CN110381868B - 外科工具以及机器人外科系统界面 - Google Patents

Abstract

本发明提供了各种示例性外科工具和机器人外科系统界面。一般来讲，无菌屏障可以定位在机器人外科系统与可释放地联接到所述机器人外科系统的外科工具之间。所述外科工具可以处于所述无菌屏障的一侧上的无菌环境中，并且所述机器人外科系统可以处于所述无菌屏障的另一相对侧上的非无菌环境中。所述机器人外科系统可以被构造成能够使用磁场控制可释放地联接到其上的所述外科工具的移动，所述磁场跨所述外科工具与所述机器人外科系统之间的所述无菌屏障延伸。

Description

外科工具以及机器人外科系统界面

技术领域

本发明提供了用于机器人手术的方法、系统和装置，尤其是提供了外科工具和机器人外科系统界面。

背景技术

由于术后恢复时间减少且瘢痕形成最小化，因此微创外科手术(MIS)器械通常优于传统的开放式外科装置。腹腔镜式外科手术是一种类型的MIS手术，其中在腹部形成一个或多个小切口，并且通过切口插入套管针以形成进入腹腔的通路。套管针用于将各种器械和工具引入腹腔中，而且提供注气使腹壁升高到器官上方。器械和工具可用于以多种方式接合和/或处理组织以达到诊断或治疗效果。内窥镜式外科手术是另一种类型的MIS手术，其中将细长的柔性轴通过自然孔口引入体内。

尽管传统的微创外科手术器械和技术已证明是高度有效的，但较新的系统可提供甚至更多的优点。例如，传统的微创外科手术器械通常不能为外科医生提供存在于开放式外科手术中的工具布置的灵活性。用器械通过小切口接近手术部位时遇到困难。另外，典型的内窥镜式器械的长度的增加通常会降低外科医生感觉由组织和器官施加在端部执行器上的力的能力。此外，如电视监视器上的图像中所观察到的器械的端部执行器的运动与端部执行器的实际运动的协调是特别困难的，因为如图像中所感知的运动通常不与端部执行器的实际运动直觉地对应。因此，通常缺乏对外科器械运动输入的直觉响应。已经发现，直觉性、灵巧性和灵敏度的此类缺乏使得增加微创外科手术的使用受阻。

多年以来，已经开发出多种微创机器人系统以增加外科手术的灵巧性，并允许外科医生以直觉方式对患者进行手术。远程手术是使用系统进行的外科手术的一般术语，其中外科医生使用一些形式的远程控制(例如，伺服机构等)来操纵手术器械运动，而不是用手直接握持和移动工具。在此类远程外科手术系统中，通常在远离患者的位置处在视觉显示器上为外科医生提供外科手术部位的图像。外科医生通常可在远离患者的位置处执行外科手术，同时在外科手术期间观察视觉显示器上的端部执行器运动。通常在视觉显示器上观察手术部位的三维图像时，外科医生通过操纵远程位置处的主控制装置来对患者执行外科手术，该主控制装置控制远程控制式器械的动作。

虽然在机器人外科手术领域已经取得了重大进展，但仍然需要用于机器人外科手术的改善的方法、系统和装置。

发明内容

一般来讲，本发明提供了外科工具和机器人外科系统界面。

在一个方面，提供了一种外科系统，在一个实施方案中，该外科系统包括外科工具，该外科工具被构造成可释放地联接到机器人外科系统，其中无菌屏障定位在外科工具与机器人外科系统之间。外科工具包括其远侧端部处具有端部执行器的细长轴。端部执行器被构造成能够响应于在外科工具近侧的非无菌环境与外科工具所处的无菌环境之间延伸的磁场的生成而移动。

所述外科系统可以任意种方式变化。例如，外科工具可以包括转子，并且所生成的磁场可以被构造成能够在转子与被包括在无菌屏障和机器人外科系统中的一者中的定子之间延伸。在至少一些实施方案中，外科系统可以包括无菌屏障，该无菌屏障可以包括定子。在至少一些实施方案中，外科系统可以包括机器人外科系统的工具驱动器，并且工具驱动器可以包括定子。

又如，端部执行器可以被构造成能够响应于磁场的生成而移动，而不需要由机器人外科系统机械地驱动外科工具。再如，端部执行器的移动可以包括以下中的至少一者：关闭端部执行器、打开端部执行器、使端部执行器相对于细长轴进行关节运动、使端部执行器相对于细长轴旋转、以及使端部执行器和细长轴作为一个单元围绕细长轴的纵向轴线旋转。

在另一个实施方案中，提供了一种外科系统，该外科系统包括：无菌屏障；具有其远侧端部处具有端部执行器的细长轴的外科工具，该外科工具包括转子；机器人外科系统工具驱动器，该工具驱动器被构造成能够可释放地联接到外科工具，使得外科工具处于无菌屏障的第一侧上的无菌环境中，并且工具驱动器处于无菌屏障的第二相对侧上的非无菌环境中；以及定子，该定子被构造成能够当工具驱动器可释放地联接到外科工具时操作地联接到转子，转子与定子之间生成的磁场被构造成能够引起端部执行器的移动。

所述外科系统可具有多种变型中的任一种。例如，定子可以与无菌屏障成为一体。又如，工具驱动器可以包括定子。再如，转子可以包括多个永磁体，并且定子可以包括多个电磁体。再如，磁场可以使端部执行器移动，而不需要由工具驱动器机械地驱动外科工具。又如，外科系统可以包括控制器，该控制器被构造成能够响应于用户输入而引起定子的移动，并且定子的移动可以生成磁场。再如，端部执行器的移动可以包括以下中的至少一者：关闭端部执行器、打开端部执行器、使端部执行器相对于细长轴进行关节运动、使端部执行器相对于细长轴旋转、以及使端部执行器和细长轴作为一个单元围绕细长轴的纵向轴线旋转。

在另一个实施方案中，外科系统包括具有细长轴的外科工具，该细长轴在该细长轴的远侧端部处具有端部执行器。外科工具包括转子。外科系统还包括机器人外科系统工具驱动器和无菌屏障，该机器人外科系统工具驱动器被构造成能够电联接到外科工具以驱动端部执行器的功能，该无菌屏障位于工具驱动器与外科工具之间，并且被构造成能够与工具驱动器和外科工具机械地对准。

外科系统可以具有任何数量的变型。例如，端部执行器的功能可以包括使端部执行器移动，并且/或者电联接可以包括利用跨转子与定子之间的无菌屏障延伸的磁场将外科工具的转子与工具驱动器的定子电联接。磁场可以驱动端部执行器的功能，而不需要由工具驱动器机械地驱动外科工具。

又如，无菌屏障可以包括从其延伸出来的多个突起部，该多个突起部被构造成能够提供工具驱动器与外科工具之间的机械对准。在至少一些实施方案中，多个突起部可以被构造成能够响应于外科工具的转子相对于工具驱动器的定子移动而受到磨损。

再如，无菌屏障可以包括多个电连接器，该多个电连接器被构造成能够提供工具驱动器与外科工具之间的机械对准。在至少一些实施方案中，多个电连接器可以被配置为提供用于在工具驱动器的第一天线与外科工具的第二天线之间传输数据的电路径。

又如，当工具驱动器电联接到外科工具时，外科工具可以处于无菌屏障的第一侧上的无菌环境中，并且工具驱动器可以处于无菌屏障的第二相对侧上的非无菌环境中。

在另一个实施方案中，外科系统包括具有细长轴的外科工具，该细长轴在该细长轴的远侧端部处具有端部执行器。外科工具包括转子。外科系统还包括被构造成能够可释放地联接到外科工具的机器人外科系统工具驱动器。工具驱动器包括定子。外科系统还包括位于工具驱动器与外科工具之间的无菌屏障，使得当工具驱动器可释放地联接到外科工具时，磁场被构造成能够延伸穿过无菌屏障的无菌侧上的转子与无菌屏障的非无菌侧上的定子之间的无菌屏障，并且从而驱动端部执行器的功能。外科系统还包括屏蔽件，该屏蔽件被构造成能够为磁场提供磁屏蔽。

外科系统可以具有任何数量的变型。例如，屏蔽件可以是被构造成能够由工具驱动器组装的多部件屏蔽件，该工具驱动器可释放地联接到外科工具。在至少一些实施方案中，屏蔽件可以包括作为外科工具的一部分的第一屏蔽件以及作为工具驱动器的一部分的第二屏蔽件，并且第一屏蔽件和第二屏蔽件可以组装以在工具驱动器可释放地联接到外科工具时形成多部件屏蔽件。

又如，转子可以包括多个永磁体，定子可以包括多个电磁体，并且屏蔽件可以包围多个永磁体和多个电磁体。再如，转子可以包括多个转子，定子可以包括多个定子，该多个定子各自被构造成能够与多个转子中的一者操作地联接以形成转子/定子对，并且屏蔽件可以包括多个屏蔽件，该多个屏蔽件各自与操作地联接的转子/定子对相关联。又如，转子可以包括多个转子，定子可以包括多个定子，该多个定子各自被构造成能够与多个转子中的一者操作地联接以形成转子/定子对，并且屏蔽件可以包括为每个转子/定子对提供磁屏蔽的单个屏蔽件。又如，屏蔽件可以包括高导磁合金。又如，当工具驱动器可释放地联接到外科工具时，转子可以处于无菌屏障的第一侧上的无菌环境中，并且定子可以处于无菌屏障的第二相对侧上的非无菌环境中。又如，转子和定子的电联接可以驱动端部执行器的功能，而不需要由工具驱动器机械地驱动外科工具。再如，端部执行器的功能可以包括使端部执行器移动。再如，端部执行器的功能可以包括以下中的至少一者：关闭端部执行器、打开端部执行器、使端部执行器相对于外科工具的远侧端部处具有端部执行器的细长轴进行关节运动、使端部执行器相对于细长轴旋转、以及使端部执行器和细长轴作为一个单元围绕细长轴的纵向轴线旋转。

在另一个实施方案中，外科系统包括：具有细长轴的外科工具，该细长轴在该细长轴的远侧端部处具有端部执行器；无菌屏障；以及机器人外科系统工具驱动器，该机器人外科系统工具驱动器被构造成能够可释放地联接到外科工具，其中，无菌屏障定位在其间。端部执行器被构造成能够响应于延伸穿过无菌屏障并且在外科工具与机器人外科系统之间延伸的磁场的生成而移动。外科系统还包括屏蔽件，该屏蔽件被构造成能够提供对磁场的磁屏蔽。

所述外科系统可以任意种方式变化。例如，屏蔽件可以是被构造成能够由工具驱动器组装的多部件屏蔽件，该工具驱动器可释放地联接到外科工具。又如，外科工具可以包括转子，工具驱动器可以包括定子，并且屏蔽件可以包围转子和定子。再如，磁场的生成可以被配置为驱动端部执行器的功能，而不需要由工具驱动器机械地驱动外科工具。又如，屏蔽件可以包括高导磁合金。再如，端部执行器的移动可以包括以下中的至少一者：关闭端部执行器、打开端部执行器、使端部执行器相对于细长轴进行关节运动、使端部执行器相对于细长轴旋转、以及使端部执行器和细长轴作为一个单元围绕细长轴的纵向轴线旋转。

在另一方面，提供了一种外科方法，在一个实施方案中，该方法包括：将外科工具联接到机器人外科系统的工具驱动器，外科工具与工具驱动器之间具有无菌屏障，使得外科工具处于无菌环境中；以及使磁场在外科工具与机器人外科系统之间延伸穿过无菌屏障，并且从而驱动外科工具的端部执行器的功能。

该外科方法可以任意种方式变化。例如，将外科工具联接到机器人外科系统可以使外科工具的转子电联接到机器人手术系统的定子，其中无菌屏障位于转子与定子之间，使得转子处于无菌屏障的一侧上的无菌环境中，并且定子处于无菌屏障的另一侧上的非无菌环境中。又如，将外科工具联接到机器人外科系统可以使外科工具的转子电联接到无菌屏障的定子。再如，外科工具可以位于无菌屏障的一侧上的无菌环境中，并且工具驱动器可以位于无菌屏障的另一侧上的非无菌环境中。又如，磁场可以驱动端部执行器的功能，而不需要由工具驱动器机械地驱动外科工具。又如，端部执行器的功能可以包括使端部执行器移动。再如，端部执行器的功能可以包括以下中的至少一者：关闭端部执行器、打开端部执行器、使端部执行器相对于外科工具的远侧端部处具有端部执行器的细长轴进行关节运动、使端部执行器相对于细长轴旋转、以及使端部执行器和细长轴作为一个单元围绕细长轴的纵向轴线旋转。

在另一个实施方案中，外科方法包括：将外科工具联接到机器人外科系统的工具驱动器，其中，无菌屏障位于外科工具与工具驱动器之间，并且包括使外科工具的转子与工具驱动器的定子机械对准的配合特征结构；以及使磁场在转子与定子之间延伸穿过无菌屏障，从而引起外科工具的端部执行器的移动。

外科方法可具有任何数量的变型。例如，配合特征结构可以包括从无菌屏障延伸的多个突起部，并且当磁场在转子与定子之间延伸时转子的移动可以使多个突起部受到磨损。又如，磁场可以引起端部执行器的移动，而不需要由工具驱动器机械地驱动外科工具。再如，在外科工具和工具驱动器联接在一起的情况下，外科工具可以位于无菌屏障的一侧上的无菌环境中，并且工具驱动器可以位于无菌屏障的另一侧上的非无菌环境中。再如，端部执行器的移动可以包括以下中的至少一者：关闭端部执行器、打开端部执行器、使端部执行器相对于细长轴进行关节运动、使端部执行器相对于细长轴旋转、及使端部执行器和细长轴作为一个单元围绕细长轴的纵向轴线旋转。

在另一个实施方案中，提供了一种外科方法，该外科方法包括：将外科工具联接到机器人外科系统的工具驱动器，其中，无菌屏障位于外科工具与工具驱动器之间，使得外科工具处于无菌屏障的一侧上的无菌环境中，并且工具驱动器处于无菌屏障的另一侧上的非无菌环境中。无菌屏障包括电连接器，该电连接器使外科工具的天线与工具驱动器的天线机械地对准。外科方法还包括使数据通过电连接器在外科工具的天线与工具驱动器的天线之间传输。

该外科方法可以任意种方式变化。例如，电连接器可以沿曲折路径延伸穿过无菌屏障。又如，电连接器的一个端部暴露在无菌屏障的一侧上，电连接器的另一个端部暴露在无菌屏障的另一侧上。再如，可以以光学方式传输数据，并且无菌屏障可以是透明或半透明的，以允许数据通过其进行光学传输。

在另一个实施方案中，外科方法包括：将外科工具联接到机器人外科系统的工具驱动器，外科工具与工具驱动器之间具有无菌屏障，使得外科工具处于无菌环境中；以及使磁场在外科工具的转子与机器人外科系统的定子之间延伸穿过无菌屏障，并且从而使外科工具的端部执行器移动，包围转子和定子的屏蔽件提供对磁场的磁屏蔽。

外科方法可具有任何数量的变型。例如，屏蔽件可以是多部件屏蔽件，并且将外科工具联接到工具驱动器可以组装屏蔽件。又如，无菌屏障可以包括作为其一体部分的屏蔽件。

在另一个实施方案中，外科方法包括：将手持式外科装置的远侧部分联接到手持式外科装置的近侧部分，其中，近侧部分中的柄部处于非无菌环境中，并且手持式外科装置的无菌屏障为远侧部分提供无菌环境，该远侧部分包括其远侧端部处具有端部执行器的细长轴；以及使得磁场在非无菌环境中的近侧部分与无菌环境中的远侧部分之间延伸，并且从而使端部执行器移动。

该外科方法可以任意种方式变化。例如，将远侧部分联接到近侧部分可以使得远侧部分的转子电联接到近侧部分的定子，并且磁场可以在定子与转子之间延伸。又如，磁场可以使端部执行器移动，而不需要由工具驱动器机械地驱动外科工具。再如，外科方法可以包括：在将远侧部分联接到近侧部分之前，将无菌屏障联接到近侧部分。再如，端部执行器的移动可以包括以下中的至少一者：关闭端部执行器、打开端部执行器、使端部执行器相对于细长轴进行关节运动、使端部执行器相对于细长轴旋转、以及使端部执行器和细长轴作为一个单元围绕细长轴的纵向轴线旋转。

在另一方面，提供了一种外科装置，在一个实施方案中，该外科装置包括：包括定子的外科工具的近侧柄部部分；以及外科工具的远侧部分，该远侧部分被构造成能够可移除且可替换地联接到近侧柄部部分。远侧部分包括转子并且包括端部执行器，该端部执行器被构造成能够由在转子与定子之间延伸的磁场驱动。该外科装置还包括无菌屏障，该无菌屏障联接到近侧柄部部分，并且被构造成能够在远侧部分可移除地且可替换地联接到近侧柄部部分时为远侧部分提供无菌环境。

外科装置可以任意种方式变化。例如，远侧部分可以被构造成能够通过使转子与定子接合来可移除且可替换地联接到近侧部分。又如，无菌屏障可以可移除且可替换地联接到近侧柄部部分。再如，定子可以一体地联接到近侧柄部部分。又如，定子可以可移除且可替换地联接到近侧柄部部分。又如，磁场可以驱动端部执行器移动，而不需要由工具驱动器机械地驱动外科工具。又如，端部执行器被构造成能够被驱动以实现以下中的一者：关闭端部执行器、打开端部执行器、使端部执行器相对于其远侧端部处具有端部执行器的细长轴进行关节运动、使端部执行器相对于细长轴旋转、及使端部执行器和细长轴作为一个单元围绕细长轴的纵向轴线旋转。

在另一个实施方案中，外科装置包括：在其远侧端部处具有端部执行器的细长轴，该端部执行器被构造成能够与组织接合；近侧柄部，该近侧柄部被构造成能够被手持，并且可移除且可替换地联接到细长轴，使得细长轴从近侧柄部朝远侧延伸；以及无菌屏障，该无菌屏障联接到近侧柄部，并且被构造成能够在该无菌屏障的远侧提供无菌环境并且在该无菌屏障的近侧提供非无菌环境。当近侧柄部可移除且可替换地联接到细长轴时，细长轴和端部执行器处于无菌环境中。该外科装置还包括磁性构件，该磁性构件被构造成能够在近侧柄部可移除且可替换地联接到细长轴时生成跨无菌屏障的磁场，并且从而引起端部执行器的移动。

外科装置可具有任何数量的变型。例如，磁性构件可以包括细长轴的转子以及近侧柄部的定子。在至少一些实施方案中，转子可以位于细长轴的近侧端部处，定子可以位于近侧柄部的远侧端部处，并且近侧柄部可以被构造成能够通过将转子附接到定子来可移除且可替换地联接到细长轴。

又如，近侧柄部可以包括被构造成能够生成磁场的功率源。再如，端部执行器的移动可以包括以下中的一者：关闭端部执行器、打开端部执行器、使端部执行器相对于细长轴进行关节运动、使端部执行器相对于细长轴旋转、以及使端部执行器和细长轴作为一个单元围绕细长轴的纵向轴线旋转。

附图说明

通过以下结合附图所作的详细描述，将更充分地理解本发明，在附图中：

图1为外科工具的一个实施方案的示意性侧视图；

图2为与六个自由度相关联的术语的图形表示；

图3为包括患者侧部分和用户侧部分的机器人外科系统的一个实施方案的透视图；

图4为机器人外科系统的机器人臂的一个实施方案的透视图，其中图1的外科工具可剥离地且可替换地联接到机器人臂；

图5为图4的机器人臂的工具驱动器的透视图；

图6是联接到外科工具外壳的工具驱动器的一个实施方案的透视图，其中，无菌屏障定位在外科工具外壳与工具驱动器之间；

图7是图6的未联接在一起的工具驱动器、外科工具外壳和无菌屏障的分解图；

图8是图7的彼此联接在一起但未与外科工具外壳联接的工具驱动器和无菌屏障的分解图；

图9是图6的未完全联接在一起的工具驱动器、外科工具外壳和无菌屏障的一部分的分解剖视图；

图10是图6的工具驱动器、外科工具外壳和无菌屏障的一部分的分解剖视图；

图11是无菌屏障的一个实施方案的分解图，该无菌屏障包括定子，并且被构造成能够联接到工具驱动器以及外科工具外壳的转子；

图12是联接在一起的图11的无菌屏障和转子的端部剖视图；

图13是图11的工具驱动器的局部剖面透视图；

图14是图11的联接在一起的转子和定子的局部示意图；

图15是外科工具的与包括定子的无菌屏障联接的转子的另一个实施方案的端部剖视图；

图16是图15的联接在一起的转子和定子的局部示意图；

图17是包括定子的无菌屏障的另一个实施方案的顶视示意图和侧面示意图；

图18是联接到转子的图17的无菌屏障的端部剖视图；

图19是联接到转子的无菌屏障的另一个实施方案的端部剖视图；

图20是图18的联接在一起的转子和定子的局部示意图；

图21是图19的联接在一起的转子和定子的局部示意图；

图22是包括定子的无菌屏障的又一个实施方案的顶视示意图和侧面示意图；

图23是联接到转子的无菌屏障的另一个实施方案的侧面剖视图；

图24是图23的无菌屏障的分解剖视图；

图25是图23的转子的侧面剖视图；

图26是包括定子的无菌屏障的另一个实施方案的侧面剖视图；

图27是联接到转子和工具驱动器的图26的无菌屏障的侧面剖视图；

图28是图27的转子的侧面剖视图；

图29是图27的工具驱动器的侧面剖视图；

图30是外科装置的中间部分的局部剖面侧视图，该外科装置包括可释放地联接到转子的定子；

图31是图30的定子和转子的磁吸引力的示意图；

图32是图30的定子和转子的磁排斥力的示意图；

图33是包括对准机构的无菌屏障的一个实施方案的侧面剖视图；

图34是图33的无菌屏障的侧面局部剖视图，该无菌屏障联接到工具驱动器并且联接到外科工具外壳；

图35是图34的无菌屏障的侧面局部剖视图，该无菌屏障联接到工具驱动器和外科工具外壳，其中对准机构部分地磨损；

图36是包括多个电触头的无菌屏障的一个实施方案的侧面剖视图；

图37是无菌屏障和一个电触头的侧面剖视图；

图38是图37的无菌屏障和电触头的一部分的剖视图；

图39是图37的电触头的顶视图；

图40是包括磁屏蔽件的无菌屏障的另一个实施方案的透视图；

图41是图40的无菌屏障的顶视图；

图42是图40的无菌屏障的一部分的局部剖面侧视图，该无菌屏障联接到转子并生成磁场；

图43是包括磁屏蔽件的无菌屏障的又一个实施方案的顶视图；

图44是图43的无菌屏障的透视图；

图45是包括磁屏蔽件的无菌屏障的又一个实施方案的顶视图；

图46是未组装的多部件磁屏蔽件的局部透视图；

图47是图46的组装了的磁屏蔽件的侧面局部剖视图；

图48是外科装置的一个实施方案的透明侧视图，该外科装置包括近侧部分和远侧部分，该远侧部分可释放地联接到近侧部分；

图49是图48的外科装置的剖视图；

图50是图48的外科装置的近侧部分的分解图；

图51是图48的外科装置的近侧部分的远侧部分和定子的透视图；

图52是外科装置的另一个实施方案的透明侧视图，该外科装置包括近侧部分和远侧部分，该远侧部分可释放地联接到近侧部分；

图53是图52的外科装置的近侧部分的远侧部分和定子的透视图；

图54是图53的定子的透视图；

图55是外科装置的另一个实施方案的局部透明侧视图，该外科装置包括近侧部分和远侧部分，该近侧部分包括定子和远侧部分，该远侧部分包括转子并且被构造成能够可释放地联接到该近侧部分；

图56是图55的外科装置的近侧部分的示意性剖视图；

图57是图56的外科装置的近侧部分的一部分的顶视示意图；

图58是联接在一起的图55的定子和转子的端部示意图；

图59是外科装置的定子的另一个实施方案的示意性局部剖视图；以及

图60为计算机系统的一个实施方案的示意图。

具体实施方式

现在将描述某些示例性实施方案，以提供对本文所公开的装置和方法的结构、功能、制造和用途的原理全面理解。这些实施方案的一个或多个示例在附图中示出。本领域的技术人员将会理解，本文具体描述并在附图中示出的装置和方法是非限制性的示例性实施方案，本公开的范围仅由权利要求书限定。结合一个示例性实施方案示出或描述的特征部可与其它实施方案的特征部进行组合。此类修改和变型旨在包括在本发明的范围之内。

此外，在本公开中，各实施方案中名称相同的部件通常具有类似的特征部，因此在具体实施方案中，不一定完整地阐述每个名称相同的部件的每个特征部。另外，在所公开的系统、装置和方法的描述中使用线性或圆形尺寸的程度上，此类尺寸并非旨在限制可结合此类系统、装置和方法使用的形状的类型。本领域的技术人员将认识到，针对任何几何形状可容易地确定此类线性和圆形尺寸的等效尺寸。系统和装置及其部件的大小和形状可至少取决于系统和装置将用于其中的受治疗者的解剖结构、系统和装置将与其一起使用的部件的大小和形状、以及系统和装置将用于其中的方法和手术。

本发明提供了外科工具和机器人外科系统界面。一般来讲，无菌屏障可以定位在机器人外科系统(在本文中也称为“外科机器人”)与可释放地联接到机器人外科系统的外科工具之间。外科工具可以处于无菌屏障的一侧上的无菌环境中，并且外科机器人可以处于无菌屏障的另一相对侧上的非无菌环境中。因此，无菌屏障可以被构造成外科工具与外科机器人之间的界面，在该界面处，外科工具可释放地联接到外科机器人。外科机器人可以被构造成能够使用磁场控制可释放地联接到其上的外科工具的移动，该磁场跨外科工具与外科机器人之间的无菌屏障延伸。因此，外科机器人可以被配置为引起外科工具电动地移动(例如，经由电磁场)，而不需要由外科机器人机械地驱动移动，并且不需要任何机械部件延伸跨过无菌屏障以将移动从外科机器人机械地传递到外科工具。因此，无菌屏障可以是包括任何移动部件的简单机械部件，这可以便于无菌屏障的可处置性(例如，在其与一个患者一起使用之后丢弃无菌屏障)并且/或者降低其制造成本。

在其他实施方案中，无菌屏障可以定位在外科工具的近侧部分与外科工具的远侧部分之间，该远侧部分可释放地联接到外科工具的近侧部分。近侧部分可以包括工具的柄部，并且远侧部分可以包括工具的细长轴，该细长轴从柄部朝远侧延伸并且可以在轴的远侧端部处包括工具的端部执行器。轴和端部执行器可以处于无菌屏障的一侧上的无菌环境中，并且柄部可以处于无菌屏障的另一相对侧上的非无菌环境中。因此，无菌屏障可以被构造为柄部与轴和端部执行器之间的界面。柄部中的部件可以被构造成能够使用磁场来控制可释放地联接到柄部的端部执行器和轴的移动，该磁场跨工具的近侧部分与工具的远侧部分之间的无菌屏障延伸。

图1示出了外科工具10的一个实施方案，该外科工具包括：细长轴12；端部执行器14；腕部16，该腕部将端部执行器14在轴12的远侧端部处联接到轴12；以及工具外壳18，该工具外壳联接到轴12的近侧端部。端部执行器14被构造成能够例如通过在腕部16处枢转来在腕部16处相对于轴12移动，以在使用工具10期间将端部执行器14相对于外科手术部位定位在期望位置处。外壳18包括各种部件(例如，齿轮和/或致动器)，这些部件被构造成能够控制与端部执行器14相关联的各种特征的操作(例如，夹持、击发、旋转、关节运动、能量递送等中的任何一者或多者)。在至少一些实施方案中，轴12以及因此联接到其的端部执行器14被构造成能够围绕轴12的纵向轴线A1旋转。在此类实施方案中，外壳18的各种部件被构造成能够控制轴12的旋转运动。在至少一些实施方案中，如在例示的实施方案中那样，外科工具10被构造成能够可剥离地联接到机器人外科系统，并且工具外壳18可包括联接特征，这些联接特征被构造成能够允许工具10可剥离地联接到机器人外科系统。下面进一步讨论轴12、端部执行器14、腕部16和外壳18中的每一者。

外科工具10可具有多种构型中的任一种。一般来讲，外科工具可被构造成能够执行至少一个外科功能并且可包括例如夹钳、抓紧器、针驱动器、剪刀、施加能量的电烙器工具、缝合器、施夹器、抽吸工具、冲洗工具、成像装置(例如，内窥镜或超声探头)等中的任一种。在至少一些实施方案中，外科工具10被构造成能够向组织施加能量(诸如射频(RF)能量)，而在其他实施方案中，外科工具10未被构造成能够向组织施加能量。

轴12可具有多种构型中的任一种。一般来讲，轴12为细长构件，其从外壳18朝远侧延伸并且具有延伸穿过其的至少一个内腔。轴12固定到外壳18，但在其他实施方案中，轴12可以可剥离地联接到外壳18，使得轴12可与其他轴互换。这可允许单个外壳18适用于具有不同端部执行器的各种轴。

端部执行器14可以具有多种尺寸、形状和构型。端部执行器14包括具有一对相对钳口20、22的组织抓紧器，这些钳口被构造成能够在打开位置和闭合位置之间移动，其中钳口20、22中的一个或两个被构造成能够在腕部16处枢转以使端部执行器14在打开位置和闭合位置之间移动。在其他实施方案中，端部执行器14可具有其他构型，例如剪刀、babcock、牵开器等。

腕部16可以具有多种构型中的任一种。外科工具的腕部以及实现腕部处的关节运动的示例性实施方案以下专利中有所描述：2014年3月13日提交的名称为“CompactRobotic Wrist”的国际专利公布WO 2014/151952；2014年3月13日提交的名称为“Hyperdexterous Surgical System”的国际专利公布WO 2014/151621；2016年7月1日提交的名称为“Methods,Systems,And Devices For Initializing A Surgical Tool”的美国专利申请15/200,283；以及2016年8月16日提交的名称为“Methods,Systems,And DevicesFor Causing End Effector Motion With A Robotic Surgical System”的美国专利申请15/237,648，这些专利据此全文以引用方式并入。一般来讲，腕部16可包括被构造成能够允许端部执行器14相对于轴12运动的接头，诸如钳口20、22枢转地附接在的枢转接头。在一些实施方案中，枢转动作可包括围绕腕部16的第一轴线(例如，X轴线)的俯仰运动、围绕腕部16的第二轴线(例如，Y轴线)的偏航运动以及它们的组合，以允许端部执行器14围绕腕部16的360°旋转运动。在其他实施方案中，枢转动作可限于单个平面上的运动，例如，仅围绕腕部16的第一轴线的俯仰运动或仅围绕腕部16的第二轴线的偏航运动，使得端部执行器14在单个平面上旋转。图2示出了由三个平移或位置变量例如进退、升沉、摇摆以及由三个旋转或取向变量例如欧拉角或滚转、俯仰、偏航表示的系统的自由度，这些变量描述了外科系统的部件相对于给定笛卡尔参照系的位置和取向。如本文所用，并且如图2所示，术语“进退”是指向前和向后运动，术语“升沉”是指上下运动，并且术语“摇摆”是指左右运动。关于旋转术语，“滚转”是指左右倾斜，“俯仰”是指向前和向后倾斜，并且“偏航”是指左右转动。

在该例示的实施方案中，端部执行器14的运动包括端部执行器14在其中端部执行器14与轴12基本上纵向地对齐(例如，端部执行器14的纵向轴线A2与轴12的纵向轴线A1基本上对齐，使得端部执行器14相对于轴12成大致零角度)的非关节运动位置与其中端部执行器14相对于轴12成角度地取向(例如，端部执行器14的纵向轴线A2相对于轴12的纵向轴线A1成角度，使得端部执行器14相对于轴12成非零角度)的关节运动位置之间的关节运动。本领域的技术人员将会理解，端部执行器14可能不会与轴12精确地对齐(例如，可能不相对于轴成精确的零角度)，但由于诸如制造公差和测量装置的精度等任意数量的因素仍然被认为与轴12对齐(例如，基本上成零角度)。端部执行器14被示出为在图1中处于非关节运动位置。在该例示的实施方案中，端部执行器14的运动还包括端部执行器14的旋转运动，其中端部执行器14围绕其纵向轴线A2旋转，同时发生或不发生轴12围绕其纵向轴线A1的对应旋转。

图3为机器人外科系统100的一个实施方案的透视图，该机器人外科系统包括与患者104相邻定位的患者侧部分102，以及位于距离患者一定距离处(在同一室内和/或在远程位置)的用户侧部分106。患者侧部分102一般来讲包括一个或多个机器人臂108和被构造成能够可剥离地联接到机器人臂108的一个或多个工具组件110。用户侧部分106一般来讲包括用于观察患者104和/或外科部位的视觉系统112，以及用于控制机器人臂108和每个工具组件110在外科手术期间的运动的控制系统114。

控制系统114可具有多种构型并且可邻近患者定位(例如，在手术室中)、远离患者(例如，在单独的控制室)或分布于两个或更多个位置(例如，手术室和/或一个或多个单独的控制室)。作为分布式系统的示例，专用系统控制台可位于手术室中，并且单独的控制台可位于远程位置。控制系统114可包括使得用户能够观察患者104的正在由患者侧部分102进行手术的外科手术部位和/或控制患者侧部分102的一个或多个部件(例如，以在外科手术部位执行外科手术)。在一些实施方案中，控制系统114还可包括一个或多个手动操作的输入装置，诸如操纵杆、外骨骼式手套、动力和重力补偿式操纵器等。一个或多个输入装置可控制遥控马达，这些遥控马达继而控制外科系统，包括机器人臂108和工具组件110的运动。

患者侧部分102可具有多种构型。如图3所示，患者侧部分102可联接到手术台116。然而，在其他实施方案中，患者侧部分102可安装到墙壁，安装到天花板，安装到地板或安装到其他手术室设备。另外，虽然患者侧部分102示为包括两个机器人臂108，但也可包括更多或更少的机器人臂108。此外，患者侧部分102可包括诸如相对于手术台116(如图3所示)安装在各种位置的单独的机器人臂108。另选地，患者侧部分102可包括单个组件，该单个组件包括从其延伸的一个或多个机器人臂108。

图4示出了图1的机器人臂118和外科工具10的另一个实施方案，该外科工具可剥离地且可替换地联接到机器人臂118。而其他外科器械可联接到臂118，如本文讨论。机器人臂118被构造成能够使相关联的工具10沿一个或多个自由度(例如，所有六个笛卡尔自由度，五个或更少的笛卡尔自由度等)支撑和移动。

机器人臂118可在机器人臂118的远侧端部处包括工具驱动器122，该工具驱动器可协助控制与工具10相关联的特征。机器人臂118还可包括入口引导件123(例如，套管安装件、套管等)，该入口引导件可以是机器人臂118的一部分或者可以可剥离地且可替换地联接到机器人臂118，如图4所示。工具组件的轴可通过入口引导件123插入以插入患者体内，如图4所示，其中图1的工具10的轴12被示出为通过入口引导件123插入。

为了在使用外科系统时提供无菌手术区域，可在外科系统的致动部分(例如，机器人臂118)与联接到其的外科器械(例如，工具10等)之间布置阻隔件126。无菌部件诸如器械无菌适配器(ISA)也可布置在工具10与机器人臂118之间的连接接口处。ISA布置在工具10与机器人臂108之间可确保工具10和机器人臂118具有无菌联接点。这允许从机器人臂118移除外科器械以在外科手术过程中与其他外科器械交换而不损害无菌外科手术区域。

图5更详细地示出了工具驱动器122。如图所示，工具驱动器122包括一个或多个马达，例如，示出了五个马达124，这些马达控制与联接到臂118的工具10相关联的各种运动和动作。例如，每个马达124都可联接到与工具10相关联的启动特征件(例如，齿轮)和/或与其相互作用，用于控制可由工具10执行的一个或多个动作和运动，例如用于辅助执行外科手术。可在工具驱动器122的上表面上触及马达124，因此工具10(例如，其外壳18)被构造成能够安装在工具驱动器122的顶部上以联接到该工具驱动器。被构造成能够由工具驱动器马达控制的工具外壳(也称为“圆盘”)的马达操作和部件的示例性实施方案在先前提及的以下专利中进一步描述：2014年3月13日提交的名称为“Compact Robotic Wrist”的国际专利公布WO 2014/151952；和2014年3月13日提交的名称为“Hyperdexterous SurgicalSystem”的国际专利公布WO 2014/151621；以及2016年8月16日提交的名称为“Methods,Systems,And Devices For Controlling A Motor Of A Robotic Surgical Systems”的美国专利申请15/237,653，这些专利据此全文以引用方式并入。

工具驱动器122还包括形成于其侧壁中的轴接纳通道126，以用于接纳工具10的轴12。在其他实施方案中，轴12可延伸穿过工具驱动器122中的开口，或两个部件的各种其他构型可配合。

如上所述，外科机器人可以被构造成能够在无菌屏障处可释放地联接到外科工具，并且外科机器人可以被构造成能够使用在外科工具与外科机器人之间延伸的磁场来控制可释放地联接到其上的外科工具的移动。图6示出了外科工具(例如，图1的工具10或另一个外科工具)的外科工具外壳200的一个实施方案，该外科工具外壳被构造成能够在无菌屏障204处可释放地联接到机器人外科系统(例如，图3的机器人外科系统100或另一个机器人外科系统)的工具驱动器202。在该例示的实施方案中，工具驱动器202具有六个马达定子区域206，如图7所示。因此，无菌屏障204具有六个马达安置区域208，这些马达安置区域各自被构造成能够将马达定子区域206中的一者安置在其中，如图7和图8所示。

图6至图8还示出了将无菌屏障204联接到外科机器人以及将外科工具联接到联接在一起的无菌屏障204和外科机器人的实施方案。无菌屏障204的配合元件210(在该例示的实施方案中，其为细长中空轴)可以配合到外科机器人202的对应配合特征结构212(在该例示的实施方案中，其为细长孔)。然后，诸如通过推动外科工具的细长联接轴214穿过中空轴210和孔212，外科工具可以联接到外科机器人，其中，无菌屏障204定位在它们之间，如图9所示。当如图6和图10所示组装时，无菌屏障204在其第一侧216上限定无菌环境，工具外壳200以及从其中延伸的细长轴220定位在该无菌环境中，并且该无菌屏障在其第二相对侧上限定非无菌环境，工具驱动器202定位在该非无菌环境中。如图10所示，当外科工具可释放地联接到外科机器人时，没有机械部件在它们之间延伸穿过无菌屏障204。

如图9和图10所示，外科工具包括位于工具外壳200处的转子222，并且外科机器人包括位于工具驱动器202处的定子224。马达(例如，步进马达或无刷马达)中的每一者均与定子224相关联，使得在该例示的实施方案中，工具驱动器202具有六个定子224。因此，在该例示的实施方案中，外科工具具有六个转子222，这些转子各自被构造成能够操作地联接到定子224中的一者。如在该例示的实施方案中，定子224中的每一者均可以包括电磁体，并且转子222中的每一者均可以包括永磁体。如本领域技术人员将理解的，转子222和定子224可以具有其他构型。在其他实施方案中，外科机器人的工具驱动器可以包括转子，并且外科工具的工具外壳可以包括定子。

机器人外科系统(例如，其控制系统)被构造成能够控制定子224以使其运动，使得定子224中的电流例如在DC无刷或步进马达中形成磁场。磁场从工具驱动器202(例如，从定子224)穿过无菌屏障204延伸到无菌屏障204的另一侧上的外科工具，例如，延伸到工具外壳200处的转子222。磁场影响转子222(例如，永磁体)，以向其施加扭矩。转子222直接附接到工具驱动系形式的启动特征结构，例如，导螺杆226、电缆轴、齿轮箱等，如图9和图10所示。驱动系操作地联接到外科工具的端部执行器。因此，转子222处的扭矩可以使端部执行器经由驱动系移动。扭矩可以经由其相关联的一个或多个定子224递送到一个或多个转子222，以使所选择的一个或多个驱动系引起端部执行器的所选移动，例如，关节运动、钳口打开运动、钳口闭合运动等。由于移动转子222和移动启动特征结构定位在无菌屏障204的远侧，因此可以将使端部执行器移动(并且可能使细长轴移动)的移动部件全部定位在无菌屏障204的远侧。

工具驱动器202可以包括被配置成便于转子222的位置控制的一个或多个传感器。例如，该一个或多个传感器可以是定位在每个定子线圈或绕组处的霍尔效应传感器。当转子222(例如，永磁体)相对于线圈或绕组移动时，由霍尔效应传感器测量的电压将跳变。机器人外科系统的控制系统可以被配置为使用该电压来追踪跳变以测量转子222的增量旋转位置并相应地控制定子224。

如图9和图10所示，当外科工具可释放地联接到外科机器人时，没有机械部件在它们之间延伸穿过无菌屏障204。因此，在外科机器人控制外科工具的过程中，没有机械移动从工具驱动器202传递到工具外壳200。相反，外科机器人可以经由电磁能量电动地控制外科工具。此外，无菌屏障204不包括在外科机器人控制外科工具的移动的过程中移动的任何机械部件。

在图6至图10的实施方案中，工具驱动器202包括定子224，该定子操作地联接到外科工具的可释放地联接到外科机器人的转子222。在其他实施方案中，工具驱动器与可释放地联接到其上的外科工具之间的无菌屏障可以包括作为其一体部分的定子，其中，外科工具包括被构造成能够操作地联接到定子的转子。

图11示出了包括定子402的无菌屏障400的一个实施方案。无菌屏障400还包括帽状件404，该帽状件被构造成能够用于定子402的护盖。定子402包括多个线圈406，并且是两相八极步进或无刷马达的一部分，仍如图12所示。定子402还包括多个触头408(在该例示的实施方案中，该多个触头是刚性触头)，并且被构造成能够与外科机器人的工具驱动器412的多个触头410(其同样是刚性的，其还在图13中示出)配合。

帽状件404可以具有多种构型。如在该例示的实施方案中，帽状件404可以是塑料，诸如，液晶聚合物、Teflon^TM和玻璃纤维增强塑料(

A435)、或其他塑料。帽状件404的远侧部分404d可以是比帽状件404的近侧基部404b更薄的材料，这可以便于磁场穿过帽状件404的远侧部分404d传输。例如，帽状件404的远侧部分404d可以具有在约0.005英寸至0.007英寸范围内的厚度。本领域的技术人员将会理解，值可能不是精确地为该值，但是由于诸如制造公差和测量设备的灵敏度之类的任何数量的因素而被认为大约为该值。帽状件404可以具有例如在约0.001英寸至0.002英寸范围内的公差叠加配合，以防止干扰。

在该例示的实施方案中，该工具包括五个马达，这些马达各自与其自己的多个触头410相关联，在该例示的实施方案中，该多个触头是弹簧触头，并且被构造成能够与无菌屏障400的多个定子402中的一者配合。因此，在该例示的实施方案中，无菌屏障400具有五个定子402。工具驱动器412包括发射器414，在该例示的实施方案中，该发射器是无线的，并且被配置为将电力传输到可释放地联接到工具驱动器412的外科工具。发射器414可以被配置为诸如利用LTC4120无线功率传输元件跨气隙传输例如约50mA至400mA范围内的电流。在该例示的实施方案中，发射器414是线圈，例如，尺寸为约3mm×3mm×0.75mm的线圈。工具驱动器412还包括天线416，在该例示的实施方案中，该天线是3-D无线天线，并且被配置为便于将数据传输到工具驱动器412/从该工具驱动器传输数据。在其他实施方案中，作为对被构造成能够与外科工具的对应发射器对准的发射器414以及被构造成能够与外科工具的对应天线对准的天线416的替代，工具驱动器412可以包括以一定图案(例如，线性图案或三角形图案)呈现的线圈阵列，该线圈阵列被构造成能够与外科工具上的至少一个线圈交接。在这种情况下，工具驱动器412可以被配置为感测阵列中的哪个线圈与外科工具的至少一个线圈对得最准，并使用该对得最准的线圈来进行通信。

图11和图12还示出了外科工具420的转子418的实施方案，该转子被构造成能够可释放地联接到工具驱动器412，其中无菌屏障400定位在它们之间。在该例示的实施方案中，转子418包括多个永磁体。转子418中的磁体的数量可以与定子402的极数相同(例如，在该例示的实施方案中，该数量为8)，或者可以具有不同的数量(例如，在4至8的范围内的数量)。该例示实施方案中的外科工具包括五个转子418，针对与定子402中的每一者操作地联接均配备一个。转子418操作地联接到齿轮422形式的启动特征结构，该启动特征结构操作地联接到外科工具的端部执行器。因此，由经由定子402生成的磁场在转子418处产生的扭矩可以启动齿轮422(例如，使其旋转)，以从而引起外科工具420的端部执行器和/或细长轴的期望移动。图14示出了转子/定子联接件的旋转移动(箭头R1)，并且示出了定子402和转子418的齿轮齿。齿轮齿被加工成定子402和转子418的交接区域，并且可以具有在例如约0.001英寸至0.003英寸的范围内的间隙。

在至少一些实施方案中，无菌屏障400可以包括对准机构，诸如，多个耐磨条，如下文进一步讨论的。除位于无菌屏障400上之外，耐磨条还可以位于转子418与定子402之间的界面处，以允许其间的气隙基本上为零，因为，肋在使用过程中会磨损以使得转子418和定子402抵靠彼此完全就位。如果界面包括耐磨条，则转子418与定子402之间的弹簧偏压可以沿转子418和定子402的旋转轴线存在，以在旋转期间(例如，在转子418和定子402的前几次旋转期间)将转子418向下彻底驱动到定子402上，以使得完全就位。

图15示出了无菌屏障的定子424和外科工具的转子426的另一个实施方案。定子424和转子426分别类似于图11的定子402和转子418来构造和使用，不同之处在于，定子424是两相八极步进或无刷马达的一部分。无菌屏障包括类似于图11的帽状件404来构造和使用的帽状件428。图16示出了转子/定子联接件的旋转移动(箭头R2)，并且示出了定子424和转子426的齿轮齿。转子426中的磁体的数量可以与定子424的极数相同(例如，在该例示的实施方案中，该数量为10)，或者可以具有不同的数量(例如，在2至10的范围内的数量)。

图17和图18示出了包括定子602的无菌屏障600的另一个实施方案。为了清晰起见，在无菌屏障的联接件604中的一者上仅示出了一组定子线圈602，该联接件被构造成能够联接到在其相对侧上的外科工具和外科机器人。定子线圈还可以附接到无菌屏障的其他四个联接件604。在该例示的实施方案中，定子线圈602通过模制在其周围来附接。定子602是两相八极步进或无刷马达的一部分，但这可以变化。例如，图19示出了无菌屏障700的定子702，无菌屏障700类似于图17的无菌屏障600来构造和使用，不同之处在于，定子702是五相十极步进或无刷马达的一部分。图20示出了图17和图18的转子/定子联接件的旋转移动(箭头R3)，并且示出了外科工具的定子602和转子606的齿轮齿，该外科工具被构造成能够可释放地联接到无菌屏障600。图21示出了图19的转子/定子联接件的旋转移动(箭头R4)，并且示出了外科工具的定子702和转子706的齿轮齿，该外科工具被构造成能够可释放地联接到无菌屏障700。转子606、706各自可以是单芯转子。单芯转子可以具有附接到任一极的铁元件，并且可以具有加工到其北极和南极的混合传动装置，该混合传动装置具有偏置齿图案，该偏置齿图案被构造成能够允许两个极同时吸引和排斥相同的定子线圈。

图22示出了包括定子802的无菌屏障800的另一个实施方案。无菌屏障800类似于图17的无菌屏障600来构造和使用，不同之处在于，图17的无菌屏障600具有“向内”构型，而图22的无菌屏障800具有“向外”构型。为了清晰起见，在无菌屏障与工具驱动器的联接件804中的一者上仅示出了一组定子线圈802。定子线圈还附接到无菌屏障的其他四个联接件804。在该例示的实施方案中，定子线圈802通过模制到无菌屏障800中来附接到例如联接件804中。

定子的一部分可以是无菌屏障的一部分，而不是将定子完全内置在无菌屏障，例如，将一系列铁板整合到由可释放地联接的定子和转子之间的圆柱形外表面限定的周向轨道中。铁板可以与定子的金属板对准，并且可以允许定子极与无菌屏障的非无菌侧上的板接触。因此，铁板可以被构造成能够与无菌屏障整合的定子的延伸部，并且从而避免需要在使用之后丢弃具有一次性无菌屏障的整个定子。相反，只需要丢弃作为无菌屏障的一部分的板(作为一次性无菌屏障的一部分)。

图23和图24示出了包括定子的无菌屏障500的另一个实施方案。在该例示的实施方案中，无菌屏障500不像图11的无菌屏障400那样包括帽状件或触头。该例示的实施方案中的无菌屏障500包括具有多个金属板502(在该例示的实施方案中为8个)的轨道510，该多个金属板被构造成能够响应于由线圈504(在该例示的实施方案中为8个)生成的磁场而变得具有磁性。金属板502围绕无菌屏障500的周边径向布置。被构造成能够可释放地联接到无菌屏障500的外科工具包括转子506，如图24和图25所示，该转子为围绕工具的周边径向布置的多个永磁体的形式。转子506操作地联接到齿轮508形式的启动特征结构，该启动特征结构操作地联接到外科工具的端部执行器，类似于上文关于图11的齿轮422所有讨论的那样。转子508可以具有加工到其北(N)极和南(S)极的混合传动装置，该混合传动装置具有偏置齿图案，该偏置齿图案被构造成能够允许两个极同时吸引和排斥相同的定子线圈。外科工具包括五个转子506，针对与无菌屏障500的五个定子中的每一者操作地联接均配备一个。

图26和图27示出了包括定子的无菌屏障900的另一个实施方案。该例示实施方案中的无菌屏障900类似于图23和图24中的无菌屏障500，不同之处在于，在无菌屏障900和包括转子904的外科工具902的可释放联接之间未设置具有板的轨道，图28中也示出了这种情况，转子904被构造成能够与图24和图25的转子506类似地可操作地联接到定子。转子904操作地联接到齿轮906形式的启动特征结构，该启动特征结构操作地联接到外科工具的端部执行器，类似于上文关于图11的齿轮422所有讨论的那样。无菌屏障900还被构造成能够联接到外科机器人的工具驱动器908，如图27和图29所示，该工具驱动器具有被构造成能够联接到无菌屏障900的触头912的触头910，该触头类似于上文所讨论的触头。

在一些实施方案中，定子可以是具有中心单个转子的一组电磁体。图30示出了用于具有线性马达的外科装置1002的这种定子1000的一个实施方案。定子1000包括围绕单个转子1004布置的多个电磁线圈，该单个转子为永磁体的形式。图31示出了转子1004对定子1000的吸引，并且图32示出了定子1000对转子1004的排斥。转子1004联接到操作地联接到端部执行器的启动特征结构1006，如上文所讨论的。转子1004可以具有附接到其任一极的铁元件，或者可以具有加工到其北极和南极的混合传动机构，该混合传动机构具有偏置齿图案，该偏置齿图案允许两个极同时吸引和排斥相同的定子线圈。

装置1002包括电路板1008，该电路板包括被配置为控制定子1000的控制器，其类似于上文关于外科机器人对定子的控制所讨论的控制器。装置1002还包括被配置为有利于位置控制的传感器1010，例如，光学传感器等，类似于上文所讨论的。

外科装置1002可以是模块化的，其中，装置1002的包括定子1000的近侧部分被构造成能够可释放地联接到装置1002的包括转子1004的远侧部分，如下文进一步讨论的。

在至少一些实施方案中，无菌屏障可以被构造成能够使包括转子和定子中一者的工具驱动器与包括定子和转子中另一者的外科工具机械地对准，该工具驱动器和该外科工具与其间的无菌屏障联接在一起。因此，无菌屏障可以被构造成能够使定子和转子对准，这可以有利于将扭矩有效地传递到转子，并因此有利于驱动外科工具的端部执行器和细长轴。无菌屏障可以包括对准机构，该对准机构被构造成能够使定子和转子对准。对准机构可以被构造成能够自动地使定子和转子对准。对准机构可以具有多种构型。

图33至图35示出了无菌屏障1100的一个实施方案，该无菌屏障包括对准机构1102，该对准机构被构造成能够使包括转子和定子中一者的工具驱动器1104和包括定子和转子中另一者的外科工具1106对准，该工具驱动器和该外科工具与其间的无菌屏障1000联接在一起。在该例示的实施方案中，对准机构1102包括在无菌屏障的面向转子的表面1108上的多个耐磨条，在该例示的实施方案中，该多个耐磨条是外科工具1106的一部分。因此，在该例示的实施方案中，定子是工具驱动器1104的一部分，并且在转子旋转时保持静止。在该例示的实施方案中，表面1108是无菌屏障1100的锥形面，如图33所示。

在该例示的实施方案中，耐磨条围绕无菌屏障1100在转子相对于定子沿其旋转的方向上周向延伸。无菌屏障1100上具有五个耐磨条，但在其他实施方案中，可以具有任何其他数量的耐磨条。耐磨条可以从表面1108向外突出距离1110，该距离在例如约0.001英寸至0.002英寸的范围内。

当外科工具1106最初联接到工具驱动器1104，并且其间具有无菌屏障1100时，工具1106和驱动器1104的面对表面将以距离1110分开。当转子相对于定子旋转时，外科工具1106(例如，其面向驱动器1104的表面)将磨损掉耐磨条，如图35所示，其中，耐磨条已经被磨损掉，使得表面1108和外科工具1106之间存在小于距离1110的小间隙1112。在转子相对于定子进一步旋转之后，耐磨条将被磨损掉以允许气隙1112基本上消除(例如，基本上为零)，使得表面1108邻接外科工具1106。本领域技术人员将会理解，气隙可能无法完全消除，但是对于多种原因诸如制造公差和/或测量设备的灵敏度中的任何原因来说均被认为基本上消除。磨损掉耐磨条需要转子旋转的数量可以基于例如耐磨条的材料、与耐磨条摩擦的外科工具的材料、及转子旋转的速度而变化。通过允许转子和定子自然地找到一致的中心线1114以围绕其旋转，耐磨条允许外科工具1106(例如，其转子)与工具驱动器1104(例如，其定子)自动地对准。

在至少一些实施方案中，定位在外科工具与外科机器人之间的无菌屏障可以包括电触头，该电触头被配置为便于外科工具和外科机器人之间进行电子通信。电触头可以是无菌屏障的一体部分。这样，当无菌屏障联接到外科机器人的工具驱动器并且外科工具的外壳可移除且可替换地联接到工具驱动器时，为工具驱动器与外壳之间的无菌屏障的一部分的电触头将使外科工具与外科机器人电连接。因此，外科工具和外科机器人可以直接电联接，这可以有利于在几乎没有干扰的情况下进行数据传输。

图36示出了无菌屏障1200的一个实施方案，该无菌屏障包括被配置为便于外科工具和外科机器人之间进行电子通信的电触头。无菌屏障1200包括在各个位置1204处的多个电触头1202(参见图37至图39)。图37示出了电触头1202中的一者，其中，无菌屏障1200联接到工具驱动器，使得工具驱动器的天线1206在位置1204中的每一者处与电触头1202电接触。外科工具还包括天线1208，当外科工具可释放地联接到外科机器人时，该天线类似地在位置1204中的每一者处电接触电触头1202。天线1206、1208类似于上文所讨论的图13的天线416来配置和使用。在该例示的实施方案中，无菌屏障包括7个电触头1202，但在其他实施方案中，无菌屏障可以包括另外数量的电触头。在该例示的实施方案中，示出了两个天线1206、1208，但其他实施方案可以包括另外数量的天线。

电触头1202可以被构造成能够提供工具驱动器与外科工具的机械对准的对准机构。触头1202可以被构造成能够抵靠天线1206、1208安置，以便使工具驱动器和外科工具对准。

电触头1202中的每一者均沿曲折路径延伸穿过无菌屏障1200的厚度1200T，如图37所示。这样，触头1202的联接到外科机器人的天线1206的端部1202a从触头1202的联接到外科工具的天线1208的端部1202b横向偏移。端部1202a、1202b的横向偏移以及电触头1202的曲折路径可以有助于为无菌屏障1200提供结构稳定性，并且/或者可以有助于防止流体、膜、细菌和其他物质穿过无菌屏障1200，例如，从屏障1200的无菌侧到屏障1200的非无菌侧，反之亦然。

无菌屏障1200可以包覆模制或注塑模制在电触头1202上。沿其长度具有可变直径的电触头1202(如图37所示)可以提供包覆模制的紧密区1210(例如，压缩更大的区域)，以有助于将电触头1202固定在无菌屏障1200的材料中，该材料可以是如上所述的塑料。

无菌屏障1200可以包括透明或半透明的一个或多个区域，以便于通过其传输光信号以用于通信目的。例如，无菌屏障1200可以在位置1204中的每一者处包括透明区域或半透明区域，或者可以包括覆盖位置1204中的每一者的单个透明区域或半透明区域。

作为对电触头的替代，塑料无菌屏障可以替代性地在其中包括金属元件或其他电掺杂塑料元件。掺杂元件可以超声或热熔合到塑料无菌屏障，从而允许掺杂元件导电，同时无菌屏障用于防止流体、膜、细菌和其他物质穿过其中。掺杂元件可以被构造成能够从每个外科工具(例如，其工具外壳)和外科机器人(例如，其工具驱动器)接收正尖销，以在外科工具与外科机器人之间形成电桥接部，或者它们可以是具有应用于外科工具和外科机器人两者的弹簧夹具的导体。

图40示出了其内包括有定子1302的无菌屏障1300的一个实施方案(为了清楚起见，仅在定子所处的五个位置处示出了一个定子)，该无菌屏障在无菌屏障1300与外科机器人的工具驱动器的发射器(例如，图13的发射器414)联接的位置处具有变薄区域1304，并且在无菌屏障1300与工具驱动器的天线(例如，图13的天线416)联接的位置处具有变薄区域1306。无菌屏障的面向工具驱动器的表面1308上的变薄区域1304、1306具有比表面1308的其余部分小的厚度。这些区域1304、1306中的较薄材料可以便于通过其进行信号的无线传输。

在至少一些实施方案中，屏蔽件可以定位在无菌屏障的相对侧上的转子和定子之间。屏蔽件可以被构造成能够有助于隔离在转子和定子之间并且跨无菌屏障延伸的磁场。在至少一些实施方案中，无菌屏障可以包括被构造成能够针对跨无菌屏障延伸的磁场提供磁屏蔽的屏蔽件，该无菌屏障在转子和定子之间，例如，在外科工具和外科机器人之间，其中，工具和机器人中的一者包括转子，工具和机器人中的另一者包括定子。

图41示出了包括屏蔽件1402的无菌屏障1400的一个实施方案，该屏蔽件被构造成能够为定位在无菌屏障1400的相对侧上的转子和定子提供磁屏蔽。无菌屏障1400被构造成能够与具有五个马达的工具驱动器一起使用，该工具驱动器因此具有五个屏蔽件1402，针对五个定子/转子组件中的每一者均配备一个。为了清晰起见，图41和图42仅示出定子/转子组件中的一者，其包括转子1404和定子1406。该例示实施方案中的屏蔽件1402包括缠绕在其中具有定子/转子组件的无菌屏障联接件1408中的每一者周围的编织的高导磁合金。因此，屏蔽件1402被构造成能够径向容纳磁场。图42示出了转子1404与定子1406之间的磁场1410，该磁场被屏蔽件1402屏蔽，以便使其不在联接件1408的外部径向延伸。作为对比，图42还示出了在没有屏蔽件1402的情况下将存在的磁场1412。磁场1412在联接件1408外部径向延伸，在该位置处，它可能干扰其他电子部件。该例示实施方案中的无菌屏障1400还包括用于数据/控制触头1416的屏蔽件1414以及用于电力线圈1420的屏蔽件1418。该例示实施方案中的屏蔽件1414、1418也是编织的高导磁合金。

图41的无菌屏障1400包括用于多个转子/定子组件的多个屏蔽件1402，其中，屏蔽件1402彼此独立。在其他实施方案中，无菌屏障可以包括用于多个转子/定子组件的单个屏蔽件。相比于多个屏蔽件而言，单个屏蔽件可更容易制造并且/或者具有更低的成本。单个屏蔽件可以电连接并且连接到联接到无菌屏障的工具驱动器的接地端，这可以允许屏蔽件还用作射频或其他激励的粒子/波屏蔽件。

图43和图44示出了包括单个屏蔽件1502的无菌屏障1500的一个实施方案，该单个屏蔽件被构造成能够为定位在无菌屏障1500的相对侧上的转子和定子提供磁屏蔽。该例示实施方案中的屏蔽件1502包括缠绕在其中具有定子/转子组件1504的无菌屏障联接件中的每一者的部分圆周周围的编织的高导磁合金。因此，屏蔽件1502被构造成能够针对在定子/转子组件1504处生成的磁场提供径向保护。该例示实施方案中的屏蔽件1502还部分地围绕天线1508和电力线圈1510中的每一者缠绕，并且因此被构造成能够同时针对一个以上的磁源提供磁屏蔽，例如，针对转子/定子组件1504中的每一者、针对天线1508、并针对电力线圈1510提供磁屏蔽。屏蔽件1502的连接部分1506在联接件、天线1508和电力线圈1510中相邻的两者之间延伸。屏蔽件1502在连接部分1506中的高度可以小于其在联接件、天线1508和电力线圈1510周围(其中屏蔽件可以延伸其整个高度)的高度，如图44(和用于屏蔽1402的图42)所示。

图45示出了包括单个屏蔽件1602的无菌屏障1600的另一个实施方案，该单个屏蔽件被构造成能够为定位在无菌屏障1600的相对侧上的转子和定子提供磁屏蔽。在该例示的实施方案中，屏蔽件1600(例如，编织的高导磁合金材料)完全地围绕无菌屏障联接件以及其中的定子/转子组件1604中的每一者延伸，并且屏蔽件1600围绕天线1606和电力线圈1608中的每一者延伸。

在至少一些实施方案中，定位在无菌屏障的相对侧上的转子和定子之间的屏蔽件可以是多部件屏蔽件，其中，无菌屏障的一侧上的外科工具包括屏蔽件的第一部件，并且无菌屏障的另一侧上的外科机器人包括屏蔽件的第二部件。多部件屏蔽件可以被构造成能够在外科工具可释放地联接到外科机器人并且其间具有无菌屏障时连接在一起。

图46和图47示出了多部件屏蔽件的一个实施方案，该多部件屏蔽件包括在外科工具1702上(例如，在其外壳上)的第一屏蔽部件1700以及在外科机器人1706上(例如，在其工具驱动器上)的第二屏蔽部件1704。外科工具1702被构造成能够可释放地联接到外科机器人1706，其间具有无菌屏障1708。该例示实施方案中的第一屏蔽部件1700和第二屏蔽部件1704各自是编织的高导磁合金，其缠绕在它们各自的转子和定子周围。如图47所示，第一屏蔽部件1700和第二屏蔽部件1704在界面区域1710处重叠，在该界面区域中，工具1702可释放地联接到外科机器人1706。因此，当工具1702和外科机器人1704以可释放附接方式组装在一起时，第一屏蔽部件1700和第二屏蔽部件1704可以提供全面的磁屏蔽。在至少一些实施方案中，无菌屏障1708可以包括第三屏蔽部件，该第三屏蔽部件被构造成能够与第一屏蔽部件1700和第二屏蔽部件1704组装以提供进一步的磁屏蔽保护。

如上所述，在一些实施方案中，无菌屏障可以定位在外科工具的近侧部分与外科工具的远侧部分之间，该远侧部分可释放地联接到外科工具的近侧部分。因此，外科工具可以是模块化的，其中，不同的远侧部分能够选择性地附接到近侧部分。工具的近侧部分可以包括定子和转子中的一者，并且工具的远侧部分可以包括转子和定子中的另一者。当远侧部分可移除且可替换地联接到近侧部分并且其间具有无菌屏障时，电磁场可以跨转子与定子之间的无菌屏障延伸(类似于上文所讨论的)，并且从而引起工具的细长轴的移动(例如，其相对于工具的近侧部分旋转)并且/或者引起工具的端部执行器的移动(例如，端部执行器相对于细长轴进行关节运动、端部执行器的钳口打开、端部执行器的钳口闭合、或端部执行器与细长轴一前一后地旋转)。

图48示出了包括近侧部分1802的外科工具1800的一个实施方案，该近侧部分被构造成能够可释放地联接到远侧部分1804以形成工具1800。图49示出了工具1800的一部分的横截面，其中，近侧部分1802和远侧部分1804连接。

图50中同样示出的近侧部分1802可以有多种构型。如在该例示的实施方案中，近侧部分1802可以包括柄部1806、无菌屏障1808、及容纳定子的定子外壳单元1810。柄部1806被构造成能够由用户手持并且被操纵以控制外科工具的细长轴1812和端部执行器(未示出)的移动，例如通过按压触发按钮1814或控制按钮1816、1818来控制。触发按钮1814和控制按钮1816、1818操作地连接到设置在柄部1806中的电路板(未示出)，该电路板包括被配置成控制定子1810的控制器，类似于上文关于外科机器人对定子的控制所讨论的控制器。柄部1806可以包括按钮1814、1816、1818和/或其他致动机构，诸如，柄部1806的相对侧上的控制按钮(在图48中被模糊化)、旋转旋钮、可移动触发器、开关等。柄部1806其中还设置有被配置为向其中的部件提供电力的电源(例如，至少一个电池)。

该例示实施方案中的无菌屏障1808是被构造成能够可释放地安置在柄部1806上的蛤壳部。无菌屏障1808的可释放性可以有利于清洁工具1800和/或无菌屏障1808。无菌屏障1808可以被构造成能够与柄部1806一起被手持。无菌屏障1808被构造成能够提供一个界面，该界面上包括工具的远侧部分1804和定子单元1810的一侧(远侧)是无菌的，并且该界面上包括柄部1806的另一侧(近侧)不是无菌的。

手持式外科工具的按钮、电源、致动器以及用于手持式外科工具的无菌屏障的各种实施方案进一步描述于2015年9月24日提交的名称为“Handheld ElectromechanicalSurgical System”的国际专利公布WO 2016/057225中，该专利据此全文以引用方式并入。

定子包括多个线圈1820。在该例示的实施方案中，工具1800包括三个线圈1820，但在其他的实施方案中，该工具可以包括另外数量的线圈。线圈1820可以是面向远侧的，如图48、图50和图51所示，这可以有利于它们与工具的远侧部分1804的转子1824可释放地联接。容纳定子的定子单元1810可以包括电路板接口1822，该电路板接口被配置为与工具的电路板电连接以便于控制定子。

工具的远侧部分1804包括细长轴1812，当远侧部分1804可释放地联接到近侧部分1802时，该细长轴从柄部1806朝远侧延伸。端部执行器(未示出)处于轴1812的远侧端部处。端部执行器可以固定地附接到轴1812，或者可以可移除且可替换地联接到该轴。远侧部分1804的远侧区域限定组装的工具1800的喷嘴区域1826，如图48所示。如上所述，远侧部分1804包括被构造成能够可释放地联接到定子1810的转子。转子包括多个杆1824，在该例示的实施方案中，为3个杆，以与定子的3个线圈1820对应。杆1824被构造成能够被接收在相应的一个线圈1820中，如图49和图51所示。远侧部分1804还包括一对行星齿轮1828形式的启动特征结构(参见图48)，该启动特征结构操作地联接到端部执行器并且被构造成能够由转子启动。因此，由于转子的移动杆1824以及移动启动特征结构定位在无菌屏障1808的远侧，使端部执行器移动(并且还可能使细长轴移动)的移动部件可以全部定位在无菌屏障1808的远侧。

在其他实施方案中，近侧部分1802可以包括转子，并且被构造成能够可释放地联接到近侧部分1802的远侧部分1804可以包括定子，类似于上文关于各自可以包括定子和转子中的一者的外科工具和外科机器人所讨论的那样。

图52示出了包括近侧部分1902的外科工具1900的另一个实施方案，该近侧部分被构造成能够可释放地联接到远侧部分1904以形成工具1900。近侧部分1902类似于图48的近侧部分1802来构造和使用，例如，包括柄部1906、蛤壳形式的无菌屏障1908、容纳包括多个线圈1910的定子的定子外壳单元1920、操作地连接到定子的电路板1912、及电源(未示出)。如图53和图54所示，定子外壳单元1920包括被构造成能够操作地联接到电路板1912的触头1922，并且包括被构造成能够操作地联接到发射器以进行数据传输的触头1924。图53中同样示出的远侧部分1904类似于图48的远侧部分1804来构造和使用，例如，包括：其远侧端部处具有端部执行器(未示出)的细长轴1914、包括多个杆1916的转子、及两个行星齿轮形式的启动特征结构1918。在该例示的实施方案中，杆1916由壁1926包围，该壁1926可以在与定子线圈1910联接之前保护杆1916，可以在近侧部分1902和远侧部分1904可释放地联接之后保护杆1916和线圈1910，并且/或者可以有利于将杆1916对准插入到定子中。

图55示出了包括近侧部分2002的外科工具2000的另一个实施方案，该近侧部分被构造成能够可释放地联接到远侧部分2004以形成工具2000。近侧部分2002类似于图48的近侧部分1802来构造和使用，例如，包括柄部2006、无菌屏障(未示出)、容纳包括多个线圈2010(图56至图58中同样示出)的定子的定子外壳单元2008、操作地连接到定子的电路板2012(参见图56和图57)、及电源(未示出)。如图56所示，定子外壳单元2008还包括被构造成能够操作地联接到电路板2012的触头2018，并且包括被构造成能够操作地联接到发射器以进行数据传输的触头2020。远侧部分2004类似于图48的远侧部分1804来构造和使用，例如，包括：其远侧端部处具有端部执行器的细长轴(未示出)、包括多个杆2014(图58中同样示出)的转子、及启动特征结构(未示出)。在该例示的实施方案中，三个杆2014中最外侧的两个被与图53的壁1926类似的壁2016包围。

在该例示的实施方案中，定子线圈2010在横向或水平(例如，左右)方向上重叠，如图56至图58所示。与不重叠的具有相同直径的线圈相比，线圈2010的重叠允许马达在工具2000的柄部2006中占据较小的空间，从而允许实现更小的装置并且/或者允许更多空间用于柄部2006中的其他部件。另外，线圈2010的重叠允许在非重叠线圈在工具2000中将占据的相同空间量中使用更大的线圈。较大线圈可以允许向转子施加更大扭矩，因为可能实现更多的安培匝数，从而产生更大的磁场强度。为了允许重叠，三个线圈2010中最外侧的两个线圈(在图56和图57中被标记为B和C)定位在三个线圈2010中的中心线圈(在图56和图57中被标记为A)的远侧。因此，转子杆2014中的中心转子杆朝近侧延伸得比杆2014中最外侧的两个杆更远，如图55所示，以便朝近侧延伸得远到足以有效地联接到定子线圈2010中的中心线圈。

该例示实施方案中的中心定子线圈2010完全朝近侧偏移超过两个外定子线圈2010，如图55和图57所示。换句话讲，中心定子线圈2010的远侧端部在外定子线圈2010的近侧端部的近侧。因此，相邻的线圈不会相互干扰，例如，图56和图57中的定子线圈A不会干扰定子线圈B或定子线圈C。在其他实施方案中，中心定子线圈2010可以不完全朝近侧偏移超过两个外定子线圈2010，例如，中心定子线圈2010的远侧端部可以在外定子线圈2010的近侧端部的远侧。因此，中心定子线圈2010可以横向地侵占两个外定子线圈2010的空间。为了在这种布置中提供更好的横向间隔，如图59中的一个实施方案所示，在中心定子线圈(未示出)的任一侧上横向向外间隔开的外定子线圈2022可以具有向外成角度或向外弯曲的线圈2022a。因此，与中心定子线圈操作地联接的转子杆2024在外定子线圈2022之间可以具有足够的空间来朝近侧延伸到中心定子线圈，以与其操作地联接。成角度线圈2022a可以具有与其相关联定子中的其他线圈不同的数量或布线方式，以有助于所有线圈实现相等的磁力，例如，最左侧定子中的两个成角度线圈2022a(如图59所示)可以具有与该定子中的其他六个线圈不同的数量或布线方式。

本文所公开的系统、装置和方法可使用一个或多个计算机系统来实现，所述计算机系统也可在本文中被称为数字数据处理系统和可编程系统。

可在数字电子电路、集成电路、专门设计的专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、计算机硬件、固件、软件和/或其组合中实现本文描述的主题的一个或多个方面或特征。这些不同方面或特征可包括一个或多个计算机程序中的具体实施，该一个或多个计算机程序是在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上可执行的和/或可解释的，该至少一个可编程处理器可以是特殊的或通用的，联接以从存储系统、至少一个输入装置和至少一个输出装置接收数据和指令并向它们传输数据和指令。可编程系统或计算机系统可包括客户端和服务器。客户端和服务器一般来讲彼此远程，并且通常通过通信网络进行交互。客户端和服务器的关系是借助于在各自计算机上运行的、彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序得到的。

这些计算机程序(也可称为程序、软件、软件应用程序、组件或代码)包括用于可编程处理器的机器指令，并且能够以高级程序、面向对象的编程语言、函数编程语言、逻辑编程语言来实现和/或以汇编/机器语言来实现。如本文所用，术语“机器可读介质”是指用来向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何计算机程序产品、设备和/或装置(例如，磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑装置(PLD))，包括接收作为机器可读信号的机器指令的机器可读介质。术语“机器可读信号”是指用来向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何信号。机器可读介质可非暂态地存储此类机器指令，例如非瞬时固态存储器或磁性硬盘驱动器或任何等同的存储介质。另选地或除此之外，机器可读介质可以瞬态方式存储此类机器指令，例如处理器高速缓存或与一个或多个物理处理器核相关联的其他随机存取存储器。

为提供与用户的交互，可在具有用于向用户显示信息的显示装置诸如阴极射线管(CRT)或液晶显示器(LCD)或发光二极管(LED)监视器、以及用户能向计算机提供输入的键盘和指示装置诸如鼠标、跟踪球等的计算机上实现本文所述主题的一个或多个方面或特征。也可使用其他类型的装置来提供与用户的交互。例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感官反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)；并且可通过任何形式接收来自用户的输入，包括但不限于声音、语音或触觉输入。其他可能的输入装置包括但不限于触摸屏或其他触敏装置，诸如单点或多点电阻性或电容式触控板、语音识别硬件和软件、光学扫描仪、光学指针、数字图像捕获装置和相关联的解释软件等。

图60示出了计算机系统300的一个示例性实施方案。如图所示，计算机系统300包括一个或多个处理器302，该一个或多个处理器可以控制计算机系统300的操作。“处理器”在本文中也被称为“控制器”。处理器302可包括任何类型的微处理器或中央处理单元(CPU)，包括可编程通用或专用微处理器和/或各种专有或可商购获得的单处理器系统或多处理器系统中的任一种。计算机系统300还可包括一个或多个存储器304，所述存储器可以为待由处理器302执行的代码提供临时存储，或者为一个或多个用户、存储装置和/或数据库获取的数据提供临时存储。存储器304可包括只读存储器(ROM)、闪存、一种或多种随机存取存储器(RAM)(例如，静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)或同步DRAM(SDRAM))和/或存储器技术的组合。

计算机系统300的各种元件可联接到总线系统312。图示的总线系统312是抽象的，其表示通过适当的桥接器、适配器和/或控制器连接的任何一个或多个单独的物理总线、通信线路/接口和/或多点或点对点连接。计算机系统300还可包括一个或多个网络接口306、一个或多个输入/输出(IO)接口308以及一个或多个存储装置310。

网络接口306可以使计算机系统300能够通过网络与远程装置(例如，其他计算机系统)通信，并且对于非限制性示例，可以是远程桌面连接接口、以太网适配器和/或其他局域网(LAN)适配器。IO接口308可包括一个或多个接口部件，以将计算机系统300与其他电子设备连接。对于非限制性示例，IO接口308可包括高速数据端口，例如通用串行总线(USB)端口、1394端口、Wi-Fi、蓝牙等。另外，计算机系统300可以是人类用户可访问的，因此IO接口308可包括显示器、扬声器、键盘、指向装置和/或各种其他视频、音频或字母数字接口。存储装置310可包括用于以非易失性和/或非瞬态方式存储数据的任何常规介质。因此，存储装置310可以将数据和/或指令保持在持久状态，即，尽管中断对计算机系统300的供电，仍保留一个或多个值。存储装置310可包括一个或多个硬盘驱动器、闪存驱动器、USB驱动器、光盘驱动器、各种介质卡、磁盘、光盘和/或它们的任何组合，并且可以直接连接到计算机系统300或远程连接至其，例如通过网络连接。在示例性实施方案中，一个或多个存储装置可包括被配置为存储数据的有形或非暂态计算机可读介质，例如硬盘驱动器、闪存驱动器、USB驱动器、光盘驱动器、媒体卡、磁盘、光盘等。

图60中所示的元件可以是单个物理机器的一些或所有元件。此外，并非所有例示的元件都需要位于同一物理机器上或同一物理机器中。示例性计算机系统包括传统台式计算机、工作站、小型计算机、膝上型计算机、平板计算机、个人数字助理(PDA)、移动电话等。

计算机系统300可包括web浏览器，用以检索网页或其他标记语言流，呈现这些页面和/或流(在视觉上、听觉上或其他方面)，在这些页面/流上执行脚本、控件和其他代码，接受关于这些页面/流的用户输入(例如，出于完成输入字段的目的)，发布关于这些页面/流或其他的超文本传输协议(HTTP)请求(例如，用于从完成的输入字段提交服务器信息)等等。网页或其他标记语言可以是超文本标记语言(HTML)或其他传统形式，包括嵌入式可扩展标记语言(XML)、脚本、控件等。计算机系统300还可包括用于生成和/或将网页传送到客户端计算机系统的web服务器。

在一个示例性实施方案中，计算机系统300可以作为单个单元提供，例如作为单个服务器、作为单个塔、包含在单个外壳内等。单个单元可以是模块化的，使得其各个方面可以根据需要换入和换出，例如升级、更换、维护等，而不会中断系统的任何其他方面的功能。因此，单个单元也可以是可扩展的，具有作为附加模块添加的能力和/或期望和/或改善现有模块的附加功能。

计算机系统还可包括各种其他软件和/或硬件组件中的任何一种，包括(作为非限制性示例)操作系统和数据库管理系统。尽管本文描绘和描述了示例性计算机系统，但应当理解，这是出于普遍性和方便性的原因。在其他实施方案中，计算机系统的架构和操作可与这里示出和描述的不同。

优选地，本文所述的本发明的部件将在使用之前处理。首先，获取新的或用过的器械，并根据需要进行清洁。然后可对器械进行灭菌。在一种灭菌技术中，将所述器械放置在密闭且密封的容器(诸如，塑料或TYVEK袋)中。然后将容器和器械放置在可穿透该容器的辐射场诸如γ辐射、x射线或高能电子中。辐射杀死器械上和容器中的细菌。然后可将经灭菌的器械储存在无菌容器中。密封容器使器械保持无菌，直到其在医疗设施中被打开。

通常，对该装置进行灭菌。这以通过本领域的技术人员已知的任何多种方式来完成，包括β辐射或γ辐射、环氧乙烷、蒸汽以及液浴(例如冷浸)。在2008年2月8日提交的名称为“System And Method Of Sterilizing An Implantable Medical Device”的美国专利8,114,345中更详细地描述了对包括内部电路的装置进行灭菌的示例性实施方案。优选的是，如果植入的话，将装置气密密封。这可通过本领域技术人员已知的任何数量的方式而完成。

根据上述实施方案，本领域的技术人员将会认识到本发明的另外的特征和优点。因此，本发明不应受到已具体示出和描述内容的限制，除非所附权利要求有所指示。本文引用的所有出版物和参考文献全文明确地以引用方式并入本文中。

Claims (12)

1.一种外科装置，包括：

外科工具的近侧柄部部分，所述近侧柄部部分包括定子；

所述外科工具的远侧部分，所述远侧部分被构造成能够可移除且可替换地联接到所述近侧柄部部分，所述远侧部分包括转子并且包括端部执行器，所述端部执行器被构造成能够由在所述转子与所述定子之间延伸的磁场驱动；以及

无菌屏障，所述无菌屏障联接到所述近侧柄部部分，并且被构造成能够在所述远侧部分可移除且可替换地联接到所述近侧柄部部分时为所述远侧部分提供无菌环境；

齿轮，所述齿轮操作地联接到所述端部执行器和所述转子；

其中，响应于所述磁场在所述转子处产生的扭矩，所述齿轮被构造成能够旋转并因此驱动所述端部执行器。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述远侧部分被构造成能够通过使所述转子与所述定子接合来可移除且可替换地联接到所述近侧柄部部分。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述无菌屏障可移除且可替换地联接到所述近侧柄部部分。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述定子一体地联接到所述近侧柄部部分。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述定子可移除且可替换地联接到所述近侧柄部部分。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述磁场驱动所述端部执行器移动，而不需要由工具驱动器机械地驱动所述外科工具。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述端部执行器被构造成能够被驱动以实现以下中的至少一者：关闭所述端部执行器、打开所述端部执行器、使所述端部执行器相对于其远侧端部处具有所述端部执行器的细长轴进行关节运动、使所述端部执行器相对于所述细长轴旋转、以及使所述端部执行器和所述细长轴作为一个单元围绕所述细长轴的纵向轴线旋转。

8.一种外科装置，包括：

细长轴，所述细长轴在所述细长轴的远侧端部处具有端部执行器，所述端部执行器被构造成能够接合组织；

近侧柄部，所述近侧柄部被构造成能够被手持，并且可移除且可替换地联接到所述细长轴，使得所述细长轴从所述近侧柄部朝远侧延伸；

无菌屏障，所述无菌屏障联接到所述近侧柄部，并且被构造成能够在所述无菌屏障的远侧提供无菌环境并且在所述无菌屏障的近侧提供非无菌环境，当所述近侧柄部可移除且可替换地联接到所述细长轴时，所述细长轴和所述端部执行器处于所述无菌环境中；以及

磁性构件，所述磁性构件被构造成能够在所述近侧柄部可移除且可替换地联接到所述细长轴时生成跨所述无菌屏障的磁场，并且从而引起所述端部执行器的移动，并包括转子；

齿轮，所述齿轮操作地联接到所述端部执行器和所述转子；

其中，响应于所述磁场在所述转子处产生的扭矩，所述齿轮被构造成能够旋转并因此驱动所述端部执行器。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述磁性构件包括所述细长轴的转子以及所述近侧柄部的定子。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述转子位于所述细长轴的近侧端部处，所述定子位于所述近侧柄部的远侧端部处，并且所述近侧柄部被构造成能够通过将所述转子附接到所述定子来可移除且可替换地联接到所述细长轴。

11.根据权利要求8所述的装置，其中，所述近侧柄部包括被构造成能够生成所述磁场的功率源。

12.根据权利要求8所述的装置，其中，所述端部执行器的移动包括以下中的至少一者：关闭所述端部执行器、打开所述端部执行器、使所述端部执行器相对于所述细长轴进行关节运动、使所述端部执行器相对于所述细长轴旋转、以及使所述端部执行器和所述细长轴作为一个单元围绕所述细长轴的纵向轴线旋转。

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