JP2019503721A - 骨ネジ長さ決定に適した測定ユニットを含む外科パワードリル - Google Patents

Abstract

骨に穴を穿孔するための、骨ネジ長さを決定するように構成された装置（２５）であって、装置（２５）は、ａ）ハウジング（１２）と、ｂ）ハウジング（１２）に取り外し可能に取付または固定された測定装置（１）と、を含む外科パワードリル（２）を含み、測定装置（１）は、穿孔プロセスの間、移植片（２６）または骨の表面に対して縦軸（７）の方向にハウジング（１２）によって覆われた距離（ｘ）を測定するように構成されており、測定装置（１）は、時間に対して、覆われた距離（ｘ）を記録するための処理ユニット（１４）を備え、処理ユニット（１４）は、覆われた距離（ｘ）の時間に関する少なくとも一次および二次微分を決定するための１つ以上の微分器を備え、処理ユニット（１４）は、時間に対する最高次の微分のグラフに生じる１つ以上のピークを分析するためのピーク検出器をさらに備え、測定装置（１）は、変位評価のためのレーザー装置または超音波位置センサを備える。

Description

本発明は、独立請求項１のプリアンブルによる骨ネジ長さ決定に適した測定ユニットを含む外科パワードリル、独立請求項２のプリアンブルによる骨ネジ長さ決定に適した外科パワードリルおよび測定ユニットを含む装置、ならびに請求項４９のプリアンブルによる外科パワードリルを使用する穿孔特性からの骨ネジ長さ推定方法に関する。

臨床観察から、整形外科および外傷手術における１つの問題は、たとえば、骨片にネジを挿入する前に、両皮質ネジ配置のための、必要なネジ長さの決定である。現在の機械的な深さゲージは、不正確であり、信頼性が低く、取り扱いが難しいため、
長い手術時間をもたらし、
長すぎるネジの挿入は、軟組織の炎症、疼痛、および再手術をもたらし、
短すぎるネジの挿入は、骨接合不全、再手術をもたらし、
ネジ交換の必要性から、ネジスクラップ、ハードウェアコストの増加をもたらす。

ＸＩＥの国際公開第２０１５／００６２９６号パンフレット
一体型深さ測定装置を有する外科ドリルは、ＸＩＥの国際公開第２０１５／００６２９６号パンフレットから公知である。この公知の外科ドリルは、手術中にドリルビットに沿って摺動し、その遠位端が骨の近位面に当接するスリーブを有する伸縮ロッドと、ドリルビットに対して伸縮ロッドの運動を停止するのに適した制動機構と、ドリルビットが骨を貫通するときを示す指令信号に反応して制動機構と係合するためのアクチュエータと、を備える。センサは、ドリル装置のモータによって引き出される電流を測定する。ドリルビットが骨の遠位側を通じて穴を空けるとき、骨に対してこすれるドリルビットによって発生した摩擦力が急激に低下して、モータによって引き出される電流の急速な低下をもたらす。ある期間にわたってモータによって引き出される電流の急激な低下は、センサおよびプロセッサによって測定または感知されるが、これは制動モジュールソフトウェアを実行し、センサから受信した電流データの変化を、センサパラメータ閾値に格納された所定の閾値電流変化または電流低下レベルと比較する。スリーブの遠位端を越えて延在するドリルビットの長さは、伸縮ロッドに装着されたスケールまたは深さゲージによって測定される。あるいは、スリーブの遠位端を越えて延在するドリルビットの長さは、デジタルノギスによって測定される。この公知の外科ドリルの不都合は２つの異なる測定装置を含むことであり、１つ目はモータによって引き出される電流の測定によってドリルビットが骨を出るときを検出するためのもの、２つ目は穿孔深さを判定するためのもので、結果的に複雑な電気機械測定システムとなる。

一体型深さ測定装置を含むさらなる外科パワードリルは、ＭＣＧＩＮＧＬＥＹらの米国特許出願公開第２０１５／０６６０３０号明細書から知られている。この公知の外科パワードリルは、ハウジングに取り付けられた線形可変差動変位変換器（ＬＶＤＴ）として構成された測定装置を備え、測定装置は、穿孔プロセスの間に縦軸の方向で骨の表面に対してハウジングによって覆われた距離ｘを測定するように構成されている。測定装置は、時間に対して覆われた距離ｘの一次および二次時間微分を決定するための１つ以上の微分器を含む、処理ユニットを備える。さらに、測定装置は、ドリルビットに印加される力を測定するための追加センサ、およびドリルビットが骨皮質を出る瞬間を示す第３信号の使用を含み、第３信号は、第１信号（変位）の二次時間微分（加速度）がゼロよりも大きく第２信号（ドリルビットに印加される力）の一次時間微分がゼロよりも小さいときに出力される。この公知の外科パワードリルの不都合は、変位可能な先端を測定装置のセンサに接続するロッドのため、測定装置が扱いにくい構成を有し、その結果、外科医にとって取り扱いが面倒になることである。さらに、ロッドは手術部位において外科医の視界を妨げる。

国際公開第２０１５／００６２９６号 米国特許出願公開第２０１５／０６６０３０号明細書

本発明の目的は、簡単な構成を有し、穿孔特性のみに基づいて骨ネジ長さ推定を可能する測定装置を備える外科パワードリルを提供することである。

本発明は、請求項１の特徴を備える骨ネジ長さ決定に適した測定ユニットを含む外科パワードリル、請求項２の特徴を備える骨ネジ長さ決定に適した外科パワードリルおよび測定ユニットを含む装置、ならびに請求項４９の特徴を備える外科パワードリルを用いて穿孔特性からの骨ネジ長さ推定方法を用いて、提示された問題を解決する。

外科パワードリルの利点は本質的に、以下の点に見られる。

三角測量による変位評価のためのレーザー装置または超音波位置センサを使用する測定装置の構成は、変位可能部材とセンサとの間のメカニカルアームのない測定装置の簡単な構成を可能にする。これにより、外科医の作業領域は占有されず、視界も遮られない。非接触距離測定は、患者の汚染リスクを低減し、機械的接触測定とは対照的に、穿孔プロセスに影響を及ぼさない。さらに、異なる長さを有する様々なドリルビットおよびドリルスリーブが使用可能となるように、公知の装置の６．４ｃｍと比較して、たとえば１５ｃｍから３０ｃｍなど、著しく広い測定範囲が実現される。

唯一の位置センサの使用、および穿孔プロセスの間の時間に対して骨または移植片の表面に対するハウジングによって覆われた距離ｘを記録する処理ユニットの使用、ならびに１つ以上の微分器およびピーク検出器の使用により、測定ユニットは簡単な構成を有し、したがって一時的に標準的な外科穿孔機械に取り付け可能な個別のユニットとして構成可能である。

本発明のさらに有利な実施形態は、以下のように述べられる。

特別な実施形態において、処理ユニットは、モニタを有するコンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォン、スマートウォッチ、またはスマートグラスのうちの１つであり、処理ユニットは、少なくとも一次および二次微分器を形成するように、覆われた距離ｘの時間に関する少なくとも一次および二次微分を計算するように適切にプログラムされており、処理ユニットはピーク検出器を形成するように適切にプログラムされている。

さらなる実施形態において、ピーク検出器は、決定された加速度の最大値が所定の閾値を超過するときに加速度ピークを特定するように構成されている。

これとともに、閾値は、ドリルビットの切削チップが骨の皮質を出る位置ｘを確実に検出できるようにするという利点が、実現可能である。処理ユニットは、ドリルビットの切削チップが骨の近皮質および遠皮質をそれぞれ出る位置で発生する閾値を最高次の微分のピーク値が超過する位置について、２つの値を報告することができる。すると外科医は、単皮質または両皮質骨ネジのいずれが適用されるべきかを判断することができる。

やはりさらなる実施形態において、処理ユニットは、穿孔プロセスの間に縦軸の方向で移植片または骨の表面に対してハウジングによって覆われた距離ｘの時間に関する三次微分を決定するための、三次微分器を備える。位置ｘの時間に関する三次微分、加速度の時間に関する一次微分、または速度の時間に関する二次微分はそれぞれ、いわゆるジャークである。ジャークピークは、ドリルビットが骨の皮質を出る点の検出の重要性を改善できるように、加速度ピークよりも明確である。さらに、ジャークピークは、加速度ピークよりも出口点の近くに位置している。

別の実施形態委において、ピーク検出器は、決定されたジャークの最大値がジャークの所定の閾値を超過するときにジャークピークを特定するように構成されている。

さらなる実施形態において、処理ユニットは、穿孔プロセスの間の時間に対して移植片または骨の表面に対する縦軸の方向にハウジングによって覆われた距離ｘを記録するためのプロセッサレジスタを有する、マイクロプロセッサまたは中央処理ユニットを備え、マイクロプロセッサまたは中央処理ユニットは、少なくとも１つの一次および二次微分器を形成するように、時間に対して移植片または骨の表面に対する縦軸の方向にハウジングによって覆われた距離ｘの少なくとも一次および二次微分を計算するように適切にプログラムされており、マイクロプロセッサまたは中央処理ユニットはピーク検出器を形成するように適切にプログラムされている。ドリルビットが皮質を出るときに生じるピークは、ドリルビットが穿孔しながらドリルビットの変位によって皮質に侵入するときに生じるピークとは明確に区別することができる。

さらなる実施形態において、マイクロプロセッサまたは中央処理ユニットのプロセッサレジスタは、加速度および／またはジャークの閾値を決定するために、穿孔プロセスの間に決定された加速度および／またはジャークピーク値を一時的に格納する。これにより、期待されるピークの数（たとえば、近皮質および遠皮質の２つのピーク）がわかっているという仮定の下で、最大記録ピークに関して閾値を遡及的に設定することができるという利点が実現される。

別の実施形態では、マイクロプロセッサまたは中央処理ユニットは、微分を計算し、ピークを検出し、現在の距離ｘおよび／または現在の速度をリアルタイムで出力するように、プログラムされている。

さらに別の実施形態では、測定装置は取付手段を備え、好ましくは外科パワードリルのハウジングに取り外し可能に装着可能なアダプタを備える。この構成は、標準的な外科パワードリルに一時的に取り付け可能な個別のユニットとして測定装置が構成可能であるという利点を可能にする。

さらなる実施形態において、測定装置は、測定装置をハウジングに取り外し可能に装着するためのクランプを備える。

さらなる実施形態において、アダプタは、ハウジングに取り付け可能な骨格として、好ましくは圧入またはクランプカラーによってハウジングに固定される環状骨格として、構成される。

別の実施形態において、測定装置は、無線データ伝送装置、好ましくは信号調整器を有するＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュールを備える。導出された情報、すなわち時間に対してドリルビットの切削チップの測定された位置ｘ、ならびに時間に対して計算された速度および加速度と時間に対して計算されたジャークは、モニタを有するコンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォン、スマートウォッチ、またはスマートグラスなどの外部装置に無線送信されてもよい。

別の実施形態において、測定装置は、処理ユニットおよび好ましくは無線通信装置を収容するためのケーシングを備える。

好ましくは、処理ユニットを収容するケーシングは滅菌可能である。

別の実施形態において、測定装置は電源を備え、好ましくは外科パワードリルの電動モータにさらに電力を供給するためにケーシング内に配置可能またはハウジング内に配置可能な１つ以上の充電式または非充電式電池を備える。

やはりさらなる実施形態において、測定装置は、ハウジングに対して固定位置にある第１部材と、本質的に第１部材に対してスピンドルの縦軸の方向に変位可能であって、骨または移植片の表面に当接するのに適した前端を備える、縦の第２部材と、を備える。

別の実施形態において、レーザー装置は、レーザーモジュールおよび少なくとも２つの電子光センサ、好ましくは変位評価のためのレーザー三角測量を実行するための電荷結合素子（ＣＣＤ）を備える。

やはり別の実施形態において、レーザー装置は、ドリルビットに沿って摺動可能であって、移植片、骨、または器具に当接するように構成された、反射器を備える。

さらなる実施形態において、測定装置の変位可能な第２部材は、第２部材の前端に配置され、移植片、骨の表面、または器具に当接するように構成された、検出チップを備える。

さらなる実施形態において、処理ユニットは、好ましくは安全マージン、ネジ頭の長さ、チップセクション長さ、およびネジ長さインクリメントを含む、骨ネジ長さに関するデータを格納するためのデータメモリを備える。

やはりさらなる実施形態において、測定装置は、ディスプレイまたはラウドスピーカーを追加で備える。導出された情報は、穿孔機械に局所的に実装されたディスプレイまたはスピーカー上に提供されてもよく、主な出力パラメータは、
移植片、器具、または骨の表面に対して縦軸の方向にハウジングによって覆われた測定距離ｘと一致する、ドリルビットの切削チップの現在の位置ｘと、
前方移動するドリルビットの現在の速度と、
適切な移植片長さが導出される、最新のジャークおよび／または加速度ピークにおけるドリルビットの切削チップの位置と、である。

別の実施形態において、装置は較正装置を追加で備える。

さらに別の実施形態において、変位可能な第２部材は、第２部材の前端まで縦軸の方向に延在するドリルスリーブを備える。さらなる実施形態において、測定装置の第１部材はディスプレイを備える。

別の実施形態において、測定装置の第１部材は、外科パワードリルのハウジング内に配置された中空空間に挿入可能である。

好ましくは、第１部材は、外科パワードリルを駆動するための電源および／またはモータを追加で備える電子モジュールの一部であり、電源は第１部材および好ましくはモータに電気エネルギーを供給するように構成されている。

好ましくは、中空空間は、ハウジングのハンドル内に配置され、電子モジュールを受容するように構成されている。

さらなる実施形態において、ハウジングは、ディスプレイを覆うための滅菌可能な窓を含む頂部部品を備える。

別の実施形態において、頂部部品は、ハウジングと一体であり、ディスプレイ用のケーシングを形成する。

好ましくは、ハウジングは、レーザーモジュールによって発射されたレーザービームおよび電子光センサによって受光可能な反射ビーム用の窓を提供するために、少なくとも１つの滅菌窓を備える。

別の実施形態において、処理ユニットは、外科パワードリルのスピンドルの回転速度を制御するように適切にプログラムされている。

別の実施形態において、第１部材は、第１部材に電気エネルギーを供給するための電源を追加で備える、電子モジュールの一部である。

さらなる実施形態において、ケーシングは、アダプタによってハウジングに取り付け可能であり、電子モジュールを受容するように構成された空洞を備える。

好ましくは、ケーシングは、ケーシングの後端に配置され、ディスプレイを覆うための滅菌可能な後窓を含む、蓋を備える。

好ましくは、ケーシングは、レーザーモジュールによって発射されたレーザービームおよび電子光センサによって受光可能な反射ビーム用の窓を提供するために、少なくとも１つの滅菌前窓を備える。

別の実施形態において、測定装置は、レーザーモジュールによって発射されたレーザービームがスピンドルの縦軸に対してオフセット角で配向されるように、ハウジングに対して位置決めされている。この構成は、変位可能な第２部材の直径が縮小可能であるという利点を可能にする。

別の実施形態において、測定装置の第１部材は、スピンドルの縦軸に対して偏心して位置決めされている。これにより、（発射および反射された）レーザービームがドリルビットによって遮られないという利点が実現可能である。執刀医の視界があまり遮られない。

さらなる実施形態において、測定装置は、滅菌された可撓性カバーを有する少なくとも１つの押しボタンを備える。

さらなる実施形態において、ケーシングは透明である。

やはりさらなる実施形態において、ケーシングは、空洞内への電子モジュールの挿入を容易にする漏斗として構成されている。

別の実施形態において、変位可能な第２部材は、可変径を有する円筒形構造に取り付けられる締め付け部を備える。

好ましくは、変位可能な第２部材の締め付け部は、ドリルビットに摩擦嵌合を提供するように構成されている。これにより、反射器はドリルビットに沿って摺動可能であるが、重力または衝撃の小ささのため動かなくなるという利点が実現可能である。このようにして、反射器は、器具または移植片の幾何形状に正確に適合する必要性を伴わずに、器具または移植片の表面に押し当てられる。

別の実施形態において、変位可能な第２部材は、反射面と、情報またはトリガ事象を処理ユニットに提供する形状および寸法のリムまたは溝とを有する、反射器を備える。この構成は、たとえばネジモジュールを自動的に選択するため、または風袋引きモードなどの事象をトリガするために、すなわち基準位置を設定するときに、リムまたは溝の深さまたは位置が使用可能であるという利点を可能にする。

別の実施形態において、変位可能な第２部材は、反射器がドリルビットとともに回転できるように、回転対称である。

さらなる実施形態において、装置は、使用後に壊されてもよい較正装置を備える。

さらなる実施形態において、変位可能な第２部材または較正装置またはケーシングは、典型的なオートクレーブ動作温度より低い溶融温度を有する材料で作られている。この構成は、安全性を向上させるために反射器の再利用を防止する。

別の実施形態において、測定装置は、少なくとも１つの加速度計を備える。これにより、装置がボタン以外のジェスチャーによって操作可能である。例：風袋引きは、垂直（限度内）下向きを指して配向されたときにのみ可能である。ドリルを垂直上向きに配向することにより、風袋引きモードに戻る。安全エネルギーへの装置動作によってスリープモードおよびウエイクアップになる。

やはり別の実施形態において、測定装置は、少なくとも１つのジャイロスコープおよび／または少なくとも１つの磁力計を追加で備える。この構成により、ドリルの絶対定位が穿孔方向を制御するために追跡可能であるという利点を可能にする。

特別な実施形態において、方法は、ステップＡ）の前に以下のステップ、すなわち、変位可能な第２部材の前端およびドリルビットの切削チップが骨の表面に当接するように、骨に対して外科パワードリルを位置決めするステップと、時間に対して穿孔方向の骨の表面に対するドリルビットの切削チップの位置ｘの測定のための開始点（ｘ＝０）としての相対位置を格納するステップと、を備える。この場合、第２部材は、第２部材の前端まで縦軸の方向に延在するドリルスリーブを備える。

別の実施形態において、方法は、ステップＡ）の前に以下のステップ、すなわち、変位可能な第２部材の前端が、処置される骨を覆う軟組織に挿入されるドリルスリーブに当接するように、骨に対して外科パワードリルを位置決めするステップと、ドリルビットの切削チップが骨の表面に当接するように、変位可能な第２部材に対して外科パワードリルのチャック内に固定されたドリルビットの切削チップを調整するステップと、時間に対して穿孔方向の骨または移植片の表面に対するドリルビットの切削チップの位置ｘの測定のための開始点（ｘ＝０）としての相対位置を格納するステップと、を備える。この場合、個別のドリルスリーブが使用可能である。

さらなる実施形態において、方法は、ステップＡ）の前に以下のステップ、すなわち、第２部材の前端が較正装置の表面に接触し、ドリルビットの切削チップが較正装置の表面から突起しているストップに当接するように、較正装置を用いて変位可能な第２部材に対してチャック内に固定されたドリルビットを位置決めするステップと、時間に対して穿孔方向の骨または移植片の表面に対するドリルビットの切削チップの位置ｘの測定のための開始点（ｘ＝０）としての相対位置を格納するステップと、変位可能な第２部材の前端が移植片の表面に当接するように、移植片に対して外科パワードリルを位置決めするステップと、を備える。

以下、例示により添付図面を参照して本発明のいくつかの実施形態を説明する。

本発明による装置の一実施形態の斜視図である。 本発明による装置の別の実施形態の斜視図である。 本発明による装置のさらなる実施形態の斜視図である。 図３の実施形態の分解正面図である。 ドリルビットの加速度対運動が起こる線としてのｘ軸に沿った変位のグラフである。 ドリルビットのジャーク対変位のグラフであり、ジャークは図４に示される加速度の時間に関する微分である。 本発明による装置とともに使用される較正装置の斜視図である。 図７の較正装置、ならびにドリルビットおよび本発明による装置の変位可能な第２部材の一実施形態の斜視図である。 穿孔プロセスの開始点における、骨上に位置決めされた移植片、ならびにドリルビットおよび本発明による装置の変位可能部材の一実施形態の概略断面図である。 ドリルビットが骨の表面に当接する点における、骨上に位置決めされた移植片、ならびにドリルビットおよび本発明による装置の変位可能部材の一実施形態の概略断面図である。 本発明による装置の変位可能な第２部材の異なる実施形態の斜視図である。 本発明による装置の変位可能な第２部材の異なる実施形態の斜視図である。 本発明による装置の変位可能な第２部材の異なる実施形態の斜視図である。 本発明による装置の変位可能な第２部材の異なる実施形態の斜視図である。 本発明による装置の変位可能な第２部材の異なる実施形態の斜視図である。 本発明による装置の別の実施形態の斜視図である。 図１２による装置の実施形態の測定装置の第１部材の斜視図である。 図１２による装置の実施形態の測定装置の第１部材の別の斜視図である。 図１２による装置の実施形態の前からの斜視図である。 本発明による装置の別の実施形態による測定装置の変位可能な第２部材の斜視図である。 ドリルスリーブおよび較正装置とともに、図１６による測定装置の変位可能な第２部材を含むアセンブリの斜視図である。 本発明による装置のさらなる実施形態による測定装置の変位可能な第２部材の斜視図である。

定義
現在使用されている用語および文言の以下の定義は、本明細書を通じて使用される際に使用されるその正確な意味を説明する。

骨または移植片の表面に対するドリルビットの切削チップの位置ｘ：
穿孔プロセスの間、スピンドル１３の縦軸７の方向で骨または移植片２６の表面に対するハウジング１２によって覆われた距離ｘは、ドリルビット５が外科パワードリル２のチャック６内にしっかりと固定され、以下に詳細に説明されるように穿孔プロセスの始めに位置決めされるので、穿孔方向の骨または移植片２６の表面に対するドリルビット５の切削チップ９の位置ｘに関連している。

微分器：
本発明による装置の処理ユニット１４は、デジタル技術またはアナログ技術を用いて構成されることが可能である。

処理ユニット１４（図１から図４）がデジタル処理ユニットとして構成される場合、処理ユニット１４は、デジタル化信号の数値微分を実行するように、すなわち穿孔プロセスの間のドリルビット５の切削チップ９と骨または移植片２６の表面との間の相対位置ｘの時間に関する少なくとも一次および二次微分を計算するように、適切にプログラムされたマイクロプロセッサまたは中央処理ユニットを備える（図１）。

数値微分は例示的に、２つの隣り合うデータ点の間の平均勾配［ｘ’_ｉ＝（ｘ_ｉ＋１−ｘ_ｉ）／Δｔ］を計算することによって実行可能である。あるいは中心差分法と称される、３つの隣り合うデータ点を使用するアルゴリズムが適用可能であり、［ｘ’_ｉ＝（ｘ_ｉ＋１−ｘ_ｉ−１）／２Δｔ］となる。後者の方法は、微分のｔ軸位置のシフトを伴わないという利点を有する。

測定装置１は、センサによって生成されたアナログ信号をデジタル化信号に変換するための信号調整器を備えることができる。さらに、処理ユニット１４には、時間に対して相対位置ｘを記録するためのタイマーまたはクロックが設けられてもよい。

あるいは、処理ユニット１４は、たとえば微分器として機能する１つ以上の電子回路およびピーク検出器として機能する電子回路を含む電子回路など、アナログ技術を使用して構成されることが可能である。

図１は、本発明による外科パワードリル２の一実施形態を示しており、外科パワードリル２は本質的に、モータおよびモータによって駆動されるスピンドル１３が収容されたハウジング１２と、ハウジング１２に取り外し可能に取付または固定される測定装置１と、測定装置１をハウジング１２に固定するためのアダプタ１５と、を含む。スピンドル１３は、縦軸７を有し、ドリルビット５を締め付けるために前端にチャック３を備える。測定装置１は、ハウジング１２に対して固定位置にある第１部材３と、例示的だが非限定的に第１部材３に対してスピンドル１３の縦軸７と平行または同軸に変位可能な縦の第２部材４と、を備える。あるいは、測定装置１は、第２部材４がスピンドル１３の縦軸７に対してある角度で変位可能となるように、ハウジング１２に配置されることが可能である。この角形成によって生じる系統的誤差（余弦誤差）は、容易に補償可能である。この構成は、測定子がドリルビット５の近くに配置されることが可能なように、反射器を小さくできるという利点を有する。

変位可能な第２部材４は前端１０を有し、使用時に、変位可能な第２部材４の前端１０は、骨表面、あるいは骨プレートまたはドリルスリーブなどの移植片２６の表面に当接する。ドリルビット５は、チャック６内で締め付けられることが可能であり、切削チップ９が設けられている。さらに、変位可能な第２部材４は、第２部材４の前端１０まで縦軸７の方向に延在するドリルスリーブ２３を備えることができる。

測定装置１は、直線変位評価のためのレーザー装置を備える。このレーザー装置は、レーザー発光手段を有するレーザーモジュール１８と、ドリルビット５に沿って摺動可能な第２部材４を形成するドリルスリーブ２３に取り付けられた反射器２０と、例示的だが非限定的に、直線変位評価のためのレーザー三角測量を実行するための電荷結合素子（ＣＣＤ）として構成された、少なくとも２つの電子光センサ１９と、を備える。

別の代替実施形態において、直線変位評価は、超音波位置センサを用いて実行されることが可能である。

骨内に穴を穿孔した後の深さ測定のステップを省略するように、穿孔手順におけるネジ長さ決定を組み込むため、測定装置１の構成は、穿孔の間、ドリルビット５の切削チップ９が骨皮質を出るときにドリルビット５の加速度ピークが生じるという事実に基づいており、これは手持ちドリルの不可避な特性だからである。結果的に、外科パワードリル２のハウジング１２は、測定装置１の第１部材３とともに、同じ加速度を受ける。

加えて、処理ユニット１４は、位置ｘの時間に関する少なくとも一次および二次微分を決定するための１つ以上の微分器と、ピーク検出器とを備える。ピーク検出器は、ドリルビット５の切削チップ９が骨の皮質から出るときの加速度および／またはジャークピークを特定するために適用される。加速度対変位すなわち穿孔深さのグラフは、図５に例示的に示されている。ドリルビット５の切削チップ９の入口点（Ａ）における加速度の値は、ゼロに設定される。加速度の第１ピークは、ドリルビット５の切削チップ９が骨の近皮質を出るとき（Ｂ）、かつ遠皮質内へのドリルビット５の切削チップ９の侵入（Ｃ）における加速度の増加の後に発生し、加速度の第２ピークは、ドリルビット５の切削チップ９が骨の遠皮質を出るとき（Ｄ）に発生する。第１および第２ピークは、加速度の急激で明白な上昇およびその後の復帰によって明確に識別可能であり、ドリルビット５の加速度対変位のグラフの明確で識別可能な不連続性を指定している。

測定装置１は特に、変位可能な第２部材４とハウジング１２に対して固定された第１部材３との間の相対運動を測定および記録する。ドリルビット５はチャック６内にしっかりと締め付けられているので、変位可能な第２部材４と第１部材３との間の相対運動は、変位可能な第２部材４の前端１０に対するドリルビット５の切削チップ９の相対運動と一致する。したがって、測定装置１は、測定装置１の変位可能な第２部材４の前端１０が当接する骨表面または移植片の表面に対する穿孔方向のドリルビット５の相対運動を測定および記録する。測定装置１の変位可能な第２部材４に対するドリルビット５の運動は一次元の並進運動であり、任意の瞬間における変位可能な第２部材４の前端１０に対するドリルビット５の切削チップ９の位置ｘは、この場合は基準座標系を形成するｘ軸８に沿った切削チップ９のｘ座標によって与えられる。切削チップ９の位置ｘまたはｘ座標は、穿孔手順の始めに、たとえばドリルビット５の切削チップ９が変位可能な第２部材４の前端１０と同一平面になったときに、０に設定される。

任意の瞬間にｘ軸８に沿って移動するドリルビット５の速度は、その瞬間のｘ対時間グラフの変化率に等しく、したがって、その瞬間のｘの時間に関する一次微分によって決定される。さらに、任意の時間におけるドリルビット５の瞬間加速度は、その時間における速度対時間曲線の変化率であり、その瞬間のｘの時間に関する二次微分として決定される。加速度ピークは、ドリルビット５の切削チップ９がたとえば骨の遠皮質を出る点に対して発生するのが遅すぎるかも知れない。加速度の最大の変化、すなわちジャークピークは、ドリルビット５の切削チップ９がたとえば骨の遠皮質を出る点の近くで発生する。ドリルビット５の切削チップ９がたとえば骨の遠皮質を出る点のより重要な特定を可能にするために、ドリルビット５のジャークが決定される。さらに、ジャークピークによって簡単なピーク検出器を適用できるようになる。物理学で定義されているように、ジャークは加速度の変化率であり、つまり加速度の時間に関する微分、すなわち任意の瞬間における速度の時間に関する二次微分およびｘの時間に関する三次微分である。

この目的のため、時間に対してドリルビット５の切削チップ９の位置ｘまたはｘ座標は、測定装置１の第１部材３に組み込まれた処理ユニット１４によって記録される。

例示的だが非限定的に、処理ユニット１４はデジタル処理ユニットとして構成され、第１部材３に対する第２部材４の位置を記録するためのプロセッサレジスタを有するマイクロプロセッサを備える。上述のように、第１部材３に対する第２部材４の位置は、変位可能な第２部材４の前端１０に対するドリルビット５の切削チップ９の位置ｘまたはｘ座標と一致する。さらに、マイクロプロセッサは、デジタル化信号の数値微分向けに、すなわち位置ｘまたはｘ座標の時間に関する少なくとも一次および二次微分を計算するように、適切にプログラムされており、ドリルビット５に対して作用し微分器によって決定される加速度および／またはジャークに基づいて加速度および／またはジャークピークを検出するように、さらにプログラムされている。

あるいは、上述のように、処理ユニット１４は、たとえば微分器として機能する１つ以上の電子回路およびピーク検出器として機能する電子回路を含む電子回路など、アナログ技術を使用して構成されることが可能である。

１つ以上の微分器により、任意の時間におけるドリルビット５の瞬間加速度は、その瞬間のｘの時間に関する二次微分として決定される。加えて、加速度の時間に関する微分、すなわち任意の瞬間における速度の二次微分およびｘの時間に関する三次微分としてのジャークが決定される。

図５に示されるように、ドリルビット５の加速度は、ドリルビット５の切削チップ９が骨の近皮質を出るときの第１ピーク（Ｂ）、およびドリルビット５の切削チップ９が骨の遠皮質を出るときの第２ピーク（Ｄ）を有する。さらに、軸８に沿ったドリルビット５の加速度の急激な上昇は、ドリルビット５の切削チップ９が骨の遠皮質に侵入したときに発生するが、しかしこの後に復帰は続かず、この時点で加速度ピークは現れない。図６は、ドリルビット５に作用し、加速度の時間に関する微分である、ジャークを示す。ジャークの第１ピークは、その瞬間、すなわちほぼドリルビット５の切削チップ９が近皮質を出る時点（Ｂ）における加速度対時間グラフの接線の勾配を指定し、第２ピークは、その瞬間、すなわちドリルビット５の切削チップ９が遠皮質に侵入する時点（Ｃ）における加速度対時間グラフの接線の勾配を指定し、第３ピークは、その瞬間、すなわちほぼドリルビット５の切削チップ９が遠皮質を出る時点（Ｄ）における加速度対時間グラフの接線の勾配を指定する。

ピーク検出器によって行われるデータ処理は、その位置、高さ、および幅の決定を含むことができる。さらに、ピーク検出器は、ピークを確実に特定するために振幅閾値または勾配閾値を使用することができる。他のパラメータは、ピークの幅またはピークによって覆われる面積であってもよい。

ピーク検出器は、決定された加速度の最大値が所定の閾値を超過するときに加速度ピークを特定するように、振幅閾値を使用するように構成される場合。特定の閾値は、マイクロプロセッサと電子的に接続されたデータメモリに格納されることが可能であり、および／またはマイクロプロセッサのプロセッサレジスタに一時的に格納されることが可能である。

ピーク検出器がピーク特定のために勾配閾値、すなわちジャークを使用するように構成されている場合、処理ユニット１４は、任意の瞬間におけるドリルビット５の切削チップ９の位置ｘまたはｘ座標の時間に関する三次微分を決定または計算するための三次微分器を追加で備え、位置ｘまたはｘ座標は第１部材３に対する第２部材４の変位と一致する。その後ピーク検出器は、決定されたジャークの最大値がジャークの所定の閾値を超過するときにジャークピークを特定するように構成またはプログラムされる。

第２皮質から出るドリル距離、すなわち切削チップ９が遠皮質を出るときのドリルビット５の切削チップ９の位置ｘまたはｘ座標は、加速度および／またはジャークピークに基づいて自動的に計算される。この位置ｘまたはｘ座標に基づき、好ましくは安全マージンを含む、必要なネジ長さが推定可能である。この目的のため、処理ユニット１４は、好ましくは安全マージンを含む骨ネジ長さに関するデータを格納するためのデータメモリを備えることができる。

測定装置１および具体的には変位変換器は、ハウジング１２に組み込まれるか、または一時的にこれに取り付け可能であってもよい。一時的に取り付け可能な構成において、測定装置１は、外科パワードリル２のハウジング１２に取り外し可能に装着可能なアダプタ１５の形態の、取付手段を備える。このアダプタ１５は、例示的だが非限定的に、圧入によってまたはクランプカラーを介してハウジング１２に取り付け可能な環状骨格として構成されている。あるいは、測定装置１は、測定装置１をハウジング１２に取り外し可能に装着するためのクランプを備えることができる。

測定装置１は、例示的に信号調整器を有するＢｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール１７として構成された、無線通信装置を備えることができる。無線通信装置を介して、データは、導出された情報、すなわち時間に対してドリルビットの切削チップの測定された位置ならびに時間に対して計算された速度、時間に対して計算された加速度、および時間に対して計算されたジャークを計算または表示するために、モニタを有する外部コンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォン、スマートウォッチ、またはスマートグラスに無線送信されてもよい。あるいは、導出されたデータは、外科パワードリル２に局所的に実装されたディスプレイまたはスピーカー上に提供されてもよい。

加えて、測定装置１は、処理ユニット１４、無線通信装置、および測定装置１用の電源２２を収容するための滅菌可能なケーシング１６を備え、電源２２は、ケーシング１６内に配置可能な１つ以上の充電式または非充電式電池を含む。

さらに、装置２５は、図７および図８に示されて以下により詳細に説明される、較正装置２７を追加で備えることができる。

本発明による装置２５の別の実施形態は図２に示されており、図２の装置２５は、処理ユニット１４が、たとえばモニタを有するコンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォン、スマートウォッチ、またはスマートグラスなどの外部ユニットであること、ならびに測定装置１は無線データ伝送装置１７を備えて処理ユニット１４は無線データ受信装置を含み、移植片２６または骨の表面に対して縦軸７の方向にハウジング１２によって覆われた測定距離ｘが測定装置１から外部処理ユニット１４に送信されて時間に対して記録されることが可能になっていることのみにおいて、図１の実施形態とは異なっている。外部処理ユニット１４は、図１の実施形態と類似のマイクロプロセッサを備えることができ、または中央処理ユニットを備えることができる。

本発明による装置２５のさらなる実施形態は図３および図４に示されており、図３および図４の実施形態の測定装置１は、レーザービームを発射するためのレーザーモジュール１８と、たとえばフォトダイオードまたは電荷結合素子（ＣＣＤ）の形態の電子光センサ１９など、三角測量用の受信器とを含む第１部材３が、電子モジュール３１の一部として構成されることにおいて、図１の実施形態と異なっている。この電子モジュール３１は、ハウジング１２のハンドル３３に形成された中空空間３２内に挿入可能であり、中空空間３２は、ハンドル３３の底部にある開口部３４からハウジング１２の頂部部品３５まで延在する。開口部３４は、ハンドル３３の底部に取り付け可能なカバー３６によって閉鎖可能である。

第１部材３とは別に、電子モジュール３１は、電子モジュール３１の上部部品３７内に配置されたディスプレイ３０を備え、この上部部品３７は、ハウジング１２の頂部部品３５内に構成されたそれぞれの空洞３８の中に装入する形状および寸法になっている。さらに、電子モジュール３１は、レーザーモジュール１８、電子光センサ１９、処理ユニット１４、ならびに外科パワードリル２を駆動してレーザーモジュール１８、光センサ１９、および処理ユニット１４に供給するための電源２２を含む、下部部品４０を有する。例示的に、電源２２は、電池または蓄電池であってもよい。電子モジュール３１の下部部品４０は、ハウジング１２のハンドル３３の中空空間３２の中に装入する形状および寸法になっている。レーザー窓４１は、レーザービームおよび電子光センサ１９をハウジング１２のそれぞれの窓４２、４３（図４）と一致させるように、下部部品４０の前で電子モジュール３１の上部部品３７のすぐ下に配置されている。

第１および第２滅菌窓４２、４３は、レーザーモジュール１８によって発射されたレーザービームおよび電子光センサ１９によって受光される反射ビーム用の窓を提供するために、外科パワードリル２のハウジング１２に配置されている。第１および第２滅菌窓４２、４３は、ハウジング１２の前で、（前から見たときに）スピンドル１３の縦軸７の下に配置されており、縦軸７を含む外科パワードリル２の中心平面４４の両側に、レーザービームおよび反射ビームに外科パワードリル２のスピンドル１３およびチャック６の横を通過させる中心平面４４からの距離に、位置している。

ハウジング１２の頂部部品３５はディスプレイ３０のケーシング１６を形成し、ケーシング１６は、例示的だが非限定的に、外科パワードリル２のハウジング１２と一体であり、空洞３８を包囲する。ケーシング１６は、ディスプレイ３０を覆うための第３滅菌窓４５を備える。さらに、ケーシング１６は、外科パワードリル２のハンドル３３の反対側でハウジング１２に配置されている。第３滅菌窓４５は、スピンドル１３の縦軸７に直交する平面に対して角度が付けられており、ハウジング１２の後端に向けて配向されている。

例示的だが非限定的に、測定装置１は、測定装置１によってピークが検出されたときにパワードリル２の電動モータに供給される電力が遮断され、これによりドリルビット５の突入を防止できるように、外科パワードリル２のスピンドル１３の回転速度を制御するように適切に構成されている。

本発明による装置２５の別の実施形態は再び図１２から図１５に示されており、図１２から図１５の実施形態の測定装置１は、第１部材３が、レーザービームを発射するためのレーザーモジュール１８と、フォトダイオードまたは電荷結合素子（ＣＣＤ）の形態の電子光センサ１９など、三角測量用の受信器とは別として、ディスプレイ３０を備える電子モジュール３１を含む点において、図１の実施形態とは異なっている。さらに、電子モジュール３１は、処理ユニット１４および測定装置１用の電源２２を備える。ディスプレイ３０は、電子モジュール３１の後側４６に配置されている。図１の実施形態と同様に、滅菌可能なケーシング１６は、外科パワードリル２に取り付け可能であり、電子モジュール３１を受容するための空洞３８を備える。滅菌前窓４７は、レーザーモジュール１８によって発射されたレーザービームおよび測定装置１の第２部材４に配置された反射器２０によって反射された反射ビームを通すために、ケーシング１６の前に配置されている。

レーザーモジュール１８および三角測量を実行するために反射ビームを受光する電子光センサ１９は、（組み立てられた第１部材３の前から見たときに）レーザービームおよび反射ビームがスピンドル１３の縦軸７の上を通るように、電子モジュール３１内で互いに対して横方向に離間して配置されている。

ケーシング１６は、測定装置１の第１部材３をハウジング１２に固定するためのアダプタ１５を備え、アダプタ１５は外科パワードリル２のハウジング１２に取り外し可能に装着可能である。このアダプタ１５は、例示的だが非限定的に、可撓性のクランプカラー４８によってハウジング１２に、たとえば締め付けネジ４９によってスピンドル１３の固定部品に、取り付け可能な環状骨格として構成されている。

クランプカラー４８は、レーザービームおよび反射ビームをドリルビット５の横に通すために、ケーシング１６の縦中央平面に対して横方向にずらしてケーシング１６に位置決めされる。さらに、アダプタ１５によって、ケーシング１６は、レーザービームが縦軸７に対してある角度で発射されて測定装置１の第２部材４の反射器２０のサイズを小さくできるように、縦軸７に対してある角度で外科パワードリル２に取り付けられる。

ケーシング１６は滅菌可能であり、ハウジング１０の上に配置された個別片として構成されている。空洞３８は、ケーシング１６の後側に開口部を有し、ケーシング１６の下側に位置する軸の周りで回転可能であって縦軸と直交して延在する蓋５１によって閉鎖可能である。蓋５１は、ディスプレイ３０を覆うための滅菌後窓５２を備え、（蓋５１が閉じているとき）後窓５２は、スピンドル１３の縦軸７と直交する平面に対して角度が付けられ、ハウジング１２の後端に向けて配向されている。

例示的だが非限定的に、電子モジュール３１の電源スイッチ用のアクチュエータ５３は、蓋５１が閉じているときに電源２２から測定装置１の電子部品にエネルギーが供給されるように、蓋５１の内側に配置されることが可能である。処理ユニット１４、レーザーモジュール１８、および電子光センサ１９を操作するために、電子モジュール３１の後側に１つ以上のボタン５４が配置可能である。滅菌後窓５２には、蓋５１が閉鎖位置にあるときに１つ以上のボタン５４を作動させる、後窓５２の弱化領域を提供するように、陥凹が設けられてもよい。

図１から図４および図１２から図１５の実施形態の処理ユニット１４は、穿孔プロセスの間の時間に対して移植片２６または骨の表面に対して縦軸７の方向の方向にハウジング１２によって覆われた距離ｘを記録するためのプロセッサレジスタを含む、マイクロプロセッサまたは中央処理ユニットを備える。さらに、マイクロプロセッサまたは中央処理ユニットのプロセッサレジスタは、加速度および／またはジャークの閾値を決定するために、穿孔プロセスの間に決定された加速度および／またはジャークピーク値を一時的に格納する。これにより、期待されるピークの数（たとえば、近皮質および遠皮質の２つのピーク）がわかっているという仮定の下で、最大記録ピークに関して閾値を遡及的に設定することが可能である。

さらに、図１から図４および図１２から図１５の実施形態の処理ユニット１４のマイクロプロセッサまたは中央処理ユニットは、微分を計算し、ピークを検出し、現在の距離ｘと、現在の速度と、および最新のジャークピークにおけるドリルビット５の切削チップ９の位置ｘと、をリアルタイムで出力するように、プログラムされることが可能である。上述のように、数値微分は、少なくとも２つまたは３つの隣接するデータ点ｘ_ｉ−１（ｔ_ｉ−１）、ｘ_ｉ（ｔ_ｉ）およびｘ_ｉ＋１（ｔ_ｉ＋１）を必要とする。したがって、微分およびピーク検出のリアルタイム処理のため、処理ユニット１４は少なくとも２つ以上の隣り合うデータ点を一時的に格納または記録する。

あるいは、図１から図４および図１２から図１５の実施形態の処理ユニット１４のマイクロプロセッサまたは中央処理ユニットは、穿孔プロセス全体の間の時間に対して完全なデータ点一式をまず記録し、穿孔手順が完了したら微分を計算してピーク検出を実行するように、遡及的なデータ処理向けにプログラムされることが可能である。

なお、現在の穿孔深さのリアルタイムフィードバックだけでも外科医にとっては非常に価値があることに留意すべきである。さらに価値のある情報は、現在の穿孔速度によってもたらされる。これは、骨の機械的または熱的損傷を回避するために外科医が送り速度を制御するのに役立ち、あるいは骨質を推定するために利用されることも可能である。

図１６は、ドリルスリーブ２３と一体ではないかまたはこれに取り付けられる、反射器２０の別の実施形態を示す。反射器２０は、反射器２０がドリルスリーブ２３の構成から独立するようにドリルビット５上で摺動可能となるやり方で、ドリルビット５上に締め付け可能である。反射器２０は、円盤状部分５５と、これに隣接してドリルビット５に対して径方向の圧力を付与するのに適した舌部を形成するように縦スロットを備える締め付け部５６と、を有する。

図１８は、反射器２０が締め付け部５６から離れた方に面した反射面５８を有し、反射面５８は円盤状部分５５の外周に沿って延在する溝５７を含むことにおいてのみ、図１６の実施形態と異なっている、反射器２０のやはり別の実施形態を示す。例示的に、円盤状部分５５の後側にレーザービームによって作り出されたレーザースポットが溝５７に飛び込む事象は、たとえばスピンドル１３の回転を停止するなどの動作のスイッチまたはトリガとして使用可能であり、溝５７の深さまたは位置は、たとえば５ｍｍまたは３．５ｍｍまたは２．４ｍｍなど、たとえばネジモジュールを選択するために使用可能である。

穿孔特性からの骨ネジ長さ推定方法は本質的に、Ａ）骨に穴を穿孔するため、および時間に対してドリルビット５の切削チップ９の位置ｘを記録することによって、スピンドル１３の縦軸７と同軸に外科パワードリル２を前進させるステップと、Ｂ）任意の瞬間にｘ対ｔの一次、二次、および三次微分を決定するステップと、Ｃ）その瞬間に発生するジャークピークを特定するためにピーク検出器を用いてドリルビット５の切削チップ９が骨の皮質から出る瞬間を判断するステップであって、速度、加速度、およびジャーク対時間のグラフはステップＢ）の下で判断された任意の瞬間の微分を通じて導き出される、ステップと、を備える。その瞬間の速度の符号および加速度信号を分析することにより、誤った解は除外される。特定されたジャークピークが減速（骨に入る）または加速（骨を出る）のどちらに関連するかを判断するために、その瞬間の加速度の符号が調べられる。その瞬間の速度の符号をさらに調べることにより、ドリルビットを後退させるのではなく前進させている間に発生するピークを検討することのみが保証される。Ｄ）ステップＣ）の下で判断された瞬間の第２部材４と第１部材３との間の相対位置を決定するステップと、Ｅ）所定の安全マージンを考慮してステップＤ）で決定された第２部材４と第１部材３との間の相対位置に対応する長さを有する骨ネジを選択するステップ。

上述のように、穿孔方向における骨または移植片２６の表面に対するドリルビット５の切削チップ９の位置ｘは、穿孔プロセスの始めにゼロに設定される。しかしながら、ドリルビット５の切削チップ９のこのゼロ位置は、
１）変位可能な第２部材４が、図３、図４、および図１１ａから図１１ｅに示されるように第２部材４の前端１０から縦軸７の方向に延在するドリルスリーブ２３を備えるか否か、または
２）ドリルスリーブが処置される骨を覆う軟組織に事前に挿入された個別の部材であるか否か、または
３）切削チップ９のゼロ位置が、たとえば骨プレートなどの移植片２６に対して設定されるか否か、
という事実に依存する。ドリルビット５が、穿孔の間に骨プレートに接触または取り付けられたドリルスリーブ２３の中で案内され、したがってドリルビット５の切削チップ９を骨プレートの上面に当接させない場合（図９）、骨プレートの上面に対応する高さでドリルスリーブ２３の中に物理的ストップ２８を提供する較正装置２７は、測定の開始点を決定するために使用可能である（図８）。あるいは、ドリルビット５およびドリルスリーブ２３の長さがわかっている場合、開始点はこのデータから計算されることが可能である。

上述の変形例１）の場合、方法は、ステップＡ）の前に以下のステップ、すなわち、
変位可能な第２部材４の前端１０およびドリルビット５の切削チップ９が骨の表面に当接するように、骨に対して外科パワードリル２を位置決めするステップと、
時間に対して穿孔方向の骨の表面に対するドリルビット５の切削チップ９の位置ｘの測定のための開始点（ｘ＝０）としての相対位置を格納するステップと、を備える

上述の変形例２）の場合、方法は、ステップＡ）の前に以下のステップ、すなわち、
変位可能な第２部材４の前端１０が、処置される骨を覆う軟組織に挿入されるドリルスリーブ２３に当接するように、骨に対して外科パワードリル２を位置決めするステップと、
ドリルビット５の切削チップ９が骨の表面に当接するように、変位可能な第２部材４に対して外科パワードリル２のチャック６内に固定されたドリルビット５の切削チップ９を調整するステップと、
時間に対して穿孔方向の骨または移植片の表面に対するドリルビット５の切削チップ９の位置ｘの測定のための開始点（ｘ＝０）としての相対位置を格納するステップと、を備える。

上述の変形例３）の場合、方法は、ステップＡ）の前に以下のステップ（図９および図１０）、すなわち、
第２部材４の前端１０が較正装置２７の表面２９に接触し、ドリルビット５の切削チップ９が較正装置２７の表面２９から突起しているストップ２８に当接するように、較正装置２７（図７および図８）を用いて変位可能な第２部材４に対してチャック６内に固定されたドリルビット５を位置決めするステップと、
時間に対して穿孔方向の骨または移植片２６の表面に対するドリルビット５の切削チップ９の位置ｘの測定のための開始点（ｘ＝０）としての相対位置を格納するステップと、
変位可能な第２部材４の前端１０が移植片２６の表面に当接するように、たとえば骨プレートなどの移植片２６に対して外科パワードリル２を位置決めするステップ（図９）と、を備える。

図１７は、較正装置２７のさらなる実施形態を示す。たとえば図１６または図１７に示されるような反射器２０、ならびにたとえば図７および図８に示されるような較正装置２７は、単回使用向けに作られることが可能である。別の実施形態において、図１１ａから図１１ｅ、図１６、および図１７に示される実施形態のうちの１つによるドリルスリーブ２３は、使い捨て部材として構成されることが可能であり、この目的のために所定の限界点を通じて較正装置２７に接続されることも可能である。

本発明は、その特定の実施形態と併せて説明されてきたが、多くの代替例、修正例、および変形例が当業者にとって明らかとなることは、自明である。したがって、添付請求項の範囲に含まれるこのような代替例、修正例、および変形例のすべてを包含するように意図される。

明確さのため個別の実施形態に関連して説明された本発明の特定の特徴が、単一の実施形態で組み合わせられてもよいことは、理解される。反対に、簡略化のため単一の実施形態に関連して説明された本発明の様々な特徴は、個別に、またはいずれか適切なサブコンビネーションで、または本発明のその他の説明された実施形態において適宜に、提供されてもよい。様々な実施形態に関連して説明された特定の特徴は、その要素がなければ実施形態が機能しない場合を除き、これらの実施形態に必須の特徴とは見なされない。

Claims (53)

1. 骨に穴を穿孔するための、骨ネジ長さを決定するように構成された装置（２５）であって、装置（２５）は、
   モータおよびモータによって駆動されるスピンドル（１３）が収容されたハウジング（１２）であって、スピンドル（１３）は縦軸（７）を有し、ドリルビット（５）を締め付けるためのチャック（６）を備える、ハウジング（１２）
   を備える外科パワードリル（２）と、
   ハウジング（１２）に取り外し可能に取付または固定された測定装置（１）であって、測定装置（１）は、穿孔プロセスの間、移植片（２６）または骨の表面に対して縦軸（７）の方向にハウジング（１２）によって覆われた距離（ｘ）を測定するように構成されている、測定装置（１）と、
   を備え、
   測定装置（１）は、時間に対して移植片（２６）または骨の表面に対して縦軸（７）の方向にハウジング（１２）によって覆われた距離（ｘ）を記録するための処理ユニット（１４）を備え、
   処理ユニット（１４）は、任意の瞬間の覆われた距離（ｘ）の時間に関する少なくとも一次および二次微分を決定するため、および時間に対する最高次の微分の少なくともグラフを記録するための、１つ以上の微分器を備え、
   処理ユニット（１４）は、時間に対する最高次の微分のグラフに生じる１つ以上のピークを分析するためのピーク検出器をさらに備え、
   測定装置（１）は、変位評価のためのレーザー装置または超音波位置センサを備える、
   装置（２５）。
2. 骨に穴を穿孔するための、骨ネジまたはガイドワイヤの長さを決定するように構成された装置（２５）であって、装置（２５）は、
   モータおよびモータによって駆動されるスピンドル（１３）が収容されたハウジング（１２）であって、スピンドル（１３）は縦軸（７）を有し、ドリルビット（５）を締め付けるためのチャック（６）を備える、ハウジング（１２）
   を備える外科パワードリル（２）と、
   ハウジング（１２）に取り外し可能に取付または固定された測定装置（１）であって、測定装置（１）は、穿孔プロセスの間、移植片（２６）、器具、または骨の表面に対して縦軸（７）の方向にハウジング（１２）によって覆われた距離（ｘ）を測定するように構成されている、測定装置（１）と、
   を備え、
   測定装置（１）は無線データ伝送装置（１７）を備え、
   装置（２５）は、無線データ受信装置を含み、時間に対して移植片（２６）または骨の表面に対して縦軸（７）の方向にハウジング（１２）によって覆われた距離（ｘ）を記録するように構成された、処理ユニット（１４）を備え、
   処理ユニット（１４）は、任意の瞬間の覆われた距離（ｘ）の時間に関する少なくとも一次および二次微分を決定するため、および時間に対する最高次の微分の少なくともグラフを記録するための、１つ以上の微分器を備え、処理ユニット（１４）は、時間に対する最高次の微分のグラフに生じる１つ以上のピークを分析するためのピーク検出器をさらに備え、測定装置（１）は、変位評価のためのレーザー装置または超音波位置センサを備える、
   ことを特徴とする、
   装置（２５）。
3. 処理ユニット（１４）が、モニタを有するコンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォン、スマートウォッチ、またはスマートグラスのうちの１つであり、処理ユニット（１４）は、少なくとも１つの一次および二次微分器を形成するように、覆われた距離（ｘ）の時間に関する少なくとも一次および二次微分を計算するように適切にプログラムされており、処理ユニット（１４）は、ピーク検出器を形成するように適切にプログラムされている、請求項２に記載の装置。
4. ピーク検出器が、決められた加速度の最大値が所定の閾値を超過するときに加速度ピークを特定するように構成されている、請求項１または３に記載の装置。
5. 処理ユニット（１４）が、穿孔プロセスの間、縦軸（７）の方向で移植片（２６）または骨の表面に対してハウジング（１２）によって覆われた距離（ｘ）の時間に関する三次微分を決定するための三次微分器を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. ピーク検出器が、決定されたジャークの最大値がジャークの所定の閾値を超過したときにジャークピークを特定するように構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 処理ユニット（１４）が、穿孔プロセスの間の時間に対して移植片（２６）または骨の表面に対する縦軸（７）の方向にハウジング（１２）によって覆われた距離（ｘ）を記録するためのプロセッサレジスタを有するマイクロプロセッサまたは中央処理ユニットを備え、マイクロプロセッサまたは中央処理ユニットは、少なくとも１つの一次および二次微分器を形成するように、移植片（２６）または骨の表面に対する縦軸（７）の方向にハウジング（１２）によって覆われた距離（ｘ）の時間に関する少なくとも一次および二次微分を計算するように適切にプログラムされており、マイクロプロセッサまたは中央処理ユニットは、ピーク検出器を形成するように適切にプログラムされている、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. マイクロプロセッサまたは中央処理ユニットのプロセッサレジスタが、加速度および／またはジャークの閾値を決定するために、穿孔プロセスの間に決定された加速度および／またはジャークピーク値を一時的に格納する、請求項７に記載の装置。
9. マイクロプロセッサまたは中央処理ユニットが、微分を計算し、ピークを検出し、現在の距離（ｘ）および／または現在の速度をリアルタイムで出力するようにプログラムされている、請求項７または８に記載の装置。
10. 測定装置（１）が、取付手段、好ましくは外科パワードリル（２）のハウジング（１２）に取り外し可能に装着可能なアダプタ（１５）を備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 測定装置（１）が、測定装置（１）をハウジング（１２）に取り外し可能に装着するためのクランプを備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. アダプタ（１５）が、ハウジング（１２）に取り付け可能な骨格、好ましくは圧入またはクランプカラーによってハウジング（１２）に固定される環状骨格として構成される、請求項１０または１１に記載の装置。
13. 測定装置（１）が、無線データ伝送装置（１７）、好ましくは信号調整器を有するＢｌｕｅｔｏｏｔｈモジュールを備える、請求項１または３から１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 測定装置（１）が、処理ユニット（１４）および好ましくは無線通信装置を収容するためのケーシング（１６）を備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 処理ユニット（１４）を収容するケーシング（１６）が滅菌可能である、請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 測定装置（１）が、電源（２２）を備え、好ましくは外科パワードリル（２）の電動モータにさらに電力を供給するためにケーシング（１６）内に配置可能またはハウジング（１２）内に配置可能な１つ以上の充電式または非充電式電池を備える、請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 測定装置（１）が、ハウジング（１２）に対して固定位置にある第１部材（３）と、
    本質的に第１部材（３）に対してスピンドル（１３）の縦軸（７）の方向に変位可能であって、骨または移植片（２６）の表面に当接するのに適した前端（１０）を備える、縦の第２部材（４）と、
    を備える、請求項１から１６のいずれか一項に記載の装置。
18. レーザー装置が、レーザーモジュール（１８）と少なくとも２つの電子光センサ（１９）、好ましくは変位評価のためのレーザー三角測量を実行するための電荷結合素子（ＣＣＤ）を備える、請求項１から１７のいずれか一項に記載の装置。
19. レーザー装置が、ドリルビット（５）に沿って摺動可能であって、移植片（２６）、骨、または器具に当接するように構成された、反射器（２０）を備える、請求項１から１８のいずれか一項に記載の装置。
20. 処理ユニット（１４）が、好ましくは安全マージン、ネジ頭の長さ、チップセクション長さ、およびネジ長さインクリメントを含む、骨ネジ長さに関するデータを格納するためのデータメモリを備える、請求項１から１９のいずれか一項に記載の装置。
21. 測定装置（１）が、ディスプレイまたはラウドスピーカーを追加で備える、請求項１から２０のいずれか一項に記載の装置。
22. 装置（２５）が、較正装置（２７）を追加で備える、請求項１から２１のいずれか一項に記載の装置。
23. 変位可能な第２部材（４）が、第２部材（４）の前端（１０）まで縦軸（７）の方向に延在するドリルスリーブ（２３）を備える、請求項１７から２２のいずれか一項に記載の装置。
24. 第１部材（３）がディスプレイ（３０）を備える、請求項１から２３のいずれか一項に記載の装置。
25. 測定装置（１）の第１部材（３）が、外科パワードリル（２）のハウジング（１２）に配置された中空空間（３２）内に挿入可能である、請求項１から２４のいずれか一項に記載の装置。
26. 第１部材（３）が、外科パワードリル（２）を駆動するための電源（２２）および／またはモータを追加で備える電子モジュール（３１）の一部であり、電源（２２）が、第１部材（３）および好ましくはモータに電気エネルギーを供給するように構成されている、請求項１から２５のいずれか一項に記載の装置。
27. 中空空間（３２）が、ハウジング（１２）のハンドル（３３）内に配置され、電子モジュール（３１）を受容するように構成されている、請求項２５または２６に記載の装置。
28. ハウジング（１２）が、ディスプレイ（３０）を覆うための滅菌可能な窓（４５）を含む頂部部品（３５）を備える、請求項２４から２７のいずれか一項に記載の装置。
29. 頂部部品（３５）が、ハウジング（１２）と一体であり、ディスプレイ（３０）用のケーシング（１６）を形成する、請求項２８に記載の装置。
30. ハウジング（１２）が、レーザーモジュール（１８）によって発射されたレーザービームおよび電子光センサ（１９）によって受光可能な反射ビーム用の窓を提供するために、少なくとも１つの滅菌窓（４２、４３）を備える、請求項２５から２９のいずれか一項に記載の装置。
31. 処理ユニット（１４）が、外科パワードリル（２）のスピンドル（１３）の回転速度を制御するように適切にプログラムされている、請求項１から３０のいずれか一項に記載の装置。
32. 第１部材（３）が、第１部材（３）に供給するための電源（２２）を追加で備える電子モジュール（３１）の一部である、請求項１から２５のいずれか一項に記載の装置。
33. ケーシング（１６）が、アダプタ（１５）によってハウジング（１２）に取り付け可能であり、電子モジュール（３１）を受容するように構成された空洞（３８）を備える、請求項１４から３２のいずれか一項に記載の装置。
34. ケーシング（１６）が、ケーシング（１６）の後端に配置され、ディスプレイ（３０）を覆うための滅菌可能な後窓（４５）を含む、蓋（５１）を備える、請求項１４から３３のいずれか一項に記載の装置。
35. ケーシング（１６）が、レーザーモジュール（１８）によって発射されたレーザービームおよび電子光センサ（１９）によって受光可能な反射ビーム用の窓を提供するために、少なくとも１つの滅菌前窓（４７）を備える、請求項１４から３４のいずれか一項に記載の装置。
36. 測定装置（１）が、レーザーモジュール（１８）によって発射されたレーザービームがスピンドル（１３）の縦軸（７）に対してオフセット角で配向されるようにハウジング（１２）に対して位置決めされている、請求項１から３５のいずれか一項に記載の装置。
37. 測定装置（１）の第１部材（３）が、スピンドル（１３）の縦軸（７）に対して偏心して位置決めされている、請求項１から３６のいずれか一項に記載の装置。
38. 測定装置（１）が、滅菌された可撓性カバーを有する少なくとも１つの押しボタン（５４）を備える、請求項１から３７のいずれか一項に記載の装置。
39. ケーシング（１６）が透明である、請求項１４から３８のいずれか一項に記載の装置。
40. ケーシング（１６）が、空洞（３８）内への電子モジュール（３１）の挿入を容易にする漏斗として構成されている、請求項１４から３９のいずれか一項に記載の装置。
41. 変位可能な第２部材（４）が、可変径を有する円筒形構造に取り付けられる締め付け部（５６）を備える、請求項１から４０のいずれか一項に記載の装置。
42. 変位可能な第２部材（４）の締め付け部（５６）が、ドリルビット（５）に摩擦嵌合を提供するように構成されている、請求項４１に記載の装置。
43. 変位可能な第２部材（４）が、反射面（５８）と、情報またはトリガ事象を処理ユニット（１４）に提供する形状および寸法のリムまたは溝（５７）とを有する反射器（２０）を備える、請求項１から４２のいずれか一項に記載の装置。
44. 変位可能な第２部材（４）が回転対称である、請求項１から４３のいずれか一項に記載の装置。
45. 較正装置（２７）が、測定装置（１２）の第２部材（４）と一体であり、使用後に壊されてもよい、請求項２２から４４のいずれか一項に記載の装置。
46. 変位可能な第２部材（４）または較正装置（２７）またはケーシング（１６）が、典型的なオートクレーブ動作温度よりも低い溶融温度を有する材料で作られている、請求項２２から４５のいずれか一項に記載の装置。
47. 測定装置（１）が、少なくとも１つの加速度計を備える、請求項１から４６のいずれか一項に記載の装置。
48. 測定装置（１）が、ジャイロスコープおよび／または磁力計を追加で備える、請求項１から４７のいずれか一項に記載の装置。
49. 請求項１から４８のいずれか一項に記載の外科パワードリル（２）を使用して穿孔特性から骨ネジ長さを推定する方法であって、
    Ａ）骨に穴を穿孔するため、および時間に対して穿孔方向に骨または移植片（２６）の表面に対するドリルビット（５）の切削チップ（９）の位置（ｘ）を記録することによって、スピンドル（１３）の縦軸（７）と同軸に外科パワードリル（２）を前進させるステップと、
    Ｂ）任意の瞬間にｘ対ｔの一次、二次、および三次微分を決定するステップと、
    Ｃ）その瞬間に発生するジャークピークを特定するためにピーク検出器を用いてドリルビット（５）の切削チップ（９）が骨の皮質から出る瞬間を判断するステップであって、速度、加速度、およびジャーク対時間のグラフはステップＢ）の下で判断された任意の瞬間の微分を通じて導き出される、ステップと、
    Ｄ）ステップＣ）の下で判断された瞬間の第２部材（４）と第１部材（３）との間の相対位置を決定するステップと、
    Ｅ）所定の安全マージンを考慮してステップＤ）で決定された第２部材（４）と第１部材（３）との間の相対位置に対応する長さを有する骨ネジを選択するステップと、
    を備える方法。
50. ステップＡ）の前に、変位可能な第２部材（４）の前端（１０）およびドリルビット（５）の切削チップ（９）が骨の表面に当接するように、骨に対して外科パワードリル（２）を位置決めするステップと、
    時間に対して穿孔方向の骨の表面に対するドリルビット（５）の切削チップ（９）の位置（ｘ）の測定のための開始点（ｘ＝０）としての相対位置を格納するステップと、
    が実行される、請求項４９に記載の方法。
51. ステップＡ）の前に、変位可能な第２部材（４）の前端（１０）が、処置される骨を覆う軟組織に挿入されるドリルスリーブ（２３）に当接するように、骨に対して外科パワードリル（２）を位置決めするステップと、ドリルビット（５）の切削チップ（９）が骨の表面に当接するように、変位可能な第２部材（４）に対して外科パワードリル（２）のチャック（６）内に固定されたドリルビット（５）の切削チップ（９）を調整するステップと、
    時間に対して穿孔方向の骨または移植片（２６）の表面に対するドリルビット（５）の切削チップ（９）の位置（ｘ）の測定のための開始点（ｘ＝０）としての相対位置を格納するステップと、
    が実行される、請求項４９に記載の方法。
52. ステップＡ）の前に、第２部材（４）の前端（１０）が較正装置（２７）の表面（２９）に接触し、ドリルビット（５）の切削チップ（９）が較正装置（２７）の表面（２９）から突起しているストップ（２８）に当接するように、較正装置（２７）を用いて変位可能な第２部材（４）に対してチャック（６）内に固定されたドリルビット（５）を位置決めするステップと、
    時間に対して穿孔方向の骨または移植片（２６）の表面に対するドリルビット（５）の切削チップ（９）の位置（ｘ）の測定のための開始点（ｘ＝０）としての相対位置を格納するステップと、
    変位可能な第２部材（４）の前端（１０）が移植片（２６）の表面に当接するように、移植片（２６）に対して外科パワードリル（２）を位置決めするステップと、
    が実行される、請求項４９に記載の方法。
53. 骨ネジ長さの推定のための、請求項１から４８のいずれか一項に記載の外科パワードリル（２）の使用。

Images