CN107635495A - 用于矫形冲击的电机驱动工具 - Google Patents

Abstract

一种矫形冲击工具，包括：电机、能量储存腔、撞针和铁砧。电机将能量储存在能量储存腔中，然后再释放能量，使撞针在适配器上施加可控力以形成精确冲击以用在手术设置中。工具可以进一步包括组合铁砧和适配器。或者，该工具可能包括气体弹簧组件系统，用于生成冲击力。所述工具进一步允许向前或向后冲击用于扩大开口的大小或体积，或者，有助于从所述开口中移除拉刀、植入体或其他手术设施。所述工具的能量调节控制使外科医生能够增加或减少冲击能量。光源和把手使所述工具易于操作。

Description

用于矫形冲击的电机驱动工具

相关文件的交叉引用

本申请根据35USC§119要求待决的美国临时专利申请的优先权，申请号为62/101,416,申请日为2015年1月9日，此申请的全部公开以引用的方式并入本文本。

技术领域

本公开涉及在外科应用中用于冲击的电动工具，例如，矫形外科手术，并且，更具体地，涉及一种用于外科冲击的电机驱动工具，即能够向拉刀或其他末端执行器提供可控的冲击。

背景技术

在矫形领域，诸如人造关节等假肢器官经常被植入或置入在病人骨腔中。通常空腔是在假体置入和植入之前的手术过程中形成的，例如，医生可能移开或者压缩现有的骨头来形成空腔。假体通常包括可以插入该空腔的柄(stem)或其他凸起。

医生可以使用拉刀来形成这类空腔，该拉刀与假体柄的形状一致。本领域中已知的解决方案包括提供一种具有拉刀的手柄，医生在手术过程中手动敲击该手柄以将拉刀推入植入区域。遗憾的是，由于该方法是不准确的，导致对骨头产生不必要的机械压力和依赖于特定医生技术的高度不可测。以往这种蛮力的方法在很多情况下会导致空腔的位置和结构不准确。此外，外科医生需要花费很大的体力和能量去敲击拉刀和操作骨头和假体。最重要的是，该方法承担了医生可能会对手术区域造成不必要的进一步的创伤和损坏其他健康的组织、骨结构等的风险。

另一个用于生成假体空腔的技术是气动地驱动拉刀，即，通过压缩空气驱动拉刀。这种方法的缺点在于其妨碍了冲击工具的便携性，例如，由于系索的空气管线的存在，空气从工具中排出进入无菌操作区，以及医生操作工具的疲劳。如在美国专利5057,112所示，该方法无法精确地控制冲击力和频率，相反，在致动时，运行起来更像是手提钻。其次，由于缺少对精确控制的任何测量，使空腔的准确拉削更加困难，导致病人不必要的并发症和创伤。

第三个用于产生空腔的技术依赖于计算机控制的机械臂，尽管该方法克服了疲劳和准确性的问题，但是该方法产生非常高的资金成本和另外消除了外科医生可以从手动方法中得到的触觉反馈。

第四种技术依赖于作者自己之前的工作，使用线性压缩器压缩空气在单冲程基上，然后在产生足够的压力后，通过阀门释放空气到撞针上。然后驱动这个撞针沿着导管向下行进并冲击容纳切刀或其他外科工具的铁砧。这个发明工作非常好，但是，在测试过程中，它不允许用简单的方法来使切刀逆行，切刀会被陷入软组织。进一步地，空气压力导致在齿轮系和线性运动转换器组件巨大的作用力，巨大的作用力导致元件过早的磨损。

因此，需要一种克服现有系统和发明人之前所有的方案的各种缺点的冲击工具。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述缺点，提供了一种电机驱动矫形冲击工具，用于对臀部、膝盖和肩部等进行矫形冲击。该工具能够保持拉刀、骨凿或其他末端执行器，并且利用可控的敲击冲击将拉刀、骨凿或其他末端执行器轻轻敲入空腔内，从而更好地适于假体或植入体。进一步地，根据患者的特定骨型或其他轮廓，由电操控拉刀、骨凿或其他末端执行器提供的控制能够调节冲击设置。此外，该工具使假体或植入体能够适当的放入植入腔内或从植入腔内移除，并且有助于增强外科医生引导仪器的现有技能。

在实施例中，电机驱动矫形冲击工具包括：本机电源(诸如电池或燃料电池)、电机、控制器、壳体、用于将电机旋转运动转换为线性运动的模块(下文称为线性运动转换器)、至少一个减速齿轮、撞针、棘爪和能量储存机构，该能量储存机构可以包括压缩空气或真空中任意一个。该工具可以进一步包括：LED、具有供舒适握住该工具的至少一个把手的手柄部分、配置为容纳手术工具的适配器、电池和至少一个传感器。各种部件中的至少一些部件优选地包含在壳体内。该工具能够在拉刀、骨凿、或其他末端执行器、或植入体上施加循环冲击力，并且能够将冲击力微调为多种等级的冲击力。由于不需要到装置的连接，该装置是便携的。

在另一个实施例中，矫形冲击工具可能包括气体弹簧组件系统，用于生成施加在拉刀、骨凿、或其他末端执行的冲击力。气体弹簧组件系统是由电动机或齿轮箱结合凸轮来致动，并能释放气体弹簧活塞，反过来，加速发射用于生成冲击力的块(mass)。例如，气体弹簧活塞具有足够的位移之后，储存其中的气体弹簧势能增加，气体弹簧活塞从凸轮释放。一旦气体弹簧活塞释放，发射块与气体弹簧活塞向前加速，直至与碰撞点、铁砧或另一个冲击表面实现有效接触。在一个实施例中，发射块在它的冲击点之前从气体弹簧活塞分离。存在至少两个不同冲击表面用于发射块，一个正向冲击表面和一个不同的冲击表面用于反向冲击。气体弹簧活塞的质量与总的移动质量的比率(即气体弹簧活塞结合发射块)小于50％，促使能量更加高效的转移到发射块，施加有效的冲击。进一步，气体弹簧的压缩比例约小于50％，减小了压缩热的热损失。如果触发器得以保持，发射块冲击冲击表面或冲击点之后，凸轮重新扳紧(cock)气体弹簧活塞用于下一个循环。

在另一个实施例中，手柄可能是可复位的或可折叠回到工具，以呈现一个内联的工具，外科医生在工具上与拉刀方向线性的推或拉。这样有在操作时限制了医生作用在工具上的扭矩的量的优点。在把手的进一步细化中，有附加的把手用于引导外科器械，并在冲击操作中提供增强的稳定性。

在另一个实施例中，拉刀、骨雕或其他末端执行器可以在保持轴向排列时，绕着若干活塞旋转，这样有利于在外科手术中拉刀用在各种解剖演示的用途。

在另一个实施例，能量储存机构包括在冲击循环的部分至少部分真空的室。

在另一个实施例中，线性运动转换器使用曲柄滑块、联动机构、凸轮、螺丝钉、齿条和齿轮、摩擦传动或皮带和皮带轮中的一个。

在另一个实施例中，线性运动转换器和回转马达可以用线性马达、螺线管和音圈电机取代。

在另一个实施例中，该工具进一步包括控制元件，该控制元件包括能量调节元件，并且该能量调节元件可以控制工具的冲击力并且减少或避免由不受控的冲击造成的损坏。可以电子地或机械地调整该能量。而且，该能量调节元件可以是模拟的或具有固定设置。该控制元件实现了对拉刀加工操作的精确控制。

在一个实施例中，该工具的铁砧包括两个冲击点中的至少一个冲击点以及限制撞针基本上在轴向方向上移动的导向件。在操作中，撞针沿着导向件持续地在向前方向上移动。可以使用换向机构来改变撞针的冲击点和在手术工具上产生的力。这类换向机构的使用使得在铁砧和/或拉刀或其他手术附件上施加了前向或后向力。如上下文中所用的，“前向方向”指撞针朝着拉刀、骨凿或患者的移动，而“后向方向”指撞针远离拉刀、骨凿或患者的移动。双向或单向冲击的可选择性为外科医生在植入腔内切割或压缩材料提供了灵活性，在外科手术程序中，选择移除材料或压实材料往往是关键的决定。而且，在作者的现有公开的使用中发现，在处理过程期间该工具常常被卡住并且该工具的反向方法不足以拉出手术设施。该公开的实施例克服了这些缺点。在实施例中，传送前向或后向力的冲击点至少为两个单独的不同点。

在实施例中，铁砧和适配器包括单个元件，也可以彼此集成在一起。

在实施例中，该工具进一步能够调整撞针的冲击移动的频率。通过调整撞针的频率，该工具可以在维持相同的冲击幅度的同时施加更大的总的时间加权的敲击冲击。这使外科医生能够控制拉刀或骨凿的切割速度。例如，在拉刀或骨凿整体移动期间，外科医生可以选择更快的切割速度(高频率冲击)，然后随着拉刀或骨凿接近理想深度后放慢切割速度。在典型的冲击器中，如美国专利第6,938,705号所示的，如使用在拆除工作中的，改变速度的变化会使冲击力发生变化，从而可以在可变速操作中维持恒定的(定义为+/-20％)冲击能量。

在一个实施例中，通过用户放在该工具上的偏置力来控制冲击方向。例如，使该工具在前向方向上偏置形成前向冲击，而使该工具在后向方向上偏置形成后向冲击。

在一个实施例中，该工具可以具有发光元件，该发光元件用于对工作区域进行照明并且将拉刀、骨凿或其他末端执行器准确定位在假体或植入体的适当位置上。

在一个实施例中，该工具还可以包括反馈系统，该反馈系统在拉刀、骨凿或其他末端执行器或植入体接口处检测到超出特定幅度的弯曲或离线定向时向所述用户发出警告。

在实施例中，该工具还可以包括保持撞针的棘爪，并且该棘爪可以通过机械或电控制器致动从而提高从工具到手术末端执行器的每次冲击的能量。在实施例中，该棘爪的特性在于：在撞针移动的30％范围内，棘爪施加在撞针上的保持力减少50％。

这些方面连同本公开的其他方面以及表征本公开的各种新颖性特征在所附权利要求中作为特殊性指出，并且构成本公开的一部分。为了更好地理解本公开，该工具操作优点及通过使用该工具所达到的无限定的目的，必须参考本公开的图示的和描述的示例性实施例的附图和描述性内容。

附图说明

参考下面的详细说明和权利要求书并且结合附图将更好地理解本发明的优点和特征，其中，相同的元件用相同的符号表示，在附图中：

图1示出了根据本公开示例性实施例的矫形冲击工具的透视图；

图2示出了在真空操作期间图1的工具的活塞的示例性位置；

图3示出了在前向方向上移动以冲击铁砧的图1的工具的撞针；

图4示出了移动从而使铁砧会在相反方向上被冲击的图1的工具的撞针；

图5示出了朝第一位置反向移动并且重置撞针的图1的工具的活塞；

图6示出了使用压缩腔产生冲击力的工具的另一个示例性实施例；

图7示出了使用阀门调节撞针的冲击能量的工具的示例性实施例；

图8示出了撞针提供向铁砧上施加后向力的表面的工具的示例性实施例；

图9示出了撞针向铁砧施加前向作用力的工具的示例性实施例；

图10为根据本公开示例性实施例的猛烈冲击和使用弹性机构的柔性冲击之间的力与时间曲线的比较；

图11示出了根据本公开另一个实施例的气体弹簧组件用于生成冲击力的矫形冲击工具的透视图；

图12示出了凸轮用于致动气体弹簧的气体弹簧组件系统的透视图；

图13示出了气体弹簧组件系统的凸轮释放气体弹簧的工具的示例性实施例；

图14示出了气体弹簧被释放后，发射块朝向冲击点向前加速的工具的示例性实施例；

图15示出了根据本公开示例性实施例的矫形冲击工具的循环过程的示例性流程图。

具体实施方式

本文出于图示之目的所详细描述的优选实施例可以进行多种变型。要理解，在权宜情况下设想各种省略和等效物替换，但是，旨在不脱离本公开的精神或范围的情况下包含此类应用或实施方式都落入本公开的保护范围。

本公开提供了一种具有可控的敲击冲击的电机驱动矫形冲击工具。该工具包括执行单次或多次冲击以及执行可变向、可变力和可变频率冲击的能力。在实施例中，冲击力是可调节的。在另一实施例中可以提供棘爪，该棘爪有助于生成更高的能量冲击。在另一实施例中，冲击传至连接至该工具的拉刀、骨凿或其他末端执行器。

该工具可以进一步包括壳体。壳体可以牢牢盖住并保持工具的至少一个部件，并且该壳体是由适于外科应用的材料形成的。在实施例中，壳体包含：电机、至少一个减速齿轮、线性运动转换器、气腔、撞针、力调节器、控制电路或模块、铁砧、正向冲击表面、和用于后向冲击的不同表面。

该工具可以进一步包括：具有用于在使用中舒适并牢牢保持该工具的可选的把手的手柄部分、以及适配器、电池、位置传感器、方向传感器和扭矩传感器。该工具可以进一步包括诸如LED等在外科医生采用该工具的工作区域中提供照明的发光元件。铁砧可以通过使用接口适配器联接至拉刀、骨凿或本领域已知的其他末端执行器，该适配器可以具有快速连接机构以有助于迅速改变不同的拉削大小。铁砧可以进一步包括锁定旋转特征，以使拉刀呈现出来并配置为不同的解剖配置，无需改变外科医生手中工具的定向。

现在参考图1至图5，在实施例中，线性运动转换器12包括曲柄滑块机构，该曲柄滑块操作性地直接地或间接地联接至电机8和减速齿轮7。该工具进一步包括容纳活塞24的真空腔23，该活塞24由线性运动转换器12致动。显而易见的是，活塞24可以在一个以上的方向上被致动。通过活塞24远离撞针25的移动在真空腔23中形成真空。针对运行周期的至少一部分，将在真空腔23中形成的真空限定为小于9psia的压力。

在实施例中，该工具的电机8使线性运动转换器12移动，其在撞针25面上拉出真空并且在真空腔23中形成至少部分真空，具体如图2所示。活塞24继续移动，从而增加真空腔23的大小直到活塞24撞击到撞针25的前向部分(即，撞针的接近末端执行器或患者的部分)为止，这使将撞针25从其棘爪10(对于采用棘爪的实施例)拉出，并且使撞针25朝着工具的接近末端执行器或患者的一端迅速加速。在实施例中，棘爪可以是机械的、电子的或上述的组合，在附图中，棘爪优选为磁铁或电磁铁。棘爪10的特性在于：一旦棘爪10被释放或克服，在撞针25的第一个30％的移动内，棘爪10对撞针25的保持力至少减少50％。撞针25对铁砧14的冲击将力传至适配器1以及拉刀、骨凿或其他矫形仪器。

在实施例中，在铁砧上的力的方向由用户(诸如，外科医生)施加在工具和冲程限制器13上的手动力控制。发明人已经确定之前的设计有时会卡在空腔中并且在上述段落中提及的撞针冲击可能不足以移除该工具。在本实施例中，当从空腔拉离工具时，撞针25不会冲击铁砧14，相反会冲击替代表面，从而将后向力传送到铁砧14上。该冲击表面在示例实施例中作为致动销27示出。致动销27将力传至杠杆臂17，该杠杆臂17将后向力传送到铁砧14上，具体是将后向力传送到铁砧撤销冲击表面26上。该实施例的意外有益效果是易于解决上述卡住问题，同时兼有现有工具在精确可控冲击方面的所有有益效果。由此，发现了该工具的进一步优点：可见，外科医生通过他或她放在工具上的偏压可以控制冲击的方向，这样，可以降低拉刀、骨凿或其他末端执行器卡在患者或手术空腔内的可能性。

在进一步实施例中，电磁铁可以与棘爪10合并，并且可以在运行周期中在适当点处被释放以使撞针25冲击铁砧14。一旦从棘爪10释放撞针25，在撞针25后向侧的气压使其向前移动以冲击铁砧14或其他撞针表面。由此产生的力可以传送通过铁砧14的位于铁砧前向冲击表面16附近的一端，以及，可选地，传送通过可附接有用于放入或移除植入体或假体的拉刀、骨凿或其他末端执行器的适配器1。

撞针导向件11也可以具有撞针导向件排气孔20，该撞针导向件排气孔20使在撞针25前面的空气逸出，由此增加撞针25对铁砧14的冲击力。撞针导向件排气孔20可以在工具主体的空腔内排气，由此产生独立的空气循环，防止空气从工具逸出并且实现更好的工具密封。发明人已经确定，也可以改变撞针导向件排气孔20的位置和大小来调整冲击力。进一步地，发明人确定，添加撞针导向件排气孔20增加了撞针25对铁砧14的冲击力。

在实施例中，随着活塞24在其冲程上继续，活塞24朝着后向方向移动，该移动使活塞24与撞针25的后撞针面28接触并且使其朝着工具后方移动。这使棘爪10将撞针25锁紧或保持就位以待下一次冲击。活塞24完成其后向冲程并且优选地致动传感器22，该传感器22发出使电机8停止的信号从而使活塞24静止在真空腔23的下死点处或附近。真空腔23优选地具有泄压阀或止回阀9或其他小开口，该泄压阀或止回阀9或其他小开口在实施例中是活塞24的一部分。阀门9也可以位于真空腔23中的其他点处并且使在真空腔23中聚集的任何空气在各个循环期间被排出真空腔23外。在进一步实施例中，该阀门效应可以通过杯形密封件代替O形环密封件。这确保了在运行周期中在起始点处在真空腔23中出现接近大气的压力，由此确保各次冲击利用了相同量的能量，这对矫形冲击很重要，至少是确保了在多次冲击情形下大体上恒定的力和冲击率的原因。由此，在一个完整的循环中，可以在拉刀、骨凿或其他末端执行器、或植入体/假体上施加前向和后向冲击力。

图15示出了根据本公开示例性实施例的矫形冲击工具的循环过程的示例性流程图。在循环1500的开始，在步骤1502首先确定是否矫形冲击工具已经充电和准备使用。如果本机电源的电压，例如电池，小于最小阈值，则在步骤1504电池设置充电。如果电池的电压大于最小阈值，然后在步骤1506确定铁砧和/或拉刀或其他手术附件是否相对于病人骨头的空腔正确放置。如果铁砧和/或拉刀或其他手术附件是正确地放置，则操作移动至步骤1510；否则，系统在步骤1508中等待直至位置正确。在步骤1510，确定电机或变速箱组合是否旋转。一旦电机开始旋转，接着在步骤1512中确定是否凸轮传感器被致动。如果传感器被致动，在步骤1514按下触发键，这导致凸轮扳紧气体弹簧活塞并最终生成冲击力。如果凸轮传感器没有被致动，则该过程返回步骤1510以使电机继续旋转直至凸轮传感器被致动。接下来，如果在步骤1514维持触发器，则操作循环返回步骤1510，在这里电机继续旋转，使得凸轮重新扳紧气体弹簧活塞用于下一循环；否则，矫形冲击工具的操作在步骤1516停止。

控制器21优选用固件实施运行图15描述的循环操作，使得矫形冲击工具能够产生可重复的、可控的冲击力。控制器21包括，例如，智能硬件设备，如任意数据处理器，微控制器或FPGA设备，例如由英特尔(加利福尼亚州圣克拉拉市)或AMD(加利福尼亚州森尼维尔市)公司制造的。也可以使用如本领域技术人员公认的其他控制器类型。

在进另一个实施例中，工具的电机8使线性运动转换器12移动活塞24直到活塞24移动足够的距离使活塞的前向部分冲击到撞针的一部分并且克服了将撞针保持在后方位置中的棘爪10为止。一旦从棘爪10释放撞针，在真空腔23中的真空向撞针施力，使撞针加速，使撞针从空腔内部轴向向下滑入工具壳体中并且撞击铁砧前向冲击表面16。在图3中，铁砧前向冲击表面16引起铁砧14和/或工具架向前移动，而在图4中，铁砧撤销冲击表面26引起铁砧14和/或工具架向后移动。由此产生的力可以通过铁砧14的位于铁砧前向冲击表面16附近的一端传送，可选地，通过可以附接有用于放入或移除植入体或假体的拉刀、骨凿或其他末端执行器的适配器1传送。

在另一实施例中，可以使用压缩空气腔5结合活塞6和撞针4来生成冲击力，如图6至图9所示。在该实施例中，工具的电机8使线性运动转换器12移动活塞6直到在压缩空气腔5内产生了足够的压力为止，该压缩空气腔5设置在活塞6的远端和撞针4的近端之间以克服将撞针4保持在后向位置中的棘爪10和/或将撞针4保持在后向位置中的惯性或摩擦力。一旦达到足够的压力，打开空气通道19，气压使撞针4加速，该撞针4从空腔轴向向下滑动并且撞击铁砧14。空气通道19的截面面积优选小于撞针4的截面面积的50％，从而减少棘爪10要求的保持力的大小。由此产生的力通过铁砧14的位于铁砧前向冲击表面16附近的一端传送，以及可选地，通过可以附接有用于放入或移除植入体或假体的拉刀、骨凿或其他装置的适配器1传送。

随着活塞6在其冲程上继续，活塞6朝着后方方向移动，在压缩空气腔5中形成轻微真空。该真空可以通过空气通道19传送到达撞针4的背面，在撞针4上产生返回力，该返回力使撞针4在后方方向上移动，即，远离撞针4的在铁砧前向冲击表面16上的冲击点的方向。如果适配器1附接至铁砧14，力可以通过可以附接有用于放入或移除植入体或假体的拉刀、骨凿或其他末端执行器的适配器1传送。

在另一个实施例中，利用气体弹簧组件系统生成冲击力，例如空气弹簧组件，例如，如图11所示。图示11示出了根据本公开的实施例的矫形冲击工具的透视图，其中为了最终生成冲击力，气体弹簧组件系统的马达和变速箱8，结合凸轮30，致动气体弹簧活塞32和/或发射块34。所示凸轮30为泪滴形状，但是本设计认为提供气体弹簧的快速释放的任何形状都可以使用。致动和快速释放气体弹簧的另一种方式包括但不限于，使用中断的齿条和齿轮或爬升机构。气体弹簧组件系统进一步包括，在其他元件之中，滚轮挺杆36，减速齿轮7和铁砧14。气体弹簧活塞32包括气体腔室40，例如其在范围大约300-3000psi压力下工作。

图12是气体弹簧组件系统的透视图，其中，用于致动气体弹簧活塞32的凸轮30在工作位置有被扳紧的气体弹簧，准备释放。在扳紧阶段，气体弹簧活塞32，结合发射块34，由滚轮挺杆36接触和推动，滚轮挺杆36在第一方向由凸轮30驱动，如箭头42所示。随着凸轮30继续在第一方向转动(视为顺时针的同义表达)，气体弹簧32结合发射块34从凸轮30释放。特别地，在气体腔40内，在气体弹簧活塞32的足够位移和凸轮30释放气体弹簧活塞32和/或结合发射块34之后，气体弹簧活塞32在向前的方向移动，即朝向冲击点的方向，同时，加速发射块34，发射块34与气体弹簧活塞32的面接触。发射块34可能有合适的材料构造，例如钢或其他任何具有适用于可重复冲击的相似特性的材料。

图13和14示出了矫形冲击工具的实施例，其中气体弹簧组件系统的凸轮30已经在第一方向42旋转并且气体弹簧活塞32已经从凸轮30释放。一旦气体弹簧活塞32释放，发射块34与气体弹簧活塞32正向加速，直至其与冲击点、铁砧14或其他冲击表面实现有效接触。随着气体弹簧活塞32正向移动，气体弹簧缓冲器44起阻塞物的作用，以阻止气体弹簧活塞32的凸缘46冲击气体弹簧活塞32的气缸。当气体弹簧活塞32结束冲程并发射块34时，缓冲器44吸收气体弹簧活塞32的冲击。这样缓冲器44阻止了在重复操作中对气体弹簧活塞32的损伤。在冲击过程的至少一部分期间，优选先于冲击点，发射块34从气体弹簧活塞32的面分离。如果保持触发器，凸轮30则重新扳紧气体弹簧活塞32用于下一个循环。

如上所讨论的，有至少两个不同的冲击表面，一个正向冲击表面和一个用于后向冲击的不同的表面。图14示出了杠杆臂17，其传输后向力到铁砧14上，并且，特别地，到一个用于后向冲击的不同的表面。这样具有很容易移出陷入手术空腔的工具或器械的意想不到的效果。具体参考附图6、8和9，例如，当矫形冲击工具从病人骨头的空腔拉出来，例如，撞针4将不会冲击铁砧14，但是反而可能冲击另一面，因此传递后向力到铁砧14上。在示例性实施例中的冲击表面如致动销27。致动销27传送力到杠杆臂17，杠杆臂17传送后向力到铁砧14上，具体地，到铁砧撤销冲击表面26上。

气体弹簧活塞32的质量与总的移动质量(即气体弹簧活塞结合发射块34)的比率大约小于50％，这有利于更有效的能量转移到发射块34，用于对冲击表面施加有效冲击。有利地，气体弹簧组件系统不需要使用棘爪或磁铁来生成更高能量的冲击。进一步，气体弹簧的压缩比例小于50％，减少了压缩气体过程中生成的热。相应地，与之前描述的冲击生成系统相比，该气体弹簧组件系统更加紧凑、高效、重量轻和具有更少的总部件和移动部件。

该工具可以进一步有助于进行可控的连续冲击，该冲击取决于启动开关的位置(例如，该启动开关可以操作性地联接至电源或电机)。对于这类继续冲击，在启动开关被致动之后，根据启动开关的位置，工具可以按照与启动开关的位置成正比的速率实现完整的循环。由此，通过单次冲击或连续冲击操作模式，外科医生易于控制手术区域的产生或成形。

可以提供操作性地联接至控制器21的传感器22，以协助调整线性运动转换器12的优选循环操作。例如，传感器22可以将至少一个位置传送至控制器21，使线性运动转换器12停在下一次循环至少有75％的全功率冲程可用的位置处或附近。该位置称为静止位置。经发现，这相对于现有工具而言是很有利的，使用户确保工具在每个周期按照相同的能量大小进行冲击。在没有该级别控制的情况下，单循环冲击的可重复性受到限制，从而降低了外科医生对工具的信心。

该工具进一步能够借由例如能量控制元件18对每个周期的冲击能量的大小进行微调。通过控制冲击能量，该工具可以避免由不受控冲击或过大能量冲击造成的损坏。例如，对于患有骨质疏松症的老年患者，医生可以降低冲击设置，或者，可以针对更有弹性或完整的运动骨头结构提高冲击设置。

在实施例中，能量控制元件18优选地包括在保持撞针25的棘爪10上的可选择的释放设置。显而易见的是，在从棘爪10拉出撞针25所需压力增加的情况下，撞针25也会用更大的能量冲击铁砧14。在另一实施例中，棘爪10可以包括电控元件。电控元件可以在循环中的不同点处释放，由此限制真空腔23的大小，该真空腔23作用在撞针25上。在实施例中，电控元件为电磁铁。

在另一实施例中，真空腔23或压缩空气腔5可以包括能量控制元件18，该能量控制元件18采取可调节漏缝的形式，诸如可调节阀。该漏缝降低了使撞针4或25加速的能量的大小，由此降低了在铁砧14上的冲击能量。对于可调节漏缝，将漏缝调节至最大可以使撞针4或25的冲击能量最低，而调节漏缝使其关闭(零漏缝)可以使撞针4或25的冲击能量最高。

该工具可以进一步包括插入在撞针4或25与手术末端执行器之间的柔性元件，其目的在于在更长的时段内分布冲击力，由此实现每次冲击的总能量相同，但是力减小。这可从图10所示的在仪器上进行两个负载电池测试的结果清晰看出。该类型的柔性元件可以在冲击期间限制峰值力以防止这类峰值使患者骨折。在进一步实施例中，该柔性机构可以是可调节的，在进一步实施例中，该柔性机构可以插入在撞针4或25与铁砧14或手术工具之间。以该方式或其他方式，该工具有助于使轴向拉削和植入体放置保持一致。优选地，柔性元件将撞针的冲击时间增加至至少4毫秒，优选地，10毫秒。这与由于撞针4或25和铁砧14(例如，均由钢铁制成)的较高强度所产生的极高力的冲击相反。优选地，柔性元件包括弹性材料，诸如尿烷、橡胶、或其他受冲击后恢复良好并且对总能量施加最小阻尼的弹性材料。

在另一实施例中，适配器1可以包括现有技术已知的联接布置或其他调节装置，从而使外科医生无需转动工具便可对拉刀、骨凿或其他末端执行器的位置进行修改。在实施例中，适配器1可以通过偏置机构或通过在工具与患者之间的转动或枢转联轴器接收进行前关节或后关节置换的拉刀。由此适配器1可以将拉刀或手术末端执行器维持在与工具的主体和撞针25平行或共线的方向上。适配器1也可以包括夹具、辅助装置、或在操作工具期间可以牢牢保持拉刀、骨凿或其他末端执行器的任何其他紧固件。

使用时，外科医生通过手柄或把手稳定握住工具并且利用LED发出的光照亮工作区域，然后将已附接至工具的拉刀、骨凿或其他末端执行器准确定位在假体或植入体的期望位置上。该工具施加在拉刀、骨凿或其他末端执行器上的往复移动实现了对空腔的成形以及假体的放入或移除。

本文所公开的工具提供了优于现有技术的多种优点。该工具有助于对手术区域进行受控冲击，这最大程度地降低了对患者身体造成的不必要的损伤，并且实现了对植入体或假体底座的精确成形。该工具还使外科医生能够调制冲击方向、冲击力和冲击频率，改善了外科医生操纵工具的能力。力和冲击设置的柔性控制调节使外科医生能够根据患者的特定骨型或其他轮廓来设置冲击力。效率改善和线性运动转换器负载减少能使用更小的电池并且降低了部件成本。从而，该工具使假体或植入体能够恰当放入植入腔内或从植入腔内移除。

出于图示和说明之目的已经对本公开的特定实施例进行了上述说明。上述说明不意在穷尽或将本公开限制为本文所公开的精确形式，显然，鉴于以上教导，可以做出多种修改和变型。对示例性实施例的选择和描述是为了更好地解释本公开的原则及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员更好地利用本公开和具有各种变型的各种实施例，以适用于预期的特定使用。

Claims (20)

1.一种手术冲击器，用于用可重复的、可控的接触力击打物体，以在相反方向上推动手术器具的运行，所述冲击器包括：

驱动机构，所述驱动机构具有气体弹簧组件；

控制电路，用于控制从所述驱动机构输出的能量储存和释放至能量储存机构，以生成可重复的、可控的接触力；

适配器，用于容纳手术器具以接合物体；和

移动体，用于基于传递至所述移动体的可重复的、可控的接触力，接触至少两个不同的冲击表面，以提供可重复的、可控的接触力到适配器，对第一冲击表面提供的可重复的、可控的接触力在第一方向推动适配器，对第二冲击表面提供可重复的、可控的接触力在与第一方向相反的方向推动适配器。

2.根据权利要求1所述的冲击器，其中，至少两个冲击表面的选择是基于施加到所述冲击器的用户偏压力。

3.根据权利要求2所述的冲击器，其中，所述物体的方向上的用户偏压力使所述移动体接触所述第一冲击表面。

4.根据权利要求2所述的冲击器，其中，远离所述物体的方向上的用户偏压力使所述移动体接触所述第二冲击表面。

5.根据权利要求1所述的冲击器，其中，所述气体弹簧组件包括气体弹簧、气体弹簧活塞、凸轮、电机和齿轮箱。

6.根据权利要求5所述的冲击器，其中，气体活塞的质量与所述气体弹簧活塞和所述移动体的总的移动质量的比率小于50％。

7.根据权利要求5所述的冲击器，其中，所述气体弹簧的压缩比例小于50％。

8.根据权利要求5所述的冲击器，其中，所述凸轮用于置换所述气体弹簧活塞。

9.根据权利要求5所述的冲击器，其中，所述气体弹簧活塞包括工作在压力范围为300-3000psi的气体腔。

10.根据权利要求1所述的冲击器，其中，所述移动体包括所述气体弹簧活塞和移动块。

11.根据权利要求1所述的冲击器，其中，所述移动体包括移动块。

12.根据权利要求11所述的冲击器，其中，所述移动块由刚铁制成。

13.根据权利要求1所述的冲击器，进一步包括：

能量调节机构，所述能量调节机构根据患者情况来调节所述移动体传递至所述适配器的冲击能量。

14.根据权利要求1所述的冲击器，其中，所述适配器被配置为可释放地连接至所述手术器具。

15.根据权利要求1所述的冲击器，其中，所述移动体通过具有至少两个冲击表面的铁砧可操作地连接到所述适配器。

16.根据权利要求15所述的冲击器，其中，借助于向所述铁砧施加后向力的杠杆臂，所述适配器在与所述第一方向相反的方向被驱动。

17.根据权利要求5所述的冲击器，其中，所述凸轮在所述移动体接触到所述至少两个不同的冲击表面之前接合所述气体弹簧活塞，并且从所述凸轮释放气体弹簧活塞以推动所述移动体接触至少两个不同的冲击表面。

18.根据权利要求10所述的冲击器，其中，所述移动块在连接到所述至少两个不同的冲击表面之前附连到所述气体弹簧活塞的面部。

19.根据权利要求18所述的冲击器，其中，所述移动块在至少部分与所述至少两个不同的冲击表面接触时从气体弹簧活塞的面部分离。

20.一种手术冲击器，用于用可重复的、可控的接触力击打物体，以在相反方向上推动手术器具的运行，所述冲击器包括：

用于驱动具有气体弹簧组件的所述冲击器的装置，该气体弹簧组件包括气体弹簧活塞；

控制电路，用于控制所述用于驱动的装置的能量储存和释放至能量储存装置，以生成所述可重复的、可控的接触力；

器具底座，用于接收手术器具；和

移动体，用于基于传递至所述移动体的可重复的、可控的接触力，可操作的接触至少两个不同的冲击表面，以提供可重复的、可控的接触力到器具底座，对第一冲击表面提供的可重复的、可控的接触力在第一方向推动器具底座，对第二冲击表面提供可重复的、可控的接触力在与第一方向相反的方向推动器具底座。