(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジング内部に摺動可能に配置され、延伸位置と後退位置との間で移動するように構成された後退式エンクロージャと、
前記後退式エンクロージャに動作可能に接続されて、前記後退式エンクロージャを延伸位置と後退位置との間で移動させる後退モータと、
ドリルチャックに接続するように構成され、前記後退式エンクロージャ内部に配置されて、それによって、モータシャフトが前記後退式エンクロージャに対して回転することができるようにするモータシャフトを含むドリルモータと、
電気エネルギが、前記後退モータ又は前記ドリルモータに選択的に流れることを可能にするように構成されたトリガスイッチと、
前記トリガスイッチに動作可能に接続された前方向ドリルトリガと、
前記トリガスイッチに動作可能に接続された逆方向ドリルトリガと、を含み、
前記トリガスイッチが、前記前方向ドリルトリガのみが始動されると、前記ドリルモー  タを第１の回転方向に作動させるように構成され、
前記トリガスイッチが、前記逆方向ドリルトリガのみが始動されると、前記ドリルモータを第１の回転方向に対して逆方向に作動させるように構成され、
前記前方向ドリルトリガ及び前記逆方向ドリルトリガの両方が同時に始動されると、前記トリガスイッチが、前記後退モータを始動させて、前記後退式エンクロージャを延伸位置から後退位置に移動させるように構成される、手術用ドリル。
【請求項２】
前記逆方向ドリルトリガが、前記前方向ドリルトリガの下方に配置され、それによって、ユーザが、前記前方向ドリルトリガを人差し指で、前記逆方向ドリルトリガを中指で動作させることができるようにされる、請求項１に記載のドリル。
【請求項３】
１つ以上のパラメータ、グラフ、ゲージを表示するように構成されたフィードバックシステム及びフィードバックディスプレイをさらに備える、請求項１に記載のドリル。
【請求項４】
前記１つ以上のパラメータ、グラフ、及び／又はゲージが、ドリルモータトルク、ドリル力、ドリル速さ、経過時間、深さ対時間、ドリルモータ電流引き込み、電力消費、供給量、温度、音、バッテリ寿命、及び／又は前記後退式エンクロージャの位置を含む、請求項３に記載のドリル。
【請求項５】
プランジングを回避するために、前記ドリルモータに接続されたドリルビットが第１の層を貫通したときに可聴ノイズを作り出すように構成されたスピーカをさらに含む、請求項１に記載のドリル。
【請求項６】
前記第１の層が、皮質骨層である、請求項５に記載のドリル。
【請求項７】
前記後退式エンクロージャが、ラックに接続されて、前記後退式エンクロージャを後退位置と延伸位置との間で摺動させることができ、前記ラックが、ピニオンに動作可能に接続される、請求項１に記載のドリル。
【請求項８】
前記後退モータが、ヘリカルウォームギアに動作可能に接続されて、前記ヘリカルウォームギアを回転させ、前記ヘリカルウォームギアが、前記ピニオンに動作可能に接続され、それによって、前記ヘリカルウォームギアが回転すると、前記ピニオンがそれによって回転し、ひいては前記ラックを直線的に移動させるようにされる、請求項７に記載のドリル。
【請求項９】
前記後退モータが、ドリル力と同等かまたはそれよりも大きい力を付与して、前記後退式エンクロージャがドリル力に起因して動くことを防止するように構成される、請求項１に記載のドリル。
【請求項１０】
前記後退モータ又は前記ドリルモータのうち少なくとも１つが、減速ギアボックスに動作可能に接続される、請求項１に記載のドリル。
【請求項１１】
前記ドリルモータ及び／又は前記後退モータに動作可能に接続されたバッテリをさらに含む、請求項１に記載のドリル。
【請求項１２】
前記ドリルモータに動作可能に結合されたドリルチャックをさらに含み、前記ドリルチャックが、ドリルビットを選択的に保持するように構成される、請求項１に記載のドリル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１５年１月２１日出願の米国仮出願第６２／１０６，０６１号に関し、かつその利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
本開示は、手術用ドリルに関し、より具体的には、制御システムを備えるドリルに関する。
【背景技術】
【０００３】
整形外科出術中に骨に穴をあける場合、ドリル先端が遠位の皮質壁を突き抜けて、骨の後にあらゆる下部軟部組織を傷つけることがないことが重要である。ドリル先端の遠い皮質壁を通過する貫通は、「プランジング」として知られ、ドリル先端が皮質を通過して移動する距離は、「プランジ深さ」である。従来のドリルシステムは、よくプランジングに至る。
【０００４】
そのような従来の方法及びシステムは、一般的には、そのように意図された目的に対しては十分であると考えられてきた。しかしながら、当技術分野においては、依然としてプランジングを低減するかまたは回避するために向上された制御を有するドリルに対する要求がある。本開示は、この要求に対する解決策を提供する。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の少なくとも１つの態様では、手術用ドリルは、ハウジングと、ハウジング内部に摺動可能に配置され、延伸位置と後退位置との間で移動するように構成された後退式エンクロージャと、後退式エンクロージャに動作可能に接続されて、後退式エンクロージャを延伸位置と後退位置との間で移動させる後退モータとを含むことができる。ドリルは、ドリルチャックに接続するように構成され、後退式エンクロージャ内部に配置されて、それによって、モータシャフトが後退エンクロージャに対して回転することができるようにするモータシャフトを含むドリルモータをさらに含むことができる。
【０００６】
ある実施形態では、ドリルは、電気エネルギが、後退モータ又はドリルモータに選択的に流れることを可能にするように構成されたトリガスイッチと、トリガに動作可能に接続された前方向ドリルトリガと、トリガスイッチに動作可能に接続された逆方向ドリルトリガとを含むことができる。トリガスイッチは、前方向ドリルトリガのみが始動されるとドリルモータを第１の回転方向に作動させるように構成されることができる。トリガスイッチは、逆方向ドリルトリガのみが始動されると、ドリルモータを第１の回転方向に対して逆方向に作動させるように構成されることができる。ある実施形態では、前方向ドリルトリガ及び逆方向ドリルトリガの両方が同時に始動されると、トリガスイッチが、後退モータを始動させて、後退式エンクロージャを延伸位置から後退位置に移動させるように構成されることができる。
【０００７】
逆方向ドリルトリガは、前方向ドリルトリガの下方に配置されることができ、それによって、ユーザは、前方向ドリルトリガを人差し指で、逆方向ドリルトリガを中指で動作させることができるようにされる。
【０００８】
ドリルは、１つ以上のパラメータ、グラフ、ゲージを表示するように構成されたフィードバックシステム及びフィードバックディスプレイを含むことができる。１つ以上のパラメータ、グラフ、及び／又はゲージは、ドリルモータトルク、ドリル力、ドリル速さ、経過時間、深さ対時間、ドリルモータ電流引き込み、電力消費、供給量、温度、音、バッテリ寿命、及び／又は後退エンクロージャの位置を含むことができる。
【０００９】
ある実施形態では、スピーカは、プランジングを回避するために、ドリルモータに接続されたドリルビットが第１の層を通過するときに可聴ノイズを作り出すように構成される。第１の層は、皮質骨層であることができる。
【００１０】
後退式エンクロージャは、ラックに接続されて、後退式エンクロージャを後退位置と延伸位置との間で摺動させ、ラックは、ピニオンに動作可能に接続される。後退モータは、ヘリカルウォームギアに動作可能に接続されて、ヘリカルウォームギアを回転させることができ、ヘリカルウォームギアは、ピニオンに動作可能に接続され、それによって、ヘリカルウォームギアが回転すると、ピニオンがそれによって回転し、ひいてはラックを直線的に移動させるようにされる。
【００１１】
ある実施形態では、後退モータは、ドリル力と同等かまたはそれよりも大きい力を付与して、後退式エンクロージャがドリル力に起因して動くことを防止するように構成されることができる。後退モータ又はドリルモータのうち少なくとも１つは、減速ギアボックスに動作可能に接続されることができる。
【００１２】
ドリルは、ドリルモータ及び／又は後退モータに動作可能に接続されたバッテリをさらに含むことができる。ドリルは、ドリルモータに動作可能に結合されたドリルチャックをさらに含むことができ、ドリルチャックは、ドリルビットを選択的に保持するように構成される。
【００１３】
ある実施形態では、手術用ドリルは、ハウジング内部に摺動可能に配置され、延伸位置と後退位置との間で移動するように構成された後退式エンクロージャと、後退式エンクロージャに動作可能に接続されて、後退式エンクロージャを延伸位置と後退位置との間で移動させる後退モータと、ドリルチャックに接続するように構成され、後退式エンクロージャ内部に配置されて、それによって、モータシャフトが後退エンクロージャに対して回転することができるようにするモータシャフトを含むドリルモータと、ドリルモータを１つ以上の回転方向に作動させるように構成されるドリルトリガと、後退モータをアクティブにして、後退式エンクロージャを延伸位置から後退位置に移動させるように構成された後退トリガと、を含むことができる。後退トリガは、前方向ドリルトリガの下方に配置されることができ、それによって、ユーザは、ドリルトリガを人差し指で、後退トリガを中指で動作させることができるようにされる。
【００１４】
ドリルは、１つ以上のパラメータ、グラフ、ゲージを表示するように構成されたフィードバックシステム及びフィードバックディスプレイを含むことができる。１つ以上のパラメータ、グラフ、及び／又はゲージは、ドリルモータトルク、ドリル力、ドリル速さ、経過時間、深さ対時間、ドリルモータ電流引き込み、電力消費、供給量、温度、音、バッテリ寿命、及び／又は後退エンクロージャの位置を含む。
【００１５】
ある実施形態では、スピーカは、プランジングを回避するために、ドリルモータに接続されたドリルビットが第１の層を通過するときに可聴ノイズを作り出すようにように構成される。第１の層は、皮質骨層であることができる。
【００１６】
後退式エンクロージャは、ラックに接続されて、後退式エンクロージャを後退位置と延伸位置との間で摺動させることができ、ラックは、ピニオンに動作可能に接続されるに接続される。後退モータは、ヘリカルウォームギアに動作可能に接続されて、ヘリカルウォームギアを回転させることができ、ヘリカルウォームギアは、ピニオンに動作可能に接続され、それによって、ヘリカルウォームギアが回転すると、ピニオンがそれによって回転し、ひいてはラックを直線的に移動させるようにされる。
【００１７】
本開示のシステム及び方法のこれら及び他の特徴は、当業者には図面とともに以下の詳細な説明から容易に明らかになろう。
【００１８】
かように、本開示が属する分野の当業者においては、どのようにして本開示の装置及び方法を作製し用いるかが、必要以上の実験なしに容易に理解され、その実施形態が、本明細書においてある図面を参照して以下に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本開示による手術用ドリルの一実施形態の側面概略図である。
【図２Ａ】本開示によるフィードバックディスプレイの実施形態を説明する。
【図２Ｂ】本開示によるフィードバックディスプレイの実施形態を説明する。
【図２Ｃ】本開示によるフィードバックディスプレイの実施形態を説明する。
【図２Ｄ】本開示によるフィードバックディスプレイの実施形態を説明する。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ここで、図面について、同様の参照番号は、本開示の同様の構造的特徴または態様を特定することを申し述べる。説明及び例証を目的とし、かつ限定しないことを目的として、本開示による手術用ドリルの一実施形態の説明図が図１に示され、参照符号１００によって全体的に示される。本開示の他の実施形態及び／又は態様は、図２Ａ〜２Ｄに示される。本明細書に記載されたシステム及び方法を用いて、安全を向上させ、手術の穿孔手順中の臨床医のミスを低減させることができる。
【００２１】
本開示の少なくとも１つの態様において、図１を参照すると、手術用ドリル１００は、ハウジング１０１と、ハウジング１０１内部に摺動可能に配置され、延伸位置と後退位置との間を移動するように構成された後退式エンクロージャ１０３とを含むことができる。ドリル１００は、後退式エンクロージャ１０３に動作可能に接続されて、延伸位置と後退位置との間で後退式エンクロージャ１０３を移動させる後退モータ１０５を含む。
【００２２】
ドリル１００は、ドリルチャック１１８に接続されるように構成され、後退式エンクロージャ１０３内部に配置されて、それによって、モータシャフトが後退式エンクロージャ１０３に対して回転できるようにされるモータシャフト（図示せず）を含むドリルモータ１０７をさらに含むことができる。ドリルチャック１１８は、ドリルモータ１０７に動作可能に結合され、ドリルビット１０４を選択的に保持するように構成されることができる。示されるように、チャック１１８は、軸受１２２内部に回転可能に配置されたカプラ１２０を介して、ドリルモータ１０７に接続されることができる。軸受１２２は、カプラ１２０及びチャック１１８が、後退式エンクロージャ１０３に対して回転することを可能にする。
【００２３】
モータ１０５は、任意の好適なモータ（例えば、ブラシレスＤＣ電気モータ）を含むことができ、好適なギアボックス１２７を含み、及び／又はそれに接続することができる。示されるように、後退モータ１０５及び／又はドリルモータ１０７のうち少なくとも一方が、出力速度を低減させ、モータ１０５、１０７の一方又は両方のトルクを増大させるために、好適なギアボックス１２７に動作可能に接続されることができる。モータ１０５、１０７のうち一方又は両方が、それら各自の機能部品（例えば、ウォームギア１２１、ドリルチャック１１８）に直接接続されることができることがさらに意図される。
【００２４】
ある実施形態では、ドリル１００は、電気エネルギが、後退モータ１０５及び／又はドリルモータ１０７に選択的に流れることを可能にするように構成されたトリガスイッチ１０９を含むことができる。前方向ドリルトリガ１１１は、トリガスイッチ１０９に動作可能に接続されることができる。ある実施形態では、逆方向ドリルトリガ１１３が、トリガスイッチ１０９に動作可能に接続される。トリガスイッチ１０９は、前方向ドリルトリガ１１１のみが始動されると、ドリルモータ１０７を第１の回転方向に作動させるように構成されることができる。さらに、トリガスイッチは、逆方向ドリルトリガ１１３のみが始動されると、ドリルモータ１０７を第１の回転方向に対して逆方向に作動させるように構成されることができる。ある実施形態では、前方向ドリルトリガ１１１及び逆方向ドリルトリガ１１３の両方が同時に始動されると、トリガスイッチ１０９は、後退モータ１０５を始動させて、後退式エンクロージャ１０３を延伸位置から後退位置に移動させるように構成される。
【００２５】
逆方向ドリルトリガ１１３は、前方向ドリルトリガ１１１の上方又は下方に配置されることができ、それによって、ユーザは、１つのトリガを人差し指で、他を中指で動作させることができるようにされる。このことは、層の突き抜けに対する迅速な応答を可能にし、ドリルビットを後退させてプランジングを低減／防止する。本明細書においては、トリガの位置付けの任意の他の好適な構成が意図される。
【００２６】
前方向ドリルトリガ１１１及び逆方向ドリルトリガ１１３の両方を有することに代えて、ドリル１００が、ドリルモータ１０７を１つ以上の回転方向に作動させるように構成された単一のドリルトリガを含むことができることが意図される。このケースでは、逆方向の動きが所望される場合、逆方向に切り換えるための逆方向スイッチが含まれることができることがさらに意図される。ドリル１００は、後退モータ１０５をアクティブにして、後退式エンクロージャ１０３を延伸位置から後退位置に移動させるように構成された別個の後退トリガを含むことができる。後退トリガは、前方向ドリルトリガの上方又は下方に配置されることができ、それによって、ユーザは、１つのトリガを人差し指で、その他のトリガを中指で動作させることができるようにされる。本明細書においては、トリガの位置付けの任意の他の好適な構成が意図される。
【００２７】
本明細書に記載されたようなトリガ及び／又は他の関連する制御システムは、ドリルモータ１０７に加えられた電流量が、ドリルトリガの作動量に基づいて変動することができるようにされる、可変電流制御を含むことができる。
【００２８】
ドリル１００は、１つ以上のパラメータ、グラフ、ゲージを表示するように構成されたフィードバックディスプレイ１１５を含むフィードバックシステムを含むことができる。フィードバックディスプレイは、１つ以上の好適なディスプレイ（例えば、１つ以上のＬＣＤスクリーン、１つ以上のＬＥＤ）を含むことができ、臨床医がディスプレイ上の情報を容易に解釈することを可能にする。例えば、ＬＥＤは、色又は点滅頻度を変化させることによって、情報を中継することができる。
【００２９】
どのようにしてフィードバックディスプレイ１１５を構成することができるかについてのいくつかの実施形態が、図２Ａ〜２Ｄに示される。図２Ａ〜２Ｄを参照すると、１つ以上のパラメータ、グラフ、及び／又はゲージは、ドリルモータトルク、ドリル力、ドリル速さ、経過時間、深さ対時間、ドリルモータ電流引き込み、電力消費、供給量、温度、音、バッテリ寿命、及び／又は後退エンクロージャの位置を含むことができる。例えば、トルク及び速さは、周知の技術を用いて、ドリルモータ１０７を通して測定されることができる。
【００３０】
ある実施形態では、スピーカ１１６は、プランジングを回避するために、ドリルモータに接続されたドリルビット１０４が、第１の層を貫通したか又は貫通に近い場合に、可聴ノイズを作り出すように構成されることができる。例えば、ある手術手順では、第１の層は、皮質骨層であることができる。ある実施形態では、スピーカ１１６は、ピッチ又はビープ音頻度を変化させることによって、情報を中継することができる。
【００３１】
ある実施形態では、図１に示されるように、後退式エンクロージャ１０３は、後退式エンクロージャ１０３後退位置と延伸位置との間で摺動させるためのラック１１７に接続されることができ、ラック１１７は、ピニオン１１９に動作可能に接続される。後退モータ１０５は、ヘリカルウォームギア１２１に動作可能に接続されて、ヘリカルウォームギア１２１を回転させることができる。ヘリカルウォームギア１２１は、ピニオン１１９に動作可能に接続されることができ、それによって、ヘリカルウォームギア１２１が回転すると、ピニオン１１９がそれによって回転し、ひいてはラック１１７を直線的に移動させて、後退式エンクロージャ１０３を移動させるようにされる。
【００３２】
ある実施形態では、後退モータ１０５は、ドリル力と同等かまたはそれよりも大きい力を付与して、後退式エンクロージャ１０３がドリル力に起因して動くことを防止するように構成されることができる。ある実施形態では、力センサ１２３は、ドリル力を判定するために、後退式エンクロージャ１０３及び／又はハウジング１０１に動作可能に接続されることができる。この点において、力センサ１２３は、制御盤１２５に接続されることができるフィードバックシステムに接続されることができる。制御盤１２５は、引き込みモータ１０７に対する電気出力を制御して、ドリルビット１０４がドリル面に抗して押圧されている間に、後退式エンクロージャ１０３が後方に摺動することを防止するような正しい電流量を提供することができる。
【００３３】
制御盤１２５は、フィードバックシステムのための論理回路、トリガスイッチ１０９、ドリルモータ１０７、及び／又はドリル１００の任意の他の好適な機能をさらに含むことができる。制御盤１２５は、上記の機能を行うための任意の好適なハードウェア及び／又はソフトウェアを含むことができる。
【００３４】
ドリル１００は、任意の好適な選択的電気接続を介して（例えば、トリガスイッチ１０９及び／又は制御盤１２５を通して）、ドリルモータ１０７及び／又は後退モータ１０５に動作可能に接続されたバッテリ１２９をさらに含むことができる。電気エネルギの任意の好適なソース（例えば、手術用発電機）を用いて、バッテリ１２９に加えて、又はそれに代えてドリル１００にエネルギを供給することができることが意図される。電流センサ１３１は、バッテリ１２９又は他の電力源との電気接続に含まれて、フィードバックシステムについての電流引き込みを検知することができる。
【００３５】
ドリル１００及びその付属物は、（例えば、オートクレーブを用いて）滅菌されるように構成されることができる。バッテリ１２９は、取り外し可能であることができ、滅菌を必要としない場合がある。ドリル１００は、厳しい蒸気オートクレーブ条件（例えば、３０ｐｓｉで１３２℃以上の温度）に耐えるように構成されることができる。周期は、典型的にはおよそ１５分継続し、その後５０分の冷却時間を設けることができる。
【００３６】
本明細書に記載されたように、臨床医は、本明細書で開示された装置によって、手動で安全に手術におけるドリル動作を行うことができる。例えば、ある実施形態では、臨床医が皮質骨層を突き抜けそうになると、任意の好適なフィードバック機構が臨床医に警告することができ、臨床医は、速やかに後退モータ１０５を作動させて、ドリルビット１０４を後退位置に後退させ、プランジングを回避することができる。臨床医は、トリガを放すことで後退モータを停止させることによって、ドリルビット１０４を延伸位置に再セットすることができる。
【００３７】
本開示の方法及びシステムは、上述され図に示されたように、ドリルビットの手動制御可能な後退と、手術手順中の安全を向上させるためのフィードバックシステムとを含む、優れた性質を備える手術用ドリルを提供する。実施形態を参照して、本開示の機器及び方法を示しかつ説明してきたが、当業者においては、本開示の本質及び範囲から逸脱することなく、それらに対する改変及び／又は変更がなされてもよいことが容易に理解されよう。
【図１】
0006761420.tif 000002
【図２Ａ】
0006761420.tif 000003
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
0006761420.tif 000006