ХИРУРГИЧЕСКАЯ ДРЕЛЬ
SURGICAL DRILL

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Данная заявка имеет приоритет по предварительной заявке на патент США под серийным номером 62/106,061, зарегистрированной 21 января 2015 г. под заголовком: «Surgical Drill», которая в полном объеме включена в настоящее описание путем ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее раскрытие относится к хирургическим дрелям, более конкретно дрелям, имеющим системы управления.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В ходе ортопедической операции, когда просверливается кость, важно, чтобы кончик дрели не прошел сквозь дистальный внешний слой и не повредил какую-либо подлежащую мягкую ткань за костью. Проникновение кончика дрели за дальний внешний слой известно как сквозное прохождение ("plunging"), при этом расстояние, на которое кончик дрели проходит за внешний слой, называют глубиной сквозного прохождения ("plunge depth"). Традиционные сверлильные системы часто приводят к сквозному прохождению.
Подобные традиционные способы и системы обычно считаются удовлетворительными для достижения намеченных целей. Тем не менее, в данной области техники по-прежнему существует потребность в дрелях с более совершенным управлением, чтобы снизить вероятность или избежать сквозного прохождения. В настоящем раскрытии предложено решение для удовлетворения этой потребности.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
По меньшей мере, в одном аспекте данного раскрытия хирургическая дрель может включать в себя корпус, выдвигающуюся оболочку, расположенную с возможностью скольжения в корпусе и выполненную с возможностью перемещения между выдвинутым положением и втянутым положением, а также втягивающий двигатель, функционально соединенный с выдвигающейся оболочкой для перемещения выдвигающейся оболочки между выдвинутым положением и втянутым положением. Дрель может дополнительно включать в себя двигатель дрели, содержащий вал двигателя, выполненный с возможностью соединения со сверлильным патроном и расположенный в выдвигающейся оболочке так, что вал двигателя может вращаться относительно выдвигающейся оболочки.
В определенных вариантах осуществления дрель может включать в себя пусковой переключатель, выполненный с возможностью обеспечения поступления электрической энергии селективно на втягивающий двигатель или двигатель дрели, пусковой механизм дрели для вращения в прямом направлении, функционально связанный с пусковым переключателем, а также пусковой механизм дрели для вращения в обратном направлении, функционально соединенный с пусковым переключателем. Пусковой переключатель может быть выполнен с возможностью приведения в действие двигателя дрели в первом направлении вращения, только когда задействован пусковой механизм дрели для вращения в прямом направлении. Пусковой переключатель может быть выполнен с возможностью приведения в действие двигателя дрели в обратном направлении относительно первого направления вращения, только когда задействован пусковой механизм дрели для вращения в обратном направлении. В определенных вариантах осуществления пусковой переключатель может быть выполнен с возможностью приведения в действие втягивающего двигателя для перемещения выдвигающейся оболочки из выдвинутого положения во втянутое положение, когда одновременно задействованы пусковой механизм дрели для вращения в прямом направлении и пусковой механизм дрели для вращения в обратном направлении.
Пусковой механизм дрели для вращения в обратном направлении может располагаться под пусковым механизмом дрели для вращения в прямом направлении так, что пользователь может управлять пусковым механизмом дрели для вращения в прямом направлении указательным пальцем, а пусковым механизмом дрели для вращения в обратном направлении - средним пальцем.
Дрель может включать в себя систему обратной связи и дисплей обратной связи, выполненный с возможностью отображения одного или нескольких параметров, графиков, замеров. Один или несколько параметров, графиков и/или замеров могут включать в себя крутящий момент двигателя дрели, усилие дрели, число оборотов дрели, прошедшее время, зависимость глубины от времени, потребление тока двигателем дрели, потребление энергии, скорость подачи, температуру, характеристику звука, срок службы аккумулятора и/или положение выдвигающейся оболочки.
В определенных вариантах осуществления имеется акустическое устройство, выполненное с возможностью издавать слышимый шум, когда сверло дрели, соединенное с двигателем дрели, прошло первый слой, чтобы избежать сквозного прохождения. Первый слой может представлять собой кортикальный слой кости.
Выдвигающаяся оболочка может быть соединена с зубчатой рейкой для перемещения выдвигающейся оболочки между втянутым положением и выдвинутым положением, при этом зубчатая рейка функционально соединена с зубчатым колесом. Втягивающий двигатель может быть функционально соединен с геликоидальным червячным колесом для вращения геликоидального червячного колеса, функционально соединенного с зубчатым колесом так, что, когда геликоидальное червячное колесо совершает вращение, зубчатое колесо вращается, что, в свою очередь, приводит к линейному перемещению зубчатой рейки.
В определенных вариантах осуществления втягивающий двигатель может быть выполнен с возможностью приложения усилия, равного или превышающего усилие дрели, чтобы не допустить перемещения выдвигающейся оболочки под воздействием усилия дрели. По меньшей мере, втягивающий двигатель или двигатель дрели может быть функционально соединен с редуктором.
Дрель может дополнительно включать в себя аккумулятор, функционально связанный с двигателем дрели и/или втягивающим двигателем. Дрель может также содержать сверлильный патрон, функционально соединенный с двигателем дрели, при этом сверлильный патрон выполнен с возможностью селективно удерживать сверло дрели.
В определенных вариантах осуществления хирургическая дрель может включать в себя выдвигающуюся оболочку, расположенную с возможностью скольжения в корпусе и выполненную с возможностью перемещения между выдвинутым положением и втянутым положением, втягивающий двигатель, функционально связанный с выдвигающейся оболочкой для перемещения выдвигающейся оболочки между выдвинутым положением и втянутым положением, двигатель дрели, содержащий вал двигателя, выполненный с возможностью соединения со сверлильным патроном и расположенный в выдвигающейся оболочке так, что вал двигателя может вращаться относительно выдвигающейся оболочки, пусковой механизм дрели, выполненный с возможностью приведения в действие двигателя дрели в одном или нескольких направления вращения, а также пусковой механизм отвода, выполненный с возможностью приведения в действия втягивающего двигателя для перемещения выдвигающейся оболочки из выдвинутого положения в втянутое положение. Пусковой механизм отвода может располагаться под пусковым механизмом дрели для вращения в прямом направлении, так что пользователь может управлять пусковым механизмом дрели указательным пальцем, а пусковым механизмом отвода - средним пальцем.
Дрель может включать в себя систему обратной связи и дисплей обратной связи, выполненный с возможностью отображения одного или нескольких параметров, графиков, замеров. Один или несколько параметров, графиков и/или замеров включают в себя крутящий момент двигателя дрели, усилие дрели, число оборотов дрели, прошедшее время, зависимость глубины от времени, потребление тока двигателем дрели, потребление энергии, скорость подачи, температуру, характеристику звука, срок службы аккумулятора и/или положение выдвигающейся оболочки.
В определенных вариантах осуществления имеется акустическое устройство, выполненное с возможностью издавать слышимый шум, когда сверло дрели, соединенное с двигателем дрели, прошло первый слой, чтобы избежать сквозного прохождения. Первый слой может представлять собой кортикальный слой кости.
Выдвигающаяся оболочка может быть соединена с зубчатой рейкой для перемещения скольжением выдвигающейся оболочки между втянутым положением и выдвинутым положением, при этом зубчатая рейка функционально связана с шестерней. Втягивающий двигатель может быть функционально соединен с геликоидальным червячным колесом для вращения геликоидального червячного колеса, функционально соединенным с шестерней так, что, когда геликоидальное червячное колесо совершает вращение, шестерня также вращается, что, в свою очередь, приводит к линейному перемещению зубчатой рейки.
Эти и другие признаки систем и способов в раскрытии объекта изобретения станут понятнее специалистам в данной области техники из нижеследующего подробного описания в сочетании с чертежами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Чтобы специалисты в данной области техники, которым адресовано раскрытие объекта изобретения, смогли быстрее понять, как создать и использовать устройства и способы, представленные в раскрытии объекта изобретения, не прибегая к излишним экспериментам, ниже подробно описываются варианты его осуществления со ссылкой на определенные фигуры чертежей, на которых:
Фиг. 1 - схематичный вид сбоку одного варианта осуществления хирургической дрели согласно данному раскрытию;
Фиг. 2A-2D - варианты осуществления дисплея обратной связи согласно данному раскрытию.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Ниже приводятся ссылки на чертежи, при этом одинаковые ссылочные позиции обозначают аналогичные конструктивные элементы или объекты при описании объекта изобретения. В целях пояснения и иллюстрации, но не ограничения, на Фиг. 1 показан вид одного варианта осуществления хирургической дрели согласно описанию, который в целом обозначен позицией 100. Другие варианты осуществления и/или объекты данного описания показаны на Фиг. 2A-2D. Системы и способы, представленные в настоящем описании, могут использоваться для повышения безопасности и сокращения количества клинических ошибок в процессе сверления при проведении хирургических операций.
По меньшей мере, в одном аспекте данного раскрытия, как показано на Фиг. 1, хирургическая дрель 100 может включать в себя корпус 101, выдвигающуюся оболочку 103, расположенную с возможностью скольжения в корпусе 101 и выполненную с возможностью перемещения между выдвинутым положением и втянутымположением. Дрель 100 содержит втягивающий двигатель 105, функционально связанный с выдвигающейся оболочкой 103 для перемещения выдвигающейся оболочки 103 между выдвинутым положением и втянутымположением.
Дрель 100 может дополнительно включать в себя двигатель 107 дрели, содержащий вал двигателя (не показан), выполненный с возможностью соединения со сверлильным патроном 118 и размещенный в выдвигающейся оболочке 103, так что вал двигателя может вращаться относительно выдвигающейся оболочки 103. Сверлильный патрон 118 может быть функционально связан с двигателем 107 дрели и выполнен с возможностью селективно удерживать сверло 104 дрели. Как показано, патрон 118 может соединяться с двигателем 107 дрели посредством соединителя 120, размещенного с возможностью вращения в подшипниковой опоре 122. Подшипниковая опора 122 позволяет соединителю 120 и патрону 118 вращаться относительно выдвигающейся оболочки 103.
Двигатели 105 могут включать в себя любой пригодный двигатель (например, бесщеточный электродвигатель переменного тока), а также могут включать в себя пригодную коробку передач 127 или соединяться с ней. Как показано, по меньшей мере, втягивающий двигатель 105 или двигатель 107 дрели, либо оба могут быть функционально связаны с пригодной коробкой передач 127 для уменьшения выходной скорости и увеличения крутящего момента одного или обоих двигателей 105, 107. Предполагается также, что один или оба двигателя 105, 107 могут напрямую соединяться с их соответствующими функциональными компонентами (например, червячным колесом 121, сверлильным патроном 118).
В определенных вариантах осуществления дрель 100 может включать в себя пусковой переключатель 109, выполненный с возможностью позволить электрической энергии селективно поступать на втягивающий двигатель 105 и/или двигатель 107 дрели. Пусковой механизм 111 дрели для вращения в прямом направлении может быть функционально связан с пусковым переключателем 109. В определенных вариантах осуществления пусковой механизм 113 дрели для вращения в обратном направлении функционально связан с пусковым переключателем 109. Пусковой переключатель 109 может быть выполнен с возможностью приведения в действие двигателя дрели 107 в первом направлении вращения, когда задействован только пусковой механизм 111 дрели для вращения в прямом направлении. Пусковой переключатель может быть также выполнен с возможностью приведения в действие двигателя 107 дрели в обратном направлении относительно первого направления вращения, когда задействован только пусковой механизм 113 дрели для вращения в обратном направлении. В определенных вариантах осуществления, когда одновременно задействованы пусковой механизм 111 дрели для вращения в прямом направлении и пусковой механизм 113 дрели для вращения в обратном направлении, пусковой переключатель 109 выполнен с возможностью приведения в действие втягивающего двигателя 105 для перемещения выдвигающейся оболочки 103 из выдвинутого положения в втянутое положение.
Пусковой механизм 113 дрели для вращения в обратном направлении может располагаться над или под пусковым механизмом 111 дрели для вращения в прямом направлении, так что пользователь может управлять одним пусковым механизмом указательным пальцем, а другим - средним пальцем. Это позволяет быстро реагировать на прохождение слоя, чтобы отвести назад сверло дрели с целью снижения вероятности/недопущения сквозного прохождения. В настоящем описании предполагается, что возможны и другие пригодные конфигурации расположения пусковых механизмов.
Предполагается, что вместо наличия как пускового механизма 111 дрели для вращения в прямом направлении, так и пускового механизма 113 дрели для вращения в обратном направлении, дрель 100 может содержать единственный пусковой механизм дрели, выполненный с возможностью приведения в действие двигателя 107 дрели в одном или нескольких направлениях вращения. В этом случае, если требуется реверсивное вращение, может содержаться переключатель реверса для перехода к вращению в обратном направлении. Предполагается также, что дрель 100 может включать в себя отдельный пусковой механизм отвода, выполненный с возможностью приведения в действие втягивающего двигателя 105 для перемещения выдвигающейся оболочки 103 из выдвинутого положения в втянутое положение. Пусковой механизм отвода может располагаться над или под пусковым механизмом дрели для вращения в прямом направлении, так что пользователь может управлять одним пусковым механизмом указательным пальцем, а другим - средним пальцем. В настоящем описании предполагается, что возможны и другие пригодные конфигурации расположения пусковых механизмов.
Пусковые механизмы и/или другие соответствующие системы управления, представленные в настоящем описании, могут включать в себя регулятор для изменения силы тока, так что количество тока, подаваемого на двигатель 107 дрели, может варьироваться в зависимости от количества задействованных пусковых механизмов дрели.
Дрель 100 может включать в себя систему обратной связи, содержащую дисплей 115 обратной связи, выполненный с возможностью отображения одного или нескольких параметров, графиков, замеров. Дисплей обратной связи может содержать один или несколько соответствующих дисплеев (например, один или несколько LCD-экранов, один или несколько светоизлучающих диодов), чтобы позволить врачу-клиницисту легко интерпретировать представленную на них информацию. Например, светоизлучающие диоды могут передавать информацию путем изменения цвета или частоты мерцания.
Некоторые варианты осуществления конфигурации дисплея 115 обратной связи показаны на Фиг. 2A-2D. Как показано на Фиг. 2A-2D, один или несколько параметров, графиков и/или замеров могут включать в себя крутящий момент двигателя дрели, усилие дрели, число оборотов дрели, прошедшее время, зависимость глубины от времени, потребление тока двигателем дрели, потребление энергии, скорость подачи, температуру, характеристику звука, срок службы аккумулятора и/или положение выдвигающейся оболочки. Например, крутящий момент и число оборотов могут измеряться посредством двигателя 107 дрели с использованием известных технологий.
В определенных вариантах осуществления акустическое устройство 116 может быть выполнено с возможностью издавать слышимый шум, когда сверло 104 дрели, соединенное с двигателем дрели, проникло или почти проникло через первый слой, чтобы избежать сквозного прохождения. Например, при проведении определенных хирургических операций первый слой может представлять собой кортикальный слой кости. В определенных вариантах осуществления акустическое устройство 116 может передавать информацию путем изменения тона или частоты звукового сигнала.
В определенных вариантах осуществления, как показано на Фиг. 1, выдвигающаяся оболочка 103 может соединяться с зубчатой рейкой 117 для перемещения скольжением выдвигающейся оболочки 103 между втянутымположением и выдвинутым положением, при этом зубчатая рейка 117 функционально связана с шестерней 119. Втягивающий двигатель 105 может быть функционально связан с геликоидальным червячным колесом 121 для вращения геликоидального червячного колеса 121. Геликоидальное червячное колесо 121 может быть функционально связано с шестерней 119, так что когда геликоидальное червячное колесо 121 совершает вращение, шестерня 119 также вращается, что, в свою очередь, приводит к линейному перемещению зубчатой рейки 117 для перемещения выдвигающейся оболочки 103.
В определенных вариантах осуществления втягивающий двигатель 105 может быть выполнен с возможностью приложения усилия, равного или превышающего усилие дрели, чтобы не допустить перемещения выдвигающейся оболочки 103 под воздействием усилия дрели. В определенных вариантах осуществления датчик 123 силы может быть функционально связан с выдвигающейся оболочкой 103 и/или корпусом 101, чтобы определить усилие дрели. В этой связи датчик 123 силы может соединяться с системой обратной связи, которая может быть соединена с панелью 125 управления. Панель 125 управления может управлять электрическим выходом на втягивающий двигатель 107, чтобы обеспечить подачу надлежащего количества тока с целью недопущения скольжения выдвигающейся оболочки 103 назад, пока сверло 104 дрели прижато к просверливаемой поверхности.
Панель 125 управления может также содержать логическую схему для системы обратной связи, пускового переключателя 109, двигателя 107 для сверления и/или выполнения любой другой соответствующей функции дрели 100. Панель 125 управления может содержать любое подходящее аппаратное обеспечение и/или программное обеспечение для выполнения вышеуказанных функций.
Дрель 100 может дополнительно включать в себя аккумулятор 129, функционально связанный с двигателем 107 дрели и/или втягивающим двигателем 105 посредством любого пригодного селективного электрического соединения (например, через пусковой переключатель 109 и/или панель 125 управления). Предполагается, что может использоваться любой подходящий источник электрической энергии (например, хирургический генератор) для снабжения дрели 100 энергией в дополнение к аккумулятору 129 или вместо него. В линию электросвязи с аккумулятором 129 или другим источником энергии может быть включен датчик 131 тока, чтобы измерять потребление тока для системы обратной связи.
Дрель 100 и ее принадлежности могут быть выполнены с возможностью стерилизации (например, используя автоклавирование). Аккумулятор 129 может извлекаться и может не требовать автоклавирования. Дрель 100 может быть выполнена с возможностью выдерживать жесткие условия обработки паром при автоклавирования (например, температуры 132°C и выше при давлении 30 psi). Циклы обычно могут продолжаться около 15 минут с последующим охлаждением в течение 50 минут.
Согласно настоящему описанию врач может вручную безопасным образом выполнять хирургические операции сверления с помощью устройств, раскрытых в настоящем описании. Например, в определенных вариантах осуществления, когда врач близок к прохождению насквозь кортикального слоя кости, любой пригодный механизм обратной связи может предупредить об этом врача, при этом врач может немедленно активировать втягивающий двигатель 105 для отвода сверла 104 дрели в втянутое положение, чтобы избежать сквозного прохождения. Врач может возвратить сверло 104 дрели в выдвинутое положение, отключив втягивающий двигатель путем деблокирования пусковых механизмов.
Способы и системы по настоящему раскрытию, описанные выше и представленные на чертежах, позволяют создать хирургические дрели, обладающие превосходными свойствами, в том числе возможностью вручную контролируемым образом отводить назад сверло дрели, и имеющие системы обратной связи для повышения безопасности при проведении хирургической процедуры. В то время как устройства и способы в раскрытии объекта изобретения показаны и описаны со ссылкой на варианты осуществления, специалисты в данной области техники поймут, что в них могут быть внесены изменения и/или модификации без отступления от существа и объема изобретения.