提供了一种通用适配器，其与在基于反馈的感测系统的引导下进行外科手术过程的外科手术器械一起使用。
背景技术：
1、基于图像的外科手术技术已被用于帮助医生进行各种精细的外科手术过程。例如，当患者解剖结构遮挡了外科手术工具的可视化时，或者当外科手术工具的工作端难以在三维中可视化时，使用这些外科手术过程。经常出现这种问题的外科手术过程包括，例如，脊柱植入物放置、骨折碎片的对齐和骨折的固定。
2、众所周知，手术导航系统使用x射线或荧光透视图像来帮助医生可视化外科手术工具的工作端在患者解剖结构内的位置。这样的系统在外科手术过程中重复地获取x射线或ct图像，从而允许近乎实时地显示外科手术工具的工作端相对于患者解剖结构的位置。基于荧光透视的手术导航系统还可以跟踪外科手术工具的轨迹，并将外科手术工具的表示叠加到预先获取的患者解剖结构的图像上，而在外科手术过程中不需要重复获取x射线。这种系统的一个例子是medtronic公司出售的stealth导航系统，该导航系统为外科医生提供器械的位置和轨迹的ct成像反馈。
3、采用以前已知的手术导航系统已经受到限制，因为这种系统的准确性可能会受到多种因素的影响。例如，患者或外科医生可以将患者的身体重新定位在外科手术台上，从而导致外科手术工具的工作端相对于预先获取的图像的错误配准。这个问题的一个解决方案是，在外科手术过程中定期更新荧光透视或ct图像，不利的是使患者和外科医生更多地暴露于电离辐射。
4、先前已知的导航系统的又一个固有限制是无法基于二维显示的图像在三维中提供外科手术工具的工作端位置的高置信度。虽然导航系统能够提供患者解剖结构和工作端的多个视图，但对于外科医生来说，在心理上实时地整合这些视图以实现关于外科手术工具的工作端的位置的高置信度可能是具有挑战性的，特别是在需要限制外科手术工具的前进以避免穿透敏感结构或组织的情况下。
5、因此，希望提供一种系统和方法，其改进已知外科手术导航系统，并且使外科医生能够准确地确认外科手术工具的工作端的位置，并且特别是当外科手术工具的工作端接近患者解剖结构的敏感部分时。
6、还希望提供一种系统和方法，该系统和方法不仅在工作端接近解剖结构中的过渡时近乎实时地提醒外科医生，而且在工作端到达不期望的状况时自动停止工作端的进一步前进。
技术实现思路
1、本文提供了克服先前已知系统缺点的系统和方法。根据本发明的一个方面，提供了一种在外科手术钻孔系统中使用的适配器，用于防止在外科手术过程(例如涉及骨骼(例如脊柱)钻孔的手术期间)受伤。例如，可以提供与包括细长钻孔部分的手术工具一起使用的适配器。适配器可以包括套筒、制动机构和控制器，该套筒具有管腔，该管腔的大小和形状被确定为接纳穿过管腔的外科手术工具的细长钻孔部分，该制动机构被配置为被致动以阻止细长钻孔部分相对于套筒的前进，该控制器被编程为：接收指示由细长钻孔部分感测到的电导率的信号，并且响应于所述信号，使制动机构阻止细长钻孔部相对于套筒的前进。
2、控制器还可编程为接收指示细长钻孔部分的穿透深度的信号，并在根据细长钻孔部分穿透深度的电导率的变化满足一个或更多个预定状况时，使制动机构阻止细长钻孔部分的前进。细长钻孔部分可以被配置成穿透骨骼。因此，控制器可以被编程为感测由细长钻孔部分从骨骼过渡到组织而引起的电导率变化。此外，控制器可以被编程为在细长钻孔部分穿透期间感测电导率的变化，使得当电导率的变化满足一个或更多个预定状况时，控制器使制动机构阻止细长钻孔部分的前进。
3、在一些实施例中，外部计算设备可操作地耦合到适配器，使得控制器可经由有线或无线连接设置在外部计算设备内。控制器还可以被编程为在检测到信号满足预定状况时生成警报。此外，控制器还可以被编程为基于该信号来监测细长钻孔部分穿透到骨性结构中、检测与所测量的电导率的变化相关联的状况，并且响应于检测到该状况，使该制动机构阻止细长钻孔部分的前进。
4、套筒可包括固定部件，该固定部件包括弹簧，并且适配器还可以包括耦合到弹簧的柱塞，使得柱塞被配置为响应外科手术工具施加的力在固定部件内可滑动地移动。因此，管腔可以延伸穿过柱塞和固定部件。此外，制动机构可以被配置为将柱塞相对于固定部件锁定，从而阻止细长钻孔部分相对于适配器的前进。此外，柱塞的近端可以包括平坦部分，该平坦部分被配置为与外科手术工具的止动器接合，使得外科手术工具经由平坦部分与止动器之间的接合将力施加到柱塞。固定部件可以包括接触传感器，并且柱塞可以包括螺钉，该螺钉被配置为当柱塞相对于固定组件移动时与接触传感器接合，使得控制器被编程为响应于螺钉与接触传感器之间的接合来基于电阻抗确定细长钻孔部分的穿透深度。在一些实施例中，适配器的固定部件可以被配置为耦合到机械臂的远端，该机械臂被编程为确定针对预定外科手术过程的外科手术工具的进入点或轨迹中的至少一个。
5、根据本公开的某些方面，外科手术工具可以包括钻头，并且套筒可以包括被配置为接纳钻头的卡盘。因此，适配器还可以包括被配置为耦合到外科手术钻机的近端，以选择性地将旋转运动从外科手术钻机传递到钻头，使得控制器被编程为响应于信号停止从外科手术钻机到钻头传递旋转运动，从而阻止钻头的前进。适配器的近端可以包括被配置为耦合到外科手术钻机的第一转子和耦合到卡盘的第二转子，其中，第一转子和第二转子配置为相互接合以传递旋转运动，并且响应于信号，控制器使第二转子与第一转子解耦，以停止将旋转运动从外科手术钻机传递到钻头。
6、制动机构可以被配置为由控制器致动，以将钻头相对于适配器锁定，从而在第二转子与第一转子解耦后停止钻头的旋转运动。在一些实施例中，第二转子可以经由机械力或电磁力选择性地耦合到第一转子。例如，机械力可以经由互锁齿或摩擦中的至少一个来实现。
7、在默认状况下，第二转子可以与第一转子解耦，使得控制器被编程为在外科手术钻机致动时使第二转子与第一转子耦合。替代地，在默认状况下，制动机构可以被配置为将钻头相对于适配器锁定，使得控制器被编程为致动制动机构，以在外科手术钻机致动时将钻头相对于适配器解锁。制动机构可以被配置为经由摩擦板和衬垫、夹爪或咬齿中的至少一个相对于适配器锁定钻头。此外，卡盘可以包括伸缩通道，该伸缩通道被配置为测量钻头的穿透深度。
8、根据本公开的另一个方面，适配器可包括线性致动器，该线性致动器具有延伸穿过其的通道，轴可滑动地设置在线性致动器的通道内。因此，制动机构可以被设置为与线性致动器通信，使得响应于信号，控制器使制动机构将轴相对于线性致动器锁定，以阻止钻头的前进。例如，在默认状况下，制动机构可以被配置为将轴相对于线性致动器锁定，并且控制器可以被编程为在外科手术钻机致动时致动制动机构，以将轴相对于线性致动器解锁。轴的远端可以被配置为接触骨性结构，使得当钻头前进穿过骨性结构时，轴相对于骨性结构保持固定并滑动穿过通道。替代地，轴的近端可以被配置为接触外科手术钻机，使得当钻头前进穿过骨性结构时，外科手术钻机和适配器之间的距离随着轴滑动穿过通道而减小。
9、适配器还可以包括手柄。此外，提供了一种包括适配器的系统。例如，该系统可以包括外科手术工具。外科手术工具可以包括至少两个电极，所述至少两个电极被配置为测量电导率并生成指示由细长钻孔部分感测到的电导率的信号。
10、根据本公开的另一个方面，提供了用于与包括细长钻孔部分的外科手术工具一起使用的另一个适配器。例如，适配器可以包括套筒、制动机构和控制器，该套筒包括管腔，该管腔的大小和形状被确定为接纳穿过其的外科手术工具的细长钻孔部分，该制动机构被配置为被致动以阻止细长钻孔部分相对于套筒的前进，该控制器被编程为：接收指示细长钻孔部分的穿透深度的信号，并且响应于信号，使制动机构阻止细长钻孔部相对于套筒的前进。
11、根据本公开的另一个方面，提供了与包括细长钻孔部分的外科手术工具一起使用的另一个适配器。例如，适配器能够包括套筒、制动机构和控制器，该套筒包括管腔，该管腔的大小和形状被确定为接纳穿过其的外科手术工具的细长钻孔部分，该制动机构被配置为被致动以阻止细长钻孔部分相对于套筒的前进，该控制器被编程为：接收指示由细长钻孔部分感测到的电导率的信号；接收指示细长钻孔部分的穿透深度的信号；并且当根据细长钻孔部分的穿透深度的电导率的变化满足一个或更多个预定状况时，使制动机构阻止细长钻孔部分相对于套筒的前进。
12、根据本公开的另一个方面，提供了一种计算机实现的系统，用于操作与包括细长钻孔部分的外科手术工具一起使用的适配器。该系统可以包括至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置为：接收指示当细长钻孔部分穿过适配器的套筒的管腔穿透解剖部分时由细长钻孔部分感测到的电导率的信号；并且响应于该信号，使制动机构阻止细长钻孔部分相对于套筒的前进。所述至少一个处理器还可以被配置为：接收指示细长钻孔部分的穿透深度的信号；并且当根据细长钻孔部分的穿透深度的电导率的变化满足一个或更多个预定状况时，使制动机构阻止细长钻孔部分前进。
13、此外，所述至少一个处理器可以还被配置为：在细长钻孔部分的穿透期间感测电导率的变化；并且当电导率的变化满足一个或更多个预定状况时，使制动机构阻止细长钻孔部分的前进。此外，所述至少一个处理器还可以被配置为：基于信号来监测细长钻孔部分穿透到骨性结构中；检测与测量的电导率的变化相关联的状况；并且响应于检测到状况，使制动机构阻止细长钻孔部分的前进。
14、在一些实施例中，套筒可以包括固定部件，该固定部件可以包括弹簧，并且适配器可以包括耦合到弹簧的柱塞，使得柱塞可以被配置为响应于由外科手术工具施加的力在固定部件内可滑动地移动。因此，所述至少一个处理器可以被配置为通过使制动机构将柱塞相对于固定部件锁定来使制动机构阻止细长钻孔部分相对于套筒的前进，从而阻止细长钻孔部分相对于适配器的前进。此外，所述至少一个处理器还可以被配置为：从耦合到适配器的深度传感器接收指示细长钻孔部分的穿透深度的信号；并且当根据细长钻孔部分的穿透深度的电导率的变化满足一个或更多个预定状况时，使制动机构阻止细长钻孔部分前进。
15、根据本公开的另一个方面，提供了用于与包括细长钻孔部分的外科手术工具一起使用的另一个适配器。例如，适配器可以包括套筒、警报机构和控制器，该套筒包括管腔，该管腔的大小和形状被确定为接纳穿过其的外科手术工具的细长钻孔部分，该警报机构可操作地耦合到细长钻孔部分并被配置为生成警报，该控制器被编程为：接收指示在细长钻孔部分穿透期间由细长钻孔部分感测到的电导率的信号；并且响应于该信号，使得警报机构在电导率的变化满足一个或更多个预定状况时生成警报。控制器还可以被编程为：接收指示细长钻孔部分的穿透深度的信号；并且当根据细长钻孔部分的穿透深度的电导率的变化满足一个或更多个预定状况时，使警报机构生成警报。此外，适配器还可以包括制动机构，该制动机构被配置为被致动以阻止细长钻孔部分相对于套筒的前进。因此，控制器可以还被编程为当电导率的变化满足一个或更多个预定状况时使制动机构阻止细长钻孔部分的前进。此外，控制器还可以被编程为：接收指示细长钻孔部分的穿透深度的信号；并且当根据细长钻孔部分的穿透深度的电导率的变化满足一个或更多个预定状况时，使制动机构阻止细长钻孔部分的前进。
16、根据本公开的另一个方面，提供了另一种计算机实现的系统，用于操作与包括细长钻孔部分的外科手术工具一起使用的适配器。该系统可以包括至少一个处理器，该至少一个处理器被配置为：接收指示当细长钻孔部分穿过适配器的套筒的管腔穿透解剖部分时由细长钻孔部分感测到的电导率的信号；并且响应于该信号，在电导率的变化满足一个或更多个预定状况时使警报机构生成警报。所述至少一个处理器还可以被配置为：接收指示细长钻孔部分的穿透深度的信号；并且当根据细长钻孔部分的穿透深度的电导率的变化满足一个或更多个预定状况时，使警报机构生成警报。此外，所述至少一个处理器还可以被配置为：当电导率的变化满足一个或更多个预定状况时，使制动机构阻止细长钻孔部分的前进。此外，所述至少一个处理器还可以被配置为：接收指示细长钻孔部分的穿透深度的信号；并且当根据细长钻孔部分的穿透深度的电导率的变化满足一个或更多个预定状况时，使制动机构阻止细长钻孔部分的前进。
1.一种与外科手术工具一起使用的适配器，所述外科手术工具包括细长钻孔部分，所述适配器包括：
2.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述控制器还被配置为：
3.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述细长钻孔部分被配置为穿透骨骼，并且其中，所述控制器被配置为感测由所述细长钻孔部分从骨骼过渡到组织所引起的电导率的变化。
4.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述控制器被配置为在所述细长钻孔部分的穿透期间感测电导率的变化，使得当所述电导率的变化满足一个或更多个预定状况时，所述控制器使所述制动机构阻止所述细长钻孔部分的前进。
5.根据权利要求1所述的适配器，还包括：
6.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述控制器还被配置为在检测到所述信号满足预定状况时生成警报。
7.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述控制器还被配置为：
8.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述套筒包括固定部件，所述固定部件包括弹簧，所述适配器还包括：
9.根据权利要求8所述的适配器，其中，所述制动机构被配置为将所述柱塞相对于所述固定部件锁定，从而阻止所述细长钻孔部分相对于所述适配器的前进。
10.根据权利要求8所述的适配器，其中，所述柱塞的近端包括平坦部分，所述平坦部分被配置为与所述外科手术工具的止动器接合，使得所述外科手术工具经由所述平坦部分与所述止动器之间的接合将力施加到所述柱塞。
11.根据权利要求8所述的适配器，其中，所述固定部件包括接触传感器，其中，所述柱塞包括螺钉，所述螺钉被配置为在所述柱塞相对于所述固定部件移动时与所述接触传感器接合，并且其中，所述控制器被配置为响应于所述螺钉与所述接触传感器之间的接合来基于电阻抗确定所述细长钻孔部分的穿透深度。
12.根据权利要求8所述的适配器，其中，所述适配器的所述固定部件被配置为耦合到机械臂的远端，所述机械臂被编程为确定针对预定外科手术过程的所述外科手术工具的进入点或轨迹中的至少一个。
13.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述外科手术工具包括钻头，并且其中，所述套筒包括被配置为接纳所述钻头的卡盘，所述适配器还包括：
14.根据权利要求13所述的适配器，其中，所述适配器的所述近端包括被配置为耦合到所述外科手术钻机的第一转子和耦合到所述卡盘的第二转子，其中，所述第一转子和所述第二转子被配置为彼此接合以传递旋转运动，并且响应于所述信号，所述控制器将所述第二转子与所述第一转子解耦以停止从所述外科手术钻机到所述钻头传递旋转运动。
15.根据权利要求14所述的适配器，其中，所述制动机构被配置为由所述控制器致动以将所述钻头相对于所述适配器锁定，从而在所述第二转子与所述第一转子解耦之后停止所述钻头的旋转运动。
16.根据权利要求14所述的适配器，其中，所述第二转子经由机械力或电磁力选择性地耦合到所述第一转子。
17.根据权利要求16所述的适配器，其中，所述机械力经由互锁齿或摩擦中的至少一个来实现。
18.根据权利要求14所述的适配器，其中，在默认状况下，所述第二转子与所述第一转子解耦，并且所述控制器被配置为在致动所述外科手术钻机时使所述第二转子耦合到所述第一转子。
19.根据权利要求13所述的适配器，其中，在默认状况下，所述制动机构被配置为将所述钻头相对于所述适配器锁定，并且所述控制器被配置为在所述外科手术钻机致动时致动所述制动机构以将所述钻头相对于所述适配器解锁。
20.根据权利要求13所述的适配器，其中，所述制动机构被配置为经由摩擦板和衬垫、夹爪或咬齿中的至少一个将所述钻头相对于所述适配器锁定。
21.根据权利要求13所述的适配器，其中，所述卡盘包括伸缩通道，所述伸缩通道被配置为测量所述钻头的穿透深度。
22.根据权利要求13所述的适配器，还包括：
23.根据权利要求22所述的适配器，其中，在默认状况下，所述制动机构被配置为将所述轴相对于所述线性致动器锁定，并且所述控制器被配置为在所述外科手术钻机致动时致动所述制动机构以将所述轴相对于所述线性致动器解锁。
24.根据权利要求22所述的适配器，其中，所述轴的远端被配置为接触骨性结构，并且其中，当所述钻头前进穿过所述骨性结构时，所述轴相对于所述骨性结构保持固定并且滑动穿过所述通道。
25.根据权利要求22所述的适配器，其中，所述轴的近端被配置为接触所述外科手术钻机，并且其中，当所述钻头前进穿过骨性结构时，所述外科手术钻机与所述适配器之间的距离随着所述轴滑动穿过所述通道而减小。
26.根据权利要求1所述的适配器，还包括手柄。
27.一种包括根据权利要求1所述的适配器的系统，还包括所述外科手术工具。
28.根据权利要求27所述的系统，其中，所述外科手术工具包括至少两个电极，所述至少两个电极被配置为测量电导率并生成指示由所述细长钻孔部分感测到的电导率的信号。
29.一种与外科手术工具一起使用的适配器，所述外科手术工具包括细长钻孔部分，所述适配器包括：
30.一种与外科手术工具一起使用的适配器，所述外科手术工具包括细长钻孔部分，所述适配器包括：
31.一种用于操作与外科手术工具一起使用的适配器的计算机实现的系统，所述外科手术工具包括细长钻孔部分，所述系统包括至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置为：
32.根据权利要求31所述的计算机实现的系统，其中，所述至少一个处理器还被配置为：
33.根据权利要求31所述的计算机实现的系统，其中，所述至少一个处理器还被配置为：
34.根据权利要求31所述的计算机实现的系统，其中，所述至少一个处理器还被配置为：
35.根据权利要求31所述的计算机实现的系统，其中，所述套筒包括固定部件，所述固定部件包括弹簧，其中，所述适配器还包括耦合到所述弹簧的柱塞，所述柱塞被配置为响应于由所述外科手术工具施加的力在所述固定部件内可滑动地移动，并且其中，所述至少一个处理器被配置为通过使所述制动机构将所述柱塞相对于所述固定部件锁定来使所述制动器机构阻止所述细长钻孔部分相对于所述套筒的前进，从而阻止所述细长钻孔部分相对于所述适配器的前进。
36.根据权利要求35所述的计算机实现的系统，其中，所述至少一个处理器还被配置为：
37.一种与外科手术工具一起使用的适配器，所述外科手术工具包括细长钻孔部分，所述适配器包括：
38.根据权利要求37所述的适配器，其中，所述控制器还被配置为：
39.根据权利要求37所述的适配器，还包括：
40.根据权利要求39所述的适配器，其中，所述控制器还被配置为：
41.一种用于操作与外科手术工具一起使用的适配器的计算机实现的系统，所述外科手术工具包括细长钻孔部分，所述系统包括至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置为：
42.根据权利要求41所述的计算机实现的系统，其中，所述至少一个处理器还被配置为：
43.根据权利要求41所述的计算机实现的系统，其中，所述至少一个处理器还被配置为：
44.根据权利要求43所述的计算机实现的系统，其中，所述至少一个处理器还被配置为：
