CN118251181A - 用于手持式外科手术***的通用适配器 - Google Patents

用于手持式外科手术***的通用适配器 Download PDF

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Abstract

提供了用于外科手术钻孔***的适配器和使用方法，用于在电导率感测***的引导下执行外科手术过程，例如在骨性结构中进行外科手术钻孔。适配器可以被配置为耦合到外科手术钻孔工具，例如具有电导率感测能力的常规外科手术钻机和钻头，或者具有电导率感测能力的外科手术手持工具。适配器还包括控制器，该控制器被配置为接收指示测量的电导率和/或穿透深度测量值的一个或更多个信号，基于信号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来阻止外科手术钻孔工具的前进。

Description

用于手持式外科手术***的通用适配器
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年9月28日提交的美国临时专利申请号63/249,451的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
提供了一种通用适配器，其与在基于反馈的感测***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
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。
众所周知，手术导航***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***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***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***的一个例子是Medtronic公司出售的Stealth导航***，该导航***为外科医生提供器械的位置和轨迹的CT成像反馈。
采用以前已知的手术导航***已经受到限制，因为这种***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。
先前已知的导航***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***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。
因此，希望提供一种***和方法，其改进已知外科手术导航***，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。
还希望提供一种***和方法，该***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。
发明内容
本文提供了克服先前已知***缺点的***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***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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
适配器还可以包括手柄。此外，提供了一种包括适配器的***。例如，该***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。
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。
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。
根据本公开的另一个方面，提供了一种计算机实现的***，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***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。
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。
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。
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。
根据本公开的另一个方面，提供了另一种计算机实现的***，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***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。
附图说明
图1示出了根据本公开的原理构造的示例性外科手术钻孔***。
图2示出了与本公开的外科手术钻孔***一起使用的示例性外科手术钻头。
图3A和图3B是图1的外科手术钻孔***的截面图。
图3C示出了图1的外科手术钻孔***的操作。
图4是根据本公开的原理构造的示例性控制器的示意图。
图5示出了具有外部计算设备的图1的外科手术钻孔***。
图6A和图6B示出了根据本公开的原理构造的替代示例性外科手术钻孔***。
图7A和图7B示出了根据本公开的原理构造的另一替代示例性外科手术钻孔***。
图8A和图8B示出了根据本公开的原理构造的又一替代示例性外科手术钻孔***。
图9A至图9D示出了用于根据本公开的原理构造的外科手术钻孔***的示例性适配器的各种视图。
图10是根据本公开的原理构造的替代示例性控制器的示意图。
图11A至图11D示出了图9A至图9D的适配器与根据本公开的原理的示例性外科手术手持工具的使用。
图12A至图12D示出了图9A至图9D的适配器与根据本公开的原理的替代的示例性外科手术手持工具的使用。
图13A至图13D示出了图9A至图9D的适配器与根据本公开的原理的另一替代示例性外科手术手持工具的使用。
图14A至图14D示出了图9A至图9D的适配器与根据本公开的原理的又一替代示例性外科手术手持工具的使用。
图15示出了具有外部计算设备的图9A至图9D的适配器。
图16示出了与根据本公开的原理的机械臂集成的图9A至图9D的适配器。
具体实施方式
提供了用于在电导率感测***的引导下进行外科手术过程(例如在骨性结构中进行外科手术钻孔)的外科手术钻孔***和方法。根据本公开的原理配置的***包括通用适配器和具有电导率感测能力的钻头，通用适配器可以耦合到任何常规的外科手术钻机，例如手持式外科手术钻机。替代地，通用适配器可以耦合到外科手术机器人***的机械臂。为了防止对患者造成伤害，适配器响应于钻头近实时地(例如在几毫秒到几秒内)感测到的电导率而自动阻止钻头的前进。
本文描述的适配器特别有利于在骨科手术和脊柱手术领域中使用，以在外科手术过程期间帮助外科医生将植入物放置在患者脊柱的一个或更多个椎骨中。因此，适配器使得能够提高放置精度，并防止与对敏感功能组织(如脊髓、神经末梢和血管结构)的意外侵入相关的损伤风险。尽管本发明的设备和方法在本文中是针对在椎骨中的应用以及更一般地针对骨性结构中的应用来描述的，但是本发明的设备和方法不限于这样的应用。相反，本发明的原理可以有利地应用于任何解剖部分，该解剖部分包括不同的介质并且具有电气特性，例如电导率或电阻率，该电气特性根据介质传导电流的能力而变化。
现在参考图1，描述了根据本公开的一个方面配置的示例性外科手术钻孔***。如图1所示，外科手术钻孔***10包括通用适配器100、常规的外科手术钻机12和电导率感测钻头200。外科手术钻机12可以是被配置为接收旋转运动并将旋转运动传递到钻头的任何常规外科手术钻机。适配器100可以在其近端耦合到外科手术钻机12，并且可以具有被配置为在其远端接纳钻头200的套筒，使得外科手术钻机12经由适配器100将旋转运动传递到钻头200，如下文详细描述的。钻头200可以包括尺寸和形状被确定为被适配器100(例如适配器100的卡盘)接纳的近端202、被配置为接触和穿透例如组织和/或骨骼的远端204、以及用于将钻头200电耦合到适配器100的导体206。
现在参考图2，描述了钻头200的远端204。钻头200的远端204被配置为穿透解剖部分，例如包括椎骨和周围组织的区域。如外科手术领域所熟知的，重要的是确保钻头200的精确定位，以避免损伤或穿过界定孔的皮质骨的内层或神经末梢附近的皮质骨的外层。适配器100优选地被配置为当钻头200在解剖部分内移动时发出根据钻头200感测到的电气特性而变化的警告信号，并且如果钻头200接近不应该被穿透的解剖部分(例如，违约状况(breach condition))，则阻止钻头200的穿透。
钻头200的操作类似于美国专利号7,580,743中描述的手持工具，其全部内容通过引用并入本文，该设备可从本申请的委托人处以商品名商购。钻头200还可以构成要放置在解剖结构中的植入物，例如螺钉，特别是椎弓根螺钉。
仍然参考图2，钻头200在近端202与远端204之间沿着纵向轴线L延伸，以形成用于穿透骨性结构的尖端208。钻头200通常具有沿纵向轴线L延伸的具有圆形横截面的圆柱形外表面，并且包括从尖端208向近侧延伸的一个或更多个螺旋形切割凸缘。然而，钻头200的主体能够具有任何其他形状，特别是具有多边形或其他横截面的圆柱形。附加地或替代地，钻头200可以是螺纹钻头。钻头200包括圆柱形且由导电材料制成的第一电极210，该第一电极在钻头200内部平行于纵向轴线L延伸。特别地，第一电极210布置在钻头200的中心孔中，并与纵向轴线L同轴延伸至具有第一接触表面214的自由端，该第一接触表面在尖端208处与钻头200的外表面齐平。
钻头200还包括环形且由导电材料制成的第二电极212，该第二电极沿纵向轴线L围绕第一电极210延伸。特别地，第二电极212由钻头200本身的一部分形成，在这种情况下由导电材料制成。第二电极212具有第二接触表面216，该第二接触表面216由平行于纵向轴线L并对应于钻头200的侧表面的圆柱形部分和横向于纵向轴线L且对应于钻头200的远端表面的环形部分组成。
电绝缘材料层介于第一电极210与第二电极212之间，使得在钻头200穿透解剖部分期间第一接触表面214和第二接触表面216能够彼此相距一定距离地与解剖部分接触。然而，应当理解，本发明不限于钻头200所示的实施例，并且其他形状也是可能的，例如，第一电极210和第二电极212不是同轴布置的，而是可以由***钻头200中的导电材料棒形成。此外，第一电极210和第二电极212都可以具有与钻头200的侧表面或远端表面齐平的点状或其它接触表面214、216。替代地，钻头200能够支撑两个或更多个第一电极210和两个或多个第二电极212。
现在参考图3A和图3B，描述了***10的适配器100的内部部件。在图3B中，适配器100可以包括套筒，例如卡盘104，用于通过套筒牢固地接纳钻头200的近端202。卡盘104可以包括与钻头200的第一电极210和第二电极212建立电连接的部件，从而使得设置在适配器100内的电子器件能够发出合适的警告信号。那些部件可以包括耦合到控制器150(见图3C)的发电机，例如安装在电路板上的电处理设备。发电机连接到第一电极210和第二电极212，并且适于例如经由导体206在第一接触表面214和第二接触表面216之间施加一个或更多个电压。控制器150可以例如经由导体206连接到发电机以及第一电极210和第二电极212，并且适于基于由所施加的一个或多个电压感应出的一个或多个测量电流来确定与电气特性相关的测量参数，并且适于发出与测量参数相对应的警告信号。测量参数尤其可以是电压、电流强度、电导率或电阻率，或者可以是例如通过积分、平均等处理一个或更多个测量电流的结果，或者可以为频率分析的结果。
适配器100还可以附有用于向发电机和控制器150供电的设备，例如电池。它还可以包括通信接口，该通信接口通过任何合适的方式有线地或无线地(例如经由蓝牙)与控制器150通信，如下所述。在替代实施例中，发电机和/或控制器150以及钻头200的其他电子部件能够位于远离适配器100的主体的位置。例如，部件的至少一些能够由外部计算设备携带，如下所述。
现在参考图3B，适配器100可以包括第一转子110，第一转子110被配置为可释放地接合外科手术钻机12。例如，第一转子110可以包括轴112，轴112的尺寸和形状被确定为被外科手术钻机12的卡盘16牢固地接纳。因此，外科手术钻机12可以在外科手术钻机12致动时将旋转运动传递到第一转子110。此外，适配器100可以包括第二转子106，该第二转子106具有用于牢固地接纳钻头200的近端202的通道108，使得第二转子106的旋转将旋转运动传递到钻头200。附加地或替代地，第一转子和/或第二转子可以是例如轴、盘、轴线、圆柱体等。
第一转子110可以例如经由电磁离合器机构可释放地耦合到第二转子106，使得当第一转子110机械耦合到第二转子106时，外科手术钻机12可以经由第一转子110和第二转子106将旋转运动传递到钻头200。例如，控制器150可以使磁场出现在第二转子106中，以使第二转子106电磁耦合到第一转子110。替代地，磁场可以使转子106和转子110上的机械元件相互接合，例如互锁齿或摩擦力。如下所述，在检测到状况时，控制器150可以使磁场停止，从而使第一转子110与第二转子106解耦。这又将停止旋转运动从外科手术钻机12到钻头200的传递，从而导致钻头200的“自动停止”。在默认状况下，在致动外科手术钻机12之前，第一转子110可以与第二转子106解耦，使得在致动外科手术钻机12时，控制器150使第一转子110和第二转子106耦合在一起，以将旋转运动从外科手术钻机12传递到钻头200。
在图3B中，适配器100还可以包括一个或更多个致动器120。例如，致动器120可以允许用户超控(override)控制器150并继续钻孔，即使存在自动停止钻头200的信号。因此，致动器120的致动可以暂时禁用钻头200的自动停止，并且使控制器150使第一转子110与第二转子106重新接合，从而允许旋转运动从外科手术钻机12继续传递到钻头200。在释放致动器120时，如果基于所测量的实时电导率仍然检测到该状况，则控制器150可以继续自动停止钻头200。附加地或替代地，一个或更多个致动器120可以允许用户关闭控制器150的自动停止功能，例如禁用***10，使得外科手术钻机12直接命令钻头200。在一些实施例中，致动器120可以是语音控制的致动器，使得外科医生可以提供语音命令以使控制器150以上述方式暂时禁用***10或禁用***10。
此外，适配器100可以包括从其向远侧延伸的伸缩通道114。伸缩通道114可以具有设置在其中的弹簧116，以向伸缩通道114提供张力。例如，弹簧116可以向伸缩通道114施加弹簧力，以将伸缩通道114偏置在延伸配置(extended configuration)中。伸缩通道114的远端可以包括凸缘(lip)118，凸缘118的尺寸和形状被设置为接触并压靠在邻近钻头200进入例如组织或骨骼的进入点的表面上。因此，当钻头200穿透到解剖部分时，凸缘118将接触邻近钻头进入点的表面，以使伸缩通道114在钻头200前进到解剖部分(例如凸缘118)中时轴向收缩。所产生的伸缩通道114的伸缩动作在图3C中示出。此外，伸缩通道114可以在其外表面上包括标记，以便于在伸缩通道114收缩时对钻头200进入解剖部分的深度进行测量。在一些实施例中，适配器100可以耦合到外科手术钻机12，使得适配器100的手柄102可以与外科手术钻机12成角度，例如成90度，从而提高***10的稳定性和控制。
现在参考图4，描述了可以包括在与适配器100结合使用的控制器150中的部件。控制器150可以可操作地耦合到适配器100和钻头200，使得控制器150可以从钻头200接收指示电导率测量值(例如基于周围组织和/或骨骼的电阻抗)的信号、基于所述信号检测在外科手术钻孔过程期间的状况(例如违约(breach))，并且指示适配器100停止从外科手术钻机12到钻头200传递旋转运动。控制器150可以包括一个或更多个处理器152、通信电路154、电源156、用户接口157和/或存储器158。
控制器150包括存储器，其可以是RAM、ROM、闪存或其他已知存储器，或其一些组合，并且优选地包括可以在其中选择性地保存数据的存储器。例如，可编程指令可以被存储以执行算法，用于在外科手术钻入骨骼过程期间检测钻头的违约或近乎违约。一个或更多个电气部件和/或电路可以执行本文所述的各种部件的一些或全部作用。尽管单独描述，但是应当理解，电气部件不需要是单独的结构元件。例如，控制器150和通信电路154可以实施在单个芯片中。此外，虽然控制器150被描述为具有存储器，但是可以单独地提供一个或多个存储器芯片。
控制器150可以包含处理器152，处理器152可以由一个或更多个处理器组成，并且可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或设计用于执行本文所述功能的其任何合适的组合。控制器也可以实现为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或更多个微处理器与DSP内核的结合，或者任何其他这样的配置。
控制器150可以包含存储器和/或经由一条或更多条总线耦合到存储器，以从存储器读取信息或向存储器写入信息。存储器能够包括处理器高速缓存，处理器高速缓存包括多级分层高速缓存，其中不同级别具有不同的容量和访问速度。存储器还可以包括随机存取存储器(RAM)、其他易失性存储设备或非易失性存储器设备。存储设备可以包括，例如，硬盘驱动器、光盘、闪存和Zip驱动器。
控制器150与存储在存储器中的固件/软件一起可以执行操作***(例如，操作***172)，例如，Windows、Mac OS、Unix或Solaris 5.10。控制器150还执行存储在存储器中的软件应用。在一个非限制性实施例中，该软件包括例如Unix Korn shell脚本。在其他实施例中，软件可以是本领域技术人员已知的任何合适编程语言的程序，包括例如C++、PHP或Java。
通信电路154可以包括电路，该电路允许控制器150经由导体206与适配器100的电子部件(例如发电机、一个或更多个深度传感器、电源156、报警***、一个或更多个致动器120、第一转子110、第二转子106等)通信以及与电极210、电极212通信。通信电路154能够被配置为使用本领域已知的技术通过网络(如互联网、电话网络、蓝牙网络和/或WiFi网络)进行有线和/或无线通信。通信电路154可以是本领域中已知的通信芯片，例如蓝牙芯片和/或WiFi芯片。通信电路154允许控制器150在本地和/或向诸如服务器之类的远程位置传送信息，例如指示与脊柱钻孔相关联的违约或近乎违约的信号。
电源156可以提供交流电或直流电。在直流电实施例中，电源可以包括合适的电池，例如可更换电池或可充电电池，并且装置可以包括用于对可充电电池进行充电的电路和可拆卸的电源线。电源156可以由充电器经由充电器内的感应线圈和感应线圈充电。替代地，电源156可以是允许适配器***常规墙壁插座的端口，例如，经由具有AC到DC功率转换器的线缆和/或USB端口，用于为设备内的部件供电。电源156可以被设计为向适配器的部件供电。
用户接口157可以用于从用户接收输入和/或向用户提供输出。例如，用户接口157可以在钻孔手术过程期间向用户提供关于检测到违约或近乎违约的信息。用户接口157还可以包括可听设备和/或音量控制，以选择性地增加或减少音频输出。用户接口157可以包括触摸屏、开关、拨盘、灯、LED，例如LED 122(如图3B所示)、LED矩阵、其他LED指示器、或者用于从用户接收输入和/或向用户提供输出的其他输入/输出设备。在其他实施例中，用户接口157可以不存在于适配器上，而是设置在经由通信电路154通信地连接到适配器的远程外部计算设备上。用户接口157也可以是适配器上的元件和远程计算设备的组合。
存储器158是非暂时性计算机可读介质的一个示例，可用于存储操作***(OS)172、适配器接口模块160、发电机接口模块162、电导率感测模块164、深度感测模块166、状况检测模块168和警报生成模块170。这些模块以计算机可执行指令的形式提供，该计算机可执行命令可以由处理器152执行以执行根据本公开的各种操作。例如，指令能够被存储用于执行与如Boullion的美国专利号11,344,372或美国专利申请号17/661,719中所描述的违约检测相关联的算法，所述专利中的每一个的全部内容通过引用并入本文。
适配器接口模块160可以由处理器152执行，用于与适配器100的电子部件通信并致动适配器100的电子部件。例如，适配器接口模块160可以可操作地耦合到第二转子106，使得适配器接口模块160可以由处理器152执行，以使得在外科手术钻机12致动时使第二转子106产生磁场以与第一转子110耦合。因此，适配器接口模块160可以从第一转子110接收指示外科手术112正在被致动的信号，从而使第二转子106耦合到第一转子110，使得旋转运动可以从外科手术钻机12传递到钻头200。此外，适配器接口模块160可以在状况检测模块168检测到状况时使得磁场停止，以使得第二转子106与第一转子110解耦，如下面进一步详细描述的。
发电机接口模块162可以由处理器152执行，用于使适配器100的发电机在钻头200穿透解剖部分期间在钻头200的第一接触表面214和第二接触表面216之间施加一个或更多个电压。
电导率感测模块164可以由处理器152执行，用于接收来自第一电极210和第二电极212的指示当钻头200穿透解剖部分时测量的电导率的一个或更多个信号。具体地，电导率感测模块164可以基于由所施加的一个或多个电压感应出的一个或多个测量电流来确定与电气特性相关的测量参数，例如电压、电流强度、电导率或电阻率。因此，当钻头200实时穿透解剖部分时，电导率感测模块164可以例如基于围绕钻头200的尖端208的组织和/或骨骼的电阻抗来测量电导率。
深度感测模块168可以由处理器152执行，用于从耦合到适配器100和/或钻头200的一个或更多个深度传感器接收一个或更多个信号，并基于所述一个或更多个信号确定钻头200穿透到解剖部分中的深度。例如，第一深度传感器可以被定位在适配器100的固定部分上，第二深度传感器可以被定位在伸缩通道114的远端上，使得深度感测模块166可以通过接收来自第一深度传感器和第二深度传感器中的每一个的指示第一深度传感器与第二深度传感器的相对位置的信号来确定第一深度传感器与第二深度传感器之间的距离。替代地或附加地，光学深度传感器可以定位在伸缩通道114的远端，并且可以发出激光以确定钻头200的尖端208的深度。因此，深度感测模块166可以基于从光学深度传感器接收的一个或更多个信号来确定钻头200穿透到解剖部分中的深度。
状况检测模块168可以由处理器152执行，用于基于指示电导率感测模块164测量的电导率和深度感测模块166确定的钻头200的穿透深度中的至少一个的信号来检测在外科手术钻孔过程期间的状况，例如违约。具体地，状况检测模块168可以执行存储在其中的一个或更多个算法，以数学地检测例如当钻头200穿透解剖部分时根据穿透深度的电导率的变化何时满足预定状况，从而指示违约状况。例如，基于指示电导率和/或穿透深度测量值的信号，状况检测模块168可以检测诸如过渡到界定孔的皮质骨的内层或者过渡到神经末梢附近的皮质骨外层的违约。
当观察到信号的快速变化时，目标可能是停止从外科手术钻机12到钻头200传递旋转运动，并且超过一秒的延迟可能导致钻孔结束时违约。因此，状况检测模块168可以在信号预处理期间集成算法，该算法执行反向滤波器：
如美国专利号11,344,372所描述的，这使得能够从经滤波信号中恢复时间t处信号的未经处理的值，并同时抵消延迟。然后，警告信号可以用于停止磁场的产生，以使第二转子106与第一转子110解耦，从而在出现违约(如由根据穿透深度的电导率的预定变化所指示的)之前自动停止钻头200。可以使用如下算法。
当警告信号降至临界阈值sc1以下时，检测到穿透到皮质骨中。当皮质骨已经被穿透时，当信号上升到其最小值smin以上且偏差大于阈值sc2时，检测到即将出现的违约。在进行的实验中，在实验之前施加阈值sc1和阈值sc2(基于初始测试进行调整)。相比之下，最小参考值smin在钻孔之间的可重复性不高；因此它是自动在线计算的。
器械信号的解释能够通过以下伪代码来描述：
初始化：smin←∞；flagcortical＝0
对于从signal(t)接收到的每个新值，循环如下：
1.计算最小信号值：
如果s(t)<Smin，则Smin←s(t)
2.检测进入皮质骨：
如果s(t)<S1且flagcortical＝0，则flagcortical←1
3.在皮质骨中，检测即将出现的违约：
如果flagcortical＝1且(s(t)-smin)>s2，则停止旋转运动的传递。
如上所述，适配器接口模块160可使适配器100内的电子部件停止产生磁场，以使第二转子106与第一转子110解耦，从而在状况检测模块168检测到状况时自动停止钻头200。此外，一旦致动适配器100的一个或更多个致动器120，适配器接口模块160还可以接收信号，以临时禁用***10或禁用***10，从而允许用户超控钻头200的自动停止，如上所述。
警报生成模块170可以由处理器152执行，用于在状况检测模块168检测到状况时生成警告信号，并使***10的警报***经由例如用户接口157基于该警告信号发出警告(例如，可听警报、可视警告和/或触觉警告)。例如，警报生成模块170可以使警报***，例如LED灯122(见图3B)发出闪烁警告。附加地或替代地，警报生成模块170可以使报警***(例如扬声器)发出频率调制的并且可能是强度调制的可听警告信号，该可听警告信号可以基于由状况检测模块168检测到的电导率的变化而变化。附加地或替代地，警报生成模块170可以使警报***(例如振动器)发出频率调制的并且可能是强度调制的触觉警告信号，该触觉警告信号可以基于由状况检测模块168检测到的电导率的变化而变化。此外，所生成的警报的强度可以基于所测量的钻头200的穿透深度而变化。
现在参考图5，在一些替代实施例中，***10还可以包括外部计算设备300。例如，控制器150可以设置在外部计算设备300中，而不是适配器100内。因此，控制器150可以经由有线连接(例如一根或更多根线缆)或无线连接(例如蓝牙连接)可操作地耦合到适配器100的电子部件。此外，电源156可以位于外部计算设备300中，用于为适配器100的电子部件供电。在一些实施例中，外部计算设备300可以包括显示屏，用于显示关于根据钻头200的穿透深度的测量电导率的信息，以及用于在检测到状况的情况下显示可视警告消息，如上所述。
参考图6A和图6B，描述了具有线性深度控制机构的替代适配器。可以与适配器100类似地构造适配器100'，其中类似部件具有带有上标符号'的图标记。例如，手柄102'对应于手柄102。适配器100'与适配器100的不同之处在于适配器100'包括线性致动器130。此外，适配器100'可以不包括可选择性地接合的第一转子和第二转子。相反，钻头200可以被适配器200内的外科手术钻机12的卡盘直接接纳，用于将旋转运动从外科手术钻机12传递到钻头200。替代地，适配器100'可以类似于适配器100包括第一转子和第二转子。此外，适配器100'可以包括也可以不包括伸缩通道。图6A和图6B描绘了省略了伸缩通道的适配器100'。如图6A和图6B所示，线性致动器130可以设置在适配器100'的上表面上。替代地，线性致动器130可以设置在适配器100'的一侧。线性致动器130具有延伸穿过其的通道，该通道的尺寸和形状被确定为可滑动地接纳轴132。轴132包括近端136和远端134，远端134被配置为与解剖部分(例如骨骼B)的表面接触和接合。
线性致动器130包括制动机构，该制动机构设置在线性致动器130中并且被配置为与轴132接合。制动机构可操作地耦合到控制器150，使得在状况检测模块168检测到状况时，控制器150的适配器接口模块160使制动机构将轴132相对于线性致动器130锁定。例如，在操作期间，轴132的远端134定位成与骨骼B的表面接触。当钻头200的尖端208穿透骨骼B时，当适配器100'的手柄102'朝向骨骼B前进时，轴132向近侧滑动穿过线性致动器130的通道。当检测到状况时，控制器150使制动机构将轴132相对于线性致动器130锁定，这由于轴132的远端134与骨骼B之间的接触而阻止钻头200前进(例如进一步穿透)到骨骼B中。因此，即使旋转运动能够连续地从外科手术钻机12传递到钻头200，钻头200的前进也被停止。在一些实施例中，轴132可以在其外表面上包括标记，以便于钻头200进入骨骼B的深度的测量。在默认状况下，在致动外科手术钻机12之前，可以激活制动机构，使得轴132相对于线性致动器130被锁定。因此，在致动外科手术钻机12时，控制器150使制动机构将锁定轴132相对于线性致动器130解锁，从而允许钻头200前进。
关于图7A和图7B，描述了采用具有线性深度控制的有创造性的适配器的另一替代示例性外科手术钻孔***。可以与适配器100'、100类似地构造适配器100”，其中类似部件具有带有附图上标符号”的附图标记。例如，手柄102”与手柄102'相对应，伸缩通道114”与伸缩通道114相对应，凸缘118”与凸缘118相对应。与适配器100不同，适配器100”不包括用于将外科手术钻机12耦合到钻头200的可选择性接合的第一转子和第二转子。相反，钻头200可以直接由外科手术钻机12的卡盘接纳，用于将旋转运动从外科手术钻机12传递到钻头200。此外，伸缩通道118”可以被锁定到位，使得它在操作期间不会收缩。线性致动器130可以设置在适配器100”的上表面上，或者替代地，设置在适配器100'的一侧，使得近端136与外科手术钻机12接触，如下所述。
与适配器100'不同，近端136被配置为与外科手术钻机12的表面接触和接合。制动机构可操作地耦合到控制器150，使得在状况检测模块168检测到状况时，控制器150的适配器接口模块160使制动机构将轴132相对于线性致动器130锁定。例如，在操作期间，凸缘118”被定位成与骨骼B的表面接触，并且轴132的近端136被定位成与外科手术钻机12接触。当钻头200的尖端208穿透骨骼B时，随着外科手术钻机12朝向适配器100”的手柄102″前进，轴132向远侧滑动穿过线性致动器130的通道，而适配器100”经由伸缩通道114”和凸缘118”相对于骨骼B保持固定。在检测到状况时，控制器150使制动机构将轴132相对于线性致动器130锁定，这由于轴132的近端136与外科手术钻机12之间的接触而阻止钻头200前进(例如进一步穿透)到骨骼B中。因此，即使旋转运动可以从外科手术钻机12连续地传递到钻头200，钻头200的前进也被停止。在一些实施例中，轴132可以在其外表面上包括标记，以便于钻头200进入骨骼B的深度的测量。在默认状况下，在致动外科手术钻机12之前，可以激活制动机构，使得轴132相对于线性致动器130被锁定。因此，在致动外科手术钻机12时，控制器150使制动机构将锁定轴132相对于线性致动器130解锁，从而允许钻头200前进。
现在参考图8A和图8B，描述了一种用于外科手术钻孔***中的具有机械制动器的适配器。可以与适配器100类似地构造适配器100”'，其中类似部件具有带有上标符号”'的附图标记。例如，卡盘104”'对应于卡盘104。适配器100”'与适配器100的不同之处在于，适配器100”'不包括用于将外科手术钻机12耦合到钻头200的可选择性地接合的第一转子和第二转子。相反，钻头200可以直接由外科手术钻机12的卡盘接纳，用于将旋转运动从外科手术钻机12传递到钻头200。例如，外科手术钻机12的卡盘可以具有用于牢固地接纳钻头200的近端202的接纳通道18。此外，适配器100”'包括制动机构140，该制动机构140具有延伸穿过其的通道，用于接纳穿过其的钻头200的近端202。制动机构140可以经由摩擦板和衬垫、夹爪或咬合齿中的至少一个与钻头200接合。
制动机构140可操作地耦合到控制器150，使得在状况检测模块168检测到状况时，控制器150的适配器接口模块160使制动机构140将钻头200相对于制动机构140锁定，并相应地相对于适配器100”锁定'。因此，为了使外科手术钻机12的马达熄火以防止旋转运动从外科手术钻机12传递到钻头200，制动机构140的施加到钻头200的制动力/扭矩必须大于外科手术钻机12的扭矩。例如，在操作期间，一旦检测到状况，控制器150使制动机构140将旋转钻头200相对于制动机构140锁定，这停止了从外科手术钻机12到钻头200传递旋转运动。在默认状况下，在致动外科手术钻机12之前，可以激活制动机构140，使得钻头200以及相应地使得外科手术钻机12相对于制动机构140被锁定。因此，在致动外科手术钻机12时，控制器150使制动机构140将钻头200相对于制动机构140解锁，从而允许将旋转运动从外科手术钻机12传递到钻头200。
现在参考图9A至图9D，提供了一种与外科手术手持工具***一起使用的示例性适配器。例如，适配器400可以与美国专利号7,580,743中描述的手持工具一起使用，该专利的全部内容通过引用并入本文，该设备可从本申请的受让人以商品名商购。例如，外科手术手持工具可以包括手柄部分，该手柄部分耦合到细长钻孔部分，该细长钻孔部分具有被配置为经由手柄的手动旋转来接触和穿透解剖部分(例如组织和/或骨骼)的远端。此外，外科手术手持工具的远端可以如上文关于图2的钻头200所描述的包括两个或更多个电极，所述两个或更多个电极耦合到手柄内的发电机，以在细长钻孔部分穿透组织和/或骨骼时基于由电极施加的一个或多个电压感应出的以个或多个电流实时测量电导率。
电极可以可操作地耦合到控制器450，例如，安装在电路板上的电处理设备，控制器450可以基于一个或多个测量电流确定与电气特性相关的测量参数、基于细长钻孔部分的测量参数和/或穿透深度测量值来检测违约状况、发出与测量参数和/或穿透深度测量值相对应的警告信号(该警告信号可以根据穿透期间感测到的电气特性而变化)，和/或在细长钻孔部分的远端接近不应被穿透的解剖部分(例如，违约状况)的情况下阻止外科手术手持工具相对于适配器400的进一步前进，如下文进一步详细描述的。
附加地或替代地，电极可以可操作地耦合到外科手术手持工具内的电处理设备，该电处理设备可操作地耦合到控制器450，以在电处理设备和控制器450之间传递数据。如上所述，测量参数尤其可以是电压、电流强度、电导率或电阻率，或者可以是例如通过积分、平均等处理一个或更多个测量电流的结果，或者可以为频率分析的结果。此外，外科手术手持工具可以包括向发电机供电的设备(例如电池)，以及通过任何合适的方式有线或无线地(例如经由蓝牙)与控制器450通信的通信接口，如下所述。
如图9A至图9D所示，适配器400可以包括固定部件，例如套筒402和柱塞420，柱塞420例如经由弹簧418可滑动地耦合到套筒402。套筒402可以包括从近端414延伸穿过套筒402到达远端406的管腔404，使得管腔404的尺寸和形状被确定为在细长钻孔部分前进以穿透组织和/或骨骼时至少接纳外科手术工具的细长钻孔部分。管腔404的至少一部分可以包括腔体417，腔体417的大小和形状被确定为使弹簧418设置在腔体417中。腔体417的尺寸和形状还被确定为接纳穿过其的柱塞420的远端部分。柱塞420的远端424可以耦合到弹簧418的近端，从而向柱塞420提供张力。例如，如图9A和图9C所示，弹簧418可以向柱塞420施加弹簧力，以将柱塞420偏置在延伸配置中。
如图9B和图9D所示，当由与外科手术手持工具的手柄相邻的止动器向柱塞420的近端(例如柱塞420的平坦部分426)施加力时，弹簧418可以被压缩，使得柱塞420向远侧前进穿过套筒402的腔体417，从而形成伸缩通道。平坦部分426的外径可以大于柱塞420的细长轴的外径，该细长轴由腔体417接纳以便于与外科手术手持工具的止动器接合。柱塞420在腔体417内的前进可能受到腔体417的纵向长度的限制，使得柱塞420不能前进超过腔体417的远端，因为柱塞420的细长部分的外径可能大于套筒402的管腔404的远端部分的直径。附加地或替代地，柱塞420在腔体417内的前进可能受到套筒402的近端414的近侧与柱塞420的平坦部分426的远侧的接合的限制，使得平坦部分426不能前进超过近端414，因为平坦部分426外径可能大于套筒420的腔体417。
此外，柱塞420可以包括管腔422，管腔422的大小和形状被确定为在细长钻孔部分前进以穿透组织和/或骨骼时接纳外科手术工具的细长钻孔部分。因此，管腔422可以与管腔404同心地对齐，使得细长钻孔部分可以前进穿过管腔422、腔体417、管腔404的远端部分，并离开套筒402的远端406。管腔422可以具有至少与管腔404一样大的直径。远端406的尺寸和形状被确定为接触并压靠与细长钻孔部分进入例如组织或骨骼的进入点相邻的表面。因此，当细长钻孔部分穿透到解剖部分中时，远端406将接触与进入点相邻的表面，以使在细长钻孔部分前进到解剖部分中时弹簧418随着柱塞420的平坦部分426与远端406之间的距离减小而轴向收缩。套筒402的近端区域可以包括腔体408，腔体408的大小和形状被确定为容纳适配器400的电子部件，例如控制器450、发电机、通信电路、深度传感器410、制动机构416，和/或用于在穿透期间测量适配器400相对于组织或骨骼的表面的角度的传感器，例如加速度计和/或陀螺仪。
如图9A至图9D所示，深度传感器410可以可操作地耦合到在腔体417内纵向延伸的接触传感器，例如带(band)412，并且柱塞420的外表面的远端部分可以包括一个或更多个螺钉，所述一个或更多个螺钉的尺寸和形状被确定为在柱塞420前进穿过腔体417时与带412的内表面接合，从而生成随着柱塞420前进穿过腔体417而变化的电阻抗，使得所测量的电阻抗指示外科手术手持工具的细长钻孔部分的穿透深度。深度传感器410可以生成指示由于螺钉与带412之间的接合而测量的电阻抗的一个或更多个信号，并且将所述一个或更多个信号传递到控制器450以进行处理，例如，基于电阻抗来确定穿透深度。附加地或替代地，深度传感器410可以包括线性电位计、激光距离传感器、红外距离传感器、超声波距离传感器、光探测和测距(LiDAR)传感器、3D飞行时间相机、线性磁或霍尔效应编码器、可逆线性致动器诸如导向螺钉或感应线性位置传感器中的至少一个。
此外，适配器400可以包括向适配器400的电子部件(例如发电机或电池)供电的设备，以及通过任何合适的方式有线或无线地(例如经由蓝牙)与控制器450通信的通信接口，如下所述。尽管图9A至图9D示出了套筒402的腔体408内的控制器450，但是在替代实施例中，适配器400的其它电子部件中的一个或更多个和/或控制器150可以位于远离适配器400的主体的位置。例如，如图15所示，部件中的至少一些可以由外部计算设备(例如，设备300)携带。
如下面进一步详细描述的，控制器450可以执行一个或更多个算法，以例如当根据细长钻孔部分的穿透深度的电导率变化满足一个或更多个预定状况时，基于来自外科手术手持工具的测量参数和/或来自适配器400的深度传感器410的穿透深度测量值来检测违约状况。然后，控制器450可以在检测到违约状况时将警告信号传递到制动机构416，该制动机构416可操作地耦合到柱塞420，从而使得在检测到违约状况时制动机构416将柱塞420相对于套筒402锁定。例如，制动机构416可以经由摩擦板和衬垫、夹爪或咬齿中的至少一个与柱塞420接合。当外科手术手持工具的止动器与柱塞420的平坦部分426之间的接合在细长钻孔部分前进穿过柱塞420的管腔422时将力施加到柱塞420以压缩弹簧418时，在检测到违约时经由制动机构416将柱塞420相对于套筒402锁定将防止外科手术手持工具相对于适配器400进一步前进。
现在参考图10，描述了可以包括在与适配器400结合使用的控制器450中的部件。控制器450可以可操作地耦合到适配器400和外科手术手持工具的电子部件，使得控制器450可以从外科手术手持工具接收指示电导率测量值(例如基于周围组织和/或骨骼的电阻抗)的信号，从深度传感器410接收指示穿透深度测量值的信号、基于所述信号检测在外科手术钻孔过程期间的状况，例如违约，并且指示制动机构416通过相对于套筒402锁定柱塞420来阻止外科手术手持工具相对于适配器400的前进。控制器450可以完全设置在适配器400内、完全设置在外科手术手持工具内、或者适配器400和外科手术手持工具的组合内或适配器400和外科手术手持工具两者内，或者设置在适配器400和外科手术手持工具两者的外部，例如设置在外部计算设备300中。控制器450可以包括一个或更多个处理器452、通信电路454、电源456、用户接口457和/或存储器458。
与存储器158一样，存储器458可以是RAM、ROM、闪存或其他已知存储器，或其某种组合，并且优选地包括可以在其中选择性地保存数据的存储器。例如，可编程指令可以被存储以执行算法，以在外科手术钻入骨骼过程期间检测细长钻孔部分的违约或近乎违约。一个或更多个电气部件和/或电路可以执行本文所描述的各种部件的一些或全部作用。尽管单独描述，但是应当理解，电气部件不需要是单独的结构元件。例如，控制器450和通信电路454可以嵌入在单个芯片中。此外，虽然控制器450被描述为具有存储器，但是可以单独地提供一个或多个存储器芯片。
控制器450可以包括处理器452，处理器452可以由一个或更多个处理器组成，并且可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件或其被设计用于执行本文所述的功能的任何合适组合。控制器也可以实现为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或更多个微处理器与DSP内核的结合，或者任何其他这样的配置。
控制器450与存储在存储器中的固件/软件一起可以执行操作***(例如，操作***472)，例如，Windows、Mac OS、Unix或Solaris 5.10。控制器450还执行存储在存储器中的软件应用。在一个非限制性实施例中，该软件包括例如Unix Korn shell脚本。在其他实施例中，软件可以是本领域技术人员已知的任何合适编程语言的程序，包括例如C++、PHP或Java。
通信电路454可以包括允许控制器450与适配器400的电子部件(例如，发电机、深度传感器410、电源、警报***和制动机构416)通信以及与外科手术手持工具的电子部件(例如，电极、发电机和/或电处理设备)通信的电路。通信电路454可以被配置为使用本领域已知的技术通过网络(如互联网、电话网络、蓝牙网络和/或WiFi网络)进行有线和/或无线通信。通信电路144可以是本领域中已知的通信芯片，如蓝牙芯片和/或Wi-Fi芯片。通信电路454允许控制器450在本地和/或向诸如服务器之类的远程位置传送信息，例如指示与脊柱钻孔相关联的违约或几乎违约的信号。电源456可以被设计为向适配器450和/或外科手术手持工具的部件供电，并且可以被构造为类似于上述电源156。
用户接口457可以用于从用户接收输入和/或向用户提供输出。例如，用户接口457可以向用户提供关于在钻孔手术过程期间检测到违约或近乎违约的信息，以及与外科手术手持工具的穿透深度和/或角度测量有关的信息。用户接口457还可以包括可听设备和/或音量控制，以选择性地增加或减少音频输出。用户接口457可以包括触摸屏、开关、拨盘、灯、LED、LED矩阵、其他LED指示器或用于从用户接收输入和/或向用户提供输出的其他输入/输出设备。在其他实施例中，用户接口457可以不存在于适配器上，而是设置在经由通信电路454通信地连接到适配器的远程外部计算设备上。用户接口457也可以是适配器和远程计算设备上的元件的组合。
存储器158是非暂时性计算机可读介质的一个示例，可以用于存储操作***(OS)172、适配器接口模块160、发电机接口模块162、电导率感测模块164、深度感测模块166、状况检测模块168和警报生成模块170。所述模块以计算机可执行指令的形式提供，该计算机可执行命令可以由处理器152执行以进行根据本公开的各种操作。例如，指令能够被存储用于执行与如Boullion的美国专利号11,344,372或美国专利申请号17/661,719中所描述的违约检测相关联的算法，所述专利中的每一个的全部内容通过引用并入本文。此外，可以存储用于基于根据穿透深度测量值的电导率或基于穿透深度测量值执行与违约检测相关联的算法的指令。
发电机接口模块460可以由处理器452执行，用于使外科手术手持工具的发电机在细长钻孔部分穿透解剖部分期间在外科手术手持工具的第一接触表面和第二接触表面(例如电极)之间施加一个或更多个电压。
电导率感测模块462可以由处理器452执行，用于接收来自外科手术手持工具的电极并且指示当细长钻孔部分穿透解剖部分时测量的电导率的一个或更多个信号。具体地，电导率感测模块462可以基于由所施加的一个或多个电压感应出的一个或多个测量电流来确定与电气特性相关的测量参数，例如电压、电流强度、电导率或电阻率。因此，在细长钻孔部分的远侧尖端实时穿透解剖部分时，电导率感测模块462可以例如基于细长钻孔部分的远侧尖端周围的组织和/或骨骼的电阻抗测量电导率。
深度感测模块464可以由处理器452执行，用于从适配器400的深度传感器410接收一个或更多个信号，并基于所述一个或更多个信号确定细长钻孔部分的远端穿透到解剖部分中的深度。例如，所述一个或更多个信号可以指示柱塞420的一个或更多个螺钉与带412之间的接合的电阻抗。附加地或替代地，所述一个或更多个信号可以指示由线性电位计、激光距离传感器、红外距离传感器、超声波距离传感器、光探测和测距(LiDAR)传感器、3D飞行时间相机、线性磁或霍尔效应编码器、诸如导向螺钉的可逆线性致动器、或耦合到适配器400的感应线性位置传感器中的至少一个测量的深度。
在一些实施例中，存储器458还可以包括角度感测模块，该模块可以由处理器452执行，以从适配器400的一个或更多个角度传感器(例如，角度编码器、加速度计和/或陀螺仪)接收一个或更多个信号，该角度传感器被配置为测量适配器400相对于解剖部分的表面的角度。角度感测模块可以基于从角度传感器接收的一个或更多个信号来确定适配器400相对于解剖部分的表面的角度。
状况检测模块466可以由处理器452执行，用于基于指示由电导率感测模块462测量的电导率和由深度感测模块464确定的外科手术手持工具的细长钻孔部分的穿透深度中的至少一个的信号来检测外科手术钻孔期间的状况，例如违约。具体地，状况检测模块466可以执行存储在其中的一个或更多个算法，以数学地检测例如当细长钻孔部分穿透进入解剖部分中时根据穿透深度的电导率的变化何时满足预定状况，从而指示违约状况。例如，基于指示电导率和/或穿透深度测量值的信号，状况检测模块466可以检测诸如过渡到界定孔的皮质骨内层，或者过渡到神经末梢附近的皮质骨外层的违约。目标可以是当观察到信号的快速变化时阻止细长钻孔部分相对于适配器400和正在被穿透的解剖部分的前进，并且超过一秒的延迟可能导致钻孔结束时的违约。
警报生成模块468可以由处理器452执行，用于在状况检测模块466检测到状况时生成警告信号，并可选地使可操作地耦合到例如适配器400、外科手术手持工具或携带控制器450的外部计算设备的警报***基于警告信号发出警报，例如可听警报、视觉警报和/或触觉警报。例如，警报生成模块468可以使警报***(例如扬声器)发出频率调制的并且可能是强度调制的可听警告信号，该可听警告信号可以基于由状况检测模块462检测到的电导率的变化或者由深度感测模块464确定的穿透深度测量值的变化而变化，或者基于由状况检测模块462检测到的电导率的变化和由深度感测模块464确定的穿透深度测量值的变化二者而变化。
制动机构接口模块470可以由处理器452执行，用于接收警报生成模块468生成的警告信号，并使适配器400的制动机构416将柱塞420相对于套筒402锁定，从而阻止外科手术手持工具的细长钻孔部分相对于适配器400和正在被穿透的解剖部分的前进。例如，当柱塞420相对于套筒402被锁定时，柱塞420的平坦部分426防止外科手术手持工具进一步前进穿过柱塞420的管腔422和套筒402的管腔404，如下面进一步详细描述的。
现在参考图11A至图11D，提供了适配器400与示例性外科手术手持工具的使用。例如，外科手术手持工具20可以是可从本申请的受让人商购的改良的直型设备。如图11A所示，外科手术手持工具20可以包括具有止动器28的手柄20和包括细长轴24和钻机尖端26的细长钻孔部分。钻机尖端26可以具有直尖端以便于穿透解剖部分，例如组织和/或骨骼。如图11A所示，钻机尖端26的外径可以小于细长轴24的外径。如上所述，外科手术手持工具20可以包括用于施加电压以感应电流的两个或更多个电极以及用于在钻机尖端26穿透解剖部分时测量电导率的电气部件，该电气部件可以容纳在手柄22内。手柄22的尺寸和形状适被确定为容易***作者(例如外科医生)抓握和手动旋转。例如，手柄22可以关于其纵向轴线对称。
适配器400可以抵靠解剖部分定位，使得套管402的远端406压靠解剖部分的表面，并且管腔404与解剖表面的期望进入点对齐。如图11B所示，钻机尖端26和细长轴24可以***穿过柱塞420的管腔422和套筒402的腔体417。当外科手术手持工具20的细长钻孔部分进一步前进穿过422和腔体417时，钻机尖端26被***到套筒402的管腔404中。在一些实施例中，细长轴24也可以在外科手术手持工具20前进穿过适配器400时***穿过管腔404。替代地，细长轴24的外径可以大于管腔404，使得外科手术手持工具20不能前进超过细长轴24的远端接触腔体417远端的点。外科手术手持工具20可以前进穿过适配器20，直到止动器28与柱塞426的平坦部分426接合，此时，外科手术手持工具20进一步前进穿过适配器400将导致弹簧418压缩并且导致柱塞420在套筒402的腔体417内向远侧前进。根据细长轴24的长度，在止动器28与平坦部分426接合之前，钻机尖端26可能已经前进超过远端406。外科手术手持工具20可以进一步前进和旋转，使得钻机尖端26穿透期望的的解剖部分。
如图11C和图11D所示，钻机尖端26可以前进超过远端406，直到平坦部分426与套筒414的近端414接合。如上所述，基于由外科手术手持工具20测量的电导率和/或适配器400的穿透深度测量，在外科手术手持工具20前进穿过适配器400时，控制器450可以在检测到违约状况时使制动机构416将柱塞420相对于套筒402锁定。因此，由于当制动机构416被致动时，外科手术手持工具20仍然可以相对于适配器400旋转，所以钻机尖端26的前进被停止。
现在参考图12A至图12D，提供了适配器400与另一示例性外科手术手持工具的使用。例如，外科手术手持工具30可以是可从本申请的受让人商购的插管设备。如图12A所示，外科手术手持工具30可以包括具有止动器38的手柄30和包括细长轴34和钻机尖端36的细长钻孔部分。钻机尖端36可以是斜面或套管针，以便于穿透解剖部分，例如组织和/或骨骼。细长轴34可以具有渐进直径以便于***和移除。例如，细长轴34可以具有刻度轴以控制进入骨骼的进程。如上所述，外科手术手持工具30可以包括用于施加电压以感应电流的两个或更多个电极，以及用于在钻机尖端36穿透解剖部分时测量电导率的电气部件，该电气部件可以容纳在手柄32内。手柄32的尺寸和形状被确定为易于***作者(例如外科医生)抓握和手动旋转。例如，手柄32可以具有T形形状。
与外科手术手持工具20一样，当适配器400的远端406抵靠解剖部分定位使得管腔404与解剖表面的期望进入点对齐时，外科手术手持工具30可以***穿过适配器400。例如，外科手术手持工具30的钻机尖端36和细长轴34可以向远侧前进穿过柱塞420的管腔422以及套筒402的腔体417和管腔404，直到止动器38与平坦部分426接合，如图12B所示。根据细长轴34的长度，钻机尖端36可能已经前进超过远端406。外科手术手持工具30进一步前进穿过适配器400将导致弹簧418压缩并且柱塞420在腔体417内向远侧前进，直到套筒402的近端414与柱塞420的平坦部分426之间的接合防止柱塞420的进一步前进，并且相应地防止外科手术手持工具30相对于套筒402的进一步前进。
如上所述，基于由外科手术手持工具30测量的电导率和/或适配器400的穿透深度测量，当外科手术手持工具300前进穿过适配器400时，例如，在套筒402的近端414与柱塞420的平坦部分426接合之前，控制器450可以在检测到违约状况时使制动机构416将柱塞420相对于套筒402锁定，如图12C和图12D所示。因此，由于当制动机构416被致动时外科手术手持工具30仍然可以相对于适配器400旋转，所以钻机尖端36的前进被停止。
现在参考图13A至图13D，提供了适配器400与另一示例性外科手术手持工具的使用。例如，外科手术手持工具40可以是可从本申请的受让人商购的带螺纹设备。如图13A所示，外科手术手持工具40可以包括手柄40，手柄40经由致动器43可操作地耦合到细长钻孔部分，细长钻孔部分包括细长轴44和钻机尖端46。细长轴44可以包括止动器48。钻机尖端46可以具有螺纹表面以便于穿透解剖部分，例如组织和/或骨骼。如图13A所示，止动器48可以形成在细长轴44上，例如，形成在细长轴的外径沿朝向手柄42的方向增加的点处。
如上所述，外科手术手持工具40可以包括用于施加电压以感应电流的两个或更多个电极，以及用于在钻机尖端46穿透解剖部分时测量电导率的电气部件，该电气部件可以容纳在手柄42内。手柄42的尺寸和形状被确定为易于***作者(例如外科医生)抓握和手动旋转。例如，手柄42可以具有T形形状。致动器43可以在解锁状态和锁定状态之间致动，在解锁状态下，手柄42沿第一方向的旋转引起细长钻孔部分沿第一方向旋转，但手柄42沿相反方向的旋转不会引起细长钻孔部分的旋转；在锁定状态下，手柄42沿第一方向的旋转引起细长钻孔部分沿第一方向旋转，并且手柄42沿相反方向的旋转引起细长钻孔部分沿相反方向旋转。
与外科手术手持工具20、外科手术手持工具30一样，当适配器400的远端406抵靠解剖部分定位使得管腔404与解剖表面的期望进入点对齐时，外科手术手持工具40可以***穿过适配器400。例如，外科手术手持工具40的钻机尖端46和细长轴44可以向远侧前进穿过柱塞420的管腔422以及套筒402的腔体417和管腔404，直到止动器48与平坦部分426接合，如图13B所示。根据细长轴44的长度，钻机尖端46可能已经前进超过远端406。外科手术手持工具40进一步前进穿过适配器400将导致弹簧418压缩并且柱塞420在腔体417内向远侧前进，直到套筒402的近端414与柱塞420的平坦部分426之间的接合防止柱塞420的进一步前进，并且相应地防止外科手术手持工具40相对于套筒402的进一步前进。
如上所述，基于由外科手术手持工具40测量的电导率和/或适配器400的穿透深度测量，在外科手术手持工具40前进穿过适配器400时，例如，在套筒402的近端414与柱塞420的平坦部分426接合之前，控制器450可在检测到违约状况时使制动机构416将柱塞420相对于套筒402锁定，如图13C和图13D所示。因此，由于当制动机构416被致动时外科手术手持工具40仍然可以相对于适配器400旋转，所以钻机尖端46的前进被停止。
现在参考图14A至图14D，提供了适配器400与另一示例性外科手术手持工具的使用。例如，外科手术手持工具50可以是可从本申请的受让人商购的智能螺钉设备。如图14A所示，外科手术手持工具50可以包括手柄50和外部细长轴54，手柄50经由致动器53可操作地耦合到内部细长轴57，并且外部细长轴54可旋转地设置在内部细长轴57的至少一部分上。外部细长轴54的近端可以包括止动器58，并且外部细长轴54的远端可以经由连接55(例如螺纹连接)可移除地耦合到可植入的钻机尖端56。手柄52的尺寸和形状被确定为易于***作者(例如外科医生)抓握和手动旋转。例如，手柄52可以具有T形形状。致动器53可以在解锁状态和锁定状态之间被致动，在解锁状态下，手柄52沿第一方向的旋转引起内部细长轴57沿第一方向旋转以及相应地引起外部细长轴54和钻机尖端56沿第一方向旋转，但是手柄52沿相反方向的旋转不会引起内部细长轴57的旋转；在锁定状态下，手柄52沿第一方向的旋转引起内部细长轴57沿第一方向旋转以及相应地引起外部细长轴54以及钻机尖端56沿第一方向旋转，并且手柄52沿相反方向的旋转引起内部细长轴57沿相反方向旋转以及相应地引起外部细长轴54以及钻头末端56沿相反方向旋转。止动器58可以被致动，例如，相对于内部细长轴57旋转，以使外部细长轴54的螺纹远端与钻机尖端56的螺纹连接55接合或脱离接合。
如上所述，外科手术手持工具50可以包括用于施加电压以感应电流的两个或更多个电极，以及用于在钻机尖端56穿透解剖部分时测量电导率的电气部件，该电气部件可以容纳在手柄52内。钻机尖端56可以具有螺纹表面以便于穿透解剖部分，例如组织和/或骨骼，并且还可以包括用于测量电导率的电气部件的至少一些，例如一个或更多个电极。因此，钻机尖端56可以电耦合到外科手术手持工具50的电气部件，使得钻机尖端56可以在其之间传递信号。
与外科手术手持工具20、外科手术手持工具30、外科手术手持工具40一样，当适配器400的远端406抵靠解剖部分定位使得管腔404与解剖表面的期望进入点对齐时，外科手术手持工具50可以***穿过适配器400。例如，外科手术手持工具50的钻机尖端56、外部细长轴54和内部细长轴57可以向远侧前进穿过柱塞420的管腔422以及套筒402的腔体417和管腔404，直到止动器58与平坦部分426接合，如图14B所示。根据外部细长轴54和内部细长轴57的长度，钻机尖端56可能已经前进超过远端406。外科手术手持工具50进一步前进穿过适配器400将导致弹簧418压缩并且柱塞420在腔体417内向远侧前进，直到套筒402的近端414与柱塞420的平坦部分426之间的接合防止柱塞420的进一步前进，并且相应地防止外科手术手持工具50相对于套筒402的进一步前进。
如上所述，基于由外科手术手持工具50测量的电导率和/或适配器400的穿透深度测量，当外科手术手持工具50前进穿过适配器400时，例如，在套筒402的近端414与柱塞420的平坦部分426接合之前，控制器450可以在检测到违约状况时使制动机构416将柱塞420相对于套筒402锁定，如图14C和图14D所示。因此，由于当制动机构416被致动时外科手术手持工具50仍然可以相对于适配器400旋转，所以钻机尖端56的前进被停止。
现在参考图15，在一些替代实施例中，适配器400和/或外科手术手持工具可以可操作地耦合到外部计算设备，例如外部计算设备300。例如，控制器450可以设置在外部计算设备300中，而不是设置在适配器400和/或外科手术手持工具内。因此，控制器450可以经由有线连接(例如一根或更多根线缆)或无线连接(例如蓝牙连接)可操作地耦合到适配器400和/或外科手术手持工具的电子部件。此外，电源456可以定位在外部计算设备300中，用于为适配器400和/或外科手术手持工具的电子部件供电。在一些实施例中，如上所述，外部计算设备300可以包括显示屏，用于显示关于根据外科手术手持工具的穿透深度的测量电导率、穿透深度测量、角度测量的信息，和/或用于在检测到状况的情况下显示可视警告消息。
现在参考图16，在一些替代实施例中，适配器400可以与机械臂500集成，机械臂500被配置为自动控制适配器400和/或将适配器400定位在解剖结构的期望进入点处。例如，机械臂500可以被编程为确定针对预定外科手术过程的外科手术手持工具的进入点和/或轨迹。附加地或替代地，可以经由可操作地耦合到机械臂500的主控制台来远程操作机械臂500，使得机械臂500在主控制台处复制运动。例如，机械臂500可以如美国专利号11,344,372和/或美国专利申请号17/661,719中所描述的构造，所述专利中的每一个的全部内容通过引用并入本文。附加地或替代地，机械臂500可以是以本领域普通技术范围内的方式构造的另一机械臂。如图16所示，机械臂500的远端可以包括被配置为耦合到适配器400的接合部分502。例如，适配器400可以与接合部分502集成、嵌入在接合部分502中或可移除地耦合到接合部分502。因此，如上所述，根据本文描述的本公开的原理，外科手术手持工具(例如外科手术手持工具50)可以***适配器400内，使得适配器400可以在检测到违约时将外科手术手持工具相对于适配器400自动锁定。
尽管上面描述了本发明的各种说明性实施例，但对于本领域技术人员明显的是，在不偏离本发明的情况下，可以对上述实施例进行各种改变和修改。所附权利要求旨在覆盖落入本发明的真实范围内的所有这样的改变和修改。

Claims (44)

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：
套筒，所述套筒包括管腔，所述管腔的大小和形状被确定为接纳穿过所述管腔的所述外科手术工具的所述细长钻孔部分；
制动机构，所述制动机构被配置为被致动以阻止所述细长钻孔部分相对于所述套筒的前进；以及
控制器，所述控制器被配置为：
接收指示由所述细长钻孔部分感测到的电导率的信号；以及
响应于所述信号，使所述制动机构阻止所述细长钻孔部分相对于所述套筒的前进。
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：
接收指示所述细长钻孔部分的穿透深度的信号；以及
当根据所述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，使所述制动机构阻止所述细长钻孔部分的前进。
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：
可操作地耦合到所述适配器的外部计算设备，
其中，所述控制器经由有线或无线连接设置在所述外部计算设备内。
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：
基于所述信号来监测所述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；以及
响应于检测到所述状况，使所述制动机构阻止所述细长钻孔部分的前进。
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：
柱塞，所述柱塞耦合到所述弹簧，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，
其中，所述管腔延伸穿过所述柱塞和所述固定部件。
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：
近端，所述近端被配置为耦合到外科手术钻机以选择性地将旋转运动从所述外科手术钻机传递到所述钻头，
其中，所述控制器被配置为响应于所述信号，停止从所述外科手术钻机到所述钻头传递旋转运动，以阻止所述钻头的前进。
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：
线性致动器，所述线性致动器具有延伸穿过所述线性致动器的通道；以及
可滑动地设置在所述线性致动器的所述通道内的轴，
其中，所述制动机构被设置成与所述线性致动通信，并且
其中，响应于所述信号，所述控制器使所述制动机构将所述轴相对于所述线性致动器锁定，以阻止所述钻头的前进。
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***，还包括所述外科手术工具。
28.根据权利要求27所述的***，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：
套筒，所述套筒包括管腔，所述管腔的大小和形状被确定为接纳穿过所述管腔的所述外科手术工具的所述细长钻孔部分；
制动机构，所述制动机构被配置为被致动以阻止所述细长钻孔部分相对于所述套筒的前进；以及
控制器，所述控制器被配置为：
接收指示所述细长钻孔部分的穿透深度的信号；以及
响应于所述信号，使所述制动机构阻止所述细长钻孔部分相对于所述套筒的前进。
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：
套筒，所述套筒包括管腔，所述管腔的大小和形状被确定为接纳穿过所管腔的所述外科手术工具的所述细长钻孔部分；
制动机构，所述制动机构被配置为被致动以阻止所述细长钻孔部分相对于所述套筒的前进；以及
控制器，所述控制器被配置为：
接收指示由所述细长钻孔部分感测到的电导率的信号；
接收指示所述细长钻孔部分的穿透深度的信号；以及
当根据所述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，使所述制动机构阻止所述细长钻孔部分相对于所述套筒的前进。
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***，所述外科手术工具包括细长钻孔部分，所述***包括至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置为：
接收指示当所述细长钻孔部分穿过所述适配器的套筒的管腔穿透解剖部分时由所述细长钻孔部分感测到的电导率的信号；以及
响应于所述信号，使制动机构阻止所述细长钻孔部分相对于所述套筒的前进。
32.根据权利要求31所述的计算机实现的***，其中，所述至少一个处理器还被配置为：
接收指示所述细长钻孔部分的穿透深度的信号；以及
当根据所述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，使所述制动机构阻止所述细长钻孔部分的前进。
33.根据权利要求31所述的计算机实现的***，其中，所述至少一个处理器还被配置为：
在所述细长钻孔部分的穿透期间感测电导率变化；以及
当电导率的变化满足一个或更多个预定状况时，使所述制动机构阻止所述细长钻孔部分的前进。
34.根据权利要求31所述的计算机实现的***，其中，所述至少一个处理器还被配置为：
基于所述信号来监测所述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；以及
响应于检测到所述状况，使所述制动机构阻止所述细长钻孔部分的前进。
35.根据权利要求31所述的计算机实现的***，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***，其中，所述至少一个处理器还被配置为：
从耦合到所述适配器的深度传感器接收指示所述细长钻孔部分的穿透深度的信号；以及
当根据所述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，使所述制动机构阻止所述细长钻孔部分的前进。
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：
套筒，所述套筒包括管腔，所述管腔的大小和形状被确定为接纳穿过所述管腔的所述外科手术工具的所述细长钻孔部分；
警报机构，所述警报机构可操作地耦合到所述细长钻孔部分，并且被配置为生成警报；以及
控制器，所述控制器被配置为：
接收指示在所述细长钻孔部分穿透期间由所述细长钻孔部分感测到的电导率的信号；以及
响应于所述信号，使所所述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。
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：
接收指示所述细长钻孔部分的穿透深度的信号；以及
当根据所述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，使所述警报机构生成警报。
39.根据权利要求37所述的适配器，还包括：
制动机构，所述制动机构被配置为被致动以阻止所述细长钻孔部分相对于所述套筒的前进，
其中，所述控制器还被配置为当所述电导率的变化满足所述一个或更多个预定状况时使所述制动机构阻止所述细长钻孔部分的前进。
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：
接收指示所述细长钻孔部分的穿透深度的信号；以及
当根据所述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，使所述制动机构阻止所述细长钻孔部分的前进。
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***，所述外科手术工具包括细长钻孔部分，所述***包括至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置为：
接收指示当所述细长钻孔部分穿过所述适配器的套筒的管腔穿透解剖部分时由所述细长钻孔部分感测到的电导率的信号；以及
响应于所述信号，使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。
42.根据权利要求41所述的计算机实现的***，其中，所述至少一个处理器还被配置为：
接收指示所述细长钻孔部分的穿透深度的信号；以及
当根据所述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，使所述警报机构生成警报。
43.根据权利要求41所述的计算机实现的***，其中，所述至少一个处理器还被配置为：
当电导率的变化满足一个或更多个预定状况时，使制动机构阻止所述细长钻孔部分的前进。
44.根据权利要求43所述的计算机实现的***，其中，所述至少一个处理器还被配置为：
接收指示所述细长钻孔部分的穿透深度的信号；以及
当根据所述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，使所述制动机构阻止所述细长钻孔部分的前进。
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