KR20200071773A - 전동식 로타리형 핸드피스를 포함하는 수술용 시스템 - Google Patents

Abstract

본원에는 제어기, 데이터 입력 장치, 수술용 전동 핸드피스, 및 수술용 핸드피스에 결합하도록 구성된 수술용 도구를 포함할 수 있는 수술용 시스템이 제공된다. 수술용 핸드피스는 모터 방향 제어 및 피드백, 안전 정지 기능, 자극 및 신경 통합 모니터링, 다양한 수술용 도구를 유지하도록 구성된 도구 연결 어셈블리, 및 선택적으로 내비게이션 및/또는 전기 라체팅 기능(electrical ratcheting featrues)을 포함할 수 있다.

Description

전동식 로타리형 핸드피스를 포함하는 수술용 시스템{Surgical System Including Powered Rotary-Type Handpiece}

본 발명은 수술용 기구들 또는 도구들(surgical instruments or tools)을 구동하기 위한 전동식 핸드피스들에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 전동식 로타리형 핸드피스들 및 이들과 인터페이스되며 이들의 작동을 제어하기 위한 제어 시스템들에 관한 것이다. 2012년 03월 13일자로 특허출원된 미국 특허출원번호 제61/610,204호가 전체로서 본원에 참조로 편입된다.

전동식 수술용 핸드피스들이 수술용 도구들을 구동하기 위하여 많은 의료 전문분야에서 통상적으로 사용된다. 예를 들어, 전동식 수술용 핸드피스들은 천공, 태핑, 절제, 절개, 괴사 조직 제거, 셰이빙(shaving), 분쇄(pulverizing) 및 해부학적 조직의 성형을 포함하는 여러 가지 다양한 커팅-타입 기능을 수행하는 수술용 드릴, 블레이드 또는 커팅 기구들을 구동하는 데 사용된다. ENT/머리/목 및 척추 수술 영역에 있어서, 핸드피스들은 각각 특정한 시술을 수행하도록 설계된 여러 가지 서로 다른 로타리형 수술용 도구들을 선택적으로 결합하고 구동하도록 구성된다. 사용하는 동안에, 특정한 수술적 시술(surgical procedure)에 기초하여, 의사는 적절한 수술용 도구를 선택하고 이를 전동식 핸드피스에 장착한다. 그러면 전동식 핸드피스는 수술적 시술을 수행하는 데 필요한 도구(즉, 회전, 진동)의 하나 이상의 부품들을 움직이기 위하여 작동된다. 추가적인 시술 단계가, 동일한 전동식 핸드피스에 상이하게 스타일된(differently-styled) 도구를 장착함으로써 수행될 수 있다. 참고로, 전동식 수술용 핸드피스로 척추 또는 다른 단단한 뼈의 수술적 시술을 수행하는 데 요구되는 전형적인 회전 속도는 약 10 내지 250 rpm이다. ENT/머리/목에 대한 시술은 후두의 스키밍 수술(laryngeal skiming operation)의 약 500 rpm에서 고속 드릴 수술의 60,000 rpm 초과의 범위까지이다.

브러쉬 없는 DC 모터의 사용과 같은 모터의 개량에 추가하여, 전동식 로타리형 수술용 핸드피스 및 관련 수술용 도구들의 사용을 위하여 전체적인 시스템이 개발되었다. 전동식 핸드피스 및 하나 이상의 로타리형 수술용 도구들 또는 기구들에 추가하여, 전형적인 시스템은 제어 컨솔(control console) 및 핸드피스를 컨솔에 연결하는 케이블을 포함한다. 제어 컨솔은 모터의 여기를 활성화 및/또는 제어하거나 전동식 수술용 핸드피스와 교류하도록 구성된다. 예를 들어, 손 또는 발 스위치가 시스템의 일부로서 제공될 수 있다. 의사의 발 또는 손 스위치의 조작에 의해서, 상응하는 신호가 제어 컨솔에 전달되며, 이에 의해 핸드피스를 상응하는 속도로 여기시킨다.

사용 가능한 무수한 숫자의 수술용 도구들뿐만 아니라 전동식 수술용 핸드피스들의 개선된 성능은 의사가 단일의 수술용 시스템을 활용하여 수행할 수 있는 척추 및 ENT/머리/목 시술의 숫자를 의심할 바 없이 크게 증가시켰다. 이러한 개선에도 불구하고, 의사들은 단일의 전동식 핸드피스에 대해 보다 좋은 성능, 수술 능력 및 안전을 요구한다. 예를 들어, 의사들은 회전 속도 및 방향을 제어하는데 단지 의사의 손가락을 사용하여 저속/높은 토크 조건하에서 선택된 수술용 도구를 회전시킬 수 있는 능력을 원한다. 동일한 전동식 핸드피스를 통한 신경 통합 모니터링이나 수술용 기구의 작동, 안전 우선, 일정한 운영 피드백(operational feedback) 등은 또한 많은 의사들의 주요한 관심 사항이다. 통상적인 엔지니어링은 기존의 전동식 핸드피스 및/또는 상응하는 제어 컨솔에 이러한 기술들 중 하나를 추가할 수는 있으나 공지된 전동식 핸드피스의 구성은 모든 원하는 기술들을 수용할 수는 없다. 참고로, 전동식 수술용 핸드피스는 수술용 기구를 작동하는 동안에 필요한 제어를 제공하여야 할 뿐만 아니라, 의사가 긴 시간 동안에 편안하게 잡고 조작할 수 있도록 인체 공학적으로 크기 및 형상이 이루어져야 한다.

미국공개특허 제2009/0264940호 미국공개특허 제2009/0299439호 미국등록특허 제5,207,697호 미국등록특허 제6,126,670호 미국등록특허 제6,050,989호 미국등록특허 제5,910,152호

이상과 같은 견지에서, 제어 컨솔-접속가능한 피드백(control console-enabled feedback) 및 제어뿐만 아니라 인체 공학적인 크기의 하우징을 가지고 향상된 성능을 제공하는 로타리형 전동식 수술용 핸드피스의 필요성이 존재한다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 수술용 핸드피스는 그립을 형성하는 하우징, 하우징에 의해 회전 가능하게 유지되는(rotatably maintained) 구동 샤프트 및 사용자에 의해 요구되는 속도를 나타내는 신호를 생성하기 위해 채택되는 트리거 어셈블리를 포함하며, 상기 트리거 어셈블리는 그립에 의해 유지되는 트리거 및 사용자에 의해 요구되는 회전 방향을 나타내는 신호를 생성하기 위해 채택되는 모드 선택 어셈블리를 포함하고, 상기 모드 선택 어셈블리는 그립에 인접하여 하우징에 의해 유지되는 칼라를 포함하며, 상기 핸드피스는 그립이 사용자 손의 손바닥에 쥐어졌을 때 사용자 손바닥의 검지가 트리거 및 칼라와 선택적으로 인터페이스할 수 있도록 구성된다. 상기 칼라는 구동 샤프트의 축선 주위를 회전 가능하다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 수술용 시스템은 모터를 가지는 수술용 핸드피스 및 상기 수술용 핸드피스에 연결되며 수술용 핸드피스와 인터페이스되도록 프로그램된 제어기(controller)를 포함하며, 상기 제어기는 데이타 입력 장치 및 표시 스크린을 포함할 수 있으며, 상기 제어기는 수술용 핸드피스에 의해 적용된 토크를 표시 스크린에 표시하도록 프로그램될 수 있고 표시된 토크는 모터 전류 피드백에 기초한다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 척추 수술에 사용하기 위한 수술용 시스템은 수술용 핸드피스, 상기 수술용 핸드피스에 연결되며 수술용 핸드피스와 인터페이스되도록 프로그램되는 제어기로서, 핸드피스와 관련된 수술용 도구나 수술용 도구가 적용된 뼈의 이상을 감지하도록 구성되며 그에 대한 대응으로 이상이 감지되면 모터를 정지하거나 모터로 전달되는 전류를 제어하도록 프로그램되는 제어기, 신경 통합 모니터링(NIM, nerve integrity monitoring)을 제공하도록 구동 샤프트에 전기적 전류 자극을 제공하기 위하여 채택되는 자극 어셈블리(stimulation assembly) 및 수술용 핸드피스에 결합되는 내비게이션 어댑터(navigation adaptor)를 포함한다.

본 발명에 따른 수술용 도구(30)들은 다양한 작업 단부들(working ends) 및 베어 도구 샤프트(bare tool shaft)을 가지는 (수술용 핸드피스의 일부와 접속하도록 구성된) 접속 단부(interface end)를 가지며, 베어 샤프트(bare shaft)는 접속 단부이거나 수술용 도구 전체에 걸쳐서 어떠한 멈춤쇠(dent)이나 그루브, 오목 자국(indentations)을 포함하지 않는다. 수술용 도구들은 또한 평평한 표면들을 포함할 수 있으며 본 발명에 유용한 수술용 도구들은 통상적인 접속 단부들을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 수술용 핸드피스들은 수술용 핸드피스에 부착되도록 채택되고 다양한 수술용 도구들을 보유하도록 구성된 도구 연결 어셈블리(tool connector assembly)를 포함할 수 있다. 상기 도구 연결 어셈블리는 잠김 상태와 풀림 상태를 포함할 수 있으며 어셈블리는 잠김 상태에서 수술용 도구를 보유한다. 도구 연결 어셈블리들은 하나 이상의 볼들을 포함할 수 있으며, 도구 연결 어셈블리는 도구 샤프트가 볼들과 처음 결합하면 수술용 도구의 도구 축을 확보하도록 구성된다.

본 발명에 따른 수술용 핸드피스들은 기어 트레인을 통하여 구동 샤프트를 회전시키도록 구성된 모터 어셈블리를 포함할 수 있으며, 상기 기어 트레인은 구동 샤프트의 출력 속도를 감소시키면서 모터의 출력 토크를 증가시키도록 구성된 기어 감속 시스템을 포함한다.

본 발명에 따른 수술용 핸드피스는, 트리거의 위치를 감지하고 감지된 위치를 나타내는 신호를 제어기 쪽으로 생성하도록 구성되는 트리거 어셈블리를 포함할 수 있으며, 트리거 어셈블리는 사용자의 손가락이 트리거와 접촉하고 있는지 아닌지를 나타내는 또 다른 신호를 제어기 쪽으로 생성하도록 더욱 구성될 수 있다.

수술용 핸드피스의 일부 부분들은 선택적으로 또는 유리하도록 수술용 핸드피스 내부가 액체로부터 밀봉될 수 있다.

본 발명에 따른 수술용 시스템들과 함께 사용되는 제어기들은, 수술용 핸드피스 모터의 모터 전류 피드백에 기초하여, 수술용 핸드피스에 적용되는 시간 동안 토크의 변화율(torque rate of change)을 제한하도록 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 제어기들은 또한 전체 시간 동안 토크의 변화율을 모니터할 수 있으며, 수술용 핸드피스에 부착된 수술용 도구나 수술용 도구가 적용되는(즉, 작용하는 또는 처리하는) 뼈의 이상을 감지할 수 있다. 제어기는 수술용 도구나 뼈의 이상이 감지되면 모터를 정지하거나 모터로 전달되는 전류를 제어하도록 프로그램될 수 있다.

본 발명에 따른 수술용 시스템들 또는 수술용 핸드피스들은 수술용 핸드피스와 관련되며 수술용 핸드피스의 구동 샤프트 따라서 수술용 핸드피스와 관련된 수술용 도구에 전기적 전류 자극 경로를 제공하도록 채택된 자극기 어셈블리를 포함할 수 있다. 자극 에너지는 신경 통합 모니터링을 제공할 수 있다. 구동 샤프트들은 제1 정지 상태 및 제2 회전 상태를 포함할 수 있으며, 수술용 핸드피스는 구동 샤프트가 정지 상태나 회전 상태에 있을 때 자극 에너지를 수술용 도구에 전달하도록 구성된다.

본 발명에 따른 수술용 시스템(22)들 또는 수술용 핸드피스들은 선택적으로 이미지 안내 시스템과 상호 작용하도록 구성되며, 따라서 수술용 핸드피스들은 선택적 내비게이션 어댑터를 수용하도록 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 수술용 핸드피스들은 또한 전기적 래칫(ratchet)를 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 로타리형 전동식 수술용 핸드피스를 포함하는 수술용 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 로타리형 전동식 수술용 핸드피스의 사시도이다.
도 3a는 도 2a에 따른 핸드피스의 횡 단면도이다.
도 3b는 도 2a에 따른 핸드피스의 주 구동 샤프트를 관통하는 면을 따라 도시한 종 단면도이다.
도 3c는 도 2a에 따른 핸드피스의 모터를 관통하는 면을 따라 도시한 측 단면도이다.
도 3d는 도 3a에 따른 핸드피스 일부의 확대도 및 핸드피스의 도구 연결 어셈블리를 도시한다.
도 4a는 도 3d에 따른 도구 연결 어셈블리 플런저 부품의 전면 사시도이다.
도 4b는 도 4a에 따른 플런저의 후면 사시도이다.
도 4c는 도 4a에 따른 플런저의 측면도이다.
도 4d는 도 4a에 따른 플런저의 종 단면도이다.
도 4e는 도 4a에 따른 플런저의 횡 단면도이다.
도 4f는 도 4a에 따른 플런저의 전방 단부를 도시한 도면이다.
도 5a는 본 발명에 따르며 도 1의 시스템에 유용한 수술용 도구 일부의 사시도이다.
도 5b는 도 5a에 따른 도구의 측면도이다.
도 5c는 도 5a에 따른 도구의 단부를 도시한 도면이다.
도 5d는 본 발명에 따르며 도 1의 시스템에 유용한 또 다른 수술용 도구 일부의 사시도이다.
도 6은 도 3d의 도구 연결 어셈블리로 도 5a의 도구를 장착한 것을 도시한 확대 사시도이다.
도 7은 핸드피스의 트리거 어셈블리를 도시한 도 3a의 핸드피스의 부분 사시도이다.
도 8은 도 2a의 핸드피스일부의 평면 사시도이다.
도 9는 도 3a의 핸드피스의 모드 선택 어셈블리 부분의 개략도이다.
도 10은 도 3a의 핸드피스의 기어 트레인 부분의 개략도이다.
도 11은 도 3a의 핸드피스의 자극기 어셈블리 부분의 개략도이다.
도 12는 도 3a의 핸드피스의 개략도 및 그 부품들의 전기적 절연을 도시한 도면이다.

본 발명의 일 구현예에 따른 로타리형 전동식 수술용 핸드피스(20)가 도 1에 도시된다. 본 발명의 구현예들에서, 핸드피스(20)는 제어기(24; controller)를 더욱 포함하는 시스템(22)의 일부로 제공되며 및/또는 작동된다. 제어기(24)는 마이크로프로세서를 가지며, 데이터 입력 장치(26) 및 표시 스크린(28)과 같은 부품들을 포함(또는 전기적으로 연결)할 수 있다. 이와 관계없이, 일반적인 표현으로 핸드피스(20)는 이하에서 설명하는 바와 같이 수술용 기구 또는 도구(30)를 선택적으로 수용하도록 구성된다. 제어기(24)에 연결되면, 시스템(22), 특히 핸드피스(20)는 사용자에 의해 원하는 수술적 시술을 수행함에 있어서 도구(30)를 회전적으로 구동하기 위하여 작동되며, 제어기(24)는 핸드피스(20)로부터 자동적으로 송신되는 정보에 기초하여 핸드피스(20)에 원하는 피드백 및 선택적 우선 제어(optional over-ride control)를 제공한다. 아래에서 기술되는 바와 같이 모터 제어 및 피드백, 자극 에너지(stimulation energy) 또는 신경 통합 모니터링, 핸드피스(20)와 도구(30) 사이의 신속한 접속/해제, 사용자 손가락 센싱에 기초한 안전 우선(safty over-rides), 핸드피스(20)에서의 모드-기능-방향 제어, 매우 낮은 속도 및 높은 속도에서의 고 토크 운전 등을 포함하는 다양한 구성들이 핸드피스(20) 및/또는 시스템(22)에 전체로서 통합될 수 있다.

도 2a 및 도 2b에는 전동식 핸드피스(20)의 일 구현예가 보다 상세하게 도시되어 있다. 일반적인 표현으로, 핸드피스(20)는 이하에서 기술되는 다양한 내부 부품들(즉, 모터, 기어 트레인 등)을 수용하며, 그립 또는 핸들(50), 헤드(51) 및 노우즈(52; nose)를 형성하는 하우징(40; housing)을 포함한다. 도구 연결 어셈블리(54)가 노우즈(52)에 체결되며 일반적으로 도구(30)(도 1)와의 선택적 체결을 촉진하도록 구성된다. 트리거 어셈블리(56; trigger assembly)가 하우징(40)에 체결되며, 그립(50)을 따라 배치되는 액튜에이터 또는 트리거(58)를 포함한다. 트리거(58)의 작동 또는 움직임은 트리거(58) 이동의 정도에 상응하는 속도로 핸드피스(20)가 부착된 도구(30)를 프롬프팅(prompting) 한다. 이 점에 있어서, 트리거(58)는 그립(50)과 관련하여 배치되어 그립(50)이 사용자의 손에 쥐어져 있을 때, 사용자 손의 손가락(즉, 검지)은 손쉽게 트리거(58)와 접속할 수 있다. 이러한 배치는, 도구(30)를 트리거(58)의 위쪽 및 앞쪽으로 위치시키는 헤드(51)/노우즈(52)를 따라서, 전동식 핸드피스(20)에 피스톨 그립과 유사한 형상을 제공한다. 모드 선택 어셈블리(60)는 노우즈(52)에 의해 적재되는 액튜에이터 또는 회전 가능한 모드 선택 어셈블리 칼라(62; collar)를 포함하는 제1 칼라(62)를 포함한다. 칼라(62)의 수동 활성화 또는 회전은 선택된 방향 또는 모드(즉, 전방, 후방 또는 진동)로 핸드피스(20)가 도구(30)를 프롬프팅 하도록 한다. 전기적 케이블링(64)이 하우징(40)의 저부 단부(66)에서 연장되며, 전동식 핸드피스(20)의 여러 내부 부품들에 연결되는 하나 이상의 와이어 또는 케이블을 가지고 있다. 예를 들어, 케이블링(64)은 전력을 핸드피스 모터(숨겨짐)에 전달하는 전력 공급 케이블 또는 와이어들 및 트리거 어셈블리(56) 및/또는 모드 선택 어셈블리(60) 등과 함께 제공되는 다양한 센서들(미도시)에 연결되는 신호 케이블 또는 와이어들을 가질 수 있다. 또한, 자극기 어셈블리(68)는 저부 단부(66)에 장착되는 부품을 포함하며, 일반적으로 신경 통합 모니터링 모드에 사용되는 자극 에너지를 제공하는 케이블링(미도시)에 전기적 연결되도록 구성된다.

전동식 핸드피스(20)의 내부 부품들이 보다 상세하게 도 3a 내지 도 3c에 도시되며, 대체로 도구 연결 어셈블리(54), 트리거 어셈블리(56), 모드 선택 어셈블리(60), 모터(80), 기어 트레인(82) 및 메인 구동 샤프트(84)를 포함한다. 부품들 각각은 이하에서 더욱 상세히 설명된다. 일반적 표현으로, 도구 연결 어셈블리(54)는 선택된 도구(30)(도 1)를 구동 샤프트(84)와 선택적으로 장착 또는 연결한다. 사용자가 트리거 어셈블리(56)를 작동함에 따라, 모터(80)는 기어 트레인(82)을 통하여 구동 샤프트(84)(따라서 거기에 연결된 도구(30))를 프롬프팅 하도록 작동한다. 이 점에 있어서, 모드 선택 어셈블리(60)는 사용자에 의해 작동가능하여 원하는 회전 방향 또는 모드로 프롬프팅한다. 마지막으로, 다양한 전기적 신호들이 케이블링(64)을 통하여 전동식 핸드피스(20) 내외로 전송된다. 핸드피스(20)는 예를 들어 하우징(40)에 의해 적재되며 구동 샤프트(84)를 회전적으로 지지하는 추가적 부품들을 더욱 포함할 수 있다.

도 3a 및 도 3b에 최적으로 도시된 바와 같이, 구동 샤프트(84)은 원위 영역(90)을 특정하며, 중앙 루멘(92)을 형성한다. 루멘(92)은 도시된 바와 같이 구동 샤프트(84) 전체 길이에 대해 연장될 수 있으며, 또는 선택적으로 단지 원위 영역(90)에만 형성될 수 있다. 루멘(92)이 구동 샤프트(84) 전체에 걸쳐있는 구현예에서, 핸드피스(20)는 캐뉼러, 가이드 와이어 등이 구동 샤프트(84)(및 도구 연결 어셈블리(54))을 관통하여 삽입될 수 있는 캐뉼러 삽입 구성(cannulation feature)을 제공한다. 이와 무관하게, 원위 영역(90)은 어댑터 또는 수술용 도구(30)(미도시)의 접속 단부와 결합하도록 구성된 내부 결합 표면(94)을 형성한다. 결합 표면(94)은 도시된 정사각 드라이브와 같은 전동식 수술용 핸드피스들에 통상적으로 채용되는 다양한 형태를 상정할 수 있다.

도구 연결 어셈블리(54)

구동 샤프트(84)의 원위 영역(90)은 노우즈(52)로부터 돌출되며 도구 연결 어셈블리(54)를 수용하도록 구성된 외부 표면을 제공한다. 이를 고려하여, 도구 연결 어셈블리(54)의 구현예들은 플런저(110), 하나 이상의 도구 볼(112)들, 제2 또는 연결 어셈블리 칼라(114), 슬리브(116), 스프링(118), 하나 이상의 핀(102)들 및 도 3d에서 보다 상세하게 도시되는 커버(122)를 포함한다. 일반적 표현으로, 상기 플런저(110)는 로타리형 수술용 도구(즉, 도 1의 도구(30))의 접속 단부를 수용하도록 구성된다. 볼(112)들은 플런저(110)에 의해 적재되며 플런저(110)에 대해 도구 접속 단부를 로킹(locking)하기 위하여 칼라(114)에 의해 플런저(110)에 대해 반경 방향 안쪽으로 선택적으로 바이어스된다. 슬리브(116)는 칼라(114)의 영역을(아니면 볼들과 맞추어) 반경 방향 안쪽으로 선택적으로 힘을 가하기 위하여 칼라(114) 위에 슬라이딩 가능하게 배치된다. 스프링(118)은 도면에 도시된 바와 같이 (칼라(114)에 대하여) 슬리브(116)를 앞쪽 또는 잠김 배치(locked arrangement)로 바이어스하며, 핀(120)들은 칼라(114) 및 슬리브(116)를 서로에 대해 포획하도록 한다. 최종적으로, 커버(122)는 칼라(114)에 대해 핀(120)들을 포획한다.

플런저(110)의 일 구현예가 도 4a 내지 도 4f에 보다 상세하게 도시된다. 플런저(110)는 경질 물질(즉, 스테인레스 스틸)로 형성된 대체로 실린더형 보디이며, 선단 및 후단(leading and trailing ends; 132, 134)에서 개구되고 그 사이에서 연장되는 중앙 보어(bore; 130)를 한정한다. 상기 보어(130)는 대략 10°의 끼인각을 가지는 대체로 원추형 형상일 수 있다. 이와 관계없이, 보어(130)는 이하에서 기술되는 바와 같이 도구 접속 단부(미도시)의 표면 특성이나 형상에 대응하게 횡단면이(도 4e에서 최적으로 도시된 바와 같이) 곡선 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 4e의 단면과 관련하여, 보어(130)를 한정하는 플런저(110)의 내부 표면은 마주하는 평평한 면들 및 마주하는 곡선 또는 아치형 면(140a, 140b)들을 포함할 수 있다. 두 개의 평평한 면(138a, 138b)들 및 두 개의 아치형 면(140a, 140b)들이 도시되었으나, 많거나 적은 다른 숫자들도 또한 가능하다. 이하에서 명확해지는 바와 같이, 내부 표면(136)에 의해 특정되는 곡선 형상은 도구 접속 단부에 의해 제공되는 외부 형상에 대응한다. 도 4a에 최적으로 도시된 바와 같이, 가이드 슬롯(141)들은 평평한 면(138a, 138b)들과 함께 정렬된 위치의 선단(132)에 선택적으로 형성되며, 사용자에게 평평한 면(138a, 138b)들의 위치에 대한 시각적 가이드를 제공한다.

도 4e는 플런저(110)의 두께를 통하여 방사 방향으로 연장되고 보어(130)로 개방되는 홀들(142a 내지 142d)을 가장 잘 도시한 도면이다. 홀들(142a 내지 142d)은 대응되는 볼들(112)(도 4e에 보이지 않게 도시된 것 중의 하나)의 하나를 미끄러짐 가능하게 수용하도록 크기화되고 형상화된다. 홀들(142a 내지 142d)은 종방향으로 정렬될 수 있고, 바람직하게는 선단(132)에 가깝게 위치된다. 홀들(142a 내지 142d)의 크기 및 형상은 대응되는 볼(112)의 일부가 보어(130) 내로 돌출되는 것을 허용하지만, 볼(112)이 각각의 홀들(142a 내지 142d)을 통하여 전체적으로 통과하는 것을 방지한다. 네 개의 홀들(142a 내지 142d)이 도시되었으나, 더 많거나 더 적은 다른 개수들 또한 허용가능하고 볼들(112)의 개수에 대응된다. 도 4e에 의한 일 구현예에서, 홀들(142a 내지 142d)은 아치형 면들(140a, 140b)을 따라 위치되고 각각의 홀들(142a 내지 142d)은 평탄 면들(138a, 138b) 중 하나와 대응되는 아치형 면들(140a, 140b) 사이에 형성된 모서리에 바로 인접하여 위치된다.

플런저(110)는 후단부(trailing end; 134)에 인접한 원주 방향 슬롯(150)을 규정한다. 슬롯(150)은 플런저(110)의 외부로 개방되고, 대향 측벽들(152a, 152b)에 의해 형성된다. 후술하는 바와 같은 이유로, 슬롯(150)은 핀들(120)을 미끄러짐 가능하게 수용하도록 크기화되고 형상화된다(도 3a).

도 3d로 돌아가면, 볼들(112)이 대응되는 플런저 홀들(140a 내지 140d) 중 하나에 수용되도록 구성되고, 경화 물질로 형성된다. 임의의 구현예들에서, 볼들(112)이 전기적으로 비전도성 물질(예를 들어, 세라믹)로 형성되어 도구 연결 어셈블리(54)의 다른 부품들로부터 플런저(110)를 전기적으로 격리시킬 수 있다. 대안으로, 스틸(steel)과 같은 다른 경화 물질들 또한 수용가능하다.

칼라(114)는 일반적으로 플런저(110) 상에 수용되도록 크기화된 중앙 통로(160)을 형성하는 관형 몸체이다. 칼라(114)는 후단 영역(162), 중간 영역(164) 및 선단 영역(166)을 규정하는 것으로 보일 수 있다. 후단 영역(162)은 방사 방향으로 연장되는 플랜지(168)를 형성한다. 또한, 후단 영역은 구동 샤프트(84), 특히 구동 샤프트(84)의 원위 영역(90)을 탑재하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 칼라 후단 영역(162) 및 구동 샤프트 원위 영역(90)은 도시된 바와 같이 상보적 나사산(complimentary threads)을 형성할 수 있다. 칼라(114)를 구동 샤프트(84)로 탑재하기 위한 다른 구성들 또한 구상되는데, 이는 나사 결합을 수반하거나 수반하지 않을 수 있고, 추가 부품들을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.

중간 영역(164)은 후단 영역(162)으로부터 연장되고 수용 표면(170)을 형성한다. 수용 표면(170)은 플랜지(168)로부터 방사 방향으로 오프셋되고 후술하는 바와 같이 스프링(118)을 수용하도록 구성된다. 또한, 하나 이상의 트로프(troughs; 172)가 중간 영역의 두께를 통해 형성되고, 각각 대응되는 핀들(120)의 하나를 미끄러짐 가능하게 수용하도록 크기화된다.

선단 영역(166)은 중간 영역(164)으로부터 연장되고 선단부(174)에서 종결된다. 칼라(114)의 내부면(176)(달리, 통로(160)를 형성함)은 선단부(174)로 직경만큼 테이퍼진다. 적어도 선단 영역(166)은 방사 방향으로 탄성이고, 반경 방향으로 반복적으로 압축되는 것이 가능하며(즉, 도 3d에 반영된 직경에 대하여), 임의의 구현예들에서 반경 방향 바깥쪽으로 바이어스되도록 나타난다. 예를 들어, 선단 영역(166)에 가해진 압축력(예를 들어, 슬리브(116)에 의해)이 제거되면, 선단 영역(166)은 방사상 외향으로 자가 확장(self-expands)된다. 임의의 구조들에서, 이러한 탄성 바이어스는 정렬된 스프링 암들(spring arms)로서 선단 영역(166)을 형성하는 것에 의해 생성된다. 내부면(176)은 볼들(112)과 인터페이스하도록 구성된다. 또한, 홈(178)이 선단 영역(166)의 외부면을 따라 형성되고, 후술하는 이유로 슬리브(116)의 대응되는 특징을 선택적으로 수용하도록 구성된다.

슬리브(116)는 칼라(114) 상에 미끄러짐 가능하게 수용되도록 구성되고 중앙 통로(184)를 따라 후단 및 선단부들(180, 182)을 규정한다. 후단부(180)를 따르는 통로(184)의 직경은 선단부(182)를 따르는 직경보다 더 크고, 일반적으로 플랜지(168)의 외부 직경에 일치한다. 최종 어셈블리에서, 갭이 후단부(180)와 표면(170)을 수용하는 칼라 사이에 형성되고, 스프링(116)을 유지하도록 크기화된다. 접촉면(abutment surface; 186)이 선단부(182)로의 전이부(transition)에서 규정된다.

선단부(182)는 후단부(180)로부터 연장되고 단부(190)에서 종결된다. 통로(184)는 칼라(114)와 미끄러짐 가능하게 인터페이스되도록 선단부(182)를 따라 균일한 직경을 가질 수 있다. 하나 이상의 홀들(192)이 선단부(182)의 두께를 통해 형성되고, 대응되는 핀들(120)의 하나를 수용하도록 크기화되고 형상화된다.

스프링(118)은 나선형의 압축형(compression-type) 스프링일 수 있고 칼라(114) 상에 수용되도록 크기화된다. 후술하는 바와 같이, 최종 어셈블리에서, 스프링(118)은 칼라(114)에 대한 슬리브(116) 상에 편향력을 발생시킨다. 대안으로, 다른 부품들 또는 메커니즘들이 스프링을 포함하거나 포함하지 않는 소정의 편향력을 발생시키는 데 사용될 수 있다.

커버(122)는 슬리브(116) 상에 수용되도록 구성되고 다양한 형상 및 구조들을 가질 수 있다. 임의의 구현예에서, 커버(122) 및 슬리브(116)는 최종 어셈블리(예를 들어, 스냅 핏(snap fit))에서, 커버(122)가 마찰에 의하여 슬리브(116)에 잠기는 것과 같은 상보적 구성들(complimentary configurations)을 갖는다.

도구 연결 어셈블리(54)의 구조는 칼라(114)를 구동 샤프트(84)에 탑재하는 것을 포함한다. 볼들(112)은 플런저 홀들(142a 내지 142d)(도 4e)의 각각의 하나 내부에 위치되고, 플런저(110)는 칼라 트로프(172)와 종방향으로 정렬되는 슬롯(150)을 구비한 칼라 통로(160) 내에 배치된다. 스프링(118)은 칼라(114) 상에 배치되고 플랜지(168)를 지지한다. 슬리브(116)는 칼라(114) 상에 조립되는데, 플랜지(168)과 접촉면(186) 사이에서 스프링(118)을 포획한다. 또한, 슬리브 홀들(192)이 칼라 트로프(172)와 정렬된다. 이러한 정렬된 위치에서, 핀들(120)의 각각의 하나는 대응되는 트로프(172)를 통해 대응되는 홀들(192)의 하나 이내로 삽입되고 플런저 슬롯(150) 내로 삽입된다. 일단 삽입되면, 각각의 핀들(120)의 생크(200)는 플런저 슬롯(150) 내로 돌출되고, 헤드(202)는 슬리브 홀(192) 내에 안착(seated)된다. 이러한 배열에서, 핀들(120)은 슬리브(116)를 칼라(114)에 대하여 및 칼라(114)를 플런저(110)에 대하여 미끄러짐 가능하게 연결하거나 포획한다. 최종적으로, 커버(122)는 슬리브(116) 위에 조립되어 핀들(120)을 포획한다.

스프링(118)은 도구 연결 어셈블리(54)를 도 3d에 반영된 잠금 상태로 바이어스시킨다(bias). 특히, 칼라(114)가 종방향으로 구동 샤프트(84)에 고정되고 스프링(118)이 칼라 플랜지(168) 및 슬리브 접촉면(186)을 지지하기 때문에 스프링(118)은 칼라(114)에 대하여 원위 방향으로 슬리브(116)를 바이어스한다. 핀들(120)은 칼라(114) 및 플런저(110)에 대하여 슬리브(116)의 앞 또는 원위 부분을 제한하고 잠금 상태에서 플런저 측벽(152b)을 지지한다. 이러한 슬리브(116)의 전방 위치에서, 슬리브 선단부(182)는 칼라 선단 영역(166)을 지지하고, 칼라 내부 표면(176)을 볼들(112)에 대하여 반경 방향으로 압축한다. 볼들(112)은 차례로, 플런저 보어(130) 내로 밀려서 그 안에 삽입된 물체(예를 들어, 도구 접속 단부(tool interface end))를 마찰에 의해 결합한다.

볼들(112)은 도구 연결 어셈블리(54)를, 칼라(114)에 대하여 슬리브(116)를 수동으로 끌어당기는 것을 포함하는, 해제 상태로 전이시킴으로써 플런저 보어(130)로부터 해제될 수 있다. 스프링(118)의 힘을 극복하기에 충분한 미는 힘이 슬리브(116)에 인가되면, 슬리브(116)는 칼라(114)를 따라 근위 방향으로 미끄러진다. 이러한 근위 움직임에서, 슬리브 선단부(182)는 칼라 선단부(166) 상부로부터 후퇴되고 칼라 선단 영역(166)이 볼들(112)과의 강체 결합(rigid engagement)에서 벗어나 반경 방향으로 확장되는 것을 허용한다. 칼라 선단 영역(166)이 반경 방향 바깥쪽으로 확장되는 것은 칼라 그루브(178) 내에 수용된 슬리브 단부(190)에 의해 강화될 수 있다. 일단 볼들(112) 상의 내부 바이어스가 제거되면, 이전에 볼들(112)에 의해 결합되었던 물체는 도구 연결 어셈블리(54)로부터 손쉽게 제거될 수 있다.

수술용 도구들

핸드피스(20)(도 1)는 현재 이용가능한 많은 수술용 도구들(30) 또는 장래 개발될 수술용 도구들(30)과 구동되거나 그렇지 않으면, 인터페이스되어 사용될 수 있다. 본 출원에 의해 구상되는 도구(30)의 비제한적인 예시들은 드릴들, 탭들(taps), 드라이버들(drivers), 리덕션 너트 드라이버들(reduction nut drivers), 토크 멀티플라이어들(torque multipliers), 포스트 커터들(post cutters), 로드 커터들(rod cutters), 세트-스크류-브레이크-오프(set-screw-break-off) 도구들, 리섹터들(resectors), 디브리더들(debriders), 버들(burrs) 등을 들 수 있다.

상술한 바와 같이, 플런저 보어(130)(예를 들어, 도 4e의 평탄 표면들(138a, 138b)의 크기 및 형상은 임의의 구현예들에서 핸드피스(20)와 사용되는 도구의 접속 단부의 크기 및 형상에 대응된다. 예를 들어, 도 5a 내지 도 5c는 본원에 개시된 핸드피스들과 사용되는 로터리형 수술용 도구들(210, 210')의 일부를 도시한다. 도구(210)는 일반적으로 핸드피스 접속 단부 또는 단부 부분(214)를 형성하거나 규정하는 도구 샤프트(212)를 포함한다. 접속 단부 부분(214)은 포스트(220), 체결부(222) 및 숄더(224)를 포함하거나 규정한다. 포스트(220)는 구동 샤프트 체결 표면(94)(도 3a)에 연결되도록 구성되고, 따라서 두 개 이상의 평탄 표면들(226)을 형성한다. 포스트(220)는 적어도 접속 단부 부분(214)을 따라 도구 샤프트(212)의 나머지의 외부 직경/외부 수치보다 작은 외부 직경/외부 수치를 갖는다. 체결부(222)는 플런저 보어(130)에 맞도록 크기화 및 형상화된다. 따라서 굴곡진 표면들(230)에 의해 원주 방향으로 분리된 외부 플랫들(flats; 228)을 형성하고 규정한다. 도구(210)는 플랫들(228)이 숄더(224)에서 종결되는 종래의 접속 단부(214)를 포함할 수 있지만, 그럼에도 불구하고, 하기 도 6을 참조하여 후술하는 바와 같이, 도구(210)는 본원 명세서에 개시된 플런저(110)와 상호작용한다. 도 5d는 핸드피스 접속 단부 부분(214')을 구비한 다른 도구(210')의 일 구현예를 도시한다. 도구(210')는 두 개 이상의 평탄 표면들(226, 228)을 포함한다. 플랫들(226, 228)은 도구(210)와 마찬가지로 만곡진 표면들(230)에 의해 원주 방향으로 분리될 수 있다. 그러나, 도구(210)와 달리 도구(210')는 유리하게, 멈춤쇠(detents), 홈(grooves), 오목 자국(indentations) 또는 숄더(224)와 같이 일반적으로 도구(210') 또는 접속 단부(214')의 표면으로부터 내부적으로 돌출되는 부분을 형성하는 다른 기하학적 구조를 포함하지 않을 수 있다. 이와 같이 잘 알려진 움푹 들어간 곳, 홈, 자국 등은 핸드피스 또는 전동 수술 기구와 상호작용하여 도구를 기구에 연결하도록 구성될 수 있다. 반대로 핸드피스(20)의 구조 및 특히 도구(210')의 구조에 의해, 도구(210') 또는 도구 접속 단부(214')는 "베어(bare)" 샤프트로 고려될 수 있다. 이러한 구성에서, 도구(210')는 유리하게, 플런저(110)와 상호작용할 수 있는데, 플런저(110)는 후술하는 바와 같이 볼들(112)과 초기 체결에 의해 평탄 표면들(예를 들어, 226, 228)에서 도구 샤프트(212)를 고정할 수 있다. 설명한 바와 같이 베어 샤프트(및/또는 접속 단부(214'))을 제공하는 것은 또한, 도구(예를 들어, (210'))를 보다 경제적으로 디자인할 수 있고, 제조할 수 있다는 이점을 갖는다. 임의의 비제한적인 구현예들에서, 도구 샤프트(212, 212')는 대략 5/16 inch의 직경을 갖고, 플랫(228)은 플랫(228)을 가로질러 대략 7mm이다. 도구(210')가 네 개의 플랫(228)을 구비한 것으로 도시되었으나, 더 적은 수 또는 더 많은 수 또한 가능하다(예를 들어, 두 개의 플랫들(228)). 접속 단부(214')는 본원 명세서에 기술되고 참조된 임의의 유형의 도구를 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

도 6은 도구 접속 단부 부분(214)과 플런저(110) 사이의 관계를 나타낸다. 이러한 관점에서, 도구 접속 단부 부분(214)은 두 개의 플랫들(228)을 갖는 것으로 구성되고 플런저 보어(130)로 삽입되도록 갖추어진다. 도 4e 및 도 5b를 추가로 참조하면, 플랫들(228)은 평탄 표면들(138a, 138b)의 각각의 하나와 정렬된다. 플런저(110) 상의 가이드 슬롯들(141)은 사용자가 가시적으로 평탄 표면들(138a, 138b)의 위치를 식별할 수 있도록 도와준다. 도구 접속 단부 부분(214)이 플런저 보어(130) 내로 삽입됨에 따라, 플랫들(228)은 평탄 표면들(138a, 138b)을 따라 미끄러진다(그리고, 만곡진 표면들은 아치형 표면들(140a, 140b)을 따라 미끄러진다.). 일단 포스트(220)가 구동 샤프트(84)에 의해 체결되면(도 3a), 삽입이 완결되고 도구 연결 어셈블리(54)는 상술한 바와 같이 잠금 상태로 전이된다. 잠금 상태에서, 볼들(112)은 방사방향 내부 힘을 체결 부분(222)으로 인가하고, 마찰에 의해 도구 샤프트(212)를 플런저(110)에 고정시키는데, 볼들(112)은 칼라(114)(도 3d)와 도구 샤프트(212) 사이에 효과적으로 웨지(wedged)된다. 이러한 접근에서, 도구 연결 어셈블리(54)는 "베어" 도구 샤프트(즉, 움푹 들어간 곳 또는 다른 기하학적 구조가 도구 샤프트(212)에 요구되지 않음)를 유리하게 유지할 수 있다. 이는 볼들(112)에 의한 초기 체결시 도구 샤프트(212)를 고정할 수 있는 것으로 인하여 독특한 안전상의 특징을 제공한다.

트리거 어셈블리(Trigger Assembly)

도 3a 및 도 3b로 돌아가면, 트리거 조립체(56)는 일반적으로 사용자가 원하는 다양한 속도에서 모터(80)(이에 따라 구동 샤프트(84) 및 거기에 조립된 도구의 회전)의 작동을 프롬프팅(prompting) 하도록 구성된다. 참조로, 임의의 구현예에서 트리거 조립체(56)는 모터(80)에 직접 연결되지 않고, 대신 사용자에 의한 바람직한 동작의 지시에 따라 정보를 컨트롤러(24)(도 1)로 발생시키거나 신호화하고, 그렇지 않으면, 트리거 조립체(56), 컨트롤러(24)와 인터페이싱하고, 차례로 받은 정보에 대응하여 모터(80)의 동작을 프롬프팅 또는 파워링(powering) 한다.

도 7에 보다 상세하게 도시어 있는 바와 같이, 트리거 어셈블리(56)는 트리거(58), 트리거 위치 서브-어셈블리(250)(일반적으로 참조됨) 및 용량형 스위치 서브-어셈블리(capacitive switch sub-assembly; 252)(일반적으로 참조됨)를 포함한다. 일반적으로, 그립(50)에 대한 트리거(58)의 위치는 트리거 위치 서브-어셈블리(250)에 의해 감지되고, 트리거 위치 서브-어셈블리(250)는 제어기(24)(도 1)로 감지된 위치의 지시에 의해 신호를 발생시킨다. 예를 들어, 사용자의 손가락으로 트리거(58)를 누르는 것과 같이, 트리거(58)가 그립(50)에 대하여 이동하는 것에 의해, 제어기(24)는 대응하는 구동 모터 속력 또는 속도로 트리거 위치 서브-어셈블리(250)로부터의 위치 정보를 변화시키고, 모터(80)(도 3a)를 프롬프팅하거나 파워링하여 정해진 속도에서 작동시킨다. 용량형 스위치 서브-어셈블리(252)는 사용자의 손가락이 트리거(58)에 접촉(또는 접촉하지 않음)하는 지시에 의해 정보를 제어기(24)로 신호화한다. 따라서, 용량형 스위치 서브-어셈블리(252)는 안전 정지 장치로서의 역할을 하고, 용량형 스위치 서브-어셈블리(252)가 사용자의 손가락이 트리거(58)와 접촉하지 않는 것으로 지시하면, 제어기(24)는 자동으로 모터(24)의 동작을 멈추도록 프로그램화된다.

트리거(58)는 다양한 형태로 형성되어 사용자의 손가락과 인체공학적-보정(ergonomically-correct)에 의해 인터페이스할 수 있고, 후술하는 이유로 폴리머 물질로 만들어질 수 있다. 임의의 구현예에서, 트리거(58)는 트리거 어셈블리(56)의 격벽(bulkhead; 254) 부품에 의해 이동되고, 차례로 그립(50)에 장착된다. 대안으로, 트리거(58)는 그립(50)에 직접 조립될 수 있다. 이와 상관없이, 트리거(58)는 힌지 핀(hinge pin; 256)에 의해 그립(50)에 피봇식으로 유지되고, 힌지 핀(256)에 의해 규정된 축 둘레로 회전가능하다. 선택적으로, 낮은 마찰, 내구성, 고온 열가소성 슬리브(258)가 힌지 핀(256)을 둘러싸서 핸드피스(20)가 존재하는 동안, 조직 및 이물질(debris)에 의해 오염되었을 때조차도 트리거(58)의 신뢰성 있는 작동을 제공한다.

트리거(58)는 스프링(260)에 의해 그립(50)에 대하여 도시된 정상 회전 위치로 바이어스될 수 있다. 스프링(260)은 트리거(58)와 격벽(254) 사이에 위치되고 트리거(58)를 도시된 "정지" 위치로 한다. 스프링(260)에 의해 발생하는 반응력은 적용되는 사용자 집단의 생체인식한계(biometric limits) 이내이다(즉, 스프링 바이어스는 사용자의 검지를 통해 또는 그립(50)을 파지(把持)하는 것을 통해 트리거(58)에 인가된 압착력(squeezing force)에 의해 극복될 수 있다).

트리거 위치 서브-어셈블리(250)는 다양한 형태로 형성되어 그립(50)에 대한 트리거(58)의 회전 위치를 나타내는 신호를 발생시키는데, 임의의 구현예들에서 자석(262), 홀 센서(Hall sensor; 264) 및 인쇄 회로 기판(PCB; 266)을 포함한다. 자석(262)은 희토류 원소 물질로 만들어지고 트리거(58)에 고정된다. 자석(262)은 정적 자속 배열(static magnetic flux array)을 제공한다. 홀 센서(264)는 트리거(58)에 대한 고정 위치에서 유지되고, 자석(262)의 자속 밀도를 감지하고 감지된 자속 밀도에 비례한 전기적 신호를 발생시키도록 적용된다. 따라서, 트리거(58)가 이동하면, 홀 센서(264)에 의해 감지된 자속 밀도는 변화한다. PCB(266)는 이동하거나 홀 센서(264)에 연결되고, 홀 센서(264)로부터 케이블링(cabling; 64)(도 2a)에 의해 이동된 다른 배선(wiring)(미도시)으로 신호를 이동하여, 궁극적으로 제어기(24)(도1)로 신호를 이동하는 전기 회로망(미도시)를 제공한다. 홀 센서(264) 및 PCB(266)는 "후방(behind)" 에 위치되거나 격벽(254) 내에(또는 그립(50) 내에)위치될 수 있고, 액체 밀봉(liquid seal)이 제공된다. 트리거(58), 힌지 핀(265), 스프링(260) 및 자석(262)은 밀봉된 그립(50)의 외부에 위치되고 쉽게 세정된다(예를 들어, 오토클레이브 증기(autoclave steam) 및 세정제에 노출됨).

몇몇 구현예들에서, 부가적인 환경 홀 센서(environmental Hall sensor; 268)(도 3a)가 통합되어 트리거 위치 홀 센서(264)에 의해 간섭된 모터 자기장을 감소시킨다. 이러한 선택 구조에서, 제어기(24)(도 1)는 트리거 위치 홀 센서(264)의 전압 출력으로부터 환경 홀 센서(268)의 전압 출력을 빼도록 프로그래밍되어 위치 서브-어셈블리 회로(266)의 간섭에 의한 모터 자기장을 대폭 감소시키고 매끄러운 속력 조절을 가능하게 한다. 환경 홀 센서(268)는 트리거 홀 센서(264)로부터 임의의 거리로 이격된 고정 위치에 위치되어 트리거 자석(262)으로부터의 신호 방해를 최소화한다.

용량형 스위치 서브-어셈블리(252)는 트리거(58) 상의 사용자 손가락의 존재를 감지할 수 있는 다양한 형태를 취할 수 있고, 일부 구현예에서는 트리거 접촉 플레이트(270), 스프링(260), 외부 격벽 접촉 플레이트(272), 내부 격벽 접촉 플레이트(274)(일반적으로 참조), 및 PCB(266)를 포함한다.

트리거 접촉 플레이트(270)는 트리거(58) 내에 탑재된 전기전도성 용량형 패드이다. 도시된 바와 같이, 트리거 접촉 플레이트(270)는 트리거(58)의 외표면(276)에 근접하여 가까이 위치되어, 사용자가 의도적으로 트리거(58)를 동작시키거나 터치할 때, 사용자 손가락의 예상 위치에 바로 가까이에 존재한다.

외부 및 내부 격벽 플레이트들(272, 274)도 전기전도성 용량형 패드이고, 격벽(254)의 대향하는 측면들에 탑재된다. 격벽(254)은 폴리머 재료일 수 있고, 격벽 플레이트들(272, 274)은 폴리머 격벽(254)에 걸친다. 따라서 내부 격벽 플레이트들(274)은 액체 밀봉 그립(50) 내에 위치된다. 더욱이, 내부 격벽 플레이트들(274)은 PCB(266)에 의해서 운반되는 회로(미도시)에 전기적으로 연결되고, 다음으로 내부 격벽 플레이트들(274)로부터 신호를 케이블링(64)(미도시)에 의해서 운반되는 다른 배선(미도시) 및 궁극적으로 제어기(24)(도 1)에 전송한다.

세 개의 접촉 플레이트들(270, 272, 274)을 전기전도성 용량형 패드로 형성함으로써, 직렬의 두 개의 캐패시터들이 만들어진다. 스프링(260)은 트리거 접촉 플레이트(270)와 외부 격벽 접촉 플레이트(272) 사이에서 용량형 변화를 수행하는 역할을 담당하고, 격벽(254)에 걸치는 격벽 플레이트들(272, 274)은 효과적으로 스프링(260)과 PCB(266) 사이의 직접적인 연속성을 제공한다.

위와 같은 구성에 의해서, 사용자 손가락이 트리거와 접촉되어 발생되는 트리거 외표면(276)에서의 전기 전하(또는 전기 전하의 부재)가 플레이트들(270, 272) 및 스프링(260)에 의해 캐패시턴스의 변화로 "감지"된다. 용량형 스위치 서브-어셈블리(252)는 신호를 이러한 변화하는 캐패시턴스의 함수로 제어기(24) (도 1)로 전송하여, 사용자의 손가락이 트리거(58)와 접촉되었는지 또는 접촉되지 않았는지를 표시한다. 제어기(24)는 사용자가 모터(80)(도 3a)를 동작시키기를 원하지 않는 것을 나타내는 표시로서의 트리거(58) 상의 사용자의 손가락의 소정의 부재(determined absence)를 지정하여, 모터(80)를 즉시 끌 수 있도록 프로그래밍될 수 있다. 다시 말해서, 제어기(24)는 용량형 스위치 서브-어셈블리(252) 신호가 사용자의 손가락이 트리거(58)로부터 떨어졌다는 것에 해당되는 경우 모터(80)를 멈추도록 프로그래밍될 수 있다. 따라서 용량형 스위치 서브-어셈블리(252)는 안전 멈춤장치(safety stop) 기능을 수행한다. 트리거 캐패시턴스는 전기전도성 구성 요소들에 의해서 PCB(266)(및 다음으로 제어기(24)에) 단일의 또는 복수의 전도성 및/또는 용량형 플레이트들을 통해서 전달되고, 선택적으로 스프링(260)을 포함한다. 용량형 플레이트(들)(예컨대, 플레이트들(270 내지 274))은 밀봉된 압력 용기에 걸쳐서, 패스-쓰루-실(pass-thru seal)(즉, 가능한 누설 경로를 제거)의 필요성을 배제한다.

일부 구현예에서, 안전성을 제고하기 위해서, 제어기(24, 도 1)는 트리거 위치 서브-어셈블리(250) 및 용량형 스위치 서브-어셈블리(252)로부터의 신호가 반전되도록 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 제어기(24)는 두 개의 신호들 가운데 하나가 증가하는 전압을 갖는 반면에, 다른 신호는 감소하는 전압을 갖는 경우에 유효한 "동작(run)" 조건(예컨대, 모터(80)가 활성화됨)을 요구하도록 프로그래밍될 수 있다. 이러한 조건들이 정해진 시간에 충족되지 않으면, 제어기(24)는 모터(80)의 동작을 배제한다. 대안으로, 제어기(24)는 하나의 신호로부터의 정보를 다른 신호로부터의 정보와 상관시키는 과정을 포함하거나 포함하지 않을 수 있는 매우 광범위한 다른 수단들에 의해서 트리거 위치 서브-어셈블리(250) 및 용량형 스위치 서브-어셈블리(252)로부터의 신호들을 해석하고, 그러한 신호들에 의하여 동작되도록 프로그래밍될 수 있다.

모드 선택 어셈블리(Mode Selection Assembly)

도 3a 및 도 3b로 돌아가면, 모드 선택 어셈블리(60)는 통상적으로 사용자가 원하는 동작 모드 또는 회전 방향을 용이하게 선택하게 하고, 선택된 모드/방향을 제어기(24, 도 1)에 신호를 보내도록 구성된다. 제어기(24)는, 다음으로, 선택된 모드/방향에 따라서 모터(80)의 동작을 촉발하도록 프로그램된다. 이러한 것을 감안하면, 일부 구현예에서, 모드 선택 어셈블리(60)는 칼라(62), 링(300), 자석(302), 하나 이상의 홀 센서(304), 및 인쇄 회로 기판(PCB; 306)을 포함한다. 일반적으로, 링(300)은 자석(302)을 운반하고, 칼라(62)에 탑재된다. 칼라(62)는, 다음으로, 노즈(52)에 또는 노즈(52)를 따라서 하우징(40)에 회전가능하게 결합되고, 샤프트(84)의 축 둘레로 회전가능하다. 홀 센서들(304)은 칼라(62)의 회전에 의한 자석(302)의 위치상의 변화를 검출하고, 해당하는 정보를 PCB(306)를 거쳐서 제어기(24)에 신호를 보낸다.

칼라(62)는 다양하게 구성될 수 있는데, 일부 구현예에서, 그립(50)을 잡는 사용자 손의 손가락에 의한 인체공학적 인터페이스를 편하게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 칼라(62)는 트리거(58)에 바로 인접하거나 "위"에 하우징(40)에 조립되도록 구성될 수 있다. 이러한 위치에서, 트리거(58)를 조작하는 데 이용되는 사용자의 손가락(예컨대, 검지)은 칼라(62)에 접속될 수 있다. 도 2a 및 도 2b에 추가로 도시된 바와 같이, 칼라(62)는 베이스(314)로부터 일반적으로 반경 방향으로 돌출되는 윙들(310, 312)을 운반하거나 형성할 수 있다. 최종 조립 시에, 윙들(310, 312)은 사용자의 손가락을 수용하기 위해서 편하게 위치되어, 칼라(62)의 원하는 방향(예컨대, 사용자의 손가락이 칼라(62)를 제1 방향으로 회전시키기 위해서 제1윙(310)을 누르고, 제2 방향으로 회전시키기 위해서 제2 윙(312)을 누름)으로의 사용자-유발 회전을 용이하게 한다.

도 8에 더 반영되어 있는 바와 같이, 하우징(40)은 특정 동작 모드 또는 회전 방향에 의한 칼라(62)의 회전 위치를 하우징(40)에 대해서 시각적으로 연관 짓는 표시를 디스플레이할 수 있다. 예를 들어, 상기 "표시"는 "정방향(forward)" 표시(320)(예컨대, 시계 회전 방향), "역방향(reverse)" 표시(322)(예컨대, 반시계 회전 방향), 및 "진동" 표시(324)(예컨대, 동작의 진동 모드)를 포함할 수 있다. 칼라(62)는, 다음으로, 선택기 표시(326)를 운반하거나 디스플레이할 수 있다. 아래에서 명확해지는 바와 같이, 제어기(24)(도 1)는 선택기 표시(326)가 전방 표시(320)에 맞추어 조정되는 것을 가리키는 정보에 의해서 신호될 때, 모터(80)(도 3a)를 전방 회전 방향 모드로 동작시키고; 선택기 표시(326)가 역방향 표시(322)에 맞추어 조정되는 것을 가리키는 정보에 의해서 신호될 때, 모터(80)를 역회전 방향 모드로 동작시키고; 선택기 표시(326)가 진동 표시(324)에 맞추어 조정되는 것을 가리키는 정보에 의해서 신호될 때, 모터(80)를 진동 모드로 동작시키도록 프로그램된다. 모드 선택 어셈블리(60)는 예를 들어, 아래에서 링(300)과 관련하여 후술하는 바와 같은, 하우징(40)에 대한 칼라(62)의 회전 이동에 대한 기계적 제어를 제공하기 위한 다른 추가의 구성요소들을 포함할 수 있다.

도 3a 및 도 3b를 구체적으로 참조하면, 링(300)이 칼라(62)에 탑재되고, 하우징(40)에 대해 슬라이딩 가능하게 수용된다. 자석(들)(302)은 링(300)에 대해서 고정되는데, 예를 들어, 자석(들)(302)은 링(300)내에 임베드될 수 있다. 다음으로 최종 조립 시에, 자석(들)(302)은 링(300)을 통해서 칼라(62)에 정적으로 고정된다.

상술한 바와 같이, 모드 선택 어셈블리(60)는 링(300)에 의해서 접속되는 추가 구성요소들을 포함할 수 있고, 칼라(62)의 이동에 대한 기계적 제어를 제공한다. 예를 들어, 도 3a에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이, 링(300)은 하우징(40)에 탑재된 핀(332)을 슬라이딩 가능하게 수용하도록 구성된 슬롯(330)을 형성할 수 있다. 핀(332)은 그것이 슬롯(330)의 단부에 접촉할 때, 링(300) 및 그에 따라서 칼라(62)의 이동을 제한한다. 더욱이, 링(300)은 하우징(40)에 조립된 플런저 장치(336)를 선택적으로 수용하도록 구성된 움푹 들어간 곳(334)(그 중 하나는 도 3a에서 볼 수 있다)을 형성할 수 있다. 플런저 장치(336)는 스프링(338), 시트(340), 및 볼(342)을 포함할 수 있다. 볼(342)은 시트(340)에 의해서 운반되고, 각각의 홈(334) 내에 수용되는 크기로 형성된다. 스프링(338)은 시트(340), 그에 의해서 볼(342)을 링(300)쪽으로 기울인다. 끝으로, 각각의 홈(334)의 위치는 각각의 동작 모드들 중 하나에 대응된다. 예를 들어, 칼라(62)가 칼라 선택기 표시(326)(도 8)가 전방 표시 320(도 8)에 맞추어 조정되도록 배열되면, 홈(334)중 첫 번째 것이 볼(342)과 맞추어 지고, 볼(342)은 홈(334)과 체결되도록 편향될 것이다. 따라서 플런저 장치(336)는 홈(334)과 함께 각각의 선택된 모드 또는 동작 방향에서 칼라(62)의 포지티브 인게이지먼트(positive engagement)를 제공하고, 금속으로 제작되어 들을 수 있고 촉감할 수 있는 피드백을 제공할 수 있다. 또한 도면에서 명확하게 도시되어 있지는 않지만, 모드 선택 어셈블리(60)는 손가락 힘이 칼라(62)로부터 제거될 때, 링(300) 또는 칼라(62)에 힘을 가해서, 칼라(62)를 전방 위치로 바이어스시킬 수 있는 코일 압축 스프링을 포함할 수 있다.

자석(302)은 희토류 물질로 제조되고, 정적 자속 배열(static magnetic flux array)을 제공한다. 이 배열은 자석(302)에 대하여 정적이고, 자석(302)은 링(300)을 통하여 칼라(62)에 대하여 고정된다. 칼라(62)가 회전함에 따라, 자속 배열은 자석(302)과 함께 회전한다.

홀 센서(304)는 하우징(40)에 대하여 고정된 위치에서 PCB(306)에 장착되고, 자석(302)의 자속 밀도를 감지하도록 구성된다. 홀 센서(304)에 의해 생성된 전기 신호는 감지된 자속 밀도와 비례한다. PCB(306)는 홀 센서(304)를 운반하거나, 홀 센서(304)에 접속되고, 홀 센서(304)로부터의 신호를 전달하는 회로(미도시)를 케이블링(64)에 의해 운반된 다른 배선(미도시)에 제공하며, 최종적으로 제어기(24)에 제공한다(도 1).

도 9는 모드 선택 어셈블리(60)를 도식적으로 예시한다. 칼라(62)는 사용자의 검지 또는 기타 손가락(350)에 의한 작동을 통하여 하우징(40)에 대한 세 가지 모드 위치들 사이에서 회전한다. 사용자의 검지(350)의 완전한 구부림부터 사용자의 검지(350)의 완전한 펴기로 이동하는 세 가지 모드들은 전진, 진동 및 후진이다. 칼라(62)는 적용 가능한 사용자 생체 정보에 적절한 검지 힘을 통하여 회전한다. 홀 센서(304)들은 각각 자석(302)의 감지된 자속 밀도에 비례하는 전기 신호를 생성하는데, 이는 칼라(62)의 회전 위치의 함수이다. 제어기(24, 도 1)는 사용자가 요구하는 모드 또는 작업 방향을 결정하는 데 있어서 이렇게 생성된 신호들을 해석하고, 이어서 모터(80, 도 3a)가 이러한 선택에 따라 작동하는 것을 유도하도록 프로그램된다.

보다 일반적인 조건에 있어서, 모드 선택 어셈블리(60)는 회전 가능한 칼라(62)를 사용자 손의 검지 또는 그립(50)의 파지 범위 이내에서 전자-기계적 스위치로서 제공하도록 구성된다. 어셈블리(60)는 피드백 예를 들면 모터/도구 방향(예: 전진, 후진, 또는 진동), 모터 안정 정지, 제어기(24) 내에서의 값의 재설정 및/또는 단일의 제어기(24)에 의해 전기적으로 접속된 복수의 핸드피스들 중에서 작동, 비작동 또는 순환을 제어기(24, 도 1)에 제공한다. 자석(302)(또는 각각에 대하여 고정된 자석(302)의 배열)과 다수의 홀 센서(304)의 장치는 서로에 대하여 고정되는데, 자석/자석 배열은 수동 조작에 의해 센서/센서 배열에 대하여 움직인다. 상대 변위는 제어기(24) 내에서 함수를 제어하는 전압 신호로 변환된다. 상대 운동은 단일 회전 또는 변환(translation), 또는 약 3개의 직교 축에 대한 회전과 3개의 직교 축을 따르는 변환을 포함하는 다수의 컴플렉스일 수 있다.

임의로, 그리고 추가된 안정성을 위해, 홀 센서(304)로부터의 신호는 전진 및 후진 방향들에 대하여 개별적으로 반전될 수 있다. 예를 들면, 전진 상태 또는 모드에 있어서, 홀 센서(304)의 제1 센서는 고전압을 나타내어야 하는 반면, 홀 센서(304)의 제2 센서는 저전압을 나타내어야 한다; 후진 상태에 있어서, 제1 홀 센서(304)는 저전압을 나타내어야 하는 반면, 제2 홀 센서(304)는 고전압을 나타내어야 한다. 이러한 접근방법으로 단일의 단축 이벤트는 후진 "명령"으로서 부정확하게 표시된 전진 "명령"을 제어기(24, 도 1)에 전하지는 않을 것이다(그 반대도).

모터 어셈블리

도 3a 내지 도 3c로 돌아가서, 모터(80)는 츨력 샤프트(382), 단부 캡(384a, 384b) 및 와이어(386a 내지 386c)를 추가로 포함할 수 있는 모터 어셈블리(380)의 일부로서 제공된다. 모터(80)는 충분한 기계식 동력을 출력 샤프트(382)로 제공하도록 구성된 무브러시 전기 모터이다. 홀 센서는 모터(80)에 임의로 존재할 수 있다. 모터(80)는 오직 3개의 와이어(386a 내지 386c)에 임의로 접속되며, 각각의 상에 대하여 하나씩이다.

출력 샤프트(382)는 모터(80)에 의해 회전 가능하게 구동한다. 기어 티쓰(388)는, 아래에서 설명하는 바와 같이, 출력 샤프트(382) 속으로 직접 형성되어 기어 트레인(82)과 상호작용하여 피니언의 역할을 할 수 있다.

단부 캡(384a, 384b)은 증기와, 기계적 샤프트 실(390) 및 주입 가능한 중합체 실란트(392)와 배합된 증기 응축물로부터 모터(80)를 밀폐한다. 실란트(392)가 모터(80)의 볼 베어링을 오염시키는 것을 방지하고 단부 캡(384a, 384b)에서 모터 실장 스크류 구멍을 밀폐하는 편평한 중합체성 개스킷(394)을 제공할 수 있다. 따라서, 단부 캡(384a, 384b)은 모터(80)의 밀폐에 도움이 되고 샤프트 실(390), 실란트(392) 및 개스킷(394)에 위치 특징을 제공한다.

기어 트레인

기어 트레인(82)은 모터 출력 샤프트(382)의 회전을 구동 샤프트(84)로 이동시키기에 적합한 다양한 형태들을 추정할 수 있다. 계류 중인 출원에서 상상된 한 가지 실시양태에 있어서, 기어 트레인(82)은 제1 스테이지 유성 세트(400), 제2 스테이지 베벨 세트(402) 및 제3 스테이지 유성 세트(404)를 포함하는 기어 감속 시스템이다. 도 10의 간단하게 도식화된 도면을 추가로 참조하면, 스테이지(400 - 404)는, 최소 출력 샤프트(84) 속도 요건에 부합하면서, 모터(80) 토크를 필요한 출력 샤프트 토크로 증가시킨다.

모터 출력 샤프트(382)에 의해 제공된 피니언(388)은 제1 스테이지 유성 세트(400)의 선 기어의 역할을 한다. 피니언/선 기어(388)는 제1 스테이지(400)용 캐리어의 역할을 하는 환상 기어 내에서 유지되는 유성 기어(410)와 나사에 의해 상호작용한다. 제1 스테이지(400)의 기어의 피치, 감속비 및 재료는, 허용 가능한 수준 이내에서 투쓰 스트레스를 유지하면서, 높은 감속과 작은 크기를 전달하도록 선택된다.

제2 스테이지(402)의 베벨 피니언 기어(430)는 제1 스테이지(400)의 캐리어와 직접 맞물린다. 평가의 기준으로서, 베벨 피니언 기어(430)는 모터 출력 샤프트(382)와 동일한 속도로 회전하지 않는다. 베벨 기어(432)의 티쓰는 베벨 피니언 기어(430)의 티쓰와 상호작용하는데, 베벨 기어(432)는 제3 스테이지(404)에 대한 출력의 역할을 한다. 제2 스테이지(402)의 피치와 감속비 그리고 재료는, 투쓰 스트레스를 허용 가능한 수준 이내에서 유지하면서, 높은 감속과 작은 크기를 전달하도록 선택된다. 추가로, 각각의 베벨 기어(430, 432)는 베벨 기어(430, 432)가 경험한 반경 방향 및 트러스트 하중에 대하여 적절하게 반응할 수 있는 베어링에 의해 지지된다.

제3 스테이지(404)는 베벨 기어(432)와 직접 맞물리는 스핀들 드라이브의 역할을 하는 티쓰를 형성하는 선 기어(440)를 포함한다. 추가로, 선 기어(440)는 구동 샤프트(84)와 직접 맞물리는 캐리어(444)를 갖는 유성 기어 어셈블리(442)의 일부를 형성한다.

자극기 어셈블리

도 3a를 참조하면, 자극기 어셈블리(68)는 일반적으로 전기 전류 자극 경로를 구동 샤프트(84)에 제공하며, 따라서 구동 샤프트(84)에 설치된 수술용 도구(도시하지 않음)에 제공하도록 구성된다. 몇몇 실시양태에 있어서, 그리고 도 11을 참조하면, 자극기 어셈블리(68)는 슈라우드 또는 포트(460), 핀(462), 배선(464, 도 3a에서 숨김) 및 접촉 서브-어셈블리(466)를 포함한다. 슈라우드(460)는 (예를 들면, 나사산(468)을 통하여) 하우징(40)에 설치되도록 구성되고, 핀(462)을 유지한다. 핀(462)은 전기 전도성 금속(예: 황동)으로 제조된다. 정반대로, 슈라우드(460)는 금속 핀(462)을 보호하고 금속 핀(462)을 하우징(40)으로부터 절연하는 내구성 고온 절연재료로 구성된다. 슈라우드(460)와 핀(432)은 통상적인 입력 플러그(도시하지 않음)를 개별적인 동력원으로부터 수용하여 전기적으로 상호작용하도록 성형되고 치수가 부여된다.

배선(464)은 핀(462)으로부터의 자극 에너지를 접촉 서브-어셈블리(466)로 전달하는 절연 와이어를 포함한다. 와이어는 핀(462)과 접촉 서브-어셈블리(466)에 직접 납땜질될 수 있다.

접촉 서브-어셈블리(466)는 배선(464)으로부터의 자극 에너지를 구동 샤프트(84)로 전달하도록 구성된 다양한 형태를 추정할 수 있다. 한 가지 실시양태에 있어서, 접촉 서브-어셈블리(466)는 컨택 하우징(470)과 슬립 링(472)을 포함한다. 슬립 링(472)은 전기 전도성, 내식 및 내마모성 금속 재료(예: 황동)로 구성되며, 구동 샤프트(84) 위에 배치되어 치수가 부여된다. 컨택 하우징(470)은 슬립 링(472)을 유지하고 배선(464)과의 접속을 위해 솔더 컵을 제공한다.

위의 구성에 있어서, 자극기 어셈블리(68)는 적절한 자극 에너지를 구동 샤프트(84)에 전달할 수 있다. 이렇게 제공된 자극 에너지는 구동 샤프트(84)로부터 샤프트(84)에 설치된 전기 전도성 도구에 전도되어 각종 수술 프로토콜(예: 신경 통합 모니터링(NIM))을 수행한다. 자극 에너지는 샤프트(84)가 회전하거나 정지되어 있는 도구에 제공될 수 있다. 핸드피스(20)는 자극 에너지를 구동 샤프트(84)로 전달하는 슬립 링(472)을 사용하는 것으로 기재되어 왔지만, 전기 접촉은 기타의 구성(예: 경사진 오일 링 또는 브러시)과 함께 설정될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 그리고 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 구동 샤프트(84)는 중합체 또는 세라믹 쉬쓰(sheath), 튜브 또는 베어링에 의해 (접촉 서브-어셈블리(466)을 제외하고) 핸드피스(20)의 다른 부품들로부터 전기적으로 분리되어 있다. 몇몇 실시양태에 따르는 기타의 각종 전기 분리 특징들이 도 12에 추가로 도시되어 있다.

도 12에 도식적으로 나타낸 바와 같이, 핸드피스(20)는 각종 절연체[예: 케이블 절연체(502), 트리거 절연체(508), PCB(306) 절연용 절연체(510), 샤프트 절연체(514), 베어링 스페이서 절연체(516), 기어 절연체(518), 및 엔드캡 절연체(520)]를 포함한다. 위에서 설명한 각각의 절연체는 여러 가지 적합한 재료로 형성할 수 있는데, 한 가지 비제한적인 예는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)이다.

추가의 선택적인 핸드피스 특징들

도 3a를 참조하면, 핸드피스(20)는 오토클레이브/증기 살균(예를 들면, 노출된 모든 부품들이 충분히 견고하여 반복된 고압 증기 살균을 견디어낸다)용으로 구성될 수 있다. 체크 밸브 어셈블리(480)는 하우징(40)에 임의로 설치되어 하우징(40)의 내부와 주위 공기 사이의 액체 전달을 제공하도록 구성된다. 체크 밸브 어셈블리(480)는, 살균 조건하에 처리되는 경우, 개방 상태를 취하도록 구성되어, 하우징(40)의 내부 압력이 하우징(40)에 대하여 작용하는 외부 압력을 초과함으로써 공기가 하우징(40)으로부터 배기되도록 한다. 본 발명의 핸드피스(20)에 유용한 체크 밸브 어셈블리의 예는 예를 들면 전체가 본 명세서에 참고로 삽입된 미국 특허출원 제13/419,129호[발명의 명칭: 체크 밸브 배기된 살균성 전동 수술용 핸드피스]에서 찾을 수 있다.

핸드피스(20)는 영상 안내 시스템과 상호작용하도록 임의로 구성된다. 따라서 핸드피스(20)는 임의의 내비게이션 어댑터를 수용하도록 임의로 구성된다. 예를 들면, 노즈(52)는 내비게이션 어댑터의 회전을 방지하는 충분한 마찰을 발생하는 내비게이션 어댑터(예를 들면 메드트로닉, 인코퍼레이티드에서 구입 가능함) 내에 함유된 부품(예: O-링)에 죔쇠 끼워맞춤(interference fit)을 제공하도록 치수를 부여하고 성형된다.

또한, 핸드피스(20)는 전기 래칫 기능(electric ratchet feature)을 포함하도록 임의로 구성된다. 예를 들면 본 명세서에 참고로 편입되는 미국 공개특허공보 제2012-027425호[발명의 명칭: 전동 스크류드라이버용 전기 래칫]에 기재되어 있는 전기 래칫 기능은 본 명세서에서 유용할 수 있다.

제어기

제어기(24)는 관련된 메모리와 관련된 입력/출력 회로를 포함하는 마이크로 프로세서 컴퓨터이다. 입력 장치(26)와 표시 스크린(28)은 제어기(24)와 함께 제공되거나, 개별적인 부품들일 수 있다. 또한, 입력 장치(26)와 표시 스크린(28)은 그래픽 사용자 인터페이스 또는 터치 스크린과 함께 조합될 수 있다. 몇몇 실시양태에 있어서, 제어기(24)는 IPC^®이라는 등록상표명하에 미국 미네소타주 미네아폴리스에 소재하는 메드트로닉, 인코퍼레이티드로부터 구입 가능한 통합 전력 콘솔(integrated power console)이고, 위에서 설명한 바와 같이, 핸드피스(20)와 상호작용하도록 프로그램(예를 들면 소프트웨어)된다.

위의 설명에서 나타낸 바와 같이, 제어기(24)는 각종 작업을 위해 핸드피스(20)와 상호작용하도록 프로그램되고, 사용자로부터 인풋을 수용하여 사용자에게 실시간 피드백을 제공할 수 있다. 예를 들면, 몇몇 실시예에 있어서, 제어기(24)는 인가된 토크를 모니터 전류 피드백을 기준으로 하는 그래픽 사용자 인터페이스에 표시하도록 프로그램된다. 제어기(24)는 모니터 전류 피드백을 기준으로 하는 시간 대비 토크 변화율을 제한할 수 있으며, 시간 대비 토크 변화율을 모니터링하여 스크류, 도구 및/또는 뼈 파괴를 탐지할 수 있다. 동일한 라인에 따라, 제어기(24)는 모터(80)를 정지시키고/시키거나[도 3a], 모터(80)에 전달되는 전류를 제어하여 스크류, 도구 및/또는 뼈 파괴에 반응하도록 프로그램될 수 있다. 제어기(24)는 모터 위치 피드백과 엄지 나사(screw lead)(스레드 피치)를 기준으로 하는 그래픽 사용자 인터페이스에 대한 스크류 진행/변위를 표시하도록 프로그램될 수 있다. 제어기(24)는, [용량형 스위치 서브-에셈블리(252, 도 3a)를 통하여] 안전 정지가 모터(80)로의 동력의 전달을 정지시킴으로써 활성화되는 경우(예를 들면, 사용자의 손가락이 트리거(58, 도 3a)로부터 제거된다), 능동 제동(active braking)을 제공할 수 있다. 자극기 어셈블리(68, 도 3a)로부터 받은 정보와 함께, 제어기(24)는, 공급된 자극 에너지가 역치값(threshold value)에 도달하는 경우, 모터(80)를 정지시킬 수 있다. 또한, 제어기(24)는 시간 대비 모터 전류의 제곱을 적분함으로써 모터 와인딩 온도(motor winding temperature)를 평가하는 알고리즘을 통하여 모터 온도 과부하를 제공하도록 프로그램될 수 있다. 게다가, 알고리즘은 온도 평가를 사용하는 와인딩 저항 변화로 인한 전류 손실을 보상할 수 있다.

로타리형 동력 핸드피스와 상응하는 시스템 및 사용하는 방법은 이전의 디자인에 대비하여 현저한 개선점을 제공한다. 하나의 손/손가락을 사용하는 것만으로 외과의는 소망하는 작업 방향 및/또는 모드를 신속하게 선택할 수 있을 뿐만 아니라, 회전 속도를 직접 제어할 수 있다. 위에서 설명한 이러한 특징과 기타 특징은 7N/m를 초과하는 최대 토크로 0 내지 250rpm의 가변성 속도에서 작업할 수 있는 핸드피스에 포함된다.

본 명세서는 바람직한 실시양태를 참고하여 기재되었지만, 당해 기술분야의 숙련가는 본 명세서의 정신과 범주로부터 일탈하지 않고 형식적으로 자세하게 변화될 수 있음을 알 것이다.

Claims (10)

1. 수술용 핸드 피스와 함께 사용하기 위한 수술 도구로서, 상기 수술 도구는
   인터페이스 단부를 구비한 샤프트로서, 상기 인터페이스 단부는 복수의 평평한 표면들을 포함하고, 인터페이스 단부는 멈춤쇠(detents), 홈(grooves) 또는 오목 자국(indentations)을 포함하지 않는, 상기 샤프트를 포함하는, 수술 도구.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 샤프트는 베어 샤프트(bare shaft)인 수술 도구.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 평평한 표면들은 곡면에 의해 분리되는, 수술 도구.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 평평한 표면들은 2개의 표면을 포함하는, 수술 도구.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 수술 도구는 평평한 표면들에서 수술용 핸드 피스에 고정되는, 수술 도구.
   
6. 청구항 5에 있어서, 수술용 핸드 피스는 평탄면들을 구비한 플런저(plunger)를 포함하여 수술 도구의 평평한 표면들을 수용하는, 수술 도구.
   
7. 청구항 6에 있어서, 상기 플런저는 잠금 상태를 포함하고, 복수의 볼들은 샤프트에 반경 방향 내측 힘을 가하는, 수술 도구.
   
8. 청구항 6에 있어서, 상기 평탄면들은 가이드 슬롯들(guide slots)에 대응하여 평탄면들을 식별하는, 수술 도구.
   
9. 청구항 1에 있어서, 상기 수술 도구는 로타리형(rotary-type) 수술 도구를 포함하는 수술 도구.
   
10. 청구항 9에 있어서, 상기 수술 도구는 드릴(drill), 탭(tap), 드라이버(driver), 리덕션 너트 드라이버(reduction nut driver), 토크 멀티플라이어(torque multiplier), 포스트 커터(post cutter), 로드 커터(rod cutter), 세트-스크류-브레이크-오프(set-screw-break-off) 도구, 리섹터(resector), 디브리더(debrider) 또는 버(burrs)로 구성된, 수술 도구.
    

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