CN113226201A - 外科机头系统的校准和调整量确定 - Google Patents

Abstract

一种用于校准能够确定整形外科植入物套件(230)的钻削深度的外科机头系统(69)的系统，所述系统包括：所述外科机头系统，其包括深度测量扩展件(134)并且配置成当钻头(66)被附接并用于钻穿骨头时确定骨头的厚度；以及校准夹具(200)，其配置成与所述外科机头系统的所述深度测量扩展件接合以确定整形外科植入物套件的调整量，所述校准夹具包括壳体(202)，该壳体限定出被配置用于接收整形外科植入物套件的手术螺钉(232)的接收器，所述壳体具有第一端，该第一端配置成接近所述外科机头系统的远侧表面，以相对于所述外科机头系统轴向地固定所述校准夹具的壳体/本体；以及在接合螺钉时在壳体内可移动的滑动器(214)。

Description

外科机头系统的校准和调整量确定

相关应用

本专利申请要求于2018年11月2日提交的美国临时专利申请No.62/754,944、于2019年9月18日提交的临时专利申请No.62/901,878的优先权和所有权益，它们被整体以引用方式并入本文。

背景技术

常规的医学和外科手术通常会涉及使用允许外科医生接近和操纵外科手术部位的外科手术工具和器械。作为非限制性示例，诸如手持钻的旋转器械通常与整形外科手术结合使用，以解决各种肌肉骨骼疾病，诸如创伤、运动损伤，退行性疾病，关节重建等。在采用手持钻或类似外科器械的手术中，由致动器(例如，电动机)选择性地产生的旋转扭矩用于使可释放地附接的钻头或其他外科附件以不同的速度旋转。

外科机头组件在组织中钻孔，钻头抵靠着该组织应用。必须要钻孔的一种外科手术过程是用于修复骨折的骨头的创伤手术。在这种类型的手术中，细长的杆(有时称为钉子)用于将骨折的骨头部分保持在一起。为了将钉子保持到位，向骨头内打入一个或多个孔。这些孔被定位成形成在钉子上的互补孔对准。将螺钉插入每个对准的孔和钉子孔中。螺钉将钉子相对于骨头保持在适当的位置。

在另一种类型的过程中，将被称为板的植入物固定到骨头各骨折部分的外表面上，以将这些部分保持在一起。螺钉将板保持到骨头的各单独部分。为了将保持板的螺钉安装到骨头上，必须先钻用于接收螺钉的孔。

作为该过程的一部分用于在骨头中钻出接收螺钉的孔，希望知道孔的端到端深度。该信息允许外科医生选择在钻孔中安装的螺钉的尺寸。如果螺钉太短，则螺钉可能无法牢固地将插入螺钉的钉子固定在位。如果螺钉太长，则螺钉可能会延伸超出骨头过大的距离。如果螺钉超出骨头的距离过长，螺钉的暴露端可能会摩擦周围的组织。如果发生此事件，会影响螺钉摩擦的组织。

因此，许多形成骨孔的过程的必须部分是孔深度的测量。当前，该测量通常使用与钻分开的深度计进行。这要求外科医生在从孔中取出钻头之后将深度计插入孔中。然后，外科医生基于触觉反馈来设置深度计，以便深度计的远端仅延伸到孔的远处开口。这些过程完成后，外科医生读深度计以确定孔的深度。

期望确认改进这些装置和方法的方法和设备。

发明内容

本公开总体上涉及一种用于校准外科机头系统的系统，能够确定整形外科植入物套件的钻削深度。示例性配置提供一种包括外科机头系统的系统。外科机头系统包括第一壳体和可移动地联接到第一壳体的深度测量扩展件。位移传感器组件被联接到第一壳体并且配置成响应于深度测量扩展件的移位而产生信号。校准夹具被配置成接合外科机头系统的深度测量扩展件以确定整形外科植入物套件的调整量。校准夹具具有第二壳体，其限定内腔，所述内腔配置成接收整形外科植入物套件的手术螺钉。第二壳体具有近端，所述近端配置成接合外科机头系统的第一壳体的远侧表面以相对于第一壳体轴向地约束第二壳体。滑动器可移动地联接至校准夹具的第二壳体。滑动器被配置成相对于第二壳体轴向地移动。滑动器具有配置成与外科机头系统的深度测量扩展件接合的近侧表面。滑动器还具有配置成与手术螺钉接合的远侧表面。整形外科植入物套件的调整量基于来自位移传感器组件的信号和手术螺钉的标称尺寸来确定。

另一示例性配置提供了一种用于校准外科机头系统的系统，能够确定整形外科植入物套件的钻削深度。所述系统包括外科机头系统。所述外科机头系统包括壳体和可移动地联接到壳体的深度测量扩展件。位移传感器组件被联接到所述壳体的远侧部分。位移传感器组件被配置成响应于深度测量扩展件相对于壳体的运动而产生位移信号。处理器配置成接收来自位移传感器组件的信号。校准夹具被配置成接合外科机头系统的壳体的远侧部分以接合外科机头系统的深度测量扩展件。所述外科机头系统和所述校准夹具中的一个包括存在传感器并且所述外科机头系统和所述校准夹具中的另一个包括发射器，所述存在传感器配置成当校准夹具接合外科机头系统的壳体的远侧部分时响应于发射器的存在而产生信号。所述处理器配置成接收来自存在传感器的信号并确定校准夹具正在接合外科机头系统的壳体的远侧部分以及配置成在校准模式下操作外科机头系统。所述整形外科植入物套件的调整量基于在外科机头系统处于校准模式时来自位移传感器组件的信号并且基于手术螺钉的标称尺寸来确定。

再另一示例性配置提供了一种用于校准外科机头系统的方法，能够确定整形外科植入物套件的钻削深度。所述方法包括提供包括第一壳体和相对于第一壳体可移动的深度测量扩展件的外科机头系统。所述方法还包括提供校准夹具，所述校准夹具包括限定内腔的第二壳体和至少部分地在内腔内相对于第二壳体可移动的滑动器。所述方法还包括从整形外科植入物套件中选择具有特定标称尺寸的手术螺钉。所述方法还包括从整形外科植入物套件中选择要在即将进行的手术中使用的手术板。所述方法还包括将外科机头系统的深度测量扩展件与校准夹具的滑动器接合。所述方法还包括插入手术螺钉使其穿过手术板以接合所述手术螺钉的头部从而抵接所述手术板。所述方法还包括使校准夹具的滑动器与手术螺钉接合。所述方法还包括使第二壳体的远侧表面与手术板接合。所述方法还包括用校准夹具的滑动器压下外科机头系统的深度测量扩展件。所述方法进一步包括基于手术螺钉的标称尺寸和被压下的深度测量扩展件的位移来确定整形外科植入物套件的调整量，来校准外科机头系统。

另一示例性配置提供了一种用于校准外科机头系统的方法，能够确定整形外科植入物套件的钻削深度。所述方法包括提供校准夹具和包括位移传感器组件的外科机头系统。校准夹具和外科机头系统中的一个包括存在传感器。校准夹具和外科机头系统中的另一个包括发射器。所述方法还包括使外科机头系统的远侧部分与校准夹具的近端接合。所述方法还包括利用存在传感器确定校准夹具正在接合外科机头系统的远侧部分。外科机头系统响应于存在传感器检测到发射器而进入校准模式。所述方法还包括在校准模式下确定外科机头系统的深度测量扩展件的位移。所述方法还包括在校准模式下基于被压下的深度测量扩展件的位移来确定整形外科植入物套件的调整量。

又另一示例性配置提供了一种用于校准外科机头系统的系统，能够确定整形外科植入物套件的钻削深度。所述系统包括所述外科机头系统。外科机头系统包括深度测量扩展件，所述深度测量扩展件配置成当钻头被附接并用于钻穿骨头时确定骨头的厚度。校准块被配置成与随整形外科植入物套件提供的深度计接合以确定整形外科植入物套件的调整量。校准块包括具有弯曲轮廓的顶表面，所述弯曲轮廓被设计成与来自整形外科植入物套件的板连接。顶表面限定用于接收深度计的一个或多个孔。块的底表面包括凹陷部，所述凹陷部意于暂时保持深度计的远侧部分。

另一示例性配置提供了一种外科机头系统，用于与骨板一起确定用于骨固定的合适的螺钉长度，所述骨板在钻削过程中基于外科机头系统的取向来补偿初始螺钉长度值。所述外科机头系统包括外科机头组件。所述外科机头组件具有机头壳体和设置在机头壳体内并配置成产生扭矩的电动机。深度测量扩展件可移动地联接到机头壳体。传感器配置成响应于深度测量扩展件的取向而产生取向信号。钻头被配置成联接到外科机头组件的电动机并从其接收扭矩。处理器配置成接收来自传感器的信号并基于来自传感器的信号确定用于骨固定的合适的螺钉长度。

附图说明

图1是包括外科机头组件和测量模块的外科机头系统的透视图，所示的外科机头组件具有根据一种配置的钻头和尖端保护器。

图2是图1的外科机头系统的部分分解的透视图，其中所示的外科机头系统具有测量模块、驱动套管、和与机头壳体组件间隔开的释放组件，其中末端执行器组件被从外科机头组件移除并示出尖端保护器与钻头的远侧切削尖端部分间隔开。

图3是沿着图1中的线4-4截取的局部等轴测剖视图。

图4是纵向地穿过图1-2的外科机头组件截取的剖视图，其中末端执行器组件从外科机头组件上移除。

图5是外科机头系统的一些信号处理部件的方框局部示意图。

图6是校准夹具与外科机头系统的远端连接的剖视图。

图7是与图6相同的校准夹具，其中所有部件均已对准并压缩。

图8是纵向截取的剖视图，示出了用于外科机头系统的自动校准的校准夹具。

图9是用于自动校准外科机头系统的校准夹具在校准之前的透视图。

图10是用于自动校准外科机头系统的校准夹具在校准期间的透视图。

图11是纵向剖视图，示出了用于自动校准外科机头系统的校准夹具的替代配置。

图12是深度计的透视图。

图13是正在用来测量人造骨头的皮层至皮层厚度的深度计的透视图。

图14是校准块的顶表面的透视图。

图15是校准块的底表面的透视图。

图16是手术板和校准块的透视图。

图17是深度计、手术板和校准块的透视图

图18是校准块和深度计的底表面的放大透视图。

图19是具有处于第一取向的深度测量扩展件的外科机头组件的正视图。

图20是具有处于第二取向的深度测量扩展件的外科机头组件的正视图。

图21A是钻头和外科机头组件的深度测量扩展件接近骨头的近侧皮层的剖视图。

图21B是钻头和外科机头组件的深度测量扩展件抵靠在骨头的近侧皮层上的剖视图。

图22是钻头和外科机头组件的深度测量扩展件以相对于骨头的倾斜角度抵靠在骨头的近侧皮层上的剖视图。

图23是钻头和外科机头组件的深度测量扩展件的剖视图，其中钻头以相对于骨头的倾斜角度穿过骨头的近侧皮层。

图24是钻头和外科机头组件的深度测量扩展件的剖视图，其中钻头以相对于骨头的倾斜角度穿过骨头的近侧皮层和远侧皮层。

图25是包括外科机头组件和远程设备的外科机头系统的透视图。

图26是由根据本公开的教导的外科机头系统执行的示例性流程图。

图27是用于外科机头系统的自动校准的另一校准夹具的透视图。

图28是图27的校准夹具的剖视图。

图29是另一个校准块的透视图。

图30是图29的校准块的另一透视图。

图31是图29的校准块的剖视图。

具体实施方式

参考附图，在所有若干视图中，相同的附图标记用于表示相同的结构，在图1-2中的60处示出了用于执行与医学和/或外科手术相关联的操作功能的外科机头系统。在本文所示的代表性配置中，外科机头系统60用来促进穿透患者的组织，例如骨头。为此，所示配置的外科机头系统60包括外科机头组件62和通常以64表示的末端执行器组件。末端执行器组件64又包括钻头66和尖端保护器68。如图2最佳示出的，钻头66沿轴线AX在通常以70表示的切削尖端部分和通常以72表示的插入部分之间大致纵向地延伸。如下面更详细地描述的，切削尖端部分70被配置为接合组织，并且插入部分72被配置为便于将钻头66可释放地附接到外科机头组件62。

为了帮助便于钻头66到外科机头组件62的附接，在一些配置中，尖端保护器68配置成可释放地固定到钻头66的切削尖端部分70，同时隐藏钻头66的切削尖端部分70的至少一部分，从而允许外科机头系统60的用户(例如，外科医生)在将钻头66附接到外科机头组件62的过程中安全地操作和定位钻头66。一旦末端执行器组件64已经附接到外科机头组件62，则随后将尖端保护器68从钻头66的切削尖端部分70移除，然后可以利用外科机头系统60穿透组织。

可以使用来自不同制造商的多种不同的整形外科(orthopedic)植入物套件，其可以包括螺钉、板、钉子或销以及深度计，每个植入物套件可以包括具有标称识别的螺钉长度的各种不同的螺钉。随整形外科植入物套件一起的深度计被配置用于测量钻孔深度并为用户提供与该整形外科植入物套件中的标称螺钉长度相对应的测量值。深度计考虑了下述项目，比如板的厚度以及制造商如何确定螺钉长度，例如带有还是不带有螺钉头部的厚度。骨头的厚度和标称螺钉长度之间的差称为调整量。

现在参考图1-4，在本文所示的代表性配置中，外科机头组件62被实现为具有手枪式握把形状的机头壳体组件74的手持式钻机，其可释放地附接到电池76(未详细示出电池附件)。然而，可以预期的是，机头壳体组件可以具有带或不带手枪式握把的任何合适的形状。尽管所示的外科机头组件62采用了可释放地附接到机头壳体组件74的电池76来向用于旋转钻头66的外科机头组件62提供电力，但是应当理解，外科机头组件62可以以其他方式配置，例如使用内部(例如，不可拆卸的)电池，或通过系绳连接到外部控制台、电源等。可以构想其他配置。

在所示的配置中，电池76或其他电源为控制器78提供电力，该控制器又被设置为与用户输入设备80和致动器组件82通信。用户输入设备80和致动器组件82均由机头壳体组件74支撑。控制器78通常被配置为响应于用户输入设备80的致动来促进致动器组件82的操作。用户输入设备80在所示配置中被示为触发器式构造，响应于用户(例如，外科医生)的致动，并且例如通过由磁阻传感器(例如霍尔效应传感器)和磁铁产生的电信号与控制器78通信。因此，当外科医生致动用户输入设备80以操作外科机头组件62时，控制器78将电力从电池76引导至致动器组件82，致动器组件82继而产生用于旋转钻头66或其他外科末端执行器的旋转扭矩，如下文更详细描述。本领域普通技术人员将理解，机头壳体组件74、电池76、控制器78和用户输入设备80均可以以多种不同的方式来配置，以有助于产生旋转扭矩，同时不会脱离本公开内容的范围。

现在参考图1-4，所示配置的外科机头系统60还包括测量模块，通常以128表示，该测量模块可以可选地配置成可释放地附接到外科机头组件62，以在使用期间为外科医生提供测量功能。为此，如图3和图4所示，测量模块128总体上包括模块壳体130，引导衬套132，深度测量扩展件134，位移传感器组件136和可旋转齿轮146。在一些配置中，模块壳体130可释放地附接到机头壳体组件74。在其他配置中，测量模块128以另一种方式可释放地附接到外科机头组件62。在某些配置中，测量模块128可以包括一个或多个按钮，用于控制测量模块128的功能。模块壳体130通常支撑测量模块128的各部件。在其他配置中，外科机头组件62和测量模块128被不可释放地附接到彼此。取而代之，外科机头组件62和测量模块128形成一个整体组件，使得模块壳体130形成机头壳体组件74的一部分。

深度测量扩展件134设置在引导衬套132内，并被支撑以沿着测量轴线MX平移。当测量模块128被附接到外科机头组件62时，测量轴线MX被布置成与轴线AX同轴。细长的凹槽143(部分地在图2中示出)可选地横向形成在深度测量扩展件134中并且纵向地延伸。

深度测量扩展件134还包括多个齿条齿144，齿条齿144沿着深度测量扩展件134的至少部分长度线性地布置，所述齿条齿设置成与和引导衬套132的远端相邻布置的齿轮146啮合式接合。如图4所示，引导衬套132的窗口142与齿轮146相邻布置，以利于齿条齿144和齿轮146之间的啮合式接合，使得齿轮146的旋转和深度测量扩展件134的移动是成正比的。位移传感器组件136响应于由深度测量扩展件134的轴向移动引起的齿轮146的旋转，并且可以利用电位计147(图5所示)、旋转编码器等来实现，以便产生代表深度测量扩展件134沿测量轴线MX的位置变化的电信号。因此，将理解的是，位移传感器组件136能够为外科机头系统60提供增强的功能。举例来说，在一些配置中，位移传感器组件136可以布置成与控制器78通信，该控制器78可以被配置为基于深度测量扩展件134的运动来中断或调节如何驱动电动机84，例如如何在钻头66进入组织的特定钻削深度处减慢其速度。在一些配置中，控制器78可以设置在测量模块128中。在其他配置中，位移传感器组件136可以布置成与测量模块128的子控制器(未示出)通信，并且子控制器可以布置成与控制器78通信。位移传感器组件136也可以设置成与显示器148，比如显示屏、一个或多个发光二极管(LED)等，通信，以向外科医生提供与深度测量扩展件134的运动有关的信息，比如显示实时钻削深度、记录的历史最大钻削深度等。可以构想其他配置。该相同信息也可以通过扬声器传送给用户，以提供实时钻削深度、记录的历史最大钻削深度等的音频指示。题为“Powered Surgical DrillWith Integral Depth Gauge That Includes A Probe That Slides Over A Drill Bit”并且于2016年9月1日提交的国际专利公开号WO/2017/040783的公开内容先前被通过引用方式整体并入本文。

测量模块128的各种部件可以以多种不同的方式布置。此外，虽然图示的测量模块128附接到图示的外科机头组件62并且与本公开的校准夹具200、300、400、500、1300、1500兼容，但是可以预期，在一些配置中外科机头系统60可以省略测量模块128，例如采用不同类型的模块、壳体、盖等。测量模块12也可以在不同位置处附连到外科机头组件62，并且可以是可拆卸的，或者可以是外科机头组件62的永久部分。在测量模块128未附接到外科机头组件62的远端的配置中，本文中描述或描绘为抵接测量模块128的部件可以可替代地抵接外科机头组件62。进一步地，虽然深度测量扩展件134被示为套管，但是其可以可替代地部分地包围钻头66，或者深度测量扩展件134可以平行于钻头66并从其偏离。换句话说，包括深度测量扩展件134的任何设备可以与本文描述的设备和方法兼容。

图5描绘了外科机头系统60的基本电气部件，这些部件基于深度测量扩展件134的位置提供由钻头66形成的孔的深度的指示。确保将适当电位的驱动信号提供给钻孔深度显示部件的电压调节部件未标识出。提供有关钻孔深度的信息的部件包括电位计147。电压被施加到电位计147的一端。电位计147的相反端接地。存在于电位计147抽头上的电压被施加到处理器236。还被示出附接到处理器236的是调零开关150。在调零开关150中可以安装到显示器148。

每个(一个或多个)板234(多个)螺钉232套件可提供标称螺钉长度，以识别该套件内的各种螺钉尺寸。为任何特定的板234螺钉232套件提供的标称螺钉长度不一定对应于任何一致的度量。标称螺钉长度可以是带或不带螺钉头部的实际螺钉长度。标称螺钉长度可以考虑或者也可以不考虑最终与螺钉一起使用的板234的厚度。为确保外科医生正确选择适合于特定外科手术的螺钉232，对每个板234螺钉232套件提供有制造商特定的深度计260(例如参见图12)。

如图13所示，深度计260用于测量骨头266的厚度，并且深度计260上与给定套件相关联的测量标记262对应于为该套件提供的螺钉232的标称螺钉长度。

为了使外科机头系统60提供足够的信息以使得能够选择螺钉232，必须对外科机头系统60进行校准以与超过1300种不同的板234螺钉232套件中的任一套件一起工作。如下所述，可以使用特定植入物套件230提供的板234螺钉232或植入物套件230提供的深度计260来校准外科机头系统60。

在图6和7中示出了用于校准外科机头系统60的系统。在该系统中，来自该套件的螺钉232和板234与测量模块128和校准夹具200结合使用，以校准外科机头系统60的测量模块128。

在该系统中，校准夹具200具有细长的壳体202，例如管状或矩形的壳体，在近端206上具有近端开口204，而在远端210上具有远端开口208。壳体202限定内腔212。

壳体202包括滑动器214，该滑动器在壳体202的内腔212中可沿轴向自由移动。滑动器214的近侧面226被设计为抵接测量模块128的深度测量扩展件134的远端138。滑动器214的远侧面228被设计成接合所选螺钉232的尖端。

为了使用图6和7中的系统，深度测量扩展件134可以从测量模块128完全伸出。壳体202被套装在深度测量扩展件134上，使得深度测量扩展件134布置在内腔212内。此外，壳体202的近端206被压靠在测量模块128的端部上，或者可以使用互锁机构216固定到测量模块128。虽然互锁机构在这里显示为互锁的凹部218和突起220，但是应当理解，互锁机构也可以采用其他合适的形式。

校准夹具200的滑动器214位于校准夹具200的远侧区域处并抵接伸出的深度测量扩展件134，这被称为起点SP。滑动器214被配置为在壳体202的内腔212内轴向移动。滑动器214的精确移动可以由能够安置在壳体202内对应尺寸的沟槽224内的翼部222引导，以确保相对于内腔的纵向轴线的平滑运动。滑动器214可以可替代地以其他方式与壳体202相互作用，以确保在壳体202的内腔212内的平滑运动。

用户致动测量模块128或外科机头组件62上的一个或多个用户输入，以在校准模式下操作测量模块128。这将测量模块128置零。然后用户从要使用的套件中选择任何长度的螺钉232和板234。将板234抵靠着校准壳体202的远端210放置，并且螺钉232穿过板234的远侧开口208插入到校准夹具200的远端210中。螺钉232的端部使滑动器214和深度测量扩展件134移位，使得滑动器214停在最终位置FP上，如图7所示。测量模块128的显示器148可以显示所得到的测量扩展件的位移。

在图6和7的示例中，用户选择了26mm的螺钉，该螺钉将深度测量扩展件134移位了23mm。该位移与外科机头系统60测量的皮层到皮层的骨厚度相关。选定螺钉232的标记长度(26mm)与测得的位移(23mm)之间的差(3mm)是用于此特定螺钉232和板234套件的长度调整量。然后，用户可以进入“校准模式”，这允许将长度调整量输入到测量模块128中并且存储在测量模块128的存储器单元中，用于手术案例的其余部分。

然后，用户可以通过致动外科机头系统60上的一个或多个用户输入来进入“钻削模式”。在处于钻削模式时，当用户钻削穿过患者的骨头时，所存储的调整值将自动添加到实时深度测量值以及由测量模块128确定的所测量的皮层到皮层的值。对于给定的系统来说，该技术有效地弥合了骨厚度的绝对测量值与正确的螺钉选择之间的差距。可替代地，用户可以保留该调整值以实现适当的螺钉232选择。换句话说，在确定要使用的合适的螺钉长度时，用户会知道他或她需要向由测量模块128确定的测量值增加3mm。

图8、9和10示出了使用外科机头系统60的另一种校准系统，其中测量模块128与校准夹具300的替代设计连接，其中来自一套件的螺钉232和板234用于校准外科机头系统60。对图6和7所示的系统和方法进行了一些更改和添加。

校准夹具300被示出为具有T形壳体302。T形壳体302提供了在握住校准夹具300时的人体工程学上的益处。T形还提供了供板234置靠的更大的表面区域。

外科机头系统60和校准夹具300可包括校准传感器组件340。传感器342包括在测量模块128中。传感器342可以联接到测量模块128或外科机头组件62内的处理器。处理器236被配置为基于来自传感器342的输入信号确定校准夹具300是否被定位在外科机头系统60附近。传感器组件340可以包括第二部件，例如发射器，其位于校准夹具300中并且被配置为向传感器342发射信号。当处理器236确定校准夹具300位于测量模块128附近时，处理器可以使测量模块128自动进入校准模式。应当理解，可以对处理器进行调整，以便只有在校准夹具300与测量模块128的距离小于预定距离(例如，小于1mm)时处理器才确定校准夹具300是接近的。在其他配置中，可以对处理器进行调整，以使处理器仅确定校准夹具300正在抵接测量模块128。在其他配置中，当测量模块128首先从外科机头组件62或外科机头系统60的另一部分接收电力时，处理器可以使测量模块128自动进入校准模式。

在一种可能的实施方式中，传感器342包括磁阻传感器。传感器342可定位在测量模块128或外科机头组件62的远端附近。校准夹具300可包括被定位在校准夹具300的近端306附近的发射器346，例如磁体。可以设想，传感器组件340可以采取其他合适的形式来检测校准夹具300的接近度，例如，传感器342可以采取被按下的机械按钮或开关的形式，由包括在校准夹具300上的线圈触发的RFID天线的形式，电容传感器的形式，或霍尔效应传感器的形式。

还可以想到的是，可以在校准夹具300的近端附近布置多个发射器346，以允许传感器342在校准夹具300靠近测量模块时检测到多个发射器346中的一个或多个。该特征是有利的，因为校准夹具300可能相对于测量模块128径向地定位在多个不同的位置，并且传感器342仍可以确定校准夹具300靠近测量模块128。在一种配置中，可以在校准夹具300的近侧开口周围布置发射器阵列346，该近侧开口被配置成接收深度测量扩展件134。发射器阵列346可以周向地间隔开，使得传感器342可以检测到校准夹具相对于测量模块128在校准夹具300的任何径向方向上都是接近的。

在其他配置中，传感器342可以在校准夹具300的近端附近联接到校准夹具300，并且发射器346可以在模块壳体130的远端附近联接到测量模块128。

一旦处理器基于传感器342的输入信号确定校准夹具300被定位在外科机头系统60附近，处理器就可以使测量模块128或外科机头组件62进入校准模式。然后，一旦在针对图6和7中所示的系统描述的过程中测量模块128确定了用于给定板234螺钉232套件的长度调整量，并且测量模块128将该长度调整量存储在测量模块128的存储器单元中，用户则重新进入钻削模式。在钻削模式下，该长度调整量可被自动添加到测量的位移上，以通知外科医生正确的螺钉选择。

还应当理解，当处理器236确定校准夹具300不再位于外科机头系统60附近时，处理器236也可以向测量模块128发送命令以使测量模块128自动进入钻削模式。此特征可以进一步基于经过的时间量。例如，在处理器236确定校准夹具300不再靠近机头之后15秒，处理器236可以使测量模块128重新进入钻削模式。应当理解，尽管整个说明书涉及测量模块128执行逻辑步骤，但是那些相同的逻辑步骤可以由外科机头组件62的任何部件执行。这些步骤包括、但不限于执行计算，确定接近度，以及进入校准或钻削模式。

在图8-10中的系统中，将校准壳体302套装在深度测量扩展件134上，或者将其压靠在外科机头系统60的远端上，或者可以使用互锁机构(未显示)将其固定到外科机头系统60上。在插入螺钉232之前，校准夹具300的滑动器314可被置放于校准夹具300的内腔312的远侧区域处。深度测量扩展件134的远端抵接滑动器314的近端336。如上所述，当处理器236检测到校准夹具300被定位于外科机头系统60附近时，测量模块128可以自动进入校准模式。

当测量模块128进入校准模式时，深度读数为零，并且处理器236等待来自与深度测量扩展件134相关联的位移传感器组件136的进一步输入。然后，在显示器148上提示用户从所述套件中选择具有特定标称螺钉长度的螺钉232，例如26mm。理想的螺钉长度在24到36mm之间，因为该长度通常包含在用于较小骨头(如脚中的那些)的每种类型的植入物套件以及用于较大骨头(如股骨)的各植入物套件中。将板234的骨头抵接面238抵靠着校准夹具壳体302的远端放置，并且将螺钉232穿过板234插入到校准夹具300的远端中。螺钉232的端部接触滑动器314的远端338，这使滑动器314和深度测量扩展件134移位，如图8和10所示。

在已经通过用户输入设备进入校准模式的其他配置中，通过将测量模块128联接至外科机头组件62，或通过另一种方式，可以在将校准夹具300放置在靠近测量模块128之前使螺钉232、板234和校准壳体302彼此接合。将板234的骨头抵接面238抵靠着校准夹具壳体302的远端放置，并且将螺钉232穿过板234插入到校准夹具300的远端中。螺钉232的端部接触滑动器314的远端338。然后将校准夹具300靠近测量模块128放置并且滑动器314将深度测量扩展件134移位。可以想到，校准夹具300、测量模块128、螺钉232和板234可以以不同的顺序彼此接合，并且只要相对位置和接合保持与如在此示出和描述的配置中所示的相同就可以正确地提供准确的调节。

在其他配置中，可以指导用户插入具有预定标称长度的多个螺钉之一。测量模块128可以基于深度测量扩展件的位移落入的范围来检测螺钉232具有特定的标称长度，然后测量模块128可以基于深度测量扩展件134的位移和识别的标称螺钉长度来确定调整。例如，可以在显示器148上提示用户选择具有该套件的第一标称螺钉长度或具有该套件的第二标称螺钉长度的螺钉232。测量模块128可以基于深度测量扩展件134的位移以及该位移落入的范围自动确定选择了哪个螺钉。在测量模块128确定选择了哪个螺钉之后，该调整量可以如本文所述地确定。

在一些配置中，必须满足一个或多个调整参数，以使测量模块128记录深度测量扩展件134的最终位移来确定该调整量。一个调整参数可以是传感器342确定校准夹具300靠近测量模块128，以在校准夹具300和测量模块128之间建立准确的公差叠加。另一个调整参数可以是深度测量扩展件134相对于模块壳体130的相对位置在一定范围内。例如，如果用户从该套件中选择了太短的螺钉232以至于无法将滑动器314和/或深度测量扩展件134移至特定的最小阈值，则可能无法记录该位移，用户可能需要使用更长的螺钉232。类似地，如果用户从该套件中选择了太长的螺钉232，使得滑动器已经被移位到最大阈值，该位移可能也无法记录，用户可能需要使用更短的螺钉232。此外，如果螺钉232太长，那么如果滑动器314在内腔312的近端并且螺钉232长于滑动器314的远端和校准壳体302的远端之间的距离，则螺钉的头部可能不抵接板234。再另一个调整参数可以是深度测量扩展件134相对于校准壳体302的位置在特定持续时间内保持恒定。例如，可能需要用户保持校准壳体302稳定最少的时间量，例如0.2至3秒，以使测量模块128记录来自所选螺钉的最终位移。

测量模块128自动计算并存储长度调整量。该计算是可能的，因为其是在图8中指定的已知的和所测量的距离的机械叠加，因此。尺寸A是校准夹具300从近端306到远端310的长度，也是在测量模块128的远端与板234的骨头抵接面238之间的空间。尺寸B是从测量模块128的远端到深度测量扩展件134的远端的距离，其使用测量模块128进行测量。尺寸C是滑动器314的长度。最后，尺寸D是从所选螺钉的尖端到板234的骨头抵接面238的未知距离。

测量模块128可以简单地从尺寸A中减去尺寸B和尺寸C，以确定尺寸D，由螺钉232的插入引起的位移。如果螺钉232被插入骨头内，而不是校准夹具300内，则尺寸D与皮层到皮层的骨厚度相关。由于螺钉232的标称长度也是已知的，因此测量模块128可以通过从标称螺钉长度中减去尺寸D来确定该调整量，并且在手术案例的持续过程期间将该长度调整量自动地保存到存储器单元中。替代地(或附加地)，可以利用显示器148或扬声器或两者将该调整量报告给用户。该调整量可以四舍五入。例如，由于螺钉232的套件以1或2mm的增量提供，所以测量模块128可以将输出的推荐螺钉长度四舍五入到最接近的mm，或者自动向上或向下舍入到下一个mm或下一个偶数(next even)mm。

某些应用可能会受益于确保螺钉足够长以完全穿透骨头，因此，在这些情况下，向上舍入可能是更可取的。在其他操作中，突出的螺钉尖端损坏周围组织的危险较大，则向下舍入可能更可取。外科机头系统60可以接收关于计划过程的信息，并相应地修改其对推荐螺钉长度的计算。

在示例性计算中，基于图8所示的系统，可以指导用户插入标称长度为30mm的螺钉232。这可以产生28mm的尺寸D。调整量为2毫米(即28mm位移的D尺寸和30mm标称值之间的差)。2毫米的调整量被存储。然后，在完成钻削后，如果确定皮层到皮层的骨测量值是34mm，则测量模块128将输出36mm的推荐螺钉长度。

由处理器而不是手动进行的计算进一步提高了调整的准确性，因为它允许在调整中包含其他有效数字。

参照图27和28，示出了校准夹具1300的替代配置。应当理解，校准夹具1300的各种配置可以包括与图8-10所示的那些类似的元件，其可以由增加了1000的附图标记来标识。应该理解的是，包括增加了1000的附图标记的那些元件可以具有与上述相同的特征。

图27和28示出了另一个校准系统，该校准系统使用测量模块128与校准夹具的另一种设计1300连接的外科机头系统60，其中来自套件的螺钉232和板234用于校准该外科机头系统60。

类似于图8-10的校准夹具300，校准夹具1300被示出为具有T形壳体1302。T形壳体1302提供了当握住校准夹具1300时的人体工程学上的益处。T形还提供了供板234置靠的更大的表面区域。

与图8-10中所示的校准夹具300的另一相似之处是校准传感器组件(未示出)。传感器342联接到测量模块128或外科机头组件62内的处理器。处理器236被配置用于基于来自传感器342的输入信号确定校准夹具1300是否定位在外科机头系统60附近。传感器组件可以包括第二部件，该第二部件设置于校准夹具1300中并且被配置为向传感器342发射信号。当处理器236确定校准夹具1300定位在测量模块128附近时，处理器使测量模块128自动进入校准模式。应当理解，可以调整该处理器，使得只有在校准夹具1300距测量模块128的距离小于预定距离、例如小于1mm时，处理器才确定校准夹具1300在附近。

在一种可能的实施方式中，传感器342包括磁阻传感器(例如霍尔效应传感器)。传感器342可定位在测量模块128或外科机头组件62的远端附近。校准夹具1300可包括被定位于校准夹具1300的近端1306附近的磁体1346。可以想到，传感器组件340可以采取其他合适的形式来检测校准夹具1300的接近度，例如，传感器342可以采取被按下的机械按钮或开关的形式，由包括在校准夹具1300上的线圈触发的RFID天线的形式，或电容传感器的形式。

一旦处理器基于传感器342的输入信号确定校准夹具1300被定位在外科机头系统60附近，则处理器致使测量模块128或外科机头组件62进入校准模式。然后，一旦测量模块128确定了对于图6和7中所示的系统来说贯穿所描述的过程的给定板234螺钉232套件的长度调整量、并且测量模块128将该长度调整量存储在测量模块128的存储器单元中，用户即重新进入钻削模式。在钻削模式下，此长度调整量可被自动添加到所测量的位移上，以通知外科医生正确的螺钉选择。

还应当理解，当处理器236确定校准夹具1300不再位于外科机头系统60附近时，处理器236也可以向测量模块128发送命令以使测量模块128自动进入钻削模式。此特征可以进一步基于经过的时间量。例如，处理器236可以在处理器236确定校准夹具1300不再靠近机头之后15秒后再使测量模块128重新进入钻削模式。应当理解，尽管整个说明书提到测量模块128执行逻辑步骤，但是那些相同的逻辑步骤可以由外科机头组件62的任何部件执行。这些步骤包括、但不限于执行计算，确定接近度以及进入校准或钻削模式。

校准夹具壳体1302可以套装在深度测量扩展件134上，并且可以被压靠在外科机头系统60的远端上，或者可以使用互锁机构(未示出)固定到外科机头系统60。在插入螺钉232之前，校准夹具1300的滑动器1314被置放在校准夹具1300的内腔1312的远侧区域处。深度测量扩展件134的远端抵接滑动器1314的近端1336。如上所述，当处理器236检测到校准夹具1300位于外科机头系统60附近时，测量模块128可以自动进入校准模式。当测量模块128进入校准模式时，深度读数为零，并且处理器236等待来自与深度测量扩展件134相关联的位移传感器组件136的进一步输入。然后，在显示器148上提示用户从所述套件中选择具有特定标称螺钉长度的螺钉232。将板234的骨头抵接面238抵靠着校准夹具壳体1302的远端放置，并且将螺钉232穿过板234插入到校准夹具1300的远端中。螺钉232的端部接触滑动器1314的远端1338，这使滑动器1314和深度测量扩展件134移位。

校准壳体1302的远端具有远侧表面，该远侧表面可以包括脊1348，该脊1348被设计成具有类似于骨头的曲率，并因此紧密地接合板234的骨头抵接面238。该脊1348是校准壳体1302的可选改进。代替脊，校准壳体1302的整个远侧表面可以是弯曲的或平坦的。

滑动器1314可以包括偏压机构1350，该偏压机构1350被配置为抵接校准壳体1302的限定出校准壳体1302内腔1312的侧壁。偏压机构防止滑动器1314在校准壳体的内腔1312内自由移动。应当理解，尽管约束了滑动器1314的自由移动，但是如上所述，滑动器1314仍可以经由用户操纵来移动。偏压机构1350可包括弹簧加载的柱塞。可以想到，可以使用其他偏压机构来抵接校准壳体1302的侧壁，以防止滑动器1314在校准壳体1302的内腔1312内的其他自由运动。弹簧加载的柱塞可以包括主体和至少部分被接纳在主体的凹部内的球(或在某些情况下为销)。球被可移动地联接到主体，以从主体朝向校准壳体1302的侧壁向外突伸。被定位在主体的凹部内的弹簧配置成向球施加恒定的力，以将球朝向校准壳体1302的侧壁偏压。球抵靠着校准壳体1302的侧壁接合用来防止滑动器1314在内腔1312内自由运动。

图11公开了用于上述自动校准的另一替代壳体。不使用T形壳体302(图8-10)和T形壳体1302(图27-28)，使用了壳体402。深度测量扩展件134仍插入壳体402上的第一接收器448中。螺钉232被插入板234中，并且将该套件插入壳体402上的第二接收器450中。螺钉头部利用居中弹簧452固定在位。第二接收器450沿着校准夹具400的近端406并且沿着侧面454敞开。一旦将螺钉232插入穿过板234，就可以将两者都通过校准夹具400的侧开口454放置在第二接收器450中。最后，可以在外科机头组件62或测量模块128的远端增加凹坑456，以更好地固定螺钉232的尖端，从而防止在校准期间移动。

在这种配置中，由于深度测量扩展件134的位移是已知的，并且板的近端相对于深度测量扩展件134的远端的位置是已知的，所以测量模块128可以更直接地计算尺寸D，从板的近端到测量模块128的远端的距离。换句话说，尺寸E(从深度测量扩展件134的远端到板234的骨头抵接面238的已知距离)可以从尺寸F(从深度测量扩展件134的远端到口袋456的已知距离)中减去，来确定尺寸D。再次，由于所选螺钉232的标称长度是已知的，所以可以通过从螺钉232的标称长度减去尺寸D来确定调整量，并且在手术案例的持续期间该调整量可被自动保存。在替代形式中，该调整量可以报告给用户。

图14-18描绘了可用于确定螺钉232和板234套件的调整量的系统。该系统依靠要使用的套件中的深度计260(图12和13)和要使用的套件中的板234、以及校准块500来确定该调整量。校准块500是细长的，具有倒圆的边缘。图示的校准块500被设计为容易地装进一只手中，但是可以具有若干种形状，包括T形或方形拐角和边缘。另外，校准块500具有顶表面502，顶表面502包括脊504，该脊504设计成具有类似于骨头的曲率，并因此紧密地接合板234的骨头抵接面238。该脊504是校准块1500的可选改进。代替脊，校准块500的整个顶表面502可以是弯曲的或平坦的。另外，校准块500包括两个孔，较小孔506和较大孔508。校准块500可仅包括一个孔或两个以上的孔。较小孔506和较大孔508的不同尺寸是为了提供刚好大于螺钉232板234套件提供的深度计260的配合。较小孔506和较大孔508中的每一个具有已知的深度。在图14至18中，两个孔506/508具有30mm的深度。可以使用具有不同深度的替代设计。例如，对于手和脚的骨头来说，可能有用的是为较小孔提供较短的深度以与螺钉232和板234套件提供的深度计260一起使用。较大孔可以具有较长的深度，使校准块500沿着其侧面轮廓具有更多的三角形形状。校准块500的孔也可以用孔深度标记。在较小和较大孔506、508的每个孔周围，底表面510包括在接收器514内的升高边缘512。该升高边缘512和接收器514分别提供了用于使深度计260的钩保持稳定的改进的表面，但是它们也是可选的。

用校准块确定整形外科螺钉232和板234套件的调整量可以通过以下方式完成：如图16-18中所示，将板234放置在适当的孔上，在本实例中使用的是较小孔506。所选择的板234应该以与在植入期间放置在骨头上的方式相同的方式放置在校准块500上。骨头抵接面238应放置成使其接触校准块500的顶表面502。然后，将深度计260插入较小孔506中。深度计260的钩状端264靠在校准块500的底表面510上。然后，用户从深度计260的测量标记262获得螺钉长度。

在本实例中，在图17中标称螺钉长度为深度计260上的33mm。因此，调整量为33mm-30mm孔深度或3mm。用户可以保留3mm的调整量并在钻削后将该调整量添加到测量模块128的输出。可替代地，用户可以将该调整量提供给外科机头系统60，从而所输出的推荐的螺钉长度自动基于制造商的标称螺钉长度。在每个案例之前，可以指示用户通过外科机头系统60的显示器148提供该调整量。然后，外科机头系统60的存储器将在手术案例的整个持续时间内存储该调整量。

参照图29-31，示出了校准块1500的替代配置。应当理解，校准块1500的各种配置可以包括与图14-18中所示的那些类似的元件，其可以由增加了1000的附图标记来标识。应该理解的是，包括增加了1000的附图标记的那些元件可以具有与上述相同的特征。

图29-31描绘了可用于确定螺钉232和板234套件的调整量的系统。该系统依赖于要使用的该套件中的深度计260(图12和13)和要使用的该套件中的板234、以及校准块1500来确定该调整量。校准块1500是细长的，具有倒圆的边缘。图示的校准块1500被设计为容易地放在一只手内，但是可以具有若干种形状，包括T形或方形拐角和边缘。此外，校准块1500包括用来帮助用户抓握住校准块1500的轮廓侧面。另外，校准块1500具有顶表面1502，顶表面1502包括脊1504，该脊1504设计成具有类似于骨头的曲率，因此紧密地接合板234的骨头抵接面238。该脊1504是校准块1500的可选改进。没有脊的话，校准块1500的整个顶表面1502可以是弯曲的或平坦的。另外，校准块1500包括孔1506。校准块1500可以包括多于一个的孔。孔1506具有已知的深度。

用校准块1500确定整形外科螺钉232和板234套件的调整量可以通过以下方式完成：将板234放在孔1506上。所选择的板234应该以与在植入期间被设置在骨头上相同的方式设置在校准块1500上。骨头抵接面238应放置成使其接触校准块1500的顶表面1502。然后将深度计260插入孔1506中。深度计260的钩状端264置靠在校准块1500的底表面1510上。然后，用户从深度计260的测量标记262获得螺钉长度。

校准块1500可以限定腔1516以减小校准块1500的重量。腔1516在两端敞开有利地允许更容易地清洁该腔。然而，可以预期的是，腔1516可以可替代地在一端封闭，从而该腔创建盲孔。

在某些外科手术过程中，可能需要将螺钉232或其他植入物以倾斜角度插入患者的骨头中。在这样的过程中，合适地选择用于该过程的螺钉长度可能需要进一步补偿标称螺杆长度。在一些过程中，当以倾斜角度插入时，螺钉232的头部可能不完全落座到骨板234的近侧上的斜面内或者不完全平行于患者骨头的近侧皮层550的外表面(见图21A-24)。例如，在需要钻穿近侧和远侧皮层的过程中，当螺钉以倾斜角度插入时，螺钉232的头部抵接的板234部分可能与在螺钉正交于板的孔时螺钉的头部所抵接的部分不同，这可能会阻止螺钉232完全落座在板孔中。如果螺钉232的头部未完全落座在板孔中且未进行补偿，则测量头部输出的所选螺钉长度可能比所需的短，并且在操作过程中螺钉232可能不会穿过或插入远侧皮层552。通过基于螺钉232插入的角度而增加补偿长度，减少了螺钉232太短的可能性。对如上所述的板234螺钉232的各种组合来说，该补偿长度可以是对由外科机头系统60的校准提供的调整量长度的补充。换句话说，可以通过针对所选择的特定螺钉232类型和板234来校准外科机头系统60并且通过针对螺钉232插入的角度来补偿校准的螺钉长度值来选择合适的螺钉长度。可以想到，在不需要校准或校准不是针对特定螺钉类型或板进行的一些配置中，仍可以针对螺钉232插入的角度来补偿标称螺钉长度。

参照图4，外科机头组件62包括传感器554，该传感器554被配置为，响应于外科机头组件62的取向并且更具体地响应于深度测量扩展件134的取向和深度测量扩展件134沿其延伸的测量轴线MX，而生成取向信号。控制器78被配置为从传感器554接收该信号，并基于来自传感器554的信号确定用于骨固定的合适的螺钉长度。传感器554可以是加速度计、陀螺仪传感器、立体传感器、或被配置为响应于外科机头组件62的取向而生成至控制器78的信号的另一传感器。传感器554可以联接至模块壳体130，以可释放地附接至机头壳体组件74。可替代地，在模块壳体130与机头壳体组件74成一体的配置中，传感器554可以联接到机头壳体组件74。

参照图19和图20，外科机头组件62钻孔的角度可以用于确定螺钉232将要插入的角度以找到补偿长度。深度测量扩展件134可以由用户在参考取向556(如图19所示)和钻削取向558(如图20所示)之间移动。在参考取向556中，测量轴线MX与参考轴线RX对准，参考轴线RX延伸穿过由骨板234限定的孔560。在许多配置中，参考轴线RX垂直于骨头266和骨头板234之一或两者。在钻削取向558中，深度测量扩展件134的测量轴线MX相对于参考轴线RX成一倾斜角。该倾斜角是螺钉232稍后将插入的钻削角度。

控制器78可以被配置为从传感器554接收与深度测量扩展件134处于钻削取向558相对应的取向信号。然后，控制器78可以被配置为基于取向信号来确定深度测量扩展件134的钻削角度。然后，控制器78可以被配置为基于钻削角度来确定补偿长度。然后，控制器78可以响应于钻削角度而使用补偿长度来补偿标称螺钉长度或校准螺钉长度，以确定用于骨固定的合适的螺钉长度。

如图4所示，在传感器554包括陀螺仪传感器554的配置中，陀螺仪传感器554可以联接至模块壳体130。在其他配置中，陀螺仪传感器554联接至机头壳体组件74。陀螺仪传感器554可以响应于角速度而产生取向信号。取向信号可以包括在X、Y和Z方向中的至少两个方向上的角速度值(参见图19和20)，该角速度值与深度测量扩展件134从参考取向556移动到钻削取向558时深度测量扩展件134的取向的变化相对应。控制器78可以被配置为通过在一持续时间段上对角速度值进行积分来确定深度测量扩展件134的钻削角度。该持续时间段可以在建立参考取向556时开始，并且该持续时间段可以在建立钻削取向558时结束。通过对角速度值进行积分，控制器78接着可以确定深度测量扩展件134的取向从参考取向556到钻削取向558的变化，并且因此控制器78可以确定参考和钻削取向556、558之间的钻削角度。

用户可以操作地接合外科机头系统60的用户输入，以建立参考取向556和钻削取向558。可替代地，控制器78可以被配置为响应于某些参数而产生信号，以建立参考和钻削取向556、558。这些参数中的一些将在下面讨论。建立参考和钻削取向556、558可以提高在基于用户对外科机头组件62的细心定向/操纵而确定相对于骨板234的钻削角度时的控制器78准确性。换句话说，当用户操作地接合外科机头组件62以建立参考和钻削取向556、558时、或当某些参数被满足以建立参考和钻削取向556、558时，控制器78从传感器554产生的取向信号而确定出错误的钻削角度的可能性被减轻。

如上所述，位移传感器组件136可被配置用于在钻削过程期间或准备钻削过程期间响应于钻头66相对于深度测量扩展件134的移位而产生至控制器78的位移信号。可以通过下述来建立参考和钻削取向556，558中的一个或两个：控制器78(i)接收位移信号，并且(ii)确定钻头66已经相对于深度测量扩展件134移位了预定距离。

参照图21A-24，示出了在钻削过程之前和期间的外科机头组件62的一种配置。尽管图21A-24示出了骨板234设置在骨头266的近侧皮层550的外表面上，但是可以预期的是，当不存在骨板234时，也可以确定钻削角度。在图21A中，外科机头组件62与骨板234间隔开，并且深度测量扩展件134尚未处于参考取向556。在图21B(对应于图19)中，深度测量扩展件134被示出为处于参考取向556。当深度测量扩展件134从图21A所示的位置移动到图21B所示的位置时，深度测量扩展件134相对于钻头66移位。控制器78可以被配置为响应于深度测量扩展件134相对于钻头66的移位而接收位移信号，并确定深度测量扩展件134处于参考取向556。建立参考取向556可以提供“零偏移”或基线，从该“零偏移”或基线可以确定钻削角度。例如，在包括陀螺仪传感器554的配置中，当建立参考取向556时，陀螺仪传感器554可以开始生成与在X、Y和Z方向中的至少两个方向上的角速度相对应的信号(见图19和20)。

在图22中，外科机头组件62符合(in line with)钻削角度(对应于图20)，然而，深度测量扩展件134的钻削取向558可能尚未建立。在图23中，深度测量扩展件134被示出处于钻削取向558。当深度测量扩展件134从图22所示的位置移动到图23所示的位置时，深度测量扩展件134相对于钻头66移位。控制器78可以被配置为响应于深度测量扩展件134相对于钻头66的移位而接收位移信号并确定深度测量扩展件134处于钻削取向558。尽管图23显示钻头66已经在钻削取向558上移位穿过近侧皮层550，但是可以想到，对于控制器78确定深度测量扩展件134处于钻削取向558上来讲，钻头66可能不需要进入到骨头266中的如此深度。相反，当深度测量扩展件134相对于钻头66的位移已经超过预定位移(例如，骨头266中5mm)时，控制器78即可以确定深度测量扩展件134处于钻削取向558。在包括陀螺仪传感器554的配置中，当建立钻削取向558时，陀螺仪传感器554可以停止产生对应于角速度的信号。如上所述，控制器78然后可以在建立参考取向556的时刻与建立钻削取向558的时刻之间的时间段内对角速度值进行积分。

在另一配置中，参考和钻削取向556、558中的一个或两个可以通过电动机状态信号来建立。外科机头组件62可以包括另一传感器562(参见图4)，其被配置为响应于电动机84的状态而产生至控制器78的电动机状态信号。参考和钻削取向556、558中的一个或两个可以通过控制器78确定电动机84的状态已经从空转状态改变为运转状态来建立。在一种配置中，电动机状态信号对应于由电动机84产生的扭矩。电动机84在空转状态下不产生转矩，电动机84在运转状态下产生转矩。在另一种配置中，电动机状态信号对应于电动机84的转速。电动机84在空转状态下以低于转速阈值的转速操作，并且电动机84在运转状态下以高于转速阈值的另一转速运转。在一种配置中，传感器562可以是布置在测量模块128中的加速度计。可替代地，可以使用单一传感器来确定角度偏移和电动机状态两者。

在一种示例性配置中，用户可以将深度测量扩展件134从参考取向556定向到钻削取向558。当控制器78由电动机状态信号确定电动机84已经从空转状态变为运转状态时，可以建立钻削取向558。

在另一种配置中，可以通过致动触发器80(上述用户输入设备80)来建立参考和钻削取向556，558中的一个或两个。触发器80可用于响应于用户对触发器80的致动而产生至控制器78的触发器信号，以操作电动机84来产生扭矩。可以通过控制器78确定触发器80已经被致动来建立参考和钻削取向556，558中的一个或两个。在一种示例性配置中，用户可以将深度测量扩展件134从参考取向556定向到钻削取向558。当控制器78由触发器信号确定触发器80已经被致动时，可以建立钻削取向558。

在又另一配置中，参考和钻削取向556，558中的一个或两个可以由用户输入设备564建立。外科机头组件62可包括与用于操作上述电动机84的用户输入设备80(触发器)分离的用户输入设备564。用户输入设备564可以联接至测量头部，比如图1所示的模块壳体130。可替代地，用户输入设备564可以可替代地联接至机头壳体组件74。用户输入设备564可以是可操作的以生成至控制器78的第一参考信号，以确立测量轴线MX与参考轴线RX对准并确定深度测量扩展件134处于参考取向556。例如，用户可以将深度测量扩展件134定向到参考取向556，然后致动(例如，按下按钮)用户输入设备564以生成至控制器78的第一参考信号。然后控制器78可以确定深度测量扩展件134处于参考取向556。同样，可以再次致动同一或另一个用户输入设备，以生成至控制器78的相同的或第二参考信号，以建立钻削取向558。

在另一种配置中，可以通过下述来建立参考和钻削取向556，558中的一个或两个：控制器78确定来自深度测量扩展件134的传感器554的取向信号在预定持续时间段内基本保持恒定，因而深度测量扩展件134保持静止。在一种示例性配置中，用户可以将深度测量扩展件134从参考取向556定向到钻削取向558。当控制器78由取向信号确定深度测量扩展件134已经保持静止超过预定持续时间段时可以建立钻削取向558。上述预定持续时间段可以不同，但是示例性时间至少持续3、5或10秒。

可以设想，可以以与上述指定的方式不同的方式来建立参考和钻削取向556，558中的一个或两个。还可以设想，可以使用上述配置的组合来建立参考和钻削取向556，558中的一个或两个。例如，在图21A中，外科机头组件62与骨板234间隔开，并且深度测量扩展件134尚未处于参考取向556。在用户操纵外科机头组件62以使深度测量扩展件134处于图21B(对应于图19)所示的参考取向556之后，用户可以致动用户输入设备564以生成至控制器78的参考信号，并且控制器78可以确定参考取向556被建立。然后，用户可以将深度测量扩展件134操纵到图22(对应于图19)中所示的取向，并开始钻穿近侧皮层550。在钻头66相对于深度测量扩展件134已经超过预定位移之后，控制器78可以确定已经建立了钻削取向558。

在控制器78确定了钻削角度之后，控制器78可以通过使用至少部分地依赖于钻削角度的函数来确定补偿长度。该函数还依赖于标称螺钉长度或包括调整长度的校准螺钉长度。可替代地，控制器78可以通过使用至少部分地依赖于钻削角度的查找表来确定补偿长度。更具体地，查找表可以将特定的钻削角度范围与单一补偿长度相关联。在一种示例性配置中，在0(零)度和10(十)度之间的钻削角度可以输出0mm(零毫米)的补偿长度；大于或等于10(十)度且小于45(四十五)度的钻削角度可输出1mm(一毫米)的补偿长度；大于或等于45(四十五)度的钻削角度可输出2mm(两毫米)的补偿长度。可以考虑其他范围的钻削角度和相关的补偿长度。可替代地，控制器78可以通过使用查找表在离散的角度之间进行插值来确定补偿长度。更具体地，查找表可以将离散的钻削角度值与补偿长度相关联，以便查找表中列出的每个钻削角度值都对应于单一补偿长度，并且如果要查的钻削角度在查找表中的两个钻削角度值之间，则控制器78可以通过在与上述两个钻削角度值相对应的补偿长度之间进行插值来确定补偿长度。例如，查找表可以提供对应于10(十)度钻削角度的1mm的补偿长度和对应于30(三十)度钻削角度的1.5mm的补偿长度。当钻削角度为20(二十)度时，控制器78可以确定补偿长度为0.25mm。可以想到，可以使用示例中描述的线性关系或依赖于钻削角度的另一个函数来完成插值。查找表也可能依赖于标称螺钉长度或包括调整长度的校准螺钉长度。本文描述的查找表和其他计算机软件可以存储在测量模块128中的存储器中，或者存储在与诸如平板电脑之类的、与测量头部进行无线通信的远程设备相关联的存储器中。

在确定补偿长度之后，控制器78可以被配置为输出用于骨固定的合适的螺钉长度，其依赖于标称螺钉长度(由钻削之后的深度测量扩展件134的位移确定)以及补偿长度(由钻削角度确定)和调整长度(在校准过程中针对所选的特定板234和螺钉232类型确定)中的一个或两个。

参照图25，外科机头系统60可以包括具有显示器568的远程设备566。远程设备566可以被配置为产生至外科机头组件62的信号和从外科机头组件62接收信号。图25中的远程设备566包括平板电脑。但是，可以设想，远程设备566可以可替代地包括智能电话、膝上型计算机、工作站或台式计算机。外科机头组件62上的显示器148和远程设备566上的显示器568之一或二者均可输出下述中的一个或多个：合适的螺钉长度，补偿长度，调整长度，标称螺钉长度，深度测量扩展件134的位移，钻削角度，使用的特定板234，使用的特定螺钉232类型，以及与外科机头系统60相关的其他信息。

在一种配置中，外科机头组件62和远程设备566之一或两者包括用于向控制器78输入或选择信息的用户输入设备(未示出)。用户可以输入或选择倾斜钻削因数来代替补偿长度，用来补偿标称螺钉长度或包括调整长度的校准螺钉长度。控制器78可以被配置为基于标称螺钉长度(由钻削之后的深度测量扩展件134的位移确定)、调整长度(在校准过程中针对所选的特定板234和螺钉232类型确定)、以及用户输入/选择的倾斜钻削因数来确定合适的螺钉长度。合适的螺钉长度可以输出到外科机头组件62上的显示器148和远程设备566上的显示器568之一或二者。

将进一步理解的是，术语“包括”和“包含”具有相同的含义。此外，将意识到，诸如“第一”、“第二”、“第三”等的术语在本文中用于区分某些结构特征和部件，以用于清楚和一致的非限制性说明性目的。在本申请中，包括以下定义，术语“控制器”可以替换为术语“电路”。术语“控制器”可以指代、属于或包括：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟或模拟/数字混合分立电路；数字、模拟或模拟/数字混合集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享，专用或组)；存储器电路(共享，专用或组)，用于存储由处理器电路执行的代码；提供上述功能的其他合适的硬件部件；或上述中的一些或全部的组合，例如在片上系统中。

该控制器可以包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可以实现连接到局域网(LAN)或无线个人局域网(WPAN)的有线或无线接口。LAN的示例是电气和电子工程师协会(IEEE)标准802.11-2016(也称为WIFI无线网络标准)和IEEE标准802.3-2015(也称为ETHERNET有线网络标准)。WPAN的示例是来自Bluetooth Special Interest Group的BLUETOOTH无线网络标准和IEEE标准802.15.4。

控制器可以使用接口电路与其他控制器通信。尽管在本公开中可以将控制器描绘为直接与其他控制器进行逻辑通信，但是在各种实施方式中，控制器可以实际上经由通信系统进行通信。该通信系统包括物理和/或虚拟网络设备，例如集线器、交换机、路由器和网关。在一些实施方式中，通信系统连接到或横跨诸如因特网的广域网(WAN)。例如，通信系统可包括使用包括多协议标签交换(MPLS)和虚拟专用网(VPN)在内的技术通过Internet或点对点租用线路彼此连接的多个LAN。

在各种实施方式中，控制器的功能可以分布在经由通信系统连接的多个控制器上。例如，多个控制器可以实现由负载平衡系统分配的相同功能。在另一个示例中，控制器的功能可以在服务器(也称为远程或云)控制器和客户端(或用户)控制器之间划分。

可以使用用于硬件描述的语言来定义控制器的一些或全部硬件功能，例如IEEE标准1364-2005(通常称为“Verilog”)和IEEE标准1076-2008(通常称为“VHDL”)。硬件描述语言可以用于制造和/或编程硬件电路。在一些实施方式中，控制器的一些或所有特征可以由诸如IEEE1666-2005(通常称为“SystemC”)之类的语言来定义，该语言包括如下所述的代码和硬件描述两者。

如上面所使用的，术语代码可以包括软件，固件和/或微代码，并且可以指代程序，例程，功能，类，数据结构和/或对象。术语共享处理器电路包括执行来自多个控制器的一些或全部代码的单一处理器电路。术语组处理器电路涵盖与其他处理器电路结合来执行来自一个或多个控制器的一些或全部代码的处理器电路。对多个处理器电路的引用包括离散管芯(die)上的多个处理器电路，单一管芯上的多个处理器电路，单一处理器电路的多个核，单一处理器电路的多个线程，或上述的组合。术语共享存储器电路包含存储来自多个控制器的一些或全部代码的单一存储器电路。术语组存储器电路包括与其他存储器结合来存储来自一个或多个控制器的一些或全部代码的存储器电路。

术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。如本文中所使用的，术语计算机可读介质不涵盖通过介质(例如在载波上)传播的瞬时电信号或电磁信号；因此，术语计算机可读介质可以认为是有形的和非暂时性的。非暂时性计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器电路(例如闪存电路，可擦除可编程只读存储器电路，或掩码只读存储器电路)，易失性存储器电路(例如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)，磁存储介质(例如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)，和光学存储介质(例如CD，DVD或Blu-rayDisc)。

本申请中描述的装置和方法可以由通过将通用计算机配置为执行计算机程序中体现的一个或多个特定功能而创建的专用计算机来部分或完全实现。上述功能块和流程图元素用作软件规范，可以通过技术人员或程序员的例行工作将其转换为计算机程序。

所述计算机程序包括处理器可执行指令，所述处理器可执行指令存储在至少一种非暂时性计算机可读介质上。所述计算机程序还可以包括或依赖于所存储的数据。计算机程序可以包括与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(BIOS)，与专用计算机的特定设备交互的设备驱动程序，一个或多个操作系统，用户应用程序，后台服务，后台应用程序等。

该计算机程序可以包括：(i)要解析的描述性文本，例如HTML(超文本标记语言)，XML(可扩展标记语言)或JSON(JavaScript Object Notation)，(ii)汇编代码，(iii)由编译器从源代码生成的目标代码；(iv)由解释器执行的源代码；(v)由即时编译器进行编译和执行的源代码，等等。仅作为示例，可以使用由包括下述语言的语法编写源代码：C，C++，C#，Objective-C，Swift，Haskell，Go，SQL，R，Lisp，

Fortran，Perl，Pascal，Curl，OCaml，

HTML5(超文本标记语言第5版)，Ada，ASP(活动服务器页面)，PHP(PHP：超文本预处理器)，Scala，Eiffel，Smalltalk，Erlang，Ruby，

Visual

Lua，MATLAB，SIMULINK和

在前面的描述中已经讨论了若干配置。然而，本文讨论的配置并非旨在穷举或将本发明限制为任何特定形式。所使用的术语旨在具有描述性词语的性质，而不是限制性的。鉴于以上教导，许多修改和变型是可能的，并且本发明可以以不同于具体描述的方式来实践。

本发明旨在于独立权利要求中进行限定，其中特定特征在从属权利要求中列出，其中，从属于一个独立权利要求的权利要求的主题也可以结合另一个独立权利要求来实现。

本公开还包括以下条款，其中特定特征在从属条款中列出，其可以如参考上面的配置和附图更详细地描述的那样具体地实现。

I.一种用于校准外科机头系统的系统，该系统能够确定整形外科植入物套件的钻削深度，所述系统包括：

所述外科机头系统，其包括深度测量扩展件并配置成当钻头被附接并用于钻穿骨头时确定骨头的厚度；和

校准夹具，其配置成与所述外科机头系统的所述深度测量扩展件接合以确定整形外科植入物套件的调整量，所述校准夹具包括：

壳体，其限定被配置用于接收所述整形外科植入物套件的手术螺钉的接收器，所述壳体具有第一端，第一端配置成接近(approach)所述外科机头系统的远侧表面，以相对于所述外科机头系统轴向地固定所述校准夹具的壳体；和

滑动器，其可移动地联接到所述壳体并配置成相对于所述壳体轴向地移动，其中，所述滑动器具有配置成与所述外科机头系统的所述深度测量扩展件接合的近侧表面和配置成与手术螺钉接合的第二表面，

其中根据所述深度测量扩展件的位移来确定所述调整量。

II.条款I的系统，其中，所述外科机头系统可释放地联接至所述校准夹具。

III.条款I-II中任一项的系统，其中，所述外科机头系统还包括可移除地联接至所述外科机头系统的本体的测量模块，所述测量模块包括所述深度测量扩展件。

IV.条款III的系统，其中，所述测量模块包括显示器。

V.条款III-IV中任一项所述的系统，其中，所述测量模块包括用于存储所述调整量的存储器。

VI.条款III-V中任一项的系统，其中，所述测量模块被配置为基于所述调整量来输出标称螺钉长度。

VII.条款I-VI中任一项的系统，其中，到所述接收器的开口位于所述壳体的远侧表面上，并且被配置用于接收意于在外科手术过程中使用的整形外科植入物套件的手术板的手术螺钉。

VIII.条款I-VII中任一项的系统，其中，所述校准夹具是圆柱形的。

IX.条款I-VIII中任一项的系统，其中，所述校准夹具是T形的。

X.条款IV的系统，其中，所述测量模块包括处理器。

XI.条款X的系统，其中，所述外科机头系统被配置为以多种模式操作，包括钻削模式和校准模式。

XII.条款X-XI中任一项的系统，其中，所述处理器被配置为从用户接收手术螺钉的标称尺寸，并且减去深度测量扩展件的位移值来确定调整量。

XIII.条款X-XII中任一项的系统，其中，显示器被配置为向用户提供位移值，并且测量模块包括被配置为从用户接收调整量的用户界面。

XIV.条款I-XIII中任一项的系统，其中，所述外科机头系统包括传感器组件，所述传感器组件被配置用于检测所述校准夹具在相对于所述外科机头系统的校准位置中的存在。

XV.条款XIV的系统，其中，所述传感器包括被配置用于感测连接到所述校准夹具的所述壳体的磁体的磁阻传感器。

XVI.条款XIV的系统，其中，传感器组件包括机械按钮、RFID芯片、钥匙手柄、接近传感器、或电容传感器，并且被配置用于当所述校准夹具处于相对于所述外科机头系统的校准位置时发送和接收信号。

XVII.条款X-XIII中任一项的系统，其中，处理器被配置用于输出将与所述校准夹具一起使用的手术螺钉的标称尺寸。

XVIII.条款XIV的系统，还包括处理器，该处理器或者与所述外科机头系统集成在一起，或者与可移动地联接到所述外科机头系统的测量模块集成在一起，其中，所述处理器被配置用于从所述传感器组件接收传感器数据并基于传感器数据自动进入校准模式。

XIX.条款X的系统，其中，处理器还被配置为基于手术螺钉的标称尺寸、从所述校准夹具的壳体/本体的远端到所述外科机头系统的远端的距离、所述滑动器的长度、以及深度测量扩展件的位移来确定调整量。

XX.条款I-XIX中任一项的系统，其中，由壳体限定的用于接收手术螺钉的接收器从深度测量扩展件偏置。

XXI.一种用于校准外科机头系统的系统，能够确定整形外科植入物套件的钻削深度，所述系统包括：

所述外科机头系统，其包括深度测量扩展件并且配置成当钻头被附接并用于钻穿骨头时确定骨头的厚度；和

校准夹具，其被配置为与所述外科机头系统的所述深度测量扩展件接合以确定整形外科植入物套件的调整量，所述校准夹具包括壳体，所述壳体限定：

第一接收器，其从深度测量扩展件偏置并且被配置用于接收整形外科植入物套件的手术螺钉；

近侧，其被配置为接近所述外科机头系统的远侧表面，以相对于所述外科机头系统轴向地固定所述校准夹具的壳体；

第二接收器，其被配置成使得所述接收器的远端抵接深度测量扩展件的远端，其中，所述调整量基于深度测量扩展件的位移。

XXII.一种用于校准具有深度测量扩展件的外科机头系统的方法，能够确定整形外科植入物套件的钻削深度，所述方法包括：

进入外科机头系统的校准模式；

使校准夹具的壳体抵接外科机头系统，使得壳体内部的滑动器与外科机头系统的深度测量扩展件相邻；

从整形外科植入物套件中选择将要在即将进行的外科手术中使用的手术螺钉和板；

插入手术螺钉使其穿过手术板并插入由壳体限定的接收器中，以使深度测量扩展件相对于外科机头系统的本体移动；

向外科机头系统提供下述中任一：

由整形外科植入物套件的制造商提供的手术螺钉的标称尺寸，或通过以下方式确定的手术螺钉和板的调整量：

通过外科机头输出位移，以及

从手术螺钉的标称尺寸中减去外科机头系统输出的位移；

使用外科机头系统钻穿骨头并由深度测量扩展件的位移获得骨头的厚度；并且

基于骨头的厚度以及所确定的调整量或用于校准的螺钉的标称尺寸，显示手术螺钉的推荐尺寸。

XXIII.条款XXII的方法，其中，所述推荐尺寸是最接近调整量加上骨头的厚度的和的标称螺钉值。

XXIV.条款XXII的方法，其中，外科机头系统的推荐尺寸是大于调整量加上骨头的厚度的和的标称螺钉值。

XXV.一种用于校准外科机头系统的方法，能够确定整形外科植入物套件的钻削深度，所述方法包括：

通过外科机头系统确定手术螺钉的标称尺寸；

从整形外科植入物套件中选择所确定的标称尺寸的手术螺钉；

从整形外科植入物套件中选择要在即将进行的手术中使用的手术板；

使校准夹具的壳体抵接到外科机头系统，从而将外科机头系统的深度测量扩展件插入到由校准夹具的壳体限定的空间中；

插入手术螺钉使其穿过手术板并进入由校准夹具的壳体限定的第二空间中；

用校准夹具或手术螺钉压下外科机头系统的深度测量扩展件；

用外科机头系统感测校准夹具的存在并响应于该感测进入校准模式；

基于手术螺钉的标称尺寸和被压下的深度测量扩展件的位移来确定调整量；

使用外科机头系统钻穿骨头并获得骨头的厚度；和

基于骨头的厚度和所确定的调整量输出手术螺钉的推荐尺寸。

XXVI.条款XXV的方法，其中，确定调整量还基于：从校准夹具的远端到校准夹具和外科机头系统之间的抵接处的距离、安装在校准夹具内的滑动器的长度、以及从该抵接处到深度测量扩展件的远端的距离。

XXVII.条款XXV-XXVI中任一项的方法，其中，仅当所确定的调整量小于四毫米时才执行输出手术螺钉的推荐尺寸。

XXVIII.条款XXV-XXVII中任一项的方法，其中，所确定的手术螺钉的标称尺寸在24毫米至36毫米之间。

XXIX.条款XXV-XXVIII中任一项的方法，其中，外科机头系统显示最接近调整量加上骨头的厚度的和的推荐尺寸。

XXX.条款XXV-XXVIII中任一项的方法，其中，外科机头系统显示大于调整量加上骨头的厚度的和的推荐尺寸。

XXXI.条款XXV-XXX中任一项的方法，其中，感测步骤通过外科机头系统感测来自校准夹具的磁体的磁场来执行。

XXXII.一种用于校准外科机头系统的方法，能够确定整形外科植入物套件的钻削深度，所述方法包括：

提供具有板状表面的块；

选择用于外科手术的整形外科植入物套件，其中整形外科植入物套件包含已校准到该套件的深度计；

从整形外科植入物套件中选择要植入的手术板；

将手术板的开口定位在校准块的开口上方，并定位该块使该块抵接板；

插入深度计使其穿过校准块和板的开口；

从深度计上列出的值中减去块的厚度，以获得调整量；

使用外科机头系统钻穿骨头并获得骨头的厚度；和

基于上述骨头的厚度和上述调整量来计算手术螺钉的推荐尺寸。

XXXIII.条款XXXII的方法，进一步包括将所确定的调整量输入到外科机头系统中。

XXXIV.条款XXXII-XXXIII中任一项的方法，还包括外科机头系统确定最接近骨头的厚度加上调整量的和的建议螺钉尺寸。

XXXV.条款XXXII-XXXIII中任一项的方法，还包括外科机头系统确定大于骨头的厚度加上调整量的和的建议螺钉。

XXXVI.条款XXXII-XXXIII中任一项的方法，还包括：基于所述调整量加上骨头的厚度以及患者身上的将要植入螺钉的区域来选择手术螺钉。

XXXVII.条款XXXII-XXXIII中任一项的方法，还包括选择最接近手术螺钉尺寸的用于植入的手术螺钉。

XXXVIII.一种外科机头系统，用于与骨板一起确定用于骨固定的合适的螺钉长度，所述骨板在钻削过程中基于外科机头系统的取向来补偿初始螺钉长度值，所述外科机头系统包括：

外科机头组件，所述外科机头组件包括：

机头壳体

电动机，其设置在机头壳体内并配置成产生扭矩，

可移动地联接到机头壳体上的深度测量扩展件，

联接卡盘，其联接到电动机并配置成从其接收扭矩，以及

传感器，其被配置为响应于深度测量扩展件的取向而产生取向信号；

控制器，其被配置为接收来自传感器的信号并基于来自传感器的信号来确定用于骨固定的合适的螺钉长度。

XXXIX.条款XXXVIII的外科机头系统，其中，传感器包括从加速度计、陀螺仪传感器和立体传感器中选择的至少一个传感器。

XL.条款XXXVIII-XXXIX中任一项的外科机头系统，其中，所述深度测量扩展件限定测量轴线，所述深度测量扩展件能够由用户在参考取向和钻削取向之间移动，在所述参考取向中所述测量轴线与延伸穿过由骨板限定的孔的参考轴线对准，在所述钻削取向中所述深度测量扩展件的测量轴线处于相对于参考轴线的倾斜钻削角度，并且其中，所述控制器被配置用于：

(i)从处于钻削取向的深度测量扩展件的传感器接收取向信号，

(ii)基于来自传感器的取向信号确定深度测量扩展件的钻削角度，

(iii)响应于所述钻削角度确定补偿长度，以及

(iv)基于补偿长度确定用于骨固定的适合的螺钉长度。

XLI.条款XL的外科机头系统，其中，所述传感器包括陀螺仪传感器，并且所述取向信号包括与深度测量扩展件从参考取向向钻削取向移动时深度测量扩展件的取向的变化相对应的角速度值，并且其中，所述控制器被配置为通过在一持续时间段上对角速度值进行积分来确定深度测量扩展件的钻削角度，其中所述持续时间段在建立所述参考取向时开始并且在建立所述钻削取向时结束。

XLII.条款XL-XLI中任一项的外科机头系统，还包括钻头，其联接至联接卡盘并配置为通过联接卡盘从电动机接收扭矩，其中深度测量扩展件包括位移传感器，其被配置为响应于钻头在钻削过程中的移位而生成至控制器的位移信号，并且其中，从参考取向和钻削取向中选择的取向中的至少一个取向通过下述建立：通过控制器(i)接收位移信号，并且(ii)确定钻头已经相对于深度测量扩展件移位了预定距离。

XLIII.条款XLII的外科机头系统，其中钻头包括钻头轴线，并且钻头轴线与深度测量扩展件的测量轴线对准。

XLIV.条款XL-XLII中任一项的外科机头系统，还包括传感器，该传感器被配置为响应于电动机的状态而生成至控制器的电动机状态信号，其中，从参考取向和钻削取向中选择的取向中的至少一个取向通过下述建立：处理器确定电动机的状态已从空转状态变化为运转状态。

XLV.条款XLIV的外科机头系统，其中，所述电动机状态信号包括由电动机产生的扭矩，并且其中，所述电动机在空转状态下不产生扭矩，并且所述电动机在运转状态下产生扭矩。

XLVI.条款XLIV的外科机头系统，其中，所述电动机状态信号包括所述电动机的转速，并且其中，所述电动机在空转状态下以低于转速阈值的转速操作，并且所述电动机在运转状态下以高于转速阈值的转速操作。

XLVII.条款XL-XLI中任一项的外科机头系统，其中，从参考取向和钻削取向中选择的取向中的至少一个取向是通过下述建立的：处理器确定来自深度测量扩展件的传感器的取向信号在预定时间段上保持恒定。

XLVIII.条款XL-XLI中任一项的外科机头系统，其中，所述外科机头组件还包括用户输入设备，所述用户输入设备是可操作的以产生至处理器的第一参考信号，用于确立所述测量轴线与所述参考轴线对准并且确立所述深度测量扩展件处于所述参考取向。

XLIX.条款XLVIII的外科机头系统，其中，所述钻削取向通过用户输入设备的操作来建立以产生第二参考信号，并且其中，所述处理器(i)在接收到第一参考信号之后接收所述第二参考信号，并且(ii)确定深度测量扩展件处于钻削取向。

L.条款XL-XLI中任一项所述的外科机头系统，其中，所述外科机头组件还包括触发器，用于响应于用户对触发器的致动而生成至控制器的触发器信号，用于操作电动机来产生扭矩，并且其中，从参考取向和钻削取向中选择的取向中的至少一个取向通过处理器确定触发器已经被用户致动而建立。

LI.条款XL-L中任一项的外科机头系统，其中，所述补偿长度是使用依赖于所述钻削角度的函数来选择的。

LII.条款XL-L中任一项的外科机头系统，其中，所述补偿长度是使用依赖于所述钻削角度的查找表来选择的。

LIII.一种外科机头系统，用于与骨板一起确定用于骨固定的合适的螺钉长度，所述骨板在钻削过程中基于外科机头系统的取向来补偿初始螺钉长度值，所述外科机头系统包括：

外科机头组件，所述外科机头组件包括：

机头壳体，

电动机，其设置在机头壳体内并配置成产生扭矩，

联接卡盘，其联接到电动机并配置成从其接收扭矩，和

传感器，其配置成被联接到机头壳体并被配置为响应于机头壳体的取向而产生取向信号；

控制器，其被配置为接收来自传感器的信号并基于来自传感器的信号来确定用于骨固定的合适的螺钉长度。

LIV.一种确定用于骨固定的合适的螺钉长度的方法，所述方法包括：

提供外科机头组件，其具有机头壳体、电动机和限定测量轴线的深度测量扩展件，所述外科机头组件的深度测量部扩展件联接至钻头；

将深度测量扩展件定向到参考取向，与骨板相邻，使得测量轴线与延伸穿过由骨板限定的孔的参考轴线对准；

操作联接到外科机头组件的用户输入设备，以确立深度测量扩展件的测量轴线与参考轴线对准；

将深度测量扩展件定向到钻削取向，以使测量轴线与参考轴线成一倾斜角度；

在钻削取向处测量该倾斜角度；

通过钻头钻削穿过骨头的近侧皮层并朝向骨头的远侧皮层钻削；

基于深度测量扩展件的倾斜角度测量，由控制器确定用于骨固定的合适的螺钉长度；和

显示所述用于骨固定的合适的螺钉长度。

LV.条款LIV的方法，其中，钻头限定与测量轴线对准的钻头轴线，该方法还包括基于深度测量扩展件和钻头之间的相对运动来确定钻头的位移。

LVI.条款LV的方法，还包括在钻头已经穿过近侧皮层移位到骨头中预定深度之后，由控制器确定所述倾斜角度。

LVII.一种确定用于骨固定的合适的螺钉长度的方法，所述方法包括：

提供外科机头组件，其具有机头壳体、电动机、深度测量扩展件和钻头；

穿过骨头的近侧皮层并朝向骨头的远侧皮层钻削；

测量骨头中的钻孔深度；

基于所测得的钻孔深度和倾斜钻削因数来确定用于骨固定的合适的螺钉长度；和

显示所述用于骨固定的合适的螺钉长度。

LVIII.条款LVII的方法，其中，所述外科机头组件还包括用户输入设备，所述方法还包括在控制器确定用于骨固定的合适的螺钉长度之前操作用户输入设备以选择倾斜钻削因数。

LVIX.条款LVII-LVIII中任一项的方法，其中，深度测量扩展件限定测量轴线，并且钻头限定与测量轴线对准的钻头轴线，该方法还包括通过确定钻头相对于深度测量扩展件的位移来测量钻孔深度。

LX.一种测量模块，其被配置为联接至外科机头组件并被配置为接合校准夹具以校准整形外科植入物套件，所述测量模块包括：

壳体；

可移动地联接到壳体的深度测量扩展件；

位移传感器组件，其联接到壳体的远侧部分，并被配置为响应于深度测量扩展件相对于壳体的运动而产生位移信号；

存在传感器，其联接到壳体的远侧部分，并被配置为响应于联接到校准夹具的发射器的存在而产生存在信号；和

控制器，其被配置为接收来自位移传感器组件和存在传感器的信号；

其中，控制器被配置为从存在传感器接收信号并确定校准夹具正在接合壳体的远侧部分，以在校准模式下操作外科机头系统，从而在外科机头系统处于校准模式时从位移传感器组件接收的位移信号被用于确定整形外科植入物套件的调整量，控制器被配置为将此调整量存储在存储器中。

LXI.一种校准组件，用于校准具有至整形外科植入物套件的深度测量扩展件的外科机头系统，所述校准组件包括：

具有本体的壳体，所述本体限定位于所述本体的远端处的第一开口，位于所述本体的近端处的第二开口，以及延伸穿过本体与第一和第二开口流体连通的内腔，其中内腔被配置成穿过第一开口的整形外科植入物套件的手术螺钉，并且内腔被配置成接收穿过第一开口和第二开口的外科机头系统的深度测量扩展件，并且壳体的近端被配置成接合外科机头系统的远侧表面，以相对于外科机头系统轴向地约束壳体；和

滑动器，其可移动地联接到壳体并且配置成至少部分地在内腔内相对于壳体轴向地移动，该滑动器具有被配置成与外科机头系统的深度测量扩展件接合的近侧表面和被配置成与手术螺钉接合的远侧表面，其中所述滑动器被配置成当所述手术螺钉被接收在所述第一开口内时被所述手术螺钉在所述内腔中移位；

其中，所述整形外科植入物套件的调整量基于所述滑动器的位移来确定。

Claims (50)

1.一种用于校准外科机头系统的系统，其能够确定整形外科植入物套件的钻削深度，所述系统包括：

外科机头系统，所述外科机头系统包括：

第一壳体，

可移动地联接到第一壳体的深度测量扩展件，

位移传感器组件，其被联接到第一壳体并且配置成响应于深度测量扩展件的移位而产生信号；和

校准夹具，其被配置成接合外科机头系统的深度测量扩展件以确定整形外科植入物套件的调整量，所述校准夹具包括：

第二壳体，其限定内腔，所述内腔配置成接收整形外科植入物套件的手术螺钉，第二壳体具有近端，所述近端配置成接合外科机头系统的第一壳体的远侧表面以相对于第一壳体轴向地约束第二壳体，和

滑动器，其可移动地联接至校准夹具的第二壳体并配置成相对于第二壳体轴向地移动，其中，滑动器具有配置成与外科机头系统的深度测量扩展件接合的近侧表面和配置成与手术螺钉接合的远侧表面；

其中，所述整形外科植入物套件的调整量基于来自位移传感器组件的信号和手术螺钉的标称尺寸来确定。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述外科机头系统还包括处理器，所述处理器配置成接收来自所述位移传感器组件的信号，并且所述处理器配置成在确定所述整形外科植入物套件的调整量时以校准模式操作所述外科机头系统。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述外科机头系统和所述校准夹具中的一个包括存在传感器并且所述外科机头系统和所述校准夹具中的另一个包括发射器，所述存在传感器配置成当校准夹具的第二壳体接合外科机头系统的第一壳体的远侧部分时响应于发射器的存在而产生信号，并且，所述处理器配置成接收来自存在传感器的信号并确定校准夹具正在接合外科机头系统的第一壳体的远侧部分以及配置成在校准模式下操作外科机头系统。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述处理器被配置成接收来自存在传感器和位移传感器组件的信号，以当选自调整参数组中的至少一个调整参数得到满足时确定整形外科植入物套件的调整量。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述调整参数组包括：校准夹具接合外科机头系统的第一壳体的远侧部分，深度测量扩展件的位置相对于第一壳体在特定持续时间段上保持恒定，并且深度测量扩展件位于相对于外科机头系统的第一壳体的特定位置范围内。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的系统，其中，所述发射器包括磁体，并且所述存在传感器配置成响应于来自磁体的磁场而产生信号。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述存在传感器包括磁阻传感器。

8.根据权利要求2-7中任一项所述的系统，其中，所述处理器被配置成在确定了整形外科植入物套件的调整量之后以钻削模式操作外科机头系统。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其中，所述外科机头系统还包括外科机头组件和配置成联接到外科机头组件的测量模块，所述测量模块包括所述第一壳体、所述深度测量扩展件和所述位移传感器组件。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的系统，其中，所述外科机头系统还包括显示器。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述显示器被配置成向用户指示已经确定了整形外科植入物套件的调整量。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的系统，其中，所述外科机头系统包括用于存储所述调整量的存储器。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的系统，其中，所述校准夹具的第二壳体限定出位于第二壳体的远侧表面上的与所述内腔流体连通的远侧开口，所述远侧开口配置成当手术螺钉在内腔内接合滑动器的远侧表面时接收穿过整形外科植入物套件的手术板的手术螺钉，使得当确定整形外科植入物套件的调整量时手术螺钉的头部配置成抵接手术板并且所述手术板配置成抵接第二壳体的远侧表面。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的系统，其中，所述校准夹具的第二壳体限定出位于第二壳体的近侧表面上的与所述内腔流体连通的近侧开口，所述近侧开口配置成当深度测量扩展件接合滑动器的近侧表面时接收所述深度测量扩展件。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的系统，其中，所述第二壳体是T形的。

16.一种用于校准外科机头系统的系统，其能够确定整形外科植入物套件的钻削深度，所述系统包括：

外科机头系统，所述外科机头系统包括：

壳体，

可移动地联接到壳体的深度测量扩展件，

位移传感器组件，其联接到所述壳体的远侧部分并配置成响应于深度测量扩展件相对于壳体的运动而产生位移信号，和

处理器，其配置成接收来自位移传感器组件的信号；以及

校准夹具，其配置成接合外科机头系统的壳体的远侧部分并接合外科机头系统的深度测量扩展件；

其中，所述外科机头系统和所述校准夹具中的一个包括存在传感器并且所述外科机头系统和所述校准夹具中的另一个包括发射器，所述存在传感器配置成当校准夹具接合外科机头系统的壳体的远侧部分时响应于发射器的存在而产生信号，并且，所述处理器配置成接收来自存在传感器的信号并确定校准夹具正在接合外科机头系统的壳体的远侧部分以及配置成在校准模式下操作外科机头系统，并且，所述整形外科植入物套件的调整量基于在外科机头系统处于校准模式时来自位移传感器组件的信号并且基于手术螺钉的标称尺寸来确定。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述处理器被配置成接收来自所述存在传感器和所述位移传感器组件的信号，以当选自调整参数组中的至少一个调整参数得到满足时确定所述整形外科植入物套件的调整量。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述调整参数组包括：校准夹具接合外科机头系统的壳体的远侧部分，深度测量扩展件的位置相对于第一壳体在特定持续时间段上保持恒定，以及深度测量扩展件位于相对于外科机头系统的第一壳体的特定位置范围内。

19.根据权利要求16-18中任一项所述的系统，其中，所述发射器包括磁体，并且所述存在传感器配置成响应于来自磁体的磁场而产生信号。

20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述存在传感器包括磁阻传感器。

21.根据权利要求16-20中任一项所述的系统，其中，所述处理器配置成在确定了所述整形外科植入物套件的调整量之后以钻削模式操作所述外科机头系统。

22.根据权利要求1-21中任一项所述的系统，其中，所述外科机头系统还包括外科机头组件和配置成联接到外科机头组件的测量模块，所述测量模块包括所述壳体、所述深度测量扩展件和所述位移传感器组件。

23.根据权利要求1-22中任一项所述的系统，其中，所述外科机头系统还包括显示器。

24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述显示器配置成向用户指示已经确定了所述整形外科植入物套件的调整量。

25.根据权利要求1-24中任一项所述的系统，其中，所述外科机头系统包括用于存储所述调整量的存储器。

26.一种用于校准外科机头系统的方法，其能够确定整形外科植入物套件的钻削深度，所述方法包括：

提供包括第一壳体和相对于第一壳体可移动的深度测量扩展件的外科机头系统，以及校准夹具，所述校准夹具包括限定内腔的第二壳体和至少部分地在内腔内相对于第二壳体可移动的滑动器；

从整形外科植入物套件中选择具有标称尺寸的手术螺钉；

从整形外科植入物套件中选择要在即将进行的手术中使用的手术板；

将外科机头系统的深度测量扩展件与校准夹具的滑动器接合；

插入手术螺钉使其穿过手术板以接合所述手术螺钉的头部抵接所述手术板；

使校准夹具的滑动器与手术螺钉接合；

使第二壳体的远侧表面与手术板接合；

用校准夹具的滑动器压下外科机头系统的深度测量扩展件；以及

基于手术螺钉的标称尺寸和被压下的深度测量扩展件的位移来确定整形外科植入物套件的调整量，来校准外科机头系统。

27.一种用于校准外科机头系统的方法，其能够确定整形外科植入物套件的钻削深度，所述方法包括：

提供校准夹具和包括位移传感器组件的外科机头系统，其中校准夹具和外科机头系统中的一个包括存在传感器并且校准夹具和外科机头系统中的另一个包括发射器；

使外科机头系统的远侧部分与校准夹具的近端接合；

利用存在传感器确定校准夹具正在接合外科机头系统的远侧部分，并且外科机头系统响应于存在传感器检测到发射器而进入校准模式；

在校准模式下确定外科机头系统的深度测量扩展件的位移；

在校准模式期间基于被压下的深度测量扩展件的位移来确定整形外科植入物套件的调整量。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，还包括在确定了所述整形外科植入物套件的调整量之后通过所述外科机头系统进入钻削模式。

29.根据权利要求28所述的方法，其中，还包括在钻削模式期间利用整形外科植入物套件的调节量来选择用于外科手术的手术螺钉。

30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述发射器包括磁体，所述方法还包括：响应于磁场的变化而由存在传感器生成信号，用来确定校准夹具正在接合外科机头的远侧部分。

31.一种用于校准外科机头系统的系统，其能够确定整形外科植入物套件的钻削深度，所述系统包括：

所述外科机头系统，其包括深度测量扩展件，所述深度测量扩展件配置成当钻头被附接并用于钻穿骨头时确定骨头的厚度；和

校准块，其配置成与随整形外科植入物套件提供的深度计接合以确定整形外科植入物套件的调整量，所述校准块包括：

具有弯曲轮廓的顶表面，所述弯曲轮廓被设计成与来自整形外科植入物套件的板连接；

被设计成由所述深度计穿透的一个或多个孔；和

具有凹陷部的底表面，所述凹陷部意于暂时保持深度计的远侧部分。

32.根据权利要求31所述的系统，其中，所述校准块的厚度在20至40毫米之间。

33.根据权利要求31-32中任一项所述的系统，其中，所述校准块的尺寸设计成被握持在用户的手中。

34.根据权利要求31-33中任一项所述的系统，其中，所述校准块包含两个或更多个不同直径的孔。

35.根据权利要求31-34中任一项所述的系统，其中，所述校准块的顶表面的曲率变化以适应各种板形状。

36.一种外科机头系统，用于与骨板一起确定用于骨固定的合适的螺钉长度，所述骨板在钻削过程中基于外科机头系统的取向来补偿初始螺钉长度值，所述外科机头系统包括：

外科机头组件，所述外科机头组件包括：

机头壳体，

电动机，其设置在机头壳体内并配置成产生扭矩，

可移动地联接到机头壳体的深度测量扩展件，和

传感器，其配置成响应于深度测量扩展件的取向而产生取向信号；钻头，其配置成联接到外科机头组件的电动机并从其接收扭矩；和

处理器，其配置成接收来自传感器的信号并基于来自传感器的信号确定用于骨固定的合适的螺钉长度。

37.根据权利要求36所述的外科机头系统，其中，所述传感器包括选自加速度计、陀螺仪传感器和立体传感器中的至少一个传感器。

38.根据权利要求36-37中任一项所述的外科机头系统，其中，所述深度测量扩展件限定测量轴线，所述深度测量扩展件能够由用户在参考取向和钻削取向之间移动，在所述参考取向中所述测量轴线与延伸穿过由骨板限定的孔的参考轴线对准，在所述钻削取向中所述深度测量扩展件的测量轴线处于相对于参考轴线的倾斜钻削角度，并且其中，所述处理器被配置用于：

(i)从处于钻削取向的深度测量扩展件的传感器接收取向信号，

(ii)根据来自传感器的取向信号确定深度测量扩展件的钻削角度，

(iii)响应于所述钻削角度确定补偿长度，以及

(iv)基于补偿长度确定用于骨固定的适合的螺钉长度。

39.根据权利要求38所述的外科机头系统，其中，所述传感器包括陀螺仪传感器，并且所述取向信号包括与深度测量扩展件从参考取向向钻削取向移动时深度测量扩展件的取向的变化相对应的角速度值，并且，所述处理器被配置为通过在一持续时间段上对角速度值进行积分来确定深度测量扩展件的钻削角度，其中所述持续时间段在建立所述参考取向时开始并且在建立所述钻削取向时结束。

40.根据权利要求38所述的外科机头系统，其中，所述深度测量扩展件包括位移传感器，所述位移传感器被配置为在钻削过程中响应于钻头的移位而生成至处理器的位移信号，并且其中，从参考取向和钻削取向中选择的取向中的至少一个取向通过下述建立：处理器(i)接收位移信号，并且(ii)确定钻头已经相对于深度测量扩展件移位了预定距离。

41.根据权利要求38所述的外科机头系统，还包括传感器，所述传感器被配置为响应于电动机的状态而生成至处理器的电动机状态信号，其中，从参考取向和钻削取向中选择的取向中的至少一个取向通过下述建立：处理器确定电动机的状态已从空转状态变化为运转状态。

42.根据权利要求41所述的外科机头系统，其中，所述电动机状态信号包括由电动机产生的扭矩，并且，所述电动机在空转状态下不产生扭矩，并且所述电动机在运转状态下产生扭矩。

43.根据权利要求41所述的外科机头系统，其中，所述电动机状态信号包括所述电动机的转速，并且其中，所述电动机在空转状态下以低于转速阈值的转速操作，并且所述电动机在运转状态下以高于转速阈值的转速操作。

44.根据权利要求38所述的外科机头系统，其中，从参考取向和钻削取向中选择的取向中的至少一个取向是通过下述建立的：处理器确定来自深度测量扩展件的传感器的取向信号在预定时间段上保持恒定。

45.根据权利要求38所述的外科机头系统，其中，所述外科机头组件还包括用户输入设备，所述用户输入设备是可操作的以产生至处理器的第一参考信号，用于确立所述测量轴线与所述参考轴线对准并且确立所述深度测量扩展件处于所述参考取向。

46.根据权利要求45所述的外科机头系统，其中，所述钻削取向通过用户输入设备的操作来建立以产生第二参考信号，并且其中，所述处理器(i)在接收到第一参考信号之后接收所述第二参考信号，并且(ii)确定深度测量扩展件处于钻削取向。

47.根据权利要求38所述的外科机头系统，其中，所述外科机头组件还包括触发器，用于响应于用户对触发器的致动而生成至处理器的触发器信号，用于操作电动机来产生扭矩，并且，从参考取向和钻削取向中选择的取向中的至少一个取向通过处理器确定触发器已经被用户致动而建立。

48.根据权利要求38-47中任一项所述的外科机头系统，其中，所述补偿长度是使用依赖于所述钻削角度的函数来选择的。

49.根据权利要求38-47中任一项所述的外科机头系统，其中，所述补偿长度是使用依赖于所述钻削角度的查找表来选择的。

50.根据权利要求38-49中任一项所述的外科机头系统，其中，所述钻头包括钻头轴线，并且所述钻头轴线与深度测量扩展件的测量轴线对准。

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