CN111031932B - 用于与电池控制的手术工具一起使用的计算机控制的远程功率模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计算机控制的远程功率模块。远程功率模块可包括外壳，所述外壳包含功率变换器、电压控制器、天线和微处理器。电压控制器可与功率变换器电通信。微处理器可与功率变换器、电压控制器和天线电通信。天线可以被配置成从远程计算机控制系统接收无线传输，并且基于所接收的传输将信号提供至微处理器。微处理器可接收信号，并基于信号，选择性地使电压控制器提供功率。远程功率模块可被配置成将功率从电池选择性地提供到工具，例如手术工具。

Description

用于与电池控制的手术工具一起使用的计算机控制的远程功 率模块

优先权声明

本专利申请要求于2017年8月31日提交的美国临时专利申请序列号62/552,606的优先权权益，该专利申请据此全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开大体上涉及电池控制的手术工具。更具体地，本公开涉及提供一种用于与电池控制的手术工具一起使用的远程功率模块，其被配置成从控制系统接收控制信号。

背景技术

使用计算机、机器人和成像来在手术过程中提供帮助在本领域中是已知的。对用来引导手术程序的计算机辅助导航和机器人系统来说，已经有大量研究和开发。例如，精密徒手雕刻器采用机器人手术系统以帮助外科医生准确地将骨切割成期望形状。在诸如全髋关节置换术(THR)的程序中，已经使用计算机辅助手术技术以提高手术的准确性和可靠性。还发现由图像引导的骨科手术在通过骨合成的良好固定来预先计划和引导骨折中移位的骨碎片的正确解剖位置方面是有用的。

在典型的关节镜程序中，医师可使用导航系统(例如光学或电磁跟踪系统)进行额外的指导，使得要做的任何切口或骨形状改变与手术计划一致。两种类型的跟踪系统都涉及将传感器附接到待被切除的骨骼和由外科医生使用的切割仪器。

在大多数系统中，外科医生使用切割工具(诸如手持式旋转切割工具)准备骨骼表面以用于植入人工关节部件，所述切割工具使用与控制系统的有线连接，所述控制系统与例如导航系统集成以形成计算机辅助机器人手术系统。来自控制系统的电力和通信信号通过电线被传送到切割工具。在这种布置中，控制系统可以驱动切割工具上的电动机，从切割工具上的电动机接收状态信息，并且从切割工具内的传感器接收位置信息。

对机器人控制的工具(如手持式旋转切割工具、钻机或摆动切割工具)最大程度上符合人体工程学的期望越来越大。典型的有线系统中使用的通信电缆可能较重且干扰手持式旋转工具的使用。然而，转变到电池供电式工具产生新的问题集合，因为现有电池供电式工具通常缺乏通信和远程控制模块，且更换或修改工作昂贵，并且利用现代的计算机辅助机器人手术系统。

发明内容

提出此发明内容，要了解其不用于解释或限制本公开的范围或含义。

还提供了一种手术工具系统，包括：远程计算机控制系统；以及远程功率模块，所述远程功率模块被配置成在第一侧上以可释放方式附接到手术工具，在第二侧上以可释放方式附接到电池模块，与所述远程计算机控制系统无线通信，并控制从所述电池到所述手术工具的功率提供。根据某些实施例，所述远程功率模块包括外壳；功率变换器，所述功率变换器容纳在所述外壳内；电压控制器，所述电压控制器与所述功率变换器电通信且包含在所述外壳内；天线，所述天线被配置成从所述远程计算机控制系统接收无线传输；以及微处理器，所述微处理器与所述功率变换器、所述电压控制器和所述天线电通信。所述微处理器被配置成从所述天线接收信号，以及基于所述信号，选择性地使所述电压控制器向所述手术工具提供功率。

根据某些实施例，外壳包含聚丙烯、聚丙烯共聚物、聚甲基戊烯、聚四氟乙烯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯四氟乙烯、乙烯氯三氟乙烯、氟乙烯丙烯、聚醚酰亚胺、全氟烷氧基、聚酮、聚苯醚、聚砜、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、有机硅和热塑性弹性体中的一种或多种。

根据某些实施例，所述功率变换器被配置成在第一电压下从所述电池模块接收电力，在第二电压下将电力提供到所述电压控制器，以及在第三电压下向所述微处理器提供电力。

根据某些实施例，所述电压控制器包括：一个或多个功率输入；一个或多个功率输出；控制信号输入；以及开关，所述开关被配置成基于所述控制信号输入的值将所述一个或多个功率输入中的每一个选择性地连接到所述一个或多个功率输出中的对应一个。

根据某些实施例，所述天线位于所述外壳的外部上、所述外壳内或集成到所述外壳中。

根据某些实施例，所述天线还被配置成将一个或多个信号传输到所述远程计算机控制器；以及所述微处理器还被配置成通过所述天线建立与所述远程计算机控制器的无线通信连接。

根据某些实施例，所述手术工具系统还包括有线光学跟踪发射器，所述有线光学跟踪发射器与所述微处理器电通信。根据某些实施例，所述有线光学跟踪发射器包括发光二极管(LED)阵列。

根据某些实施例，所述手术工具系统还包括射频识别(RFID)读取器，所述射频识别读取器被配置成读取RFID标签。

提供了一种远程功率模块，包括：外壳；功率变换器，所述功率变换器容纳在所述外壳内；电压控制器，所述电压控制器与所述功率变换器电通信且包含在所述外壳内；天线，所述天线被配置成从远程计算机控制系统接收无线传输；以及微处理器，所述微处理器与所述功率变换器、所述电压控制器和所述天线电通信。所述微处理器被配置成：从所述天线接收信号，以及基于所述信号，选择性地使所述电压控制器提供功率。

根据某些实施例，外壳包含聚丙烯、聚丙烯共聚物、聚甲基戊烯、聚四氟乙烯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯四氟乙烯、乙烯氯三氟乙烯、氟乙烯丙烯、聚醚酰亚胺、全氟烷氧基、聚酮、聚苯醚、聚砜、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、有机硅和热塑性弹性体中的一种或多种。

根据某些实施例，所述外壳被配置成在第一侧上以可释放方式附接到电池，并且在第二侧上以可释放方式附接到手术工具。根据此类实施例，所述功率变换器被配置成在第一电压下从所述电池接收电力，在第二电压下将电力提供到所述电压控制器，以及在第三电压下向所述微处理器提供电力。

根据某些实施例，所述电压控制器包括：一个或多个功率输入；一个或多个功率输出；控制信号输入；以及开关，所述开关被配置成基于所述控制信号输入的值将所述一个或多个功率输入中的每一个选择性地连接到所述一个或多个功率输出中的对应一个。

根据某些实施例，所述天线位于所述外壳的外部上、所述外壳内或集成到所述外壳中。

根据某些实施例，所述天线还被配置成将一个或多个信号传输到所述远程计算机控制器；以及所述微处理器还被配置成通过所述天线建立与所述远程计算机控制器的无线通信连接。

根据某些实施例，所述远程功率模块还包括：有线光学跟踪发射器，所述有线光学跟踪发射器与所述微处理器电通信。根据某些实施例，所述有线光学跟踪发射器包括发光二极管(LED)阵列。

根据某些实施例，所述远程功率模块还包括射频识别(RFID)读取器，所述射频识别读取器被配置成读取RFID标签。

附图说明

并入本说明书中且形成本说明书的一部分的附图说明本公开的实例，且连同书面描述一起用于解释本公开的原理、特性和特征。在附图中：

图1是根据实施例的具有计算机辅助机器人手术系统的手术室的图示。

图2描绘了根据实施例的电池操作式工具的范例电路图。

图3描绘了根据实施例的包括远程功率模块的电池操作式工具的范例图。

图4描绘了根据实施例的远程功率模块的范例图。

图5描绘了根据实施例的远程功率模块的替代范例图。

具体实施方式

本公开不限于所描述的特定系统、装置和方法，因为这些系统可以变化。描述中使用的术语仅用于描述特定版本或实施例的目的，而不旨在限制范围。

如本文件中所使用，除非上下文另外明确规定，否则单数形式“一个”、“一种”和“该/所述”包括复数指代。除非另有定义，否则本文所使用的所有科技术语具有与本领域普通技术人员通常所理解的相同含义。本公开中的任何内容均不应被解释为承认本公开中描述的实施例由于在前发明而无权把本公开的日期提前。如本文件中所使用，术语“包括”意指“包括但不限于”。

下文所描述的本教导的实施例并不意图为详尽性的或将教导限制于以下详细描述中所公开的精确形式。而是选择并描述了实施例，使得所属领域的技术人员可了解并理解本教导的原理和实践。

本公开描述了在标准电池操作式手术工具和电池之间附接的远程功率模块，以提供增强的控制和功率调制。远程功率模块可被配置成以与电池类似的方式(例如，卡扣锁)连接到电池操作式手术工具。接着可使用类似连接方法将电池连接到远程功率模块。远程功率模块可包括通信和功率调制/开关电子器件，其被配置成支持与例如远程控制系统的无线通信链路，所述远程控制系统集成到计算机辅助机器人手术系统中。因此，远程控制系统可将控制信号提供到模块以用于控制电池操作式工具。

在某些实施方式中，这种远程功率模块可以用于将远程控制功能实施为标准电池操作式手术工具。例如，这可以根据由集成到计算机辅助机器人手术系统中的导航系统接收的信息禁用标准手术钻机。在某些实施方式中，如果导航系统在使用外部跟踪硬件跟踪钻机时，确定钻机的位置或轨迹相对于注册的手术计划

(在计算机辅助机器人手术系统注册)不正确，那么控制系统可禁用钻机，使得外科医生不会无意中在不根据注册的手术计划的位置或轨迹处钻孔。

包括标准电池操作式手术工具和远程功率模块的这种布置具有若干优点。电池仍然是标准的，并且可以使用现有的充电器和充电技术来移除电池和对电池充电。新电池可以被换入，并且假定远程功率模块仍然可操作地连接到电池操作式手术工具，手术可以如以前一样继续，其中，增强对手术工具的控制。此外，被设计成用于手术环境的电池操作式工具通常被设计成完全密封，抗冲击性更高，适应重复清洁和灭菌周期。因此，通过如本文中所描述的远程功率模块，电池操作式手术工具可保持坚固性，同时维持其简化设计(在下文关于图2更详细地描述)，因为各种控制和通信电路集成到远程功率模块中。使用此布置，控制和通信电路的损坏导致更换远程功率模块而非整个工具。

如上所述，计算机辅助机器人手术系统可以包括诸如远程控制系统和导航系统的各种部件。在某些实施例中，远程控制系统可包括一个或多个处理装置、固件控制的微控制器、电源系统、通信系统、存储介质和其它相关部件。在一些示例中，导航系统可以可操作地连接到远程控制系统，并且特别适合于利用跟踪装置(例如手术导航系统)的手术过程。NAVIO是宾夕法尼亚州匹兹堡的BLUE BELT TECHNOLOGIES,INC.的注册商标。

在替代实施例中，本公开描述了一种远程功率模块，其附接在标准电池操作式工具与电池之间以提供增强的控制和功率调制。远程功率模块可被配置成以与电池类似的方式(例如，卡扣锁)连接到电池操作式工具。接着可使用类似连接方法将电池连接到远程功率模块。远程功率模块可包括通信和功率调制/开关电子器件，其被配置成支持与例如远程控制系统的无线通信链路，所述远程控制系统集成到智能手机或平板装置中。因此，远程控制系统可将控制信号提供到模块以用于控制电池操作式工具。

在替代实施方式中，远程功率模块可用于将远程控制功能实施为任何电池操作式工具中，例如电钻、功率驱动器、电冲击器或往复锯。类似于先前描述的实施例，可利用从光学导航系统接收的信息来控制电池操作式手动工具，所述光学导航系统跟踪所述工具并提供关于其位置或轨迹的反馈。类似地，远程控制单元可以包含嵌入的方向感测电子器件，包括加速计、磁力计、陀螺仪或惯性测量单元中的一个或组合。提供到工具的电池电力可根据工具相对于重力的定向进行调节。例如，在工具是电力钻机的实施例中，控制系统可以在工具的定向与重力加速度的方向不正交的情况下禁用钻机。

可以开发考虑工具目标定向的定向控制方案，所述方案还可以由加速计、磁力计、陀螺仪或惯性测量单元中的一个或组合提供。工具目标定向感测仪器可为独立单元或包含于消费者电子件装置，例如智能手机或平板电脑中。提供到工具的电池电力可根据工具相对于目标定向进行调节。例如，如果工具是电钻，且目标是成角度的表面，那么控制系统可在钻机的定向不垂直于成角度表面的情况下禁用钻机。

图1图示了根据一些实施例的计算机辅助机器人手术系统100的部件，计算机辅助机器人手术系统可被配置成执行膝部运动跟踪。计算机辅助机器人手术系统100可帮助外科医生执行某些手术程序，诸如关节翻修手术。

计算机辅助机器人手术系统100可包括计算机系统110以提供用于查看定位数据的显示器，所述定位数据在位置跟踪器114读取时由光学跟踪器112提供。光学跟踪器112和位置跟踪器114可提供与膝关节中骨骼的精确定位有关的数据。在某些实施例中，位置跟踪器114可以是能够检测位于光学跟踪器112上的跟踪球的光学相机，以便收集关于要对其执行手术的患者的定位数据。位置跟踪器114可以是任何合适的跟踪系统，例如本领域已知的用以使用主动跟踪器、被动跟踪器、光学跟踪器、电磁跟踪器、红外相机系统或其它类似系统的跟踪系统。

另外，如上所述，计算机系统110可以被配置成向手术工具提供通信和控制信号，以及从光学跟踪器或从手术工具本身接收与手术工具的位置/定向有关的信息。在某些实施方式中，计算机辅助机器人手术系统100可以包括附加计算系统。例如，计算机辅助机器人手术系统100可包括：第一计算系统，其被配置成计算导航信息，例如患者位置信息和手术工具信息；以及第二计算系统，其被配置成根据注册的手术计划计算与操作一种或多种手术工具有关的远程控制信息。

图2示出了示例性电池供电式手术工具200。在此示例中，手术工具200是摆锯。然而，应注意，仅借助于示例展示了摆锯，且任何电池供电式手术工具可与本文中所描述的技术一起使用。作为示例，电池供电式手术工具可包括钻机或旋转切割工具。

再次参考图2，当处于操作中时，或者当准备好操作时，手术工具200可以可操作地连接到电池202。电池202和手术工具200可以被设计和制造成使用诸如卡扣配合或摩擦配合的可释放机构牢固地连接。然而，由于手术工具200和电池202被配置和设计成用于诸如手术室的干净环境，所以手术工具200和电池被设计成在每次使用后清洁和消毒。此类手术工具的示例可在名称为“Surgical Handpiece Chuck and Blade(手术机头卡盘和刀片)”的美国专利号5,263,972中找到，该专利的内容以引用方式并入本文。

如图2中所示，电池202可以包括正、负端子204。当电池202附接到手术工具200时，端子204可以电连接到手术工具200内的内部布线206。在某些实施方式中，布线206可以终止于暴露的铜板或由另一种类似导电金属制成的板，这些板被定位成使得当电池202附接到手术工具200时，端子204邻接板，从而将包含在电池202内的存储的电能电连接到布线206。布线206可被配置成使得其在手术工具200内的机械部件208与电池202之间建立电连接。在某些实施方式中，机械部件208可包括电动机，所述电动机被配置成从电池202内包含的电能产生旋转运动。利用如图2中所示的摆锯，机械部件208还可包括驱动机构，所述驱动机构被配置成将电机的旋转运动转换成用于驱动锯片212的摆动运动。

手术工具200还可以包括开关或按钮210。按钮210可以可操作地连接到电连接器，所述电连接器被配置成短接布线206中的间隙，从而激活包含在手术工具200内的一个或多个电部件(例如，如上所述的电动机)。

在某些实施方式中，手术工具200可以包括附加的电部件，例如外部灯，其可以由按钮210的致动或通过诸如单独的开关(图2中未示出)的替代致动机构来操作。

图3图示了图2的手术工具200，其中包括了远程功率模块300。如图3所示，远程功率模块300可以定位在电池202和手术工具200之间。远程功率模块300可以被设计成使得其以电池202连接至外科工具200的相同方式紧固到外科工具200。类似地，远程功率模块300可被设计成使得电池202以与电池202通常连接到手术工具200的相同方式连接到远程功率模块300。

远程功率模块300可以被配置成经由端子204从电池202接收功率，并且经由布线206将控制信号提供至手术工具200。然而，应注意，除了引入远程功率模块300之外，手术工具200和电池202两者的设计在图2至图3中保持不变。因此，通过添加远程功率模块300，与修改手术工具200自身的内部部件相比，手术工具200的功能可以被快速且容易地改进。在图4的下面的论述中描述了远程功率模块的特定架构和添加的功能。

图4图示了如关于图3所描述的远程功率模块300的部件视图。如上所述，远程功率模块300可以被配置成用于诸如手术室的清洁环境中。因而，本领域的普通技术人员将理解，远程功率模块300可以被设计和制造成坚固并且能够被清洁/消毒。为了提供此类设计，远程功率模块300的各种部件可集成到外壳400中。外壳400可以由易于清洁和灭菌的耐久材料制造。例如，外壳400可以由高强度和耐用塑料(如聚碳酸酯)制造。在其他实施方式中，外壳400可由聚合物制造，如聚丙烯(PP)、聚丙烯共聚物(PPCO)、聚甲基戊烯(PMP)、聚四氟乙烯(PTFE)树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA或丙烯酸树脂)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、乙烯氯三氟乙烯(ECTFE)、氟乙烯丙烯(FEP)、聚醚酰亚胺(PEI)、全氟烷氧基(PFA)、聚酮(PK)、聚苯醚(PPO)、聚砜(PSF)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、有机硅和热塑性弹性体(TPE)。在一些实施例中，外壳可包封在硅酮中。

如图4中所示，外壳400可被配置成容纳远程功率模块300的各种电部件。远程功率模块300可包括功率变换器402(例如电压调节器)，其可操作地连接到电池(例如，如上文所描述的电池202)且配置成从电池接收功率。如图4中所示，功率变换器402可以可操作地连接到电池并且被配置成接收功率信号+Vo，并且将功率信号–Vo返回到电池。在某些实施方式中，功率变换器402可被配置成在特定电压(例如，18V或20V)下从电池接收功率。

功率变换器402可被配置成分割所接收的功率，且将功率输出到额外部件。另外，功率变换器402可包括一个或多个反馈控制回路和各种电压调节/调制部件，以改变额外组件可能需要的供应电压值。例如，如图4中所示，功率变换器402可被配置成向电压控制器404(经由信号+Vm)以及微处理器406(经由信号+Vf)提供输入电压。在某些实施方式中，电压控制器404可被配置成充当开关部件，所述开关部件被配置成选择性地向电池操作式手术工具(例如，如上文所描述的手术工具200)提供功率。因而，功率变换器402可被配置成向电压控制器404提供与电池的输出相同的电压(例如，与+Vo相同的电压)的功率信号+Vm。然而，在一些示例中，微处理器406可在比+Vo低的电压下操作。在此类示例中，功率变换器402可被配置成将输入电压+Vo减小到适当电压以用于操作微处理器406。在某些实施方式中，微处理器406可以为ARM(高级RISC机器)微处理器，其被配置成实施用于处理多个同时过程的ARM指令集。此类微处理器通常用5V输入操作。在此实施方式中，功率变换器402可被配置成将输入信号+Vo的电压降低至5V，且输出适当的5V输入信号+Vf。

如上文所指出，电压控制器404可被配置成作为开关操作以用于选择性地提供功率信号+Vm’以操作手术工具。电压控制器404的开关机构可通过来自微处理器406的控制信号408操作。例如，微处理器406可从远程控制系统接收将在正常情况下操作手术工具的指令。在此示例中，微处理器406可通过信号408指示电压控制器404闭合开关，从而将功率信号+Vm’提供到手术工具。手术工具接着可以常规操作，例如，响应于手术工具的用户致动按钮或类似激活机构而接通。然而，如果微处理器406从远程控制系统接收手术工具要停止工作的指令(例如，手术工具正在适当区域外切割或钻孔)，那么微处理器406可通过信号408指示电压控制器404打开开关，从而中断到手术工具的功率信号+Vm’并停止手术工具的操作。

为了提供微处理器408与远程控制系统之间的通信，远程功率模块300还可包括可操作地连接到微处理器406的天线410。微处理器406可被配置成将无线通信信号发送到天线410和从所述天线接收无线通信信号以与远程控制系统通信。微处理器406可被设计成根据标准通信协议与远程控制系统建立无线通信连接，所述标准通信协议例如近场通信(NFC)、ZigBee、Wi-Fi或另一类似的无线通信标准。

如图4中所示，天线410可以定位在远程功率模块300的外部。然而，这仅以举例的方式示出。取决于远程功率模块300的设计，天线410的位置可以相应地变化。例如，如果外壳400由无线通信信号可穿透的材料制成，天线410可定位在外壳400内，从而减少外壳400中的开口数量。如果外壳400由可能干扰无线通信信号的材料制成，天线410可集成到外壳400本身中。例如，天线410可以被设计为嵌入外壳400的材料中的一个或多个铜迹线。在一些实施方式中，微处理器406可包括集成天线和通信电路，且可不需要任何额外天线。

在操作中，当远程功率模块300可操作地连接到电池时，远程功率模块300的部件可被启动。在初始化后，功率变换器402可生成适当的输出信号+Vm和+Vf。类似地，在初始化后，微处理器406可与远程控制系统建立无线通信连接，且响应于来自远程控制系统的指令给电压控制器404发信号切换到操作模式或者切换到非操作模式(例如，将功率提供到手术工具以用于标准操作，或中断手术工具的功率)。然后，手术工具的用户可以使用手术工具执行注册手术计划，其中，由远程控制系统监督手术工具的操作。

在实施例中，装置可安装在可高压灭菌的材料中或材料上，包封在硅酮壳体中，所述壳体可轻松消毒，并可以可拆卸方式与工具接合。高压灭菌材料允许装置经消毒或高压灭菌多次，而不使材料、内部部件或操作性能劣化。例如，壳体可以包括可以安装部件的内部主体或安装结构(未示出)。内部主体可由可经受灭菌工艺(例如高压灭菌)的材料形成。例如，内部主体可以由玻璃增强环氧树脂层合物形成，例如NEMA级G-11玻璃增强环氧树脂层合物(VETRONITE G11)或等效物。内部主体可由第一覆盖物包围，第一覆盖物由第一材料形成，例如，可得自Minnesota Rubber&Plastics,1100Xenium Lane N.,Minneapolis,Minn.55441的VMQ硅酮材料#71385C的包覆成型。壳体还可包括第二覆盖物，其可在壳体的外边缘处提供额外保护层或绝缘层。第二覆盖物可由第二材料形成，例如，可得自Minnesota Rubber&Plastics,1100Xenium Lane N.,Minneapolis,Minn.55441的VMQ硅酮材料#71325C的包覆成型。壳体还可包括联接构件，其通过内部主体并接合一个或多个可附接部件。联接构件可由聚砜形成，例如GEHR PPSU聚苯砜RAL 9005Black(Solvay Radel R-5500)或等效物，并且可至少部分地由第一覆盖物覆盖。

在一些实施方式中，远程功率模块可包括在其外部壳体的设计中的外部跟踪硬件。例如，如图5所示，远程功率模块500可包括可通过导航系统(例如本文中描述的那些)检测的有源LED标记的阵列。在另一个实施例中，反射球可附接到功率模块500。

如图5中所展示，远程功率模块500包括与上文所描述的远程功率模块300类似的部件。例如，远程功率模块500包括功率变换器502，所述功率变换器可操作地连接到电池(图5中未示出)并且被配置成产生信号+Vm以用于向电压控制器504提供功率，产生信号+Vf以提供向微处理器506提供功率。如上文所描述，微控制器506可被配置成通过信号508将控制信号提供到电压控制器504以将功率提供到可操作地连接到远程功率模块500的手术工具或中断到所述手术工具的功率。另外，远程功率装置500可以包括可操作地连接到微处理器506的天线510。

在某些实施方式中，远程功率模块500还可包括有线光学跟踪发射器512。如图5中所示，跟踪发射器512可实施为LED阵列，所述LED阵列包括多个红外LED，所述多个红外LED被配置成在从微处理器506接收指令时以特定模式闪光、闪烁或以其它方式发射光。导航系统接着可追踪和监测远程功率模块500的位置，并且通过扩展来追踪和监测所使用的手术工具。

例如，在操作中，外科医生或其它操作者可将远程功率模块500连接到手术工具，且接着将电池连接到远程功率模块500。各种部件，例如远程功率模块500的功率变换器502和微处理器506可启动操作。如上所述，在初始化时，微处理器506可建立与远程控制系统的无线通信连接。在建立连接后，与远程控制系统通信的导航系统可通过跟踪发射器512确定远程功率模块500的定位和定向。

在确定远程功率模块的定位时，远程控制系统可提示外科医生或其它操作者识别已连接到远程功率模块500的手术工具的类型。在接收到连接的手术工具类型的选择后，远程控制系统可加载关于该手术工具的各种信息，例如维度信息。另外，取决于正在使用的手术工具的类型，远程控制系统可以提示获得附加信息。例如，如果使用钻机，则远程控制系统可提示例如钻头直径和长度等额外信息。此信息可用于确定钻头尖端相对于跟踪发射器512的位置，由此使导航系统准确地跟踪钻头。

应当注意，提示使用的手术工具的类型仅作为示例提供。另外的技术可以用来识别正在使用的手术工具的类型。例如，每个手术工具可以具有标签，诸如RFID标签。远程功率模块500可包括RFID读取器，所述RFID读取器被配置成读取与手术工具相关联的标签并识别正在使用的手术工具的类型。此信息可接着由微处理器506发送到远程控制系统。替代地，微处理器506和/或电压控制器504可以被配置成监测由手术工具(例如电流汲取器)使用的功率的各种电特性。微处理器506和/或电压控制器504可分析电特性以确定正在使用哪种类型的手术工具。

在某些实施方式中，也可以提示外科医生或手术工具的操作者执行手术工具的配准和校准。不是提示输入关于工具的具体信息(例如，钻头长度和直径)，而是可指示外科医生以特定方式定位手术工具。例如，如果使用钻机，那么可指示外科医生定位钻机，使得钻头尖端接触基准标记，基准标记的位置对导航系统是已知的。在接触基准标记时，导航系统可以结合来自跟踪发射器的信息使用基准标记的已知位置以确定手术工具的位置和定向。

在某些实施方式中，通过将主动跟踪发射器(例如跟踪发射器512)包括到远程功率模块中，可在不将跟踪硬件夹持到外科工具本身或不修改外科工具的内部部件下可以跟踪和控制现有外科工具。这种布置实现了现有工具的简单修改和改进。

应注意，仅借助于示例描述了主动光学跟踪发射器。在一些实施方式中，如本文中所描述的远程功率模块可包括额外跟踪硬件，例如反射性或其它类似视觉标记，其集成到外部壳体或外壳的设计中。此类反射性或视觉标记可围绕远程功率模块的外部壳体定位，使得导航系统可跟踪与远程功率模块相关联的工具，而不管工具所处的位置或定向如何。

在一些示例中，如果电池中存在足够的电量，那么可将额外功能并入到如本文中所描述的远程功率模块中。例如，对于使用钻切割骨骼的手持式切割装置，例如旋转切割装置，远程功率模块还可以被配置成提供从控制系统接收的电动机控制信号以驱动保护电动机，从而移动钻保护并暴露钻用于切割。类似地，如果导航系统检测到钻正在接近不移除的区域，那么控制系统可以向远程功率模块发送命令以关断送至钻的功率，并指示保护电动机移动钻导向件，使得钻被覆盖或以其它方式不能继续去除骨骼。

另外，在某些实施方式中，远程功率模块还可从例如电动机或电动机控制器接收反馈信息。反馈可包括与工具的操作有关的各种信息，例如速度和扭矩信息。速度信息可由远程功率模块使用以通过校准其电动机控制信号更准确地控制工具的速度。在一些示例中，扭矩信息可以用作扭矩限制电路的输入，扭矩限制电路由例如远程功率模块中的机载微控制器实施，所述扭矩限制电路防止钻机在骨骼或软组织上施加过多的扭矩。在另一示例中，扭矩信息可以用作扭矩限制电路的输入，扭矩限制电路由例如远程功率模块中的机载微控制器实施，所述扭矩限制电路防止螺丝刀在螺钉或半穿刺骨针(half-pin)上施加过多的扭矩。

应注意，如本文中所描述的远程功率模块仅通过示例被描述为被配置成与外科工具一起使用。如本文中所描述，远程功率模块和相关联特征和功能性可与任何电池供电式工具或装置一起使用，以提供各种增加的益处和功能。

在以上详细描述中，参考形成其一部分的附图。在附图中，除非上下文另外规定，类似符号通常标识类似的部件。在详细描述、附图和权利要求书中描述的说明性实施例并不意味着是限制性的。可以使用其它实施例，并且可以在不脱离本文所呈现的主题的精神或范围的情况下进行其它改变。容易理解的是，本公开的各种特征(如本文大体上描述并在附图中图示的)可以被布置、取代、组合、分离和设计成各种各样的不同构型，这些构型全部在本文中明确设想。

本公开不限于本申请中所描述的特定实施例方面，其旨在作为各种特征的说明。在不脱离本领域技术人员显然明白的精神和范围的情况下，可以进行许多修改和变化。根据前述描述，本公开的范围内的功能等效方法和设备(除本文中所列举的那些之外)对于本领域技术人员将显而易见。此类修改和变化意图落在所附权利要求书的范围内。本公开将仅受所附权利要求书的措词以及这些权利要求书有资格享有的等效物的完整范围限制。应当理解，本公开不限于特定的方法、试剂、化合物、组合物或生物系统，其当然可以变化。还应理解，本文中所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意图是限制性的。

关于本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可以根据上下文和/或应用酌情从复数转换成单数和/或从单数转换为复数。为了清楚起见，各种单数/复数排列可在本文中明确阐述。

本领域内的技术人员应理解，一般来说，本文中且尤其在所附权利要求(例如，所附权利要求书的主体)中所使用的术语通常意图为“开放性”术语(例如，术语“包括”应解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”，术语“包括”应解释为“包括但不限于”等等)。虽然各种组合物、方法和装置按照“包括”各种部件或步骤(解释为意为“包括但不限于”)描述，但组合物、方法和装置还可“基本上由各种部件和步骤组成”或“由各种部件和步骤组成”，并且此类术语应解释为定义基本上封闭的构件组。本领域技术人员还将理解，如果意图是特定数目的所引出的权利要求叙述物，那么在权利要求书中将明确详述此类意图，且在不存在此类详述时不存在此类意图。

例如，为了帮助理解，以下所附权利要求书可以包含使用介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”来引出权利要求叙述物。然而，使用此类短语不应被解释为暗示由不定冠词“一(a/an)”引出的权利要求叙述物将包含此类引出的权利要求叙述物的任何特定权利要求限制到只包含这种叙述物的实施例，即使当同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”时和诸如“一”的不定冠词时(例如，“一”应解释为意指“至少一个”或“一个或多个”)；这同样适用于使用定冠词用于引出权利要求叙述物。

另外，即使明确叙述了特定数目的所引出权利要求叙述物，所属领域的技术人员将认识到，此类叙述应解释为意指至少所叙述的数字(例如，无其它修饰词只叙述“两个叙述物”，意味着至少两个叙述物或两个或更多个叙述物)。此外，在使用类似于“A、B和C中的至少一个”的用语的那些情况下，一般来说，这种构造意在本领域技术人员将理解该用语的意义(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于只具有A、只具有B、只具有C、一起具有A和B、一起具有A和C、一起具有B和C和/或一起具有A、B和C的系统，等等)。在使用类似于“A、B或C中的至少一个等等”的用语的那些情况下，一般来说，这种构造意在本领域技术人员将理解该用语的意义(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”将包括但不限于只具有A、只具有B、只具有C、一起具有A和B、一起具有A和C、一起具有B和C和/或一起具有A、B和C的系统，等等)。本领域技术人员还将理解，不管在说明书、权利要求书或者附图中，呈现两个或更多个替代术语的几乎任何转折词和/或短语都应理解为考虑了包括术语之一、术语中任一个或两个术语的可能性。例如，短语“A或B”将理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。

另外，在根据马库什组描述本公开的特征的情况下，本领域的技术人员将认识到，本公开还根据马库什组的任何个别成员或成员的子组描述。

本领域技术人员将理解，出于任何和所有目的，例如就提供书面描述而言，本文公开的所有范围还涵盖任何可能的子范围和所有可能的子范围及其子范围的组合。任何列出的范围可被容易地认为是充分描述并且实现分解为至少相等的二分之一、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等等的相同范围。作为非限制性实例，本文中论述的每个范围可以容易地分解为下三分之一、中三分之一和上三分之一等等。本领域技术人员还将理解，诸如“高达”、“至少”等的所有语言包括叙述的数字，并且指可以随后如上所述分解成子范围的范围。最后，所属领域的技术人员将理解，范围包括每个个别成员。因此，例如，具有1-3个细胞的基团是指具有1、2或3个细胞的基团。类似地，具有1-5个细胞的基团是指具有1、2、3、4或5个细胞的基团，诸如此类。

以上公开的各种特征和功能以及其替代方案可以组合成许多其它不同的系统或应用。本领域的技术人员随后可以进行各种目前不可预见或非预期的替代方案、修改、变化或改进，其中每一个也旨在由所公开的实施例涵盖。

Claims (11)

1.一种手术工具系统，包括：

手术工具；

电池模块，所述电池模块配置为以可释放方式附接到所述手术工具；

远程计算机控制系统；以及

远程功率模块，所述远程功率模块包括：

外壳，所述外壳包括：

设置在所述外壳的第一侧上的第一连接件，所述第一连接件被配置成以可释放方式附接到所述手术工具；以及

设置在所述外壳的第二侧上的第二连接件，所述第二连接件被配置成以可释放方式附接到所述电池模块，从而将所述电池模块以可释放方式联接到所述手术工具；

功率变换器，所述功率变换器容纳在所述外壳内；

电压控制器，所述电压控制器与所述功率变换器电通信并且包含在所述外壳内，所述电压控制器包括开关；

天线，所述天线被配置成从所述远程计算机控制系统接收无线传输；以及

微处理器，所述微处理器与所述功率变换器、所述电压控制器和所述天线电通信，其中所述微处理器被配置成：

经由所述天线从所述远程计算机控制系统接收信号，以及

响应于所述信号，选择性地使所述电压控制器闭合所述开关以便将所述手术工具电联接到所述电池模块，从而向所述手术工具提供功率，

其中所述功率变换器被配置为将输入电压提供到所述电压控制器和所述微处理器。

2.根据权利要求1所述的手术工具系统，其中所述外壳包含聚丙烯、聚丙烯共聚物、聚甲基戊烯、聚四氟乙烯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯四氟乙烯、乙烯氯三氟乙烯、氟乙烯丙烯、聚醚酰亚胺、全氟烷氧基、聚酮、聚苯醚、聚砜、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、有机硅和热塑性弹性体中的一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述的手术工具系统，其中，所述功率变换器被配置成在第一电压下从所述电池模块接收电力，在第二电压下将电力提供到所述电压控制器，以及在第三电压下向所述微处理器提供电力。

4.根据权利要求1或2所述的手术工具系统，其中，所述电压控制器包括：

一个或多个功率输入；

一个或多个功率输出；以及

控制信号输入，

其中所述开关被配置成基于所述控制信号输入的值将所述一个或多个功率输入中的每一个选择性地连接到所述一个或多个功率输出中的对应一个。

5.根据权利要求1或2所述的手术工具系统，其中，所述天线位于所述外壳的外部上。

6.根据权利要求1或2所述的手术工具系统，其中，所述天线集成到所述外壳中。

7.根据权利要求1或2所述的手术工具系统，其中，所述天线位于所述外壳内。

8.根据权利要求1或2所述的手术工具系统，其中：

所述天线还被配置成将一个或多个信号传输到所述远程计算机控制系统；并且

所述微处理器还被配置成通过所述天线建立与所述远程计算机控制系统的无线通信连接。

9.根据权利要求1或2所述的手术工具系统，其中，所述远程功率模块还包括：

有线光学跟踪发射器，所述有线光学跟踪发射器与所述微处理器电通信。

10.根据权利要求9所述的手术工具系统，其中，所述有线光学跟踪发射器包括发光二极管阵列。

11.根据权利要求1或2所述的手术工具系统，其中，所述远程功率模块还包括：

射频识别读取器，所述射频识别读取器被配置成读取射频识别标签。