JP2005523174A

JP2005523174A - 生体組織などの部材の中にねじ式デバイスを回すための適応装置

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Publication number: JP2005523174A
Application number: JP2003587584A
Authority: JP
Inventors: トレバー・シー・ハーン; カレン・ジェイ・レイノルズ
Original assignee: ザフリンダーズユニヴアーシテイオブサウスオーストラリア
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2005-08-04
Also published as: EP1551595A1; CA2482760A1; WO2003090974A1; AUPS195102A0

Abstract

生体組織のような部材の中にねじ式デバイスを回すための適応装置であって、上記装置は、回転するドライビングビットと、部材特性に関連する第１の量を感知するためのセンサと、上記第１の量の感知された値を蓄積するためのメモリ手段と、センサにより感知された値を公知データと比較して処理し部材の特性を表しねじ式デバイスの安全且つ実効的な勘合が達成されるシャットオフ状況を決定するフィードバック構成とを含み、上記シャットオフ状況に達すると上記フィードバック構成が上記ドライビングビットの回転を停止する。本発明の別の形態では、生体組織などの部材の中にねじ式デバイスを回す方法が提示され、上記方法は、回転するドライビングビットにより上記部材の中にねじ式デバイスを回すステップと、上記部材の部材特性に係る第１の量を感知するステップと、上記第１の量の感知された値を蓄積するステップと、部材の特性を表し部材の中へのねじ式デバイスの安全且つ実効的な勘合が達せられるシャットオフ状況を決定するために公知のデータと比較してセンサにより感知される値を処理するステップと、上記シャットオフ状況が達せられたとき上記ドライビングビットの回転を止めるステップとを含む。

Description

発明の詳細な説明

［発明の分野］
本発明は、フィードバック制御ドライバに関し、特に、種々の特性を備える材料でねじ式デバイスを固定するためのフィードバック制御回転ハンドピースに関する。
［発明の背景］

多数の機械的処置において、部材に穴を開けねじ式デバイスを固定することが求められる。最終的な構造の完全性は、ねじ式デバイス内で達成されるトルクに大きく依存する。ねじのトルクは、複合構造物の機械的動作に大きく影響する。しかしながら、締めすぎはデバイス自身の破壊に繋がり、若しくは、ねじ近辺の包接部材の破壊に繋がり得、その結果機械的機能の完全な損失となる。製造デバイスに対するトルクの破壊レベルは予測可能であるが、しかしながら、概略部材間の特性の変動、特に生物的部材内での特性の変動や、部材内部の位置間の特性の変動は大きなものであるため、包接部材の破壊に対応するトルクレベルは非常に大きいものになる。

あごや歯にインプラントを固定する歯科手術においてネジ式インプラントは一般的である。それらは整形外科でも一般的であり、再生処置や傷害治療において多数の利用例がある。

特に、整形外科における最も一般的な外科処置の一つは、骨ねじの形態のネジ式デバイスを利用する骨折の体内固定である。骨ねじは、骨破片を安定化し整列させるのに、若しくは骨プレートを骨に固定するのに利用される重要な機械的デバイスである。挿入の間、ねじ頭が骨の皮質や骨プレートに当たるまで骨の中にねじが進められるように、トルクがねじに加えられる。更なるトルクは、ねじの長手方向に沿った軸方向のテンションに変換される。

ねじ頭と骨の間、若しくはねじ頭と骨プレートの間の圧縮力が、ねじ式デバイスを破壊したり、ねじ式デバイス周りの骨を損傷したりしたとき、締め過ぎが発生する。両方の筋書は破片の固定と安定の損失に繋がる。外科医が骨ねじに加える最適な締めは、何年もの訓練と経験を経て開発される後天的技術であり直観的感覚である。加えられる最適なトルクは、患者の総合的な健康、ライフスタイル及び年齢に依存するが、個人間で大きく異なる骨密度と強度に最も重要性高く依存する。

骨に穴を開け骨の中にねじを回すための従前に提示される一つの装置は、ドリルとねじ回しを含み、該ドリルとねじ回しは、手動で操作され、利用者が回し操作の間のねじ回しの“感覚”と、骨及びねじ式デバイスの観察とによりねじ頭の接触を判断することを要求する。そのような装置は、最適なトルクを正確に“感じる”ために利用者の十分な技術を要求するため、特に不慣れな利用者が利用すると締め過ぎや包接部材のねじ山の擦りきれを起こしやすい。ねじ式デバイスを骨部材の中に締めるための従前に提示された別のタイプの装置は、米国特許第４３５９９０６号に開示されている。該装置は、所定のトルク限界値に達するとシャットオフするように装置に所定のトルク限界値が入力されることを要求するトルク限定ドライバを含む。しかしながら、最適トルク（及びねじ式デバイスの最適回転角）は、包接部材の性質及びねじ式デバイスの性質・形状などの要素に依存して場合により大きく変動するため、所与の設定を要求するトルク即ち回転角限定の装置は、用途が限定される。国際特許出願ＰＣＴ／ＳＥ９７／０２０９６に開示される別の従前に提示された装置では、ねじ式デバイスを骨の中に回すためのドライバは、操作者に付加的なフィードバックを与える外部ディスプレイに接続するが、そのような装置は、ドライバとディスプレイの間の接続ケーブルの束縛と、操作者の注意力とにより、限界付けられる。
［発明の目的］

本発明は、外科医の直観的感覚と、患者の骨の中にねじを挿入する間に彼又は彼女が加える実際のトルクとに関連する不確かさを、除去若しくは少なくとも緩和することを目的とする。
［発明の概要］

本発明の一つの実施形態によると、生体組織のような部材の中にねじ式デバイスを回すための適応装置が提供される。該装置は、回転するドライビングビットと、部材特性に関連する第１の量を上記の回す期間に感知するためのセンサと、上記第１の量の感知された値を蓄積するためのメモリ手段と、センサにより感知された値を公知データと比較して処理し、部材の特性を表し、ねじ式デバイスの安全且つ実効的な勘合が達成されるシャットオフ状況を決定するフィードバック構成とを含み、上記シャットオフ状況に達すると上記フィードバック構成が上記ドライビングビットの回転を停止する。

センサにより感知される値の処理が連続して実施されるのが好ましい。

ねじ式デバイスの頭部と部材との間の接触が上記装置により自動的に検出され、上記第１の量の当初の値が上記接触の前に感知されるのが好ましい。更に、ねじ式デバイスの頭部と部材との間の上記接触が、上記第１の量を感知することにより検出されるのが好ましい。

上記装置は、第２の量を感知するための更なるセンサを含み、上記第２の量の後続の値が上記メモリ手段に蓄積され、上記第１の量の値と組み合わせて公知のデータと比較して処理され、部材の特性を表し、上記シャットオフ状況を決定するのが好ましい。

上記装置は、部材に穴を開けるためのドリルビットを更に含み、上記ねじ式デバイスは上記ドリルビットにより形成されるホールの中に回し込まれ得ることが好ましい。

上記センサが上記穴あけの間に上記第１の量を感知しねじを回す間に感知される上記第１の量の補充値とし、上記穴あけの間に感知される上記第１の量の後続の値が上記穴あけの間に上記蓄積手段内に蓄積され、上記フィードバック機構はこれらの値を公知データと比較して処理し、部材の特性を表し、ねじ式デバイスの部材内での安全且つ実効的な勘合が達成されるシャットオフ状況を決定することが好ましい。

回転するドライビングビットがモータで動かされ、フィードバック構成が一つ又はそれ以上のセンサにより感知される量を処理し締め過ぎを回避するためにモータの回転を制御することが好ましい。

上記第１の量が、部材によりねじ式デバイスに作用する抵抗トルクの量である、若しくはそれに直接関連するものであることが好ましい。

別の実施形態では、回転するドライビングビットが空気式で駆動され、上記第１の量が圧力若しくは圧力に関連するものであり、制御が調整器によりなされる。

第２の量がドリルビット又はドライビングビットのいずれかの角度回転であることが好ましい。第１の量がドリルビット若しくはドライビングビットへの軸力であってもよい。第２の量が、部材内のねじ式デバイスの軸変位であってもよい。

上記装置は、自納式であり、ハンドヘルドの形態で携帯可能であることが好ましい。

ねじ式デバイスがねじであることが好ましい。

フィードバック構成が、部材の表面へのねじ式デバイス頭部の接触の前に感知される上記第１の量の値の大きさを種々の部材タイプに対する公知データと比較して適切な公知データのセットを分離することにより、部材の特性を表すことが好ましく、シャットオフ状況が、適切な公知データのセットから予想される破壊閾値を突きとめ安全係数をその予想される破壊閾値にあてがうことにより、決定されることが好ましい。

本発明の別の実施形態によると、生体組織などの部材の中にねじ式デバイスを回す方法が提示される。上記方法は、回転するドライビングビットにより上記部材の中にねじ式デバイスを回すステップと、上記部材の部材特性に係る第１の量を上記の回す期間に感知するステップと、上記第１の量の感知された値を蓄積するステップと、部材の特性を表し、部材の中へのねじ式デバイスの安全且つ実効的な勘合が達せられるシャットオフ状況を決定するために、公知のデータと比較してセンサにより感知される値を処理するステップと、上記シャットオフ状況が達せられたとき上記ドライビングビットの回転を止めるステップとを含む。

上記の処理するステップが連続して実施されることが好ましい。

上記方法は、ねじ式デバイスの頭部と部材の表面との間の接触を自動的に検出するステップと、上記の接触の前に上記第１の量の当初の値を感知するステップとを更に含むことが好ましい。更に、上記方法は、上記第１の量を感知することにより、ねじ式デバイスの頭部と部材との間の接触を自動的に検出するステップを含むことが好ましい。

上記方法は、第２の量を感知するステップと、上記第２の量の後続の値を蓄積するステップと、部材の特性を表し、上記シャットオフ状況を決定するために、上記第１の量の値と組み合わせて公知のデータと比較して上記第２の量の値を処理するステップとを更に含むことが好ましい。

上記方法は、形成されるホールの中に上記ねじ式デバイスが回し込まれ得るように上記部材に穴を開けるステップを更に含むことが好ましい。

上記方法は、上記穴あけの間に上記第１の量の後続の値を感知しねじを回す間に感知される上記第１の量の補充値とするステップと、これらの感知された値を蓄積するステップと、部材の特性を表し、部材の中へのねじ式デバイスの安全且つ実効的な勘合が達成されるシャットオフ状況を決定するために、上記穴あけの間に感知される値を公知データと比較して処理するステップとを更に含むことが好ましい。

上記第１の量が、部材によりねじ式デバイスに作用する抵抗トルクの量である、若しくはそれに直接関連するものであることが好ましい。一つの実施形態では、上記第１の量が回転するドライビングビットを操作するモータの電流である。

第２の量がドライビングビットの角度回転であることが好ましい。

一方、第１の量がドライビングビットへ部材により作用する軸力であってもよい。

更に、第２の量が部材の中でのねじ式デバイスの軸変位であってもよい。

上記方法は、部材の表面へのねじ式デバイス頭部の接触の前に感知される上記第１の量の値の大きさを種々の部材タイプに対する公知データと比較して適切な公知データのセットを分離することにより、部材の特性を表すステップと、適切な公知データのセットから予想される破壊閾値を突きとめ安全係数をその予想される破壊閾値にあてがうことにより、シャットオフ状況を決定するステップとを更に含むことが好ましい。

好ましくは、部材が骨である。別の実施形態では、部材が木材である。更に別の実施形態では、部材が合成物（非生体）である。更に別の実施形態では、部材が歯部材である。
［好適な実施の形態の詳細な説明］

本発明の好適な実施の形態に係る、生体組織（特に骨部材１２）のような包接部材の中にねじ式デバイスを回し込むための適切な装置が、添付の図面の図３、４及び５に示される。適切な装置は、ひずみゲージ付帯トランスデューサ１６の形態のセンサを有する電動ドリル／ドライバ１０を含み、センサはドリル／ドライバ１０により骨部材１２に作用するトルク量（と、従って骨部材１２によりドリル／ドライバ１０に作用するトルク量）を検出する。別の実施形態では、ドリル／ドライバは、モータ電流センサ１００の形態のセンサを有する。ドリル／ドライバ１０は、付加的なトランスデューサ１０１の形態のセンサも備え、該センサはチャック２６を介してドリル／ドライバに接続する着脱自在ドリルビット２０又はドライバビット２２の回転角を検出する。

センサ１６、１０１の各々により感知される、トルク及び回転角の値は、信号調整ユニット１０５、１０４の各々を利用して処理される。トルク１０６と回転角１０７を示す調整された信号は、マイクロコントローラ１０２にインプットされ、マイクロコントローラ１０２内の読み取り可能／書き込み可能メモリ２４の形態のメモリ手段により蓄えられる。これらの調整された信号１０６、１０７は、剛性や強度などの、機能的密度に関連する性質によって骨部材１２を性格付けるために、マイクロコントローラ１０２内にストアされる公知の実験参照データ若しくはアルゴリズムと比較して、マイクロコントローラ１０２により処理される。公知の実験データは、回転角、線形変位、電流、トルク及びねじタイプなどの間の量的関係、又はそれらに関するアルゴリズムの形態で存在し、比較は適切なソフトウエアによりマイクロコントローラ１０２を利用して電子的に実施される。公知の実験データ又はアルゴリズムは、マイクロコントローラ１０２の中にロードされるソフトウエアを置換することにより、又は、ソフトウエアに利用される更新されたデータ若しくはアルゴリズムをアップロードすることにより、更新され得る。

発明の実施の形態では、信号調整ユニット１０５は、アナログデバイス１Ｂ３１として知られる特定の部品の形態のものであってもよく、マイクロコントローラ１０２はマイクロチップＰＩＣ１８Ｆ４５２の形態のものであってもよい。

ねじ式デバイス１４の頭部１５が骨部材の表面と接触する際のアプローチは、調整された回転角１０７とねじタイプ１１０データからマイクロコントローラにより決定される。骨部材１２へのねじ式デバイス１４の頭部１５の接触は、マイクロコントローラ１０２を利用して、図７、１１及び１６に示される例の中の（頭部接触を示す）“ＨＣ”で示されるトルクカーブの勾配の変化を計測することにより自動的に検出される。処理は連続的に実施され、骨材料１２の特性は常時更新される。骨部材１２の特性は、ねじ式デバイス１４の特定骨部材１２内への安全且つ効果的な勘合が達成されるシャットオフ状況を判定するために、用いられる。シャットオフ状況はトルク閾値の形態のものである。一方で、シャットオフ状況は回転角閾値や、トルクと回転角との間の関係の形態であってもよい。フィードバック構成３２は、トルク及び回転角の値をマイクロプロセッサ１０２によって処理して回転角に対する動的トルク値及びトルクの動的第１導関数を計算し、この動的トルク値及び動的第１導関数をシャットオフ基準及び頭部接触基準のそれぞれと比較するのに、利用される。シャットオフ状況に達すると、（例えば、モトローラ２Ｎ３０５５Ａ部品などの）半導体スイッチ１１１を含む電子回路の形態の制御システムが、バッテリパック３６からドリル／ドライバ１０への電力供給をシャットオフし骨部材１２内部のねじ式デバイス１４の締め過ぎを回避する。

上述の好適な実施の形態は例示としてのみ示されているのであり、本発明の範囲内で修正は可能である。一つの特定の別の実施形態では、感知される量は電流センサ１００により検出されるモータ電流１０３である。電流信号は、上述の実施の形態に示されるトルク信号と同じように利用される。ねじ式デバイス１４の頭部１２の骨部材１２への接触は、マイクロコントローラ１０２を利用して、図９、１３及び１７に示される例の中の（頭部接触を示す）“ＨＣ”で示される電流カーブの勾配の変化を計測することにより自動的に検出される。

更に別の実施の形態では、駆動デバイスは空気式であり、感知される量が圧力若しくは圧力に関するものであり、シャットオフ状況は空気式レギュレータに与えられる。

上述の好適な実施の形態では、包接部材は骨部材であるが、包接部材は、図６乃至図１３で示されるデータを取得するために実施した実験で利用されたポリウレタン発泡剤などの、他の形態のものであってもよいことが留意されるべきである。
［実験例］

適切な締めの処理が、図６−１７で示される例１−６によって示される。図６、７、１０、１１、１４及び１５は、３つ以上の異なる実験的ねじ式デバイス／包接部材の組み合わせにて、ねじ式デバイスが包接部材の中に締められる際の、時間に関するトルクトランスデューサからの信号を示す。図８、９、１２、１３、１６及び１７は、トルクではなく電流を利用した、同じ実験的組み合わせを示す。６つの部材をテストした。２つの密度（０．２及び０．３ｇｍ／ｃｃ）のポリウレタン発泡剤、海綿骨質（０．９ｇｍ／ｃｃ）、皮質骨（２ｇｍ／ｃｃ）、バルサム材及びメランチ材である。これらの部材の３つの実験からの結果は図面に示されている。２つの密度（０．２及び０．３ｇｍ／ｃｃ）のポリウレタン発泡剤については、図６、７、８、９及び１０、１１、１２、１３のそれぞれを参照されたい。海綿骨質（０．９ｇｍ／ｃｃ）については、図１４、１５、１６、１７を参照されたい。
［蓄積された参照データ］

図６及び図１０は、２つの密度：０．２及び０．３ｇｍ／ｃｃのポリウレタン発泡剤のための、マイクロプロセッサ１０２に蓄えられた公知のトルク参照データの例である。７．０ｍｍ海綿骨質ねじを締め過ぎて包接部材データを破壊した３回の試験からのデータは、２つの密度の各々に対して示されている。トルクカーブ３８は以下の特徴的特性を有する。（ｉ）ねじ式デバイス１４の頭部１５が包接部材１２に接触する前の、トルクカーブ３８の初期領域４０のトルク値であるＴｉ；（ｉｉ）ねじ式デバイス１４の頭部１５が包接部材１２の表面に勘合するのに対応する、トルクカーブ３８の鋭利な急勾配であるＨＣ（符号４２）；及び（ｉｉｉ）ねじ式デバイス１４周りのサンプル包接部材が破壊するのに対応する、ピークトルク値であるＴｍａｘ（符号４４）、である。より密度の高い発泡剤（図６参照）に対しては、０．１５と０．１８の間の範囲のＴｉ値は、０．６と０．７５の間のＴｍａｘに対応する。より密度の低い部材（図１０参照）に対しては、０．０３と０．０６の間の範囲のＴｉ値は、０．２８と０．３の間のＴｍａｘに対応する。

同様に、図１４は、０．９ｇｍ／ｃｃの海綿骨質のためのマイクロプロセッサ１０２に蓄えられた公知のトルク参照データの例を示し、Ｔｉ値は概ね０．１−０．３の範囲であり、２つのカーブ３８ａ、３８ｂの対するＴｍａｘ値は０．５と１である。
［適応手順］

図７、図１１及び図１５は、図６、図１０及び図１４からの３つの部材での実際に適用した締めを示し、図６、図１０及び図１４に示されるデータをマイクロプロセッサ１０２に蓄積された参照データとして利用している。ねじピッチを伴う回転信号は、頭部接触に先立つ領域Ｔｉと結びつく。プロット４６で示される、包接部材１２内へのねじ式デバイス１４の回し込みの間に得られる処理されたトルク値は、図６、１０及び１４のトルク曲線３８で示されるマイクロプロセッサ内に蓄積された参照トルクデータと比較される。図７の約０．１７の、包接部材１２表面へのねじ式デバイス１４の頭部１５の接触に先立つトルク計測初期領域４８で得られるトルク値Ｔｉは、マイクロプロセッサ１０２に蓄積されたトルク参照データと比較することにより、特に図６のトルク曲線３８により示されるトルク参照データと比較することにより、０．３ｇｍ／ｃｃの発泡剤として用いられる部材と結びつく。部材がこのように特徴付けられると、シャットオフトルク閾値の形態の安全なシャットオフ状況は、図６のＴｉとＴｍａｘの間の範囲の１／３と２／３の間に対応するインターバルを計算することにより、この部材のための公知のトルク参照データ（例えば、本例の図６に示されるデータ）を利用することにより、決定される。１／３と２／３の値は任意の安全係数であり、０と１の間の他の値でもよいということが銘記されるべきである。この特定の例では、（図６から得られるＴｉとＴｍａｘの値を参照すると）０．３ｇｍ／ｃｃ発泡剤のためのシャットオフトルク閾値は、概略０．４から０．６のトルクの処理値の範囲に対応する。図７に見られるように、Ｔｏｐｔとして得られる最終値は概略０．５であり、計算されるシャットオフトルク閾値範囲の内である。

マイクロプロセッサ１０２に蓄えられるソフトウエアは、数値微分により、時間に対して、プロット４６で示される処理されたトルク値の動的勾配を連続して計算する。勾配の早急な増加は、ねじ式デバイスの頭部１５が部材の表面に接触したこと、即ち参照番号５０で示される頭部接触（ＨＣ）を示す。これは、シャットオフトルク閾値が判断され、達せられるまで求めて感知されるシステムの状況を活性化する。

より低い密度０．２ｇｍ／ｃｃ発砲部材に対しては図１０及び図１１にて、０．９ｇｍ／ｃｃ海綿骨質に対しては図１４及び図１５にて、処理が同様に示されている。図１１の０．２ｇｍ／ｃｃ発泡剤の場合には、図１０に示される公知のデータ内で確立されているように、０．０６周りのＴｉの値は、０．２ｇｍ／ｃｃに対するＴｉの範囲内となる。０．１５と０．２５の間のシャットオフトルク閾値の範囲は、図１０のＴｉとＴｍａｘの間の範囲の１／３と２／３の間の間隔を決定することによって、蓄積された情報を参照して識別される。頭部接触は、前記と同じくトルクプロット４６の勾配の変化により検出される。シャットオフトルク閾値の範囲内の最適トルク値がこの部材に対して得られると、モータはシャットオフされる。図１１の例では、Ｔｏｐｔは０．２である。

（０．３ｇｍ／ｃｃ発泡剤に対する）図８、図９、（０．２ｇｍ／ｃｃ発泡剤に対する）図１２、１３、及び（０．９ｇｍ／ｃｃ海綿骨質に対する）図１６、図１７に示されるように、感知される量が電流であるとき同様の一般的手順が行われる。蓄積された参照データと、電流を利用する対応する適応手順は、これらの図面にて同じ３つの部材に対して示される。

別の実施形態では、第１の感知される量はトルクであり第２の感知される量は電流である。この実施形態では、上述の同じ一般的手順が行われ、トルクと電流の両方のデータが包接部材の特性を示すために用いられ、シャットオフ状況を判断しドライビングビットの回転の中止を制御し得る。

トルクと電流を利用した、皮質骨、堅木（メランチ材）及びバルサ材の包接部材における更なる実験計測の結果が、図１８の表１、表２のそれぞれに要約されている。特に、表１は、皮質骨（羊脛骨）、堅木（メランチ材）及びバルサ材における、頭部接触の前の当初レベル（Ｔｉ）、ねじ山擦りきれに対応する最大値（Ｔｍａｘ）、及び対応する締めの最適な適応範囲（Ｔｏｐｔ）に対するトルク変換器（０．４Ｖ＝１Ｎｍ）の出力電圧の例を示す。表２は、皮質骨（羊脛骨）、堅木（メランチ材）及びバルサ材における、頭部接触の前の当初レベル（Ｉｉ）、ねじ山擦りきれに対応する最大値（Ｉｍａｘ）、及び対応する締めの最適な適応範囲（Ｉｏｐｔ）に対するモータ電流（０．１Ｖ＝１Ａ）に対応する出力電圧の例を示す。

好適な実施形態、及び上述の操作例は、例示としてのみ記されているのであり、本発明の範囲内にて修正は可能である。

本発明は、例示に過ぎない添付の図面を参照して、説明される。
本発明に係るねじ式デバイスを回すための装置の基本要素を示すフローチャートである。図１の装置により検出される信号のタイプを示す。図１の装置の携帯用穴あけねじまわしハンドピースの側面図であり、内部要素の構成を示す。図３のハンドピースの操作時の側面図である。図３及び図４の装置内の回路図である。７．０ｍｍねじを締めて０．３ｇｍ／ｃｃの密度のポリウレタン発泡剤で破壊した際の時間に対するトルクの３つの例示プロットのグラフである。本発明に係る適切な締める方法の実験から得られた、７．０ｍｍねじを０．３ｇｍ／ｃｃの密度のポリウレタン発泡剤で締めた際の時間に対するトルクのグラフである。７．０ｍｍねじを締めて０．３ｇｍ／ｃｃの密度のポリウレタン発泡剤で破壊した際の時間に対する電流の３つの例示プロットのグラフである。本発明に係る適切な締める方法の実験から得られた、７．０ｍｍねじを０．３ｇｍ／ｃｃの密度のポリウレタン発泡剤で締めた際の時間に対する電流のグラフである。７．０ｍｍねじを締めて０．２ｇｍ／ｃｃの密度のポリウレタン発泡剤で破壊した際の時間に対するトルクの３つの例示プロットのグラフである。本発明に係る適切な締める方法の実験から得られた、７．０ｍｍねじを０．２ｇｍ／ｃｃの密度のポリウレタン発泡剤で締めた際の時間に対するトルクのグラフである。７．０ｍｍねじを締めて０．２ｇｍ／ｃｃの密度のポリウレタン発泡剤で破壊した際の時間に対する電流の３つの例示プロットのグラフである。本発明に係る適切な締める方法の実験から得られた、７．０ｍｍねじを０．２ｇｍ／ｃｃの密度のポリウレタン発泡剤で締めた際の時間に対する電流のグラフである。骨ねじを締めて海綿骨質で破壊した際の時間に対するトルクの２つの例示プロットのグラフである。本発明に係る適切な締める方法の実験から得られた、骨ねじを海綿骨質で締めた際の時間に対するトルクのグラフである。骨ねじを締めて海綿骨質で破壊した際の時間に対する電流の２つの例示プロットのグラフである。本発明に係る適切な締める方法の実験から得られた、骨ねじを海綿骨質で締めた際の時間に対する電流のグラフである。種々の包接部材での本発明に係る適切な装置をテストする更なる実験計測の結果を示す２つのテーブルを含む。

符号の説明

１２骨部材、１４骨ねじ、２０ドリルビット、２２ドライビングビット、２６チャック。

Claims

生体組織のような部材の中にねじ式デバイスを回すための適応装置であって、
上記装置は、
回転するドライビングビットと、
部材特性に関連する第１の量を感知するためのセンサと、
上記第１の量の感知された値を蓄積するためのメモリ手段と、
センサにより感知された値を公知データと比較して処理し、部材の特性を表し、ねじ式デバイスの安全且つ実効的な勘合が達成されるシャットオフ状況を決定するフィードバック構成と、
を含み、上記シャットオフ状況に達すると上記フィードバック構成が上記ドライビングビットの回転を停止することを特徴とする適応装置。
センサにより感知される値の処理が連続して実施されることを特徴とする請求項１に記載の適応装置。
ねじ式デバイスの頭部と部材との間の接触が上記装置により自動的に検出され、上記第１の量の当初の値が上記接触の前に感知されることを特徴とする請求項１又は２に記載の適応装置。
ねじ式デバイスの頭部と部材との間の上記接触が、上記第１の量を感知することにより検出されることを特徴とする請求項３に記載の適応装置。
部材に穴を開けるためのドリルビットを更に含み、
上記ねじ式デバイスは上記ドリルビットにより形成されるホールの中に回し込まれ得ることを特徴とする先行する請求項のうちいずれか一つに記載の適応装置。
上記センサが上記穴あけの間に上記第１の量を感知しねじを回す間に感知される上記第１の量の補充値とし、
上記穴あけの間に感知される上記第１の量の後続の値が上記穴あけの間に上記蓄積手段内に蓄積され、
上記フィードバック機構はこれらの値を公知データと比較して処理し、部材の特性を表し、ねじ式デバイスの部材内での安全且つ実効的な勘合が達成されるシャットオフ状況を決定することを特徴とする請求項５に記載の適応装置。
第２の量を感知するための更なるセンサを含み、
上記第２の量の後続の値が上記メモリ手段に蓄積され、上記第１の量の値と組み合わせて公知のデータと比較して処理され、部材の特性を表し、上記シャットオフ状況を決定することを特徴とする先行する請求項のうちのいずれか一つに記載の適応装置。
第２の量が、ドリルビット又はドライビングビットのいずれかの角度回転であることを特徴とする請求項７に記載の適応装置。
第２の量が、部材内のねじ式デバイスの軸変位であることを特徴とする請求項７に記載の適応装置。
回転するドライビングビットがモータで動かされ、フィードバック構成が一つ又はそれ以上のセンサにより感知される量を処理し締め過ぎを回避するためにモータの回転を制御することを特徴とする先行する請求項のうちのいずれか一つに記載の適応装置。
上記第１の量が、部材によりねじ式デバイスに作用する抵抗トルクの量である、若しくはそれに関連するものであることを特徴とする先行する請求項のうちのいずれか一つに記載の適応装置。
上記第１の量が適応装置のモータの電流であることを特徴とする先行する請求項のうちのいずれか一つに記載の適応装置。
回転するドライビングビットが空気式で駆動され、上記第１の量が圧力若しくは圧力に関連するものであり、制御が調整器によりなされることを特徴とする請求項１〜１０のうちいずれか一つに記載の適応装置。
第１の量がドリルビット若しくはドライビングビットへの軸力であることを特徴とする請求項１〜１０のうちいずれか一つに記載の適応装置。
自納式であり、ハンドヘルドの形態で携帯可能であることを特徴とする先行する請求項のうちのいずれか一つに記載の適応装置。
ねじ式デバイスがねじであることを特徴とする先行する請求項のうちのいずれか一つに記載の適応装置。
フィードバック構成が、部材の表面へのねじ式デバイス頭部の接触の前に感知される上記第１の量の値の大きさを種々の部材タイプに対する公知データと比較して適切な公知データのセットを分離することにより、部材の特性を表し、
シャットオフ状況が、適切な公知データのセットから予想される破壊閾値を突きとめ安全係数をその予想される破壊閾値にあてがうことにより、決定されることを特徴とする先行する請求項のうちのいずれか一つに記載の適応装置。
生体組織などの部材の中にねじ式デバイスを回す方法であって、
回転するドライビングビットにより上記部材の中にねじ式デバイスを回すステップと、
上記部材の部材特性に係る第１の量を感知するステップと、
上記第１の量の感知された値を蓄積するステップと、
部材の特性を表し、部材の中へのねじ式デバイスの安全且つ実効的な勘合が達せられるシャットオフ状況を決定するために、公知のデータと比較してセンサにより感知される値を処理するステップと、
上記シャットオフ状況が達せられたとき上記ドライビングビットの回転を止めるステップと、
を含むねじ式デバイスを回す方法。
処理するステップが連続して実施される、請求項１８に記載のねじ式デバイスを回す方法。
ねじ式デバイスの頭部と部材の表面との間の接触を自動的に検出するステップと、
上記の接触の前に上記第１の量の当初の値を感知するステップと、
を更に含む請求項１８又は１９に記載のねじ式デバイスを回す方法。
上記第１の量を感知することにより、ねじ式デバイスの頭部と部材との間の接触を自動的に検出するステップを更に含む請求項１８〜２０のうちのいずれか一つに記載のねじ式デバイスを回す方法。
形成されるホールの中に上記ねじ式デバイスが回し込まれ得るように上記部材に穴を開けるステップを更に含む請求項１８〜２１のうちのいずれか一つに記載のねじ式デバイスを回す方法。
上記穴あけの間に上記第１の量の後続の値を感知しねじを回す間に感知される上記第１の量の補充値とするステップと、
これらの感知された値を蓄積するステップと、
部材の特性を表し、部材の中へのねじ式デバイスの安全且つ実効的な勘合が達成されるシャットオフ状況を決定するために、上記穴あけの間に感知される値を公知データと比較して処理するステップと、
を更に含む請求項２２に記載のねじ式デバイスを回す方法。
第２の量を感知するステップと、
上記第２の量の後続の値を蓄積するステップと、
部材の特性を表し、上記シャットオフ状況を決定するために、上記第１の量の値と組み合わせて公知のデータと比較して上記第２の量の値を処理するステップと、
を更に含む請求項１８〜２３のうちのいずれか一つに記載のねじ式デバイスを回す方法。
第２の量がドライビングビットの角度回転である、請求項２４に記載のねじ式デバイスを回す方法。
第２の量が部材の中でのねじ式デバイスの軸変位である、請求項２４に記載のねじ式デバイスを回す方法。
上記第１の量が、部材によりねじ式デバイスに作用する抵抗トルクの量である、若しくはそれに関連するものであることを特徴とする請求項１８〜２６のうちのいずれか一つに記載のねじ式デバイスを回す方法。
上記第１の量が回転するドライビングビットを操作する電気モータの電流であることを特徴とする請求項１８〜２７のうちのいずれか一つに記載のねじ式デバイスを回す方法。
第１の量がドライビングビットへ部材により作用する軸力であることを特徴とする請求項１８〜２６のうちのいずれか一つに記載のねじ式デバイスを回す方法。
回転するドライビングビットが空気式で駆動され、上記第１の量が圧力若しくは圧力に関連するものであり、制御が調整器によりなされることを特徴とする請求項１８〜２６のうちのいずれか一つに記載のねじ式デバイスを回す方法。
部材の表面へのねじ式デバイス頭部の接触の前に感知される上記第１の量の値の大きさを種々の部材タイプに対する公知データと比較して適切な公知データのセットを分離することにより、部材の特性を表すステップと、
適切な公知データのセットから予想される破壊閾値を突きとめ安全係数をその予想される破壊閾値にあてがうことにより、シャットオフ状況を決定するステップと、
を更に含む求項１８〜３０のうちのいずれか一つに記載のねじ式デバイスを回す方法。
部材が骨であることを特徴とする請求項１〜１７のうちのいずれか一つに記載の適応装置。
部材が歯部材であることを特徴とする請求項１〜１７のうちのいずれか一つに記載の適応装置。
部材が木材であることを特徴とする請求項１〜１７のうちのいずれか一つに記載の適応装置。
部材が合成物であることを特徴とする請求項１〜１７のうちのいずれか一つに記載の適応装置。
部材が骨であることを特徴とする請求項１８〜３１のうちのいずれか一つに記載のねじ式デバイスを回す方法。
部材が歯部材であることを特徴とする請求項１８〜３１のうちのいずれか一つに記載のねじ式デバイスを回す方法。
部材が木材であることを特徴とする請求項１８〜３１のうちのいずれか一つに記載のねじ式デバイスを回す方法。
部材が合成物であることを特徴とする請求項１８〜３１のうちのいずれか一つに記載のねじ式デバイスを回す方法。