限制扭矩的螺丝刀的制作方法
限制扭矩的螺丝刀的制作方法
【专利说明】限制扭矩的螺竺刀
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年7月19日提交的美国临时申请号61/856,557;2013年8月30日提 交的美国临时申请号61/872,427;2014年2月7日提交的美国临时申请号61/937,346和2014 年2月14日提交的美国临时申请号61/940,197的权益。上述申请中的每一个申请的全部内 容在此通过引用引入本文中。
技术领域
[0003] 本公开设及限制扭矩的装置，并且具体地设及限制扭矩的螺丝刀的实施例。
【背景技术】
[0004] 多种手术治疗包括将一个或多个螺钉插入骨骼中W将诸如板的结构保持在骨骼 上。在插入期间，螺钉被螺入骨骼中并且穿透骨骼。使用连续的旋转，螺钉坐靠在板上，例如 通过螺钉的头部与板接触。螺钉的更进一步的旋转使螺钉固定在板上和/或进一步固定在 骨骼中。然而，螺钉的该进一步的旋转可能导致螺钉在骨骼中产生螺纹磨损，由此削弱螺钉 与板的固定结合。
【发明内容】
[0005] 避免或至少抑制外科螺钉在骨骼中的螺纹磨损可能是有利的。运可W使用螺丝刀 实现，所述螺丝刀监测施加给螺钉的扭矩并且在满足某些扭矩标准时停止或减小螺钉的旋 转。例如，所述标准可W包括正在施加的扭矩的量、扭矩如何随之间变化(例如，扭矩是一致 地或者不一致地上升还是下降）W及是否已经满足阔值。阔值可W辅助确定正被感测的扭 矩是表示螺钉正在被固定在板上还是其它事情，例如由较硬的骨骼的局部区域或其它原因 导致的扭矩的暂时的尖峰。
[0006] 此外，在满足某些条件之后减小螺钉的转速可能是有利的。运可W减小螺钉和/或 螺丝刀的部件的角动量，并且因而可W减小由所述动量导致的无意的旋转的可能性，即使 在螺钉的主动驱动已经停止之后，而运可能增大螺钉在骨骼中螺纹磨损的机会。此外，降低 螺钉的转速可W增大用于感测操作有效的时间量W在螺钉的每转时发生。运可W有利于螺 钉的旋转位置和/或施加给螺钉的扭矩的更精确和准确的监测。
[0007] 因此，由于上面显示的原因和其它原因，公开了螺丝刀的几个实施例。通常地，螺 丝刀包括主体和电机。电机可操作地与在螺丝刀的远端的驱动头连接，使得电机可W使驱 动头转动。驱动头可W接收钻头(例如十字头钻头、扁平头钻头、星形钻头(例如，梅花头）、 套筒钻头或者其它钻头），钻头可W与具有带有相应形状的头部的螺钉配合。因而，螺钉可 W定位在基质(例如，骨骼)上的期望插入位置，并且电机可W被操作驱动螺钉进入基质。螺 丝刀的各种实施例可W限制和/或控制施加给螺钉的扭矩。某些实施例在插入过程期间减 小螺钉的速度。各种实施例提供一个或多个上述优点，或者不提供它们。
[000引上面公开的或本文其它地方公开的任何结构、材料、步骤或其它特征可W用在本 公开的任何实施例中。任一实施例的任一结构、材料、步骤或其它特征可W与任一其它实施 例的任一结构、材料、步骤或其它特征组合，W形成作为本公开的一部分的另外的实施例。
[0009] 前述
【发明内容】
、下面的详细说明和所附的附图并不意在限制或限定保护范围。保 护范围由权利要求书限定。
【附图说明】
[0010] 下面参照实施例的附图描述本文所公开的实施例的上述和其它特征。所图示的实 施例用于图示但不限制所述实施例。可W组合不同的所公开的实施例的各个特征W形成作 为本公开的一部分的另外的实施例。
[0011] 图1示意性地图示限制扭矩的螺丝刀的示例性实施例。
[0012] 图2示意性地图示将螺钉插入骨骼中的过程中的各个阶段。
[0013] 图2A图示在螺钉插入骨骼期间作为时间或转数函数的扭矩的图线。
[0014] 图2B图示图2的阶段与图2A的图线的关系。
[001引图3图示关于3mm、4mm和5mm的螺钉类型的作为骨密度的函数的示例性的扭矩的图 线。
[0016] 图4图示具有相当的扭矩区域的扭矩图线。
[0017] 图5图示具有阔值和减速点的扭矩图线。
[0018] 图6图示在螺钉驱动操作期间监测和控制扭矩的流程。
[0019] 图7图示具有容忍区的扭矩图线。
[0020] 图8图示示例性的扭矩顶点的近视图。
【具体实施方式】
[0021] 公开了限制扭矩的螺丝刀10的不同实施例。正如下面更完整地描述的，螺丝刀10 可W确定何时停止正被驱动进入不同类型的骨骼的螺钉，W便避免使螺钉在骨骼中螺纹磨 损。如图1所示，螺丝刀包括支撑电机12的主体11(也叫壳体）。传输组件14(例如，一个或多 个轴、齿轮等等)可操作地将电机12与在螺丝刀10的远端处的驱动头16连接，使得电机12可 W使驱动头16转动。驱动头16可W接收钻头，例如十字头钻头、扁平头钻头、星形钻头（例 如，梅花头）、套筒钻头(例如，六角形)或者其它钻头。反过来钻头可W与具有带有相应的形 状的头部的螺钉配合。运样，螺钉可W定位在基质（例如，骨骼)上的期望的插入位置处，并 且可W操作电机12 W驱动螺钉进入基质。
[0022] 螺丝刀10可W监测和/或限制在插入过程期间螺丝刀10施加给螺钉的扭矩。例如， 如下面更详细地描述的，螺丝刀10可W包括传感器18,传感器感测供应给电机12的电流。传 感器18可W将该数据发送给控制器20,控制器可W包括与存储器24禪接的处理器22。由于 供应给电机12的电流可W与施加给螺钉的扭矩成比例，所W控制器20可W动态地确定正施 加给螺钉的扭矩的量。在某些变形例中，控制器20可W被配置为确定或接收代表下面的数 据特征中的一个或多个的信号:供应给电机12的电流、螺钉和/或电机的转数、螺钉行进的 距离(例如进入骨骼中）、电机12的速度或者其它信号。
[0023] 如下面更详细地描述的，螺丝刀10的各种实施例包括适于限制和/或控制施加给 螺钉的扭矩的算法。运能够使螺丝刀10用于不同的螺钉尺寸和不同的骨密度。该算法可W 作为程序代码26包括在存储器24中，可W在计算机可读永久介质上实施该程序代码。处理 器22可W执行该程序代码26W完成各种操作，例如确定扭矩极限、指示电机停止运行、指示 电源28减小和/或停止向电机12提供电力，或其它操作。
[0024] 螺钉插入过程的综述(图2、2A和2B)
[0025] 将螺钉插入骨骼中W将板固定在骨骼上的过程包括几个步骤。如图2所示，在初始 阶段中，螺钉通过开口被定位在板中并且在期望的插入位置与骨骼邻近。另外，螺钉可W与 上面讨论的螺丝刀10禪接，该螺丝刀可W开始使螺钉相对于骨骼旋转。随着螺钉旋转，它开 始切入骨骼中，骨骼为待插入的螺钉的主体提供空间。对于自攻型螺钉，螺钉可W开始将材 料向外推动，由此形成进入骨骼的路径。为了促进该过程，用户可W施加某一轴向力给螺 钉，例如通过螺丝刀10。如图所示，在初始阶段期间，扭矩梯度可W显示为急剧向上的（例 如，正的)斜率并且螺钉的转速下降(例如，与没有载荷时的速度相比）。
[0026] 在初始阶段完结后，第一插入阶段开始。在第一阶段中，螺钉主体通过在初始阶段 中形成的路径轴向移动进入骨骼中。如图2A所示，在第一阶段期间，扭矩梯度可能具有向下 的(例如，负的)斜率并且与初始阶段的后期相比螺钉的转速可能上升。
[0027] 在第二阶段中，螺钉沿由进入螺纹形成的路径继续前进进入骨骼中。通常地，螺钉 基本上前进螺钉的主体的全部或全部螺纹长度(小于板的轴向厚度)进入骨骼中。在一些实 施方式中，扭矩-时间（或扭矩-螺钉的转数)的曲线随着螺钉前进螺纹的长度将具有正的扭 矩梯度。
[0028] 当螺钉头部初始坐靠在板上时第=阶段开始。如图所示，螺钉通常具有直径比板 中的开口的至少一部分更大的头部。因而，在第=阶段期间，该头部可W接触板并且抑制或 阻止螺钉进一步穿过板。运可能导致扭矩曲线的初始的急剧上升。如图2A所示，在第=阶段 期间，扭矩梯度可能是向上的（例如，正的）。例如，斜率可能小于初始阶段的斜率但是大于 第二阶段的斜率。在某些实施方式中，第=阶段的后期，扭矩梯度显示出扁率(例如，达到稳 定阶段)和/或包括波峰，例如小于下述的在第四阶段期间的拐点处的扭矩的局部最大扭 矩。在某些变形例中，在第=阶段期间螺钉的转速小于在第二阶段期间的速度。
[0029] 在第四阶段中，螺钉全部坐在板上，由此稳固地固定螺钉、骨骼和板。运可W包括 螺钉的头部被部分地或完全地接收在板的开口中并且被板抑制或阻止进一步轴向移动进 入骨骼。如图2A所示，在第四阶段期间，扭矩可W继续上升，尽管W小于第=阶段的速率的 速率。例如，在第四阶段中的曲线的斜率可W小于在第=阶段中的斜率(例如，在第=阶段 的结尾处）。在第四阶段期间扭矩可W达到峰值，在峰值之后扭矩开始下降。在一些实施方 式中，在第四阶段中螺钉的转速小于在初始、第一、第二和第=阶段中螺钉的转速。
[0030] 在可能出现在第四阶段之后的超扭矩阶段中，附加量的扭矩可能被施加给螺钉W 进一步将螺钉梓紧在骨骼中。运可能使螺钉在骨骼中轻微超扭矩(例如，侵犯螺钉和/或骨 骼的屈服强度）。过大的超扭矩是不期望的，因为它可能导致螺钉螺纹磨损。但是相对较小 的量可能是有利的，因为它可能引起螺钉和/或骨骼的轻微变形，运可W辅助将螺钉保持就 位，并且因而抑制或阻止板相对于骨骼移动。在各种实施方式中，通过使螺钉旋转最终量完 成该超扭矩。例如，螺钉可W旋转约一转、约1/2转、约1/4转、约1/8转、在它们之间的值或者 其它值。在一些实施例中，螺钉超扭矩的量为至少1牛顿厘米(N-cm)和/或小于或等于约5N-cm O
[0031]插入过程的阶段的某些方面被如下地概述在表A中：
[0033] 表 A
[0034] 通常地，为了从骨骼上移除螺钉并且释放板，螺丝刀10可W与螺钉的头部配合，并 且螺钉的旋转被反向。由于螺钉不再切入骨骼中并且不再被梓紧在骨骼或板上，在移除操 作期间螺钉上的扭矩一般小于在上述插入过程期间螺钉上的扭矩。
[00对影响扭矩的某些变量(图3)
[0036] 将螺钉插入给定骨骼中所需的扭矩可能显著变化。影响将螺钉插入骨骼中所需要 的扭矩的量的一个因素是骨骼的密 度，其可能根据年龄、性别、疾病和其它因素而改变。通 常地，骨骼越密，插入螺钉所需要的力越大。影响将螺钉插入骨骼中所需要的扭矩的量的另 一个因素是螺钉的特性，例如直径、长度、螺纹类型（例如，形状和/或每英寸螺纹的数量）、 材料、与骨骼的摩擦系数和其它特征。通常地，螺钉越长(例如，至少约3mm、4mm、5mm或其它 长度的轴向长度），将螺钉插入完全安装位置所需要的扭矩越大。
[0037] 图3示出了关于3mm、4mm和5mm的螺钉类型的作为骨密度的函数的说明性的示例性 扭矩。如图所示，根据螺钉的尺寸和类型W及螺钉所插入的骨密度基底，可能具有不同的扭 矩需要。运可能在使用不变的扭矩极限中导致问题。例如，如果扭矩极限基于密质骨基底和 较小(例如，3mm)的螺钉是不变的，那么插入在较密的骨骼基质上的较大(例如，5mm)的螺钉 可能不完全坐靠。另一方面，如果扭矩极限基于较大(例如，5mm)的螺钉和较密的基质是不 变的，那么在较小密度的基质上的较小(例如，3mm)的螺钉可能在插入期间发生螺纹磨损。 [003引不变的限制扭矩的实施例
[0039] 某些螺丝刀包括用于具体的螺钉类型的不变的扭矩值。例如，对于3mm的螺钉，螺 丝刀10可W包括扭矩极限，该扭矩极限设定在特定于该类螺钉和该螺钉将被插入的特定类 型的骨骼的数值。对于被配置为接收和驱动=类螺钉(例如，3mm、4mm和5mm)的螺丝刀10，螺 丝刀10可W包括=个扭矩极限值。所述值可W通过针对每个螺钉类型和每个基质的试验确 定。
[0040] 可变的限制扭矩的实施例（图4-8)
[0041] 螺丝刀10的各种实施例使用算法动态确定扭矩极限和/或何时停止螺钉的旋转。 运可W允许螺丝刀考虑插入变量(例如，骨骼的密度和螺钉特性），W便正确地使螺钉坐靠， 同时也抑制或阻止螺钉发生螺纹磨损。在几个实施例中，插入变量不需要被输入到螺丝刀 中。而是，螺丝刀10的某些实施例基于关于其它参数使螺钉转动所需要的扭矩可W确定螺 钉何时被合适地安装和/或可W避免螺钉的螺纹磨损，所述其它参数例如为螺丝刀10已经 驱动螺钉旋转的时间和已被施加给螺钉的扭矩的量。
[0042] 下面描述几种限制扭矩的方法、算法和要素。在本说明书中任何地方公开的任何 方法、算法和要素可W与在本说明书中任何地方公开的任何其它方法、算法或要素结合使 用，或者可W单独地使用。
[00创差别的扭矩的比较
[0044]在一些实施例中，算法比较了在插入操作的某些部分期间扭矩如何被改变。为了 便于该比较，控制器20可W计算在螺钉的插入过程期间扭矩的微秒变化(例如，作为时间的 函数的扭矩）。例如，如图4所示，控制器20可W确定贯穿螺钉的一些或所有插入的Aq值和 A t值，其中A q为扭矩的变化，并且A t为时间、深度或螺钉的转数的变化。某些实施例使用 在螺钉的插入阶段期间A q值和A t值的关系。例如，一些实施方式在满足下面的比较关系 时进行限制扭矩特征(例如，使电机停止）：
[0046] 该算法可W使螺丝刀10限制扭矩，同时也考虑插入过程的某些方面。例如，该算法 可W包括和/或考虑扭矩在低水平和高水平的速度启动。该算法的某些实施例包括和/或考 虑，当螺钉被螺入骨骼中时，扭矩可能上升并且速度的减少可能下降。该算法的某些变形例 包括和/或考虑，当螺钉坐在板上时，扭矩可能上升并且速度可能下降。该算法的各种实施 例被配置为抑制或避免螺钉的螺纹磨损的失效模式。
[0047] 在某些实施例中，扭矩(或者电机消耗的电流）的测量量被采样，例如约每10毫秒 (ms)、20ms或其它时间值。扭矩和时间数据可W被存储在存储器中。运可W促进监测扭矩相 对于时间的变化(例如，扭矩的一阶导数）。如上所说明的，扭矩可W正比于插入螺钉所需要 的电机功率。在几个实施例中，在给定时刻的扭矩由控制器20确定，控制器从传感器18接收 代表电机12消耗的电流的信号。
[004引连续的扭矩值、阔值和减速
[0049] 在一些实施例中，当若干数值满足条件时，方法和算法激活(例如，进行)限制扭矩 功能。例如，如下面更详细地讨论的，螺丝刀10可W监测若干(例如，=个)连续的渐减的数 值的扭矩，并且可W响应于该被满足的条件减小和/或停止螺钉的旋转(例如，通过减小或 停止供给电机12的电力）。
[0050] 图5示出了说明性的扭矩相对时间的曲线。如图所示，扭矩曲线可W被分成几个时 期，例如时期1、时期2、时期3和时期4。在一些实施例中，时期1 (例如，上述的初始阶段)包括 螺钉的初始接合和进入基质，例如骨骼。在该时期，扭矩的量可能快速增大。时期1还可能包 括增大的噪声度和/或不可预期或不可靠的扭矩数据。照此，在一些实施例中，在时期1期间 测量的扭矩数据不用于控制驱动器的操作。而是，在时期1期间的扭矩数据被忽略或仅仅被 记录。时期I因而被称作"死区"。在一些实施例中，死区在O时刻（例如，螺钉插入过程的开 始，在此时螺钉开始穿入骨骼中）之后延续至少约50ms和/或小于或等于约200ms。在某些实 施例中，死区具有小于或等于约IOOms的持续时间。
[0051] 时期2在时期1完结时出现。在时期2(例如，上述的第二阶段)期间，螺钉处于螺入 基质的过程中，并且可能经历比在时期1期间经历的初始扭矩小的扭矩。在一些变形例中， 时期2的扭矩数据不用于限制扭矩目的，而是被记录或录志。
[0052] 在时期3(例如，近似于上述第=阶段和第四阶段的约前半部分）中，螺钉上的扭矩 可能增大。运是因为，例如，螺钉与板接合，并且开始将板紧固在骨骼上。在一些实施例中， 在螺钉的插入期间，例如在时期3的开始处或附近，达到阔值点(例如，阔值条件）。在一些实 施例中，螺丝刀10响应于达到阔值点致使限制扭矩功能激活。例如，如果在达到该阔值点之 前经历限制扭矩条件，限制扭矩功能不被激活。相比之下，在已经达到该阔值点之后，如果 限制扭矩条件出现，那么限制扭矩功能可W被激活。运可W避免激活限制扭矩功能的错误 的和/或暂时的扭矩值，其可能导致螺丝刀10的过早停止和/或螺钉的不完全插入。在某些 实施方式中，该阔值点可W作为口限，由此仅在施加给螺钉的扭矩达到该阔值点时或之后 才可W进行限制扭矩功能。
[0053] 在一些实施例中，阔值点是扭矩和/或电流的函数。例如，阔值点可W为至少约为 下述值的扭矩值：5N-cm、7N-cm、1 ON-cm、12N-cm、15N-cm、17N-cm、20N-cm、25N-cm、在上述值 之间的值或其它数值。在某些变形例中，阔值点出现在扭矩大于或等于约5N-cm和/或小于 或等于约15N-cm时。在一些实施例中，响应于施加给螺钉的扭矩满足或超过阔值点的扭矩 值，随后能够进行限制扭矩功能。如上所说明的，可W从电机12消耗的电流中确定该扭矩。 在一些实施例中，当电机12消耗的电流为至少约为下述值时满足或超过阔值点：0.2 5 A、 0.50A、0.75A、1A、1.25A、1.5A、1.75A、2A、2.5A、3A、在上述值之间的值或其它数值。在包括 多相电机(例如，=相电机)的某些实施方式中，相的平均总正向电流被用于确定该电流。一 些实施方式在确定电流中使用直接交零变换（direct-qua化a1:ure-ze;ro transformation) 或派克变换（Park'S Transformation)。
[0054] 在一些实施例中，阔值点是时间的函数。例如，在某些变形例中，阔值点在距离0时 刻某一时间量时出现。在一些实施例中，阔值点在距离加寸刻至少约300ms和/或小于或等于 约500ms时出现。在某些变形例中，阔值点在加寸刻之后大于或等于约200ms时出现。
[0055] 继续参照图5，螺丝刀10可W包括减速点（例如，减速条件）。在一些实施例中，螺丝 刀10响应于正在或已经达到的减速点改变其使螺钉旋转的速度。例如，在达到减速点之前， 螺丝刀10可W运行在第一速度(例如，大于或等于约3600巧m)下，并且在达到减速点之后， 螺丝刀10可W运行在第二转速(例如，小于或等于约9(K)rpm)下。在一些实施例中，减速导致 螺钉的完全插入的至少约下述值的延迟:〇. 10秒、0.25秒、0.50秒、0.75秒、1秒、1.5秒、在上 述值之间的值或其它数值。螺丝刀10的某些实施方式可能增大它使螺钉插入所花费的总时 间，例如至少上述时间值。螺丝刀10的其它实施方式不会增大总插入时间。例如，一些变形 例在减速点之前增大插入速度(并减少插入时间）足够的量W抵消减速点之后速度的减小 (和插入时间的增大）。
[0056] 减小螺纹的插入速度(例如，转速)可能是有利的。例如，运可能减小在螺纹的插入 期间扭矩增大的速率。在一些实施例中，减小插入速度改善了在螺钉插入过程期间（例如， 在时期3和/或时期4期间）由螺丝刀10施加给螺钉的扭矩的监测和/或分辨率，例如通过为 处理器22和/或传感器18(例如，电流传感器)提供附加的时间W监测在螺钉上扭矩的量和/ 或确定限制扭矩功能是否应被激活。例如，速度从约3600rpm到约90化pm的减小可能增大时 期3和/或时期4的持续时间约4倍。在一些实施例中，减速导致至少约下述值的被监测的扭 矩的（例如，由传感器18检测的电机的电流消耗的）分辨率增大:2、3、4、5、6、在上述值之间 的值或其它数值。
[0057] 在一些实施方式中，转速的减小可W提供螺纹相对于基质更准确和/或精确的旋 转。例如，电机、传动系和/或螺钉的转速的减小可W减小运些部件的动量。在一些实施例 中，运可W减小错误的可能性，例如由来自该动量的无意的旋转导致的错误。在一些实施例 中，减速导致螺钉的旋转动量被减小至少约下述值：50%、100%、200%、300%、400%、 500%、在上述值之间的值或其它数值。
[0058] 在某些变形例中，螺钉的速度的减小可W为诸如外科医生的用户提供指示。例如， 该减小可W提供已经达到某一量的扭矩的信号、已经达到或将要达到(例如，在小于或等于 约0.75秒的范围内）阔值点的信号、将要达到（例如，在小于或等于约1秒的范围内）限制扭 矩点的信号和/或螺丝刀10将要停止驱动螺钉的信号。在一些实施例中，减速伴有指示，例 如光(例如，LED)、可听见的声音或者其它感官指示。
[0059] 在一些实施例中，减速点是扭矩和 /或电流的函数。例如，减速点可W为至少约为 下述值的扭矩值：5N-cm、7N-cm、1 ON-cm、12N-cm、15N-cm、17N-cm、20N-cm、25N-cm、在上述值 之间的值或其它数值。在某些实施方式中，减速点出现在扭矩大于或等于约5N-cm和/或小 于或等于约15N-cm时。在一些实施例中，响应于在螺钉上的扭矩满足或超过减速点的扭矩 值，螺丝刀10进行减速功能。如前所讨论的，可W从电机12消耗的电流中确定该扭矩。在一 些实施例中，当电机12消耗的电流为至少约为下述值时达到阔值点：0.25A、0.50A、0.75A、 1A、1.25A、1.5A、1.75A、2A、2.5A、3A、在上述值之间的值或其它数值。包括多相电机(例如， =相电机)的某些实施方式在确定电流中使用相的平均总正向电流。某些变形例在确定电 流中使用直接交零变换（direct-qua化a1:ure-ze;rotransfo;rmation)或派克变换（Park's Tr曰nsform曰tion)。
[0060] 在一些实施例中，减速点是时间的函数。例如，在某些变形例中，减速点在距离0时 刻某一时间量时出现。在一些实施例中，减速点在距离加寸刻至少约300ms和/或小于或等于 约500ms时出现。在某些变形例中，减速点在加寸刻之后大于或等于约200ms时出现。
[0061 ]在一些实施例中，阔值点和减速点是相同的点。例如，如图所示，阔值点和减速点 都可W在时期3的开始时出现。在一些实施方式中，其由距离加寸刻的时间量确定，例如至少 约：150ms、200ms、250ms、300ms、350ms、400ms、500ms、在上述值之间的值或其它数值。在其 它实施例中，阔值点和减速点是不同的点。例如，在一些实施例中，减速点出现在阔值点之 前;在其它实施例中，减速点出现在阔值点之后。在一些实施方式中，阔值点和减速点被分 开一个时间量(例如，小于或等于约10 Om S)。在一些实施例中，阔值点和减速点被分开一个 扭矩量(例如，小于或等于约3N-cm)。
[0062]如图所示，时期4(近似于上述的约第四阶段的后半部分和超扭矩阶段)在时期3结 束之后开始，例如大约在扭矩曲线的顶点处。时期4可能包括扭矩的下降（例如，负的扭矩梯 度）。运可能预示着螺钉和/或基质的屈服和/或螺纹磨损即将来临或已经开始。在一些实施 例中，螺丝刀10监测N个连续下降的扭矩值的扭矩数据。例如，在一些实施方式中，N等于2、 3、4、5、6、7或其它数值。在N为4的实施例中，当观测到4个连续下降的扭矩值时满足限制扭 矩条件。在各种实施例中，在已经满足限制扭矩条件并且已经经过阔值点之后，限制扭矩算 法可W指示螺丝刀10停止使螺钉转动。例如，可W减小或消除供给电机12的电力。
[0063] 图6图示限制扭矩的方法和算法的另一个实施例。在该算法中：
[0064] t为W微秒为单位的时间增量；
[0065 ] I为电流义样；
[0066] r为与电流采样成比例的扭矩；
[0067] i为系统采样的时间增量；
[0068] n为阵列长度；
[0069] Q为 dr/dt; W及
[0070] S为计数变量。
[0071] 算法可W包括阵列，例如：
[0072] 惡'、==疫二产1 …尸W
[0073] 如图所示，在第一框601中，可W启动电机12。例如，响应于用户激活输入(例如，按 钮或开关），在螺丝刀10上的控制器20可W指示给电机12供应电力W开始使螺钉转动。在一 些实施例中，电机12在至少第二框602中继续运转。
[0074] 在各种实施例中，扭矩值被采集(例如，观测并记录）。就运一点而言，各种实施例 检测(例如，使用传感器18)被电机12消耗的电流量。该电流消耗数据可被用于确定扭矩量， 因为电机12消耗的电流通常与电机施加给正被螺丝刀10驱动的螺钉的扭矩量成比例。如图 所示，在框603中，在每个时间增量时的扭矩量可被采集并存储在存储器24中。该扭矩和时 间数据可被用于形成从i到n采样增量的阵列或矩阵Qa。在随后的框604中，附加时间增量的 进一步的扭矩值可W被采集，并且该进一步的时间和扭矩数据可被用于形成另一个阵列或 矩阵化。
[0075] 一些实施例包括对比框605,其中Qa和化被比较。在某些实施方式中，如果化大于 Qa,那么算法回到早前的框，例如框602。运可W允许形成并比较附加的Qa和Qb。因此，在一些 实施例中，阵列Qa和化的比较在算法的实施期间在循环中基本上不断地出现。
[0076] 如图所示，如果化不大于Qa,那么可W进行算法的迭代部分。在一些实施例中，其包 括初始化和/或递增计数变量S。例如，对于每个时间，算法确定化不大于Qa,那么算法可W进 行到框606，其中计数变量巧口 1。
[0077] 如图所示，在框607中，计数变量S与可允许的连续下降的扭矩值的预设数量化k较 (例如，2、3、4、5、6或其它数值）。例如，如果计数变量S不大于数量N，那么算法可W返回到早 前的框(例如，框602)。可W在框603-605中形成和比较附加的Qa和化阵列。在返回到框605 后，如果化仍不大于Qa,那么算法进行到框606并且计数变量S再次加1。在各种实施例中，如 果化大于Qa，那么计数变量S被初始化(例如，S = 0)。
[0078] 在某些实施例中，如果计数变量S大于(在一些变形例中大于或等于)N个连续下降 的扭矩值，那么算法进行到框608,其中可W激活限制扭矩功能。例如，控制器20可W发出电 机12应当停止的指示(例如，通过消除或减小供应给电机的电力）。因而，可W控制和/或限 制正被施加给螺钉的扭矩。
[0079] 根据各种实施例，如果少于N个连续下降的扭矩值被观测到，那么电机12继续运 行。运可W减小限制扭矩算法过早地停止螺钉的驱动的可能性。例如，通过不停止电机12 (除非观测到至少N个连续下降的扭矩值），可W避免由于当前信号中的噪声或暂时的扭矩 减小导致的电机的过早停止。
[0080] 在一些实施例中，如果计数变量S大于或等于连续下降的扭矩值的预设的数量N， 那么电机被停止。例如，如果N等于4,那么当计数变量S大于或等于4(例如，四个连续迭代通 过框602-606,其中每次扭矩值都下降）时电机被停止。否则，在一些实施例中，电机继续运 转并驱动螺钉。
[0081 ] 容忍区和峰值确定
[0082] 图7和8图示进一步的限制扭矩的方法和算法。如图所示，某些实施例在扭矩曲线 的顶点之前和之后包括"容忍区"。在容忍区中停止螺钉的旋转可W提供螺钉被固定在骨骼 中的保证(例如，螺钉还没有被螺纹磨损）。
[0083] 如图7所示，容忍区可W包括拐点（例如，斜率变化变为零，从正值变到负值，或者 相反）。在一些实施例中，拐点是二元的，例如扭矩和时间（或者螺钉的转数）。螺丝刀10的某 些实施方式根据已经达到拐点监测和/或发出停止指示。运可W使螺丝刀10在已经达到拐 点附近、时或之后停止电机12。在一些变形例中，在已经达到拐点并且附加的事件已经发生 之后部分地或完全地停止电机12。例如，该事件可W为扭矩量改变(例如，至少约下述值的 扭矩减少:5%、10%、20 %、30%、在上述值之间的值或其它数值）、发生螺钉旋转(例如，至 少约下述值的附加旋转：1/8转、1/4转、1/2转、3/4转、1转、2转、在上述值之间的值或其它数 值），或者其它事件。
[0084] 在一些实施例中，控制器20通过监测若干连续上升的扭矩值和若干连续下降的扭 矩值的扭矩来确定容忍区。例如，控制器20可W确定何时出现Nl (例如，2、3、4、5、6、7等)个 连续上升的值，随后出现N2(例如，2、3、4、5、6、7等)个连续下降的值。运可W显示峰值已经 达到并且应当进行限制扭矩功能。在一些实施例中，一个或多个扭矩值分开连续上升的值 和连续下降的值。例如，可W响应于Nl个连续上升的值可被检测到、随后检测到一个或多个 中间的扭矩值、随后检测到N2个连续下降的值而进行限制扭矩功能。运可W考虑在峰值处 或附近扭矩的轻微变动和/或考虑基本上相等的峰值扭矩值。
[0085] 图8的示例性扭矩顶点的近视图可W进一步看出容忍区。如图所示，容忍区可W包 括正斜率部分(也称作上坡部分）、负斜率部分(也称作下坡部分)或两方面斜率。在一些实 施例中，限制扭矩算法考虑在螺钉插入过程期间的上坡部分和下坡部分。在某些实施例中， 算法的上坡部分有利于或确保螺钉的固定，而算法的下坡部分有利于或确保在扭矩已经达 到顶点之后螺丝刀停止使螺钉转动。
[0086] 某些实施例通过确定在插入操作期间扭矩随时间（A q/ A t)值的变化的变化来确 定上坡。该方法还可W包括测量扭矩数据点的数量乂(2、3、4、5、6或其它值）。该方法可^包 括使螺钉旋转并且监测扭矩值，直到扭矩值达到峰值(例如，顶点）。例如，该峰值可W通过 比较在不同的扭矩采样点（例如，0、1、2、3、4)的A q/ A t值来确定，例如可W表达为：A q (pO)/At、Aq(pl)/At、Aq(p2)/At、Aq(p3)/At、Aq(p4)/A t等。在一些实施例中，该 峰值(例如，当A q/A t的值已经达到其最大值）显示螺钉固定就位并且已经将骨骼板按压 在骨骼上。如果A q/A t值为零或接近零，那么运可能显示螺钉被固定和/或处于或接近峰 值扭矩。照此，在某些实施例中，响应于A q/ A t值为零或接近零，螺钉旋转被停止(例如，通 过停止电机12)。
[0087] 类似地，某些实施例通过确定在插入操作期间扭矩随时间（Aq/At)值的变化的 变化来确定下坡。然而，在使用下坡确定峰值扭矩中，A q/ A t比较寻找数量N的连续点中为 零或轻微下降(例如，小于前一值的约5%)的Aq/At值。
[0088] 超越(超專也，override)功會b
[0089] 螺丝刀10的一些实施例允许用户超越由控制器20确定的扭矩限制。运通过允许用 户超越螺钉的停止而可能是有利的（例如，如果螺钉在坐靠在板上之前发生停止）。在几个 实施例中，螺丝刀10包括超越输入，例如开关、按钮等等。超越输入可W被配置为向控制器 20发送超越信号，其超越控制器的使螺钉 转动的螺丝刀的停止。
[0090] 如上面说明的，超越输入的某些实施例可W促进使螺钉坐靠在板上。有时，当放置 螺钉时，螺钉头部保持骨骼板的"高地位(proud)"(例如，螺钉的头部的底表面与板的顶和/ 或相配的表面保持间隔开）。运可能导致板相对于骨骼的欠固定安装，可能抑制或阻止康复 和/或可能导致病人不适。为了辅助纠正高地位螺钉或处于其它原因，超越输入可W允许用 户使螺钉旋转一增加量，由此进一步驱动螺钉进入骨骼中并且使螺钉更彻底地(或完全彻 底地)坐在板上。在某些实施方式中，超越输入暂时地超越限制扭矩特征并且允许一些或所 有可用的电力进入电机12W执行增量的转动。在各种实施例，超越输入的激活提供螺丝刀 的钻头的至少约下述值的附加的增量的旋转运动:45°、90°、135°、180°、270°、360°、540°、 720°、在上述值之间的值或其它数值。
[0091] 在某些实施例中，每当超越输入被激活（例如，被按下）时可W进行超越功能。例 如，一些实施例允许每次激活超越输入时执行超越和/或不限制允许超越的数量。在某些实 施方式中，仅允许有限数量的超越。例如，一些实施例仅允许一次超越，在此之后附加的超 越输入被忽略。在一些实施例中，超越输入被配置为每次激活超越输入使螺钉旋转预定量 (例如，1转、1/2转、1/4转、在它们之间的值或者其它数值）。
[0092] 根据一些变形例，超越输入的激活允许螺丝刀10超越运行一段时间，而不需要超 越输入的附加的激活。运可W有利于在超越期间其它输入的方便的操作(例如，控制W驱动 螺钉正转或倒转），而无需反复地激活超越输入。例如，超越按钮或其它输入设备可W被按 下或者W其它方式激活，W初始化超越时间段，在该超越时间段期间，可W执行否则将被抑 制或阻止(例如，由于上述的限制扭矩特征）的一个或多个操作。在一些实施例中，超越时间 段可W为至少约:5秒、10秒、30秒、1分钟、2分钟、5分钟、在上述值之间的值或其它数值。
[0093] 可W预期用于激活和/或W其它方式控制超越特征的多种超越输入设备和方法。 例如，在某些实施例中，超越特征通过接合(例如，按压和/或握持)按钮或按钮的组合被激 活。一些变形例包括激活超越特征的专用按钮。超越输入设备的某些实施例包括开关、摇 杆、滑块、距离传感器、触摸屏或者其它设备。各种实施例可W为用户提供反馈(例如，触觉、 视觉和/或听觉的）。
[0094] 几个实施方式包括可被移动到多个位置W提供不同的超越功能的可调节的超越 输入设备。例如，输入设备可W包括具有多个位置的按钮、滑块或开关，每个位置具有不同 的超越功能，例如被允许的不同操作和/或不同的超越时间段。
[00%]在一些实施例中，可调节的超越输入设备包括可在各个位置之间旋转的轮或转 盘。例如，轮或转盘可W具有间隔开旋转距离定位的几个(例如，两个、=个、四个、五个、六 个或更多)位置，例如间隔开至少约45°或至少约90°。螺丝刀10可W被配置为检测转盘或轮 的位置并且被配置为提供螺丝刀的钻头或电机12的增量的旋转，该增量的旋转约等于、小 于或大于转盘或轮的增量的旋转，或者不然与转盘或轮的增量的旋转有关。在某些变形例 中，螺丝刀的钻头的增量的旋转与轮或转盘的旋转成比例。在一些不同的实施例中，在旋转 轮或转盘的同时，用户接收触觉或听觉的反馈，例如明显的"巧化声"或棘爪，例如在每个 90°增量时。
[0096] 某些实施例具有带有多个位置的转盘或轮。例如，轮可W具有=个位置，每个位置 间隔开约90°定位。在一些所述实施例中，当转盘或轮定位在第一位置中时，那么螺丝刀10 将提供第一增量旋转(例如，约90° )。当转盘或轮定位在第二位置中时，那么螺丝刀将提供 第二增量旋转(例如，约180°)。当转盘或轮定位在第=位置中时，那么螺丝刀将提供第=增 量旋转(例如，约270°)。
[0097] 在一些实施例中，超越输入设备控制螺丝刀10的钻头的旋转方向。运可W允许超 越输入设备控制螺钉被驱动正转还是倒转。在某些变形例中，当超越输入设备处于第一位 置时螺丝刀10驱动螺钉正转，并且当超越输入设备处于第二位置时螺丝刀使螺钉反转。在 一些实施方式中，超越输入设备为轮或转盘，并且螺丝刀的钻头的旋转方向与轮或转盘被 驱动旋转的方向相同。
[00側其它特征
[0099] 螺丝刀10的各种实施例具有多种操作特点。例如，一些实施例提供至少约为下述 值的最大转速（在无载荷时）：3,000巧m、4,000rpm、5,000rpm、6,000;rpm、10,000;rpm、在上述 值之间的值或其它数值。如上面说明的，一些实施例在已经达到减速点后减慢了螺钉的旋 转。某些所述实施例具有小于或等于约为下述值的减慢的速度（在无载荷时）：50化pm、 600巧m、700;rpm、800巧m、900rpm、l ,000;rpm、l, 100巧m、l ,200rpm、在上述值之间的值或其它 数值。螺丝刀10的某些实施方式可W提供至少约为下述值的螺钉上的扭矩：25in-〇zs、 30in-〇zs、35in-〇zs、40in-〇zs、45in-〇zs、在上述值之间的值或其它数值。螺丝刀10的一些 实施例可W提供至少约为下述值的螺钉上的扭矩：25N-cm、30N-cm、35N-cm、40N-cm、45N-cm、在上述值之间的值或其它数值。
[0100] 螺丝刀10可W使用各种类型的电机实施。在一些变形例中，电机12由诸如AC或DC 电功率的源的电源供电。在一些实施例中，电机12由诸如电池、电容器或其它电源的机载电 源供电。在一些实施例中，电机12被配置为从外部源接收电力，例如从控制台、壁式插座或 其它外部电源接收电力。在一些实施例中，电机12为无刷DC电机。在一些实施例中，电机12 为=相电动机。电机12可W包括一个或多个霍尔传感器，其可W向控制器20发送信号W使 控制器20确定电机12的转数。在某些变形例中，控制器20根据电机12的转数确定螺钉的转 数。
[0101] -些实施方式被配置为通过关闭（例如，基本上或全部地)供给电机12的电力来停 止螺钉的旋转。某些实施例包括制动器W主动地使电机或部件减速。例如，一些实施方式包 括摩擦或电磁制动器。
[0102] 螺丝刀10的各种实施例包括用户可W进行指示螺丝刀IOW使螺钉沿正向转动的 正向输入，例如沿使螺钉插入骨骼中的方向。例如，正向输入可W为开关、按钮、转盘、扳机、 滑块、触摸板等等。某些实施例具有多个输入元件，例如快进开关(例如，在无载荷情况下电 机将W约4100RPM的速度旋转)和慢进开关(例如，在无载荷情况下电机将W500RPM的速度 旋转）。一些实施方式具有反向输入，其可W指示螺丝刀IOW使螺钉沿反向转动，例如沿使 螺钉从骨骼中移除的方向。反向输入可W与正向输入类似，例如上述的选项。在一些实施例 中，进行反向输入导致电机在无载荷的情况下W约500RPM的速度旋转。在某些实施方式中， 螺钉的最终旋转速度为约500RPM。在一些实施例中，正向输入和超越输入为相同的部件。
[0103] 在各种实施例中，螺丝刀10包括被配置为调节扭矩数据的部件，例如通过过滤扭 矩数据、降低来自传感器18(例如，电机电流传感器)的信号中的噪声或其它方式。例如，螺 丝刀10可W包括一个或多个低通滤波器。过滤器可W W硬件和/或软件的形式实施。例如， 在一些实施例中，过滤器包括电阻电容电路。某些实施例包括被配置为滤掉扭矩数据的某 些频率和/或等级的软件过滤器。在各种实施例中，过滤部件可W有利于产生更平滑的扭矩 曲线。在一些变形例中，过滤部件可W减少可能另外地由噪声和/或异常值测量导致的限制 扭矩功能中的错误。
[0104]
[0105] 在某些实施例、实例和变形例的各个方面的背景下已经公开了各种限制扭矩的螺 丝刀系统和方法。然而，本公开延伸超过具体公开的实施例、实例和变形例到本发明的其它 替代的实施例和/或用途W及其明显的修改例和等同例。此外，虽然已经详细示出并描述了 螺丝刀的若干变形例，但是基于本公开，在本公开的范围内的其它修改将对本领域技术人 员来说是显而易见的。
[0106] 在分开的实施方式中已被描述的某些特征也可W在单独的实施方式中组合实施。 相反，在单独的实施方式中被描述的各个特征也可W分开地或W任何合适的子组合的方式 在多个实施方式中实施。而且，虽然特征在上面可能被描述为W某种组合的方式起作用，然 而在一些实例中，来自声称的组合中的一个或多个特征可W从该组合中切离，并且该组合 可W被声称为任意子组合或者任意子组合的变形。
[0107] 在本公开的一个实施例、流程图或实例中公开或图示的任何步骤、过程、结构和/ 或设备的任何部分可W与在不同的实施例、流程图或实例中公开或图示的任何步骤、过程、 结构和/或设备的任何其它部分组合或使用(或者替代之）。本文描述的实施例和实例并不 意在是彼此离散的和分开的。所公开的特征的组合、变形和其它实施方式在本公开的范围 之内。
[0108] 可W调节或修改任何步骤和框。可W使用其它或附加的步骤。本文描述的步骤或 框中没有一个是必要的或不可缺少的。而且，虽然操作可能W特定的顺序图示在附图中或 描述在说明书中，但是所述操作不必W该示出的特定的顺序或W相继的顺序执行，并且不 必执行该所有的操作，W获得期望的结果。没有图示或描述的其它操作可W结合入该示例 性的方法和过程中。例如，可W在任何描述的操作之前、之后、同时或之间执行一个或多个 附加的操作。此外，在其它实施方式中可W重新排列或重新排序所述操作。而且，在上述实 施方式中的各个系统的部件的分离不应理解为在所有实施方式中都需要该分离，而是应当 被理解为所描述的部件和系统通常可W-起集成在单独的产品中或者包装成多个产品。
[0109] -些设备、系统、实施例和过程使用可W包括处理器和存储器的控制器。上述的每 个程序、过程、方法和算法可W具体化为代码模块、并且完全地或部分地由代码模块自动 化，所述代码模块由一个或多个计算机、计算机处理器或者被配置为执行计算机指令的机 器执行。代码模块可W被存储在任何类型的永久的计算机可读存储介质或有形的计算机存 储设备(例如硬盘驱动器、固态存储器、闪存、光盘和/或类似物)上。过程和算法可W在专用 电路中部分或全部地实施。所公开的过程和过程步骤的结 果可W永久地或W其它方式存储 在任何类型的永久计算机存储器中，例如易失或非易失的存储器。
[0110] 本文所使用的条件语言，例如"能够"、"能"、"可、"可"、"例如"等等，除非另有 具体声明，或者在所使用的语境中另外理解的，通常意在传达某些实施例包括而其它实施 例不包括某些特征、元素和/或步骤。因而，运些条件语言通常并不意在隐含所述特征、元素 和/或步骤W任何方式为一个或多个实施例所需，或者隐含一个或多个实施例必定包括用 于决定的逻辑，具有或不具有作者的输入或提示，无论运些特征、元素和/或步骤是否包含 在任何特定的实施例中或者是否将在任何特定的实施例中执行。
[0111] 连接语言，例如用语^、Y和Z中的至少一个"，除非另有具体声明，否则将在所使用 的语境中被理解为通常传达项目、术语等可W为X、Y或Z。因而，运种连接语言通常不意在暗 示某些实施例需要至少一个X、至少一个Y和至少一个Z每个都出现。
[0112] 术语"包括"、"包含"、"具有"等等是同义的并且W开放式的方式包含地使用，并且 不排除附加的元素、特征、作用、操作等等。此外，术语"或者"W其包含意义(而不是其排他 意义)被使用，使得例如当使用时连接一列元素，术语"或者"意味着在所述列中的一个、一 些或所有元素。术语"和/或"意味着"和"应用于一些实施例并且"或"应用于一些实施例。因 而，A、B和/或C等价于写在一个句子中的A、B和C和写在另一个句子中的A、B或C。术语"和/ 或"被用于避免不必要的冗余。
[0113] 本文所使用的术语"大约"、"约"和"基本上"表示仍然执行期望的功能或达到期望 的结果的接近于所声明的量的的量。例如，在一些实施例中，正如上下文可W指示的，术语 "大约"、"约"和"基本上"可W指在所声明的量的小于或等于10%范围内的量。本文所使用 的术语"大致"表示主要包括或趋于特定的值、量或特点的值、量或特点。作为一个实例，在 某些实施例中，正如上下文可W指示的，术语"大致平行"可W指偏离精确平行小于或等于 20度的范围。
[0114] 本文所使用的与圆形有关的术语，例如直径或半径，应当理解为不需要完美的圆 形结构，而是应当被应用于具有可W从一侧到另一侧测量的截面区域的任何合适的结构。 与形状有关的术语，例如"圆形"或"圆柱形"或"半圆形"或"半圆柱形"或者任何相关或相似 的术语，不需要严格地吻合圆或圆柱或其它结构的数学定义，而是可W包含合理接近的近 似的结构。同样地，由词"大致"（例如，"大致圆柱形"）所修改的形状可W包括所声明形状合 理接近的近似。
[0115] 已经结合所附的附图描述了一些实施例。附图是成比例绘制的，但是所述比例不 应是限制性的，因为所示出的尺寸和比例之外的尺寸和比例是可预期的并且在本公开的范 围内。距离、角度等等仅仅是说明性的，并且不必将精确关系限定为所图示的装置的实际尺 寸和布局。可W添加、移除和/或重新排列部件。此外，运里结合各种实施例公开的任何特定 的特征、方面、方法、性质、特定、质量、属性、元素或者类似物可W被用于本文提出的所有其 它实施例。附加地，将认识到可W使用适于执行所叙述的步骤的任何设备实践本文描述的 任何方法。
[0116] 上述各个特征和过程可W独立于彼此使用，或者可W W各种方式组合。所有可能 的组合和子组合意在落入本公开的范围内。此外，在一些实施方式中可W省略某些方法、事 件、情形或过程框。本文描述的方法和过程也不限于任何特定的顺序，并且可W W其它适合 的顺序执行与此相关的框或情形。例如，可WW具体公开的顺序之外的顺序执行所描述的 任务或事件。多个步骤可W组合在单独的框或情形中。可W串行、并行或W-些其它方式执 行该示例性的任务或事件。任务或事件可W添加到所公开的示例性的实施例中或者从中移 除。本文所描述的示例性的系统和组件可W与所描述的不同地配置。例如，元素可W添加到 所公开的示例性的实施例中、从所公开的示例性的实施例中移除或者相比所公开的示例性 的实施例重新排列。
[0117] 总之，已经公开了限制扭矩的螺丝刀系统和方法的各种实施例和实例。虽然本公 开已经处于运些实施例和实例的背景下，但是本公开延伸超过具体公开的实施例到其它替 代的实施例和/或实施例的其它用途W及其修改例和等同例。而且，本公开明确预期所公开 的实施例的各个特征和方面可W彼此组合或彼此替代。因此，本公开的范围不应被特定的 公开的上述实施例限定，而应仅由所附的权利要求书的合理理解确定。
【主权项】
1. 一种外科的限制扭矩的螺丝刀，包括： 壳体； 电机，所述电机定位在壳体中并且被配置为从电源接收电功率； 驱动头，所述驱动头定位在螺丝刀的远端，所述驱动头被配置为接收接合螺钉的钻头 并且被电机驱动旋转，以便能使螺丝刀驱动螺钉进入骨骼； 电流传感器，所述电流传感器采样在电机的运行期间电机消耗的电流； 控制器，所述控制器在驱动螺钉进入骨骼期间： 接收来自电流传感器的代表电机消耗的电流的信号； 使用所述信号确定多个驱动扭矩值，所述多个驱动扭矩值中的每一个驱动扭矩值代表 在对应的时间段t期间螺丝刀施加给螺钉的扭矩的量； 将所述多个驱动扭矩值中的至少三个最近的驱动扭矩值存储在存储器中； 将在死区之后出现的驱动扭矩值中的每一个驱动扭矩值与阈值扭矩值进行比较； 阻止限制扭矩功能的进行，直到在死区之后出现的驱动扭矩值中的至少一个驱动扭矩 值大于或等于阈值扭矩值； 响应于在死区之后出现的驱动扭矩值中的至少一个驱动扭矩值大于或等于阈值扭矩 值，允许限制扭矩功能的进行； 响应于在死区之后出现的驱动扭矩值中的至少一个驱动扭矩值大于或等于阈值扭矩 值，减小螺丝刀驱动螺钉的转速；以及 响应于确定出如下事件进行限制扭矩功能： 限制扭矩功能的进行被允许;并且 在死区之后出现的驱动扭矩值中的至少三个驱动扭矩值连续地下降； 其中限制扭矩功能停止由螺丝刀执行的螺钉的驱动。2. 根据权利要求1所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，还包括超越输入，所述超越输入向 控制器发送信号，所述超越输入能使用户超越限制扭矩功能。3.根据权利要求2所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中超越输入的激活使螺钉旋转 一定的量。4.根据权利要求3所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中所述一定的量约为1/4转。5.根据权利要求2所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中超越输入的激活停止限制扭 矩功能一段时间。6. 根据权利要求5所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中该一段时间小于1分钟。7.根据权利要求2所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中超越输入包括按钮。8. 根据权利要求1所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中死区为时间量。9.根据权利要求8所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中死区为至少50ms。10. 根据权利要求1所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中死区为螺钉的旋转量。11. 根据权利要求9所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中死区为至少5转。12.根据权利要求1所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中时间段t约为10ms。13.根据权利要求1所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中转速被减小到小于或等于 900rpm〇14.根据权利要求1所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中转速被减小到约1/4。15. 根据权利要求1所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中阈值扭矩值为至少15N-cm。16. 根据权利要求1所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，还包括所述电源，并且其中所述 电源包括在壳体中的电池。17. -种限制扭矩的螺丝刀，包括： 壳体； 电机，所述电机定位在壳体中并且被配置为从电源接收电功率； 驱动头，所述驱动头定位在螺丝刀的远端并且被配置为接收接合螺钉的钻头； 传输组件，所述传输组件连接电机和驱动头，使得驱动头能够被电机驱动旋转以便能 使螺丝刀将螺钉插入骨骼中； 传感器，所述传感器检测在电机的运行期间电机消耗的电流； 控制器，所述控制器接收来自传感器的代表电机消耗的电流的信号并且使用所述信号 确定在螺钉的插入期间施加给螺钉的扭矩的多个值； 响应于限制扭矩条件被满足，螺丝刀停止螺钉的旋转;并且 螺丝刀使螺钉在螺钉插入的第一阶段期间以第一速度旋转并且在螺钉插入的第二阶 段期间以第二速度旋转，第二阶段在第一阶段之后并且第二速度比第一阶段的速度的一半 小，由此增大螺丝刀将螺钉插入骨骼中的插入时间并且减小在第二阶段期间螺钉的角动 量。18. 根据权利要求17所述的限制扭矩的螺丝刀，其中当控制器确定出所述多个值中的 至少四个值连续地下降时满足所述限制扭矩条件。19. 根据权利要求17所述的限制扭矩的螺丝刀，其中当死区已经期满并且控制器已经 检测到所述多个值中的拐点时满足所述限制扭矩条件。20. 根据权利要求17所述的限制扭矩的螺丝刀，其中所述第一速度大于或等于 3600rpm，并且所述第二速度小于或等于900rpm。21. 根据权利要求17所述的限制扭矩的螺丝刀，其中当在死区之后出现的扭矩值中的 至少一个扭矩值大于或等于阈值扭矩值时，螺丝刀从第一阶段变为第二阶段。22. 根据权利要求17所述的限制扭矩的螺丝刀，其中在一段时间过后螺丝刀从第一阶 段变为第二阶段，所述一段时间在螺钉被螺丝刀驱动初始插入骨骼时开始。23. 根据权利要求22所述的限制扭矩的螺丝刀，其中所述一段时间为至少150ms。
【专利摘要】公开了各种限制扭矩的螺丝刀、系统和方法。螺丝刀可以包括支撑电机的主体，所述电机被配置为使与螺丝刀接合的螺钉旋转。螺丝刀可以包括控制器，所述控制器被配置为实施限制扭矩功能，例如通过监测施加给螺钉的扭矩的量和在满足某些限制扭矩标准时减小或停止螺钉的旋转。一些实施例包括阈值点，限制扭矩功能可以在该阈值点之后进行。一些实施例包括减速点，螺钉的转速在该减速点之后被减小。
【IPC分类】A61B17/56, A61B17/16, A61C1/08
【公开号】CN105491965
【申请号】CN201480040999
【发明人】理查德·库斯特, 约翰·约瑟夫·德罗西耶, 弗朗西斯·詹姆斯·斯坦梅茨, 马东, 西达尔特·德赛
【申请人】普罗德克斯有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年7月16日
【公告号】EP3021767A1, US9265551, US20150025538, WO2015009850A1
【专利说明】限制扭矩的螺竺刀
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年7月19日提交的美国临时申请号61/856,557;2013年8月30日提 交的美国临时申请号61/872,427;2014年2月7日提交的美国临时申请号61/937,346和2014 年2月14日提交的美国临时申请号61/940,197的权益。上述申请中的每一个申请的全部内 容在此通过引用引入本文中。
技术领域
[0003] 本公开设及限制扭矩的装置，并且具体地设及限制扭矩的螺丝刀的实施例。
【背景技术】
[0004] 多种手术治疗包括将一个或多个螺钉插入骨骼中W将诸如板的结构保持在骨骼 上。在插入期间，螺钉被螺入骨骼中并且穿透骨骼。使用连续的旋转，螺钉坐靠在板上，例如 通过螺钉的头部与板接触。螺钉的更进一步的旋转使螺钉固定在板上和/或进一步固定在 骨骼中。然而，螺钉的该进一步的旋转可能导致螺钉在骨骼中产生螺纹磨损，由此削弱螺钉 与板的固定结合。
【发明内容】
[0005] 避免或至少抑制外科螺钉在骨骼中的螺纹磨损可能是有利的。运可W使用螺丝刀 实现，所述螺丝刀监测施加给螺钉的扭矩并且在满足某些扭矩标准时停止或减小螺钉的旋 转。例如，所述标准可W包括正在施加的扭矩的量、扭矩如何随之间变化(例如，扭矩是一致 地或者不一致地上升还是下降）W及是否已经满足阔值。阔值可W辅助确定正被感测的扭 矩是表示螺钉正在被固定在板上还是其它事情，例如由较硬的骨骼的局部区域或其它原因 导致的扭矩的暂时的尖峰。
[0006] 此外，在满足某些条件之后减小螺钉的转速可能是有利的。运可W减小螺钉和/或 螺丝刀的部件的角动量，并且因而可W减小由所述动量导致的无意的旋转的可能性，即使 在螺钉的主动驱动已经停止之后，而运可能增大螺钉在骨骼中螺纹磨损的机会。此外，降低 螺钉的转速可W增大用于感测操作有效的时间量W在螺钉的每转时发生。运可W有利于螺 钉的旋转位置和/或施加给螺钉的扭矩的更精确和准确的监测。
[0007] 因此，由于上面显示的原因和其它原因，公开了螺丝刀的几个实施例。通常地，螺 丝刀包括主体和电机。电机可操作地与在螺丝刀的远端的驱动头连接，使得电机可W使驱 动头转动。驱动头可W接收钻头(例如十字头钻头、扁平头钻头、星形钻头(例如，梅花头）、 套筒钻头或者其它钻头），钻头可W与具有带有相应形状的头部的螺钉配合。因而，螺钉可 W定位在基质(例如，骨骼)上的期望插入位置，并且电机可W被操作驱动螺钉进入基质。螺 丝刀的各种实施例可W限制和/或控制施加给螺钉的扭矩。某些实施例在插入过程期间减 小螺钉的速度。各种实施例提供一个或多个上述优点，或者不提供它们。
[000引上面公开的或本文其它地方公开的任何结构、材料、步骤或其它特征可W用在本 公开的任何实施例中。任一实施例的任一结构、材料、步骤或其它特征可W与任一其它实施 例的任一结构、材料、步骤或其它特征组合，W形成作为本公开的一部分的另外的实施例。
[0009] 前述
【发明内容】
、下面的详细说明和所附的附图并不意在限制或限定保护范围。保 护范围由权利要求书限定。
【附图说明】
[0010] 下面参照实施例的附图描述本文所公开的实施例的上述和其它特征。所图示的实 施例用于图示但不限制所述实施例。可W组合不同的所公开的实施例的各个特征W形成作 为本公开的一部分的另外的实施例。
[0011] 图1示意性地图示限制扭矩的螺丝刀的示例性实施例。
[0012] 图2示意性地图示将螺钉插入骨骼中的过程中的各个阶段。
[0013] 图2A图示在螺钉插入骨骼期间作为时间或转数函数的扭矩的图线。
[0014] 图2B图示图2的阶段与图2A的图线的关系。
[001引图3图示关于3mm、4mm和5mm的螺钉类型的作为骨密度的函数的示例性的扭矩的图 线。
[0016] 图4图示具有相当的扭矩区域的扭矩图线。
[0017] 图5图示具有阔值和减速点的扭矩图线。
[0018] 图6图示在螺钉驱动操作期间监测和控制扭矩的流程。
[0019] 图7图示具有容忍区的扭矩图线。
[0020] 图8图示示例性的扭矩顶点的近视图。
【具体实施方式】
[0021] 公开了限制扭矩的螺丝刀10的不同实施例。正如下面更完整地描述的，螺丝刀10 可W确定何时停止正被驱动进入不同类型的骨骼的螺钉，W便避免使螺钉在骨骼中螺纹磨 损。如图1所示，螺丝刀包括支撑电机12的主体11(也叫壳体）。传输组件14(例如，一个或多 个轴、齿轮等等)可操作地将电机12与在螺丝刀10的远端处的驱动头16连接，使得电机12可 W使驱动头16转动。驱动头16可W接收钻头，例如十字头钻头、扁平头钻头、星形钻头（例 如，梅花头）、套筒钻头(例如，六角形)或者其它钻头。反过来钻头可W与具有带有相应的形 状的头部的螺钉配合。运样，螺钉可W定位在基质（例如，骨骼)上的期望的插入位置处，并 且可W操作电机12 W驱动螺钉进入基质。
[0022] 螺丝刀10可W监测和/或限制在插入过程期间螺丝刀10施加给螺钉的扭矩。例如， 如下面更详细地描述的，螺丝刀10可W包括传感器18,传感器感测供应给电机12的电流。传 感器18可W将该数据发送给控制器20,控制器可W包括与存储器24禪接的处理器22。由于 供应给电机12的电流可W与施加给螺钉的扭矩成比例，所W控制器20可W动态地确定正施 加给螺钉的扭矩的量。在某些变形例中，控制器20可W被配置为确定或接收代表下面的数 据特征中的一个或多个的信号:供应给电机12的电流、螺钉和/或电机的转数、螺钉行进的 距离(例如进入骨骼中）、电机12的速度或者其它信号。
[0023] 如下面更详细地描述的，螺丝刀10的各种实施例包括适于限制和/或控制施加给 螺钉的扭矩的算法。运能够使螺丝刀10用于不同的螺钉尺寸和不同的骨密度。该算法可W 作为程序代码26包括在存储器24中，可W在计算机可读永久介质上实施该程序代码。处理 器22可W执行该程序代码26W完成各种操作，例如确定扭矩极限、指示电机停止运行、指示 电源28减小和/或停止向电机12提供电力，或其它操作。
[0024] 螺钉插入过程的综述(图2、2A和2B)
[0025] 将螺钉插入骨骼中W将板固定在骨骼上的过程包括几个步骤。如图2所示，在初始 阶段中，螺钉通过开口被定位在板中并且在期望的插入位置与骨骼邻近。另外，螺钉可W与 上面讨论的螺丝刀10禪接，该螺丝刀可W开始使螺钉相对于骨骼旋转。随着螺钉旋转，它开 始切入骨骼中，骨骼为待插入的螺钉的主体提供空间。对于自攻型螺钉，螺钉可W开始将材 料向外推动，由此形成进入骨骼的路径。为了促进该过程，用户可W施加某一轴向力给螺 钉，例如通过螺丝刀10。如图所示，在初始阶段期间，扭矩梯度可W显示为急剧向上的（例 如，正的)斜率并且螺钉的转速下降(例如，与没有载荷时的速度相比）。
[0026] 在初始阶段完结后，第一插入阶段开始。在第一阶段中，螺钉主体通过在初始阶段 中形成的路径轴向移动进入骨骼中。如图2A所示，在第一阶段期间，扭矩梯度可能具有向下 的(例如，负的)斜率并且与初始阶段的后期相比螺钉的转速可能上升。
[0027] 在第二阶段中，螺钉沿由进入螺纹形成的路径继续前进进入骨骼中。通常地，螺钉 基本上前进螺钉的主体的全部或全部螺纹长度(小于板的轴向厚度)进入骨骼中。在一些实 施方式中，扭矩-时间（或扭矩-螺钉的转数)的曲线随着螺钉前进螺纹的长度将具有正的扭 矩梯度。
[0028] 当螺钉头部初始坐靠在板上时第=阶段开始。如图所示，螺钉通常具有直径比板 中的开口的至少一部分更大的头部。因而，在第=阶段期间，该头部可W接触板并且抑制或 阻止螺钉进一步穿过板。运可能导致扭矩曲线的初始的急剧上升。如图2A所示，在第=阶段 期间，扭矩梯度可能是向上的（例如，正的）。例如，斜率可能小于初始阶段的斜率但是大于 第二阶段的斜率。在某些实施方式中，第=阶段的后期，扭矩梯度显示出扁率(例如，达到稳 定阶段)和/或包括波峰，例如小于下述的在第四阶段期间的拐点处的扭矩的局部最大扭 矩。在某些变形例中，在第=阶段期间螺钉的转速小于在第二阶段期间的速度。
[0029] 在第四阶段中，螺钉全部坐在板上，由此稳固地固定螺钉、骨骼和板。运可W包括 螺钉的头部被部分地或完全地接收在板的开口中并且被板抑制或阻止进一步轴向移动进 入骨骼。如图2A所示，在第四阶段期间，扭矩可W继续上升，尽管W小于第=阶段的速率的 速率。例如，在第四阶段中的曲线的斜率可W小于在第=阶段中的斜率(例如，在第=阶段 的结尾处）。在第四阶段期间扭矩可W达到峰值，在峰值之后扭矩开始下降。在一些实施方 式中，在第四阶段中螺钉的转速小于在初始、第一、第二和第=阶段中螺钉的转速。
[0030] 在可能出现在第四阶段之后的超扭矩阶段中，附加量的扭矩可能被施加给螺钉W 进一步将螺钉梓紧在骨骼中。运可能使螺钉在骨骼中轻微超扭矩(例如，侵犯螺钉和/或骨 骼的屈服强度）。过大的超扭矩是不期望的，因为它可能导致螺钉螺纹磨损。但是相对较小 的量可能是有利的，因为它可能引起螺钉和/或骨骼的轻微变形，运可W辅助将螺钉保持就 位，并且因而抑制或阻止板相对于骨骼移动。在各种实施方式中，通过使螺钉旋转最终量完 成该超扭矩。例如，螺钉可W旋转约一转、约1/2转、约1/4转、约1/8转、在它们之间的值或者 其它值。在一些实施例中，螺钉超扭矩的量为至少1牛顿厘米(N-cm)和/或小于或等于约5N-cm O
[0031]插入过程的阶段的某些方面被如下地概述在表A中：
[0033] 表 A
[0034] 通常地，为了从骨骼上移除螺钉并且释放板，螺丝刀10可W与螺钉的头部配合，并 且螺钉的旋转被反向。由于螺钉不再切入骨骼中并且不再被梓紧在骨骼或板上，在移除操 作期间螺钉上的扭矩一般小于在上述插入过程期间螺钉上的扭矩。
[00对影响扭矩的某些变量(图3)
[0036] 将螺钉插入给定骨骼中所需的扭矩可能显著变化。影响将螺钉插入骨骼中所需要 的扭矩的量的一个因素是骨骼的密 度，其可能根据年龄、性别、疾病和其它因素而改变。通 常地，骨骼越密，插入螺钉所需要的力越大。影响将螺钉插入骨骼中所需要的扭矩的量的另 一个因素是螺钉的特性，例如直径、长度、螺纹类型（例如，形状和/或每英寸螺纹的数量）、 材料、与骨骼的摩擦系数和其它特征。通常地，螺钉越长(例如，至少约3mm、4mm、5mm或其它 长度的轴向长度），将螺钉插入完全安装位置所需要的扭矩越大。
[0037] 图3示出了关于3mm、4mm和5mm的螺钉类型的作为骨密度的函数的说明性的示例性 扭矩。如图所示，根据螺钉的尺寸和类型W及螺钉所插入的骨密度基底，可能具有不同的扭 矩需要。运可能在使用不变的扭矩极限中导致问题。例如，如果扭矩极限基于密质骨基底和 较小(例如，3mm)的螺钉是不变的，那么插入在较密的骨骼基质上的较大(例如，5mm)的螺钉 可能不完全坐靠。另一方面，如果扭矩极限基于较大(例如，5mm)的螺钉和较密的基质是不 变的，那么在较小密度的基质上的较小(例如，3mm)的螺钉可能在插入期间发生螺纹磨损。 [003引不变的限制扭矩的实施例
[0039] 某些螺丝刀包括用于具体的螺钉类型的不变的扭矩值。例如，对于3mm的螺钉，螺 丝刀10可W包括扭矩极限，该扭矩极限设定在特定于该类螺钉和该螺钉将被插入的特定类 型的骨骼的数值。对于被配置为接收和驱动=类螺钉(例如，3mm、4mm和5mm)的螺丝刀10，螺 丝刀10可W包括=个扭矩极限值。所述值可W通过针对每个螺钉类型和每个基质的试验确 定。
[0040] 可变的限制扭矩的实施例（图4-8)
[0041] 螺丝刀10的各种实施例使用算法动态确定扭矩极限和/或何时停止螺钉的旋转。 运可W允许螺丝刀考虑插入变量(例如，骨骼的密度和螺钉特性），W便正确地使螺钉坐靠， 同时也抑制或阻止螺钉发生螺纹磨损。在几个实施例中，插入变量不需要被输入到螺丝刀 中。而是，螺丝刀10的某些实施例基于关于其它参数使螺钉转动所需要的扭矩可W确定螺 钉何时被合适地安装和/或可W避免螺钉的螺纹磨损，所述其它参数例如为螺丝刀10已经 驱动螺钉旋转的时间和已被施加给螺钉的扭矩的量。
[0042] 下面描述几种限制扭矩的方法、算法和要素。在本说明书中任何地方公开的任何 方法、算法和要素可W与在本说明书中任何地方公开的任何其它方法、算法或要素结合使 用，或者可W单独地使用。
[00创差别的扭矩的比较
[0044]在一些实施例中，算法比较了在插入操作的某些部分期间扭矩如何被改变。为了 便于该比较，控制器20可W计算在螺钉的插入过程期间扭矩的微秒变化(例如，作为时间的 函数的扭矩）。例如，如图4所示，控制器20可W确定贯穿螺钉的一些或所有插入的Aq值和 A t值，其中A q为扭矩的变化，并且A t为时间、深度或螺钉的转数的变化。某些实施例使用 在螺钉的插入阶段期间A q值和A t值的关系。例如，一些实施方式在满足下面的比较关系 时进行限制扭矩特征(例如，使电机停止）：
[0046] 该算法可W使螺丝刀10限制扭矩，同时也考虑插入过程的某些方面。例如，该算法 可W包括和/或考虑扭矩在低水平和高水平的速度启动。该算法的某些实施例包括和/或考 虑，当螺钉被螺入骨骼中时，扭矩可能上升并且速度的减少可能下降。该算法的某些变形例 包括和/或考虑，当螺钉坐在板上时，扭矩可能上升并且速度可能下降。该算法的各种实施 例被配置为抑制或避免螺钉的螺纹磨损的失效模式。
[0047] 在某些实施例中，扭矩(或者电机消耗的电流）的测量量被采样，例如约每10毫秒 (ms)、20ms或其它时间值。扭矩和时间数据可W被存储在存储器中。运可W促进监测扭矩相 对于时间的变化(例如，扭矩的一阶导数）。如上所说明的，扭矩可W正比于插入螺钉所需要 的电机功率。在几个实施例中，在给定时刻的扭矩由控制器20确定，控制器从传感器18接收 代表电机12消耗的电流的信号。
[004引连续的扭矩值、阔值和减速
[0049] 在一些实施例中，当若干数值满足条件时，方法和算法激活(例如，进行)限制扭矩 功能。例如，如下面更详细地讨论的，螺丝刀10可W监测若干(例如，=个)连续的渐减的数 值的扭矩，并且可W响应于该被满足的条件减小和/或停止螺钉的旋转(例如，通过减小或 停止供给电机12的电力）。
[0050] 图5示出了说明性的扭矩相对时间的曲线。如图所示，扭矩曲线可W被分成几个时 期，例如时期1、时期2、时期3和时期4。在一些实施例中，时期1 (例如，上述的初始阶段)包括 螺钉的初始接合和进入基质，例如骨骼。在该时期，扭矩的量可能快速增大。时期1还可能包 括增大的噪声度和/或不可预期或不可靠的扭矩数据。照此，在一些实施例中，在时期1期间 测量的扭矩数据不用于控制驱动器的操作。而是，在时期1期间的扭矩数据被忽略或仅仅被 记录。时期I因而被称作"死区"。在一些实施例中，死区在O时刻（例如，螺钉插入过程的开 始，在此时螺钉开始穿入骨骼中）之后延续至少约50ms和/或小于或等于约200ms。在某些实 施例中，死区具有小于或等于约IOOms的持续时间。
[0051] 时期2在时期1完结时出现。在时期2(例如，上述的第二阶段)期间，螺钉处于螺入 基质的过程中，并且可能经历比在时期1期间经历的初始扭矩小的扭矩。在一些变形例中， 时期2的扭矩数据不用于限制扭矩目的，而是被记录或录志。
[0052] 在时期3(例如，近似于上述第=阶段和第四阶段的约前半部分）中，螺钉上的扭矩 可能增大。运是因为，例如，螺钉与板接合，并且开始将板紧固在骨骼上。在一些实施例中， 在螺钉的插入期间，例如在时期3的开始处或附近，达到阔值点(例如，阔值条件）。在一些实 施例中，螺丝刀10响应于达到阔值点致使限制扭矩功能激活。例如，如果在达到该阔值点之 前经历限制扭矩条件，限制扭矩功能不被激活。相比之下，在已经达到该阔值点之后，如果 限制扭矩条件出现，那么限制扭矩功能可W被激活。运可W避免激活限制扭矩功能的错误 的和/或暂时的扭矩值，其可能导致螺丝刀10的过早停止和/或螺钉的不完全插入。在某些 实施方式中，该阔值点可W作为口限，由此仅在施加给螺钉的扭矩达到该阔值点时或之后 才可W进行限制扭矩功能。
[0053] 在一些实施例中，阔值点是扭矩和/或电流的函数。例如，阔值点可W为至少约为 下述值的扭矩值：5N-cm、7N-cm、1 ON-cm、12N-cm、15N-cm、17N-cm、20N-cm、25N-cm、在上述值 之间的值或其它数值。在某些变形例中，阔值点出现在扭矩大于或等于约5N-cm和/或小于 或等于约15N-cm时。在一些实施例中，响应于施加给螺钉的扭矩满足或超过阔值点的扭矩 值，随后能够进行限制扭矩功能。如上所说明的，可W从电机12消耗的电流中确定该扭矩。 在一些实施例中，当电机12消耗的电流为至少约为下述值时满足或超过阔值点：0.2 5 A、 0.50A、0.75A、1A、1.25A、1.5A、1.75A、2A、2.5A、3A、在上述值之间的值或其它数值。在包括 多相电机(例如，=相电机)的某些实施方式中，相的平均总正向电流被用于确定该电流。一 些实施方式在确定电流中使用直接交零变换（direct-qua化a1:ure-ze;ro transformation) 或派克变换（Park'S Transformation)。
[0054] 在一些实施例中，阔值点是时间的函数。例如，在某些变形例中，阔值点在距离0时 刻某一时间量时出现。在一些实施例中，阔值点在距离加寸刻至少约300ms和/或小于或等于 约500ms时出现。在某些变形例中，阔值点在加寸刻之后大于或等于约200ms时出现。
[0055] 继续参照图5，螺丝刀10可W包括减速点（例如，减速条件）。在一些实施例中，螺丝 刀10响应于正在或已经达到的减速点改变其使螺钉旋转的速度。例如，在达到减速点之前， 螺丝刀10可W运行在第一速度(例如，大于或等于约3600巧m)下，并且在达到减速点之后， 螺丝刀10可W运行在第二转速(例如，小于或等于约9(K)rpm)下。在一些实施例中，减速导致 螺钉的完全插入的至少约下述值的延迟:〇. 10秒、0.25秒、0.50秒、0.75秒、1秒、1.5秒、在上 述值之间的值或其它数值。螺丝刀10的某些实施方式可能增大它使螺钉插入所花费的总时 间，例如至少上述时间值。螺丝刀10的其它实施方式不会增大总插入时间。例如，一些变形 例在减速点之前增大插入速度(并减少插入时间）足够的量W抵消减速点之后速度的减小 (和插入时间的增大）。
[0056] 减小螺纹的插入速度(例如，转速)可能是有利的。例如，运可能减小在螺纹的插入 期间扭矩增大的速率。在一些实施例中，减小插入速度改善了在螺钉插入过程期间（例如， 在时期3和/或时期4期间）由螺丝刀10施加给螺钉的扭矩的监测和/或分辨率，例如通过为 处理器22和/或传感器18(例如，电流传感器)提供附加的时间W监测在螺钉上扭矩的量和/ 或确定限制扭矩功能是否应被激活。例如，速度从约3600rpm到约90化pm的减小可能增大时 期3和/或时期4的持续时间约4倍。在一些实施例中，减速导致至少约下述值的被监测的扭 矩的（例如，由传感器18检测的电机的电流消耗的）分辨率增大:2、3、4、5、6、在上述值之间 的值或其它数值。
[0057] 在一些实施方式中，转速的减小可W提供螺纹相对于基质更准确和/或精确的旋 转。例如，电机、传动系和/或螺钉的转速的减小可W减小运些部件的动量。在一些实施例 中，运可W减小错误的可能性，例如由来自该动量的无意的旋转导致的错误。在一些实施例 中，减速导致螺钉的旋转动量被减小至少约下述值：50%、100%、200%、300%、400%、 500%、在上述值之间的值或其它数值。
[0058] 在某些变形例中，螺钉的速度的减小可W为诸如外科医生的用户提供指示。例如， 该减小可W提供已经达到某一量的扭矩的信号、已经达到或将要达到(例如，在小于或等于 约0.75秒的范围内）阔值点的信号、将要达到（例如，在小于或等于约1秒的范围内）限制扭 矩点的信号和/或螺丝刀10将要停止驱动螺钉的信号。在一些实施例中，减速伴有指示，例 如光(例如，LED)、可听见的声音或者其它感官指示。
[0059] 在一些实施例中，减速点是扭矩和 /或电流的函数。例如，减速点可W为至少约为 下述值的扭矩值：5N-cm、7N-cm、1 ON-cm、12N-cm、15N-cm、17N-cm、20N-cm、25N-cm、在上述值 之间的值或其它数值。在某些实施方式中，减速点出现在扭矩大于或等于约5N-cm和/或小 于或等于约15N-cm时。在一些实施例中，响应于在螺钉上的扭矩满足或超过减速点的扭矩 值，螺丝刀10进行减速功能。如前所讨论的，可W从电机12消耗的电流中确定该扭矩。在一 些实施例中，当电机12消耗的电流为至少约为下述值时达到阔值点：0.25A、0.50A、0.75A、 1A、1.25A、1.5A、1.75A、2A、2.5A、3A、在上述值之间的值或其它数值。包括多相电机(例如， =相电机)的某些实施方式在确定电流中使用相的平均总正向电流。某些变形例在确定电 流中使用直接交零变换（direct-qua化a1:ure-ze;rotransfo;rmation)或派克变换（Park's Tr曰nsform曰tion)。
[0060] 在一些实施例中，减速点是时间的函数。例如，在某些变形例中，减速点在距离0时 刻某一时间量时出现。在一些实施例中，减速点在距离加寸刻至少约300ms和/或小于或等于 约500ms时出现。在某些变形例中，减速点在加寸刻之后大于或等于约200ms时出现。
[0061 ]在一些实施例中，阔值点和减速点是相同的点。例如，如图所示，阔值点和减速点 都可W在时期3的开始时出现。在一些实施方式中，其由距离加寸刻的时间量确定，例如至少 约：150ms、200ms、250ms、300ms、350ms、400ms、500ms、在上述值之间的值或其它数值。在其 它实施例中，阔值点和减速点是不同的点。例如，在一些实施例中，减速点出现在阔值点之 前;在其它实施例中，减速点出现在阔值点之后。在一些实施方式中，阔值点和减速点被分 开一个时间量(例如，小于或等于约10 Om S)。在一些实施例中，阔值点和减速点被分开一个 扭矩量(例如，小于或等于约3N-cm)。
[0062]如图所示，时期4(近似于上述的约第四阶段的后半部分和超扭矩阶段)在时期3结 束之后开始，例如大约在扭矩曲线的顶点处。时期4可能包括扭矩的下降（例如，负的扭矩梯 度）。运可能预示着螺钉和/或基质的屈服和/或螺纹磨损即将来临或已经开始。在一些实施 例中，螺丝刀10监测N个连续下降的扭矩值的扭矩数据。例如，在一些实施方式中，N等于2、 3、4、5、6、7或其它数值。在N为4的实施例中，当观测到4个连续下降的扭矩值时满足限制扭 矩条件。在各种实施例中，在已经满足限制扭矩条件并且已经经过阔值点之后，限制扭矩算 法可W指示螺丝刀10停止使螺钉转动。例如，可W减小或消除供给电机12的电力。
[0063] 图6图示限制扭矩的方法和算法的另一个实施例。在该算法中：
[0064] t为W微秒为单位的时间增量；
[0065 ] I为电流义样；
[0066] r为与电流采样成比例的扭矩；
[0067] i为系统采样的时间增量；
[0068] n为阵列长度；
[0069] Q为 dr/dt; W及
[0070] S为计数变量。
[0071] 算法可W包括阵列，例如：
[0072] 惡'、==疫二产1 …尸W
[0073] 如图所示，在第一框601中，可W启动电机12。例如，响应于用户激活输入(例如，按 钮或开关），在螺丝刀10上的控制器20可W指示给电机12供应电力W开始使螺钉转动。在一 些实施例中，电机12在至少第二框602中继续运转。
[0074] 在各种实施例中，扭矩值被采集(例如，观测并记录）。就运一点而言，各种实施例 检测(例如，使用传感器18)被电机12消耗的电流量。该电流消耗数据可被用于确定扭矩量， 因为电机12消耗的电流通常与电机施加给正被螺丝刀10驱动的螺钉的扭矩量成比例。如图 所示，在框603中，在每个时间增量时的扭矩量可被采集并存储在存储器24中。该扭矩和时 间数据可被用于形成从i到n采样增量的阵列或矩阵Qa。在随后的框604中，附加时间增量的 进一步的扭矩值可W被采集，并且该进一步的时间和扭矩数据可被用于形成另一个阵列或 矩阵化。
[0075] 一些实施例包括对比框605,其中Qa和化被比较。在某些实施方式中，如果化大于 Qa,那么算法回到早前的框，例如框602。运可W允许形成并比较附加的Qa和Qb。因此，在一些 实施例中，阵列Qa和化的比较在算法的实施期间在循环中基本上不断地出现。
[0076] 如图所示，如果化不大于Qa,那么可W进行算法的迭代部分。在一些实施例中，其包 括初始化和/或递增计数变量S。例如，对于每个时间，算法确定化不大于Qa,那么算法可W进 行到框606，其中计数变量巧口 1。
[0077] 如图所示，在框607中，计数变量S与可允许的连续下降的扭矩值的预设数量化k较 (例如，2、3、4、5、6或其它数值）。例如，如果计数变量S不大于数量N，那么算法可W返回到早 前的框(例如，框602)。可W在框603-605中形成和比较附加的Qa和化阵列。在返回到框605 后，如果化仍不大于Qa,那么算法进行到框606并且计数变量S再次加1。在各种实施例中，如 果化大于Qa，那么计数变量S被初始化(例如，S = 0)。
[0078] 在某些实施例中，如果计数变量S大于(在一些变形例中大于或等于)N个连续下降 的扭矩值，那么算法进行到框608,其中可W激活限制扭矩功能。例如，控制器20可W发出电 机12应当停止的指示(例如，通过消除或减小供应给电机的电力）。因而，可W控制和/或限 制正被施加给螺钉的扭矩。
[0079] 根据各种实施例，如果少于N个连续下降的扭矩值被观测到，那么电机12继续运 行。运可W减小限制扭矩算法过早地停止螺钉的驱动的可能性。例如，通过不停止电机12 (除非观测到至少N个连续下降的扭矩值），可W避免由于当前信号中的噪声或暂时的扭矩 减小导致的电机的过早停止。
[0080] 在一些实施例中，如果计数变量S大于或等于连续下降的扭矩值的预设的数量N， 那么电机被停止。例如，如果N等于4,那么当计数变量S大于或等于4(例如，四个连续迭代通 过框602-606,其中每次扭矩值都下降）时电机被停止。否则，在一些实施例中，电机继续运 转并驱动螺钉。
[0081 ] 容忍区和峰值确定
[0082] 图7和8图示进一步的限制扭矩的方法和算法。如图所示，某些实施例在扭矩曲线 的顶点之前和之后包括"容忍区"。在容忍区中停止螺钉的旋转可W提供螺钉被固定在骨骼 中的保证(例如，螺钉还没有被螺纹磨损）。
[0083] 如图7所示，容忍区可W包括拐点（例如，斜率变化变为零，从正值变到负值，或者 相反）。在一些实施例中，拐点是二元的，例如扭矩和时间（或者螺钉的转数）。螺丝刀10的某 些实施方式根据已经达到拐点监测和/或发出停止指示。运可W使螺丝刀10在已经达到拐 点附近、时或之后停止电机12。在一些变形例中，在已经达到拐点并且附加的事件已经发生 之后部分地或完全地停止电机12。例如，该事件可W为扭矩量改变(例如，至少约下述值的 扭矩减少:5%、10%、20 %、30%、在上述值之间的值或其它数值）、发生螺钉旋转(例如，至 少约下述值的附加旋转：1/8转、1/4转、1/2转、3/4转、1转、2转、在上述值之间的值或其它数 值），或者其它事件。
[0084] 在一些实施例中，控制器20通过监测若干连续上升的扭矩值和若干连续下降的扭 矩值的扭矩来确定容忍区。例如，控制器20可W确定何时出现Nl (例如，2、3、4、5、6、7等)个 连续上升的值，随后出现N2(例如，2、3、4、5、6、7等)个连续下降的值。运可W显示峰值已经 达到并且应当进行限制扭矩功能。在一些实施例中，一个或多个扭矩值分开连续上升的值 和连续下降的值。例如，可W响应于Nl个连续上升的值可被检测到、随后检测到一个或多个 中间的扭矩值、随后检测到N2个连续下降的值而进行限制扭矩功能。运可W考虑在峰值处 或附近扭矩的轻微变动和/或考虑基本上相等的峰值扭矩值。
[0085] 图8的示例性扭矩顶点的近视图可W进一步看出容忍区。如图所示，容忍区可W包 括正斜率部分(也称作上坡部分）、负斜率部分(也称作下坡部分)或两方面斜率。在一些实 施例中，限制扭矩算法考虑在螺钉插入过程期间的上坡部分和下坡部分。在某些实施例中， 算法的上坡部分有利于或确保螺钉的固定，而算法的下坡部分有利于或确保在扭矩已经达 到顶点之后螺丝刀停止使螺钉转动。
[0086] 某些实施例通过确定在插入操作期间扭矩随时间（A q/ A t)值的变化的变化来确 定上坡。该方法还可W包括测量扭矩数据点的数量乂(2、3、4、5、6或其它值）。该方法可^包 括使螺钉旋转并且监测扭矩值，直到扭矩值达到峰值(例如，顶点）。例如，该峰值可W通过 比较在不同的扭矩采样点（例如，0、1、2、3、4)的A q/ A t值来确定，例如可W表达为：A q (pO)/At、Aq(pl)/At、Aq(p2)/At、Aq(p3)/At、Aq(p4)/A t等。在一些实施例中，该 峰值(例如，当A q/A t的值已经达到其最大值）显示螺钉固定就位并且已经将骨骼板按压 在骨骼上。如果A q/A t值为零或接近零，那么运可能显示螺钉被固定和/或处于或接近峰 值扭矩。照此，在某些实施例中，响应于A q/ A t值为零或接近零，螺钉旋转被停止(例如，通 过停止电机12)。
[0087] 类似地，某些实施例通过确定在插入操作期间扭矩随时间（Aq/At)值的变化的 变化来确定下坡。然而，在使用下坡确定峰值扭矩中，A q/ A t比较寻找数量N的连续点中为 零或轻微下降(例如，小于前一值的约5%)的Aq/At值。
[0088] 超越(超專也，override)功會b
[0089] 螺丝刀10的一些实施例允许用户超越由控制器20确定的扭矩限制。运通过允许用 户超越螺钉的停止而可能是有利的（例如，如果螺钉在坐靠在板上之前发生停止）。在几个 实施例中，螺丝刀10包括超越输入，例如开关、按钮等等。超越输入可W被配置为向控制器 20发送超越信号，其超越控制器的使螺钉 转动的螺丝刀的停止。
[0090] 如上面说明的，超越输入的某些实施例可W促进使螺钉坐靠在板上。有时，当放置 螺钉时，螺钉头部保持骨骼板的"高地位(proud)"(例如，螺钉的头部的底表面与板的顶和/ 或相配的表面保持间隔开）。运可能导致板相对于骨骼的欠固定安装，可能抑制或阻止康复 和/或可能导致病人不适。为了辅助纠正高地位螺钉或处于其它原因，超越输入可W允许用 户使螺钉旋转一增加量，由此进一步驱动螺钉进入骨骼中并且使螺钉更彻底地(或完全彻 底地)坐在板上。在某些实施方式中，超越输入暂时地超越限制扭矩特征并且允许一些或所 有可用的电力进入电机12W执行增量的转动。在各种实施例，超越输入的激活提供螺丝刀 的钻头的至少约下述值的附加的增量的旋转运动:45°、90°、135°、180°、270°、360°、540°、 720°、在上述值之间的值或其它数值。
[0091] 在某些实施例中，每当超越输入被激活（例如，被按下）时可W进行超越功能。例 如，一些实施例允许每次激活超越输入时执行超越和/或不限制允许超越的数量。在某些实 施方式中，仅允许有限数量的超越。例如，一些实施例仅允许一次超越，在此之后附加的超 越输入被忽略。在一些实施例中，超越输入被配置为每次激活超越输入使螺钉旋转预定量 (例如，1转、1/2转、1/4转、在它们之间的值或者其它数值）。
[0092] 根据一些变形例，超越输入的激活允许螺丝刀10超越运行一段时间，而不需要超 越输入的附加的激活。运可W有利于在超越期间其它输入的方便的操作(例如，控制W驱动 螺钉正转或倒转），而无需反复地激活超越输入。例如，超越按钮或其它输入设备可W被按 下或者W其它方式激活，W初始化超越时间段，在该超越时间段期间，可W执行否则将被抑 制或阻止(例如，由于上述的限制扭矩特征）的一个或多个操作。在一些实施例中，超越时间 段可W为至少约:5秒、10秒、30秒、1分钟、2分钟、5分钟、在上述值之间的值或其它数值。
[0093] 可W预期用于激活和/或W其它方式控制超越特征的多种超越输入设备和方法。 例如，在某些实施例中，超越特征通过接合(例如，按压和/或握持)按钮或按钮的组合被激 活。一些变形例包括激活超越特征的专用按钮。超越输入设备的某些实施例包括开关、摇 杆、滑块、距离传感器、触摸屏或者其它设备。各种实施例可W为用户提供反馈(例如，触觉、 视觉和/或听觉的）。
[0094] 几个实施方式包括可被移动到多个位置W提供不同的超越功能的可调节的超越 输入设备。例如，输入设备可W包括具有多个位置的按钮、滑块或开关，每个位置具有不同 的超越功能，例如被允许的不同操作和/或不同的超越时间段。
[00%]在一些实施例中，可调节的超越输入设备包括可在各个位置之间旋转的轮或转 盘。例如，轮或转盘可W具有间隔开旋转距离定位的几个(例如，两个、=个、四个、五个、六 个或更多)位置，例如间隔开至少约45°或至少约90°。螺丝刀10可W被配置为检测转盘或轮 的位置并且被配置为提供螺丝刀的钻头或电机12的增量的旋转，该增量的旋转约等于、小 于或大于转盘或轮的增量的旋转，或者不然与转盘或轮的增量的旋转有关。在某些变形例 中，螺丝刀的钻头的增量的旋转与轮或转盘的旋转成比例。在一些不同的实施例中，在旋转 轮或转盘的同时，用户接收触觉或听觉的反馈，例如明显的"巧化声"或棘爪，例如在每个 90°增量时。
[0096] 某些实施例具有带有多个位置的转盘或轮。例如，轮可W具有=个位置，每个位置 间隔开约90°定位。在一些所述实施例中，当转盘或轮定位在第一位置中时，那么螺丝刀10 将提供第一增量旋转(例如，约90° )。当转盘或轮定位在第二位置中时，那么螺丝刀将提供 第二增量旋转(例如，约180°)。当转盘或轮定位在第=位置中时，那么螺丝刀将提供第=增 量旋转(例如，约270°)。
[0097] 在一些实施例中，超越输入设备控制螺丝刀10的钻头的旋转方向。运可W允许超 越输入设备控制螺钉被驱动正转还是倒转。在某些变形例中，当超越输入设备处于第一位 置时螺丝刀10驱动螺钉正转，并且当超越输入设备处于第二位置时螺丝刀使螺钉反转。在 一些实施方式中，超越输入设备为轮或转盘，并且螺丝刀的钻头的旋转方向与轮或转盘被 驱动旋转的方向相同。
[00側其它特征
[0099] 螺丝刀10的各种实施例具有多种操作特点。例如，一些实施例提供至少约为下述 值的最大转速（在无载荷时）：3,000巧m、4,000rpm、5,000rpm、6,000;rpm、10,000;rpm、在上述 值之间的值或其它数值。如上面说明的，一些实施例在已经达到减速点后减慢了螺钉的旋 转。某些所述实施例具有小于或等于约为下述值的减慢的速度（在无载荷时）：50化pm、 600巧m、700;rpm、800巧m、900rpm、l ,000;rpm、l, 100巧m、l ,200rpm、在上述值之间的值或其它 数值。螺丝刀10的某些实施方式可W提供至少约为下述值的螺钉上的扭矩：25in-〇zs、 30in-〇zs、35in-〇zs、40in-〇zs、45in-〇zs、在上述值之间的值或其它数值。螺丝刀10的一些 实施例可W提供至少约为下述值的螺钉上的扭矩：25N-cm、30N-cm、35N-cm、40N-cm、45N-cm、在上述值之间的值或其它数值。
[0100] 螺丝刀10可W使用各种类型的电机实施。在一些变形例中，电机12由诸如AC或DC 电功率的源的电源供电。在一些实施例中，电机12由诸如电池、电容器或其它电源的机载电 源供电。在一些实施例中，电机12被配置为从外部源接收电力，例如从控制台、壁式插座或 其它外部电源接收电力。在一些实施例中，电机12为无刷DC电机。在一些实施例中，电机12 为=相电动机。电机12可W包括一个或多个霍尔传感器，其可W向控制器20发送信号W使 控制器20确定电机12的转数。在某些变形例中，控制器20根据电机12的转数确定螺钉的转 数。
[0101] -些实施方式被配置为通过关闭（例如，基本上或全部地)供给电机12的电力来停 止螺钉的旋转。某些实施例包括制动器W主动地使电机或部件减速。例如，一些实施方式包 括摩擦或电磁制动器。
[0102] 螺丝刀10的各种实施例包括用户可W进行指示螺丝刀IOW使螺钉沿正向转动的 正向输入，例如沿使螺钉插入骨骼中的方向。例如，正向输入可W为开关、按钮、转盘、扳机、 滑块、触摸板等等。某些实施例具有多个输入元件，例如快进开关(例如，在无载荷情况下电 机将W约4100RPM的速度旋转)和慢进开关(例如，在无载荷情况下电机将W500RPM的速度 旋转）。一些实施方式具有反向输入，其可W指示螺丝刀IOW使螺钉沿反向转动，例如沿使 螺钉从骨骼中移除的方向。反向输入可W与正向输入类似，例如上述的选项。在一些实施例 中，进行反向输入导致电机在无载荷的情况下W约500RPM的速度旋转。在某些实施方式中， 螺钉的最终旋转速度为约500RPM。在一些实施例中，正向输入和超越输入为相同的部件。
[0103] 在各种实施例中，螺丝刀10包括被配置为调节扭矩数据的部件，例如通过过滤扭 矩数据、降低来自传感器18(例如，电机电流传感器)的信号中的噪声或其它方式。例如，螺 丝刀10可W包括一个或多个低通滤波器。过滤器可W W硬件和/或软件的形式实施。例如， 在一些实施例中，过滤器包括电阻电容电路。某些实施例包括被配置为滤掉扭矩数据的某 些频率和/或等级的软件过滤器。在各种实施例中，过滤部件可W有利于产生更平滑的扭矩 曲线。在一些变形例中，过滤部件可W减少可能另外地由噪声和/或异常值测量导致的限制 扭矩功能中的错误。
[0104]
[0105] 在某些实施例、实例和变形例的各个方面的背景下已经公开了各种限制扭矩的螺 丝刀系统和方法。然而，本公开延伸超过具体公开的实施例、实例和变形例到本发明的其它 替代的实施例和/或用途W及其明显的修改例和等同例。此外，虽然已经详细示出并描述了 螺丝刀的若干变形例，但是基于本公开，在本公开的范围内的其它修改将对本领域技术人 员来说是显而易见的。
[0106] 在分开的实施方式中已被描述的某些特征也可W在单独的实施方式中组合实施。 相反，在单独的实施方式中被描述的各个特征也可W分开地或W任何合适的子组合的方式 在多个实施方式中实施。而且，虽然特征在上面可能被描述为W某种组合的方式起作用，然 而在一些实例中，来自声称的组合中的一个或多个特征可W从该组合中切离，并且该组合 可W被声称为任意子组合或者任意子组合的变形。
[0107] 在本公开的一个实施例、流程图或实例中公开或图示的任何步骤、过程、结构和/ 或设备的任何部分可W与在不同的实施例、流程图或实例中公开或图示的任何步骤、过程、 结构和/或设备的任何其它部分组合或使用(或者替代之）。本文描述的实施例和实例并不 意在是彼此离散的和分开的。所公开的特征的组合、变形和其它实施方式在本公开的范围 之内。
[0108] 可W调节或修改任何步骤和框。可W使用其它或附加的步骤。本文描述的步骤或 框中没有一个是必要的或不可缺少的。而且，虽然操作可能W特定的顺序图示在附图中或 描述在说明书中，但是所述操作不必W该示出的特定的顺序或W相继的顺序执行，并且不 必执行该所有的操作，W获得期望的结果。没有图示或描述的其它操作可W结合入该示例 性的方法和过程中。例如，可W在任何描述的操作之前、之后、同时或之间执行一个或多个 附加的操作。此外，在其它实施方式中可W重新排列或重新排序所述操作。而且，在上述实 施方式中的各个系统的部件的分离不应理解为在所有实施方式中都需要该分离，而是应当 被理解为所描述的部件和系统通常可W-起集成在单独的产品中或者包装成多个产品。
[0109] -些设备、系统、实施例和过程使用可W包括处理器和存储器的控制器。上述的每 个程序、过程、方法和算法可W具体化为代码模块、并且完全地或部分地由代码模块自动 化，所述代码模块由一个或多个计算机、计算机处理器或者被配置为执行计算机指令的机 器执行。代码模块可W被存储在任何类型的永久的计算机可读存储介质或有形的计算机存 储设备(例如硬盘驱动器、固态存储器、闪存、光盘和/或类似物)上。过程和算法可W在专用 电路中部分或全部地实施。所公开的过程和过程步骤的结 果可W永久地或W其它方式存储 在任何类型的永久计算机存储器中，例如易失或非易失的存储器。
[0110] 本文所使用的条件语言，例如"能够"、"能"、"可、"可"、"例如"等等，除非另有 具体声明，或者在所使用的语境中另外理解的，通常意在传达某些实施例包括而其它实施 例不包括某些特征、元素和/或步骤。因而，运些条件语言通常并不意在隐含所述特征、元素 和/或步骤W任何方式为一个或多个实施例所需，或者隐含一个或多个实施例必定包括用 于决定的逻辑，具有或不具有作者的输入或提示，无论运些特征、元素和/或步骤是否包含 在任何特定的实施例中或者是否将在任何特定的实施例中执行。
[0111] 连接语言，例如用语^、Y和Z中的至少一个"，除非另有具体声明，否则将在所使用 的语境中被理解为通常传达项目、术语等可W为X、Y或Z。因而，运种连接语言通常不意在暗 示某些实施例需要至少一个X、至少一个Y和至少一个Z每个都出现。
[0112] 术语"包括"、"包含"、"具有"等等是同义的并且W开放式的方式包含地使用，并且 不排除附加的元素、特征、作用、操作等等。此外，术语"或者"W其包含意义(而不是其排他 意义)被使用，使得例如当使用时连接一列元素，术语"或者"意味着在所述列中的一个、一 些或所有元素。术语"和/或"意味着"和"应用于一些实施例并且"或"应用于一些实施例。因 而，A、B和/或C等价于写在一个句子中的A、B和C和写在另一个句子中的A、B或C。术语"和/ 或"被用于避免不必要的冗余。
[0113] 本文所使用的术语"大约"、"约"和"基本上"表示仍然执行期望的功能或达到期望 的结果的接近于所声明的量的的量。例如，在一些实施例中，正如上下文可W指示的，术语 "大约"、"约"和"基本上"可W指在所声明的量的小于或等于10%范围内的量。本文所使用 的术语"大致"表示主要包括或趋于特定的值、量或特点的值、量或特点。作为一个实例，在 某些实施例中，正如上下文可W指示的，术语"大致平行"可W指偏离精确平行小于或等于 20度的范围。
[0114] 本文所使用的与圆形有关的术语，例如直径或半径，应当理解为不需要完美的圆 形结构，而是应当被应用于具有可W从一侧到另一侧测量的截面区域的任何合适的结构。 与形状有关的术语，例如"圆形"或"圆柱形"或"半圆形"或"半圆柱形"或者任何相关或相似 的术语，不需要严格地吻合圆或圆柱或其它结构的数学定义，而是可W包含合理接近的近 似的结构。同样地，由词"大致"（例如，"大致圆柱形"）所修改的形状可W包括所声明形状合 理接近的近似。
[0115] 已经结合所附的附图描述了一些实施例。附图是成比例绘制的，但是所述比例不 应是限制性的，因为所示出的尺寸和比例之外的尺寸和比例是可预期的并且在本公开的范 围内。距离、角度等等仅仅是说明性的，并且不必将精确关系限定为所图示的装置的实际尺 寸和布局。可W添加、移除和/或重新排列部件。此外，运里结合各种实施例公开的任何特定 的特征、方面、方法、性质、特定、质量、属性、元素或者类似物可W被用于本文提出的所有其 它实施例。附加地，将认识到可W使用适于执行所叙述的步骤的任何设备实践本文描述的 任何方法。
[0116] 上述各个特征和过程可W独立于彼此使用，或者可W W各种方式组合。所有可能 的组合和子组合意在落入本公开的范围内。此外，在一些实施方式中可W省略某些方法、事 件、情形或过程框。本文描述的方法和过程也不限于任何特定的顺序，并且可W W其它适合 的顺序执行与此相关的框或情形。例如，可WW具体公开的顺序之外的顺序执行所描述的 任务或事件。多个步骤可W组合在单独的框或情形中。可W串行、并行或W-些其它方式执 行该示例性的任务或事件。任务或事件可W添加到所公开的示例性的实施例中或者从中移 除。本文所描述的示例性的系统和组件可W与所描述的不同地配置。例如，元素可W添加到 所公开的示例性的实施例中、从所公开的示例性的实施例中移除或者相比所公开的示例性 的实施例重新排列。
[0117] 总之，已经公开了限制扭矩的螺丝刀系统和方法的各种实施例和实例。虽然本公 开已经处于运些实施例和实例的背景下，但是本公开延伸超过具体公开的实施例到其它替 代的实施例和/或实施例的其它用途W及其修改例和等同例。而且，本公开明确预期所公开 的实施例的各个特征和方面可W彼此组合或彼此替代。因此，本公开的范围不应被特定的 公开的上述实施例限定，而应仅由所附的权利要求书的合理理解确定。
【主权项】
1. 一种外科的限制扭矩的螺丝刀，包括： 壳体； 电机，所述电机定位在壳体中并且被配置为从电源接收电功率； 驱动头，所述驱动头定位在螺丝刀的远端，所述驱动头被配置为接收接合螺钉的钻头 并且被电机驱动旋转，以便能使螺丝刀驱动螺钉进入骨骼； 电流传感器，所述电流传感器采样在电机的运行期间电机消耗的电流； 控制器，所述控制器在驱动螺钉进入骨骼期间： 接收来自电流传感器的代表电机消耗的电流的信号； 使用所述信号确定多个驱动扭矩值，所述多个驱动扭矩值中的每一个驱动扭矩值代表 在对应的时间段t期间螺丝刀施加给螺钉的扭矩的量； 将所述多个驱动扭矩值中的至少三个最近的驱动扭矩值存储在存储器中； 将在死区之后出现的驱动扭矩值中的每一个驱动扭矩值与阈值扭矩值进行比较； 阻止限制扭矩功能的进行，直到在死区之后出现的驱动扭矩值中的至少一个驱动扭矩 值大于或等于阈值扭矩值； 响应于在死区之后出现的驱动扭矩值中的至少一个驱动扭矩值大于或等于阈值扭矩 值，允许限制扭矩功能的进行； 响应于在死区之后出现的驱动扭矩值中的至少一个驱动扭矩值大于或等于阈值扭矩 值，减小螺丝刀驱动螺钉的转速；以及 响应于确定出如下事件进行限制扭矩功能： 限制扭矩功能的进行被允许;并且 在死区之后出现的驱动扭矩值中的至少三个驱动扭矩值连续地下降； 其中限制扭矩功能停止由螺丝刀执行的螺钉的驱动。2. 根据权利要求1所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，还包括超越输入，所述超越输入向 控制器发送信号，所述超越输入能使用户超越限制扭矩功能。3.根据权利要求2所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中超越输入的激活使螺钉旋转 一定的量。4.根据权利要求3所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中所述一定的量约为1/4转。5.根据权利要求2所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中超越输入的激活停止限制扭 矩功能一段时间。6. 根据权利要求5所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中该一段时间小于1分钟。7.根据权利要求2所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中超越输入包括按钮。8. 根据权利要求1所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中死区为时间量。9.根据权利要求8所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中死区为至少50ms。10. 根据权利要求1所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中死区为螺钉的旋转量。11. 根据权利要求9所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中死区为至少5转。12.根据权利要求1所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中时间段t约为10ms。13.根据权利要求1所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中转速被减小到小于或等于 900rpm〇14.根据权利要求1所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中转速被减小到约1/4。15. 根据权利要求1所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，其中阈值扭矩值为至少15N-cm。16. 根据权利要求1所述的外科的限制扭矩的螺丝刀，还包括所述电源，并且其中所述 电源包括在壳体中的电池。17. -种限制扭矩的螺丝刀，包括： 壳体； 电机，所述电机定位在壳体中并且被配置为从电源接收电功率； 驱动头，所述驱动头定位在螺丝刀的远端并且被配置为接收接合螺钉的钻头； 传输组件，所述传输组件连接电机和驱动头，使得驱动头能够被电机驱动旋转以便能 使螺丝刀将螺钉插入骨骼中； 传感器，所述传感器检测在电机的运行期间电机消耗的电流； 控制器，所述控制器接收来自传感器的代表电机消耗的电流的信号并且使用所述信号 确定在螺钉的插入期间施加给螺钉的扭矩的多个值； 响应于限制扭矩条件被满足，螺丝刀停止螺钉的旋转;并且 螺丝刀使螺钉在螺钉插入的第一阶段期间以第一速度旋转并且在螺钉插入的第二阶 段期间以第二速度旋转，第二阶段在第一阶段之后并且第二速度比第一阶段的速度的一半 小，由此增大螺丝刀将螺钉插入骨骼中的插入时间并且减小在第二阶段期间螺钉的角动 量。18. 根据权利要求17所述的限制扭矩的螺丝刀，其中当控制器确定出所述多个值中的 至少四个值连续地下降时满足所述限制扭矩条件。19. 根据权利要求17所述的限制扭矩的螺丝刀，其中当死区已经期满并且控制器已经 检测到所述多个值中的拐点时满足所述限制扭矩条件。20. 根据权利要求17所述的限制扭矩的螺丝刀，其中所述第一速度大于或等于 3600rpm，并且所述第二速度小于或等于900rpm。21. 根据权利要求17所述的限制扭矩的螺丝刀，其中当在死区之后出现的扭矩值中的 至少一个扭矩值大于或等于阈值扭矩值时，螺丝刀从第一阶段变为第二阶段。22. 根据权利要求17所述的限制扭矩的螺丝刀，其中在一段时间过后螺丝刀从第一阶 段变为第二阶段，所述一段时间在螺钉被螺丝刀驱动初始插入骨骼时开始。23. 根据权利要求22所述的限制扭矩的螺丝刀，其中所述一段时间为至少150ms。
【专利摘要】公开了各种限制扭矩的螺丝刀、系统和方法。螺丝刀可以包括支撑电机的主体，所述电机被配置为使与螺丝刀接合的螺钉旋转。螺丝刀可以包括控制器，所述控制器被配置为实施限制扭矩功能，例如通过监测施加给螺钉的扭矩的量和在满足某些限制扭矩标准时减小或停止螺钉的旋转。一些实施例包括阈值点，限制扭矩功能可以在该阈值点之后进行。一些实施例包括减速点，螺钉的转速在该减速点之后被减小。
【IPC分类】A61B17/56, A61B17/16, A61C1/08
【公开号】CN105491965
【申请号】CN201480040999
【发明人】理查德·库斯特, 约翰·约瑟夫·德罗西耶, 弗朗西斯·詹姆斯·斯坦梅茨, 马东, 西达尔特·德赛
【申请人】普罗德克斯有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年7月16日
【公告号】EP3021767A1, US9265551, US20150025538, WO2015009850A1
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