CN118632666A - 具有自动停止功能的颅骨钻及相关系统和方法 - Google Patents

Abstract

本技术涉及外科手术钻孔设备及相关系统和方法。在一些实施方案中，外科手术钻孔设备包括钻头和钻机马达。在操作期间，钻头和钻机马达可以生成一个或多个参数。所述参数可以对应于钻头的钻孔行为，例如，对应于组织的类型或钻头穿透深度，使得所述参数可以用于创建自动停止阈值。在一些实施方案中，外科手术钻孔设备可以被配置为测量所述参数中的一者或多者，并基于测量的参数与自动停止阈值的比较来使钻机马达自动停止。

Description

具有自动停止功能的颅骨钻及相关系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求在2021年9月7日提交的美国临时专利申请U.S.63/241424的优先权，本临时专利申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本技术总体上涉及医疗设备，并且具体地涉及包括自动停止机构的外科手术设备和颅骨钻孔系统。

背景技术

颅骨钻用于各种神经外科手术，包括治疗头部创伤、中风或动脉瘤、脑积水所需的外科手术，以及活检、减压和插入治疗或诊断设备所需的外科手术。在许多情况下，必须尽可能快地获得紧急颅骨通路以避免患者死亡或永久性伤害。颅骨钻可以在医院或诊所以及野战医院、紧急护理中心或救护车的手术室内部和外部使用。

当今使用的许多颅骨钻都是手动操作的，其中能量由外科医生转动机械曲柄或类似机构提供。一种这样的设备的一个示例是由新泽西州普林斯顿Integra Life Sciences制造的Integra Cranial Access Kit。使用此类手动设备进行钻孔需要外科医生的手在向钻头提供法向力并且向钻头曲柄提供旋转力以穿透颅骨两个方面提供大量能量。除了是相对缓慢的过程之外，这种手动钻孔还可能由于疲劳而导致孔方向不精确。此外，为了避免受试者的颅骨组织(例如，脑膜、实质或其他内部组织)受到损伤，外科医生必须在钻头穿透颅骨的瞬间停止施加法向力和扭转力。通常，外科医生必须在紧急环钻或其他颅骨通路手术中由于缓慢和/或轻轻钻孔而损失宝贵时间与在颅骨穿透时由于快速和/或强力钻孔而造成穿刺损伤的风险之间进行选择。

附图说明

参考以下附图可以更好地理解本技术的许多方面。附图中的部件并不一定按比例绘制。相反，重点放在清楚地示出本技术的原理上。此外，部件在某些视图中可以被示出为透明的，这仅是为了清楚地示出，而不是指示该部件必须是透明的。也可以示意性地示出部件。

图1是根据本技术的实施方案配置的机动化颅骨钻孔系统的示意图。

图2A至图2C是根据本技术的实施方案的钻头的透视图、侧视图和横截面侧视图。

图3A至图3C是根据本技术的实施方案的图2A至2C的钻头在钻孔过程的各个阶段的侧视图。

图4A至4C分别是根据本技术的实施方案的在钻孔过程期间电流、电流的一阶导数和电流的二阶导数的线图。

图5A示出了根据本技术的实施方案的在施加恒定法向力的情况下在颅骨穿透之前、期间和之后的各种钻机参数的瞬态行为。

图5B示出了根据本技术的实施方案的在利用恒定电压进行人类尸体环钻期间电流与时间的曲线图。

图6A是根据本技术的实施方案的具有细长切割表面的钻头的侧视图。

图6B是根据本技术的实施方案的使用恒压钻和图3A的钻头进行环钻期间电流与时间的曲线图。

图7示出了根据本技术的实施方案的在改变法向力以实现恒定进给速率的情况下在穿透颅骨之前、期间和之后图2A的钻机参数的瞬态行为。

图8是根据本技术的实施方案的具有钻机引导器的机动化颅骨钻孔系统的示意图。

图9是根据本技术的实施方案的具有钻机引导器和线性致动机构的机动化颅骨钻孔系统的示意图。

图10至图13是各自根据本技术的实施方案配置的附加的颅骨钻孔系统的示意图。

图14是示出本技术的一些实施方案可以在其上操作的设备的概览的框图。

图15是示出本技术的一些实施方案可以在其中操作的环境的概览的框图。

具体实施方式

本技术涉及用于颅骨钻的自动停止机构。这些包括用于触发自动停止的各种机构，包括机械离合器、压力传感器、扭矩传感器、速度传感器和马达电流传感器。一般而言，根据本技术的实施方案的钻孔系统可以包括感测元件，所述感测元件被配置为感测一个或多个参数，所述一个或多个参数在或接近穿透进入和/或穿过钻孔表面(诸如患者的颅骨)时提供可重复的、清晰可识别的信号。所述信号可以快速触发自动停止机构，所述自动停止机构被配置为在或接近钻头穿透颅骨的时刻使钻机马达停止或使钻头缩回。在一些实施方案中，感测元件、马达和/或钻头可以被设计或优化以产生或增强传感器信号的可重复性和/或可识别性。在至少一些实施方案中，例如，钻孔系统可以包括具有细长切割表面的锥形钻头，并且在操作中，钻孔系统的一个或多个参数可以具有与由锥形钻头与患者颅骨之间的相互作用引起的钻孔系统的行为相对应的唯一的(例如，可重复的、可识别的等)特征。该特征可以用于开发用于使钻机马达自动停止的一个或多个触发因素或阈值。

现有设备的许多自动停止机构是基于例如患者颅骨的厚度来手动调整的，并且可能涉及外科医生通过测量钻头上的与患者颅骨厚度相对应的长度来设置自动停止机构。在一些情况下，外科医生可以基于例如CT扫描结果来估计患者颅骨厚度。然而，因为人类颅骨厚度可能因年龄、性别和种族而变化，所以发明人发现可能难以准确地估计给定患者的颅骨厚度。此外，CT扫描机并不总是在需要时可供外科医生使用，并且获得CT扫描结果可能需要太多时间。目前的手术室或床边设备(其依赖于手动调整的钻头自动停止机构，诸如新泽西州普林斯顿Integra LifeSciences公司制造的Integra Cranial Access Kit、德克萨斯州休斯敦Phasor Health公司制造的Phasor、巴西Micromar公司制造的EasyDrill等)可能在不适当的时间触发，或者可能无法在颅骨穿透时正确触发，这是因为这些自动停止机构的设计通常缺乏可重复、可靠的触发事件。

与这些和其他钻孔系统相比，根据本技术的实施方案配置的钻孔系统预计会以更准确的方式触发，并且避免在颅骨被穿透之前触发(误报)和/或在颅骨已被穿透之后未能触发(漏报)。因此，与其他钻孔系统相比，根据本技术的实施方案的钻孔系统可以具有提高的可靠性。一些钻孔系统包括此类传感器，并且被配置为在预设阈值时触发自动停止。然而，发明人已经确定，在环钻和/或其他颅骨通路手术期间发生的许多情况可能导致这些感测到的参数超过预设阈值，由此导致不正确的触发。例如，如果用户在颅骨穿透之前手动减小钻机上的法向力，则这可以减小尖端压力、马达电流和/或尖端扭矩，并且增大钻机转速。发明人确定，感测到的信号的这些变化中的任一者都可能超过传感器阈值并导致在尖端完全穿透颅骨之前自动停止。在其他情况下，发明人已经确定，如果用户在穿透颅骨的时刻手动改变法向力的角度，则钻机尖端上的机械负载可能会增加并导致传感器系统无法触发自动停止。

在下文呈现的描述中使用的术语意图按照其最广泛的合理方式来解释，即使所述术语是与本技术的某些具体实施方案的详细描述结合使用也是如此。下文甚至可能强调了某些术语；然而，意图以任何限制方式解释的任何术语将同样会在本具体实施方式部分中进行明显而具体地定义。另外，本技术可以包括在示例范围内但是未关于图1至图15进行详细描述的其他实施方案。

贯穿本说明书对“一个实施方案”、或“实施方案”的提及意味着结合实施方案描述的特定特征、结构或特性包括在本技术的至少一个实施方案中。因此，短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”在本说明书各处出现未必都是指同一个实施方案。此外，特定特征或特性可在一或多个实施方案中以任何合适方式组合。

贯穿本说明书对相对术语(诸如，例如“大致上”、“大约”、“基本上”和“约”)的提及在本文中使用来表示所述值加上或减去10％。

尽管本文的某些实施方案是在对颅骨执行的外科手术的背景下进行描述的，但是这并不意图进行限制，并且本领域的普通技术人员将理解，本技术可以同样地应用于对其他身体部位(例如，脊柱、臀部、肩部或其他骨科治疗部位)执行的外科手术。在至少一些实施方案中，例如，本技术可以包括用于脊椎钻、骨科钻、正牙钻、骨钻和/或任何其他合适的医用钻或组织穿透设备的自动停止机构。另外，尽管参考脑积水的治疗讨论了一些实施方案，但是本技术可以易于适用于治疗其他适应症，诸如硬膜下血肿、癫痫、颅内出血、中风、创伤性脑损伤、神经系统癌症、脑肿瘤、脊柱融合术、椎体成形术、椎体后凸成形术、髋关节置换术、肩关节成形术、旋转袖肌修复术、SLAP修复术、肱骨骨折外科手术、膝关节置换术和/或任何其他合适的骨科适应症。此外，尽管某些实施方案是根据诸如用于放置EVD的环钻手术来描述的，但是本技术也可以用于其他手术，诸如分流器置入术、开颅手术、深部脑刺激、深部脑电极置入术、微创置管后溶栓(MISTIE)、急性缺血性脑损伤低温治疗(COOLAID)、Ommaya囊置入术、激光热消融治疗、腰椎穿刺、脊椎穿刺或脑机接口。

图1示出了根据本技术的实施方案配置的机动化颅骨钻孔系统100(“钻机100”)的示意图。钻机100可以包括壳体102，所述壳体可以容纳内部电子器件104、马达106(例如，钻机马达、旋转马达等)和钻头108。在一些实施方案中，钻机100可以包括一个或多个感测元件110。尽管感测元件110在图1中被示出为设位于壳体102的外部，但是在其他实施方案中，感测元件110中的一者或多者可以至少部分地设位于壳体102的内部或者设位于钻机100上的任何其他合适的位置处和/或至少部分地在钻机内。如下文更详细讨论的，感测元件110中的每一者可以被配置为感测与钻机100和/或其操作相关联的一个或多个参数(“钻机参数”)。感测元件110中的各个感测元件可以可操作地耦接到电子器件104，并且电子器件104可以可操作地耦接到马达106。因此，至少部分地基于由感测元件110感测到的一个或多个参数，电子器件104可以使马达106将钻头108停止(例如，自动地停止或“自动停止”)和/或将钻头108缩回。例如，电子器件104可以被配置为一旦钻头108已经穿透或接近穿透患者的颅骨S就使钻头108停止。在或接近颅骨穿透时将钻头108自动停止预计会减少或防止对患者的颅骨组织造成损伤。在操作中，钻机100可以由操作者(例如，操作者的手)握持和/或引导以执行环钻术，其中马达106由电子器件104控制并且被配置为至少部分地基于感测元件110而启动和停止。

图2A和图2B分别是根据本技术的实施方案的图1的钻头108的透视图和侧视图。图2C是图2B的区域2C的横截面视图。同时参考图2A至2C，钻头108可以包括一个或多个切割表面212。在所示实施方案中，切割表面212包括切割尖端214和切割侧壁216。切割尖端214可以限定钻头108的最远尖端或末端。切割侧壁216(“侧壁216”)可从切割尖端214向近侧延伸并径向向外延伸以相对于钻头108的纵向轴线L限定角度或锥度T(在图2C中标记)。在所示实施方案中，锥度T为5度。在其他实施方案中，锥度T可以在约0度至约15度之间，诸如至少1度、2度、3度、4度、10度或它们之间的任何其他合适的角度。在另外的实施方案中，锥度T可以是高达90度的任何合适的角度。在这些和其他实施方案中，锥度T的形状可对应于或不同于钻头108的横截面形状。在所示实施方案中，例如，钻头108具有圆形横截面形状并且锥度T具有对应的圆锥形形状。然而，在其他实施方案中，锥度T可以具有其他合适的形状。

再次参考图2A和图2B，钻头108可以包括一个或多个凹槽218。凹槽218中的各个凹槽可以为线性形状和/或从切割尖端214向近侧延伸，例如在至少大致平行于纵向轴线L的方向上延伸。例如，在至少一些实施方案中，凹槽218不是螺旋形和/或不围绕纵向轴线L的一部分径向延伸。在钻孔手术期间，诸如如果凹槽218中的一者或多者卡在颅骨S上(图1)，则凹槽218的线性形状预计会抑制或防止钻头108的无意移动。例如，与螺旋形凹槽(当钻头卡在钻孔基底上时，螺旋形凹槽可能导致钻头无意地前进并且可能对患者的颅骨组织造成伤害)相比，如果在钻孔期间，凹槽218中的一者或多者卡在颅骨S上(图1)，则凹槽218的线性形状预计会使钻头108前进。

图3A至图3C是根据本技术的实施方案的钻头108在钻孔过程的各个阶段301a-c的侧视图。更具体地，图3A示出了处于钻孔过程的第一或预穿透阶段301a的钻头108，其中钻头108已经开始切入颅骨S，图3B示出了处于第二或部分穿透阶段301b的钻头108，其中钻头108的至少一部分(例如，切割尖端214)开始穿透颅骨S，并且图3C示出了处于第三或完全穿透阶段301c的钻头108，其中钻头108的至少一部分已穿透颅骨S。

在钻孔手术期间，钻头108的切割表面212被配置为引起或引发钻机100(图1)被配置为使钻孔停止的参数。因此，在阶段301a-c中的一者或多者期间，可以(例如，通过钻机100和/或感测元件110，图1)测量钻机参数中的一者或多者以监测钻头108的穿透/钻孔深度和/或确定钻头108何时停止。例如，在钻孔过程期间由马达106消耗的用于驱动钻头108的电流可以被测量并用于确定钻头108何时停止。图4A至图4C中示出了一个这样的示例，这些图分别是在参考图3A至图3C描述的阶段301a-c中的每一者之前、期间和之后的电流、电流的一阶导数和电流的二阶导数的线图。在图4A至图4C中，数据已经过低通滤波，并且已使用逐点减法方法确定一阶导数和二阶导数中的每一者(例如，以计算两个时间点之间的电流变化)。在其他实施方案中，数据可以是未经滤波的或使用另一种合适的技术来滤波的，和/或可以使用另一种合适的技术来确定一阶导数和二阶导数中的一者或两者。

同时参考图3A至图4C，由马达106消耗的电流的量预计会至少部分地基于钻头108的穿透/钻孔深度而变化。所消耗的电流的量的变化(诸如一阶导数(图4B)或二阶导数(图4C)的曲线图中所示的变化)可以用于确定钻头108何时停止。例如，随着诸如在第一阶段301a和/或第二阶段301b期间切割尖端214进一步前进到和/或穿过颅骨S，侧壁216与颅骨S之间的接触可能会增加，这可能导致钻头108的旋转阻力相应地增大，并且作为响应，导致钻机马达106消耗增加量的电流。例如，这在图4A至图4C中示出为第一阶段301a与第三阶段301c之间的电流增加。在第三阶段301c处，钻机100可以被配置为诸如通过切断马达106的电力和/或反转马达106的电力以使钻头108沿相反方向旋转来抑制或防止钻头108进一步旋转。参考图4C，例如，当电流的二阶导数达到或超过与第三阶段301c中钻头108穿透颅骨S相关联的停止阈值ST时，钻机100可以被配置为停止向马达106提供电流以抑制或防止钻头108进一步旋转。

与停止阈值ST相关联的电流的变化可以至少部分地基于阶段301a-c中的一个或多个阶段之前、期间和/或之后对钻头108的移动和/或旋转的阻力的变化。例如，当切割尖端214最初在第二阶段301b处刺穿颅骨S时，钻头108与颅骨S之间的接触的变化可导致相应地改变(例如，减小)对钻头108移动穿过颅骨S的阻力，这至少是因为切割尖端214不再与颅骨S接触。然而，即使在切割尖端214穿透颅骨S之后，侧壁216的锥形形状也可导致机械干扰颅骨S以抑制或防止钻头108进一步插入穿过颅骨S。如下文参考图5A进一步详细描述的，钻头108的移动/旋转的阻力的变化(例如，减小)可改变钻机马达的操作并引起相应地改变(例如，增大)由马达消耗的电流。电流的这种变化可以对应于由马达消耗的电流的正加速度。消耗的电流可以继续增大(例如，加速)直到第三阶段301，此时电流的二阶导数可以等于或超过停止阈值ST并且钻机的操作可以终止。

图5A描绘了根据本技术的实施方案的可以在钻孔过程期间测量的若干钻机参数。图5A还包括基于发明人对骨中钻孔以及被配置为在钻孔时施加大致恒定的法向力F_N的钻头的自动停止功能性的研究的线图。图5A的线图示出了若干参数随时间(包括在阶段301a-c处内)变化的特性趋势。在所示实施方案中，钻机参数包括：

●法向力F_N：钻头508上沿钻头的纵向或旋转轴线的方向的线性力，其大致上或基本上垂直于颅骨表面。

●进给速率FR：钻头508沿法向力F_N的方向前进到颅骨S中的线速度。

●切割表面接触CSC：钻头的切割或钻孔表面512与颅骨S之间的接触的总长度。钻头的切割表面512可以包括切割尖端514，诸如图5A中由虚线标记的表面。

●扭矩阻力RTT：颅骨S对由旋转马达产生的扭矩的机械反作用力。它经由钻头508的切割表面512和钻头的轴从颅骨耦接到马达。

●马达扭矩MT：由马达106提供的机械扭矩。

●马达电流MC：马达106在恒定马达电压MV下消耗的电流。尽管图4示出了DC马达的电流特性，但是相同的一般形状也适用于AC马达的总RMS电流。

在图1中所示的钻机100中，操作者可以例如通过将钻头108压抵或压向受试者的颅骨S来手动提供法向力F_N。在图5A中，法向力F_N在阶段301a-c中的每一者之前、期间和之后保持恒定。然而，可以理解，实际上，操作者(例如，外科医生)可以在第三阶段301c中穿透之后将法向力F_N手动减小到零，例如，以避免伤害患者。因此，所示情况仅意图示出本技术的各方面并且不应被解释为限制或要求。

在第一阶段301a与第二阶段301b之间，如果法向力F_N、颅骨扭矩阻力RTT和马达电压MV保持恒定，则进给速率FR预计会保持恒定。然而，一旦钻头508诸如在第二阶段301b处接近或开始穿透颅骨S，切割表面接触CSC预计会减小，这是由于切割表面512的至少第一部分(例如，切割尖端514)与颅骨S的接触减少和/或不再接触。钻头切割表面512预计会继续在单位时间内切穿相同体积的颅骨材料。只要法向力F_N保持恒定，保持切割体积恒定就可以包括增大进给速率FR。如图4中所见，切割表面接触CSC的减小可以对应于或符合进给速率FR增加(例如，渐近增加)直到第三阶段301c。在第三阶段301c期间，如果法向力F_N不减小，则进给速率FR变为无穷大。由于切割表面接触CSC长度减小，但是总骨量切割保持不变，因此马达预计会在钻头的每次切割旋转时执行更多功，因此经历扭矩阻力RTT增加。钻机电子器件可以被配置为通过消耗更多马达电流MC来维持恒定的马达电压MV来响应扭矩阻力RTT的上升，如图5A中马达电流的增加所示。

从功(物理学)角度来看，在第一阶段301a与第二阶段301b之间，切割表面512上的点在马达旋转扭矩和法向力F_N的驱动下以大致上螺旋形或圆形路径向下行进。在第二阶段301b处，减小的切割表面接触CSC预计会产生钻头的总旋转摩擦阻力的相应减小。马达和法向力F_N可以继续在马达每一转/转一圈时执行相同的功，因此切割表面512预计会每次旋转移动增加的线性距离，例如以维持钻孔系统的能量平衡。因此，当钻头处于或接近初始穿透阶段301b时，切割表面512每转行进的总距离预计会增加，这预计会产生由马达消耗的输入能量(例如，马达电流MC)的量的相应增加。马达可以被配置为补偿附加能量。一般而言，马达被配置为引起钻头508的旋转移动，并且因为钻头508具有固定周长，所以钻头508行进的旋转距离不会响应于由马达消耗的能量增加而改变。因此，为了增加其功输入，马达可以被配置为增大马达扭矩MT，如图5A中通过在第二阶段301b中的初始穿透时和/或之后增大马达扭矩T所示。换句话说，切割表面接触CSC的减小可以减小法向力F_N引起的功输入，并且钻机可以被配置为通过增大马达在旋转方向上的功输入来进行补偿。当马达电压MV通过电子器件保持恒定时，马达每一转产生的功输入的增加可导致输入电流增加，如例如图4中的马达电流MC的增加所示。一旦在第三阶段301c中发生完全穿透颅骨，切割表面接触CSC就可以减小(例如，减小到零)，导致扭矩阻力RTT(其已经随着进给速率FR的上升和切割表面接触CSC的减小而增加)也减小到零。钻机电子器件区段中的恒压调节器可以被配置为减少马达电流MC，因此减小马达扭矩MT，以匹配新的零扭矩阻力RTT。

在所示实施方案中，钻头508不包括图2A至图2C的钻头108的锥形侧壁216。然而，在包括锥形侧壁216的实施方案中，扭矩阻力RTT不会下降到零，而是下降到与由于锥形侧壁而导致的对进一步插入的机械干扰/阻力相关联的非零值，如先前参考图3A至图4C描述的。因此，在此类实施方案中，钻机的电子器件可以被配置为减小马达电流MC并因此减小马达扭矩MT，以匹配新的非零扭矩阻力RTT。此外，本领域的普通技术人员将认识到，如图5A中的参数所表示的钻孔系统的操作是理想化的，并且实际上，马达扭矩和马达电流Mc可能不会变为零而是转变为它们相应的空载值，诸如由马达和钻头的内部机械摩擦和/或电气特性定义的空载值。另外，在一些实施方案中，钻孔系统的操作者可能必须手动停止向钻孔系统施加法向力F_N以使进给速率FR为零。

图5A中考虑的特性参数中的至少一者(诸如马达电流MC)可以用于产生具有改进的自动停止特性的钻机系统。因为所述参数与钻机系统的一般操作属性/特性相关联，所以所述参数可以用于建立可以诸如对一名或多名患者和/或一种或多种临床应用重复使用的一个或多个普遍适用的阈值。在一些实施方案中，钻孔系统可以包括传感器，所述传感器被配置为在钻孔期间感测马达电流MC，使得钻孔系统可以感测先前参考图5A描述的由马达消耗的增加的电流，并且触发自动停止机构以在第三阶段301c中完全穿透时或之前将钻机马达停止和/或将钻头缩回。先前参考图3A至图4C描述的停止阈值ST是用于触发自动停止机构的阈值的另一个示例。在至少一些实施方案中，由马达消耗的电流可以表示用于触发自动停止机构的第一阈值，并且除了第一阈值之外还可以使用一个或多个其他阈值(例如，第二阈值)。附加阈值可涉及与第一阈值不同的性能参数，并且可用于确认或验证自动停止机构应被触发以停止钻头的旋转。每个阈值可与钻机马达的对应参数(诸如本文描述的参数中的任一者)的一个或多个值和/或值范围相关联。下文详细描述可以在本技术的钻孔系统中实施的另外的示例。

感测电路和/或部件(诸如被配置为测量特性参数并且先前参考图1描述的感测元件110)可以包括例如一个或多个电容压力传感器、感应压力传感器、电容测量电路、热敏电阻器、扭矩传感器、应变仪、称重传感器、接近传感器、距离传感器、位置传感器或本领域技术人员已知的任何其他合适的感测元件。在一些实施方案中，用于改变电流的替代物的感测可以包括一个或多个磁场传感器、霍尔效应传感器、电压分流器、磁通门磁力计和/或任何其他合适的电流变化和/或电流变化替代物感测元件。在一些实施方案中，感测元件可以包括由日本东京Tamura公司制造的一个或多个L18P D15–OP电流传感器、内置于马达驱动器芯片中的一个或多个电流传感器(诸如由德克萨斯州达拉斯德州仪器公司制造的DRV8885)和/或任何其他合适的感测元件和/或感测元件的配置。法向力F_N传感器可以包括电阻传感器、电容传感器、柱塞传感器、球传感器、薄膜传感器、应变计式和称重传感器类型，包括例如北卡罗来纳州夏洛特市霍尼韦尔国际公司制造的32311096FSA系列力传感器。称重传感器(诸如力传感器或应变计)可以包括例如宾夕法尼亚州莫尔文VishayPrecision Measurement公司制造的187UV，并且可以用于测量扭矩或扭矩阻力RTT。钻机切割表面与(例如，不同颅骨层或脑膜)的接触或接近度可以通过连接到钻机表面上的隔离电气节点的接触或接近检测电路(包括例如亚利桑那州钱德勒MicroChip公司制造的MTCH101接近传感器)来检测。马达转速或轴转速还可以至少部分地基于一个或多个接近传感器和/或光学传感器(诸如加利福尼亚州苗必达Lumissil公司制造的IS31SE5000)来确定。替代地，处理器或模拟微分电路可以确定这些参数中的任一者随时间的变化率。例如，处理器可以使用电流传感器输入来计算dI/dt或电流的二阶时间导数d²I/dt²。在此类实施方式中，处理器可以基于电流I、电流变化率dI/dt或电流的二阶时间导数d²I/dt²的中的一者或多者来触发马达自动停止或钻头缩回。任何其他感测到的参数的时间导数或任何参数相对于任何其他参数的导数也可以用于影响自动停止或任何其他钻机操作。

本文描述的参数中的任一者(包括先前图4A至图5A描述的参数)可以用于建立自动停止阈值。在至少一些实施方案中，例如，所述阈值可以包括电流I、电流的一阶时间导数dI/dt或电流的二阶时间导数d²I/dt²中的至少一者，诸如参考图4A至图4C所述。所述阈值可以是这些参数中的一者的阈值或范围，或者考虑参数中的一个或多个改变或变化的阈值分布，诸如，例如正率与负率之间以dI/dt或d²I/dt²表示的变化(或反之亦然)。在一些实施方案中，阈值分布可以包括多于一种变化，诸如第一参数(例如，I)的第一变化和第二参数(例如，dI/dt)的第二变化。在一些实施方案中，所述阈值可以是一个参数相对于其他测量到的参数中的至少一者的变化率。在一些实施方案中，所述阈值分布可以包括测量的或以其他方式确定的随时间变化的一个或多个波形特征。波形特征可以包括电流振幅、峰值数量、波形凹口数量或任何其他合适的波形特征。波形特征阈值标准可以是绝对标准或值，或者可以相对于波中的一个或多个其他特征(例如，具有预定电流振幅的峰值的数量等)而言。

在一个实施方案中，随着钻机穿透颅骨的一层或多层或骨板，可以检测到电流振幅的变化，使得不同的电流水平可以对应于所述层中的一者。在至少一些实施方案中，例如，第一电流水平对应于钻穿硬外骨板，第二电流水平对应于钻穿相对较软的板障(中间)层，并且第三电流水平对应于钻穿内(最硬)骨板。在一些实施方案中，钻机可以仅在循序地检测到穿过所有层时(例如，当钻机循序地检测到第一电流水平、第二电流水平和第三电流水平时)才触发自动停止。在一些实施方案中，当进入内骨板时(例如，如通过对应的第三电流水平检测到的)，钻机可以减慢钻机转速，因为穿透可能很快发生。在一些实施方案中，基于电流水平，当到达颅骨层中的一者或多者时，钻机可以向操作者提供指示。在一些实施方案中，一个或多个感测元件110(例如，接触传感器、接近传感器等)可以用于单独地或结合电流水平或任何其他合适的参数来识别层中的一者或多者。

在另一个实施方案中，钻孔系统基于最终穿透时刻电流的突然反转或电流的时间导数(任意阶)C来触发自动停止。在一个具体实施方式中，所述系统使用数字或模拟电路方法来确定电流关于时间的二阶导数，并且包括被配置为在电流的时间导数(一阶或高阶)＝0时触发自动停止的机构。例如，这可以包括模数转换和马达电流的采样。样本可以被发送到内部处理器，所述内部处理器被编程为：将值与预设阈值进行比较，计算电流变化的时间变化率，和/或在数学上将值或时间变化率与阈值或参考电流波形进行比较。此外，处理器可以使用平均化技术从数据中去除噪声。尽管在其他实施方案中参考马达电流进行了描述，但是钻孔系统可以使用本文描述的其他测量到的参数中的一者或多者。

在一些实施方案中，在手术之前将一个或多个参考波形、阈值或波的特征(“参考值”)预加载到设备的存储器中。可以通过测量统计相关数量的人类、动物或人工模型中的实际电流消耗来确定参考值。例如基于年龄、颅骨大小、颅骨厚度或其他生理参数，可以存在针对不同颅骨表型的多个参考电流分布。所述设备可以具有数据接口，所述数据接口允许操作者输入给定患者的相关参数，从而允许所述设备选择适当的参考值。操作者可以在外科手术之前使用医学成像工具(荧光镜检查、CT扫描、MRI等)确定相关参数。

其他实施方案可以包括内置于钻头尖端中的弹簧加载杆。所述杆可以穿过钻头延伸回到钻机的主体中，所述杆耦接到弹簧，所述弹簧被配置为将杆从钻头推向颅骨。在第一阶段301a中的颅骨穿透之前，随着杆被推靠在颅骨上，法向力F_N压缩弹簧。一旦颅骨在第二阶段301c中被穿透，就没有颅骨抵靠杆，并且弹簧允许杆稍微延伸出钻头(例如1mm至5mm)，然后其延伸受到内置机械止动件的限制。杆的向前移动可以(例如，经由接触开关、接近传感器、应变计和/或任何其他合适的感测元件)触发电子指示器以指示已经发生颅骨穿透。该指示器可以使马达停止或减慢，或者向用户提供听觉、视觉和/或触觉信号。所述指示器还可以被输入到算法中以确定系统行为是否应当改变，例如钻机是否应当停止钻孔和/或将钻头至少部分地缩回。在一些实施方案中，杆和弹簧可以直接内置到钻头中。PCT专利申请号PCT/US21/20928(代理人案号136507-8001.WO00)中示出并描述了可与此处公开的技术结合使用的缩回机构的附加和替代特征，该专利申请的全部内容特此通过引用并入。

继续参考图5A，钻孔系统可以包括被配置为记录并保存电流分布以便在手术完成后上传的设备。上传可以通过本领域已知的任何有线或无线手段来完成，并且可以是自动的或者可能需要操作者做出动作。上传可以包括例如激活设备上的控件、将其连接到计算机并传递到指定的云数据库，或者将设备物理地邮寄到指定地址。设备制造商可以维护现场获得的所有钻机电流分布的数据库，并使用该不断增长的数据库来改进内置于未来单元中的参考波形数据。设备制造商可能会向操作者请求某些患者信息，以改进数据库的特异性。可以使用如下文更详细地描述的人工智能(包括机器学习算法)来维护数据库并改进参考波形。

在另外的实施方案中，钻孔系统例如通过降低第二阶段301b和/或第三阶段301c中的马达电压来降低马达扭矩。这减慢了钻头转速，降低了马达扭矩，并降低了进给速率，所有这些都用于增加从初始穿透到最终穿透的时间，并降低了在第三阶段301c中完全穿透时将钻头推入颅骨更深处的风险。在该实施方案的一些实施方式中，所述系统在第二阶段301b中的初始穿透时刻改变自动停止电流阈值，以便考虑减小的马达转速、马达扭矩和进给速率。如上所述，在另一个实施方案中，所述系统较早地(例如当其检测到穿透内骨板层时)减慢速度。

在一些实施方案中，钻头尖端被配置为改变或强调参数中的一者或多者。在至少一些实施方案中，例如，钻头尖端的尺寸或形状可以被设计成在钻头穿透(例如，第二阶段301b和/或第三阶段301c)期间产生独特且容易识别的(被微处理器识别的)马达电流MC的变化。在一个实施方案中，钻头切割面是弯曲的、倒圆的或以不同于线性角度的其他方式成形，以通过增大上升的或时间导数的振幅来增强马达电流MC上升。在另一个实施方案中，钻头包括从尖端到边缘的切割边缘尖锐度的阶状部或梯度，其加剧了马达电流MC上升。在一个实施方案中，钻头具有低尖端角度(即，更平坦的尖端)，诸如图2A至图2C中的切割尖端214，所述低尖端角度被配置为减少或最大限度地减少第二阶段301b中的初始穿透与第三阶段301c中的最终穿透之间的时间。低尖端角度预计会提供电流的最大时间导数以与阈值进行比较，这可导致第三阶段301c中的电流上升/加速，其可被识别以检测钻头何时穿透了颅骨。在一些实施方案中，使用电流的一阶导数dI/dt而非电流I可预计会改进对于增加的颅骨厚度、硬度、脆性和其他机械参数的变化的自动停止可重复性。

在其他实施方案中，马达自动停止或钻头缩回不是通过超过与诸如马达电流MC的参数中的单个阈值或参数变化率中的单个阈值来触发，而是通过需要随时间变化的多个信号样本的更复杂信号模式来触发。在此类实施方案中，当马达电流MC的完整波形包括在多个数据点上发生的特定上升然后下降时，发生自动停止触发。作为一种实施方式，控制电子器件内的处理器将波形与预加载的参考波形进行比较，并在测量的波形处于参考值的公差窗口内时触发自动停止/自动缩回。在一些实施方案中，所述比较算法可以被配置为将频域中的传感器信号进行比较，所述传感器信号是通过对测量的波形执行傅立叶变换而获得的。

图5B是根据本技术的实施方案的在利用恒压钻进行环钻期间电流与时间的曲线图。人类的颅骨包括稍硬的外骨板、称为‘板障’的较软中间层以及硬的内骨板。在一个实施方案中，所述系统检测当钻机尖端穿透软中间层时发生的电流尖峰。在所示实施方案中，例如，约4500ms处的电流尖峰对应于颅骨内部的软板障层的穿透。所述系统可以使用该尖峰作为识别第二阶段301b中的初始穿透点或第三阶段301c中的最终穿透点(图2A)的先决条件。初始尖峰检测还可以例如通过减慢马达转速、减慢进给速率(在具有自动进给速率控制的实施方案中)或向用户发出信号表明已经发生中间层(板障)穿透来改变钻机行为。在其他实施方案中，所述系统可以使用参数分布(诸如图5B的电流与时间的曲线图)来确定外骨板和/或板障的厚度，并且可以另外使用这些确定的厚度来估计内骨板的厚度。估计的内骨板厚度与测量的或计算的进给速率的组合可以被馈送到算法中以提供颅骨穿透或接近穿透的进一步决定因素，诸如穿透时间或穿透距离。内骨板厚度估计值可以使用以下至少一项来获得：(i)将测量的和/或推断的外骨板和/或板障厚度与来自预先存在的参考数据集的相关值进行比较；或(ii)从参考数据集导出的公式和/或查找表。

在一些实施方案中，钻机系统可以使用人工智能(AI)和/或机器学习(ML)过程来确定一个或多个自动停止阈值或触发因素，和/或增长或训练参考数据集。在至少一些实施方案中，例如，钻机系统可以记录本文所述的参数中的一者或多者(例如，电流消耗、时间等)并使用所述一个或多个参数来预测何时停用钻机马达和/或将钻头缩回。在此类实施方案中，钻机可以测量感测到的参数，并且基于对感测到的参数的实时感测，确定用于停用钻机马达的一个或多个阈值或触发因素。这可以包括先前描述的阈值中的任一者(例如，值、范围、变化率、波形、分布等)。AI和/或ML过程可以在钻机系统上本地操作，和/或经由无线、以基于云的方式或以与远程处理系统或服务器的任何其他合适的通信连接来操作，如下文参考图14和图15更详细地描述。如果钻机是多次使用或可重复使用的，则钻机可以记录其执行的每次环钻的颅骨层厚度中的一者或多者，并将它们内部存储在参考数据集中。如果钻机是单次使用或不可重复使用，则其可以使用来自参考数据集的层厚度相关数据来预编程，或者可以被配置为在使用前(经由有线或无线连接)从远程数据库下载最新的参考数据集。钻机(无论是单次使用还是多次使用)还可以被配置为在环钻之后和处置之前经由无线连接、硬存储传递、有线连接或本领域技术人员已知的任何其他合适的连接或传递过程将其层厚度数据上传到远程参考数据集。相关性参考数据可以按照患者年龄、性别、医疗状态或任何其他相关参数来分类。参考数据可以被限于来自同一患者的历史厚度数据，或者可以与来自患者或具有类似表型的患者的荧光镜检查、MRI、PET或其他成像数据相关。

先前参考图5A和图5B讨论的实施方案并不意图进行限制，并且在其他实施方案中，可以改变或以其他方式调整(例如，优化)钻机系统的钻机参数和/或方面中的一者或多者以为自动停止机构产生可重复、可识别的信号。图6A至图13和相关描述提供了关于若干这样的其他实施方案的细节；然而，在第二阶段301b中的初始穿透点与第三阶段301c中的最终穿透点之间发生的钻机参数的并且在本文中未讨论的其他改变对于本领域技术人员来说仍然是显而易见的，并且跟踪它们的方法和通过修改机械钻头参数来塑形它们以便更容易进行感测和阈值检测的方法也将是显而易见的。

图6A是根据本技术的实施方案的处于钻孔过程的各个阶段的钻头608的示意图。在一些实施方案中，侧壁616可以包括纵向锥形部，所述纵向锥形部被配置为包括钻头608的全部或基本上切割表面612，使得钻头608的尖端614预计会执行相对较少的钻孔功或不执行任何钻孔功。在至少一些实施方案中，例如，侧壁616可以包括钻头608的切割表面612的至少60％、70％、80％、90％、95％或99％。改变钻头608的切割表面612的几何形状预计可以改变对先前参考图5A和图5B描述的参数中的一者或多者的响应。在所示实施方案中，例如，细长切割侧壁616被配置为使得细长切割表面的至少一部分在整个钻孔过程中保持与颅骨接合。另外，由于切割尖端614在钻孔过程中的参与最少，因此第二阶段301b中的初始穿透预计不会与马达电流MC和/或扭矩阻力RTT的显著变化或明显变化相关联。

图6B示出了根据本技术的实施方案的使用恒压钻和图6A的钻头608进行环钻期间电流与时间的曲线图。如先前参考图6A所述，可以改变钻头的形状和/或尺寸以改变参数中的一者或多者。例如，与和图3A至图4C相关联的钻头108和/或和图5A和图5B相关联的钻头508相比，钻头608的不同切割几何形状可以产生相应不同的电流消耗曲线图。例如，如图6B所示，一旦在第二阶段301b中最初穿透颅骨，至少部分地由于侧壁616与颅骨S之间的持续接触，因此电流消耗保持在“尖峰”或升高状态。因此，如先前参考图5A和图5B更详细地描述，钻机系统通过增加马达沿旋转方向的功输入来进行补偿。当系统电子器件保持马达电压恒定时，马达每一转的功输入的增加表现为输入电流的增加，并且只要钻机仍在使用中，输入电流就会继续增加。增加的电流消耗可以用作指示用于诸如当电流达到阈值或触发值(例如，“高电流”阈值)时使钻机马达自动地停止的阈值或触发因素的参数。因此，钻头的大小、形状和/或其他尺寸可以变化(例如，优化)以产生期望的电流消耗分布，从而进一步提高与自动停止机构一起使用的电流消耗分布的可重复性和可识别性。

图7示出了根据本技术的实施方案的在颅骨穿透之前、期间和之后的各种钻参数。发明人执行另一项研究，其大致上类似于图5A和图5B中所示的研究，但是其中进给速率FR维持恒定并且法向力F_N变化。如图7所示，第二阶段301b和第三阶段301c中的初始穿透和最终穿透之间的所得曲线的形状不同于在恒定法向力F_N情况下曲线的形状(图5A)。在一些实施方案中，进给速率FR保持恒定并且通过将马达电流MC与低电流阈值进行比较来触发自动停止，使得当马达电流MC接近、达到低电流阈值或处于低电流阈值内时可以触发自动停止。注意，其他实施方案也通过感测这些参数来维持如图7中的恒定进给速率FR或者如图5A和图5B中的恒定法向力F_N，并且在替代方案中改变马达电流MC或马达电压。在至少一些实施方案中，马达转速和/或扭矩MT可以保持恒定，这可导致可用于触发自动停止机构的不同组的可重复参数。尽管图5中所示的钻头508与图5A和图5B中的钻头508相同，但是在其他实施方案中，可以选择或改变钻头形状以进一步增强(例如，优化)参数中的一者或多者，以便获得强的且可重复的信号以供感测。在至少一些实施方案中，例如，图7的条件(变化的法向力、恒定的进给速率)可以与先前参考图6A和图6B描述的细长钻头、图1至图3C的钻头108或另一种合适的钻头一起使用。

图8是根据本技术的实施方案的机动化颅骨钻800(“钻机800”)的示意图。图8的钻机800可以包括在结构和/或功能上与图1的钻机100大致上类似或相同的至少一些特征，但是还可以包括钻机引导部件820(“钻机引导器820”)。钻机引导器820可以包括例如由新泽西州普林斯顿Integra Life Sciences销售的Ghajar Ventriculostomy Kit或任何其他合适的钻机引导器。在一些实施方案中，钻机引导器820包括具有引导孔的机械三脚架，操作者用一只手握住所述机械三脚架，同时用另一只手握住钻机100。根据一个实施方案，引导器820利用夹持在手术台上的带子或机械夹具附接到患者的头部。在其他实施方案中，引导器820可以使用粘合剂至少部分地附接到患者的头部。钻机引导器820可以被配置为保持钻机800相对于钻孔目标对准或设位，和/或维持钻机800(例如，钻头轴线)相对于颅骨S表面处于垂直取向。在所示实施方案中，引导器820可以利用带齿轮的、齿条和小齿轮、轴承、齿和弹簧、弹簧、简易滑动过盈配合或任何其他合适的耦接件可操作地耦接到壳体802。在操作中，引导器820可以被配置为诸如当壳体802沿着钻机轴线移动到、朝向和/或远离患者头部时相对于患者的头部保持静止。引导器820与壳体802之间的附接可以被配置为提供摩擦以允许增加的法向力F_N施加在壳体802上和/或抑制或防止引导器820横向移动。电子器件804可以使用沿着引导器820的光学传感器/反射器或电触点的系统或者本领域已知的任何其他合适的线性平移感测方法来感测(静态)引导器820相对于(移动)壳体802的位置。该位置感测允许电子器件804和/或感测元件810测量进给速率FR。引导器820与壳体802之间的应变计可以允许直接测量法向力F_N。对这些和其他参数的直接测量允许开发利用先前参考图4A至图4C、图5A、图5B和图7描述的关系的算法，以便识别指示钻头处于或接近第三阶段301c中的最终穿透和/或第二阶段301b中的初始/部分穿透的参数特征。

图9是根据本技术的实施方案的钻机800的另一种配置的示意图。在所示实施方案中，钻机800还包括第二马达922(例如，旋转或线性内部马达)，所述第二马达可操作地耦接到钻头808和/或钻头马达806并且被配置为驱动钻头808和/或马达806例如沿着钻机轴线的平移。另外或替代地，线性马达922可以驱动一个或多个齿轮924或被配置为相对于引导器820平移壳体802的其他耦接系统。钻孔操作者可以设置期望的恒定力(例如，图5A和图5B的法向力F_N)或恒定的进给速率(例如，图4的进给速率FR)，并且在钻机800相对于引导器820自动移动时可以用手或使用带子或夹具将引导器820保持就位。在此类实施方案中，法向力F_N或进给速率FR可以保持恒定，从而提供先前分别参考图5A、图5B和图7描述的特征信号。因此，钻机系统800可以被配置为至少部分地基于先前分别参考图4A至图5B或图7描述的参数中的一者或多者使钻机马达806自动地停止和/或经由线性马达922将钻头808缩回。在其他实施方案中，其他算法(包括例如下文更详细描述的算法)可以被编程到控制电子器件中，以根据预设值或响应于实时测量的参数而提供可变的力或进给速率FR。除了控制线性平移之外，所描绘的致动器还可以用于在第三阶段301c中的最终穿透点或在第二阶段301b中的部分穿透点处将钻头缩回。

图10是根据本技术的实施方案的钻孔系统800的另一种配置的示意图。在所示实施方案中，马达804、钻头808和电子器件804可以由壳体802承载，并且感测元件810可以包括接触开关1024、弹簧1026和杆1028。杆1028被配置为沿着其纵向轴线线性平移。在穿透颅骨之前，施加到钻头808的法向力可以压缩弹簧1026，使得杆1028和接触开关1024(例如，接近传感器、应变计和/或任何其他合适的感测元件810)可以彼此接触。当钻头808至少部分地穿透颅骨S时，法向力可减小，使得弹簧1026可伸展并沿远离接触开关1024的方向将力施加到杆828，这进而可触发颅骨穿透的指示器(例如，将杆1028移动远离接近传感器、增加杆1028与应变计之间的应变读数等)。在各种实施方案中，当弹簧1026被压缩时，杆1028可以电连接到固定触点或推压薄膜开关，但是当弹簧1026在颅骨穿透时松弛时，杆可断开接触，从而触发电子指示器。

图11是根据本技术的实施方案的钻孔系统的另一种配置的示意图。在所示实施方案中，马达806、钻头808和电子器件804可以连接在一起以形成总成，所述总成可以可移动地耦接到壳体802的内部，例如使得所述总成可以相对于壳体802平移(例如，相对于壳体802的纵向轴线线性平移)。钻机800还可以包括接触开关1024(例如，接近传感器、应变计和/或任何其他合适的感测元件810)，所述接触开关可以具有相对于壳体802的固定位置。在一些实施方案中，接触开关1024包括第一触点1130a并且所述总成可以包括第二触点1130b，并且接触开关1124和所述总成可以通过一个或多个弹簧1126(例如，压缩弹簧)耦接。在其他实施方案中，钻机系统800可以包括多于两个或少于两个的触头1130a-b。如上所述，在穿透颅骨之前，施加到钻头808的法向力可以压缩弹簧1126，这导致第一触点1130a和第二触点1130b朝向彼此移动和/或彼此接触。当钻头808穿透颅骨S时，弹簧1126可以在远离接触开关1124的方向上伸展并且驱动所述总成远离接触开关1024以触发颅骨穿透的指示器(例如，通过将第二触点1130b移动远离和/或脱离接触第一触点1130a)。

在又另外的实施方案(诸如图12所示的实施方案)中，钻机800可以包括光学系统，所述光学系统通过钻头808的远侧尖端中的孔或聚焦元件1242投射来自激光器或另一光源1232的光能，并测量反向散射光的振幅、相位或波长内容。在所示实施方案中，例如，光源1232包括光能源(例如，激光源)并且聚焦元件1232包括微透镜，诸如任何合适的光学透镜或光聚焦元件。光能源1232可以通过一根或多根光纤1240或任何其他合适的波导连接元件耦接到微透镜1242，使得来自光能源1232的光可以穿过微透镜1242并朝向颅骨S和/或颅骨组织投射。投射光的至少一部分可以入射到颅骨S上并且被反向散射、反射和/或以其他方式重定向到微透镜1242。微透镜1242可以被配置为捕获反向散射光。可以使用例如相位检测器1236、参考光源1238和/或任何其他合适的分析过程和/或部件来分析反向散射光。如果当反射表面从一个颅骨层改变为另一层或者从颅骨改变为脑膜时反向散射/入射光的这些特性中的一者发生改变，则控制算法可以使用它来触发钻机致动(诸如自动停止、自动回缩或马达扭矩)的改变。在各种实施方案中，诸如光学相干断层扫描(OCT)、光学相干反射测量(OCR)或光学光谱的技术可以用于检测一种或多种组织性质(诸如组织双折射、组织密度或组织成分)的变化。此类技术可以检测钻头808的尖端正下方(例如，接近尖端)和/或进入组织一毫米或多毫米深度处的颅骨组织的性质的变化。此类检测到的组织性质的变化可以用于在钻头808的尖端穿透颅骨之前提供停止(例如，自动停止)、减速和/或其他合适的用户警报信号。这些和其他钻孔系统的实施方案可以将所有光学部件容纳在钻机壳体802内部，或者可以将光学部件的仅一部分(诸如钻机壳体802中的光纤1240和透镜1242)容纳在钻机壳体802内部。在一些实施方案中，钻机800可以通过光纤电缆或类似波导连接到非一次性外部设备(未示出)，并且外部设备可以包含一个或多个激光源、光学检测器、分路器、组合器、循环器、滤波器、相位检测器、透镜、镜子、偏振器、波片、参考波导、光栅和/或光学系统的任何其他合适的元件。在这些和其他实施方案中，光学系统还可以被配置为执行振幅扫描(A扫描)和/或亮度扫描(B扫描)以确定距颅骨穿透的剩余距离。在又另外的实施方案中，光学系统可以包括平面光学器件、光学硅基平台、刚性波导、声光器件、电光器件和/或自由空间光学器件。

在又其他实施方案中，钻头808的尖端被设置有超声换能器，所述超声换能器共振以将超声能量施加到颅骨中。在图13所示的实施方案中，例如，钻机800可以包括被配置为使钻头808的至少一部分(例如，钻头808的尖端)振动以穿透颅骨S的一个或多个声学钻孔部件1344(例如，超声致动器、超声钻机、超声辅助钻孔、超声冲击钻机)。在此类实施方案中，电子器件804可以包括一个或多个声学钻孔驱动元件，所述一个或多个声学钻孔驱动元件可操作地耦接到声学钻孔元件1344和/或被配置为控制其操作。在这些和其他实施方案中，钻机800还可以包括内腔或分流器(未示出)，其可操作地与钻头808相关联并且被配置为移除由钻孔产生的浆体。在这些和其他实施方案中，钻机800可以包括设位于钻头808的尖端上或附近和/或任何其他合适位置的一个或多个声学传感器1346(例如，声学检测器)，使得声学传感器1346可接收响应于声学钻孔元件1344而生成的反射波。钻机系统800可以被配置为至少部分地基于由声学传感器1346检测到的特性声学特征来确定钻头808的尖端是否接近穿透。特性声学特征可以包括超声振幅扫描(A-扫描)、亮度扫描(B-扫描)和/或任何其他合适的特性声学特征。与光学实施方案一样，超声实施方案可以将所有部件放置在钻机壳体802中，或者可以将超声传感系统的元件分布在钻机800与外部单元(未示出)之间。在这些和其他实施方案中，钻孔系统800可以包括一个或多个刚性和/或声学传导(例如，共振)部件，其被设位成在钻孔系统800与颅骨S之间传送超声波能量，例如以获得振幅扫描和/或任何其他合适的声学信息。

各种实施方案可以包括被配置为检测钻头何时已经最初和/或完全穿透颅骨S并使钻头自动地停止的一种或多种算法。例如，所述算法可以包括保持进给速率FR或法向力F_n恒定，并比较就在第二阶段301b中的部分穿透时刻和/或第三阶段301c中的完全穿透时刻之前的马达电流MC变化(例如，加速度)的水平、变化率、曲线下面积、上升时间、下降时间或一般形状。在这些和其他实施方案中，所述算法可以包括将上述内容与‘使能’信号组合，所述使能信号通过当钻机穿过先前参考图5B描述的板障层或其他合适的颅骨层时检测电流上升和下降而断言。在这些和其他实施方案中，所述算法可以包括将扭矩传感器或速度传感器放置在旋转马达轴上，并在马达扭矩、马达电流或马达转速上升(图5A和图5B)或下降(图7)时触发自动停止。对于至少参考图5A和图5B描述的条件(例如，恒定法向力F_N)情况，所述算法可以包括当进给速率单独地快速上升或随着马达电流上升而快速上升时触发自动停止。对于至少参考图7描述的条件(例如，恒定进给速率FR)情况，所述算法可以包括当法向力F_N单独地朝向零下降和/或下降到零或随着马达电流MC下降而朝向零下降和/或下降到零时触发自动停止。在这些和其他实施方案中，所述算法可以包括将力传感器或应变计放置在图9的线性轴上或线性马达922上或齿轮924上，或测量线性马达922中的电流，并使用该电流来确定法向力F_N以用于检测法向力下降(图7)或保持法向力稳定(图5A和图5B)。在这些和其他实施方案中，所述算法可以包括通过弹簧-杆开关、接触开关、声学钻孔设备和/或声学感测系统、超声钻孔设备和/或超声感测系统和/或光学感测系统来检测第二阶段301b中的初始穿透。在这些和其他实施方案中，所述算法可以包括诸如经由模数转换器对电流加速度进行计数，并且在计数达到指定值之后使钻头停止。在至少一些实施方案中，例如，每个计数可对应于约0.04mA/s²电流加速度，并且钻机可以被配置为一旦计数达到50(对应于约2.5mA/s²电流加速度)就使钻头停止。在其他实施方案中，指定值可对应于约0.01mA/s²至约5mA/s²之间的电流加速度，或另一个合适的电流加速度。

本文公开的技术可以被体现为专用硬件(例如，电路)、用软件和/或固件适当编程的可编程电路，或者被体现为专用电路与可编程电路的组合。因此，一些实施方案可以包括上面存储有指令的机器可读介质，所述指令可以用于使计算机、微处理器、处理器和/或微控制器(或其他电子设备)执行过程。机器可读介质可以包括但不限于光盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘、ROM、随机存取存储器(RAM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁卡或光卡、闪存或适合存储电子指令的其他类型的介质/机器可读介质。

下文参考附图更详细地讨论若干实施方式。图14是示出所公开技术的一些实施方式可以在其上操作的设备的概览的框图。例如，所述设备可以包括系统1400的硬件部件，所述系统至少部分地基于一个或多个钻孔参数来确定一个或多个自动停止阈值和/或使钻头停止。设备1400可以包括向CPU(处理器)1410提供输入从而通知其动作的一个或多个输入设备1420。所述动作通常通过硬件控制器起中介作用促成，所述硬件控制器解译从输入设备接收的信号并使用通信协议将信息传送到CPU 1410。输入设备1420包括例如鼠标、键盘、触摸屏、红外传感器、触摸板、可穿戴输入设备、基于相机或基于图像的输入设备、传声器或其他用户输入设备。

CPU 1410可以是一个设备中或分布在多个设备上的单个处理单元或多个处理单元。CPU 1410可以例如通过使用总线(诸如PCI总线或SCSI总线)来耦接到其他硬件设备。CPU 1410可以与设备的硬件控制器(诸如用于显示器1430的硬件控制器)进行通信。显示器1430可以用于显示文本和图形。在一些示例中，显示器1430向用户提供图形和文本视觉反馈。在一些实施方式中，诸如当输入设备是触摸屏或者配备有眼睛方向监测系统时，显示器1430包括输入设备作为显示器的一部分。在一些实施方式中，显示器与输入设备分离。显示设备的示例是：LCD显示屏；LED显示屏；投影、全息或增强现实显示器(诸如平视显示设备或头戴式设备)；等等。其他I/O设备1440(诸如网卡、视频卡、音频卡、USB、FireWire或其他外部设备、传感器、相机、打印机、扬声器、CD-ROM驱动器、DVD驱动器、磁盘驱动器或蓝光设备)也可以耦接到处理器。

在一些实施方式中，设备1400还包括能够与网络节点进行无线或有线通信的通信设备。通信设备可以使用例如TCP/IP协议通过网络与另一个设备或服务器进行通信。设备1400可以利用通信设备将操作分布在多个网络设备上。

CPU 1410可以访问存储器1450。存储器包括用于易失性和非易失性存储的各种硬件设备中的一者或多者，并且可以包括只读存储器和可写存储器两者。例如，存储器可以包括随机存取存储器(RAM)、CPU寄存器、只读存储器(ROM)和可写非易失性存储器，诸如闪存、硬盘驱动器、软盘、CD、DVD、磁存储设备、磁带驱动器、设备缓冲区等等。存储器并非脱离底层硬件的传播信号；因此，存储器是非暂时性的。存储器1450可以包括存储程序和软件的程序存储器1460，所述程序和软件诸如操作系统1462、钻机自动停止功能1464(其可以包括用于执行本文公开的自动钻机停止方法中的一者或多者的指令，包括例如一个或多个AI和/或ML系统或进程)，以及其他应用程序1466。存储器1450还可以包括数据存储器1470，所述数据存储器可以包括数据库信息等，所述数据库信息可以被提供给程序存储器1460或设备1400的任何元件。

一些实施方式可以通过数种其他通用或专用计算系统环境或配置来操作。可以适合于与本技术一起使用的公知计算系统、环境和/或配置的示例包括但不限于：个人计算机、服务器计算机、手持式或膝上型设备、蜂窝电话、移动电话、可穿戴电子产品、游戏机、平板设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子产品、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上系统或设备中的任一者的分布式计算环境等。

图15是示出所公开技术的一些实施方式可以在其中操作的环境1500的概览的框图。环境1500可以包括一个或多个客户端计算设备1505A-E，其示例可以包括设备1400。客户端计算设备1505可以使用通过网络1530到一个或多个远程计算机(诸如服务器计算设备1510)的逻辑连接在联网环境中操作。

在一些实施方式中，服务器计算设备1510可以是边缘服务器，所述边缘服务器接收客户端请求并通过其他服务器(诸如服务器1520A-C)来协调那些请求的实现。服务器计算设备1510和1520可以包括计算系统，诸如设备1400。尽管每个服务器计算设备1510和1520在逻辑上被显示为单个服务器，但是每个服务器计算设备可以是包含设位于相同的或地理上不同的物理位置处的多个计算设备的分布式计算环境。在一些实施方式中，每个服务器计算设备1520对应于一组服务器。

客户端计算设备1505和服务器计算设备1510和1520各自可以充当其他服务器/客户端设备的服务器或客户端。服务器1510可以连接到数据库1515。服务器1520A-C可以各自连接到对应的数据库(DB)1525A-C。如上文所讨论，每个服务器1520可以对应于一组服务器，并且这些服务器中的每一者可以共享数据库或者可以具有它们自己的数据库。数据库1515和1525可以储存(例如，存储)信息。尽管数据库1515和1525在逻辑上被显示为单个单元，但是数据库1515和1525各自可以是包含多个计算设备的分布式计算环境，可以设位于它们的对应服务器内，或者可以设位于相同的或地理上不同的物理位置处。

网络1530可以是局域网(LAN)或广域网(WAN)，但是也可以是其他有线或无线网络。网络1530可以是互联网或某种其他公共或专用网络。客户端计算设备1505可以通过网络接口(诸如通过有线或无线通信)连接到网络1530。虽然服务器1510与服务器1520之间的连接被示出为单独的连接，但是这些连接可以是任何类型的局域网、广域网、有线网络或无线网络，包括网络1530或单独的公共或专用网络。

本领域技术人员将理解，在上述图14和图15中以及在上文讨论的每个流程图中所示的部件可以以多种方式改变。例如，可以重新布置逻辑的顺序，可以并行执行子步骤，可以省略所示逻辑，可以包括其他逻辑等。在一些实施方式中，上述一个或多个部件可以执行本文描述的一个或多个过程。

示例：

参考以下示例描述本技术的若干方面：

1.一种外科手术钻孔设备，其包括：

具有切割表面的钻头，其中所述切割表面的至少一部分被配置为在操作时保持与患者的颅骨接触；

能够操作地耦接到所述钻头的钻机马达，其中所述钻机马达被配置为在操作时生成参数，并且其中所述参数与所述切割表面相关联；以及

感测元件，所述感测元件被配置为检测所述参数，

其中当所述感测元件检测到所述参数满足或超过触发阈值时，所述钻机马达被配置为停止并由此抑制所述钻头的旋转。

2.根据示例1所述的外科手术钻孔设备，其中所述参数包括所述钻机马达在操作时消耗的电流的二阶导数。

3.根据示例1或示例2所述的外科手术钻孔设备，其中所述切割表面被配置为当所述钻头穿透所述颅骨时导致所述参数增大。

4.根据示例1至3中任一项所述的外科手术钻孔设备，其中所述切割表面被配置为当钻头穿透所述颅骨时使所述参数满足或超过所述触发阈值。

5.根据示例1至4中任一项所述的外科手术钻孔设备，其中所述切割表面包括锥形侧壁，其中所述钻头还包括切割尖端，其中所述参数包括所述钻机马达在操作时消耗的电流的加速度，并且其中所述锥形侧壁被配置为在所述切割尖端穿透所述颅骨时或之后使所述电流的加速度达到或超过所述触发阈值。

6.根据示例1至5中任一项所述的外科手术钻孔设备，其中所述切割表面包括所述钻头的侧壁。

7.根据示例6所述的外科手术钻孔设备，其中所述侧壁的至少一部分被配置为在所述钻头已经穿透所述颅骨之后维持与所述颅骨接触。

8.根据示例6或示例7所述的外科手术钻孔设备，其中所述侧壁相对于所述钻头的纵向轴线呈锥形。

9.根据示例6至8中任一项所述的外科手术钻孔设备，其中所述侧壁相对于所述钻头的纵向轴线成五度角。

10.根据示例6至9中任一项所述的外科手术钻孔设备，其中所述钻头还包括位于所述钻头的远端处的切割尖端，其中所述侧壁从所述切割尖端向近侧延伸。

11.根据示例10所述的外科手术钻孔设备，其中所述侧壁从所述切割尖端径向向外且沿近侧方向成角度。

12.根据示例10或示例11所述的外科手术钻孔设备，其中所述触发阈值包括与所述切割尖端穿透所述颅骨相关联的所述参数的值。

13.根据示例1至12中任一项所述的外科手术钻孔设备，其中所述钻头还包括凹槽，所述凹槽在平行于所述钻头的纵向轴线的方向上延伸。

14.根据示例13所述的外科手术钻孔设备，其中所述凹槽具有线性形状。

15.根据示例1至14中任一项所述的外科手术钻孔设备，其中所述感测元件包括模数转换器。

16.根据示例1至15中任一项所述的外科手术钻孔设备，其中所述参数包括钻机马达电流、钻机马达扭矩、钻机马达扭矩阻力、钻头切割唇接触、钻头进给速率和/或施加到所述钻头上的法向力中的至少一者。

17.根据示例1至16中任一项所述的外科手术钻孔设备，其中所述参数是第一参数并且所述触发阈值是第一触发阈值，并且其中所述钻机马达被配置为(i)在操作时生成第二参数并且(ii)当所述第二参数满足或超过第二触发阈值时停止，由此抑制所述钻头的旋转。

18.一种或多种非暂时性计算机可读介质，所述一种或多种非暂时性计算机可读介质上存储有指令，所述指令在由钻孔系统的一个或多个处理器执行时致使所述钻孔系统执行包括以下各项的操作：

向钻机马达提供电力以引起所述钻孔系统的钻头旋转，其中所述钻头包括切割表面，并且其中所述切割表面的至少一部分被配置为在操作时接触患者的颅骨；

经由所述钻孔系统的感测元件确定所述钻机马达的参数，所述参数包括钻机马达电流、钻机马达扭矩、钻机马达扭矩阻力、钻头切割唇接触、钻头进给速率和/或施加到所述钻头的法向力中的至少一者，其中所述参数对应于所述切割表面的形状；以及

当所述参数满足或超过触发阈值时，致使所述钻机马达停止所述钻头的旋转。

19.根据示例18所述的一种或多种非暂时性计算机可读介质，其中确定所述参数包括确定所述钻机马达电流的二阶导数。

20.根据示例18或示例19所述的一种或多种非暂时性计算机可读介质，所述操作还包括至少部分地基于在所述钻头穿透或接近穿透所述颅骨时所述切割表面与所述颅骨之间的接触而致使当所述钻头穿透所述颅骨时所述参数增大。

21.根据示例18至20中任一项所述的一种或多种非暂时性计算机可读介质，所述操作还包括至少部分地基于所述切割表面与所述颅骨之间的接触而致使当所述钻头穿透所述颅骨时所述参数满足或超过所述触发阈值。

22.根据示例18至21中任一项所述的一种或多种非暂时性计算机可读介质，其中所述切割表面包括锥形侧壁并且所述钻头还包括切割尖端，所述操作还包括至少部分地基于所述侧壁与所述颅骨之间的接触而致使在所述切割尖端穿透所述颅骨时或之后由所述钻机马达消耗的电流的加速度达到或超过所述触发阈值。

23.根据示例18至22中任一项所述的一种或多种非暂时性计算机可读介质，其中所述触发阈值包括与所述钻头穿透所述颅骨相关联的所述参数的值，并且其中致使所述钻机马达停止所述钻头的所述旋转包括当所述参数满足或超过所述值时使所述钻机马达停止所述钻头的所述旋转。

24.根据示例18至23中任一项所述的一种或多种非暂时性计算机可读介质，其中所述参数是第一参数并且所述触发阈值是第一触发阈值，并且其中所述指令还被配置为当所述钻机马达的第二参数满足或超过第二触发阈值时使所述钻机马达停止所述钻头的所述旋转。

25.一种操作外科手术钻孔设备的方法，其包括：

向钻机马达提供电力以引起所述外科手术钻孔设备的钻头旋转，其中所述钻头包括切割表面，并且其中所述切割表面的至少一部分被配置为在操作时接触患者的颅骨；

经由所述外科手术钻孔设备的感测元件确定所述钻机马达的参数，其中所述参数对应于所述切割表面的形状；以及

当所述参数满足或超过触发阈值时，致使所述钻机马达停止所述钻头的旋转。

26.根据示例25所述的方法，其中确定所述参数包括确定所述钻机马达在操作时消耗的电流的二阶导数。

27.根据示例25或示例26所述的方法，其中使所述钻机马达停止包括至少部分地基于当所述钻头穿透所述颅骨时所述参数的增大来使所述钻机马达停止。

28.根据示例25至27中任一项所述的外科手术钻孔设备，其还包括至少部分地基于所述切割表面与所述颅骨之间的接触而致使当所述钻头穿透所述颅骨时所述参数满足或超过所述触发阈值。

29.根据示例25至28中任一项所述的方法，其中所述切割表面包括锥形侧壁并且所述钻头还包括切割尖端，所述方法还包括至少部分地基于所述侧壁与所述颅骨之间的接触而致使在所述切割尖端穿透所述颅骨时或之后由所述钻机马达消耗的电流的加速度达到或超过所述触发阈值。

30.根据示例25至29中任一项所述的方法，其中所述触发阈值包括与所述钻头穿透所述颅骨相关联的所述参数的值，并且其中致使所述钻机马达停止所述钻头的所述旋转包括当所述参数满足或超过所述值时使所述钻机马达停止所述钻头的所述旋转。

31.根据示例25至30中任一项所述的方法，其中所述参数是第一参数并且所述触发阈值是第一触发阈值，并且其中所述方法还包括当所述钻机马达的第二参数满足或超过第二触发阈值时使所述钻机马达停止所述钻头的所述旋转。

上文对本技术的实施方案的详细描述并不意图是详尽的或将本技术限于上文讨论的精确形式。尽管上文出于说明性目的描述了本技术的具体实施方案和示例，但是相关领域技术人员将认识到，在本技术的范围内各种等效的修改是可能的。例如，本文描述的钻孔系统的任何特征都可以与本文描述的其他钻孔系统的任何特征组合，反之亦然。例如，尽管以给定顺序呈现步骤，但是替代性实施方案可以按照不同的顺序执行步骤。还可以组合本文描述的各种实施方案以提供另外的实施方案。

根据前述内容，应当理解，本文已经出于说明目的描述了本技术的具体实施方案，但是并未详细示出或描述与钻孔系统相关联的公知结构和功能以避免不必要地使得对本技术的实施方案的描述变得模糊。在上下文允许的情况下，单数或复数术语也可以分别包括复数或单数术语。

除非上下文另有明确要求，否则在整个描述和示例中，词语“包括”、“包含”等应当以包容性意义而不是排他性或穷举性的意义来解释；即，以“包括但不限于”的意义来解释。如本文所使用，术语“连接”、“耦接”或其任何变体是指在两个或更多个元件之间的直接或间接的任何连接或耦接；在元件之间的耦接或连接可以是物理的、逻辑的或其组合。另外，词语“本文中”、“上文”、“下文”和类似意思的词语当在本申请中使用时应指本申请整体，而不是本申请的任何特定部分。在上下文准许的情况下，在以上具体实施方式中使用单数或复数的词语还可相应地包括复数或单数。如本文所使用，“A和/或B”中的措辞“和/或”是指仅A、仅B以及A和B。另外，术语“包括”自始至终用于指至少包括所叙述的特征，使得不排除任何更大量的相同特征和/或附加类型的其他特征。还将理解，本文已经出于说明的目的描述了特定实施方案，但可在不偏离所述技术的情况下作出各种修改。此外，虽然已经在所述技术的一些实施方案的上下文中描述了与那些实施方案相关联的优点，但其他实施方案也可展现此类优点，并且并非所有实施方案都一定需要展现此类优点以落入所述技术的范围内。因此，本公开和相关联的技术可涵盖本文未明确示出或描述的其他实施方案。

Claims (31)

1.一种外科手术钻孔设备，其包括：

具有切割表面的钻头，其中所述切割表面的至少一部分被配置为在操作时保持与患者的颅骨接触；

能够操作地耦接到所述钻头的钻机马达，其中所述钻机马达被配置为在操作时生成参数，并且其中所述参数与所述切割表面相关联；以及

感测元件，所述感测元件被配置为检测所述参数，

其中当所述感测元件检测到所述参数满足或超过触发阈值时，所述钻机马达被配置为停止并由此抑制所述钻头的旋转。

2.根据权利要求1所述的外科手术钻孔设备，其中所述参数包括所述钻机马达在操作时消耗的电流的二阶导数。

3.根据权利要求1所述的外科手术钻孔设备，其中所述切割表面被配置为当所述钻头穿透所述颅骨时致使所述参数增大。

4.根据权利要求1所述的外科手术钻孔设备，其中所述切割表面被配置为当所述钻头穿透所述颅骨时使所述参数满足或超过所述触发阈值。

5.根据权利要求1所述的外科手术钻孔设备，其中所述切割表面包括锥形侧壁，其中所述钻头还包括切割尖端，其中所述参数包括所述钻机马达在操作时消耗的电流的加速度，并且其中所述锥形侧壁被配置为在所述切割尖端穿透所述颅骨时或之后使所述电流的加速度达到或超过所述触发阈值。

6.根据权利要求1所述的外科手术钻孔设备，其中所述切割表面包括所述钻头的侧壁。

7.根据权利要求6所述的外科手术钻孔设备，其中所述侧壁的至少一部分被配置为在所述钻头已经穿透所述颅骨之后维持与所述颅骨接触。

8.根据权利要求6所述的外科手术钻孔设备，其中所述侧壁相对于所述钻头的纵向轴线呈锥形。

9.根据权利要求6所述的外科手术钻孔设备，其中所述侧壁相对于所述钻头的纵向轴线成五度角。

10.根据权利要求6所述的外科手术钻孔设备，其中所述钻头还包括位于所述钻头的远端处的切割尖端，其中所述侧壁从所述切割尖端向近侧延伸。

11.根据权利要求10所述的外科手术钻孔设备，其中所述侧壁从所述切割尖端径向向外且沿近侧方向成角度。

12.根据权利要求10所述的外科手术钻孔设备，其中所述触发阈值包括与所述切割尖端穿透所述颅骨相关联的所述参数的值。

13.根据权利要求1所述的外科手术钻孔设备，其中所述钻头还包括凹槽，所述凹槽在平行于所述钻头的纵向轴线的方向上延伸。

14.根据权利要求13所述的外科手术钻孔设备，其中所述凹槽具有线性形状。

15.根据权利要求1所述的外科手术钻孔设备，其中所述感测元件包括模数转换器。

16.根据权利要求1所述的外科手术钻孔设备，其中所述参数包括钻机马达电流、钻机马达扭矩、钻机马达扭矩阻力、钻头切割唇接触、钻头进给速率和/或施加到所述钻头上的法向力中的至少一者。

17.根据权利要求1所述的外科手术钻孔设备，其中所述参数是第一参数并且所述触发阈值是第一触发阈值，并且其中所述钻机马达被配置为(i)在操作时生成第二参数并且(ii)当所述第二参数满足或超过第二触发阈值时停止，由此抑制所述钻头的旋转。

18.一种或多种非暂时性计算机可读介质，所述一种或多种非暂时性计算机可读介质上存储有指令，所述指令在由钻孔系统的一个或多个处理器执行时致使所述钻孔系统执行包括以下各项的操作：

向钻机马达提供电力以引起所述钻孔系统的钻头旋转，其中所述钻头包括切割表面，并且其中所述切割表面的至少一部分被配置为在操作时接触患者的颅骨；

经由所述钻孔系统的感测元件确定所述钻机马达的参数，所述参数包括钻机马达电流、钻机马达扭矩、钻机马达扭矩阻力、钻头切割唇接触、钻头进给速率和/或施加到所述钻头的法向力中的至少一者，其中所述参数对应于所述切割表面的形状；以及

当所述参数满足或超过触发阈值时，致使所述钻机马达停止所述钻头的旋转。

19.根据权利要求18所述的一种或多种非暂时性计算机可读介质，其中确定所述参数包括确定所述钻机马达电流的二阶导数。

20.根据权利要求18所述的一种或多种非暂时性计算机可读介质，所述操作还包括至少部分地基于在所述钻头穿透或接近穿透所述颅骨时所述切割表面与所述颅骨之间的接触而致使当所述钻头穿透所述颅骨时所述参数增大。

21.根据权利要求18所述的一种或多种非暂时性计算机可读介质，所述操作还包括至少部分地基于所述切割表面与所述颅骨之间的接触而致使当所述钻头穿透所述颅骨时所述参数满足或超过所述触发阈值。

22.根据权利要求18所述的一种或多种非暂时性计算机可读介质，其中所述切割表面包括锥形侧壁并且所述钻头还包括切割尖端，所述操作还包括至少部分地基于所述侧壁与所述颅骨之间的接触而致使在所述切割尖端穿透所述颅骨时或之后由所述钻机马达消耗的电流的加速度达到或超过所述触发阈值。

23.根据权利要求18所述的一种或多种非暂时性计算机可读介质，其中所述触发阈值包括与所述钻头穿透所述颅骨相关联的所述参数的值，并且其中致使所述钻机马达停止所述钻头的所述旋转包括当所述参数满足或超过所述值时使所述钻机马达停止所述钻头的所述旋转。

24.根据权利要求18所述的一种或多种非暂时性计算机可读介质，其中所述参数是第一参数并且所述触发阈值是第一触发阈值，并且其中所述指令还被配置为当所述钻机马达的第二参数满足或超过第二触发阈值时使所述钻机马达停止所述钻头的所述旋转。

25.一种操作外科手术钻孔设备的方法，其包括：

向钻机马达提供电力以引起所述外科手术钻孔设备的钻头旋转，其中所述钻头包括切割表面，并且其中所述切割表面的至少一部分被配置为在操作时接触患者的颅骨；

经由所述外科手术钻孔设备的感测元件确定所述钻机马达的参数，其中所述参数对应于所述切割表面的形状；以及

当所述参数满足或超过触发阈值时，致使所述钻机马达停止所述钻头的旋转。

26.根据权利要求25所述的方法，其中确定所述参数包括确定所述钻机马达在操作时消耗的电流的二阶导数。

27.根据权利要求25所述的方法，其中使所述钻机马达停止包括至少部分地基于当所述钻头穿透所述颅骨时所述参数的增大来使所述钻机马达停止。

28.根据权利要求25所述的外科手术钻孔设备，其还包括至少部分地基于所述切割表面与所述颅骨之间的接触而致使当所述钻头穿透所述颅骨时所述参数满足或超过所述触发阈值。

29.根据权利要求25所述的方法，其中所述切割表面包括锥形侧壁并且所述钻头还包括切割尖端，所述方法还包括至少部分地基于所述侧壁与所述颅骨之间的接触而致使在所述切割尖端穿透所述颅骨时或之后由所述钻机马达消耗的电流的加速度达到或超过所述触发阈值。

30.根据权利要求25所述的方法，其中所述触发阈值包括与所述钻头穿透所述颅骨相关联的所述参数的值，并且其中致使所述钻机马达停止所述钻头的所述旋转包括当所述参数满足或超过所述值时使所述钻机马达停止所述钻头的所述旋转。

31.根据权利要求25所述的方法，其中所述参数是第一参数并且所述触发阈值是第一触发阈值，并且其中所述方法还包括当所述钻机马达的第二参数满足或超过第二触发阈值时使所述钻机马达停止所述钻头的所述旋转。