CN111615368A - 用于外科动力工具的可替换电池组 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于外科动力工具的可替换电池组以及一种操作包括可替换电池组的外科动力工具的方法。可替换电池组包括包含一个或多个电池单元、运动传感器单元和控制器的壳体。控制器能够操作以根据运动传感器单元的输出来确定可替换电池组的突然移动指示外科动力工具的反冲事件。控制器还能够响应于确定操作以断开从可替换电池组到外科动力工具的电力。

Description

用于外科动力工具的可替换电池组

技术领域

本发明涉及一种用于外科动力工具的可替换电池组。本发明还涉及一种包括可替换电池组的外科套件或一种包括可替换电池组的外科动力工具。本发明还涉及一种操作包括可替换电池组的外科动力工具的方法。

背景技术

在诸如髋臼扩孔的手术期间，使用外科动力工具的外科医生可因反冲引起的腕部应变而受伤。已知在动力工具内包括扭矩限制器，但这些扭矩限制器可阻碍外科工作流程，因此往往会被使用者超控。

US2014/0166323A1描述了一种用于保护操作者免受电动手持工具等的突然、意外或危险移动影响的设备和方法。提供了用于工具的安全操作的一组参数，这些参数可基于工具的操作方式来调整或选择。动力工具配有包括加速度计的传感器，这些传感器操作以在操作期间感测工具在多个轴线上的加速度。加速度计的输出端耦接到计算电路，该计算电路确定工具的加速度是否在安全操作参数内。当工具的加速度超过安全操作参数中的一个或多个安全操作参数时，限制或以其它方式调节工具马达的功率，以便防止或减少工具的移动，从而保护操作者。

US5,984,020A描述了一种包括惯性响应元件的工具。动力工具包括：壳体；由壳体支撑并且适于连接到电源的马达；由壳体支撑并且选择性地耦接到马达的输出元件，马达向该输出元件施加运动；以及用于在壳体的移动大于预定阈值的情况下使输出元件与电源断开的惯性响应元件。动力工具可为具有柄部的手持动力工具，并且惯性响应元件在该柄部以大于预定速率的速率移动时使输出元件与电源断开。动力工具可为固定动力工具，诸如钻床。固定动力工具的壳体包括用于将固定动力工具支撑在工件上的基部。基部可选择性地连接到工件，使得当基部连接到工件时，壳体相对于工件基本上静止。当壳体以大于预定速率的速率相对于工件移动时，惯性响应元件使输出元件与电源断开。

US2011/0114345A1描述了一种手持动力工具装置，其具有至少一个安全机构，该安全机构在不受控阻挡情况下干预，并且具有传感器单元。传感器单元被设置用于直接检测手持动力工具的至少一个取向参数。

US2007/0084613A1描述了一种提供用于动力工具的控制系统。控制系统包括：具有谐振质量块的旋转速率传感器和电连接到旋转速率传感器的控制器。旋转速率传感器检测谐振质量块的侧向位移并生成指示检测到的侧向位移的信号，使得侧向位移与动力工具围绕旋转轴的轴线旋转的旋转速度成正比。基于所生成的信号，控制器启动保护操作以避免动力工具的另外的不期望旋转。控制器可选择将施加到轴的扭矩减小至非零值，这使得操作者能够重新获得对工具的控制。

EP2205395B1描述了一种包括壳体和位于壳体中的马达组件的动力工具。马达组件可包括输出构件和用于平移输出构件的马达。反冲传感器可对通过马达的连续电流周期进行采样并响应于此而产生输出。防反冲控制装置可响应于反冲传感器的输出而从输出构件移除能量。开关可具有第一设置和第二设置。第一设置可对应于防反冲控制装置的第一操作条件。第二设置可对应于防反冲控制装置的第二操作条件。

US2014/0321930A1描述了一种手持工具操作单元，该手持工具操作单元包括至少一个操作构件，以及具有被构造成探知操作构件的位置的位置传感器的电子操作单元。手持工具操作单元另外包括被构造成探知至少一个特征变量的至少一个另外的传感器。

US6,479,958B1描述了马达电流的迅速增大(di/dt高于预定阈值)致使马达控制系统进入脉冲模式操作，在该脉冲模式操作中马达电流被迅速脉冲接通或脉冲关断，以移去原本将导致马达失速的工件阻塞或粘结条件。当工件阻塞或粘结已被清除时，马达恢复正常操作。

US2013/0105189A1描述了一种动力工具，该动力工具包括：壳体；设置在壳体中的马达；设置在壳体中并耦接到马达的传动装置；耦接到传动装置的输出端部执行器；用于控制从电源到马达的功率递送的控制电路；以及力感测电子离合器，该力感测电子离合器包括耦接到传动装置的基本上固定元件的力传感器。力传感器感测从端部执行器传输到传动装置的至少一部分的反作用扭矩。传感器被构造成生成对应于反作用扭矩的量的第一电子信号。控制电路将第一电子信号与对应于期望阈值扭矩值的第二电子信号进行比较，并且当第一电子信号的值指示反作用扭矩已超过期望阈值扭矩值时启动保护操作。

US4,871,033A描述了在马达驱动的手持工具诸如钻中，惰性质量块可旋转地支撑在壳体中并且通过环绕安装在壳体中的从动轴的弹簧连接到壳体。从动轴被布置成使固定到轴的钻头旋转。如果防止从动轴旋转并且壳体相对于轴旋转，则弹簧围绕从动轴收紧并夹持从动轴，从而对其施加制动扭矩。制动扭矩减小了工具操作者所需的反作用扭矩，并且使作用在从动轴上的过载离合器更迅速地释放。过载离合器由全部位于从动轴上的卡圈、齿轮、杯形弹簧和可调节环形螺母形成。

EP2612733A2描述了一种工具，该工具具有用于旋转驱动待驱动元件即钻头的电动马达。制动块用于制动马达，并且检测单元即陀螺仪传感器检测用于控制马达的制动块的工具的旋转驱动。马达包括接触器，即机电接触器，其被布置成将马达与电源隔离并将马达转换成电流发生器，该电流发生器的电流被重新注入马达的反极性中。

US2013/096539A1描述了一种手持装置，该手持装置包括电子仪器和用于存储电力并将电力递送到电子仪器的电容电源。电容电源包括至少一个电容器和电子电路，该电子电路能够操作以将来自电容器的电压升压至供电子仪器使用的较高电压。电容电源可迅速再充电。一些构型包括加速度计，该加速度计允许手持装置检测移动并且响应于检测到的移动来执行各种操作。本发明还公开了一种双充电站。

US2017/202607A1描述了一种外科器械，该外科器械包括控制器，该控制器被构造成当按钮的位移或强度高于第一阈值但低于高于第一阈值的第二阈值时，将RF或超声能量的施加控制在低水平，并且当位移或强度超过第二阈值时，将RF或超声能量的施加控制在高水平。还描述了一种外科器械，该外科器械包括：第一传感器，该第一传感器被构造成测量第一位置处的组织特性；第二传感器，该第二传感器被构造成测量第二位置处的组织特性；以及控制器，该控制器被构造成至少部分地基于第一位置和第二位置处的所测量的组织特性来控制RF或超声能量的施加。

发明内容

结合独立权利要求和从属权利要求示出本发明的方面。来自从属权利要求的特征的组合可与独立权利要求的特征适当地结合，并且不仅仅是权利要求书中明确示出的那样。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于外科动力工具的可替换电池组，该可替换电池组包括壳体，该壳体包含：

一个或多个电池单元；

运动传感器单元；和

控制器，该控制器能够操作以：

根据运动传感器单元的输出来确定可替换电池组的突然移动指示外科动力工具的反冲事件；以及

响应于该确定，断开从可替换电池组到外科动力工具的电力。

将运动传感器单元和控制器包括在外科动力工具的可替换电池组中可允许以可允许回射地为现有外科动力工具提供针对反冲事件的保护的方式来检测反冲。将运动传感器单元和控制器包括在外科动力工具的可替换电池组中的另一有益效果在于，不需要对形成这些特征结构的任何电子器件进行消毒。包含这些特征结构的可替换电池组可在外科手术之前使用无菌传送简单地装载到外科动力工具中。

外科动力工具中的反冲可导致动力工具的突然移动，但也可导致流向外科工具的马达的电流的变化。例如，该电流变化可与在器械诸如附接到动力工具的旋转扩孔钻挖掘并卡在骨表面上时由马达施加的扭矩的变化相关联。可替换电池组还可包括用于感测流向外科动力工具的马达的电流的电流传感器。控制器还可能够进一步操作以根据运动传感器单元的输出和电流传感器的输出来确定可替换电池组的突然移动是否指示外科动力工具的反冲事件。以这种方式，控制器可区分实际反冲和与并非反冲结果的动力工具的移动相关联的误报。例如，控制器可能够操作以根据由电流传感器感测到的电流的增加来确定可替换电池组的由运动传感器单元感测到的同时突然移动指示外科动力工具的反冲事件。电流的增加可与上述由马达施加的扭矩的变化相关联。

运动传感器单元包括以下中的至少一者：

陀螺仪；

加速度计；或

磁力计。

运动传感器单元可为惯性测量单元(IMU)。

在一个实施方案中，可替换电池组可包括制动器，该制动器用于响应于对可替换电池组的突然移动指示外科动力工具的反冲事件的所述确定而使该外科动力工具的马达的绕组短路。这可允许马达的快速制动。

在一个实施方案中，可替换电池组的突然移动可为旋转移动。旋转运动可例如与髋臼的内表面卡扣的髋臼扩孔钻相关联，从而致使外科动力工具通过围绕扩孔钻的旋转轴线突然旋转而反冲。

在一个实施方案中，可替换电池组的突然运动可为线性移动。

一个或多个电池单元可为可再充电的。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括上述种类的可替换电池组的外科动力工具。

外科动力工具可包括主体部分。外科动力工具还可包括从该主体部分向外延伸的柄部。可替换电池组可附接到柄部或至少部分地接纳在柄部内部。通过将具有运动传感器单元的电池定位在柄部上或其中，运动传感器单元可定位成靠近外科医生的手部，以改善对可能伤害外科医生的突然移动的检测。

可替换电池组可附接到柄部的远离主体部分的端部或至少部分地接纳在柄部的远离主体部分的端部内部。在远离主体部分的位置处，包括运动传感器单元的可替换电池组可被最佳地放置用于检测突然移动，尤其是与主体部分的突然旋转相关联的那些移动。

外科动力工具可为旋转动力工具，例如用于向旋转扩孔钻施加扭矩的钻头或装置。

根据本发明的另一方面，提供了一种外科套件。外科套件可包括一个或多个上述种类的可替换电池组。外科套件还可包括被构造成接纳一个或多个可替换电池组的一个或多个外科动力工具。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括至少一个上述种类的外科动力工具的外科套件。

根据本发明的另一方面，提供了一种方法，包括：

操作上述种类的外科动力工具；以及

在外科动力工具的操作期间，控制器：

根据运动传感器单元的输出来确定可替换电池组的突然移动指示外科动力工具的反冲事件；以及

响应于所述确定，断开从可替换电池组到外科动力工具的电力。

附图说明

本发明的实施方案将在下文仅以举例的方式参考附图进行描述，其中类似附图标记关联类似元件，并且在附图中：

图1示出了根据本发明的实施方案的包括可替换电池组的外科动力工具；

图2示出了根据本发明的实施方案的外科动力工具和可替换电池组的功能部件的示意图；

图3示意性地示出了根据本发明的实施方案的外科动力工具的可由可替换电池组的运动传感器单元检测的移动；并且

图4示出了根据本发明的实施方案的方法。

具体实施方式

参考附图在下文描述了本发明的实施方案。

图1示出了根据本发明的实施方案的包括可替换电池组50的外科动力工具10。外科动力工具10包括主体部分2。外科动力工具10还包括柄部4，外科医生可通过柄部4握持外科动力工具10。柄部4可从主体部分2向外延伸。外科动力工具10还可包括承载器8。承载器8可包括用于将外科器械诸如扩孔钻(例如，用于对患者的髋臼扩孔的旋转扩孔钻或用于对表面置换植入物的股骨头扩孔的扩孔钻)、外科钻头、销、螺纹销、骨钻等附接到外科动力工具10的附接特征结构。

外科动力工具10还包括马达6，该马达6由将在下文描述的可替换电池组50供电。马达6可能够操作以向轴18施加扭矩，该轴18继而可连接到承载器8。外科动力工具10还可包括马达控制器14。马达控制器14可控制马达6的操作。例如，外科动力工具10可包括用于操作外科动力工具10的按钮12。马达控制器14在检测到按钮12已被按压时可能够操作以接通马达6。按钮12可位于柄部4上，以允许外科医生抓握柄部4的手指方便地按压该按钮。

外科动力工具10的主体部分2和柄部4可包括外部壳体，该外部壳体包含并保护马达6、轴18和马达控制器14。外部壳体可包括例如塑性材料。

图1还示出了可替换电池组50。可替换电池组50可附接到或至少部分地接纳在外科动力工具10的壳体内部。

在该实施方案中，可替换电池组50附接到柄部4的远离主体部分2的端部。还可设想，可替换电池组50可至少部分地接纳在柄部4(例如，其远侧端部)内部。还可设想，可替换电池组50可设置在位于外科动力工具10内部(例如，柄部4中)的隔室中。隔室可包括用于触及和替换可替换电池组50的舱口。

外科动力工具10和可替换电池组50可设置有用于将可替换电池组50附接到外科动力工具10的对应连接特征结构。对应连接特征结构可包括用于完成外科动力工具10和可替换电池组50之间的电连接的特征结构，使得可替换电池组50可向马达6供应电力。对应连接特征结构还可包括释放机构，诸如由按钮操作的扣件，以允许可替换电池组50脱离外科动力工具10。

在该示例中，可替换电池组50具有壳体52，该壳体52可包含将在下文描述的可替换电池组50的特征结构并对其提供保护。如前所指出，将特征结构诸如本文所述种类的运动传感器单元和控制器包括在可替换电池组50中的有益效果在于，形成这些特征结构的任何电子器件不需要进行灭菌(例如，这归因于由壳体52对这些特征结构提供的保护)。包含这些特征结构的可替换电池组50可在外科手术之前使用无菌传送简单地装载到外科动力工具10中。壳体52可例如包括塑性材料。

图2示出了根据本发明的实施方案的外科动力工具10和可替换电池组50的功能部件的示意图。

如上所指出，外科动力工具10可包括马达6。马达6可连接到马达控制器14。现在将描述该实施方案中的可替换电池组50的特征结构。

可替换电池组50包括一个或多个电池单元62。电池单元62可为可再充电的。电池单元6可为任何合适的类型，例如镍镉(NiCd)、镍金属氢化物(NiMH)、锂离子(Li-离子)、锂离子聚合物(Li-离子聚合物)或磷酸铁锂(LiFePO4/LFP)。

可替换电池组50还包括运动传感器单元70。运动传感器单元70可包括以下中的一者或多者：陀螺仪；加速度计；或磁力计。陀螺仪可为1D、2D或3D陀螺仪。加速度计可为1D、2D或3D加速度计。磁力计可为1D、2D或3D磁力计。可设想，运动传感器单元70可包括这些传感器类型的组合。可设想，运动传感器单元70可为惯性测量单元(IMU)。

运动传感器单元70可用于检测可替换电池组50的移动。可替换电池组50的突然移动可指示外科动力工具10的反冲事件。运动传感器单元70可被构造成(例如，在可替换电池组50内定向，以便检测可替换电池组50在各方向上的移动，或(在发生旋转移动的情况下)围绕通常将与外科动力工具10的反冲事件相关联的轴线移动。

图3示意性地示出了根据本发明的实施方案的外科动力工具10的可由可替换电池组50的运动传感器单元70检测的移动。在图3中，假设外科动力工具位于笛卡尔坐标的中心处，其中轴18的旋转轴线沿着x轴定向。还假设可替换电池组50的运动传感器单元70位于位置92处。例如，可替换电池组50可如上所述附接到柄部4或至少部分地接纳在柄部4内部，其中柄部沿着负z方向延伸。

在反冲事件期间，外科器械诸如附接到承载器8的扩孔钻或钻头可挖掘并卡在患者的骨表面上。这可致使外科动力工具10开始围绕轴18的旋转轴线(在该示例中为x轴)旋转，如图3中标记为90的箭头所示。在位置92处，这可致使运动传感器单元70开始以朝向x-y平面向上弯曲的弧线移动，如图3中标记为94的箭头所示。运动传感器单元70的移动方向(即，朝向正y方向或负y方向)取决于在反冲事件之前轴18的旋转方向。

对于小的移动，或对于离轴18的旋转轴线(在该示例中为x轴)足够远的位置92，运动传感器单元70的移动可近似为线性的(如图3中标记为96的箭头所示)。运动传感器单元70可包括用于检测旋转和/或线性移动的传感器装置。

为了有效地检测运动传感器单元70的移动，其特征结构诸如陀螺仪、加速度计和/或磁力计可在可替换电池组50内定向成使得它们的用于检测移动的一条或多条自然轴线在反冲事件中与可替换电池组50的预期移动一致地对准。例如，就1D/2D/3D陀螺仪而言，陀螺仪的轴线可平行于外科动力工具10的旋转轴线(例如，如前所述的轴18的旋转轴线)对准。在图3的示例中，1D/2D/3D陀螺仪的轴线可与x轴平行地对准。

返回到图2，可替换电池组50还包括控制器60。控制器60连接到运动传感器单元70。控制器60可能够操作以监测运动传感器单元70的输出，从而根据该输出确定对可替换电池组50的突然移动的检测。为了将可替换电池组50的正常运动与可与反冲事件相关联的突然运动区分开，控制器60可能够将某些算法应用于由运动传感器单元70输出的数据。这些算法可例如涉及输出数据与某些阈值的比较。在达到或超过这些阈值的情况下，控制器60可断定正在发生反冲事件。

在运动传感器单元70包括多于一种感测装置(例如，陀螺仪加上加速度计、陀螺仪加上磁力计、加速度计加上磁力计或陀螺仪加上加速度计加上磁力计)的实施方案中，控制器60可能够操作以将从每个感测装置接收的数据进行比较。以这种方式，可减少误报(例如，仅在来自运动传感器单元70的所有或大部分感测装置的数据指示突然移动的情况下确定反冲事件)。如下将述，控制器60还可能够操作以在确定是否正在发生反冲事件时考虑其它因素，诸如流向马达6的电流。

在确定运动传感器单元70的输出与指示外科动力工具10的反冲事件的可替换电池组50的突然移动一致时，控制器60能够操作以断开从可替换电池组到外科动力工具10的电力。将运动传感器单元70和控制器60包括在外科动力工具的可替换电池组50中可允许以可允许回射地为现有外科动力工具提供针对反冲事件的保护的方式来检测反冲。此外，在其中可替换电池组50附接到外科动力工具10的末端或至少部分地接纳在外科动力工具10的末端内的实施方案中，运动传感器单元70可被定位成远离轴18的旋转轴线。这可改善用于检测由外科动力工具10围绕轴18的旋转轴线的突然移动引起的反冲事件的运动传感器单元70的灵敏度。例如，如关于图1所述，可替换电池组50可附接到柄部4的远离包含马达6和轴18的主体部分2的端部或至少部分地接纳在柄部4的远离包含马达6和轴18的主体部分2的端部内。在该位置中，运动传感器单元70可被最佳地放置用于检测外科动力工具10围绕轴18的旋转轴线的突然移动，同时还允许将可替换电池组50方便地安装在柄部4中或其上。还应当指出的是，通过将具有运动传感器单元70的可替换电池组50定位在柄部4上或其中，运动传感器单元70可定位成靠近外科医生的手部，以便改善对可能伤害外科医生的突然移动的检测。

可替换电池组50还可包括电源开关66诸如晶体管。控制器60可连接到电源开关66的控制端子。控制器60可能够操作以使用电源开关66来连接和(例如，在如本文所述的反冲事件期间)断开从可替换电池组50到外科动力工具10的电力。

可替换电池组50还可包括电源单元68。电源单元68可从一个或多个电池单元62汲取电力以用于给可替换电池组50的其它部件诸如控制器60和运动传感器单元70供电。电源单元68可包括电压转换器。电源单元68可具有低功率待机模式(>1uA)。在一个实施方案中，电源单元68可具有唤醒功能，该唤醒功能检测可替换电池组50到外科动力工具10的附接/在外科动力工具10中的插入，并且将控制器60以及另外任选地其它部件诸如运动传感器单元70上电。在一个实施方案中，控制器60可能够操作以将可替换电池组50下电(例如，在检测到可替换电池组50从外科动力工具10移除的情况下，或当满足超时条件时(即，在确定外科动力工具10一段时间已未使用的情况下))。

如本文所述，外科动力工具10的反冲可导致外科动力工具10的突然移动。然而，反冲也可导致流向马达6的电流的变化。这可与在器械诸如附接到外科动力工具10的旋转扩孔钻挖掘并卡在骨表面上时由马达6施加的扭矩的变化相关联。根据本发明的实施方案，这些电流变化可被检测到并用作正在发生反冲事件的进一步指示。

如图2所示，可替换电池组50还可包括电流传感器64。控制器60可连接到电流传感器64，以接收指示流向外科动力工具10的马达6的电流的电流传感器64的输出。控制器60可能够操作以根据运动传感器单元70的输出并根据电流传感器64的输出来确定可替换电池组50的突然移动是否指示外科动力工具10的反冲事件。

以这种方式，控制器可区分实际反冲和与外科动力工具10的并非反冲结果的移动相关联的误报。例如，控制器60可能够操作以在不存在电流传感器64的输出的同时变化的情况下确定可替换电池组50的突然移动不与反冲事件相关联。

在一个实施方案中，与由运动传感器单元70感测到的可替换电池组50的突然移动同时进行的由电流传感器64感测到的到马达6的电流的增加可由控制器60解释为指示真正的反冲事件。电流本身的增加可与如上所述在外科器械挖掘并卡在骨表面上时由马达6施加的扭矩的增加相关联。

在一个实施方案中，运动传感器单元70可包括1D陀螺仪。陀螺仪可被定向成检测围绕外科动力工具10的旋转轴线(例如，如先前所述的轴18的旋转轴线)的角速度的变化。这种运动传感器单元70也可与上述种类的电流传感器64结合使用，以允许控制器60通过确定外科动力工具10的突然移动是否和与马达6施加的扭矩增加相关联的马达6的电流增加同时发生来减少误报。

如本文所述，运动传感器单元70可包括能够操作以确定可替换电池组50的具有多于一个方向分量的突然移动的特征结构。例如，运动传感器单元70可包括如下文更详细描述的2D/3D陀螺仪、2D/3D加速度计和/或2D/3D磁力计。与使用例如1D陀螺仪、1D加速度计或1D磁力计的实施方案相比，这可允许运动传感器单元70减少由可替换电池组50检测到的误报的数目。例如，使用2D/3D陀螺仪、2D/3D加速度计和/或2D/3D磁力计可允许针对运动传感器单元70和外科动力工具10的旋转轴线之间的失准进行校正。如果已知例如反冲本身一般表现为相对于多于一条轴线的移动，则使用如本文所述的能够操作以确定可替换电池组50的具有多于一个方向分量的突然移动的特征结构也可允许更精确地表征反冲事件。可设想，此处所述的功能(即，对可替换电池组50的具有多于一个方向分量的突然移动的确定)也可通过使用多于一个传感器的组合(例如，与1D/2D/3D加速度计组合的1D陀螺仪)来实现。

可设想，可在使用外科动力工具10之前执行校准步骤，通过该校准步骤，可基于外科动力工具10的实际旋转轴线将在运动传感器单元70的坐标系中获取的读数转换/解析成坐标系。这可允许校正运动传感器单元70相对于外科动力工具10的旋转轴线的上述失准。

在一个实施方案中，运动传感器单元70可包括3D陀螺仪。3D陀螺仪可检测外科动力工具10的角速度的变化。这些变化可为围绕外科动力工具10的法向旋转轴线(例如，如前所述的轴18的旋转轴线)的变化，但也可包括围绕其它轴线的角速度的变化。如上所述，与使用1D陀螺仪的实施方案相比，这可允许运动传感器单元70减少由可替换电池组50检测到的误报的数目和/或允许更准确地表征反冲事件。

在另一实施方案中，运动传感器单元70可包括加速度计。加速度计可为1D、2D或3D加速度计。在此类实施方案中，控制器60可能够操作以根据由加速度计所提供的加速度信号和/或其导数来确定可替换电池组50的突然移动。在一个实施方案中，控制器60可能够操作以应用将加速度信号和/或其导数和与典型反冲事件相关联的加速度廓线进行比较的算法。还可设想，代替1D、2D或3D加速度计，可使用1D、2D或3D磁力计。包括1D、2D或3D加速度计或1D、2D或3D磁力计的运动传感器单元70也可与上述种类的电流传感器64结合使用，以允许控制器60通过确定外科动力工具10的突然移动是否和与由马达6施加的扭矩增加相关联的马达6的电流增加同时发生来减少误报。

在另一实施方案中，运动传感器单元70可包括3D加速度计、3D磁力计、3D陀螺仪和电流传感器64。可设想，通过基于运动传感器单元70的每个3D传感器装置的输出来确定反冲事件，并且将其与对流至马达6的电流的检测相结合，可实现误报数目少的情况下对反冲的稳健检测。

可替换电池组50还可包括制动器72，以用于响应于对可替换电池组50的突然移动指示外科动力工具10的反冲事件的确定而使外科动力工具10的马达6的绕组短路。这可允许马达6快速制动。

在一个实施方案中，可提供包括本文所述种类的一个或多个可替换电池组50的外科套件。外科套件还可包括被构造成接纳一个或多个可替换电池组50的一个或多个外科动力工具10。在一个实施方案中，可提供包括本文所述种类的至少一个外科动力工具10的外科套件，每个外科动力工具10安装有可替换电池组50。

图4示出了根据本发明的实施方案的方法80中的多个步骤。

在第一步骤82中，方法80包括操作上述种类的外科动力工具10。步骤82可形成各种不同种类的外科手术的一部分。在一个示例中，步骤82涉及使用附接到外科动力工具10(例如，其承载器8)的外科钻头钻入骨中。在另一示例中，步骤82涉及在髋关节置换手术期间使用附接到外科动力工具10(例如，其承载器8)的旋转扩孔钻对髋臼的内表面进行扩孔。步骤82可大体涉及外科医生在马达6向附接到外科动力工具10的外科器械施加扭矩时握持外科动力工具10(例如，其柄部4)。

步骤84在外科动力工具10的操作期间执行。步骤84包括控制器60根据运动传感器单元70的输出来确定可替换电池组50的突然移动指示外科动力工具的反冲事件。步骤84可涉及将上述种类的算法应用于运动传感器单元70的输出。步骤84还可涉及监测电流传感器64的输出以检查由运动传感器单元70指示的可替换电池组50的突然移动是否与通向马达6的电流的变化同时发生，如上所述。

在步骤86中，响应于确定反冲事件，控制器断开从可替换电池组50到外科动力工具10的电力。这可涉及控制器60向电源开关66施加控制信号以断开电力。步骤86还可涉及操作制动器72，以用于马达6的快速制动。

因此，已描述了一种用于外科动力工具的可替换电池组以及一种操作包括可替换电池组的外科动力工具的方法。该可替换电池组包括包含一个或多个电池单元、运动传感器单元和控制器的壳体。该控制器能够操作以根据该运动传感器单元的输出来确定该可替换电池组的突然移动指示该外科动力工具的反冲事件。该控制器还能够响应于该确定操作以断开从该可替换电池组到该外科动力工具的电力。

尽管已描述了本发明的具体实施方案，但是应当理解可在受权利要求书保护的本发明的范围内进行许多修改/添加和/或补充。

Claims (15)

1.一种用于外科动力工具的可替换电池组，所述可替换电池组包括壳体，所述壳体包含：

一个或多个电池单元；

运动传感器单元；和

控制器，所述控制器能够操作以：

根据所述运动传感器单元的输出来确定所述可替换电池组的突然移动指示所述外科动力工具的反冲事件；以及

响应于所述确定，断开从所述可替换电池组到所述外科动力工具的电力。

2.根据权利要求1所述的可替换电池组，其中，所述可替换电池组还包括用于感测流向所述外科动力工具的马达的电流的电流传感器，并且其中所述控制器还能够操作以根据所述运动传感器单元的输出并根据所述电流传感器的输出来确定所述可替换电池组的突然移动是否指示所述外科动力工具的反冲事件。

3.根据权利要求2所述的可替换电池组，其中，所述控制器能够操作以根据由所述电流传感器感测到的电流的增加来确定所述可替换电池组的由所述运动传感器单元感测到的同时突然移动指示所述外科动力工具的反冲事件。

4.根据任一前述权利要求所述的可替换电池组，其中，所述运动传感器单元包括以下中的至少一者：

陀螺仪；

加速度计；或

磁力计。

5.根据权利要求4所述的可替换电池组，其中所述运动传感器单元包括惯性测量单元(IMU)。

6.根据任一前述权利要求所述的可替换电池组，还包括制动器，所述制动器用于响应于对所述可替换电池组的突然移动指示所述外科动力工具的反冲事件的所述确定而使所述外科动力工具的马达的绕组短路。

7.根据任一前述权利要求所述的可替换电池组，其中，所述可替换电池组的所述突然移动包括旋转移动。

8.根据任一前述权利要求所述的可替换电池组，其中，所述一个或多个电池单元为可再充电的。

9.一种外科动力工具，包括根据任一前述权利要求所述的可替换电池组。

10.根据权利要求9所述的外科动力工具，其中，所述外科动力工具包括：

主体部分；和

柄部，所述柄部从所述主体部分向外延伸，

其中所述可替换电池组附接到所述柄部或至少部分地接纳在所述柄部内部。

11.根据权利要求10所述的外科动力工具，其中，所述可替换电池组附接到所述柄部的远离所述主体部分的端部或至少部分地接纳在所述端部内部。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的外科动力工具，其中，所述外科动力工具包括旋转动力工具。

13.一种外科套件，包括：

一个或多个根据权利要求1至8中任一项所述的可替换电池组；和

一个或多个外科动力工具，所述一个或多个外科动力工具被构造成接纳所述一个或多个可替换电池组。

14.一种外科套件，包括至少一个根据权利要求9至12中任一项所述的外科动力工具。

15.一种方法，包括：

操作根据权利要求9至12中任一项所述的外科动力工具；以及

在所述外科动力工具的所述操作期间，所述控制器：

根据所述运动传感器单元的输出来确定所述可替换电池组的突然移动指示所述外科动力工具的反冲事件；以及

响应于所述确定，断开从所述可替换电池组到所述外科动力工具的电力。

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