改变。该改变向操作者提供反馈，操作者接着可以按照需要对轴向和旋转运动进行合适的调节。在一实施例中，扭矩可以是可改变的、可编程的和可测量的。 

除了控制旋转速度之外，能控制和测量驱动轴40的轴向运动。驱动轴40的运动和位置能例如通过传感器39测量和显示，传感器39例如通过可移除的 电子器件包36(在下面更详细地描述)提供用于显示的信息。操作者在使用之前例如通过压下轴向测量结果选择器/重置按钮38将测量结果归零。这允许操作者根据所选工具110的长度将测量结果归零。 

当工具110穿过组织时，器械10给外科医生提供即时计量的轴向运动。能用传感器39计量轴向运动，如增量式旋转编码器或绝对式旋转编码器(例如看BEI光学编码器；www.motion-control-info.com/encoder_design_guide.html)。能测量起重螺丝、滚珠丝杠或导螺杆的旋转并执行乘法以确定移动的距离。能将该距离与设定点或零点相比较。然后，能计算工具离器械远端的位置。该计算与通过器械远端相对于目标组织(例如，骨头)的位置确定的深度有关。 

在一个实施例中，工具110的远端与主体20的远端对齐且器械被归零。这能由外科医生手动地执行或用设定点和反馈系统(即，与联接器的接口)电子地执行。工具110远端和主体20远端的对齐可以是如下方式：两者彼此齐平或工具110的远端可以超出主体20的远端某一距离，例如3-7mm。在钻孔之前，工具110可以与骨头齐平地地定位。当工具110前进到骨头中时，可以推动器械10使其与骨头齐平。作为选择，可以使用钻引导器170以使得器械的体积集中到较小的接触面积中，例如看图3。钻引导器170也可以装配到固定板中以便外科医生使用。通过将钻引导器直接压入或拧入固定板上的一个或多个孔中，钻引导器170可以装配到固定板中。然后，能将深度受控的医疗钻孔设备连接到钻引导器170和工具110，工具110与钻引导器170和固定板的集合体的远端对齐，且器械被归零。一旦开始切割且工具110与骨头齐平，外科医生就可以用轴向驱动使工具进一步前进穿过骨头。 

当选择用于插入的植入物时，在工具110穿透组织时对孔的即时计量提供了优点。例如，钻孔的长度和随后所需的植入物长度在产生孔时被同时计量。这消除了对于用单独设备测量所产生的孔的深度的额外步骤的需要。例如，本领域中已知的深度计可能经常提供错误的测量结果。因此，外科医生可能选择尺寸错误的用于插入的植入物，这要求他们将其移除并重新插入尺寸不同的植入物。本领域中已知的深度计还有破损的倾向，这可能导致额外的时间消耗和 病人病状。在产生孔时控制并计量孔的深度防止了植入物固定的重复试验并消除了选择用于程序的正确植入物的反复试验过程且改善了病人安全性。器械10还节省了手术时间和对额外程序如在确定植入物尺寸时重复射线照片的需求。因为用于全体人员的手术室成本预算可能单独高达每分钟25美元，所以即使在手术室中节省少量时间也能导致节省大量金钱。 

使用在此描述的设备和方法提供了减少手术室中所需的射线照片数量的额外好处。术中射线照片和放射暴露是外科医生和手术室工作人员的主要职业风险之一。这个类型的放射暴露已经显示会导致放射性皮炎、白内障、皮肤癌、白血病和其他癌症。通过使用如在此描述的设备和方法，减少了每个程序所需的射线照片的数量，射线照片使外科医生和工作人员终生暴露于x射线。该减少的放射暴露最终降低了长期的放射暴露和在外科医生及其工作人员中与放射相关的疾病的风险。 

如上所述，驱动马达60可以是可滑动的、旋转的驱动马达。驱动马达60可以容纳在主体20内并经由可分离的联接器50连接到驱动轴40。如图4中最好地示出的，驱动马达60可以延伸到主体20的远端并允许联接器50上的释放装置52的致动。当释放装置52被压下时，操作者可以使驱动马达60与驱动轴40分开并将其从器械10的主体20移除。驱动马达60、驱动轴80、联接器90和工具110可以是模块化的并且可以与器械10的主体20完全分开。这使得能替换零件以及清洗器械10的元件并将其消毒。 

驱动马达60可以通过致动器62打开。在一个实施例中，致动器62可以是主体20把手上的可压下式触发器。在一实施例中，驱动马达60的速度可以与触发器62的致动(例如触发器的压下)的程度成比例。驱动轴60可以是可滑动的、旋转的驱动马达，其被做成沿着由前进/倒退开关34的位置所确定的顺时针或逆时针方向旋转，如上所述。 

在一实施例中，器械可以包括测量旋转速度(例如看美国专利4,723,911中描述的速度设备)、加速度、减速度或扭矩的仪表。该仪表可以给外科医生提供关于通过不同的组织层的信息。例如，钻头穿过皮质骨进入髓骨、髓骨到皮质 骨、或从皮质骨到软组织的移动。设备提供了旋转和渐进的前进，旋转和渐进的前进给外科医生提供正在被穿过的组织类型的感觉，它是致密的皮质骨还是较像海绵的髓骨。 

在一个实施例中，利用传感器或旋转编码器39测量轴向运动。编码器30可以测量旋转并将该信息转换成轴向运动。在一实施例中，旋转编码器39包括轴承壳组件201、光源202、码盘203、遮光板204、光电探测器组件205、电子器件板206，它们绕轴208旋转(看图5)。在一实施例中，旋转编码器是带有与另外的数据磁道正交的双通道的增量式旋转编码器，以提供用于设置“零点”的内部位置基准。旋转编码器39能与驱动马达30和驱动轴40连接。旋转编码器39可以提供关于驱动轴40的位置的即时信息，该位置与工作工具轴向移动到孔中的深度有关。可以将该信息供应到可移除的电子器件包36，电子器件包36可以执行乘法计算以确定工具位置。可以从主体20移除该旋转编码器39以便清洗和/或修理。旋转编码器39可以是机械的、磁性的、电的或光学的。 

在另一个实施例中，可以将时间加到由旋转编码器测量的值。测量时间可以允许通过可移除的电子器件包36计算速度和加速度。测量的信息可以由可移除的电子器件包36显示并给外科医生提供关于工具通过不同组织层的信息。例如，钻头穿过皮质骨进入髓骨、髓骨到皮质骨、或从皮质骨到软组织的移动。在另一个实施例中，可以将扭矩感测器应用到驱动马达60，扭矩感测器给外科医生提供关于工具通过各种组织层的信息。 

除了在使用过程中自动测量穿透深度之外，外科医生还可以控制设备的穿透深度。在一实施例中，设备的穿透深度可以涉及电子器件，所述电子器件适合控制工具110轴向移动到孔中的深度。在一实施例中，可以在钻孔之前用电子器件给通过设备形成的孔的最大深度编程。在一实施例中，外科医生可以远侧地进给工作工具110的一部分，例如如果对胫骨或股骨进行操作则为30mm，或如果对挠骨进行操作则为12mm。然后，外科医生将像用轴向静止的钻一样钻通骨头。在达到该预编程序的深度时，如果远侧的皮质仍未被突破，则可以用轴向驱动进一步穿透骨头。在另一个实施例中，电子器件可以包含预定最大 距离，其将限制工具110的远侧行程。例如，停和走信号(即，触发器的单击)或双重停和走(即，触发器的双击)可以使深度停止和允许更远的行程。可以将多种程序表中的任一种编程到电子器件中以控制工具的远侧的前进。例如，使用与典型的时钟收音机的催醒闹钟系统相似的程序表可能是有用的。在最初的停止之后，工具110每次前进，都可以给电子器件编程以仅仅允许例如3mm或6mm或其他增量距离的更远的远侧行程。 

对于预编程序的实施例的所需穿透深度的识别可以如本领域中已知的那样确定。例如，从术前射线照片和CT扫描中了解病人的年龄和尺寸或目标组织的典型尺寸能为了解所需穿透深度提供有用的信息。取决于骨头，外科医生也可以估计到大约70-80％，这将导致穿过近侧的皮质、髓骨并靠近或进入远侧的皮质。一旦处于远侧的皮质内，在该情况下需要大量的控制，器械的轴向驱动就可以被用来慢慢地进行直到感到砰的一下或能在钻中听到速度的变化为止。这可以通过加速度或扭矩测量来增大。例如，当钻头穿透到非常末尾的远侧皮质层时，由于它完全碰到远侧的皮质，所以它可以利用加速度的突发开始加速，这也可以被感测为扭矩的变化。器械可以提供其本身的听觉输出以使由钻头引起的有时微妙的听觉变化更明显。在达到预定目标深度时，轴向运动可以减慢或停止，而旋转运动可以继续。在不改变手的位置以便继续的情况下，通过设备上的致动装置/触发器，外科医生可以不顾任何预编程序的限制。 

仍可以通过防旋转传导法兰70来旋转地保持驱动马达60。在一实施例中，法兰70在主体20中的沟槽内滑动。在一实施例中，每个沟槽可以具有相反的极性以使得它们将电从电源，如主体20的把手中的可充电电池160，传导到驱动马达60。在另一个实施例中，电源可以与传导法兰分开。防旋转传导法兰也可以是螺旋形的并通过螺旋槽移动以增加稳定性。也可以将防旋转传导法兰从设备和固定到轴向驱动轴的旋转驱动马达排除。这将导致驱动马达随着轴向驱动轴转动。 

驱动轴80可以连接到驱动马达60并由其驱动。驱动轴80还可以连接到固定工具110的联接器90。联接器90通过轴承100稳固在主体20内。轴承100 可以是可轴向滑动的且稳定的。 

在一实施例中，器械可以包括冲洗系统。冲洗系统可以包括一个或多个冲洗喷嘴130、冲洗口140和冲洗致动器142。冲洗致动器142可以是主体20把手上的可压下式触发器。致动器142可以使冲洗流通过喷嘴130被输送到手术部位。冲洗喷嘴130可以位于主体20的接合端120处或其附近。冲洗喷嘴130可以通过冲洗口140连接到无菌流体袋和无菌管道(未示出)。冲洗流体可以通过无菌流体袋和无菌管道输送到冲洗口140。可以用外部的流体泵或重力给冲洗系统增压。例如除了连接到器械的无菌管道之外，冲洗系统可以保留在无菌手术部位之外。这种安排能有助于接合端120和工具110相对不受体积或其他难使用设备的约束，使器械10能更准确地放置在手术部位中且容易在手术部位中使用。 

当器械在使用中时，冲洗喷嘴130使得手术部位保持冷却。在一个实施例中，冲洗喷嘴130从器械的末端喷射流体。在另一个实施例中，冲洗喷嘴130可以在内部迂回通过工具110并从工具远端附近的通道喷射。冲洗喷嘴130减少了在使用位置的组织损伤的风险，如骨头烧坏和骨头坏死。冲洗喷嘴130还可以减少零件故障、对再次手术的需要、传染、肢缺损和死亡的风险。器械还可以包括用于在手术部位或其附近抽吸的装置。可以通过冲洗系统的喷嘴130应用抽吸装置或可以通过另外的通道应用抽吸装置。 

参考图3，器械10的一个实施例可以包括带或不带冲洗喷嘴130的可连接/可分离引导件170。引导件170可以在其远端提供与主体的远端相比较小的直径，引导件通过其远端接合手术部位。可以如上所述地将电子器件包36归零以包括引导件170的额外的轴向长度。 

在使用中，驱动轴40轴向地驱动驱动马达60，驱动马达60使驱动轴80旋转，驱动轴80使那个联接器90旋转，联接器90使工具110旋转。驱动马达30沿轴向方向驱动驱动轴40。依次地，工具110旋转并且也沿着工具的纵轴轴向地平移。能以渐进的且稳定的方式控制工具110的旋转运动和轴向移位。 

图6表示器械200的另一个实施例，其允许外科医生即时控制和测量孔的 深度。如同在前的实施例一样，设备的这个实施例在有或没有确定的射线照片的情况下除去了额外的、不可靠的、耗时的和危险的使用深度计的步骤。器械200包括容纳两个驱动马达230、260的主体210、后表面和前表面引导件300、302和钻引导器370。虽然在此所示的实施例使用马达，但应该理解，可以想到其他动力系统，例如由氮气源提供动力的气动马达、电动机等等。 

驱动马达230可以是轴向驱动马达和心轴。驱动马达和心轴230位于主体210的后部并且连接到驱动突起240。驱动马达心轴230可以象起重螺丝、滚珠丝杠或导螺杆等等那样起作用。轴向驱动马达230沿轴向方向给驱动突起240提供动力，驱动突起240又全部沿轴向方向驱动后表面引导件300、前表面引导件302和钻引导器370。 

第二驱动马达260可以是旋转的驱动马达和心轴。第二驱动马达260位于主体210前部。第二驱动马达260旋转地驱动联接器或卡盘290并最终驱动工具310。联接器或卡盘290可以是卡盘装置，如普通的三爪卡盘，其中爪抓紧工具110的上部部分并将其稳固地保持在适当位置中。可以通过旋转机构或钥匙或本领域中已知的其他技术致动联接器或卡盘290以使爪打开或闭合。联接器或卡盘290也可以是快速释放类型的卡盘或联接器。联接器或卡盘290可以连接到工作工具310。也可以包括联接器或卡盘附加部分280。 

工作工具310例如可以是钻头、克氏针、套管针、磨石、根管扩孔钻、改锥或其他工具。工作工具310可以由例如钛金属或不锈钢的材料制成。由金属材料制成的工具310可以被消毒并重新使用或在每次使用后丢弃。作为选择，工具310可以由能被消毒并重新使用或在每次使用后丢弃的聚合材料制成。材料可以选择成提供必需的强度以允许合适的工具动作。工作工具310适合穿过前表面引导件302的远端，延伸穿过钻引导器370以接合工作对象。 

工具310移动到工作对象中的深度可以通过机械的、磁性的、电的或光学的旋转编码器等等测量。旋转编码器可以是增量式旋转编码器或绝对式旋转编码器。工具310移动到工作对象中的深度也可以通过同步机、分解器、旋转可变差动变压器(RVDT)或旋转电位计等等测量。如上所述，关于器械使用的 信息可以实时传输到带有可移除电子器件包的显示器236，其可以在器械200的主体210中找到，在钻孔过程中提供即时信息，如孔深度。显示器236可以包括LED或例如使用电丝极、等离子体、气体等等的其他显示器。 

后表面引导件300在其近端连接到驱动突起240并在其远端连接到前表面引导件302。在两个表面引导件300、302之间可以有一个或多个O形环250。在另一个实施例中，表面引导件300、302可以是单个单元。图中所示的表面引导件300、302具有轴向延伸的两个“臂”或支撑部。但应该懂得，表面引导件300、302可以具有一个、两个、三个或更多臂，其提供额外支撑以支承负载。前表面引导件302可以接合联接器或卡盘290的外侧。在一实施例中，联接器或卡盘290包括套管和/或稳定法兰。在另一个实施例中，联接器或卡盘290可以在没有套管或稳定法兰的情况下工作。在该实施例中，前表面引导件302可以具有衬套或其他装置以直接接合联接器或卡盘290并且仍然允许联接器或卡盘290自由旋转。 

钻引导器370连接到前表面引导件302的远端。钻引导器370可以接合骨头、骨折板或其他植入物。拧入骨折板的钻引导器可以为钻头提供方向引导。可以将钻引导器370拧入骨折板以使得钻引导器370可以接收钻头并可以通过钻引导器连接到器械200。骨折板可以连接到钻引导器370，钻引导器370可以连接到器械200，导致一个用于钻孔的互连的集合体。在一个实施例中，钻引导器370拧入骨折板中，然后可以通过将前表面引导件302连接到钻引导器370，将器械200连接到钻引导器370。 

主体插入件220可以装配在主体210的顶部之内以使得它覆盖驱动马达230和260。驱动突起240和后表面引导件300位于主体210内在主体插入件220上方。主体210的顶部还可以接收主体罩214。后表面引导件300装配在主体210和主体罩214之间，以使得它能在主体210内自由移动并延伸到主体210和主体罩214之外。轴向驱动马达和心轴230以及驱动突起240确定后表面引导件300的运动。主体210还可以包括触发器外壳212，其例如具有前进两级触发器(forward two-stage trigger)232和反转触发器(reverse trigger)234。 

在一实施例中，前进两级触发器232可以致动驱动马达230、260。第一级可以接合旋转驱动马达260。第二级可以接合轴向驱动马达230。旋转驱动马达260的速度可以与触发器232第一级的致动(例如触发器的压下)的程度成比例。轴向驱动马达230的速度可以与触发器232第二级的致动程度成比例。在一实施例中，当处于第一级中且旋转驱动马达260被接合时，触发器被扳动得越多，工具就转动得越快直到它处于全速为止。工具正好在其进入第二级之前以全速转动，并且轴向驱动马达230被接合且表面引导件开始轴向移动。 

当两级触发器232的第一级被致动时，旋转驱动马达和心轴260、联接器或卡盘290和工具310沿前进方向旋转。当两级触发器232的第二级被致动时，旋转驱动马达和心轴260、联接器或卡盘290和工具310沿前进方向以最大速度旋转并且轴向驱动马达和心轴230开始与两级触发器232第二级的致动程度成比例地旋转。轴向驱动马达和心轴230的动作使驱动突起240、后表面引导件300、前表面引导件302和钻引导器370沿轴向的、近侧的方向或朝着器械200的主体210且远离目标组织地移动。当操作者对器械200施加压力并保持它与工作对象接合时，沿近侧方向朝着器械200的主体210的轴向运动使工具310露出，允许工具310与工作对象接合并钻孔到工作对象中。 

反转触发器234可以使驱动马达230、260都颠倒它们的方向。当反转触发器234接合且同时两级触发器232在第一级期间被致动时，旋转驱动马达和心轴260、联接器或卡盘290和工具310沿倒退方向旋转。当两级触发器232的第二级被致动、且反转触发器234仍然接合时，旋转驱动马达和心轴260、联接器或卡盘290和工具310沿倒退方向以最大速度旋转并且轴向驱动马达和心轴230开始与两级触发器232第二级的致动程度成比例地旋转。轴向驱动马达和心轴230的动作使驱动突起240、后表面引导件300、前表面引导件302和钻引导器370沿轴向方向远离器械200的主体210移动。远离器械200的主体210的轴向运动推动器械主体210远离工作对象并将工具310从工作对象拔出。在另一个实施例中，马达230、260可以具有独立的反转功能并且可以通过独立的致动器或触发器独立控制。 

触发器外壳212的远侧可以有振荡选择开关262。当振荡选择开关262处于断开位置中时，器械200可以如上所述地起作用。当振荡选择开关262处于接通位置中时，旋转驱动马达260可以在触发器被致动时沿合适的方向振荡且轴向驱动马达230的功能不被影响。如果前进触发器被致动，则器械200沿前进方向振荡，即旋转驱动马达向前振荡但轴向驱动马达如前所述沿前进方向平稳地移动。如果反转和前进触发器被致动，则器械200沿倒退方向振荡，即，旋转驱动马达向后振荡但轴向驱动马达如前所述沿倒退方向平稳地移动。振荡选择开关影响旋转马达的功能而不影响轴向驱动马达的功能。当被选择时，它使旋转马达振荡。 

在一实施例中，旋转驱动马达260可以具有应用的扭矩感测器(未示出)。当工具通过皮质骨进入髓骨或从皮质骨进入软组织时，测量的扭矩将显著降低。信息可以传输到显示器236并与马达驱动器和它们的致动器的功能结合起来。例如，在一实施例中，当工具310正沿前进方向轴向移动并从皮质骨前进到髓骨或从髓骨前进到软组织时，减小的扭矩将中断轴向运动。然后，可以通过释放前进两级触发器上的压力并重新施加压力使轴向驱动重新接合。 

主体210可以接收冲洗管340。自动冲洗一般是外科医生所希望的选择，因为它有效地降低钻头温度、骨头温度和骨头烧坏的风险。前表面引导件302可以具有一个或多个冲洗喷嘴330。主体210可以接收冲洗致动器(未示出)，例如主体210把手上的可压下式触发器。冲洗致动器可以是包含在显示器236中的电子器件包的一部分。致动器可以打开冲洗流使其从冲洗管340通过喷嘴330输送到手术部位。冲洗喷嘴330可以通过冲洗管340连接到无菌流体袋和无菌管道(未示出)。冲洗流体可以通过无菌流体袋和无菌管道输送到冲洗口340。可以用外部的流体泵或重力给冲洗系统增压。例如除了连接到器械的无菌管道之外，冲洗系统可以保留在无菌手术部位之外。这种安排能有助于接合端和工具310相对不受体积或其他难使用设备的约束，使器械200能更准确地放置在手术部位中且容易在手术部位中使用。在另一个实施例中，冲洗系统可以适合于向工作工具310供应流体，然而冲洗剂可以进入工具310并通过工具310 中的远侧口离开并进入工作对象。在另一个实施例中，冲洗系统、或另一个管系统可以适合于向工作区域提供吸力。 

主体210可以接收电池罩362，电池罩362包围电池360并且在底部上被电池箱罩364盖住。主体210可以接收电池释放按钮366。器械200的主体210连同电池罩362、电池箱罩364、主体罩214和触发器外壳212一起被表示为手枪式握把，尽管在此也想到了其他构形。例如，可以使用直体式器械或其他构形。 

下面是在此描述的一个或多个设备的示例性使用方法。在一个实施例中，外科医生可以向下剖开组织直到骨头并产生足够大的手术部位以紧靠骨头地放置钻头或钻引导器或可连接的钻引导器。可以在没有任何其他植入物的情况下横穿骨折处地放置螺钉或板可以被接骨螺钉横穿骨折处地固定，。螺钉可以锁定到板和骨头中。当使用板时，外科医生可以产生足够大的手术部位以放置板。作为选择，可以通过小的切口插入板以使得外科医生在沿着路线(即，皮下板)钝器解剖组织的同时使板沿着骨头表面滑动。例如可以利用射线照片找到板中的孔，通过向下剖开到骨头所形成的贯穿皮肤的小切口来放置螺钉。可以用牵开器、钻头插过其中的钻引导器、置于器械上的可连接的引导器等等保护周围的组织。如果使用钻引导器，则用深度测量结果解决引导件的长度。如果使用可连接的引导件，则自动或手动地将深度归零。如果使用板，则可以在归零中自动或手动地解决板的厚度。 

在有或没有引导件的情况下，可以放置器械的工作端使其邻接暴露的和解剖的骨头并使器械归零。作为选择，在将设备归零之前，外科医生可以使钻头伸出几毫米以接合骨头并钻出埋头孔或导向孔。在使用固定板的情况下，可以放置板使其邻接骨头并且使钻端部被紧贴板地放置。作为选择，一些板具有拧入到它们之中的钻引导器以使得以合适的角度引导钻。在此披露的器械可以被制造成使得它连接到或自由接合这些类型的钻引导器。另外，钻头引导件可以具有小钉以将钻头引导件的位置保持在骨头上。引导件可以具有大钉以履行该功能。 

然后，外科医生可以轴向施加压力并首先使旋转驱动器达到所需速度。取决于骨密度和使用者的偏好，外科医生着手使轴向驱动器连续地或递增地工作。钻孔可以连续通过皮质骨、通过髓骨、进入并通过远侧的皮质骨。一旦如通过预定深度控制装置、轴向阻力、来自钻的转速的听觉反馈和/或来自加速度或扭矩感测器的听觉反馈所确定的那样通过远侧的皮质骨，轴向运动就停止。然后，外科医生可以通过使轴向驱动器反转或通过向后拉器械来将钻移除。可以让旋转驱动器工作并处于前进向以便于清洗产生的孔。然后，外科医生可以读取显示器上的深度并选择用于植入的合适螺钉。可以用手动螺钉驱动器等等植入螺钉。 

现在参考图7A-7B，在使用中，可以紧靠暴露的骨头放置器械200，或如果使用骨折固定板的话，紧靠骨折固定板放置器械200。可以自动确定合适的零深度位置。一旦操作者触发触发器232，钻引导器370就沿近侧方向(箭头P)缩回并且工作工具310延伸穿过钻引导器370。当操作者对器械200施加压力并保持它与工作对象接合时，工作工具310接合工作对象并钻孔到工作对象中。工作工具310可以钻入到骨头中的量为钻引导器370缩回的量。钻引导器370的缩回可以即时测量并显示在器械200后部的显示器236上。零位置是否紧靠骨头或紧靠骨折固定板设置的自动确定将取决于专有算法，该专有算法与钻引导器370紧靠骨头或板放置的方式以及板厚度有关。这些变量对于每个骨折镶片系统和每套钻引导器可能都是唯一的。当工作工具310沿远侧方向轴向移动并穿透工作对象时，工作工具310移动到工作对象中的深度被测量并同时且即时地显示在显示器236上。 

一旦达到所需穿透深度，就可以致动反转触发器234以使驱动马达230、260颠倒它们的方向。轴向驱动马达230的动作使驱动突起240、后表面引导件300、前表面引导件302和钻引导器370在轴向方向上沿远侧方向远离器械的主体210移动，以使得轴向运动推动器械主体210远离工作对象并将工具310从工作对象拔出。 

尽管本说明书包含许多细节，但这些不应该被解释为对权利要求的范围或 可以被要求保护的内容的限制，而是作为对特定实施例的特征细节的说明。在本说明书中在多个单独实施例的情况下描述的某些特征也可以联合实施在单个实施例中。相反，在单个实施例的情况下描述的不同特征也可以单独实施在多个实施例中或以任意合适的子组合方式实施。此外，虽然特征在上面可以被描述为在某些组合中起作用甚至最初像这样主张，但被要求保护的组合中的一个或多个特征在某些情况下可以从组合中删除，并且要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变型。相似地，尽管操作在图中被以特定顺序示出，但这不应被理解为为了实现所需结果，要求这些操作以所示的特定顺序或以连续的顺序执行，或要求执行所有说明的操作。 

虽然在此参考某些方案详细描述了各种方法和设备的实施例，但应该懂得，其他方案、实施例、使用方法及其组合也是可能的。因而，所附权利要求的精神和范围不应局限于在此包含的实施例的描述。 

Claims (29)

1.一种医疗钻孔设备，包括：

具有轴的外壳，所述外壳包括：

所述外壳的近端附近的手持部；

所述外壳的远端；和

致动器；

在所述近端和远端之间延伸穿过所述外壳的一区域并沿着所述外壳的轴成一线的轴向驱动轴；

连接到所述轴向驱动轴的一区域的第一驱动元件；

在所述近端和远端之间延伸穿过所述外壳的一区域并沿着所述外壳的轴成一线的旋转驱动轴；

连接到所述旋转驱动轴的一区域的第二驱动元件；

可替换地连接到工作工具和所述旋转驱动轴的联接器，其中所述联接器延伸到所述外壳的所述远端之外，并且所述工作工具沿着所述外壳的轴成一线；

连接至所述外壳并沿着所述外壳的轴成一线的钻引导器组件，所述钻引导器组件包括：

包围所述工作工具的钻引导器；以及

具有近端和远端的表面引导件，其中所述表面引导件的远端连接至钻引导器，并且所述表面引导件的近端连接至第一驱动元件，

其中当驱动时，所述第一驱动元件使得钻引导器组件朝着所述外壳的近端轴向移动到缩回状态，并使工作工具露出，允许所述工作工具与骨头的目标区域接合并钻孔到骨头的目标区域中，

传感器；

应用至第二驱动元件的扭矩感测器；以及

电子器件包，其中来自扭矩感测器的关于测量的扭矩变化的信息传输到显示器并与第一驱动元件和第二驱动元件的功能结合起来。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述第一驱动元件包括固定的轴向驱动马达。

3.如权利要求2所述的设备，其中所述固定的轴向驱动马达给所述轴向驱动轴提供动力。

4.如权利要求3所述的设备，其中所述轴向驱动轴沿轴向方向移动一段距离。

5.如权利要求4所述的设备，其中所述轴向驱动轴相对于所述外壳从近侧方向至远侧方向或从远侧方向至近侧方向轴向移动。

6.如权利要求4所述的设备，其中所述轴向驱动轴移动的距离通过所述传感器即时测量。

7.如权利要求6所述的设备，其中所述电子器件包将所述轴向驱动轴在所述外壳内移动的距离转变成所述工作工具轴向移动到骨头中的深度测量结果。

8.如权利要求1所述的设备，其中操作者对所述工作工具穿透骨头的深度预编程序。

9.如权利要求1所述的设备，其中所述轴向驱动轴选自由起重螺丝、滚珠丝杠和导螺杆构成的组。

10.如权利要求1所述的设备，其中所述第二驱动元件包括可滑动的、旋转的驱动马达。

11.如权利要求10所述的设备，其中所述轴向驱动轴使所述可滑动的、旋转的驱动马达沿轴向方向移动。

12.如权利要求1所述的设备，其中连接到所述旋转驱动轴的所述第二驱动元件使所述工作工具旋转。

13.如权利要求1所述的设备，其中所述工作工具选自由钻头、克氏针、套管针、磨石、根管扩孔钻和改锥构成的组。

14.如权利要求1所述的设备，其中所述传感器包括旋转编码器。

15.如权利要求14所述的设备，其中所述旋转编码器是增量式旋转编码器或绝对式旋转编码器。

16.如权利要求15所述的设备，其中所述旋转编码器是电的、光学的、磁性的或机械的。

17.如权利要求1所述的设备，其中所述传感器选自由同步机、分解器、旋转可变差动变压器（RVDT）和旋转电位计构成的组。

18.如权利要求1所述的设备，还包括将流体供应到所述工作工具的冲洗系统。

19.如权利要求1所述的设备，其中所述手持部包括手枪式握把。

20.如权利要求1所述的设备，其中所述致动器包括触发器。

21.如权利要求1所述的设备，其中所述致动器包括第一致动位置和第二致动位置。

22.如权利要求1所述的设备，其中所述致动器致动所述第一驱动元件和所述第二驱动元件。

23.如权利要求21所述的设备，其中所述致动器的第一致动位置致动所述第二驱动元件旋转。

24.如权利要求21所述的设备，其中所述致动器的第二致动位置致动所述第一驱动元件。

25.如权利要求20所述的设备，其中致动程度与所述触发器的压下程度成比例。

26.如权利要求1所述的设备，其中所述外壳具有外部接入口。

27.如权利要求26所述的设备，其中所述轴向驱动轴和旋转驱动轴、第一驱动元件和第二驱动元件、联接器、传感器和电子器件包是模块化的。

28.如权利要求26所述的设备，其中可以从所述设备移除所述轴向驱动轴和旋转驱动轴、第一驱动元件和第二驱动元件、联接器、传感器和电子器件包中的每个。

29.一种医疗钻孔设备，包括：

具有轴的外壳，所述外壳包括：

所述外壳的近端附近的手持部；

所述外壳的远端；和

致动器；

在所述近端和远端之间延伸穿过所述外壳的一区域并沿着所述外壳的轴成一线的轴向驱动轴；

连接到所述轴向驱动轴的一区域的第一驱动元件；

在所述近端和远端之间延伸穿过所述外壳的一区域并沿着所述外壳的轴成一线的旋转驱动轴；

连接到所述旋转驱动轴的一区域的第二驱动元件；

可替换地连接到工作工具和所述旋转驱动轴的联接器，其中所述联接器延伸到所述外壳的所述远端之外，并且所述工作工具沿着所述外壳的轴成一线；和

连接至所述外壳并沿着所述外壳的轴成一线的钻引导器组件，所述钻引导器组件包括钻引导器；前表面引导件和后表面引导件，其中所述钻引导器包围所述工作工具并且所述前表面引导件的远侧区域连接到所述钻引导器，所述前表面引导件的近侧区域连接到所述后表面引导件，和其中所述后表面引导件连接到所述轴向驱动轴，

其中当驱动所述轴向驱动轴时，所述第一驱动元件使得钻引导器组件朝着所述外壳的近端轴向移动到缩回状态，并使工作工具露出，允许所述工作工具与骨头的目标区域接合并钻孔到骨头的目标区域中。

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