JP6755794B2 - トルク制限ドライバ - Google Patents

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Description

本願は、２０１３年７月１９日付で出願された米国仮出願第６１／８５６，５５７号、２０１３年８月３０日付で出願した米国仮出願第６１／８７２，４２７号、２０１４年２月７日付で出願した米国仮出願第６１／９３７，３４６号、および２０１４年２月１４日付で出願した米国仮出願第６１／９４０，１９７号の利益を主張するものである。上述の出願の各々の全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、トルク制限装置に関し、特に、トルク制限ドライバの実施形態に関する。
様々な外科処置は、プレートなどの骨上の構造を保持するために、１つ以上のねじを骨に挿入することを含む。挿入の間、ねじは、骨にねじ込まれて、骨に貫入する。継続的な回転とともに、例えばプレートに接触しているねじのヘッドによって、ねじはプレートに据え付けられる。ねじのさらなる回転は、ねじをプレートに、および／または、さらには骨内へ固定する。しかしながら、このようなねじのさらなる回転は、ねじが骨内で破損する原因となり、これによって、ねじおよびプレートのしっかり締められなくなる。
骨における外科用ねじの破損を回避または少なくとも抑制することは有益である。これは、ねじに加えられたトルクを監視し、かつ、特定のトルク基準が満たされた場合に、ねじの回転を停止または低減するドライバを用いて達成することができる。例えば、基準は、加えられたトルクの量、トルクが時間に対して変化する程度（例えば、トルクが一貫して増加または減少しているかどうか、または、一貫性なく増加または減少しているかどうか）、および、閾値に達したかどうかを含むことができる。閾値は、検知されるトルクが、より硬い骨などの局所領域によって引き起こされるトルクの一時的な急上昇など、ねじがプレートまたは別のものに固定されていることを示しているかどうかを決定するのに役立つ。
また、特定の条件が満たされた後に、ねじの回転速度を低減することが有益である。これは、ねじの角運動量および／またはドライバの構成要素を低減することができ、したがって、ねじが骨内で破損する機会を増大させかねない、ねじのアクティブ駆動が中止された後であっても、このような運動量に起因する意図しない回転の可能性を低減することができる。さらに、ねじの回転速度を低減することで、ねじの回転毎に発生する動作を検知するために使用可能な時間を増加させることができる。これは、ねじの回転位置および／またはねじに加えられたトルクの、より的確かつ正確な監視を容易にすることができる。
したがって、上述の理由およびその他の理由によって、ドライバのいくつかの実施形態を開示する。一般的に、ドライバは、本体およびモータを含む。モータは、モータが駆動ヘッドを回すことができるように、ドライバの遠位端で駆動ヘッドに動作可能に接続される。駆動ヘッドは、対応する形状のヘッドを有するねじと連動することができるビット（例えば、十字ビット、皿ビット、星型ビット（例えば、トルクス（登録商標））、ソケットビットまたはそれ以外のビット）を、受けることができる。したがって、ねじを、基板（例えば骨）上の所望の挿入位置に配することができ、ねじを基板にねじ込むようにモータを動作させることができる。ドライバの様々な実施形態は、ねじに加えられたトルクを制限および／または制御することができる。特定の実施形態は、挿入工程の間のねじの速度を低下させる。様々な実施形態は、上述の１つ以上の利点を提供するか、あるいは全く提供しない。
上記に開示された、または本明細書の他の箇所で開示された任意の構造、材料、ステップ、または他の特徴を、本開示における任意の実施形態で使用することができる。任意の実施形態の任意の構造、材料、ステップ、または他の特徴を、本開示の一部であるその他の任意の実施形態の任意の構造、材料、ステップ、または他の特徴と組み合わせて、さらなる実施形態を形成することができる。
前述の概要、以下の詳細な説明および関連する図面のいずれも、保護の範囲を制限または定義するものではない。保護の範囲は、特許請求の範囲によって定義される。
本明細書に開示された実施形態の、上述の特徴およびその他の特徴を、実施形態の図面を参照して以下に説明する。図示の実施形態は、例示を目的とし、実施形態を限定されるものではない。別の開示された実施形態の様々な特徴を、本開示の一部である別の実施形態から組み合わせてもよい。
トルク制限ドライバの例示的な実施形態を模式的に示した図である。 ねじを骨に挿入する工程における様々な段階を模式的に示した図である。 ねじを骨に挿入する間の時間または回転数に応じてのトルクの例示的なプロットを示す図である。 図２の各段階と図２Ａのプロットとの関係を示す図である。 骨密度に応じての、３ｍｍ、４ｍｍおよび５ｍｍの型のねじにかかる例示的なトルクのプロットを示す図である。 比較上のトルク領域を含むトルクのプロットを示す図である。 閾値および減速点を含むトルクのプロットを示す図である。 ねじ駆動動作の間のトルクを監視および制御する工程の図である。 公差域を含むトルクのプロットを示す図である。 例示的なトルク頂点の拡大図である。
トルク制限ドライバ１０の様々な実施形態を開示する。以下に詳述するように、ドライバ１０は、骨内のねじの破損を回避するように、様々な種類の骨にねじ込まれるねじを止める時期を決定することができる。図１に示すように、ドライバは、モータ１２を支持する（ハウジングとも呼ばれる）本体１１を含む。伝達アセンブリ１４（例えば、１つ以上のシャフト、ギアなど）が、ドライバ１０の遠位端で、モータ１２を駆動ヘッド１６に動作可能に接続することにより、モータ１２は駆動ヘッド１６を回転させることができる。駆動ヘッド１６は、十字ビット、皿ビット、星型ビット（例えばトルクス（登録商標））、ソケットビット（例えば六角）、またはその他のビットなどのビットを受けることができる。同様に、ビットは、対応する形状のヘッドを有するねじと連動してもよい。したがって、ねじを、基板（例えば骨）上の所望の挿入位置に配することができ、ねじを基板にねじ込むようにモータ１２を動作させることができる。
ドライバ１０は、挿入工程の間にドライバ１０がねじに加えるトルクを監視および／または制限することができる。例えば、以下により詳細に説明するように、ドライバ１０は、モータ１２に供給される電流を検知するセンサ１８を含むことができる。センサ１８は、このようなデータを、メモリ２４に結合されたプロセッサ２２を含むコントローラ２０へ送信することができる。モータ１２に供給された電流は、ねじに加えられたトルクに比例し得るので、コントローラ２０は、ねじに加えられたトルクの量を動的に決定することができる。特定の変形例では、コントローラ２０は、以下のデータ特徴のうちの１つ以上を示す信号を決定または受信するように構成される。このデータ特徴とは、モータ１２に供給される電流、ねじおよび／またはモータの回転数、ねじが（例えば骨内へ）移動する距離、モータ１２の速度、またはその他の特徴である。
以下により詳細に説明するように、ドライバ１０の様々な実施形態は、ねじに加えられたトルクを制限および／または制御するように適合されたアルゴリズムを含む。このことは、異なるねじの大きさおよび異なる骨密度でドライバ１０を使用することを可能にする。アルゴリズムは、コンピュータ可読の非一時的媒体に実装されたプログラムコード２６としてメモリ２４に含まれてもよい。プロセッサ２２は、トルク限界を決定すること、モータに動作を中止するように指示すること、電源２８にモータ１２への電力供給を低減および／または停止するように指示すること、またはその他の動作などの、様々な動作を行うためにプログラムコード２６を実行することができる。
ねじ挿入工程の概要（図２、図２Ａ、図２Ｂ）
骨に対してプレートを固定するためにねじを骨にねじ込む工程は、いくつかのステップを含む。図２に示すように、初期段階では、ねじは、プレートの開口部を介し、かつ、骨に隣接して所望の挿入位置に位置している。また、ねじは、骨に対するねじの回転を開始する上述のドライバ１０に結合されてもよい。ねじが回転すると、ねじは骨に切り込み始めて、ねじの本体が挿入される空間を提供する。セルフタッピングするねじについて、ねじは、材料を外側へ押し始め、これにより、骨への経路を作成することができる。この工程を容易にするために、ユーザは、ドライバ１０を介するなどして、いくらかの軸方向の力をねじに加えることができる。図示の通り、初期段階の間、トルク勾配は、急な上向きの（例えば正の）傾斜を示し、ねじの回転速度は、（例えば無負荷時の速度と比較して）低減される。
初期段階が終了した後、第１挿入段階が開始される。第１段階では、ねじ本体は、初期段階で作成された経路を介して、骨内へ軸方向に移動する。図２Ａに示すように、第１段階の間、トルク勾配は、下向き（例えば負の）勾配を有し、ねじの回転速度は、初期段階の後半と比較して増加する。
第２段階では、ねじは、挿入されたねじ山によって作成された経路に続いて、骨内へ進入し続ける。一般的に、ねじは、骨内に対して、（プレートの軸方向の厚み以下の）ねじ本体のねじ長の実質的に全長または全長を進む。いくつかの実施形態では、トルク対時間（またはトルク対ねじの回転数）の曲線は、ねじがねじ長を進むときに正のトルク勾配を有する。
第３段階は、ねじ頭が最初にプレートに据え付けられた場合に開始される。図示のように、一般的に、ねじは、プレートの開口部の少なくとも一部よりも直径が大きいヘッドを有する。したがって、第３段階の間、ヘッドは、プレートに接触して、ねじがプレートをさらに通過することを抑制または防止することができる。これは、トルク曲線の初期の急上昇をもたらす可能性がある。図２Ａに示すように、第３段階の間、トルク勾配は上向き（例えば正）である。例えば、傾斜は、初期段階の傾斜未満であるが、第２段階の傾斜よりも大きくてもよい。特定の実施形態において、第３段階の後半では、トルク勾配は、平坦化を示し（例えば平坦域に達し）、および／または、例えば、以下に説明する第４段階の間の、変曲点におけるトルク未満の局所化された最大トルクなどの頂点を含む。特定の変形例では、第３段階の間のねじの回転速度は、第２段階の間の速度未満である。
第４段階では、ねじはプレートに完全に据え付けられており、これによって、ねじ、骨およびプレートを確実に固定する。これにより、プレートの開口部に部分的または完全に受け入れられ、かつ、プレートによって骨内へのさらなる軸方向の移動を抑制または防止されたねじのヘッドを含むことができる。図２Ａに示すように、第４段階の間、第３段階の速度よりも低い速度であるにもかかわらず、トルクは増加し続ける。例えば、第４段階の曲線の傾斜は、（例えば第３段階の終了時に）第３段階の傾斜よりも小さいことがある。トルクは、第４段階の間にトルクが減少し始める頂点に達する。いくつかの実施形態では、第４段階におけるねじの回転速度は、初期段階、第１段階、第２段階および第３段階におけるねじの回転速度よりも小さい。
第４段階の後に生じ得る過大トルク付与段階では、トルクの追加量をねじに加えて骨内のねじをさらに固く締めることができる。これにより、僅かに過大なトルクを骨内のねじに付与する（例えば、ねじおよび／または骨の降伏強度を破壊する）ことがある。過大トルクの過剰な付与は、ねじが破損する原因となりかねないので望ましくない。しかし、ねじおよび／または骨の僅かな変形をもたらすことがあるので、比較的少ない量は有益であり、ねじを同じ位置で維持するよう支援し、こうしてプレートが骨に対して移動することを抑制または防止することができる。様々な実施形態では、過大トルク付与は、ねじを最終量回転させることで達成される。例えば、約１回転、約１／２回転、約１／４回転、約１／８回転、これらの値の間で、またはそれ以外の値でねじを回転させることができる。いくつかの実施形態では、ねじが過大なトルクを付与される量は、少なくとも１ニュートンセンチメートル（Ｎ−ｃｍ）および／または約５Ｎ−ｃｍ以下である。
挿入工程の段階の特定の態様は、以下の表Ａに要約されている。
Figure 0006755794
一般的に、ねじを骨から取り外し、かつ、プレートを取り除くために、ドライバ１０は、ねじのヘッドおよびねじの逆回転と連動することができる。ねじは骨に切り込まず、骨またはプレートに固く締め付けられていないので、取り外し動作の間のねじ上のトルクは、通常は上述の挿入工程の間よりも小さい。
トルクに影響を与える特定の変数（図３）
ねじを所与の骨に挿入するために必要とされるトルクは、大幅に変化することがある。ねじを骨に挿入するために必要なトルクの量に影響を与える要因の１つは骨密度であり、骨密度は、年齢、性別、疾患、およびその他の要因に基づいて変化することがある。一般的に、骨密度が高いほど、ねじを挿入するために必要な力は大きくなる。ねじを骨に挿入するために必要なトルクの量に影響を与える他の要素は、ねじの仕様であり、例えば、直径、長さ、ねじ山の種類（例えば、インチ当たりのねじ山の形状および／または数）、材料、骨との摩擦係数、および他の特徴が挙げられる。一般的に、ねじが長い（例えば、少なくとも約３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍまたはそれ以外の軸長）ほど、ねじを完全に設置された位置へ挿入するために、より多くのトルクが必要となる。
図３は、骨密度に応じた、３ｍｍ、４ｍｍ、および５ｍｍの型のトルクの例示的な例を示している。図示の通り、ねじの大きさおよび型、およびねじが挿入される基板に対する骨密度に基づく異なるトルク要件が見られる。これは、固定されたトルク限界の使用における問題が発生する可能性がある。例えば、トルク限界が高密度の骨基質、および、より小さい（例えば、３ｍｍの）ねじに基づいて固定される場合、より高密度の骨基質に挿入されたより大きな（例えば、５ｍｍの）ねじは、完全には据え付けられないことがある。一方で、トルク限界が、より大きな（例えば、５ｍｍの）ねじ、およびより高密度の基質に基づいて固定される場合、より低密度の基質上のより小さい（例えば、３ｍｍの）ねじは、挿入の間に破損することがある。
固定トルク制限の実施形態
特定のドライバは、特定の種類のねじのための固定トルク値を含む。例えば、３ｍｍのねじのために、ドライバ１０は、ねじの種類に固有で、かつ、ねじが挿入される骨の特定の種類に固有の値に設定されたトルク限界を含むことができる。（例えば、３ｍｍ、４ｍｍ、および５ｍｍの）３種類のねじを受けて駆動するように構成されたドライバ１０について、ドライバ１０は、３つのトルク制限値を含む。各基板を用いてねじの種類毎に実験することで、値を決定することができる。
可変トルク制限の実施形態（図４から図８）
ドライバ１０の様々な実施形態は、トルク限界および／またはねじの回転を停止する時期を動的に決定するアルゴリズムを使用する。これにより、ドライバが挿入変数（例えば、骨密度およびねじの仕様）を考慮することで、ねじを正確に据え付けることを可能にする一方で、ねじが破損することを抑制または防止もする。いくつかの実施形態では、挿入変数をドライバに入力する必要はない。むしろ、ドライバ１０の特定の実施形態は、ねじが適切に設置される時期を決定することができ、および／または、ドライバ１０がねじを回転していた時間、および、既にねじに加えられたトルクの量などのその他のパラメータに関連して、ねじを回転させるために必要なトルクに基づいて、ねじの破損を回避することができる。
いくつかのトルク制限方法、アルゴリズム、および構成要素を以下に説明する。本明細書の任意の部分に開示の方法、アルゴリズムまたは構成要素を、本明細書の任意の部分に開示の任意の他の方法、アルゴリズムまたは構成要素と組み合わせて使用するか、あるいは、個別に使用することができる。
差動トルクの比較
いくつかの実施形態では、アルゴリズムは、トルクが挿入動作の特定の部分の間に変化した程度を比較する。この比較を容易にするために、コントローラ２０は、ねじの挿入過程におけるトルク（例えば時間に応じてのトルク）の個別の変化を算出することができる。例えば、図４に示すように、コントローラ２０は、ねじの挿入の一部または全てにわたってΔｑ値およびΔｔ値を決定することができ、ここで、Δｑは、トルクの変化であり、Δｔは、時間、深さ、またはねじの回転数の変化である。特定の実施形態は、ねじの挿入段階の間のΔｑ値とΔｔ値との関係を使用する。例えば、いくつかの実施形態は、以下の比較が満たされる場合、（例えば、モータを停止するなどの）トルク制限機能を行う。
Figure 0006755794
このようなアルゴリズムは、ドライバ１０がトルクを制限することを可能にする一方で、挿入工程の特定の態様をさらに考慮する。例えば、このアルゴリズムは、トルクが低いレベルかつ高レベルの速度で開始することを含むことができ、および／または、考慮することができる。アルゴリズムの特定の実施形態は、ねじが骨にねじ込まれている場合に、トルクは増加し、かつ速度の低下が減少する可能性を含むことができ、および／または、これを考慮することができる。アルゴリズムのいくつかの変形例は、ねじがプレートに据え付けられている場合に、トルクが増加し、かつ速度が低下する可能性を含むことができ、および／または、これを考慮することができる。アルゴリズムの様々な実施形態は、ねじの破損の不良モードを抑制または回避するように構成される。
特定の実施形態では、トルク（またはモータによって引き込まれた電流）の測定量は、例えば、およそ１０ミリ秒（ｍｓ）、２０ｍｓまたはその他の時間値毎にサンプリングされる。トルクおよび時間のデータは、メモリに記憶される。これにより、時間に対するトルクの変化（例えば、トルクの一次導関数）を監視することが容易になる。上述の通り、トルクは、ねじを挿入するために必要なモータパワーに正比例する。いくつかの実施形態では、所与の時間におけるトルクは、モータ１２によって引き込まれた電流を示す、センサ１８からの信号を受信するコントローラ２０によって決定される。
連続トルク値、閾値および減速
いくつかの実施形態では、方法およびアルゴリズムは、複数の値が条件を満たす場合に、トルク制限機能性を起動する（または行う）。例えば、以下に詳細に説明する通り、ドライバ１０は、複数の（例えば３つの）連続減分値についてトルクを監視することができ、このような満たされた条件に応答して、（例えば、モータ１２への電力を低減または停止することで）ねじの回転を低減および／または停止することができる。
図５は、例示的なトルク対時間曲線を示している。図示の通り、トルク曲線は、期間１、期間２、期間３および期間４などの複数の期間に分割される。いくつかの実施形態では、期間１（例えば、上述の初期段階）は、ねじの初期係合および骨などの基板への挿入を含む。この期間の間、トルクの量は急速に増加することがある。期間１はまた、増加したノイズのレベルおよび／または予測不能または信頼性を欠くトルクデータを含むかもしれない。このように、いくつかの実施形態では、期間１の間に測定されたトルクデータは、ドライバの動作を制御するために使用されない。むしろ、期間１のトルクデータは、無視されるか、あるいは記録されるのみである。したがって、期間１は「不感帯（ｄｅａｄ ｚｏｎｅ）」と呼ばれる。 いくつかの実施形態では、不感帯は、時間０（例えば、ねじが骨に貫入し始めるねじ挿入工程の開始）の後、少なくとも約５０ｍｓおよび／または約２００ｍｓ以下に及ぶ。特定の実施形態では、不感帯は、約１００ｍｓ以下の持続時間を有する。
期間２は、期間１の終了時に発生する。期間２（例えば、上述の第２段階）の間、ねじは、基板へのねじ込みの工程にあり、期間１の間に経験した初期トルクよりも小さいトルクを経験することがある。いくつかの変形例では、期間２のトルクデータは、トルク制限の目的では使用されないが、記録またはロギングされる。
（例えば、上述の第３段階および第４段階のほぼ前半に類似した）期間３では、ねじ上のトルクは増加することがある。これは、例えば、ねじがプレートに係合し、かつ、プレートを骨に締め付け始めるからである。いくつかの実施形態では、例えば期間３の開始時または期間３の開始付近で、ねじの挿入の間に閾値点（例えば、閾値条件）に到達する。いくつかの実施形態では、ドライバ１０は、閾値点への到達に応答して、トルク制限機能性を起動可能にする。例えば、閾値点への到達に先立ってトルク制限条件を経験する場合、トルク制限機能性は起動されない。これと比較して、閾値点に到達した後にトルク制限条件が生じる場合、その後にトルク制限機能性が起動される。これは、誤ったおよび／または一時的なトルク値がトルク制限機能性を起動して、ドライバ１０の早期停止および／または不完全なねじの挿入を引き起こす可能性を回避することができる。特定の実施形態では、閾値点はゲートとして作用することができ、これにより、ねじに加えられたトルクが閾値点に達したとき、または、ねじに加えられたトルクが閾値点に達した後でのみ、トルク制限機能性が行われ得る。
いくつかの実施形態では、閾値点は、トルクおよび／または電流に関係している。例えば、閾値点は、少なくとも約５Ｎ−ｃｍ、約７Ｎ−ｃｍ、約１０Ｎ−ｃｍ、約１２Ｎ−ｃｍ、約１５Ｎ−ｃｍ、約１７Ｎ−ｃｍ、約２０Ｎ−ｃｍ、約２５Ｎ−ｃｍ、上述の値の間、またはその他の値のトルク値であってもよい。特定の変形例では、閾値点は、約５Ｎ−ｃｍ以上および／または約１５Ｎ−ｃｍ以下のトルクで生じる。いくつかの実施形態では、ねじに加えられたトルクが、閾値点のトルク値に達したか、あるいは閾値点のトルク値を超えたことに応答して、その後、トルク制限機能性が行われることが可能になる。上述の通り、トルクは、モータ１２によって引き込まれた電流から決定されてもよい。いくつかの実施形態では、閾値点は、モータ１２によって引き込まれた電流が、少なくとも約０．２５Ａ、約０．５０Ａ、約０．７５Ａ、約１Ａ、約１．２５Ａ、約１．５Ａ、約１．７５Ａ、約２Ａ、約２．５Ａ、約３Ａ、上述の値の間、またはその他の値である場合に達するかまたは超える。多相モータ（例えば、３相モータ）を含む特定の実施形態では、位相の平均総順方向電流が、電流の決定に使用される。いくつかの実施形態は、ｄｉｒｅｃｔ−ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｚｅｒｏ変換またはＰａｒｋ変換を、電流の決定に使用する。
いくつかの実施形態では、閾値点は時間に関係している。例えば、特定の変形例では、閾値点は、時間０から一定の時間に生じる。いくつかの実施形態では、閾値点は、時間０から少なくとも約３００ｍｓおよび／または約５００ｍｓ以下で生じる。特定の変形例では、閾値点は、時間０の後、約２００ｍｓ以上で生じる。
引き続き図５を参照して、ドライバ１０は、減速点（例えば、減速条件）を含むことができる。いくつかの実施形態では、ドライバ１０は、減速点に到達するか、または到達したことに応答して、ねじを回転させる速度を変更する。例えば、減速点への到達に先立って、ドライバ１０は第１速度（例えば、約３６００ｒｐｍ以上）で動作してもよく、減速点への到達後、ドライバ１０は、第２回転速度（例えば、約９００ｒｐｍ以下）で動作してもよい。いくつかの実施形態では、減速の結果として、ねじの完全挿入に遅延が生じ、その値は、少なくとも約０．１０秒、約０．２５秒、約０．５０秒、約０．７５秒、約１秒、約１．５秒、上述の値の間、またはその他の値である。ドライバ１０の特定の実施形態は、例えば少なくとも上述の時間値によって、ねじを挿入するために要する総時間を増加させることができる。ドライバ１０のその他の実施形態は、総挿入時間を増加させない。例えば、いくつかの変形例は、減速点の後に速度の低下（および挿入時間の増加）を妨げるのに十分な量で、減速点の前に挿入速度を増加させる（かつ挿入時間を低減する）。
ねじの挿入速度（例えば、回転速度）の低減は有益である。例えば、これは、トルクがねじの挿入の間に増加する割合を低減することができる。いくつかの実施形態では、挿入速度の低減は、ねじ挿入工程の間（例えば、期間３および／または期間４の間）にドライバ１０によってねじに加えられたトルクの監視および／または分解能を改善する。この改善は、例えば、ねじのトルクの量を監視し、および／または、トルク制限機能性を起動すべきかを決定するために、プロセッサ２２および／またはセンサ１８（例えば電流センサ）に追加時間を提供することで達成される。例えば、３６００ｒｐｍから約９００ｒｐｍの速度の低減は、期間３および／または期間４の持続時間を約４倍増加させることができる。いくつかの実施形態では、減速は、結果として少なくとも約２、約３、約４、約５、約６、上述の値の間、またはその他の値の、（例えば、センサ１８によって検出されたモータの電流引き込みの）監視されたトルクの分解能の増加をもたらす。
いくつかの実施形態では、回転速度の低下は、基板に対するより正確および／または的確なねじの回転を提供することができる。例えば、モータ、ドライブトレインおよび／またはねじの回転速度の低下は、これらの部品の運動量を低減することができる。いくつかの実施形態では、これは、その運動量から意図しない回転に起因する誤差などの誤差が生じる可能性を低減することができる。いくつかの実施形態では、減速の結果として、ねじの回転運動量が少なくとも約５０％、約１００％、約２００％、約３００％、約４００％、約５００％、上述の値の間、またはその他の値で低減される。
特定の変形例では、ねじの速度の低減は、外科医などのユーザに指標を提供することができる。例えば、低減は、一定の量のトルクに到達したこと、閾値点に到達したか（例えば、約０．７５秒以下のうちに）到達しようとしていること、トルク制限点に到達したか（例えば、約１秒以下のうちに）到達しようとしていること、および／または、ドライバ１０がねじの駆動を停止しようとしていることを示す信号を提供することができる。いくつかの実施形態では、減速は、例えば光（例えばＬＥＤ）、可聴音、またはその他の知覚指示器を起動するなどの、指示器を伴う。
いくつかの実施形態では、減速点はトルクおよび／または電流に関係している。例えば、減速点は、少なくとも約５Ｎ−ｃｍ、約７Ｎ−ｃｍ、約１０Ｎ−ｃｍ、約１２Ｎ−ｃｍ、約１５Ｎ−ｃｍ、約１７Ｎ−ｃｍ、約２０Ｎ−ｃｍ、約２５Ｎ−ｃｍ、上述の値の間、またはその他の値のトルク値であってもよい。特定の実施形態では、減速点は、約５Ｎ−ｃｍ以上および／または約１５Ｎ−ｃｍ以下のトルクで生じる。いくつかの実施形態では、ねじのトルクが減速点のトルク値に達したか、あるいはこの値を超えたことに応答して、ドライバ１０は、速度低減機能性を行う。上述の通り、トルクは、モータ１２によって引き込まれた電流から決定されてもよい。いくつかの実施形態では、減速点は、モータ１２によって引き込まれた電流が、少なくとも約０．２５Ａ、約０．５０Ａ、約０．７５Ａ、約１Ａ、約１．２５Ａ、約１．５Ａ、約１．７５Ａ、約２Ａ、約２．５Ａ、約３Ａ、上述の値の間、またはその他の値である場合に到達する。多相モータ（例えば３相モータ）を含むいくつかの実施形態は、相の平均総順方向電流を電流の決定に使用する。特定の変形例は、ｄｉｒｅｃｔ−ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｚｅｒｏ変換またはＰａｒｋ変換を、電流の決定に使用する。
いくつかの実施形態では、減速点は、時間に関係している。例えば、特定の変形例では、減速点は、時間０から一定の時間に生じる。いくつかの実施形態では、減速点は、時間０から少なくとも約３００ｍｓおよび／または約５００ｍｓ以下で生じる。特定の変形例では、減速点は、時間０の後、約２００ｍｓ以上で生じる。
いくつかの実施形態では、閾値点および減速点は同一の点である。例えば、図示の通り、閾値点および減速点のいずれも、期間３の開始時に生じ得る。いくつかの実施形態では、少なくとも約１５０ｍｓ、約２００ｍｓ、約２５０ｍｓ、約３００ｍｓ、約３５０ｍｓ、約４００ｍｓ、約５００ｍｓ、上述の値の間、またはその他の値などの、時間０からの時間によって決定される。その他の実施形態では、閾値点および減速点は異なる点である。例えば、いくつかの実施形態では、減速点は閾値点の前に生じ、その他の実施形態では、減速点は閾値点の後に生じる。いくつかの実施形態では、閾値点および減速点は、時間の量（例えば約１００ｍｓ以下）だけ離れている。いくつかの実施形態では、閾値点および減速点は、トルクの量（例えば約３Ｎ−ｃｍ以下）だけ離れている。
図示の通り、（例えば、上述の第４段階のほぼ後半および過大トルク付与段階に類似した）期間４は、期間３が終了した後、例えばトルク曲線のほぼ頂点で開始する。期間４は、トルクの減少（例えば、負のトルク勾配）を含んでもよい。これは、ねじおよび／または基板の曲りおよび／または破損が差し迫っているか、あるいは始まったかを示唆することができる。いくつかの実施形態では、ドライバ１０は、Ｎ個の連続減少トルク値について、トルクデータを監視する。例えば、いくつかの実施形態では、Ｎは、２、３、４、５、６、７またはそれ以外に等しい。Ｎが４である実施形態では、４つの連続減少トルク値が観測される場合にトルク制限条件が満たされる。様々な実施形態では、トルク制限条件が満たされ、かつ、閾値点を通過した後、トルク制限アルゴリズムは、ドライバ１０がねじの回転を中止するように指示することができる。例えば、モータ１２への電力が低減または削減される。
図６は、トルク制限方法およびアルゴリズムのその他の実施形態を示している。このアルゴリズムでは、
ｔは、マイクロ秒単位の時間増分であり、
Ｉは、電流サンプリングであり、
Γは、電流サンプルに比例するトルクであり、
ｉは、システムサンプルの時間増分であり、
ｎは、配列の長さであり、
Ｑは、ｄΓ／ｄｔであり、そして、
Ｓは、カウント変数である。
アルゴリズムは、以下のような配列を含むことができる。
Figure 0006755794
図示の通り、第１ブロック６０１では、モータ１２が開始される。例えば、ユーザの入力（例えば、ボタンまたはスイッチ）の起動に応答して、ドライバ１０のコントローラ２０は、モータ１２に供給される電力が、ねじの回転を開始するように指示することができる。いくつかの実施形態では、モータ１２は、少なくとも第２ブロック６０２で動作し続ける。
様々な実施形態では、トルク値は収集（例えば観測および記録）される。この点で、様々な実施形態は、（例えば、センサ１８を用いて）モータ１２によって引き込まれる電流の量を検出する。モータ１２によって引き込まれた電流は通常、モータが、ドライバ１０によって駆動されたねじに加えるトルクの量に比例するので、この電流引き込みデータを、トルクの量を決定するために使用することができる。図示の通り、ブロック６０３では、各時間増分のトルク量が収集され、メモリ２４に記憶される。このトルクおよび時間のデータを、ｎ個のサンプル増分を介したｉのための配列またはマトリクスＱＡを作成するために使用されてもよい。後続のブロック６０４では、追加の時間増分のためにさらなるトルク値が収集され、そのさらなる時間およびトルクのデータは、その他の配列またはマトリクスＱＢを作成するために使用されてもよい。
いくつかの実施形態は、比較ブロック６０５を含み、ここで、ＱＡおよびＱＢが比較される。特定の実施形態では、ＱＢがＱＡよりも大きい場合、アルゴリズムは、ブロック６０２などの以前のブロックに戻る。これは、追加の配列ＱＡおよびＱＢが作成されて比較されることを許容する。したがって、いくつかの実施形態では、配列ＱＡおよびＱＢの比較は、アルゴリズムの実施中にループ内で実質的に常時発生する。
図示の通り、ＱＢがＱＡを超えない場合、アルゴリズムの反復部分が行われる。いくつかの実施形態では、これは、カウント変数Ｓの初期化および／またはインクリメントを含む。例えば、アルゴリズムがＱＢがＱＡを超えないと決定する毎に、アルゴリズムはブロック６０６に進み、ここで、カウント変数Ｓは１だけ増加される。
図示の通り、ブロック６０７では、カウント変数Ｓは、許容連続減少トルク値（例えば、２、３、４、５、６またはそれ以外）の予め設定された数Ｎと比較される。例えば、カウント変数Ｓが数Ｎを超えない場合、アルゴリズムは、以前のブロック（例えば、ブロック６０２）に戻る。追加のＱＡ配列およびＱＢ配列は、ブロック６０３からブロック６０５で作成され、比較される。ブロック６０５に戻ると、ＱＢが依然としてＱＡを超えない場合、アルゴリズムは、ブロック６０６に進み、カウント変数Ｓは再び１だけ増加される。様々な実施形態では、ＱＢがＱＡを超える場合、カウント変数Ｓは初期化される（例えば、Ｓ＝０）。
特定の実施形態では、カウント変数ＳがＮ連続減少トルク値を超える（またはいくつかの変形例においてＮ連続減少トルク値以上の）場合、アルゴリズムはブロック６０８に進み、ここで、トルク制限機能が起動される。例えば、コントローラ２０は、（例えば、モータに供給される電力を失くするまたは低減することで）モータ１２を停止するように指示を行うことができる。したがって、ねじに加えられたトルクは制御され、および／または制限される。
様々な実施形態によれば、Ｎ個未満の連続減少トルク値が観測された場合、モータ１２は動作し続ける。これは、トルク制限アルゴリズムが、ねじの駆動を早期に停止する可能性を低減することができる。例えば、少なくともＮ個の連続減少トルク値が観測されない限りモータ１２を停止しないことで、電流信号のノイズまたは一時的なトルク低減によるモータの早期停止が回避される。
いくつかの実施形態では、カウント変数Ｓが連続減少トルク値の予め設定された数Ｎ以上である場合、モータが停止される。例えば、Ｎが４に等しい場合、カウント変数Ｓが４以上（例えば、トルク値が毎回減少するブロック６０２からブロック６０６を介した４回の連続した反復）であるときに、モータは停止される。そうでなければ、いくつかの実施形態では、モータは、ねじを動作させ、かつ駆動し続ける。
公差域およびピーク決定
図７および図８は、さらなるトルク制限方法およびアルゴリズムを示している。図示の通り、特定の実施形態は、トルク曲線の頂点の前後の「公差域」を含む。公差域におけるねじの回転の停止は、ねじが骨に固定されている（例えば、ねじが外れていない）という確信をもたらす。
図７に示すように、公差域は、（例えば傾斜の変化が、ゼロになるように変化する、正から負に変化する、またはそれ以外の）変曲点を含むことができる。いくつかの実施形態では、変曲点は、トルクおよび時間（またはねじの回転数）などの２つの次元にある。ドライバ１０の特定の実施形態は、到達した変曲点に基づいて、停止指示を監視および／または発行する。これは、ドライバ１０が、変曲点に到達した付近、変曲点に到達した時点、変曲点に到達した後に、モータ１２を停止することを可能にする。いくつかの変形例では、モータ１２は、変曲点に到達し、かつ追加の事象が発生した後に、部分的または完全に停止される。例えば、この事象とは、トルク量の変化（例えば、少なくとも約５％、約１０％、約２０％、約３０％、上述の値の間、またはその他の値のトルク低減）、ねじの回転（例えば、少なくとも約１／８回転、１／４回転、１／２回転、３／４回転、１回転、２回転、上述の値の間、またはその他の値の追加の回転）の発生、またはそれ以外である。
いくつかの実施形態では、コントローラ２０は、連続増加トルク値の数および連続減少トルク値の数について、トルクを監視することで公差域を決定する。例えば、コントローラ２０は、Ｎ１（例えば２、３、４、５、６、７など）個の連続増加値に続いて、Ｎ２（例えば２、３、４、５、６、７など）個の連続減少値が生じた時期を決定することができる。これは、ピークに到達し、トルク制限機能性が行われるであろうことを示している。いくつかの実施形態では、１つ以上のトルク値が、連続増加値および連続減少値を分割する。例えば、トルク制限機能性は、Ｎ１個の連続増加値に続いて、１つ以上の暫定トルク値、その後にＮ２個の連続減少値の検出に応答して行われ得る。これは、ピークのまたはピーク付近および／またはピークにほぼ等しいトルク値でのトルクの僅かな変動を考慮することができる。
公差域は、図８のトルク頂点の一例の拡大図においてさらに見ることができる。図示の通り、公差域は、正の傾斜部（上昇傾斜部とも呼ばれる）、負の傾斜部（下降傾斜部とも呼ばれる）、または傾斜の両側を含むことができる。いくつかの実施形態では、トルク制限アルゴリズムは、ねじ挿入工程の間の上昇傾斜部および下降傾斜部の両方を考慮する。特定の実施形態では、アルゴリズムの上昇傾斜部が、ねじの固定を容易にするかあるいは確実にする一方で、アルゴリズムの下降傾斜部が、トルクが頂点に到達した後に、ドライバがねじの回転を中止することを容易にするかあるいは確実にする。
特定の実施形態は、挿入動作の間の時間値の変化に対するトルクの変化（Δｑ／Δｔ）を決定することで、上昇傾斜を決定する。この方法は、また、Ｘ個（例えば、２、３、４、５、６またはそれ以外）の数のトルクデータ点を測定することを含んでもよい。この方法は、トルク値がピーク（例えば頂点）に到達するまで、ねじを回転させ、かつトルク値を監視することを含んでもよい。例えば、ピークは、Δｑ／Δｔ値を異なるトルクサンプリング点（例えば、０、１、２、３、４）で比較することで決定され、例えばΔｑ（ｐ０）／Δｔ、Δｑ（ｐ１）／Δｔ、Δｑ（ｐ２）／Δｔ、Δｑ（ｐ３）／Δｔ、Δｑ（ｐ４）／Δｔなどで表される。いくつかの実施形態では、（例えばΔｑ／Δｔの値が最大値に到達した場合の）ピークは、ねじが適所に固定され、かつ、骨プレートを骨に対して圧縮したことを示す。Δｑ／Δｔがゼロまたはゼロに近い場合、ねじが固定された、および／または、ピークトルクにあるかピークトルクに近いことを示す。したがって、特定の実施形態では、ゼロまたはゼロに近いΔｑ／Δｔ値に応答して、（例えばモータ１２を停止することで）ねじの回転は停止される。
同様に、特定の実施形態は、挿入動作の間の時間値の変化に対するトルクの変化（Δｑ／Δｔ）を決定することで、下降傾斜を決定する。しかしながら、ピークトルクの決定のための下降傾斜の使用において、Δｑ／Δｔの比較は、Ｎ個の数の連続点について、ゼロまたは僅かに減少している（例えば、前回の値の約５％未満の）Δｑ／Δｔ値を探す。
オーバーライド機能性
ドライバ１０のいくつかの実施形態は、ユーザが、コントローラ２０によって決定されるトルク限界をオーバーライドすることを可能にする。これは、ユーザがねじの停止をオーバーライドすることを可能にすることで、（例えば、ねじがプレートに据え付けられる前に偶然停止する場合に）有益である。いくつかの実施形態では、ドライバ１０は、スイッチ、ボタンなどのオーバーライド入力を含む。オーバーライド入力は、コントローラによる、ドライバによるねじの回転の停止をオーバーライドする、オーバーライド信号をコントローラ２０へ送信するように構成される。
上述の通り、オーバーライド入力の特定の実施形態は、ねじがプレートに据え付けられることを容易にする。ねじを配置する際に、ねじ頭は、骨プレートから盛り上がったまま（例えば、ねじのヘッドの底面がプレートの上面および／または合わせ面から離間したまま）となることがある。これは、結果として、プレートの骨への取り付けの安全性が低くなり、治癒を抑制または妨げ、および／または、患者の不快感を引き起こす可能性がある。盛り上がったねじの矯正を補助するために、または、その他の理由のために、オーバーライド入力は、ユーザがねじを増分量回転させ、これによって、ねじを骨にさらにねじ込み、ねじをプレートにより十分に（または完全に）据え付けられることを可能にする。特定の実施形態では、オーバーライド入力は、トルク制限機能を一時的にオーバーライドし、一部または全ての利用可能な電力が、モータ１２へ送られて増分回転を実行することが可能にする。様々な実施形態では、オーバーライド入力の起動は、少なくとも約４５°、約９０°、約１３５°、約１８０°、約２７０°、約３６０°、約５４０°、約７２０°、上述の値の間、またはそれ以外の値の、ドライバビットの追加の増分回転移動を提供する。
特定の実施形態では、オーバーライド入力が起動（例えば押下）されるたびに、オーバーライド機能性が行われ得る。例えば、いくつかの実施形態は、オーバーライド入力の起動毎のオーバーライドを許容し、および／または、許容されるオーバーライドの回数を制限しない。特定の実施形態では、制限された回数のオーバーライドのみが許容される。例えば、いくつかの実施形態は、オーバーライドは１回のみ許容され、その後の追加のオーバーライド入力は無視される。いくつかの実施形態では、オーバーライド入力は、オーバーライド入力起動毎に、ねじを所定の量（例えば、１回転、１／２回転、１／４回転、これらの値の間またはそれ以外の値の回転）だけ回転させるように構成される。
いくつかの変形例によれば、オーバーライド入力の起動は、追加のオーバーライド入力の起動を必要とすることなく、一定期間、ドライバ１０のオーバーライド動作を許容する。これは、オーバーライド入力を繰り返し起動することを必要とせず、オーバーライド期間の間、その他の入力の簡易操作（例えば、ねじを前進または逆に駆動するように制御する）を容易にすることができる。例えば、オーバーライド時間を初期化するように、オーバーライドボタンまたはその他の入力装置を押下することができるか、そうでなければ起動することができる。このオーバーライド時間の間は、（例えば上述のトルク制限機能によって）そうでなければ抑制または防止されていたであろう１つまたは複数の動作を行うことができる。いくつかの実施形態では、オーバーライド時間は、少なくとも約５秒、約１０秒、約３０秒、約１分、約２分、約５分、上述の値の間、またはそれ以外の値であってもよい。
オーバーライド機能を起動および／または制御するための、様々なオーバーライド入力装置および方法が熟慮される。例えば、特定の実施形態では、オーバーライド機能は、ボタン、またはボタンの組み合わせを実行（例えば、押下および／または長押し）することで起動される。いくつかの変形例は、オーバーライド機能を起動する専用ボタンを含む。オーバーライド入力装置のいくつかの実施形態は、スイッチ、ロッカー、スライド、近接センサ、タッチスクリーン、またはそれ以外を含む。様々な実施形態は、（例えば、触覚的、視覚的および／または聴覚的）フィードバックをユーザに提供することができる。
いくつかの実施形態は、複数の位置へ移動してオーバーライド機能性を提供することができる調節可能オーバーライド入力装置を含む。例えば、入力装置は、複数の位置を有し、許容された異なる動作および／または異なるオーバーライド時間などの、各々が異なるオーバーライド機能を有する、ボタン、スライダ、またはスイッチを備える。
いくつかの実施形態では、調節可能オーバーライド入力装置は、様々な位置の間で回転させることができるホイールまたはダイヤルを備える。例えば、ホイールまたはダイヤルは、回転可能に離れた距離にある、いくつかの（例えば、２つ、３つ、４つ、５つ、６つまたはそれ以上の）位置を有し、これらの位置は、例えば、少なくとも約４５°、または少なくとも約９０°離れている。ドライバ１０は、ダイヤルまたはホイールの位置を検出して、ダイヤルまたはホイールの増分回転に関連してほぼ等しいか、より少ないか、より多いか、またはそれ以外の、ドライバビットまたはモータ１２の増分回転を提供するように構成されてもよい。特定の変形例では、ドライバビットの増分回転は、ホイールまたはダイヤルの回転に比例する。いくつかの様々な実施形態では、ホイールまたはダイヤルを回転させる間、ユーザは、例えば９０°のインクリメント毎の明確な「クリック」または戻り止めなどの、触覚的または聴覚的フィードバックを受け取る。
特定の実施形態は、複数の位置を有するダイヤルまたはホイールを有する。例えば、ホイールは、各々が９０°離れて位置する３つの位置を有してもよい。このようないくつかの実施形態では、ダイヤルまたはホイールが第１位置に配置される場合、ドライバ１０は、第１増分回転（例えば約９０°）を提供する。ダイヤルまたはホイールが第２位置に配置される場合、ドライバは、第２増分回転（例えば約１８０°）を提供する。ダイヤルまたはホイールが第３位置に配置される場合、ドライバは、第３増分回転（例えば約２７０°）を提供する。
いくつかの実施形態では、オーバーライド入力装置は、ドライバ１０のビットの回転方向を制御する。これは、オーバーライド入力装置が、ねじが前進または逆のいずれに駆動されているかを制御することを可能にする。特定の変形例では、ドライバ１０は、オーバーライド入力装置が第１位置にある場合にねじを前進方向に駆動し、オーバーライド入力装置が第２位置にある場合にねじを逆転させる。いくつかの実施形態では、オーバーライド入力装置はホイールまたはダイヤルであり、ドライバビットの回転方向は、ホイールまたはダイヤルが回転される方向と同一である。
その他の特徴
ドライバ１０の様々な実施形態は、様々な動作特性を有する。例えば、いくつかの実施形態は、（無負荷で）少なくとも約３，０００ｒｐｍ、約４，０００ｒｐｍ、約５，０００ｒｐｍ、約６，０００ｒｐｍ、約１０，０００ｒｐｍ、上述の値の間、またはその他の値の最大回転速度を提供する。上述の通り、いくつかの実施形態は、減速点に到達した後にねじの回転を遅らせる。このような特定の実施形態は、（無負荷で）約５００ｒｐｍ、約６００ｒｐｍ、約７００ｒｐｍ、約８００ｒｐｍ、約９００ｒｐｍ、約１，０００ｒｐｍ、約１，１００ｒｐｍ、約１，２００ｒｐｍ、上述の値の間、またはその他の値以下の減速された速度を有する。ドライバ１０の特定の実施形態は、少なくとも約２５ｉｎ−ｏｚ、約３０ｉｎ−ｏｚ、約３５ｉｎ−ｏｚ、約４０ｉｎ−ｏｚ、約４５ｉｎ−ｏｚ、上述の値の間、またはその他の値のねじにトルクを与えることができる。ドライバ１０のいくつかの実施形態は、少なくとも約２５Ｎ−ｃｍ、約３０Ｎ−ｃｍ、約３５Ｎ−ｃｍ、約４０Ｎ−ｃｍ、約４５Ｎ−ｃｍ、上述の値の間、またはその他の値のねじにトルクを与えることができる。
ドライバ１０を、様々な種類のモータを用いて実装することができる。いくつかの変形例では、モータ１２は、ＡＣ電力源またはＤＣ電力源などの電源によって電力供給される。いくつかの実施形態では、モータ１２は、バッテリ、コンデンサまたはそれ以外などのオンボード電源によって電力供給される。いくつかの実施形態では、モータ１２は、コンソール、壁のコンセント、またはその他の外部電源などの外部電源から電力を受け取るように構成される。いくつかの実施形態では、モータ１２は、ブラシレスＤＣモータである。いくつかの実施形態では、モータ１２は、３相電動機である。モータ１２は、コントローラ２０が、モータ１２の回転数を決定することができるようにコントローラ２０へ信号を送信する、１つ以上のホールセンサを含むことができる。特定の変形例では、コントローラ２０は、モータ１２の回転数からねじの回転数を決定する。
いくつかの実施形態は、モータ１２への電力を（例えば実質的にまたは完全に）遮断することで、ねじの回転を停止するように構成される。特定の実施形態は、モータまたは部品を積極的に減速するブレーキを含む。例えば、いくつかの実施形態は、摩擦ブレーキまたは電磁ブレーキを含む。
ドライバ１０の様々な実施形態は、ユーザが、例えばねじを骨内へ挿入する方向などの前進方向へねじを回すように、ドライバ１０に指示することができる、前進入力を含む。例えば、前進入力は、スイッチ、ボタン、ダイヤル、トリガ、スライダ、タッチパッドなどであってもよい。特定の実施形態は、（例えば、モータが無負荷で約４１００ＲＰＭで回転する）早送りスイッチ、および（例えば、モータが無負荷で５００ＲＰＭで回転する）遅送りスイッチなどの、複数の入力部材を有する。いくつかの実施形態は、ねじを骨から取り外す方向などの、逆方向にねじを回すようにドライバ１０に指示することができる、反転入力を有する。反転入力は、上述の選択肢などの前進入力と類似していてもよい。いくつかの実施形態では、反転入力の実行は、モータが無負荷で約５００ＲＰＭで回転する原因となる。特定の実施形態では、ねじの最終回転速度は、約５００ＲＰＭである。いくつかの実施形態では、前進入力およびオーバーライド入力は、同一の部品である。
様々な実施形態では、ドライバ１０は、トルクデータをフィルタリングし、センサ１８（例えば、モータ電流センサ）からの信号のノイズを減少させ、またはそれ以外の方法によってトルクデータを調整するように構成された部品を含む。例えば、ドライバ１０は、１つ以上のローパスフィルタを含んでもよい。このフィルタは、ハードウェアおよび／またはソフトウェアに実装されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、フィルタは、抵抗コンデンサ回路を含む。特定の実施形態は、トルクデータの特定の周波数および／またはレベルを除去するように構成されたソフトウェアフィルタを含む。様々な実施形態では、フィルタリング部品は、トルク曲線をより滑らかになるよう促進することができる。いくつかの変形例では、フィルタリング部品は、さもなければノイズおよび／または異常値の測定によって引き起こされる可能性がある、トルク制限機能性の誤差を低減することができる。
要旨
様々なトルク制限ドライバシステムおよび方法を、特定の実施形態、実施例および変形例の態様を背景として説明してきた。それにもかかわらず、本開示は、具体的に開示された実施形態、実施例、および変形例を越えて、その他の代替的な実施形態および／または本発明の用途、ならびに明白な修正およびその均等物にまで及ぶ。また、ドライバの多数の変形例を詳細に示し、説明してきたが、当業者にとって、本開示の範囲内であるその他の変更は、本開示に基づいて容易に明らかとなるであろう。
別個の実施形態を背景として説明してきた特定の特徴を、単一の実施形態に組み合わせて実施することもできる。逆に、単一の実施形態を背景として説明した様々な特徴を、複数の実施形態において別個に実施するか、あるいは任意の適切な部分的組み合わせにおいて実施することもできる。
また、特徴を、特定の組み合わせで作用するとして上述したが、いくつかの場合、請求項に係る組み合わせによる１つ以上の特徴を組み合わせから削除することができ、かつ、この組み合わせを、任意の部分的組み合わせまたは任意の部分的組み合わせの変形例として請求してもよい。
本開示の一実施形態、フローチャートまたは実施例に開示または図示したステップ、工程、構造および／または装置のうちいずれかの任意の部分を、異なる実施形態、フローチャートまたは実施例に開示または図示したステップ、工程、構造および／または装置のうちいずれかのその他の任意の部分と組み合わせるか、これらとともに（または代替的に）使用することができる。本明細書に記載の実施形態および実施例は、互いに別個で独立していることは意図されない。開示した特徴の組み合わせ、変形例、およびその他の実施形態は、本開示の範囲内である。
任意のステップおよびブロックは、調整または変更されてもよい。その他または追加のステップが使用されてもよい。本明細書に記載のステップまたはブロックのいずれも、本質的または不可欠ではない。また、動作は、特定の順序で、図面に示されるか、あるいは本明細書に記載されたが、このような動作が図示の特定の順序または時系列順で行われる必要はなく、その上、所望の結果を達成するために全ての動作が行われる必要はない。図示または記載されていないその他の動作を、例示的な方法および工程に組み込んでもよい。例えば、１つ以上の追加の動作は、任意の記載の動作の前、後、同時に、または合間に行われてもよい。さらに、動作は、その他の実施形態に再編成されるか、あるいは記録されてもよい。また、上述の実施形態における様々なシステム構成要素の分離は、全ての実施形態においてこのような分離を必要とするものとして理解されるべきではなく、記載の構成要素およびシステムは、一般的に、単一の製品に一体化されるか、あるいは複数の製品にパッケージ化されてもよいことが理解されるべきである。
装置、システム、実施形態および工程のいくつかは、プロセッサおよびメモリを含むことができるコントローラを使用する。上述のルーチン、工程、方法およびアルゴリズムの各々は、１つ以上のコンピュータ、コンピュータプロセッサまたはコンピュータの指示を実行するように構成された機械によって実行される、コードモジュールに実装されてもよく、かつ、このコードモジュールよって完全または部分的に自動化されてもよい。コードモジュールは、ハードドライブ、固体メモリ、フラッシュメモリ、光ディスクおよび／または同類のものなどの、任意の種類の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体、または有形コンピュータ記憶装置に格納されてもよい。工程およびアルゴリズムは、特定用途向け回路において部分的または全体的に実施されてもよい。開示された工程および工程ステップの結果は、揮発性または不揮発性記憶装置などの任意の種類の非一時的なコンピュータ記憶装置に、永続的または非永続的に記憶されてもよい。
「できる（ｃａｎ）」、「できた（ｃｏｕｌｄ）」、「場合がある（ｍｉｇｈｔ）」、「してもよい（ｍａｙ）」、「など（ｅ．ｇ．）」などの、本明細書で使用される条件付き言語は、具体的に別段述べられなければ、あるいは、使用される文脈の中で別段理解されなければ、一般に、特定の実施形態が特定の特徴、要素、および／またはステップを含むが、他の実施形態がそれらを含まないものとする。したがって、このような条件付き言語は一般的に、著者の入力または指示の有無にかかわらず、これらの特徴、要素および／またはステップが、任意の特定の実施形態に含まれているか、または任意の特定の実施形態で行われるかにかかわらず、１つ以上の実施形態のために、特徴、要素および／またはステップが多少なりとも必要であること、または、１つ以上の実施形態が、決定のための論理を必ず含むことを意味することは意図されない。
「Ｘ、ＹおよびＺのうち少なくとも１つ」などの接続的な文言は、特に言及しない限り、一般的に、項目、用語等がＸ、ＹまたはＺのいずれかであることを伝えるために用いられるような文脈で理解される。したがって、このような接続的な文言は、一般的には、特定の実施形態が少なくとも１つのＸ、少なくとも１つのＹ、および少なくとも１つのＺがそれぞれ存在する必要があることは意図されない。
「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」などの用語は同義語であり、包括的に、制約のない方法で使用され、追加の要素、特徴、動作、操作などを除外しない。また、「または（ｏｒ）」という用語は、例えば、要素のリストに関連付けるために使用される場合、用語「または（ｏｒ）」が、リスト内の要素の１つ、いくつか、または全てを意味するように、その包括的な意味で（およびその排他的な意味ではなく）使用される。用語「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」は、「および（ａｎｄ）」が、いくつかの実施形態に適用され、「または（ｏｒ）」が、いくつかの実施形態に適用されることを意味している。したがって、Ａ、Ｂ、および／またはＣは、ある文章に記載されたＡ、ＢおよびＣ、および別の文章に記載されたＡ、ＢまたはＣに相当する。用語「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」は、不要な重複を回避するために使用される。
本明細書で使用される用語「ほぼ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、「約（ａｂｏｕｔ）」および「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」は、所望の機能を行うか、所望の結果を達成する述べられた値に近い値を表す。例えば、いくつかの実施形態では、文脈に応じて、用語「ほぼ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、「約（ａｂｏｕｔ）」および「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」は、述べられた値の１０％以内の値を指してもよい。本明細書で使用される用語「一般的に（ｇｅｎｅｒａｌｌｙ）」は、特定の値、量または特徴を主に含むか、あるいは、これらに向けられる傾向にある、値、量または特徴を表している。一例として、特定の実施形態では、文脈に応じて、用語「だいたい平行（ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｐａｒａｌｌｅｌ）」は、完全な平行から２０度以下逸れるものを指してもよい。
直径または半径などの本明細書で使用される円形状に関する用語は、真の円形構造である必要はなく、むしろ、側部から側部へ測定することができる断面領域を有する、任意の適切な構造に適用されることが理解されるべきである。「円形（ｃｉｒｃｕｌａｒ）」、「円筒形（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ）」、「半円形（ｓｅｍｉ−ｃｉｒｃｕｌａｒ）」、「半円筒形（ｓｅｍｉ−ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ）」または任意の関連用語または類似の用語などの、形状に関連する用語は、円、円筒またはその他の構造の数学的定義に厳密に従う必要はないが、適度に近似している構造を包含してもよい。同様に、単語「だいたい（ｇｅｎｅｒａｌｌｙ）」（例えば、「だいたい円筒形（ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ）」）で修飾される形状は、適度に近似した所定の形状を含んでもよい。
いくつかの実施形態を、添付の図面に関連して説明してきた。図面は、拡大縮尺して描かれているが、図示されているもの以外の寸法および比率が考慮され、本開示の範囲内であるので、このような拡大縮尺は限定されるべきではない。距離、角度等は、単なる例示であり、必ずしも図示の装置の実際の寸法および設計に厳密に関係しなくてもよい。構成要素は、追加され、除去され、および／または再編成されてもよい。さらに、様々な実施形態に関連した特定の特徴、態様、方法、特性、特徴、品質、属性、要素などの、本明細書に記載の開示は、本明細書に記載の全てのその他の実施形態で使用されてもよい。さらに、本明細書に記載の任意の方法を、記載のステップを行うのに適した任意の装置を使用して実施してもよいことが認識されるであろう。
上述の様々な特徴および工程を、互いに独立して使用してもよく、あるいは、様々な方法で組み合わせてもよい。全ての可能な組み合わせおよび部分的組み合わせは、本開示の範囲に含まれるものとする。加えて、特定の方法、イベント、状態または工程ブロックは、いくつかの実施形態において省略されてもよい。本明細書に記載の方法および工程はまた、任意の特定の順序に限定されず、ブロックまたはこれに関連する状態は、適切なその他の順序で行われてもよい。例えば、記載のタスクまたはイベントは、具体的に開示された順序以外の順序で行われてもよい。複数のステップは、単一のブロックまたは単一の状態で組み合わせられてもよい。例示的なタスクまたはイベントは、連続して、平行して、または他の方法で行われてもよい。タスクまたはイベントは、開示の例示的な実施形態に追加されるか、あるいはこの実施形態から取り除かれてもよい。本明細書に記載の例示的なシステムおよび構成要素は、記載のものと異なるように構成されてもよい。例えば、要素は、開示の例示的な実施形態に追加されるか、取り除かれるか、あるいは、この実施形態と比較して再編成されてもよい。
要約すると、様々な実施形態およびトルク制限ドライバシステムおよび方法の実施例を説明してきた。本開示は、これらの実施形態および実施例を背景としてきたが、本開示は、具体的に開示された実施形態を越えて、その他の代替的な実施形態および／または実施形態のその他の用途、ならびに明白な修正およびその均等物にまで及ぶ。また、本開示は、開示された実施形態の様々な特徴および態様を、互いに組み合わせるか、あるいは互いに置き換えることができることを明確に考慮している。したがって、本開示の範囲は、上述の特定の開示された実施形態によって限定されるべきではないが、以下の特許請求の範囲の公正な解釈によってのみ決定されるべきである。

Claims (19)

  1. 外科用トルク制限ドライバであって、
    ハウジングと、
    ハウジング内に位置し、かつ電源からの電力を受けるように構成されたモータと、
    ドライバの遠位端に位置する駆動ヘッドであって、ねじを係合するビットを受け、かつ、モータによって回転されることでドライバがねじを骨にねじ込むことを可能にするように構成された駆動ヘッドと、
    モータの動作中にモータによって引き込まれた電流をサンプリングする電流センサと、
    コントローラとを備え、コントローラは、ねじを骨にねじ込んでいる間に、モータによって引き込まれた電流を示す電流センサからの信号を受信し、
    複数の駆動トルク値を決定するための信号を使用し、複数の駆動トルク値の各々は、ドライバが各時間ｔの間にねじに加えるトルクの量を示し、
    少なくとも３つの直近の複数の駆動トルク値をメモリに記憶し、
    不感帯の後に生じる駆動トルク値の各々を閾トルク値と比較し、
    不感帯の後に生じる少なくとも１つの駆動トルク値が閾トルク値以上となるまでの間にトルク制限機能を行うことを防止し、
    不感帯の後に生じる閾トルク値以上の少なくとも１つの駆動トルク値に応答して、トルク制限機能を行うことを許容し、
    不感帯の後に生じる閾トルク値以上の少なくとも１つの駆動トルク値に応答して、ドライバがねじを駆動する回転速度を低減し、そして、
    トルク制限機能を行うことが許容された後に、不感帯の後に生じる少なくとも３つの駆動トルク値が連続して減少したかの決定に応答して、トルク制限機能を行い、
    トルク制限機能は、ドライバによるねじの駆動を停止する、外科用トルク制限ドライバ。
  2. コントローラに信号を送信するオーバーライド入力をさらに備え、オーバーライド入力は、ユーザがトルク制限機能をオーバーライドすることを可能にする、請求項１に記載の外科用トルク制限ドライバ。
  3. オーバーライド入力の起動は、ねじを一定量回転させる、請求項２に記載の外科用トルク制限ドライバ。
  4. 一定量は、約１／４回転である、請求項３に記載の外科用トルク制限ドライバ。
  5. オーバーライド入力の起動は、トルク制限機能を一定の期間解除する、請求項２に記載の外科用トルク制限ドライバ。
  6. 期間は、１分未満である、請求項５に記載の外科用トルク制限ドライバ。
  7. オーバーライド入力は、ボタンを備える、請求項２に記載の外科用トルク制限ドライバ。
  8. 不感帯は、時間量である、請求項１に記載の外科用トルク制限ドライバ。
  9. 不感帯は、少なくとも５０ｍｓである、請求項８に記載の外科用トルク制限ドライバ。
  10. 不感帯は、ねじの回転量である、請求項１に記載の外科用トルク制限ドライバ。
  11. 不感帯は、少なくとも５回転である、請求項９に記載の外科用トルク制限ドライバ。
  12. 時間ｔは、約１０ｍｓである、請求項１に記載の外科用トルク制限ドライバ。
  13. 回転速度は、９００ｒｐｍ以下に低減される、請求項１に記載の外科用トルク制限ドライバ。
  14. 回転速度は、約１／４に低減される、請求項１に記載の外科用トルク制限ドライバ。
  15. 閾トルク値は、少なくとも１５Ｎ−ｃｍである、請求項１に記載の外科用トルク制限ドライバ。
  16. 電源をさらに備え、電源は、ハウジング内のバッテリを含む、請求項１に記載の外科用トルク制限ドライバ。
  17. トルク制限ドライバであって、
    ハウジングと、
    ハウジング内に位置し、かつ電源からの電力を受けるように構成されたモータと、
    ドライバの遠位端に位置し、ねじを係合するビットを受けるように構成された駆動ヘッドと、
    駆動ヘッドがモータによって回転可能となることで、ドライバがねじを骨に挿入することを可能にするように、モータおよび駆動ヘッドを接続する伝達アセンブリと、
    モータの動作中にモータによって引き込まれた電流を検出するセンサと、
    モータによって引き込まれた電流を示す、センサからの信号を受信し、かつ、ねじの挿入中にねじに加えられるトルクの複数の値を決定するためにこのような信号を使用するコントローラと、
    を備え、
    （ｉ）ねじの挿入の第１段階において不感帯が終了したこと、（ｉｉ）（ｉ）の後に生じる少なくとも１つのトルク値が、閾値トルク値以上となったこと、および（ｉｉｉ）（ａ）（ｉｉ）の後に生じる複数のトルク値が連続して減少したことを、コントローラは、決定するように構成されており、
    ドライバは、ねじ挿入の第１段階の間に第１速度でねじを回転させ、かつ、ねじ挿入の第２段階の間に第２速度でねじを回転させるように構成されており、第２段階は、第１段階の後であり、第２速度は第１段階の速度の半分未満であり、これによって、ドライバがねじを骨に挿入するための挿入時間を増加させ、かつ、第２段階の間のねじの角運動量を低減させ、
    ドライバは、
    （ｉ）の後に生じるトルク値のうち少なくとも１つのトルク値が閾トルク値以上となった後に、または
    ドライバによる骨へのねじの初期挿入から開始する一定期間が経過した後に、
    第１段階から第２段階へ変化し、
    不感帯は、第１段階の初期に含まれ、
    （ａ）をコントローラが決定した後に、ドライバは、ねじの回転を停止する、トルク制限ドライバ。
  18. 複数のトルク値は、少なくとも４つのトルク値である、請求項１７に記載のトルク制限ドライバ。
  19. 第１速度は、３，６００ｒｐｍ以上であり、第２速度は、９００ｒｐｍ以下である、請求項１７に記載のトルク制限ドライバ。
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