(57)【要約】  組織を貫通し組織の特性を判断する外科用システム。機器が回転トルクを発生させ、ドリルビットの器具本体が、組織と係合する遠位端と機器に結合する近位端との間を軸に沿って延在する。機器に作動的に結合された発光器が光を放出する。機器に作動的に結合された検出器が光を検出する。器具本体内の発光光ガイドが、機器が器具本体を回転させる際に、発光器によって放出された光を組織に向かって透過させる。器具本体内の検出光ガイドが、発光光ガイドから間隔を空けて配置され、機器が器具本体を回転させる際に組織によって反射された光を検出器に向かって透過させる。発光器は、軸に沿って発光光ガイド内に光を放出し、検出器は、器具本体が機器に結合されると軸に対して横切って検出光ガイドから出る組織から反射された光を検出する。【選択図】図２０Ａ
2020529276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースの材料を貫通し、該材料の特性を判断する外科用システムであって、
回転トルクを発生させる回転機器と、
光を放出する、前記回転機器に作動的に結合された発光源と、
光を検出する、前記回転機器に作動的に結合された検出器アセンブリと、
前記材料と係合する遠位端と前記回転機器に解除可能に結合する近位端との間を軸に沿って延在する器具本体を備えるドリルビットと、
前記器具本体内に支持された発光光ガイドであって、該器具本体が前記回転機器に結合されると前記発光源と光学的に連通するように配置されて、前記回転機器が前記器具本体を回転させる際に、前記発光源によって放出された光を、該発光光ガイドを通って前記材料に向かって透過させる、発光光ガイドと、
前記器具本体内に支持され、前記発光光ガイドから間隔を空けて配置された検出光ガイドであって、前記器具本体が前記回転機器に結合されると前記検出器アセンブリと光学的に連通するように配置されて、前記回転機器が前記器具本体を回転させる際に、前記材料によって反射された光を、該検出光ガイドを通して前記検出器アセンブリに向かって透過させる、検出光ガイドと、
を備え、
前記発光源は前記軸に沿って前記発光光ガイド内に光を放出し、前記検出器アセンブリは、前記器具本体が前記回転機器に結合されると、前記軸に対して横切って前記検出光ガイドから出る前記材料から反射された光を検出するように配置されている、外科用システム。
【請求項２】
前記ドリルビットの前記器具本体は、前記軸に対して横切って形成されかつ前記遠位端と前記近位端との間に配置された凹部を画定し、前記検出光ガイドは、前記器具本体に沿って前記遠位端から前記凹部まで延在している、請求項１に記載の外科用システム。
【請求項３】
前記ドリルビットの前記器具本体は、前記検出光ガイドに沿って透過する光を前記検出器アセンブリの方に向ける、前記凹部内に位置決めされた反射面を備えている、請求項２に記載の外科用システム。
【請求項４】
前記検出器アセンブリは、複数の光検出素子を支持するブレースを備え、該複数の光検出素子は、前記回転機器が前記器具本体を回転させる際、前記反射面から向けられた光を検出するように前記軸に面して配置されている、請求項３に記載の外科用システム。
【請求項５】
前記回転機器は、前記軸を中心に回転するように前記器具本体を作動的に支持する軸受を備え、
前記検出器アセンブリは、前記軸受に隣接して配置され、前記材料によって反射されかつ前記検出光ガイドに沿って透過する光を検出するように前記凹部に隣接して配置されている、請求項３又は４に記載の外科用システム。
【請求項６】
前記回転機器は、回転するように前記器具本体を解除可能に固定するチャックアセンブリを更に備え、
前記チャックアセンブリは、前記軸受及び前記検出器アセンブリを支持するチャックハウジングを備えている、請求項５に記載の外科用システム。
【請求項７】
前記チャックアセンブリは、前記器具本体が前記回転機器に結合されると前記器具本体と同時に回転するように前記軸受によって回転可能に支持されたチャックスリーブを更に備えている、請求項６に記載の外科用システム。
【請求項８】
前記チャックスリーブはスリーブ開口部を画定し、該スリーブ開口部は、前記器具本体が前記回転機器に結合されると前記反射面に隣接して位置決めされて、前記回転機器が前記器具本体を回転させる際、前記検出光ガイドに沿って透過する光が前記スリーブ開口部を通って前記検出器アセンブリに向かって進むのを可能にする、請求項７に記載の外科用システム。
【請求項９】
前記発光源は、
前記発光光ガイド内に第１の波長の光を放出する第１の光源と、
前記発光光ガイド内に、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を放出する第２の光源と、
を備えている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項１０】
前記第１の波長及び前記第２の波長は、各々、４００ｎｍ〜１０００ｎｍである、請求項９に記載の外科用システム。
【請求項１１】
前記第１の光源及び前記第２の光源と通信するコントローラを更に備え、前記コントローラは、前記発光光ガイド内に前記第１の波長及び前記第２の波長の光を逐次放出するように、前記第１の光源及び前記第２の光源を非同期に駆動するように構成されている、請求項９又は１０に記載の外科用システム。
【請求項１２】
前記コントローラは、前記第１の光源を駆動する第１の矩形波を生成し、かつ、前記第２の光源を駆動する第２の矩形波を生成するように構成されている、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項１３】
前記第１の矩形波及び前記第２の矩形波は、互いに１８０度位相がずれている、請求項１２に記載の外科用システム。
【請求項１４】
前記コントローラは、発光周波数で前記第１の光源及び前記第２の光源を駆動するように構成され、
前記コントローラは、検出周波数で前記検出器アセンブリから検出データを取得するように構成され、前記検出周波数は前記発光周波数の２倍である、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項１５】
１００Ｈｚを超える前記発光周波数である、請求項１４に記載の外科用システム。
【請求項１６】
前記コントローラは、前記第１の光源及び前記第２の光源のうちの一方が光を放出するたびに、前記検出器アセンブリから検出データを取得するように構成されている、請求項９〜１５のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項１７】
前記ドリルビットの前記器具本体は、内部に前記発光光ガイドを収容する発光チャネルと、内部に前記検出光ガイドを収容する検出チャネルとを画定する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項１８】
前記発光チャネル及び前記検出チャネルは、前記軸を中心に互いから間隔を空けて配置されている、請求項１７に記載の外科用システム。
【請求項１９】
前記発光チャネル及び前記検出チャネルは、各々、前記器具本体の前記遠位端に隣接して前記軸を中心にらせん状に配置されている、請求項１７又は１８に記載の外科用システム。
【請求項２０】
前記ドリルビットの前記器具本体は、材料貫通を促進するような形状である、前記遠位端に隣接する切削領域を画定する、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項２１】
前記ドリルビットの前記器具本体は、前記遠位端から離れて前記近位端の方に材料を向ける、前記切削領域に沿って形成された溝を備える、請求項２０に記載の外科用システム。
【請求項２２】
前記器具本体の前記切削領域は主ドリル径を画定し、
前記器具本体の前記切削領域は、前記遠位端と前記主ドリル径との間に画定された先端角度をなして形成された切削先端面を備える、請求項２０又は２１に記載の外科用システム。
【請求項２３】
前記先端角度は９０度〜１３０度である、請求項２２に記載の外科用システム。
【請求項２４】
前記発光チャネル及び前記検出チャネルは、各々、前記器具本体の前記切削領域を通って前記切削先端面に向かって延在している、請求項２２又は２３のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項２５】
前記発光光ガイドは、前記切削先端面に隣接する遠位発光光ガイド端部まで前記遠位端に向かって延在して、材料貫通中に前記発光光ガイドを前記材料と接触するように位置決めし、
前記検出光ガイドは、前記切削先端面に隣接する遠位検出光ガイド端部まで前記遠位端に向かって延在して、材料貫通中に前記検出光ガイドを前記材料と接触するように位置決めする、請求項２４に記載の外科用システム。
【請求項２６】
前記発光光ガイドは、前記切削先端面から間隔を空けて配置された遠位発光光ガイド端部まで前記遠位端に向かって延在して、材料貫通中に前記発光光ガイドを前記材料と接触しないように位置決めし、
前記検出光ガイドは、前記切削先端面から間隔を空けて配置された遠位検出光ガイド端部まで前記遠位端に向かって延在して、材料貫通中に前記検出光ガイドを前記材料と接触しないように位置決めし、前記外科用システムは、
光を前記発光光ガイドから前記切削先端面まで向ける、該切削先端面と前記遠位発光光ガイド端部との間に延在する発光素子と、前記切削先端面に向かって反射された光を前記検出光ガイドに向ける、前記切削先端面と前記遠位検出光ガイド端部との間に延在する検出素子とを更に備える、請求項２４に記載の外科用システム。
【請求項２７】
前記発光チャネル及び前記検出チャネルは、各々、概して円筒状の輪郭を有する、請求項２２〜２６のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項２８】
前記発光チャネルは発光チャネル径を画定し、前記検出チャネルは検出チャネル径を画定し、前記発光チャネル径及び前記検出チャネル径の各々は、前記器具本体の前記主ドリル径の２５％未満である、請求項２２〜２７のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項２９】
前記発光チャネル径は前記検出チャネル径に等しい、請求項２８に記載の外科用システム。
【請求項３０】
前記発光チャネル及び前記検出チャネルは、チャネル離隔距離で互いから間隔を空けて配置されており、前記チャネル離隔距離は前記発光チャネル径より大きい、請求項２８又は２９に記載の外科用システム。
【請求項３１】
前記ドリルビットの前記器具本体は、前記遠位端に隣接する段状領域を備え、前記発光光ガイド及び前記検出光ガイドは、各々、前記段状領域を通って前記遠位端に向かって延在している、請求項１〜３０のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項３２】
前記発光光ガイド及び前記検出光ガイドは、各々、概して円筒状の輪郭を有する、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項３３】
前記発光光ガイド及び前記検出光ガイドは、各々、前記器具本体の前記遠位端に隣接して前記軸を中心にらせん状に延在している、請求項１〜３２のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項３４】
前記発光光ガイドは、前記器具本体に沿って前記遠位端から前記近位端まで延在している、請求項１〜３３のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項３５】
前記発光源から放出される光を前記発光光ガイド内に結合する、前記器具本体の前記近位端に固定されたビットレンズを更に備える、請求項１〜３４のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項３６】
前記ビットレンズは球状の輪郭を有する、請求項３５に記載の外科用システム。
【請求項３７】
前記回転器具に固定され、かつ、前記発光源と光学的に連通するように配置されて該発光源から放出された光を前記ビットレンズの方に向ける発光レンズを更に備える、請求項３５又は３６に記載の外科用システム。
【請求項３８】
前記発光レンズは球状の輪郭を有する、請求項３７に記載の外科用システム。
【請求項３９】
前記ビットレンズと前記発光レンズとの間の選択可能な距離を維持する、前記回転機器と前記発光レンズとの間に挿入された調整機構を更に備える、請求項３７又は３８に記載の外科用システム。
【請求項４０】
ワークピースの材料を貫通し、該材料の特性を判断するように適合された外科用システムで使用されるドリルビットであって、前記外科用システムは、光を放出する発光源と光を検出する検出器アセンブリとを備える回転機器を備え、該ドリルビットは、
前記材料と係合する遠位端と前記回転機器に解除可能に結合する近位端との間を軸に沿って延在する器具本体であって、前記軸に対して横切って形成されかつ前記遠位端と前記近位端との間に配置された凹部を画定する、器具本体と、
前記器具本体内に支持され、該器具本体に沿って前記近位端から前記遠位端まで延在する発光光ガイドであって、前記器具本体が前記回転機器に結合されると前記発光源と光学的に連通して配置されて、前記回転機器が前記器具本体を回転させる際に、前記発光源によって放出された光を、該発光光ガイドを通して前記材料に向かって透過させる、発光光ガイドと、
前記器具本体内に支持され、前記発光光ガイドから間隔を空けて配置され、前記器具本体に沿って前記遠位端から前記凹部まで延在する検出光ガイドであって、前記器具本体が前記回転機器に結合されると前記検出器アセンブリと光学的に連通するように配置されて、前記回転機器が前記器具本体を回転させる際に、前記材料によって反射された光を、該検出光ガイドを通して前記検出アセンブリに向かって透過させる、検出光ガイドと、
を備え、
前記発光光ガイド及び前記検出光ガイドは、各々、前記器具本体の前記遠位端に隣接して前記軸を中心にらせん状に配置されている、ドリルビット。
【請求項４１】
前記器具本体は、前記検出光ガイドに沿って透過する光を前記検出器アセンブリの方に向ける、前記凹部内に位置決めされた反射面を備える、請求項４０に記載のドリルビット。
【請求項４２】
前記器具本体は、内部に前記発光光ガイドを収容する発光チャネルと、内部に前記検出光ガイドを収容する検出チャネルとを画定する、請求項４０又は４１に記載のドリルビット。
【請求項４３】
前記発光チャネル及び前記検出チャネルは、前記軸を中心に互いから間隔を空けて配置されている、請求項４２に記載のドリルビット。
【請求項４４】
前記発光チャネル及び前記検出チャネルは、各々、前記器具本体の前記遠位端に隣接して前記軸を中心にらせん状に配置されている、請求項４２又は４３に記載のドリルビット。
【請求項４５】
前記器具本体は、材料貫通を促進するような形状である、前記遠位端に隣接する切削領域を画定する、請求項４２〜４４のいずれか一項に記載のドリルビット。
【請求項４６】
前記器具本体は、前記遠位端から離れて前記近位端の方に材料を向ける、前記切削領域に沿って形成された溝を備える、請求項４５に記載のドリルビット。
【請求項４７】
前記器具本体の前記切削領域は主ドリル径を画定し、
前記器具本体の前記切削領域は、前記遠位端と前記主ドリル径との間に画定された先端角度をなして形成された切削先端面を備える、請求項４５又は４６に記載のドリルビット。
【請求項４８】
前記先端角度は９０度〜１３０度である、請求項４７に記載のドリルビット。
【請求項４９】
前記発光チャネル及び前記検出チャネルは、各々、前記器具本体の前記切削領域を通って前記切削先端面に向かって延在している、請求項４７又は４８に記載のドリルビット。
【請求項５０】
前記発光光ガイドは、前記切削先端面に隣接する遠位発光光ガイド端部まで前記遠位端に向かって延在して、材料貫通中に前記発光光ガイドを前記材料と接触するように位置決めし、
前記検出光ガイドは、前記切削先端面に隣接する遠位検出光ガイド端部まで前記遠位端に向かって延在して、材料貫通中に前記検出光ガイドを前記材料と接触するように位置決めする、請求項４９に記載のドリルビット。
【請求項５１】
前記発光光ガイドは、前記切削先端面から間隔を空けて配置された遠位発光光ガイド端部まで前記遠位端に向かって延在して、材料貫通中に前記発光光ガイドを前記材料と接触しないように位置決めし、
前記検出光ガイドは、前記切削先端面から間隔を空けて配置された遠位検出光ガイド端部まで前記遠位端に向かって延在して、材料貫通中に前記検出光ガイドを前記材料と接触しないように位置決めし、前記ドリルビットは、
光を前記発光光ガイドから前記切削先端面まで向ける、該切削先端面と前記遠位発光光ガイド端部との間に延在する発光素子と、前記切削先端面に向かって反射された光を前記検出光ガイドに向ける、前記切削先端面と前記遠位検出光ガイド端部との間に延在する検出素子とを更に備える、請求項４９に記載のドリルビット。
【請求項５２】
前記発光チャネル及び前記検出チャネルは、各々、概して円筒状の輪郭を有する、請求項４７〜５１のいずれか一項に記載のドリルビット。
【請求項５３】
前記発光チャネルは発光チャネル径を画定し、前記検出チャネルは検出チャネル径を画定し、前記発光チャネル径及び前記検出チャネル径の各々は、前記器具本体の前記主ドリル径の２５％未満である、請求項４７〜５２のいずれか一項に記載のドリルビット。
【請求項５４】
前記発光チャネル径は前記検出チャネル径に等しい、請求項５３に記載のドリルビット。
【請求項５５】
前記発光チャネル及び前記検出チャネルは、チャネル離隔距離で互いから間隔を空けて配置されており、前記チャネル離隔距離は前記発光チャネル径より大きい、請求項５３又は５４に記載のドリルビット。
【請求項５６】
前記器具本体は、前記遠位端に隣接する段状領域を備え、前記発光光ガイド及び前記検出光ガイドは、各々、前記段状領域を通って前記遠位端に向かって延在している、請求項４０〜５５のいずれか一項に記載のドリルビット。
【請求項５７】
前記発光光ガイド及び前記検出光ガイドは、各々、概して円筒状の輪郭を有する、請求項４０〜５６のいずれか一項に記載のドリルビット。
【請求項５８】
前記発光光ガイド及び前記検出光ガイドは、各々、前記器具本体の前記遠位端に隣接して前記軸を中心にらせん状に延在している、請求項４０〜５７のいずれか一項に記載のドリルビット。
【請求項５９】
前記発光光ガイドは、前記器具本体に沿って前記遠位端から前記近位端まで延在している、請求項４０〜５８のいずれか一項に記載のドリルビット。
【請求項６０】
前記発光源から放出される光を前記発光光ガイド内に結合する、前記器具本体の前記近位端に固定されたビットレンズを更に備える、請求項４０〜５９のいずれか一項に記載のドリルビット。
【請求項６１】
前記ビットレンズは球状の輪郭を有する、請求項６０に記載のドリルビット。
【請求項６２】
ワークピースの材料を貫通し、異なる材料の間の境界を検出する外科用システムであって、
回転トルクを発生させる回転機器と、
材料と係合する遠位端と前記回転機器に解除可能に結合する近位端との間を軸に沿って延在するドリルビットと、
第１の波長の光を放出する、前記回転機器に作動的に結合された第１の発光源と、
前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を放出する、前記回転機器に作動的に結合された第２の発光源と、
前記材料によって反射された光を検出する、前記回転機器に作動的に結合された検出器アセンブリと、
前記回転機器、前記第１の光源、前記第２の光源及び前記検出機アセンブリと通信するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記第１の光源を駆動している間に前記検出器アセンブリにより第１の拡散反射値を測定し、前記第２の光源を駆動している間に前記検出器アセンブリにより第２の拡散反射値を測定し、前記第１の拡散反射値及び前記第２の拡散反射値に基づいて波形を生成し、前記波形を分析して、前記ドリルビットによる材料貫通中に材料境界閾値を検出し、前記検出に応じて前記回転機器を制御するように構成されている、外科用システム。
【請求項６３】
前記コントローラは、前記波形が前記材料境界閾値を超えることに応じて前記回転機器を中断させるように更に構成されている、請求項６２に記載の外科用システム。
【請求項６４】
前記コントローラは、前記材料に向かって前記第１の波長及び前記第２の波長の光を逐次放出するように、前記第１の光源及び前記第２の光源を非同期に駆動するように構成されている、請求項６２又は６３に記載の外科用システム。
【請求項６５】
前記コントローラは、少なくとも部分的に、前記第２の拡散反射値に対する前記第１の拡散反射値の比に基づいて前記波形を生成するように構成されている、請求項６２〜６４のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項６６】
前記コントローラは、材料貫通中に、経時的に発生する前記比の変化に対して前記波形を分析するように構成されている、請求項６５に記載の外科用システム。
【請求項６７】
前記第１の波長及び前記第２の波長は、各々、４００ｎｍ〜１０００ｎｍである、請求項６２〜６６のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項６８】
前記コントローラは、前記第１の光源を駆動する第１の矩形波を生成し、かつ、前記第２の光源を駆動する第２の矩形波を生成するように構成されている、請求項６２〜６７のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項６９】
前記第１の矩形波及び前記第２の矩形波は、互いに１８０度位相がずれている、請求項６８に記載の外科用システム。
【請求項７０】
前記コントローラは、発光周波数で前記第１の光源及び前記第２の光源を駆動するように構成され、
前記コントローラは、検出周波数で前記検出器アセンブリから検出データを取得して前記波形を形成するように構成され、前記検出周波数は前記発光周波数の２倍である、請求項６８又は６９に記載の外科用システム。
【請求項７１】
前記発光周波数は１００Ｈｚを超える、請求項７０に記載の外科用システム。
【請求項７２】
前記コントローラは、前記第１の光源及び前記第２の光源のうちの一方が光を放出するたびに、前記検出器アセンブリから検出データを取得するように構成されている、請求項６２〜７１のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項７３】
ワークピースの材料を貫通し、該材料の特性を判断する外科用システムであって、
回転トルクを発生させる回転機器と、
前記材料と係合する遠位端と前記回転機器に解除可能に結合する近位端との間を軸に沿って延在する器具本体を備えるドリルビットと、
前記軸に対して平行に光を放出する、前記回転機器に作動的に結合された発光源と、
前記軸に対して横切る光を検出する、前記回転機器に作動的に結合された検出器アセンブリと、
前記器具本体内に支持された発光光ガイドであって、前記器具本体が前記回転機器に結合されると前記発光源と光学的に連通して配置されて、前記回転機器が前記器具本体を回転させる際に、前記発光源によって放出された光を、該発光光ガイドを通して前記材料に向かって透過させる、発光光ガイドと、
前記器具本体内に支持され、前記発光光ガイドから間隔を空けて配置された検出光ガイドであって、前記器具本体が前記回転機器に結合されると前記検出器アセンブリと光学的に連通するように配置されて、前記回転機器が前記器具本体を回転させる際に、前記材料によって反射された光を、該検出光ガイドを通して前記検出アセンブリに向かって透過させる、検出光ガイドと、
を備え、
前記検出器アセンブリは、前記軸に面する複数の光検出素子を支持するブレースを備え、該複数の光検出素子は、前記検出光ガイドを通って透過しかつ前記軸に対して横切って前記検出光ガイドから出る光を検出し、前記複数の光検出素子の少なくとも１つは、前記回転機器が前記器具本体を回転させる際に前記材料によって反射された光を検出する、外科用システム。
【請求項７４】
ワークピースの材料を貫通し、異なる材料の間の境界を検出する外科用システムを使用する方法であって、
材料を貫通するように回転機器を駆動することと、
第１の波長の光を前記材料に向かって放出することと、
前記第１の波長の光を放出している間に、前記材料によって反射された光を第１の拡散反射値で測定することと、
第２の波長の光を前記材料に向かって放出することと、
前記第２の波長の光を放出している間に、前記材料によって反射された光を第２の拡散反射値で測定することと、
前記第１の拡散反射値及び前記第２の拡散反射値に基づいて波形を生成することと、
材料貫通中に材料境界閾値に対して前記波形を分析することと、
前記材料境界閾値に対する波形の変化に応じて前記回転機器を制御することと
を含む、方法。
【請求項７５】
ワークピースの材料を貫通し、該材料の特性を判断する外科用システムを使用する方法であって、
材料を貫通するように回転機器を駆動することと、
発光源により光を前記材料に向かって放出することと、
前記材料によって反射された光を検出器アセンブリにより拡散反射値で測定することと、
前記拡散反射値に基づいてコントローラを介して波形を生成することと、
前記拡散反射値に基づいてワークピース特有の材料特性を判断することと、
前記ワークピース特有の材料特性に基づいて前記波形を調整することと、
貫通中に材料境界閾値に対して、前記調整された波形を分析することと、
前記材料境界閾値に対する前記調整された波形の変化に応じて前記回転機器を制御することと、
を含む、方法。
【請求項７６】
材料を貫通することは、第１の材料層を貫通することと、第２の材料層を貫通することと、第３の材料層を貫通することとを含む、請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
前記ワークピース特有の材料特性を判断することは、前記第３の材料層の貫通の前に行われ、
前記波形の調整は、前記第１の材料層の前記ワークピース特有の材料特性に基づく、請求項７６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、包括的には外科用システムに関し、より詳細には組織貫通外科用システムに関する。本開示はまた、組織を貫通し、異なる組織間の境界を検出し、外科用システムを用いて組織特性を判断する方法に関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本特許出願は、引用することにより全体が本明細書の一部をなすものとする２０１７年８月４日に出願された米国仮特許出願第６２／５４１，３３９号の優先権及び全ての利益を主張する。
【背景技術】
【０００３】
従来の医療処置及び手術処置は、日常的に、外科医が手術部位にアプローチして手術部位を処置するのを可能にする外科用器具の使用を含む。特に、外傷、スポーツ傷害、変性疾患、関節再建等、様々な筋骨格状態に対処するために、整形外科的処置に関連して、ドリル等の回転機器が使用されることが多い。これらのタイプの整形外科的処置は、日常的に、骨又はその断片を安定化するか又は関節接合するためのスクリュー、プレート、ロッド、ピン及び他の固定装置の使用を含む。固定装置の適切な設置を確実にするために、外科医は、通常、手術部位において骨にパイロット穴を穿孔する。多くの場合、パイロット穴、及びその中に設置される固定装置が、骨内に又は隣接する組織内に最大深さを越えて突出しないことが重要である。
【０００４】
付属肢及び軸骨格の大部分の骨は、比較的多孔質の内側骨層を包囲する、比較的緻密な稠密な外側骨層を備える。したがって、様々な「組織境界」は、骨層の間で画定される可能性があるとともに、骨髄等他のタイプの組織によって、かつそうした他のタイプの組織の間で画定される可能性がある。組織貫通中に或る特定の組織境界を横切らないことを確実にするために、外科医は、通常、詳細な解剖学的知識と、広範な専門職としての経験と、回転機器からのフィードバック（例えば、触知性及び／又は可聴フィードバック）とに頼らなければならない。しかしながら、フィードバックの発生は、組織境界を横切る前に外科医が反応するには遅すぎるか又は早すぎる可能性がある。
【発明の概要】
【０００５】
従来の組織貫通外科用システムは、概してそれらの意図された使用に対して十分に実施されてきたが、本技術分野では、依然として上述した欠陥のうちの１つ以上に対処する必要がある。
【０００６】
本明細書に開示する実施形態の利点は、添付図面に関連して後続する説明を読んだ後により十分に理解されることになるため、容易に認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】１つの実施形態による組織貫通外科用システムの概略図であり、器具本体が発光源及び検出器アセンブリを有する回転機器から間隔を空けた状態で示されている。
【図１Ｂ】別の実施形態による組織貫通外科用システムの概略図であり、器具本体が回転機器から間隔を空けた状態で示されており、回転機器は、検出器アセンブリと、回転機器から発光源を有するコンソールまで延在している光ガイドとを有する。
【図２Ａ】図１Ａ及び図１Ｂの外科用システムのコントローラの部分概略図であり、器具本体の遠位切削端部が骨を貫通している状態で示されている。
【図２Ｂ】図２Ａのコントローラの別の概略図であり、２つの発光源が器具本体の近位端内に軸方向に光を放出している状態で示されており、放出された光は発光光ガイドに沿って骨の方に向けられて示されており、骨によって反射された光は、検出光ガイドに沿って骨から離れて検出器アセンブリの方に向けられて示されている。
【図３Ａ】骨に隣接して位置決めされて示された図２Ａ及び図２Ｂの器具本体の切削端部の概略図である。
【図３Ｂ】図３Ａの器具本体の別の概略図であり、切削端部が皮質骨を貫通し海綿骨に接近している状態で示されている。
【図３Ｃ】図３Ａ及び図３Ｂの器具本体の別の概略図であり、切削端部が海綿骨を貫通し骨髄に接近している状態で示されている。
【図３Ｄ】図３Ａ〜図３Ｃの器具本体の別の概略図であり、切削端部が海綿骨を貫通し骨髄を横切った後に皮質骨に接近している状態で示されている。
【図４】図２Ａ及び図２Ｂのコントローラによって測定された第１の拡散反射値及び第２の拡散反射値を示し、拡散反射値に基づいて生成された波形も示す、時間ベースのグラフである。
【図５】図１Ｂの外科用システムの部分平面図であり、器具本体が回転機器に作動的に結合された状態で示されている。
【図６】図５の線６−６に沿った断面図である。
【図７】図６の符号７における部分断面図である。
【図８】図６の符号８における部分断面図である。
【図９】図６の符号９における部分断面図である。
【図１０】図５〜図９の外科用システムの部分組立分解斜視図であり、回転器具はハンドピースからかつ器具本体から間隔を空けて配置されたチャックアセンブリを有するように示されている。
【図１１】図１０のチャックアセンブリの組立分解斜視図である。
【図１２】図１０のハンドピースのいくつかの部分を示し、発光源に光学的に結合するように構成された調整機構の詳細を示す、部分組立分解斜視図である。
【図１３】図１Ａ及び図１Ｂの器具本体の左側面図であり、器具本体の内部構造的特徴が破線で図示されている。
【図１４】図１３の符号１４における器具本体の一部の拡大図である。
【図１５】図１３の符号１５における器具本体の一部の拡大図である。
【図１６】図１３の符号１６における器具本体の一部の拡大図である。
【図１７】図１３の符号１７における器具本体の一部の拡大図である。
【図１８】図１３〜図１７の器具本体の部分正面図である。
【図１９】図１３〜図１８の器具本体の遠位切削端部の部分斜視図である。
【図２０Ａ】図１Ａ〜図２Ｂの検出器アセンブリに対して或る回転位置に配置された図１Ａ及び図１Ｂ並びに図１３〜図１９の器具本体を示す斜視図であり、ハンドピースの一部は想像線で示されている。
【図２０Ｂ】図２０Ｂの器具本体及び検出器アセンブリを示す別の斜視図であり、器具本体が検出器アセンブリに対して別の回転位置に配置された状態で示されている。
【図２１】別の実施形態による器具本体の組立分解斜視図である。
【図２２】器具本体の段状遠位切削端部の部分概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図面を参照して、ワークピースの材料を貫通し、材料の特性を判断するシステムを示す。図面では、それぞれの図を通して同様の数字を用いて同様の構造を示す。より具体的には、図１Ａ〜図２Ｂにおいて、患者の組織Ｔを貫通し組織Ｔの特性を判断する外科用システムを３０で示す。したがって、本明細書に記載する例示の実施形態では、ワークピースは、患者の解剖学的構造の１つ以上の部分として具現化され、材料は、１種以上の組織Ｔとして具現化される。したがって、別段の断りのない限り、「ワークピース」及び「患者」という用語は、本明細書では同義で使用するものとし、同様に「材料」及び「組織」という用語は、本明細書では同義で使用するものとする。
【０００９】
外科用システム３０は、概して、回転トルクを発生させる回転機器３２と、回転機器３２に解除可能に結合するとともに組織Ｔと係合するように構成されている器具本体３４とを備える。本明細書に例示する代表的な実施形態では、回転機器３２は、充電式バッテリ３８を介して電力が供給される電気モータ３６を備えた手持ち式ドリルとして具現化され、器具本体３４は、組織Ｔと係合する「切削」遠位端３４Ａと、回転機器３２と解除可能に結合する「結合」近位端３４Ｂとの間で軸ＡＸに沿って延在する、「ドリルビット」として具現化されるか又は他の方法でその一部を形成する。したがって、バッテリ３８における蓄積された電気エネルギーはモータ３６に電力を供給し、モータ３６は、さらに、回転トルクを発生させて器具本体３４を回転させる。本明細書に例示する回転機器３２の代表的な実施形態は、以下の後続する説明から理解されるように、「内蔵」モータ３６及び着脱式バッテリ３８を採用するが、回転機器３２が、使用中に器具本体３４の回転を容易にするように回転機器への回転トルクを制御し、駆動し、又は他の方法で変換するように構成された外部コンソール４０（図１Ｂを参照）につながれている場合等、複数の異なる方法で外科用システム３０の構成要素を構成することができる。逆に、回転機器３２は、電子回路が組み込まれた携帯型のつながれていない機器として実施することができ（図１Ａを参照）、様々なタイプの無線通信を介して他の外部システム、コントローラ等と通信することができる。他の構成が企図される。
【００１０】
当業者であれば、複数の異なるタイプの医療処置及び手術処置は、日常的に、骨、骨髄、筋肉、神経、上皮及び／又は結合組織を含む組織Ｔを「穿孔する」ことを含むということが理解されよう。例えば、通常、再建整形外科処置では、外科医等の使用者が、骨折部を安定化しかつ骨の再実証（redemonstration）を促進するのに役立つ固定装置を設置するために、骨折部に隣接した様々な場所で骨折した骨を穿孔する必要がある。ここでは、骨を貫通する必要のある特定の深さは、穿孔されている骨のタイプ、骨折の場所、患者の解剖学的構造、骨折の重症度、利用されている固定装置のタイプ、実施されている処置のタイプ等に基づいて著しく変化する可能性がある。例示的な例として、図３Ａ〜図３Ｄは、器具本体３４の遠位端３４Ａが骨に接近し及び／又は骨を貫通している状態を断面で概略的に示す。図示する骨は、４つの異なるタイプの組織Ｔ、すなわち、骨膜ＴＰの外層、比較的稠密な皮質骨ＴＣの層、比較的多孔質の（すなわち、「海綿状の（cancellous）」）海綿（trabecular）骨ＴＴ及び骨髄ＴＭを含む。図３Ａは、遠位端３４Ａが骨膜ＴＢの外層に隣接して位置決めされた状態を示す。図３Ｂは、遠位端３４Ａが骨膜ＴＢを貫通して皮質骨ＴＣ内に入っている状態を示す。図３Ｃは、遠位端３４Ａが骨内に更に貫通し、皮質骨ＴＣを通って海綿骨ＴＴに入っている状態を示す。図３Ｄは、遠位端３４Ａが骨内に更に貫通し、骨髄ＴＭを通って、骨髄ＴＭの下に配置された海綿骨ＴＴ内に入っている状態を示す。
【００１１】
以下の後続する説明から明らかとなるように、図３Ａ〜図３Ｄに示す器具本体３４の遠位端３４Ａのそれぞれの位置（又は「穿孔深さ」）は、多くの場合、骨等の組織Ｔを穿孔するプロセスが、異なるタイプの組織Ｔを逐次貫通することを含む、ということを論証する。したがって、実施されている処置のタイプに応じて、所望の深さまで貫通することは、組織Ｔの隣接するタイプの間に画定された１つ以上の組織境界ＴＢを横切ることを含む可能性がある。例示として、図３Ａ〜図３Ｄに示す骨は、６つの境界、すなわち、骨膜ＴＰと皮質骨ＴＣとの間に画定された第１の境界Ｂ１と、皮質骨ＴＣと海綿骨ＴＴとの間に画定された第２の境界Ｂ２と、海綿骨ＴＴと骨髄ＴＭとの間に画定された第３の境界Ｂ３と、骨髄ＴＭと海綿骨ＴＴとの間に画定された第４の境界Ｂ４と、海綿骨ＴＴと皮質骨ＴＣとの間に画定された第５の境界Ｂ５と、皮質骨ＴＣと骨膜ＴＰとの間に画定された第６の境界Ｂ６とを画定する。患者が異なれば骨／解剖学的構造が異なる可能性があり、したがって、組織境界ＴＢの存在及び／又は組織Ｔのタイプは、或る特定の患者に対して、或る特定の解剖学的部位において存在しない可能性がある、ということが理解されるべきである。
【００１２】
図３Ａ〜図３Ｄに示す組織Ｔの各タイプは、硬度、厚さ等、異なる物理特性及び物質特性を有し、それらの各々は異なる患者間で変化する可能性があるため、従来の外科穿孔では、通常、外科医が、組織Ｔの隣接するタイプの相違を補償するように回転器具３２にかけられる軸方向の力の量を調整する必要がある。例示として、皮質骨ＴＣを穿孔する（図３Ｂを参照）には、一般に、海綿骨ＴＴを穿孔する場合（図３Ｃを参照）と比較してより大きい軸方向の力が必要である。言い換えれば、皮質骨ＴＣ及び骨膜ＴＰを通して逐次穿孔している間、回転器具３２にかけられる軸方向の力の量が実質的に一定である場合、器具本体３４の遠位端３４Ａは、皮質骨ＴＣと骨膜ＴＰとの間に画定された第６の境界Ｂ６を横切った後、骨膜ＴＰを通してかつ隣接する組織Ｔ、筋肉等の中に、急速にかつ制御されずに「突入する」可能性がある。この望ましくない効果により、組織Ｔが損傷することになる可能性があり、外科処置の残りを複雑にする可能性があることが理解されよう。
【００１３】
本開示の外科用システム３０は、組織Ｔ貫通中に組織境界ＴＢを予期し、いくつかの実施形態では、組織境界ＴＢに到達する前に貫通を中断するために使用することができる、組織Ｔの特性を判断することにより、上述した「突入」効果等の過度の組織Ｔ貫通を防止するのに役立つように構成される。このために、図１Ａ〜図２Ｂに概略的に示すように、外科用システム３０は、全体として４２で示すコントローラと、発光源４４と、より詳細に後述するように、組織Ｔの特性を判断し、拡散反射の原理に基づいて組織境界ＴＢへの接近を検出する検出器アセンブリ４６とを採用する。
【００１４】
コントローラ４２は、回転機器３２、発光源４４及び検出器アセンブリ４６と、有線通信又は無線通信等によって通信するように配置され、特に、発光源４４を駆動するとともに検出器アセンブリ４６からのデータを記録するように構成されている。発光源４４は、回転機器３２に作動的に結合されて、組織Ｔに向かって光を放出し、検出器アセンブリ４６は、回転機器３２に作動的に結合されて、組織Ｔによって反射された光を検出する。
【００１５】
使用中に組織Ｔに隣接して光を放出及び収集するために、発光光ガイド４８及び検出光ガイド５０が、各々、光を透過させるように器具本体３４内に支持されている（図２Ａを参照、光ガイドは破線で示す）。より具体的には、発光光ガイド４８は、器具本体３４が回転器具３２に結合されると発光源４４と光学的に連通して配置されて、使用中に回転器具３２が器具本体３４を回転させる際、発光源４４によって放出された光を、発光光ガイド４８を通して組織Ｔに向かって透過させる。検出光ガイド５０は、発光光ガイド４８から間隔を空けて配置され、器具本体３４が回転機器３２に結合されると検出器アセンブリ４６と光学的に連通して配置されて、回転機器３２が器具本体３４を回転させる際、組織Ｔによって反射される光を、検出光ガイド５０を通して検出器アセンブリ４６に向かって透過させる。いくつかの実施形態では、より詳細に後述するように、器具本体３４、発光光ガイド４８及び検出光ガイド５０は協働して、チャックアセンブリ５８に解除可能に取付可能であるドリルビットを画定する。
【００１６】
図２Ｂに最もよく示すように、器具本体３４が回転機器３２に結合されると、発光源４４は、器具本体３４によって画定される軸ＡＸに沿って発光光ガイド４８内に光を放出し、検出器アセンブリ４６は、組織Ｔから反射され、軸ＡＸに対して横切る方向に検出光ガイド５０から出る光を検出するように配置される。言い換えれば、図２Ｂにおいて破線で表す、発光源４４によって放出された光は、近位端３４Ｂに隣接する発光光ガイド４８に入り、遠位端３４Ａに隣接する発光光ガイド４８から出て、組織Ｔによって吸収及び反射される。逆に、図２Ｂにおいて点線で表す、組織Ｔによって反射された光は、遠位端３４Ａに隣接する検出光ガイド５０に入り、軸ＡＸに対して横切る方向に検出光ガイド５０を出て、遠位端３４Ａと近位端３４Ｂとの間に配置された或る場所において検出器アセンブリ４６によって検出される。本明細書で用いる「横切る」という用語は、軸ＡＸを「横断する」又は軸ＡＸと「交差する」ことを意味することが理解されよう。この構成により、貫通中に組織Ｔによって吸収及び反射される光の量の所定の変化に基づいて、組織境界ＴＢへの接近を検出するように、別個の光ガイド４８，５０に沿った器具本体３４の回転中の光の「連続的な」放出及び検出が可能になる。
【００１７】
以下の後続する説明から理解されるように、例示する外科用システム３０は、光が、近位端３４Ｂにおいて軸ＡＸに対して概して「平行に」又は他の方法で位置合わせされて発光光ガイド４８に入り、概して軸ＡＸに沿って遠位端３４Ａまで進み、反射された光が、遠位端３４Ａにおいて検出光ガイド５０に入り、概して軸ＡＸに沿って近位端３４Ｂに向かって進んだ後、軸ＡＸに対して「垂直な」又は他の横切る方向に検出光ガイド５０から出るように構成されているが、上述しかつより詳細に後述する「連続的な」検出及び発光は、この配置を入れ替えることによって同様に達成することができる。より具体的には、光は、軸ＡＸに対して横切るように放出され、遠位端３４Ａに向かって進むことができ、反射された光は、遠位端３４Ａから近位端３４Ｂまで進むことができる。他の構成が企図される。非限定的な例として、いくつかの実施形態では、光は、軸ＡＸに対して実質的に平行に近位端３４Ｂにおいて器具本体３４に入りかつ器具本体３４から出るように放出することができ（図示せず）、又は、光は、軸ＡＸに対して横切って器具本体に入りかつ器具本体から出るように放出することができる（図示せず）。したがって、回転機器３２、器具本体３４、コントローラ４２、発光源４４、検出器アセンブリ４６、発光光ガイド４８及び検出光ガイド５０の様々な構成要素、構造及び特徴について、より詳細に後述する。
【００１８】
ここで図１Ａ〜図６を参照すると、上述したように、回転機器３２は、外科処置を実施するために採用され、バッテリ３８を介して電力が供給される。本明細書に例示する回転機器３２の代表的な実施形態は、手持ち式外科用ドリルとして具現化されているが、回転機器３２は、組織Ｔを貫通するのに十分な任意の好適なタイプ又は構成のものとすることができることが理解されよう。モータ３６に加えて、回転機器３２は、概して、ハンドピース本体５２、ハンドピースコントローラ５４、入力制御部５６及びチャックアセンブリ５８を備える。これらの構成要素の各々について、より詳細に後述する。
【００１９】
回転機器３２のハンドピース本体５２は、ハンドグリップ６０及びシャシ６２を備える概してピストル状の輪郭を有する。ハンドグリップ６０は、電気的接触を容易にする対応する形状のインタロックコネクタ（図示せず、ただし、関連技術分野において概して既知である）等により、充電式バッテリ３８（図１Ａ及び図１Ｂを参照）に解除可能に固定するように構成されている。より詳細に後述するように、ハンドピース本体５２のシャシ６２はチャックアセンブリ５８を支持し、チャックアセンブリ５８は、さらに、器具本体３４を解除可能に固定するように構成されている。図面を通して回転機器３２は一般的に図示するが、当業者であれば、ハンドグリップ６０及び／又はシャシ６２の具体的な構成は、異なる応用、異なるタイプの回転機器３２等に適応するように調整することができることを理解するであろう。
【００２０】
回転機器３２のハンドピースコントローラ５４は、モータ３６、バッテリ３８及び入力制御部５６と電気通信するように配置され（図１Ａ〜図２Ｂを参照）、入力制御部５６の作動に応じてモータ３６の動作を容易にするように概して構成されている。以下の後続する説明から理解されるように、ハンドピースコントローラ５４はまた、いくつかの実施形態では、外科用システム３０のコントローラ４２としての役割を果たし又は他の方法でコントローラ４２を画定することができ、したがって、発光源４４及び検出器アセンブリ４６と電気通信するようにも配置することができる。逆に、ハンドピースコントローラ５４及びコントローラ４２は、互いに通信する別個の構成要素として具現化することができる。他の構成が企図される。
【００２１】
回転機器３２のハンドピースコントローラ５４及び入力制御部５６は、各々、ハンドピース本体５２内に支持されている。入力制御部５６は、引き金式の構成を有し、外科医による作動に応答し、ハンドピースコントローラ５４と通信する。モータ３６は、チャックアセンブリ５８とトルク変換関係で結合され、ハンドピースコントローラ５４から受け取られるコマンド、信号等に応じて回転トルクを選択的に発生させるように構成されている。したがって、外科医が回転機器３２を動作させるように入力制御部５６を作動させると、ハンドピースコントローラ５４はバッテリ３８からの電力をモータ３６に向け、モータ３６は、さらに、器具本体３４を回転させるようにチャックアセンブリ５８を駆動する。当業者であれば、モータ３６、バッテリ３８、ハンドピース本体５２、ハンドピースコントローラ５４、入力制御部５６及びチャックアセンブリ５８は、各々、器具本体３４の回転を促進するのに十分な複数の異なる方法で構成することができることが理解されよう。
【００２２】
図１Ａにおいて概略的に示すように、発光源４４及び検出器アセンブリ４６は、バッテリ３８のように、有利には、外科用システム３０を「つながっていない」構成で利用することができるように同時に移動するように、回転器具３２のシャシ６２に結合することができる。しかしながら、他の実施形態では、発光源４４がコンソール４０に結合されている場合（図１Ｂを参照）等、発光源４４及び／又は検出器アセンブリ４６を、異なるように位置付け、位置決めし、又は他の方法で配置することができる。ここで、回転機器３２とコンソール４０との間の光学的連通は、器具本体３４が回転機器３２に結合されると、発光源４４からの光を器具本体３４の発光光ガイド４８内に向けるように構成された、全体として６４で示す光学テザーを用いて達成することができる。したがって、当業者であれば、発光源４４及び／又は検出器アセンブリ４６は、光ガイド４８，５０との光学的連通を容易にするのに十分な任意の好適な方法で配置し、配列し、又は他の方法で構成することができることが理解されよう。
【００２３】
上述したように、発光源４４は、貫通中に組織境界ＴＢを検出するように発光光ガイド４８に沿って組織Ｔに向かって誘導される光を放出するように構成されている。以下の後続する説明から理解されるように、外科用システム３０は、拡散反射を介して組織Ｔ貫通中に組織境界ＴＢへの接近を検出するように、器具本体３４の遠位端３４Ａの「前方で」又は「下方で」、放出された光を組織Ｔ内に向けるように構成されている。ここで、異なるタイプの組織Ｔは異なる方法で光を吸収及び反射するため、かつ、放出される光は遠位端３４Ａから出るように向けられるため、組織Ｔによって反射及び吸収される光の量は、貫通されている組織Ｔのタイプに応じて変化し、したがって、遠位端３４Ａが組織境界ＴＢに接近する際にもまた変化する。
【００２４】
ここで図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、発光源４４の代表的な実施形態は、第１の光源６６Ａ及び第２の光源６６Ｂを備える。第１の光源６６Ａは、第１の波長Ｗ１の光を発光光ガイド４８内に放出するように配置されている。第２の光源６６Ｂは、同様に、発光光ガイド４８内に光を放出するように配置されているが、第１の波長Ｗ１とは異なる第２の波長Ｗ２の光を放出する。いくつかの実施形態では、光源６６Ａ，６６Ｂは、光を放出するようにコントローラ４２によって駆動されるそれぞれの発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える。しかしながら、光源６６Ａ，６６Ｂは、発光光ガイド４８内に向けられる光を放出するのに十分な任意の好適なタイプ及び構成のものとすることができる。非限定的な例として、光源６６Ａ，６６Ｂは、各々、それぞれのレーザダイオードを備えることができ、共通のアノード又はカソードを備える単一のＬＥＤによって画定することができる等が考えられる。同様に、図２Ａ及び図２Ｂには２つのＬＥＤを概略的に示すが、光源６６Ａ，６６Ｂは、異なるタイプ、構成、サイズ等とすることができ、１つの波長又は異なる波長の光を放出するために、単一の光源を採用することができることが理解されよう。さらに、光源６６Ａ，６６Ｂは、発光光ガイド４８内に光を放出するのに十分な任意の好適な方法で配置し又は他の方法で支持することができる。
【００２５】
続けて図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、コントローラ４２は、光源６６Ａ，６６Ｂと電気通信するように配置され、第１の波長Ｗ１及び第２の波長Ｗ２の光を発光光ガイド４８内に逐次放出するように、光源６６Ａ，６６Ｂを非同期に駆動するように構成されている。このために、例示する実施形態では、コントローラ４２は、第１の光源６６Ａを駆動するように第１の矩形波Ｓ１を生成するとともに、第２の光源６６Ｂを駆動するように第２の矩形波Ｓ２を生成するように構成されている。例示する実施形態では、第１の矩形波Ｓ１及び第２の矩形波Ｓ２は、光源６６Ａ，６６Ｂを非同期に駆動するのを容易にするために、互いに１８０度位相がずれている。しかしながら、コントローラ４２が、第１の矩形波Ｓ１及び第２の矩形波Ｓ２を異なるように駆動することができることが理解されよう。コントローラ４２は、発光周波数ＦＥで光源６６Ａ，６６Ｂを駆動し、例示する実施形態では発光周波数ＦＥの２倍である検出周波数ＦＤで、検出器アセンブリ４６から検出データＤＤを経時的に取得するように構成されている。しかしながら、コントローラ４２が、「連続的な」検出を容易にするのに好適な任意の周波数で、検出器アセンブリ４６から検出データＤＤを収集するように構成することができることが理解されよう。言い換えれば、コントローラ４２は、光源６６Ａ，６６Ｂのうちの一方が光を放出するたびに検出データＤＤを取得する。いくつかの実施形態では、発光周波数ＦＥは１００Ｈｚを超える。他の構成が企図される。
【００２６】
以下の図４の後続する説明から理解されるように、光源６６Ａ，６６Ｂは、特に、複数の異なる組織境界ＴＢの信頼性の高い検出の確保に役立つように、異なる波長Ｗ１，Ｗ２の光を放出するように構成されている。このために、１つの実施形態では、第１の波長Ｗ１及び第２の波長Ｗ２は、各々、４００ｎｍ〜１０００ｎｍである。１つの実施形態では、第１の波長Ｗ１は６３０ｎｍ〜６７０ｎｍであり、第２の波長は７００ｎｍ〜９００ｎｍである。しかしながら、他の構成が企図され、第１の波長Ｗ１及び／又は第２の波長Ｗ２は、可視光スペクトル、近赤外光スペクトル及び／又は赤外光スペクトルの任意の好適な波長から、異なる応用要件に適応するように選択することができる。有利には、光源６６Ａ，６６Ｂは、第１の波長Ｗ１が血液によって吸収可能であるとともに、第２の波長Ｗ２が第１の波長Ｗ１より血液による吸収性が低いように、構成されるか又は他の方法で駆動される。
【００２７】
ここで図２Ａ及び図２Ｂ並びに図４を参照すると、上述したように、検出器アセンブリ４６は反射した光を検出し、コントローラ４２は、光源６６Ａ，６６Ｂのうちの一方がそれぞれ駆動されるたびに、検出器アセンブリ４６から検出データＤＤを取得する。ここでは、検出データＤＤは、第１の光源６６Ａを駆動する間に検出器アセンブリ４６によって測定された第１の拡散反射値Ｄ１と、第２の光源６６Ｂを駆動する間に検出器アセンブリ４６によって測定された第２の拡散反射値Ｄ２とを含む。コントローラ４２はまた、第１の拡散反射値Ｄ１及び第２の拡散反射値Ｄ２に基づいて波形ＷＦを生成し、組織Ｔ貫通中に組織境界閾値ＴＨに対して経時的に波形ＷＦを分析し、それに応じて回転機器３２を制御するようにも構成されている。
【００２８】
図４において、組織Ｔ貫通中に収集された第１の拡散反射値Ｄ１及び第２の拡散反射値Ｄ２を表す線と、それに基づいて生成された波形ＷＦを表す線とを描く、時間ベースのグラフを示す。このために、図示する実施形態では、波形ＷＦは、拡散反射値Ｄ１，Ｄ２の正規化比として生成される。言い換えれば、コントローラ４２は、少なくとも部分的に、第２の拡散反射値Ｄ２に対する第１の拡散反射値Ｄ１の比に基づき、波形ＷＦを発生させるように構成され、コントローラ４２は、組織貫通中に、経時的に発生する比の変化に対して波形ＷＦを分析するように構成されている。したがって、図４において、水平軸は時間であり、垂直軸は、経時的に測定される拡散反射値Ｄ１、Ｄ２の各々に対して波形ＷＦ及び検出データＤＤを明確に描くのに役立つように任意である。
【００２９】
波形ＷＦを生成するための比の利用により、拡散反射値Ｄ１，Ｄ２両方に存在する或る特定のタイプの「信号雑音」を有効にフィルタで除去するために、拡散反射値Ｄ１，Ｄ２を正規化することが理解されよう。しかしながら、外科用システム３０の具体的な構成、検出器アセンブリ４６の精度、検出及び発光の速度等に応じて、コントローラ４２が、一方又は両方の拡散反射値Ｄ１，Ｄ２の変化を同時にモニタリングして、組織境界ＴＢへの接近を検出することができ、又は、雑音をフィルタで除去し、及び／又は拡散反射値Ｄ１，Ｄ２を異なるように比較することができることが考えられる。
【００３０】
図４に示すグラフは、組織境界ＴＢを横切る前に貫通を中断させるか又は他の方法で制御するために、経時的なかつ組織境界閾値ＴＨに対する波形ＷＦの変化をいかに使用することができるかを論証するために、組織境界ＴＢによって線引きされる２つの異なるタイプの組織Ｔの逐次貫通を表す。ここでは、図４において、波形ＷＦは、組織Ｔを経時的に貫通する際、かつ、組織境界ＴＢが接近する際、垂直軸に対して著しく変化し始める。したがって、組織境界閾値ＴＨを超えると、コントローラ４２は、それに応じて回転機器３２の動作を中断させることができる。このために、コントローラ４２は、貫通の中断を容易にするように、ハンドピースコントローラ５４及び／又は外科用システム３０の他の構成要素と通信することができる。非限定的な例として、コントローラ４２は、組織境界閾値ＴＨを超えると、バッテリ３８とモータ３６との間に配置されたリレーを開放することができる。コントローラ４２は、器具本体３４の回転を完全に停止させ、回転を減速させ、及び／又は、視覚インジケータを照明し、可聴アラームを鳴らし、ハプティックフィードバックを発生させる等により、異なるタイプのフィードバックを提供するように構成することができることが理解されよう。他の構成が企図される。器具本体３４の回転を中断させることに加えて、いくつかの実施形態では、コントローラ４２は、骨における組織Ｔ貫通中に患者特有の骨特性ＢＣ（または、「ワークピース特有の材料特性」）を判断するように構成されている。非限定的な例として、患者特有の骨特性ＢＣとしては、骨の密度、硬度、厚さ、又は１つ以上のタイプの組織Ｔの他の物理的パラメータを挙げることができる。いくつかの実施形態では、検出データＤＤ及び／又は電子カルテ（ＥＭＲ）データ等の所定の患者データもまた、コントローラ４２が患者特有の骨特性ＢＣを判断し、波形ＷＦを調整し、及び／又は回転機器３２を制御するために利用することができる。ここでは、例えば、コントローラ４２は、外科用システム３０を制御するために患者特有の骨特性ＢＣを判断し又は他の方法で定義するために使用される或る特定の硬度値を有すると判断することができる。
【００３１】
ここで図５〜図２２を参照すると、上述したように、器具本体３４は、発光光ガイド４８及び検出光ガイド５０と協働して、光の「連続的な」検出及び放出を容易にする。このために、図７、図１６並びに図２０Ａ及び図２０Ｂに最もよく示すように、器具本体３４は、軸ＡＸに対して横切って形成され、かつ遠位端３４Ａと近位端３４Ｂとの間に配置された凹部６８を画定し、検出光ガイド５０は、器具本体３４に沿って遠位端３４Ａから凹部６８まで延在している。検出光ガイド５０に沿って検出器アセンブリ４６に向かって透過する光を検出するために、凹部６８内に反射面７０が位置決めされている（図２Ｂも参照）。より詳細に後述するように、検出器アセンブリ４６は、複数の光検出素子７４を支持するブレース７２を備え、複数の光検出素子７４は、使用中に回転機器３２が器具本体３４を回転させる際に反射面７０から向けられた光を検出するように、各々が軸ＡＸに面して配置されている（図２０Ａ及び図２０Ｂを参照）。本明細書に例示する代表的な実施形態では、検出器アセンブリ４６に、上述したように、光を検知しかつ検出データＤＤをコントローラ４２に通信するように各々が構成されている２０個の光検出素子７４が設けられている。いくつかの実施形態では、光検出素子７４は、共通の「リボン」又は可撓性導管（図示せず）の上に支持され、リボン又は可撓性導管は、ブレース７２に結合され、コントローラ４２に配線されている。
【００３２】
ブレース７２は、概して環状の構成を有し、軸ＡＸに対するかつチャックアセンブリ５８に対する光検出素子７４の位置合わせを容易にするのに役立つ。検出器アセンブリ４６が、より詳細に後述するようにハンドピース本体５２のシャシ６２から取外し可能であるチャックアセンブリ５８に支持されているため、回転機器３２は、検出器アセンブリ４６、コントローラ４２及び／又はハンドピースコントローラ５４の間の取外し可能な電気接続を容易にするために、電気接点（図示せず）を備えることができる。例示する実施形態では、光検出素子７４の各々はブレース７２によって支持されているが、光検出素子７４の全て又はいくつかは、ブレース７２を使用することなく回転機器３２の１つ以上の部品に作動的に結合することができることが考えられる。さらに、当業者であれば、光検出素子７４は、複数の異なるタイプ及び／又は構成のものとすることができ、応用要件に応じて異なる方法で配置し、支持し、配線し及び／又は位置合わせすることができ、任意の好適な方法でコントローラ４２と通信することができることが理解されよう。さらに、いくつかの特定の実施形態では、検出器アセンブリ４６の光検出素子７４は、検出器アセンブリ４６が「連続的な」検出が可能であるように配置され、それは、貫通中に組織Ｔによって反射された光が、器具本体３４の回転中に組織Ｔが貫通される際に光検出素子７４のうちの１つ以上によって常に検出することができることを意味する。さらに、「連続的な」検出を達成するために２０個の光検出素子７４がブレース７２を中心に放射状に配置されているが、上述したように、いくつかの特定の応用では、別個のブレース７２があってもなくても、異なる数の光検出素子７４を利用することができることが理解されよう。例示的な例として、１つ以上の光検出素子７４は「積分球」構成の一部を形成することができ、積分球構成は、光検出素子７４によって取り込まれるまで、検出光ガイド５０から出る光を反射するように、チャックアセンブリ５８の一部内に塗布される高反射性白色コーティング等によって画定される（積分球構成は図示せず）。
【００３３】
図７及び図１６に示すように、反射面７０は、器具本体３４の凹部６８内に支持されている、ミラー等の反射素子７６によって画定される。しかしながら、いくつかの特定の実施形態では、反射面７０が器具本体３４自体の一部によって画定される場合等、反射素子７６を省略することができることが理解されよう。図２１に示す実施形態では、インサート７８が、反射面７０を画定し、圧入構成、接着剤等により、器具本体３４に固定される。インサート７８に隣接して、光ガイド４８、５０の引回しと器具本体３４の組立とを容易にするのに役立つように、カバー８０が設けられている。いくつかの実施形態では、反射面７０は、器具本体３４の１つ以上の部分のコーティングによって画定することができる。
【００３４】
いくつかの実施形態では、器具本体３４は、シャンク部材８２とビット部材８４とを備える。シャンク部材８２は、チャックアセンブリ５８に解除可能に取付可能であり、同時に回転するようにビット部材８４に固定されている。以下の後続する説明から理解されるように、この構成は、器具本体３４の製造を容易にするのに役立つ。しかしながら、器具本体３４は、代替的に、単一の一体型部品として構成することができる。図１３〜図２０Ｂに示す実施形態では、シャンク部材８２は、圧入、締り嵌め又は同様の製造プロセスを介してビット部材８４に固定されている。しかしながら、シャンク部材８２は、溶接、接着剤、インタロック構造機構等、複数の異なる方法でビット部材８４に固定することができる。図２１に例示する実施形態では、シャンク部材８２をビット部材８４に保持するために、かつそれらの間の回転及び軸方向移動を阻止するために、クリップ８６が設けられている。このために、図２１に示すように、クリップ８６は、ビット部材８４に形成された肩部８８に当接し、シャンク部材８２に形成されたポケット９０内に延在するように構成されている。他の構成が企図される。
【００３５】
器具本体３４のビット部材８４は、組織Ｔ貫通を促進するような形状であり又はそのように他の方法で構成されている、遠位端３４Ａに隣接する切削領域９２を画定する。より具体的には、器具本体３４は、器具本体３４の遠位端３４Ａから離れて近位端３４Ｂに向かって組織Ｔを向けるように切削領域９２に沿って形成された溝９４を備える。溝９４は、異なるピッチ及び形状等、複数の異なる方法で実施することができることが理解されよう（図２１を図２０Ａ及び図２０Ｂと比較されたい）。図１９に最もよく示すように、器具本体３４の切削領域９２は、主ドリル径９６を画定し、器具本体３４の遠位端３４Ａと主ドリル径９６を画定する切削領域９２の部分との間に画定された先端角度１００（図２２も参照）をなして形成された、切削先端面９８を備える。１つの実施形態では、先端角度１００は、９０度〜１３０度である。しかしながら、他の構成が企図される。
【００３６】
チャックアセンブリ５８への解除可能な取付を容易にするために、図７、図１０及び図１３〜図２０Ｂに示す器具本体３４の代表的な実施形態には、器具本体３４を軸方向に、かつチャックアセンブリ５８に対して回転可能に固定された状態で維持するのに役立つ、平面部１０２及びレリーフ１０４が設けられている。当業者であれば、これを従来の外科用チャック構成として理解し、チャックアセンブリ５８は複数の異なる方法で構成することができることを理解するであろう。ここで図６〜図１１を参照すると、回転機器３２は、使用中に軸ＡＸを中心とする器具本体３４の回転を容易にするのに役立つ、全体として１０６で示す軸受を備える。図１１に最もよく示すように、チャックアセンブリ５８は、一対の軸受１０６の間で検出器アセンブリ４６のブレース７２を支持するチャックハウジング１０８を備える。以下の後続する説明から理解されるように、この配置は、回転中の器具本体３４の振動及び横移動を低減させるのに役立ち、ひいては、検出器アセンブリ４６が検出データＤＤを収集する際の雑音を低減させるのに役立つ。チャックハウジング１０８は、ハンドピース本体５２のシャシ６２に取外し可能に取り付けられるように適合され、概して、チャックスリーブ１１０、コレット１１２及びキャップ１１４を支持し、それらは、器具本体３４の適切な保持を確実にするとともに、雑音、振動、累積公差等を低減させるようにいくつかの特定の構成要素の間に挿入される、様々なシム１１６、付勢要素１１８及び保持クリップ１２０によって、互いに結合されている。
【００３７】
チャックスリーブ１１０は、チャックハウジング１０８に対して回転するように軸受１０６によって回転可能に支持されている。チャックスリーブ１１０は、器具本体３４が回転機器３２に結合されると、器具本体３４と同時に回転する。図７に例示する実施形態に最もよく示すように、チャックスリーブ１１０は、器具本体３４が回転機器３２に結合されると、器具本体３４の反射面７０に隣接して配置されるように位置決めされた、スリーブ開口部１２２を画定している。ここでは、検出光ガイド５０から出る光は、反射面７０によって軸ＡＸに対して横方向に向けられるため、かつ、チャックスリーブ１１０及び器具本体３４は同時に回転するため、スリーブ開口部１２２は、回転機器３２が器具本体３４を回転させる際に、検出光ガイド５０に沿って透過する光が、スリーブ開口部１２２を通って検出器アセンブリ４６に向かって進むのを可能にするように配置されている。
【００３８】
図７に示す実施形態では、特に、チャックスリーブ１１０の内側と検出器アセンブリ４６、チャックハウジング１０８の内側等との間に物理的バリアを生成するために、スリーブ開口部１２２内にスリーブ窓要素１２４が配置されている。ここでは、スリーブ窓要素１２４は、反射面７０から検出器アセンブリ４６に向かって光を集束させ、向け、又は他の方法で光の透過を可能にするように構成することができる。検出器アセンブリ４６が使用中に器具本体３４の凹部６８及び反射面７０に隣接して配置されるため、かつ、検出器アセンブリ４６の光検出素子７４が軸ＡＸの方に面するため、スリーブ開口部１２２を通過する光は、器具本体３４の回転位置とは無関係に検出器アセンブリ４６の方に向けられ（図２０Ａ及び図２０Ｂを参照）、複数の光検出素子７４のうちの少なくとも１つは、回転機器３２が器具本体３４を回転させる際に組織Ｔによって反射された光を検出する。
【００３９】
上述したように、チャックスリーブ１１０及び器具本体３４は、動作時に同時に回転する。スリーブ開口部１２２及び反射面７０が、検出器アセンブリ４６に向かって光を透過させるように適切に位置合わせされることを確実にするために、チャックアセンブリ５８はまた、プランジャ１２６及びインデクサ１２８も備える（図６及び図１１を参照）。プランジャ１２６及びインデクサ１２８はコレット１１２によって支持され、コレット１１２は、さらに、キャップ１１４にピン留めされるか又は他の方法で取り付けられ、プランジャ１２６の保持に役立つ。プランジャ１２６は、チャックスリーブ１１０に対して器具本体３４を軸方向に位置合わせするように器具本体３４のレリーフ１０４と係合するような形状である。インデクサ１２８は、使用中に器具本体３４とチャックスリーブ１１０との間の相対的な回転を阻止すべく、器具本体３４の平面部１０２に当接するように構成されている。しかしながら、当業者であれば、回転機器３２が、複数の異なる方法で回転させるように器具本体３４を解除可能に固定するように構成されるチャックアセンブリ５８を採用することができ、したがって、異なる配置及び／又はタイプの構成要素を備えることができることが理解されよう。
【００４０】
続けて図５〜図２２を参照すると、上述したように、発光光ガイド４８及び検出光ガイド５０は、各々、器具本体３４内で支持され、互いに間隔を空けて配置されている。このために、器具本体３４は、内部に発光光ガイド４８を収容する発光チャネル１３０と、内部に検出光ガイド５０を収容する検出チャネル１３２とを画定する（図２Ａを参照）。図示する実施形態では、発光チャネル１３０及び検出チャネル１３２は、器具本体３４のビット部材８４に形成され、軸ＡＸを中心に互いから間隔を空けて配置され、遠位端３４Ａに隣接して軸ＡＸを中心にらせん状に配置されている。したがって、発光光ガイド４８及び検出光ガイド５０は、同様に、遠位端３４Ａに隣接して軸ＡＸを中心にらせん状に配置されている。器具本体３４の製造及び光ガイド４８，５０の引回しの容易さを促進するために、器具本体３４のシャンク部材８２に共通のチャネル１３４が、光ガイド４８，５０がそれぞれのチャネル１３０，１３２から出て共通のチャネル１３４に入るように画定されており、共通のチャネル１３４において、器具本体３４はビット部材８４からシャンク部材８２に遷移する（図７及び図１６を参照）。しかしながら、光ガイド４８，５０は、複数の異なる方法で器具本体３４を通して引き回し、器具本体３４によって誘導し、又は他の方法で器具本体３４によって支持することができることが理解されよう。
【００４１】
図１３及び図１４に示すように、発光チャネル１３０及び検出チャネル１３２は、各々、器具本体３４の切削領域９２を通って切削先端面９８に向かって延在している。したがって、光ガイド４８，５０の各々の少なくとも一部は、遠位端３４Ａに隣接して軸ＡＸを中心にらせん状に配置された、器具本体３４の切削領域９２を通って同様に延在している。図１９に示すように、発光光ガイド４８は、貫通中に発光光ガイド４８を組織Ｔと接触して位置決めするように、器具本体３４の遠位端３４Ａに向かって切削先端面９８に隣接する遠位発光光ガイド端部１３６まで延在している。同様に、検出光ガイド５０は、貫通中に検出光ガイド５０を組織Ｔと接触して位置決めするように、器具本体３４の遠位端３４Ａに向かって切削先端面９８に隣接する遠位検出光ガイド端部１３８まで延在している。
【００４２】
図１９に示す実施形態では、遠位発光光ガイド端部１３６及び遠位検出光ガイド端部１３８は、切削先端面９８から間隔を空けて配置されている。この実施形態では、光を発光光ガイド３８から切削先端面９８まで向けるように、切削先端面９８と遠位発光光ガイド端部１３６との間に延在する発光素子１４０が設けられている。同様に、切削先端面９８に向かって反射した光を検出光ガイド５０に向けるように、切削先端面と遠位検出光ガイド端部１３８との間に延在する検出素子１４２が設けられている。この構成は、使用中の光ガイド４８，５０に対する摩損を防止するのに役立つ。発光素子１４０及び検出素子１４２は、光ガイド４８、５０に対する摩損を防止し、それぞれの光ガイド４８から出て光ガイド５０に入る一貫した光透過を促進するように、比較的硬質の透明な「窓」として具現化することができる。しかしながら、発光素子１４０及び検出素子１４２は、複数の異なる方法で構成することができ、上述したように、いくつかの実施形態では切削先端面９８まで延在することができることが理解されよう。
【００４３】
本明細書に例示する代表的な実施形態では、光ガイド４８、５０は、プラスチック、ガラス、又は光透過を促進するのに好適な他の材料から製造された「光ファイバケーブル」として具現化される。発光光ガイド４８、検出光ガイド５０、発光チャネル１３０及び検出チャネル１３２は各々、概して円筒状の輪郭を有する。しかしながら、他の輪郭が企図される。図１８において破線で示すように、発光チャネル１３０は発光チャネル径１４４を画定し、検出チャネル１３２は検出チャネル径１４６を画定し、それらの各々は、器具本体３４の主ドリル径９６の２５％未満である。例示する実施形態では、発光チャネル径１４４及び検出チャネル径１４６は互いに等しく、発光チャネル１３０及び検出チャネル１３２は、発光チャネル径１４４より大きいチャネル離隔距離１４７で互いに間隔を空けて配置されている。しかしながら、他の構成が企図される。
【００４４】
図２２の概略図において一点鎖線で示すように、器具本体３４の主ドリル径９６は、切削領域９２に沿って切削先端面９８まで延在することができ、又は、器具本体３４は、遠位端３４Ａに隣接する、全体として１４８で示す段状領域を備えることができる。ここでは、光ガイド４８，５０は、各々、段状領域を通って遠位端３４Ａにおける切削先端面９８に向かって延在している。段状領域１４８は、切削先端面９８を主ドリル径９６より小さい段状領域径１５０にサイジングすることにより、上述したように、組織Ｔ貫通中の「突入」のいくつかの特定の場合を防止または軽減するのに役立つ。したがって、組織Ｔのいくつかの特定の層が比較的薄い場合等、「突入」を容易に回避することができない状況では、段状領域１４８が切削領域９２の主ドリル径９６より前に貫通するという点で、組織Ｔの損傷を大幅に低減させることができる。
【００４５】
図１Ａ及び図１Ｂの説明に関連して上述したように、発光源４４は、ハンドピース本体５２内に組み込むことができ（図１Ａを参照）、又は、コンソール４０とハンドピース本体５２との間に延在する光学テザー６４を用いてコンソール４０において実施することができる（図１Ｂを参照）。図５〜図１２に示す代表的な実施形態では、例示する外科用システム３０は、コンソール４０において実施される外部発光源４４と使用するように構成され、光学テザー６４への接続を容易にするように、全体として１５２で示す光インタフェースを採用する。図６、図８及び図９並びに図１２に最もよく示すように、光インタフェース１５２は、カニューレ１５４、取付具１５６、先端部材１５８、１つ以上のシール１６０及び発光レンズ１６２を備えることができる。ここでは、光学テザー６４は、コンソール４０内の発光源４４（図１Ｂを参照）から発光レンズ１６２まで延在する光ファイバケーブルとして具現化されている。発光レンズ１６２は、より詳細に後述するように、放出される光を発光光ガイド４８の方に向け、先端部材１５８によって支持され、先端部材１５８は、さらに、カニューレ１５４の一端に作動的に取り付けられている。カニューレ１５４は、長尺状の概して管状の構成を有し、取付具１５６に作動的に取り付けられ、その中に光学テザー６４を収容する。
【００４６】
光インタフェース１５２の構成要素は、概して、光学テザー６４の一部を形成し、例示する実施形態では、ハンドピース本体５２から取り外されるように構成されている。このために、回転機器３２は、光インタフェース１５２の解除可能な取付を容易にするように、バックプレート１６４、１つ以上のブッシング１６６、受け部１６８及び１つ以上のシール１６０を備える。バックプレート１６４は、ハンドピース本体５２のシャシ６２に作動的に取り付けられ、ブッシング１６６のうちの１つを支持し、ブッシング１６６のうちの１つは、さらに、受け部１６８を支持する（図９を参照）。受け部１６８は、同様に、光インタフェース１５２を受け入れる管状輪郭を有し、器具本体３４が回転機器３２に固定されると、軸ＡＸに沿ってバックプレート１６４からモータ３６を通って器具本体３４の近位端３４Ｂに向かって延在する。別のブッシング１６６は、受け部１６８の他端を支持し、受け部１６８を軸ＡＸに対して位置合わせされた状態で維持するのに役立つ。より詳細に後述するように、発光レンズ１６２は、発光源４４から放出された光を器具本体の方に向けるように構成されている。回転機器３２は、上述したように複数の異なる方法で構成することができるため、光インタフェース１５２は、発光源４４からの光を器具本体３４の近位端３４Ｂに向けるのに十分な複数の異なる方法で構成することができることが、同様に理解されよう。
【００４７】
ここで図８を参照すると、上述したように、発光光ガイド４８は、発光源４４から光を受け取るように配置され、器具本体３４の長さに沿って近位端３４Ｂから遠位端３４Ａの方に光を向ける。このために、発光源４４から放出された光を発光光ガイド４８内に結合するように、器具本体３４の近位端３４Ｂにビットレンズ１７０を固定することができる。より具体的には、ビットレンズ１７０及び発光レンズ１６２は、協働して、光インタフェース１５２と発光光ガイド４８との間の光の透過を容易にする。ここでは、ビットレンズ１７０及び発光レンズ１６２は各々軸ＡＸに位置合わせされているため、ビットレンズ１７０と発光レンズ１６２との間の光学的連通は、器具本体３４の回転中、「連続的に」発生することができることが理解されよう。図面を通して例示する代表的な実施形態では、発光レンズ１６２及びビットレンズ１７０は、各々、概して球形の輪郭を有する。しかしながら、他の構成が企図される。１つの実施形態では、ビットレンズ１７０と発光レンズ１６２との間の選択可能な距離１７４を維持するように、回転機器３２と発光レンズ１６２との間に、全体として１７２で示す調整機構が挿入されている（図８を参照）。このために、調整機構１７２は、電線ガイドカラー１７８に隣接するカニューレ１５４とねじ係合して配置された一対の締結具１７６を備える。締結具１７６は、「ジャムナット」配置でカニューレ１５４に沿って移動可能であって、カニューレ１５４を取付具１５６に対して軸方向に位置決めし、これにより、ひいては、選択可能な距離１７４が調整される。この構成により、ビットレンズ１７０と発光レンズ１６２との間の光の結合を微調整し、又は異なる応用に適合するように他の方法で調整することができる。しかしながら、調整機構１７２は、複数の異なる方法で構成し、又は、いくつかの応用では省略することができることが理解されよう。
【００４８】
本明細書では、１つの実施形態による、上述した外科用システム３０を使用する方法について開示する。本方法は、組織Ｔを貫通するように回転機器３２を駆動することと、第１の波長Ｗ１の光を組織Ｔに向かって放出することと、第１の波長Ｗ１の光を放出している間に、組織Ｔによって反射された光を第１の拡散反射値Ｄ１で測定することと、第２の波長Ｗ２の光を組織Ｔに向かって放出することと、第２の波長Ｗ２の光を放出している間に、組織Ｔによって反射された光を第２の拡散反射値Ｄ２で測定することと、第１の拡散反射値Ｄ１及び第２の拡散反射値Ｄ２に基づいて波形ＷＦを生成することと、組織Ｔ貫通中に組織境界閾値ＴＨに対して波長ＷＦを分析することと、組織境界閾値ＴＨに対する波形ＷＦの変化に応じて回転機器３２を制御することとを含む。
【００４９】
本明細書では、上述した外科用システム３０を使用する別の方法について開示する。ここでは、本方法は、組織Ｔを貫通するように回転機器３２を駆動することと、発光源４４により光を組織Ｔに向かって放出することと、組織Ｔによって反射された光を検出器アセンブリ４６により拡散反射値Ｄ１で測定することと、拡散反射値Ｄ１に基づいてコントローラを介して波形ＷＦを生成することと、拡散反射値に基づいて患者特有の骨特性ＢＣを判断することと、患者特有の骨特性ＢＣに基づいて波形ＷＦを調整することと、貫通中に組織境界閾値ＴＨに対して、調整された波形ＷＦを分析することと、組織境界閾値ＴＨに対する調整された波形ＷＦの変化に応じて回転機器３２を制御することとを含む。１つの実施形態では、組織Ｔを貫通することは、第１の骨層（又は「第１の材料層」）を貫通することと、骨髄ＴＭ（又は「第２の材料層」）を貫通することと、第２の骨層（又は「第３の材料層」）を貫通することと含む。１つの実施形態では、患者特有の骨特性ＢＣ（又は「ワークピース特有の材料特性」）を判断することは、第２の骨層の貫通の前に行われ、波形ＷＦの調整は、第１の骨層の患者特有の骨特性ＢＣに基づく。ここでは、上述したように、患者特有の骨特性ＢＣは、患者の解剖学的構造に基づいて正確な組織Ｔ貫通を容易にするのに役立つように採用することができる。
【００５０】
このように、上述した外科用システム３０は、異なる種類の組織境界ＴＢが組織Ｔ貫通中に確実にかつ迅速に検出されるのを可能にし、それにより組織境界ＴＢを横切る意図されない「突入」のリスクを大幅に低減させることにより、組織Ｔ貫通の安全性及び信頼性を向上させる。具体的には、当業者であれば、外科用システム３０の構成により、器具本体３４の回転中に、「連続的な」、発光光ガイド４８からの光の放出と検出器アセンブリ４６による組織Ｔによって反射された光の検出とが可能になることが理解されよう。さらに、波形ＷＦによって提供される第１の拡散反射値Ｄ１及び第２の拡散反射値Ｄ２の正規化は、雑音の低減と、組織境界ＴＢ検出の精度の向上との一因となることが理解されよう。外科用システム３０が、術中の患者の安全の向上と術後の患者の回復の成功を促進する著しい機会を提供し、頭蓋穿孔、椎弓根スクリュー配置等、比較的「高リスクな」外科的介入で特に有利である可能性がある。それにも関わらず、本開示の外科用システム３０は、組織Ｔ貫通を伴う、多数の異なる医療処置及び／又は外科処置に対して、単純に、信頼性高くかつ効率的に利用することができる。
【００５１】
「含む、備える（"include," "includes," and "including"）」という用語は、「備える、含む（"comprise," "comprises," and "comprising"）」という用語と同じ意味を有することは更に理解されよう。さらに、「第１の」、「第２の」、「第３の」等の用語は、本明細書において、明確にし、一貫性を保つ非限定的で、例示的な目的のために或る特定の構造的特徴及び構成要素を区別するために使用されることは理解されよう。
【００５２】
いくつかの構成が上記の説明で論じられた。しかし、本明細書で論じる構成は、網羅的であるか又は本発明を任意の特定の形態に限定することを意図されない。使用された用語は、制限的であるのではなく、説明の言葉（words of description）の性質内にあることを意図される。多くの変更及び変形が、上記教示を考慮して可能であり、本発明は、具体的に述べられる以外の方法で実施することができる。
【００５３】
本発明は、独立請求項において規定されるように意図され、具体的な特徴は従属請求項に詳細に説明されており、１つの独立請求項に従属する請求項の主題は、別の独立請求項に関連して実施することもできる。
【００５４】
本開示はまた、以下の条項も含み、具体的な特徴は従属条項に詳細に説明されており、それらの特徴は、構成及び図面を参照してより詳細に上述したように具体的に実施することができる。
【００５５】
Ｉ．患者の組織を貫通し、該組織の特性を判断する外科用システムであって、
回転トルクを発生させる回転機器と、
光を放出する、前記回転機器に作動的に結合された発光源と、
光を検出する、前記回転機器に作動的に結合された検出器アセンブリと、
前記組織と係合する遠位端と前記回転機器に解除可能に結合する近位端との間を軸に沿って延在する器具本体を備えるドリルビットと、
前記器具本体内に支持された発光光ガイドであって、該器具本体が前記回転機器に結合されると前記発光源と光学的に連通するように配置されて、前記回転機器が前記器具本体を回転させる際に、前記発光源によって放出された光を、該発光光ガイドを通って前記組織に向かって透過させる、発光光ガイドと、
前記器具本体内に支持され、前記発光光ガイドから間隔を空けて配置された検出光ガイドであって、前記器具本体が前記回転機器に結合されると前記検出器アセンブリと光学的に連通するように配置されて、前記回転機器が前記器具本体を回転させる際に、前記組織によって反射された光を、該検出光ガイドを通して前記検出器アセンブリに向かって透過させる、検出光ガイドと、
を備え、
前記発光源は前記軸に沿って前記発光光ガイド内に光を放出し、前記検出器アセンブリは、前記器具本体が前記回転機器に結合されると、前記軸に対して横切って前記検出光ガイドから出る前記組織から反射された光を検出するように配置されている、外科用システム。
【００５６】
ＩＩ．前記ドリルビットの前記器具本体は、前記軸に対して横切って形成されかつ前記遠位端と前記近位端との間に配置された凹部を画定し、前記検出光ガイドは、前記器具本体に沿って前記遠位端から前記凹部まで延在している、条項Ｉに示す外科用システム。
【００５７】
ＩＩＩ．前記ドリルビットの前記器具本体は、前記検出光ガイドに沿って透過する光を前記検出器アセンブリの方に向ける、前記凹部内に位置決めされた反射面を備える、条項ＩＩに示す外科用システム。
【００５８】
ＩＶ．前記回転機器は、前記軸を中心に回転するように前記器具本体を作動的に支持する軸受を備え、
前記検出器アセンブリは、前記軸受に隣接して配置され、前記組織によって反射されかつ前記検出光ガイドに沿って透過する光を検出するように前記凹部に隣接して配置されている、条項ＩＩＩに示す外科用システム。
【００５９】
Ｖ．前記発光源は、
前記発光光ガイド内に第１の波長の光を放出する第１の光源と、
前記発光光ガイド内に、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を放出する第２の光源と、
を備える、条項Ｉ〜ＩＶのいずれか１つに示す外科用システム。
【００６０】
ＶＩ．前記第１の波形は血液によって吸収可能であり、前記第２の波形は、前記第１の波形より血液による吸収性が低い、条項Ｖに示す外科用システム。
【００６１】
ＶＩＩ．前記ドリルビットの前記器具本体は、内部に前記発光光ガイドを収容する発光チャネルと、内部に前記検出光ガイドを収容する検出チャネルとを画定する、条項Ｉ〜ＶＩのいずれか１つに示す外科用システム。
【００６２】
ＶＩＩＩ．前記ドリルビットの前記器具本体は、組織貫通を促進するような形状である、前記遠位端に隣接する切削領域を画定する、条項ＶＩＩに示す外科用システム。
【００６３】
ＩＸ．前記ドリルビットの前記器具本体は、前記遠位端から離れて前記近位端の方に組織を向ける、前記切削領域に沿って形成された溝を備える、条項ＶＩＩＩに示す外科用システム。
【００６４】
Ｘ．前記器具本体の前記切削領域は主ドリル径を画定し、
前記器具本体の前記切削領域は、前記遠位端と前記主ドリル径との間に画定された先端角度をなして形成された切削先端面を備える、条項ＶＩＩＩ〜ＩＸのいずれか１つに示す外科用システム。
【００６５】
ＸＩ．前記発光チャネル及び前記検出チャネルは、各々、前記器具本体の前記切削領域を通って前記切削先端面に向かって延在している、条項Ｘに示す外科用システム。
【００６６】
ＸＩＩ．前記発光光ガイドは、前記切削先端面に隣接する遠位発光光ガイド端部まで前記遠位端に向かって延在して、組織貫通中に前記発光光ガイドを前記組織と接触するように位置決めし、
前記検出光ガイドは、前記切削先端面に隣接する遠位検出光ガイド端部まで前記遠位端に向かって延在して、組織貫通中に前記検出光ガイドを前記組織と接触するように位置決めする、条項ＸＩに示す外科用システム。
【００６７】
ＸＩＩＩ．前記発光光ガイドは、前記切削先端面から間隔を空けて配置された遠位発光光ガイド端部まで前記遠位端に向かって延在して、組織貫通中に前記発光光ガイドを前記組織と接触しないように位置決めし、
前記検出光ガイドは、前記切削先端面から間隔を空けて配置された遠位検出光ガイド端部まで前記遠位端に向かって延在して、組織貫通中に前記検出光ガイドを前記組織と接触しないように位置決めし、前記外科システムは、
光を前記発光光ガイドから前記切削先端面まで向ける、該切削先端面と前記遠位発光光ガイド端部との間に延在する発光素子と、前記切削先端面に向かって反射された光を前記検出光ガイドに向ける、前記切削先端面と前記遠位検出光ガイド端部との間に延在する検出素子とを更に備える、条項ＸＩに示す外科用システム。
【００６８】
ＸＩＶ．患者の組織を貫通し、該組織の特性を判断するように適合された外科用システムで使用されるドリルビットであって、前記外科用システムは、光を放出する発光源と光を検出する検出器アセンブリとを備える回転機器を備え、該ドリルビットは、
前記組織と係合する遠位端と前記回転機器に解除可能に結合する近位端との間を軸に沿って延在する器具本体であって、前記軸に対して横切って形成されかつ前記遠位端と前記近位端との間に配置された凹部を画定する、器具本体と、
前記器具本体内に支持され、該器具本体に沿って前記近位端から前記遠位端まで延在する発光光ガイドであって、前記器具本体が前記回転機器に結合されると前記発光源と光学的に連通して配置されて、前記回転機器が前記器具本体を回転させる際に、前記発光源によって放出された光を、該発光光ガイドを通して前記組織に向かって透過させる、発光光ガイドと、
前記器具本体内に支持され、前記発光光ガイドから間隔を空けて配置され、前記器具本体に沿って前記遠位端から前記凹部まで延在する検出光ガイドであって、前記器具本体が前記回転機器に結合されると前記検出器アセンブリと光学的に連通するように配置されて、前記回転機器が前記器具本体を回転させる際に、前記組織によって反射された光を、前記検出光ガイドを通して前記検出アセンブリに向かって透過させる、検出光ガイドと、
を備え、
前記発光光ガイド及び前記検出光ガイドは、各々、前記器具本体の前記遠位端に隣接して前記軸を中心にらせん状に配置されている、ドリルビット。
【００６９】
ＸＶ．前記器具本体は、内部に前記発光光ガイドを収容する発光チャネルと、内部に前記検出光ガイドを収容する検出チャネルとを画定する、条項ＸＩＶに示すドリルビット。
【００７０】
ＸＶＩ．前記器具本体は、組織貫通を促進するような形状である、前記遠位端に隣接する切削領域を画定する、条項ＸＩＶ〜ＸＶのいずれか１つに示すドリルビット。
【００７１】
ＸＶＩＩ．前記器具本体は、前記遠位端から離れて前記近位端の方に組織を向ける、前記切削領域に沿って形成された溝を備える、条項ＸＶＩに示すドリルビット。
【００７２】
ＸＶＩＩＩ．前記器具本体の前記切削領域は主ドリル径を画定し、
前記器具本体の前記切削領域は、前記遠位端と前記主ドリル径との間に画定された先端角度をなして形成された切削先端面を備える、条項ＸＶ〜ＸＶＩＩのいずれか１つに示すドリルビット。
【００７３】
ＸＩＸ．前記発光チャネル及び前記検出チャネルは、各々、前記器具本体の前記切削領域を通って前記切削先端面に向かって延在している、条項ＸＶＩＩＩに示すドリルビット。
【００７４】
ＸＸ．前記発光光ガイドは、前記切削先端面に隣接する遠位発光光ガイド端部まで前記遠位端に向かって延在して、組織貫通中に前記発光光ガイドを前記組織と接触するように位置決めし、
前記検出光ガイドは、前記切削先端面に隣接する遠位検出光ガイド端部まで前記遠位端に向かって延在して、組織貫通中に前記検出光ガイドを前記組織と接触するように位置決めする、条項ＸＩＸに示すドリルビット。
【００７５】
ＸＸＩ．前記発光光ガイドは、前記切削先端面から間隔を空けて配置された遠位発光光ガイド端部まで前記遠位端に向かって延在して、組織貫通中に前記発光光ガイドを前記組織と接触しないように位置決めし、
前記検出光ガイドは、前記切削先端面から間隔を空けて配置された遠位検出光ガイド端部まで前記遠位端に向かって延在して、組織貫通中に前記検出光ガイドを前記組織と接触しないように位置決めし、前記ドリルビットは、
光を前記発光光ガイドから前記切削先端面まで向ける、該切削先端面と前記遠位発光光ガイド端部との間に延在する発光素子と、前記切削先端面に向かって反射された光を前記検出光ガイドに向ける、前記切削先端面と前記遠位検出光ガイド端部との間に延在する検出素子とを更に備える、条項ＸＩＸに示すドリルビット。
【００７６】
ＸＸＩＩ．患者の組織を貫通し、異なる組織の間の境界を検出する外科用システムであって、
回転トルクを発生させる回転機器と、
組織と係合する遠位端と前記回転機器に解除可能に結合する近位端との間を軸に沿って延在するドリルビットと、
第１の波長の光を放出する、前記回転機器に作動的に結合された第１の発光源と、
前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を放出する、前記回転機器に作動的に結合された第２の発光源と、
前記組織によって反射された光を検出する、前記回転機器に作動的に結合された検出器アセンブリと、
前記回転機器、前記第１の光源、前記第２の光源及び前記検出機アセンブリと通信するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記第１の光源を駆動している間に前記検出器アセンブリにより第１の拡散反射値を測定し、前記第２の光源を駆動している間に前記検出器アセンブリにより第２の拡散反射値を測定し、前記第１の拡散反射値及び前記第２の拡散反射値に基づいて波形を生成し、前記波形を分析して、前記ドリルビットによる組織貫通中に組織境界閾値を検出し、前記検出に応じて前記回転機器を制御するように構成されている、外科用システム。
【００７７】
ＸＸＩＩＩ．前記コントローラは、前記波形が前記組織境界閾値を超えることに応じて前記回転機器を中断させるように更に構成されている、条項ＸＸＩＩに示す外科用システム。
【００７８】
ＸＸＩＶ．前記コントローラは、前記組織に向かって前記第１の波長及び前記第２の波長の光を逐次放出するように、前記第１の光源及び前記第２の光源を非同期に駆動するように構成されている、条項ＸＸＩＩ又はＸＸＩＩＩに示す外科用システム。
【００７９】
ＸＸＶ．前記コントローラは、少なくとも部分的に、前記第２の拡散反射値に対する前記第１の拡散反射値の比に基づいて前記波形を生成するように構成されている、条項ＸＸＩＩ〜ＸＸＩＶのいずれか１つに示す外科用システム。
【００８０】
ＸＸＶＩ．前記コントローラは、組織貫通中に、経時的に発生する前記比の変化に対して前記波形を分析するように構成されている、条項ＸＸＶに示す外科用システム。
【００８１】
ＸＸＶＩＩ．前記第１の波形は血液によって吸収可能であり、前記第２の波形は、上記第１の波形より血液による吸収性が低い、条項ＸＸＩＩ〜ＸＸＶＩのいずれか１つに示す外科用システム。
【００８２】
ＸＸＶＩＩＩ．前記組織境界閾値は、骨、骨髄、筋肉、神経、上皮及び結合組織からなる群から選択された２つのタイプの組織の間の境界を表す、条項ＸＸＩＩ〜ＸＸＶＩＩのいずれか１つに示す外科用システム。
【００８３】
ＸＸＩＸ．前記組織境界閾値は、骨膜と皮質骨との間の境界を表す、条項ＸＸＩＩ〜ＸＸＶＩＩのいずれか１つに示す外科用システム。
【００８４】
ＸＸＸ．前記組織境界閾値は、皮質骨と海綿骨の間の境界を表す、条項ＸＸＩＩ〜ＸＸＶＩＩのいずれか１つに示す外科用システム。
【００８５】
ＸＸＸＩ．前記組織境界閾値は、海綿骨と骨髄の間の境界を表す、条項ＸＸＩＩ〜ＸＸＶＩＩのいずれか１つに示す外科用システム。
【００８６】
ＸＸＸＩＩ．患者の組織を貫通し、該組織の特性を判断する外科用システムであって、
回転トルクを発生させる回転機器と、
前記組織と係合する遠位端と前記回転機器に解除可能に結合する近位端との間を軸に沿って延在する器具本体を備えるドリルビットと、
前記軸に対して平行に光を放出する、前記回転機器に作動的に結合された発光源と、
前記軸に対して横切る光を検出する、前記回転機器に作動的に結合された検出器アセンブリと、
前記器具本体内に支持された発光光ガイドであって、前記器具本体が前記回転機器に結合されると前記発光源と光学的に連通して配置されて、前記回転機器が前記器具本体を回転させる際に、前記発光源によって放出された光を、該発光光ガイドを通して前記組織に向かって透過させる、発光光ガイドと、
前記器具本体内に支持され、前記発光光ガイドから間隔を空けて配置された検出光ガイドであって、前記器具本体が前記回転機器に結合されると前記検出器アセンブリと光学的に連通するように配置されて、前記回転機器が前記器具本体を回転させる際に、前記組織によって反射された光を、前記検出光ガイドを通して前記検出アセンブリに向かって透過させる、検出光ガイドと、
を備え、
前記検出器アセンブリは、前記軸に面する複数の光検出素子を支持するブレースを備え、該複数の光検出素子は、前記検出光ガイドを通って透過しかつ前記軸に対して横切って前記検出光ガイドから出る光を検出し、前記複数の光検出素子の少なくとも１つは、前記回転機器が前記器具本体を回転させる際に前記組織によって反射された光を検出する、外科用システム。
【００８７】
ＸＸＸＩＩＩ．患者の組織を貫通し、異なる組織の間の境界を検出する外科用システムを使用する方法であって、
骨組織を貫通するように回転機器を駆動することと、
第１の波長の光を前記骨組織に向かって放出することと、
前記第１の波長の光を放出している間に、前記骨組織によって反射された光を第１の拡散反射値で測定することと、
第２の波長の光を前記骨組織に向かって放出することと、
前記第２の波長の光を放出している間に、前記骨組織によって反射された光を第２の拡散反射値で測定することと、
前記第１の拡散反射値及び前記第２の拡散反射値に基づいて波形を生成することと、
骨組織貫通中に組織境界閾値に対して前記波形を分析することと、
前記組織境界閾値に対する波形の変化に応じて前記回転機器を制御することと、
を含む、方法。
【００８８】
ＸＸＸＩＶ．患者の組織を貫通し、該組織の特性を判断する外科用システムを使用する方法であって、
前記材料を貫通するように前記回転機器を駆動することと、
発光源により光を前記組織に向かって放出することと、
前記組織によって反射された光を検出器アセンブリにより拡散反射値で測定することと、
前記拡散反射値に基づいてコントローラを介して波形を生成することと、
前記拡散反射値に基づいて患者特有の骨特性を判断することと、
前記患者特有の骨特性に基づいて前記波形を調整することと、
貫通中に組織境界閾値に対して、前記調整された波形を分析することと、
前記組織境界閾値に対する前記調整された波形の変化に応じて前記回転機器を制御することと、
を含む、方法。
【００８９】
ＸＸＸＶ．組織を貫通することは、第１の骨層を貫通することと、骨髄を貫通することと、第２の骨層を貫通することとを含む、条項ＸＸＸＩＶに示す方法。
【００９０】
ＸＸＸＶＩ．前記患者特有の骨特性を判断することは、前記第２の骨層の貫通の前に行われ、
前記波形の調整は、前記第１の骨層の前記患者特有の骨特性に基づく、条項ＸＸＸＶに示す方法。
【図１Ａ】
2020529276.tif 000003
【図１Ｂ】
2020529276.tif 000004
【図２Ａ】
2020529276.tif 000005
【図２Ｂ】
2020529276.tif 000006
【図３Ａ】
2020529276.tif 000007
【図３Ｂ】
2020529276.tif 000008
【図３Ｃ】
2020529276.tif 000009
【図３Ｄ】
2020529276.tif 000010
【図４】
2020529276.tif 000011
【図５】
2020529276.tif 000012
【図６】
2020529276.tif 000013
【図７】
2020529276.tif 000014
【図８】
2020529276.tif 000015
【図９】
2020529276.tif 000016
【図１０】
2020529276.tif 000017
【図１１】
2020529276.tif 000018
【図１２】
2020529276.tif 000019
【図１３】
2020529276.tif 000020
【図１４】
2020529276.tif 000021
【図１５】
2020529276.tif 000022
【図１６】
2020529276.tif 000023
【図１７】
2020529276.tif 000024
【図１８】
2020529276.tif 000025
【図１９】
2020529276.tif 000026
【図２０Ａ】
2020529276.tif 000027
【図２０Ｂ】
2020529276.tif 000028
【図２１】
2020529276.tif 000029
【図２２】
2020529276.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月25日(2020.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースの材料を貫通し、該材料の特性を判断する外科用システムであって、
回転トルクを発生させる回転機器と、
光を放出する、前記回転機器に作動的に結合された発光源と、
光を検出する、前記回転機器に作動的に結合された検出器アセンブリと、
前記材料と係合する遠位端と前記回転機器に解除可能に結合する近位端との間を軸に沿って延在する器具本体を備えるドリルビットと、
前記器具本体内に支持された発光光ガイドであって、該器具本体が前記回転機器に結合されると前記発光源と光学的に連通するように配置されて、前記回転機器が前記器具本体を回転させる際に、前記発光源によって放出された光を、該発光光ガイドを通って前記材料に向かって透過させる、発光光ガイドと、
前記器具本体内に支持され、前記発光光ガイドから間隔を空けて配置された検出光ガイドであって、前記器具本体が前記回転機器に結合されると前記検出器アセンブリと光学的に連通するように配置されて、前記回転機器が前記器具本体を回転させる際に、前記材料によって反射された光を、該検出光ガイドを通して前記検出器アセンブリに向かって透過させる、検出光ガイドと、
を備え、
前記発光源は前記軸に沿って前記発光光ガイド内に光を放出し、前記検出器アセンブリは、前記器具本体が前記回転機器に結合されると、前記軸に対して横切って前記検出光ガイドから出る前記材料から反射された光を検出するように配置されている、外科用システム。
【請求項２】
前記ドリルビットの前記器具本体は、前記軸に対して横切って形成されかつ前記遠位端と前記近位端との間に配置された凹部を画定し、前記検出光ガイドは、前記器具本体に沿って前記遠位端から前記凹部まで延在している、請求項１に記載の外科用システム。
【請求項３】
前記ドリルビットの前記器具本体は、前記検出光ガイドに沿って透過する光を前記検出器アセンブリの方に向ける、前記凹部内に位置決めされた反射面を備えている、請求項２に記載の外科用システム。
【請求項４】
前記検出器アセンブリは、複数の光検出素子を支持するブレースを備え、該複数の光検出素子は、前記回転機器が前記器具本体を回転させる際、前記反射面から向けられた光を検出するように前記軸に面して配置されている、請求項３に記載の外科用システム。
【請求項５】
前記回転機器は、前記軸を中心に回転するように前記器具本体を作動的に支持する軸受を備え、
前記検出器アセンブリは、前記軸受に隣接して配置され、前記材料によって反射されかつ前記検出光ガイドに沿って透過する光を検出するように前記凹部に隣接して配置されている、請求項３又は４に記載の外科用システム。
【請求項６】
前記回転機器は、回転するように前記器具本体を解除可能に固定するチャックアセンブリを更に備え、
前記チャックアセンブリは、前記軸受及び前記検出器アセンブリを支持するチャックハウジングを備えている、請求項５に記載の外科用システム。
【請求項７】
前記チャックアセンブリは、前記器具本体が前記回転機器に結合されると前記器具本体と同時に回転するように前記軸受によって回転可能に支持されたチャックスリーブを更に備えている、請求項６に記載の外科用システム。
【請求項８】
前記チャックスリーブはスリーブ開口部を画定し、該スリーブ開口部は、前記器具本体が前記回転機器に結合されると前記反射面に隣接して位置決めされて、前記回転機器が前記器具本体を回転させる際、前記検出光ガイドに沿って透過する光が前記スリーブ開口部を通って前記検出器アセンブリに向かって進むのを可能にする、請求項７に記載の外科用システム。
【請求項９】
前記発光源は、
前記発光光ガイド内に第１の波長の光を放出する第１の光源と、
前記発光光ガイド内に、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を放出する第２の光源と、
を備えている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項１０】
前記第１の波長及び前記第２の波長は、各々、４００ｎｍ〜１０００ｎｍである、請求項９に記載の外科用システム。
【請求項１１】
前記第１の光源及び前記第２の光源と通信するコントローラを更に備え、前記コントローラは、前記発光光ガイド内に前記第１の波長及び前記第２の波長の光を逐次放出するように、前記第１の光源及び前記第２の光源を非同期に駆動するように構成されている、請求項９又は１０に記載の外科用システム。
【請求項１２】
前記コントローラは、前記第１の光源を駆動する第１の矩形波を生成し、かつ、前記第２の光源を駆動する第２の矩形波を生成するように構成されている、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項１３】
前記第１の矩形波及び前記第２の矩形波は、互いに１８０度位相がずれている、請求項１２に記載の外科用システム。
【請求項１４】
前記コントローラは、発光周波数で前記第１の光源及び前記第２の光源を駆動するように構成され、
前記コントローラは、検出周波数で前記検出器アセンブリから検出データを取得するように構成され、前記検出周波数は前記発光周波数の２倍である、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項１５】
１００Ｈｚを超える前記発光周波数である、請求項１４に記載の外科用システム。
【請求項１６】
前記コントローラは、前記第１の光源及び前記第２の光源のうちの一方が光を放出するたびに、前記検出器アセンブリから検出データを取得するように構成されている、請求項９〜１５のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項１７】
前記ドリルビットの前記器具本体は、内部に前記発光光ガイドを収容する発光チャネルと、内部に前記検出光ガイドを収容する検出チャネルとを画定し、前記ドリルビットの前記器具本体は、材料貫通を促進するような形状である、前記遠位端に隣接する切削領域を画定し、前記器具本体の前記切削領域は主ドリル径を画定し、前記器具本体の前記切削領域は、前記遠位端と前記主ドリル径との間に画定された先端角度をなして形成された切削先端面を備え、前記発光チャネル及び前記検出チャネルは、各々、前記器具本体の前記切削領域を通って前記切削先端面に向かって延在し、前記発光光ガイドは、前記切削先端面から間隔を空けて配置された遠位発光光ガイド端部まで前記遠位端に向かって延在して、材料貫通中に前記発光光ガイドを前記材料と接触しないように位置決めし、前記検出光ガイドは、前記切削先端面から間隔を空けて配置された遠位検出光ガイド端部まで前記遠位端に向かって延在して、材料貫通中に前記検出光ガイドを前記材料と接触しないように位置決めし、前記外科用システムは、光を前記発光光ガイドから前記切削先端面まで向ける、該切削先端面と前記遠位発光光ガイド端部との間に延在する発光素子と、前記切削先端面に向かって反射された光を前記検出光ガイドに向ける、前記切削先端面と前記遠位検出光ガイド端部との間に延在する検出素子とを更に備える、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項１８】
前記ドリルビットの前記器具本体は、前記遠位端に隣接する段状領域を備え、前記発光光ガイド及び前記検出光ガイドは、各々、前記段状領域を通って前記遠位端に向かって延在している、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項１９】
前記発光源から放出される光を前記発光光ガイド内に結合する、前記器具本体の前記近位端に固定されたビットレンズを更に備え、前記回転器具に固定され、かつ、前記発光源と光学的に連通するように配置されて該発光源から放出された光を前記ビットレンズの方に向ける発光レンズを更に備え、前記ビットレンズと前記発光レンズとの間の選択可能な距離を維持する、前記回転機器と前記発光レンズとの間に挿入された調整機構を更に備える、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の外科用システム。
【請求項２０】
ワークピースの材料を貫通し、異なる材料の間の境界を検出する外科用システムであって、
回転トルクを発生させる回転機器と、
材料と係合する遠位端と前記回転機器に解除可能に結合する近位端との間を軸に沿って延在するドリルビットと、
第１の波長の光を放出する、前記回転機器に作動的に結合された第１の発光源と、
前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を放出する、前記回転機器に作動的に結合された第２の発光源と、
前記材料によって反射された光を検出する、前記回転機器に作動的に結合された検出器アセンブリと、
前記回転機器、前記第１の光源、前記第２の光源及び前記検出機アセンブリと通信するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記第１の光源を駆動している間に前記検出器アセンブリにより第１の拡散反射値を測定し、前記第２の光源を駆動している間に前記検出器アセンブリにより第２の拡散反射値を測定し、前記第１の拡散反射値及び前記第２の拡散反射値に基づいて波形を生成し、前記波形を分析して、前記ドリルビットによる材料貫通中に材料境界閾値を検出し、前記検出に応じて前記回転機器を制御するように構成されている、外科用システム。
【請求項２１】
ワークピースの材料を貫通し、該材料の特性を判断する外科用システムを使用する方法であって、
材料を貫通するように回転機器を駆動することと、
発光源により光を前記材料に向かって放出することと、
前記材料によって反射された光を検出器アセンブリにより拡散反射値で測定することと、
前記拡散反射値に基づいてコントローラを介して波形を生成することと、
前記拡散反射値に基づいてワークピース特有の材料特性を判断することと、
前記ワークピース特有の材料特性に基づいて前記波形を調整することと、
貫通中に材料境界閾値に対して、前記調整された波形を分析することと、
前記材料境界閾値に対する前記調整された波形の変化に応じて前記回転機器を制御することと、
を含む、方法。
【国際調査報告】
2020529276.tif 000031
2020529276.tif 000032
2020529276.tif 000033
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