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課題・解決手段

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回転トルクを発生させ、ドリルビット器具本体が、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。

概要

背景

従来の医療処置及び手術処置は、日常的に、外科医手術部位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。

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。

概要

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回転トルクを発生させ、ドリルビット器具本体が、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。A

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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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。

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、外科医手術部位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。

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

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。
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1A及び図1Bの外科用システムのコントローラ部分概略図であり、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。
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に接近している状態で示されている。
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、時間ベースグラフである。
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5の線6−6に沿った断面図である。
図6の符号7における部分断面図である。
図6の符号8における部分断面図である。
図6の符号9における部分断面図である。
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10のチャックアセンブリの組立分解斜視図である。
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破線で図示されている。
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13の符号15における器具本体の一部の拡大図である。
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13の符号17における器具本体の一部の拡大図である。
図13図17の器具本体の部分正面図である。
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。
別の実施形態による器具本体の組立分解斜視図である。
器具本体の段状遠位切削端部の部分概略図である。

実施例

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

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(wordsof 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。

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