CN111511299A - 由于无意的电容耦合引起的能量中断 - Google Patents
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Abstract
在一些方面，本发明提出了一种外科系统，所述外科系统被配置为能够限制或防止电容耦合及其影响。所述外科系统可包括：能量发生器；外科器械，所述外科器械电联接到所述能量发生器并且被配置为能够在外科部位处将电外科能量传输到患者的组织；至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置为能够检测能量的能量异常；以及至少一个处理器，所述至少一个处理器通信地联接到所述至少一个传感器，并且被配置为能够：从所述至少一个传感器接收能量正在所述外科系统内的非预期位置处发射的数据；传输指示正在发生寄生电容耦合的警报；以及向所述能量发生器传输中断以暂时中断能量发生。
Description
相关申请的交叉引用
本专利申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定要求2018年8月23日提交的标题为根据组织位置控制超声外科器械(CONTROLLING AN ULTRASONIC SURGICALINSTRUMENT ACCORDING TO TISSUE LOCATION)的美国临时专利申请62/721,995的优先权，该临时专利的公开内容全文以引用方式并入本文。
本专利申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定要求2018年8月23日提交的标题为电外科系统的态势感知(SITUATIONAL AWARENESS OF ELECTROSURGICAL SYSTEMS)美国临时专利申请62/721,998的优先权，该临时专利申请全文以引用方式并入本文中。
本专利申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定要求2018年8月23日提交的标题为由于无意的电容耦合引起的能量中断(INTERRUPTION OF ENERGY DUE TOINADVERTENT CAPACITIVE COUPLING)的美国临时专利申请62/721,999的优先权，该临时专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
本专利申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定要求2018年8月23日提交的标题为基于能量模态自动调节压力的双极组合式装置(BIPOLAR COMBINATION DEVICETHAT AUTOMATICALLY ADJUSTS PRESSURE BASED ON ENERGY MODALITY)的美国临时专利申请62/721,994的优先权，该临时专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
本专利申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定要求2018年8月23日提交的标题为用于递送组合的电信号的射频能量装置(RADIO FREQUENCY ENERGY DEVICE FORDELIVERING COMBINED ELECTRICAL SIGNALS)的美国临时专利申请62/721,996的优先权，该临时专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
本专利申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定还要求2018年6月30日提交的标题为通过另一装置智能激活能量装置(SMART ACTIVATION OF AN ENERGY DEVICE BYANOTHER DEVICE)的美国临时专利申请62/692,747、2018年6月30日提交的标题为智能能量架构(SMART ENERGY ARCHITECTURE)的美国临时专利申请62/692,748和2018年6月30日提交的标题为智能能量装置(SMART ENERGY DEVICES)的美国临时专利申请62/692,768的优先权，这些临时专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文。
本专利申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定还要求2018年3月20日提交的标题为具有可分离阵列元件的电容耦合的返回路径垫(CAPACITIVE COUPLED RETURNPATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS)的美国临时专利申请62/650,898、2018年3月30日提交的标题为具有优化的感测能力的外科系统(SURGICAL SYSTEMS WITH OPTIMIZEDSENSING CAPABILITIES)的美国临时专利申请序列号62/650,887、2018年3月30日提交的标题为用于交互式外科平台的排烟模块(SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVESURGICAL PLATFORM)的美国临时专利申请序列号62/650,882和2018年3月30日提交的标题为外科排烟感测和控制(SURGICAL SMOKE EVACUATION SENSING AND CONTROLS)的美国临时专利申请序列号62/650,877的优先权的权益，这些临时专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文。
本专利申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定还要求2017年12月28日提交的标题为交互式外科平台(INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM)的美国临时专利申请序列号62/611,341、2017年12月28日提交的标题为基于云的医学分析(CLOUD-BASED MEDICALANALYTICS)的美国临时专利申请序列号62/611,340和2017年12月28日提交的标题为机器人辅助的外科平台(ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM)的美国临时专利申请序列号62/611,339的优先权的权益，这些临时专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文。
背景技术
本公开整体上并且在各个方面涉及电外科中利用射频(RF)能量的外科系统。
电外科系统通常利用发生器向有源电极供应电外科能量(例如，射频水平的交流电)，该有源电极将该电外科能量施加到患者身体的外科部位。外科器械可根据需要利用该能量来执行各种类型的外科手术，诸如切割组织或凝固组织。单极电外科涉及使用单个有源电极将外科器械施加到患者组织，并通过患者返回电极完成通过患者的电路。通常将该返回电极连接回单极能量发生器。然而，电容耦合是该系统中一直存在的问题，可能潜在地在患者身体上最初未知的位置引起不希望的灼伤。希望考虑电容耦合，以最小化或消除对患者的非预期伤害。
发明内容
在一些方面，本发明提出了一种外科系统，所述外科系统被配置为能够限制或防止电容耦合及其影响。该外科系统可包括：能量发生器；外科器械，所述外科器械电联接到所述能量发生器并且被配置为能够在外科部位处将电外科能量传输到患者的组织；至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置为能够检测能量的能量异常；以及至少一个处理器，该至少一个处理器通信地联接到至少一个传感器，并且被配置为能够：从至少一个传感器接收能量正在外科系统内的非预期位置处发射的数据；传输指示正在发生寄生电容耦合的警报；以及向所述能量发生器传输中断以暂时中断能量发生。
在一些方面，该外科系统还包括电联接到能量发生器中的中性电极的能量耗散垫，其中该能量耗散垫被配置为能够导电地连接到患者并且在通过外科器械将能量施加到患者组织时从患者耗散能量。
在该外科系统的一些方面，中性电极被配置为能够在电容耦合事件期间被动地从患者分流能量。
在该外科系统的一些方面，外科器械包括：端部执行器，该端部执行器包括一对钳口；以及轴，该轴电联接到端部执行器并且被配置为能够将能量从能量发生器递送到端部执行器。
在该外科系统的一些方面，钳口包括圆形末端，该圆形末端被配置为能够当钳口与患者的组织进行接触时减小峰值电压尖峰。
在该外科系统的一些方面，轴包括中断绝缘体元件，该中断绝缘体元件被配置为能够防止电容耦合在轴内传输长距离。
在该外科系统的一些方面，外科器械包括三角形单侧刀片，该三角形单侧刀片具有薄的直立的上部刀片元件，该上部刀片元件被配置为能够减少超出上部刀片元件的感应能量传输。
在该外科系统的一些方面，端部执行器包括一个或多个电极，该一个或多个电极位于钳口的内侧部分上并且被配置为能够引导过量能量离开患者的组织。
附图说明
各种方面的特征在所附权利要求书中进行了特别描述。然而，通过参考以下结合如下附图所作的说明可最好地理解所述多个方面(有关手术组织和方法)及其进一步的目的和优点。
图1为根据本公开的至少一个方面的计算机实现的交互式外科系统的框图。
图2为根据本公开的至少一个方面的用于在手术室中执行外科规程的外科系统。
图3为根据本公开的至少一个方面的与可视化系统、机器人系统和智能器械配对的外科集线器。
图4为根据本公开的至少一个方面的外科集线器壳体和可滑动地容纳在外科集线器壳体的抽屉中的组合发生器模块的局部透视图。
图5为根据本公开的至少一个方面的具有双极、超声和单极触点以及排烟器件的组合发生器模块的透视图。
图6示出了根据本公开的至少一个方面的用于横向模块化外壳的多个横向对接端口的单个功率总线附接件，该横向模块化外壳被配置为能够容纳多个模块。
图7示出了根据本公开的至少一个方面的被配置为能够容纳多个模块的竖直模块化外壳。
图8示出了根据本公开的至少一个方面的包括模块化通信集线器的外科数据网络，该模块化通信集线器被配置为能够将位于医疗设施的一个或多个手术室中的模块化装置或专用于外科操作的医疗设施中的任何房间连接到云。
图9为根据本公开的至少一个方面的计算机实现的交互式外科系统。
图10示出了根据本公开的至少一个方面的包括联接到模块化控制塔的多个模块的外科集线器。
图11示出了根据本公开的至少一个方面的通用串行总线(USB)网络集线器装置的一个方面。
图12示出了根据本公开的至少一个方面的外科器械或工具的控制系统的逻辑图。
图13示出了根据本公开的至少一个方面的被配置为能够控制外科器械或工具的各个方面的控制电路。
图14示出了根据本公开的至少一个方面的被配置为能够控制外科器械或工具的各个方面的组合逻辑电路。
图15示出了根据本公开的至少一个方面的被配置为能够控制外科器械或工具的各方面的时序逻辑电路。
图16示出了根据本公开的至少一个方面的包括多个马达的外科器械或工具，多个马达可被激活以执行各种功能。
图17为根据本公开的至少一个方面的被配置为能够操作本文所述的外科工具的机器人外科器械的示意图。
图18示出了根据本公开的至少一个方面的被编程以控制位移构件的远侧平移的外科器械的框图。
图19为根据本公开的至少一个方面的被配置为能够控制各个功能的外科器械的示意图。
图20为根据本公开的至少一个方面的被配置为能够在包括模块化通信集线器的外科数据网络中执行自适应超声刀片控制算法的系统。
图21示出根据本公开的至少一个方面的发生器的示例。
图22为根据本公开的至少一个方面的外科系统，该外科系统包括发生器和可与其一起使用的各种外科器械。
图23为根据本公开的至少一个方面的端部执行器。
图24为根据本公开的至少一个方面的图22的外科系统的图示。
图25为根据本公开的至少一个方面的示出动态支路电流的模型。
图26为根据本公开的至少一个方面的发生器架构的结构视图。
图27A-27C为根据本公开的至少一个方面的发生器架构的功能视图。
图28A-28B为根据本公开的至少一个方面的发生器的结构和功能方面。
图29提供了示出根据本公开的至少一个方面的具有用于检测电容耦合的装置的示例性系统的图。
图30为根据本公开的至少一个方面的描绘用于限制所公开的外科系统中的电容耦合的影响的示例性方法的控制程序或逻辑配置的逻辑流程图。
图31为根据本公开的至少一个方面的描绘可由利用单极能量发生来确定是否利用寄生电容耦合的外科系统执行的示例性方法的控制程序或逻辑配置的逻辑流程图。
图32为根据本公开的至少一个方面的描绘外科集线器的态势感知的时间轴。
说明书
本专利申请的申请人拥有于2018年8月28日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每一项的公开内容以引用方式全文并入本文：
·美国专利申请案卷号END8536USNP2/180107-2，其标题为超声端部执行器的估计状态及其控制系统(ESTIMATING STATE OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROLSYSTEM THEREFOR)；
·美国专利申请案卷号END8560USNP2/180106-2，其标题为超声端部执行器的温度控制及其控制系统(TEMPERATURE CONTROL OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROLSYSTEM THEREFOR)；
·美国专利申请案卷号END8561USNP1/180144-1，其标题为用于递送组合的电信号的射频能量装置(RADIO FREQUENCY ENERGY DEVICE FOR DELIVERING COMBINEDELECTRICAL SIGNALS)；
·美国专利申请案卷号END8563USNP1/180139-1，其标题为根据组织位置控制超声外科器械(CONTROLLING AN ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO TISSUELOCATION)；
·美国专利申请案卷号END8563USNP2/180139-2，其标题为根据组织的存在控制超声外科器械的激活(CONTROLLING ACTIVATION OF AN ULTRASONIC SURGICALINSTRUMENT ACCORDING TO THE PRESENCE OF TISSUE)；
·美国专利申请案卷号END8563USNP3/180139-3，其标题为经由超声系统确定组织成分(DETERMINING TISSUE COMPOSITION VIA AN ULTRASONIC SYSTEM)；
·美国专利申请案卷号END8563USNP4/180139-4，其标题为根据频移确定超声机电系统的状态(DETERMINING THE STATE OF AN ULTRASONIC ELECTROMECHANICAL SYSTEMACCORDING TO FREQUENCY SHIFT)；
·美国专利申请案卷号END8563USNP5/180139-5，其标题为确定超声端部执行器的状态(DETERMINING THE STATE OF AN ULTRASONIC END EFFECTOR)；
·美国专利申请案卷号END8564USNP1/180140-1，其标题为电外科系统的态势感知(SITUATIONAL AWARENESS OF ELECTROSURGICAL SYSTEMS)；
·美国专利申请案卷号END8564USNP2/180140-2，其标题为用于控制电子外科器械的不同机电系统的机构(MECHANISMS FOR CONTROLLING DIFFERENT ELECTROMECHANICALSYSTEMS OF AN ELECTROSURGICAL INSTRUMENT)；
·美国专利申请案卷号END8564USNP3/180140-3，其标题为检测端部执行器浸入液体中(DETECTION OF END EFFECTOR IMMERSION IN LIQUID)；
·美国专利申请案卷号END8565USNP2/180142-2，其标题为增加射频以生成无垫单极环路(PAD-LESS)；
·美国专利申请案卷号END8566USNP1/180143-1，其标题为基于能量模态自动调节压力的双极组合式装置(BIPOLAR COMBINATION DEVICE THAT AUTOMATICALLY ADJUSTSPRESSURE BASED ON ENERGY MODALITY)；以及
·美国专利申请案卷号END8573USNP1/180145-1，其标题为激活能量装置(ACTIVATION OF ENERGY DEVICES)。
本专利申请的申请人拥有于2018年8月23日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每一项的公开内容以引用方式全文并入本文：
·美国临时专利申请62/721,995，其标题为根据组织位置控制超声外科器械(CONTROLLING AN ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO TISSUE LOCATION)；
·美国临时专利申请62/721,998，其标题为电外科系统的态势感知(SITUATIONALAWARENESS OF ELECTROSURGICAL SYSTEMS)；
·美国临时专利申请62/721,999，其标题为由于无意的电容耦合引起的能量中断(INTERRUPTION OF ENERGY DUE TO INADVERTENT CAPACITIVE COUPLING)；
·美国临时专利申请62/721,994，其标题为基于能量模态自动调节压力的双极组合式装置(BIPOLAR COMBINATION DEVICE THAT AUTOMATICALLY ADJUSTS PRESSURE BASEDON ENERGY MODALITY)；以及
·美国临时专利申请62/721,996，其标题为用于递送组合的电信号的射频能量装置(RADIO FREQUENCY ENERGY DEVICE FOR DELIVERING COMBINED ELECTRICAL SIGNALS)。
本专利申请的申请人拥有于2018年6月30日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每一项的公开内容以引用方式全文并入本文：
·美国临时专利申请62/692,747，其标题为通过另一装置智能激活能量装置(SMART ACTIVATION OF AN ENERGY DEVICE BY ANOTHER DEVICE)；
·美国临时专利申请62/692,748，其标题为智能能量架构(SMART ENERGYARCHITURE)；以及
·美国临时专利申请62/692,768，其标题为智能能量装置(SMART ENERGYDEVICES)。
本专利申请的申请人拥有于2018年6月29日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每一项的公开内容以引用方式全文并入本文：
·美国专利申请序列号16/024,090，其标题为具有可分离阵列元件的电容耦合的返回路径垫(CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS)；
·美国专利申请序列号16/024,057，其标题为根据感测的闭合参数控制外科器械(CONTROLLING A SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO SENSED CLOSURE PARAMETERS)；
·美国专利申请序列号16/024,067，其标题为用于基于手术期间的信息调节端部执行器参数的系统(SYSTEMS FOR ADJUSTING END EFFECTOR PARAMETERS BASED ONPERIOPERATIVE INFORMATION)；
·美国专利申请序列号16/024,075，其标题为用于智能供电的外科缝合的安全系统(SAFETY SYSTEMS FOR SMART POWERED SURGICAL STAPLING)；
·美国专利申请序列号16/024,083，其标题为用于智能供电的外科缝合的安全系统(SAFETY SYSTEMS FOR SMART POWERED SURGICAL STAPLING)；
·美国专利申请序列号16/024,094，其标题为用于检测端部执行器组织分布不规则的外科系统(SURGICAL SYSTEMS FOR DETECTING END EFFECTOR TISSUE DISTRIBUTIONIRREGULARITIES)；
·美国专利申请序列号16/024,138，其标题为用于检测外科端部执行器接近癌变组织的系统(SYSTEMS FOR DETECTING PROXIMITY OF SURGICAL END EFFECTOR TOCANCEROUS TISSUE)；
·美国专利申请序列号16/024,150，其标题为外科器械料筒传感器组件(SURGICAL INSTRUMENT CARTRIDGE SENSOR ASSEMBLIES)；
·美国专利申请序列号16/024,160，其标题为可变输出料筒传感器组件(VARIABLE OUTPUT CARTRIDGE SENSOR ASSEMBLY)；
·美国专利申请序列号16/024,124，其标题为具有柔性电极的外科器械(SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE ELECTRODE)；
·美国专利申请序列号16/024,132，其标题为具有柔性电路的外科器械(SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE CIRCUIT)；
·美国专利申请序列号16/024,141，其标题为具有组织标记组件的外科器械(SURGICAL INSTRUMENT WITH A TISSUE MARKING ASSEMBLY)；
·美国专利申请序列号16/024,162，其标题为具有优先数据传输能力的外科系统(SURGICAL SYSTEMS WITH PRIORITIZED DATA TRANSMISSION CAPABILITIES)；
·美国专利申请序列号16/024,066，其标题为外科排抽感测和马达控制(SURGICAL EVACUATION SENSING AND MOTOR CONTROL)；
·美国专利申请序列号16/024,096，其标题为外科排抽传感器布置方式(SURGICAL EVACUATION SENSOR ARRANGEMENTS)；
·美国专利申请序列号16/024,116，其标题为外科排抽流动路径(SURGICALEVACUATION FLOW PATHS)；
·美国专利申请序列号16/024,149，其标题为外科排抽感测和发生器控制(SURGICAL EVACUATION SENSING AND GENERATOR CONTROL)；
·美国专利申请序列号16/024,180，其标题为外科排抽感测和显示(SURGICALEVACUATION SENSING AND DISPLAY)；
·美国专利申请序列号16/024,245，其标题为将排烟系统参数传递至用于交互式外科平台的排烟模块中的集线器或云(COMMUNICATION OF SMOKE EVACUATION SYSTEMPARAMETERS TO HUB OR CLOUD IN SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVESURGICAL PLATFORM)；
·美国专利申请序列号16/024,258，其标题为包括用于交互式外科平台的分段控制电路的排烟系统(SMOKE EVACUATION SYSTEM INCLUDING A SEGMENTED CONTROLCIRCUIT FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM)；
·美国专利申请序列号16/024,265，其标题为具有用于过滤器和排烟装置之间的通信的通信电路的外科排抽系统(SURGICAL EVACUATION SYSTEM WITH A COMMUNICATIONCIRCUIT FOR COMMUNICATION BETWEEN A FILTER AND A SMOKE EVACUATION DEVICE)；以及
·美国专利申请序列号16/024,273，其标题为双串联大型液滴过滤器和小型液滴过滤器(DUAL IN-SERIES LARGE AND SMALL DROPLET FILTERS)。
本专利申请的申请人拥有于2018年6月28日提交的以下美国临时专利申请，这些临时专利申请中的每一项的公开内容以引用方式全文并入本文：
·美国临时专利申请序列号62/691,228，其标题为一种使用具有具有电外科装置的多个传感器的增强柔性电路的方法(A METHOD OF USING REINFORCED FLEX CIRCUITSWITH MULTIPLE SENSORS WITH ELECTROSURGICAL DEVICES)；
·美国临时专利申请序列号62/691,227，其标题为根据感测的闭合参数控制外科器械(CONTROLLING A SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO SENSED CLOSUREPARAMETERS)；
·美国临时专利申请序列号62/691,230，其标题为具有柔性电极的外科器械(SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE ELECTRODE)；
·美国临时专利申请序列号62/691,219，其标题为外科排抽感测和马达控制(SURGICAL EVACUATION SENSING AND MOTOR CONTROL)；
·美国临时专利申请序列号62/691,257，其标题为将排烟系统参数传递至用于交互式外科平台的排烟模块中的集线器或云(COMMUNICATION OF SMOKE EVACUATION SYSTEMPARAMETERS TO HUB OR CLOUD IN SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVESURGICAL PLATFORM)；
·美国临时专利申请序列号62/691,262，其标题为具有用于过滤器和排烟装置之间的通信的通信电路的外科排抽系统(SURGICAL EVACUATION SYSTEM WITH ACOMMUNICATION CIRCUIT FOR COMMUNICATION BETWEEN A FILTER AND A SMOKEEVACUATION DEVICE)；以及
·美国临时专利申请序列号62/691,251，其标题为双串联大型液滴过滤器和小型液滴过滤器(DUAL IN-SERIES LARGE AND SMALL DROPLET FILTERS)；
本专利申请的申请人拥有于2018年4月19日提交的以下美国临时专利申请，其公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国临时专利申请序列号62/659,900，其标题为集线器通信方法(METHOD OFHUB COMMUNICATION)；
本专利申请的申请人拥有于2018年3月30日提交的以下美国临时专利申请，这些临时专利申请中的每一项的公开内容以引用方式全文并入本文：
·2018年3月30日提交的美国临时专利申请62/650,898，其标题为具有可分离阵列元件的电容耦合的返回路径垫(CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITHSEPARABLE ARRAY ELEMENTS)；
·美国临时专利申请序列号62/650,887，其标题为具有优化的感测能力的外科系统(SURGICAL SYSTEMS WITH OPTIMIZED SENSING CAPABILITIES)；
·美国专利申请序列号62/650,882，其标题为用于交互式外科平台的排烟模块(SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM)；以及
·美国专利申请序列号62/650,877，其标题为外科排烟感测和控制(SURGICALSMOKE EVACUATION SENSING AND CONTROLS)
本专利申请的申请人拥有于2018年3月29日提交的以下美国专利申请，其公开内容以引用方式全文并入本文：
·美国专利申请序列号15/940,641，其标题为具有加密通信能力的交互式外科系统(INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH ENCRYPTED COMMUNICATION CAPABILITIES)；
·美国专利申请序列号15/940,648，其标题为具有条件处理装置和数据能力的交互式外科系统(INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH CONDITION HANDLING OF DEVICESAND DATA CAPABILITIES)；
·美国专利申请序列号15/940,656，其标题为手术室装置控制和通信的外科集线器协调(SURGICAL HUB COORDINATION OF CONTROL AND COMMUNICATION OF OPERATINGROOM DEVICES)；
·美国专利申请序列号15/940,666，其标题为手术室中的外科集线器的空间感知(SPATIAL AWARENESS OF SURGICAL HUBS IN OPERATING ROOMS)；
·美国专利申请序列号15/940,670，其标题为通过智能外科集线器从次级源导出的数据的协作利用(COOPERATIVE UTILIZATION OF DATA DERIVED FROM SECONDARYSOURCES BY INTELLIGENT SURGICAL HUBS)；
·美国专利申请序列号15/940,677，其标题为外科集线器控制布置方式；
·美国专利申请序列号15/940,632，其标题为数据询问患者记录并创建匿名记录的数据剥离方法(DATA STRIPPING METHOD TO INTERROGATE PATIENT RECORDS ANDCREATE ANONYMIZED RECORD)；
·美国专利申请序列号15/940,640，其标题为用于存储待与基于云的分析系统共享的外科装置的参数和状况的通信集线器和存储装置(COMMUNICATION HUB AND STORAGEDEVICE FOR STORING PARAMETERS AND STATUS OF A SURGICAL DEVICE TO BE SHAREDWITH CLOUD BASED ANALYTICS SYSTEMS)；
·美国专利申请序列号15/940,645，其标题为在发行器械处生成的自述数据分组(SELF DESCRIBING DATA PACKETS GENERATED AT AN ISSUING INSTRUMENT)；
·美国专利申请序列号15/940,649，其标题为用于将装置测量参数与结果互连的数据配对(DATA PAIRING TO INTERCONNECT A DEVICE MEASURED PARAMETER WITH ANOUTCOME)；
·美国专利申请序列号15/940,654，其标题为外科集线器态势感知(SURGICALHUB SITUATIONAL AWARENESS)；
·美国专利申请序列号15/940,663，其标题为外科系统分布式处理(SURGICALSYSTEM DISTRIBUTED PROCESSING)；
·美国专利申请序列号15/940,668，其标题为外科集线器数据的聚集和报告(AGGREGATION AND REPORTING OF SURGICAL HUB DATA)；
·美国专利申请序列号15/940,671，其标题为用于确定手术室中的装置的外科集线器空间感知(SURGICAL HUB SPATIAL AWARENESS TO DETERMINE DEVICES IN OPERATINGTHEATER)；
·美国专利申请序列号15/940,686，其标题为显示将钉仓与先前线性钉线对准(DISPLAY OF ALIGNMENT OF STAPLE CARTRIDGE TO PRIOR LINEAR STAPLE LINE)；
·美国专利申请序列号15/940,700，其标题为无菌场交互式控制显示(STERILEFIELD INTERACTIVE CONTROL DISPLAYS)；
·美国专利申请序列号15/940,629，其标题为计算机实现的交互式外科系统(COMPUTER IMPLEMENTED INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS)；
·美国专利申请序列号15/940,704，其标题为使用激光和红绿蓝显色来确定背散射光的特性(USE OF LASER LIGHT AND RED-GREEN-BLUE COLORATION TO DETERMINEPROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT)；
·美国专利申请序列号15/940,722，其标题为通过使用单色光折射率来表征组织不规则(CHARACTERIZATION OF TISSUE IRREGULARITIES THROUGH THE USE OF MONO-CHROMATIC LIGHT REFRACTIVITY)；以及
·美国专利申请序列号15/940,742，其标题为双互补金属氧化物半导体(CMOS)阵列成像(DUAL CMOS ARRAY IMAGING)；
·美国专利申请序列号15/940,636，其标题为针对外科装置的自适应控制程序更新(ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL DEVICES)；
·美国专利申请序列号15/940,653，其标题为针对外科集线器的自适应控制程序更新(ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL HUBS)；
·美国专利申请序列号15/940,660，其标题为用于定制和向用户推荐的基于云的医学分析(CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR CUSTOMIZATION AND RECOMMENDATIONSTO A USER)；
·美国专利申请序列号15/940,679，其标题为用于用于将本地使用趋势与更大数据集的资源采集行为链接的基于云的医学分析(CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FORLINKING OF LOCAL USAGE TRENDS WITH THE RESOURCE ACQUISITION BEHAVIORS OFLARGER DATA SET)；
·美国专利申请序列号15/940,694，其标题为用于将器械功能分段个性化的医疗设施的基于云的医学分析(CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR MEDICAL FACILITYSEGMENTED INDIVIDUALIZATION OF INSTRUMENT FUNCTION)；
·美国专利申请序列号15/940,634，其标题为用于安全和认证趋势和反应性测量的基于云的医学分析(CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR SECURITY ANDAUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES)；
·美国专利申请序列号15/940,706，其标题为云分析网络中的数据处理和优先级(DATA HANDLING AND PRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICS NETWORK)；以及
·美国专利申请序列号15/940,675，其标题为用于联接的外科装置的云接口(CLOUD INTERFACE FOR COUPLED SURGICAL DEVICES)；
·美国专利申请序列号15/940,627，其标题为用于机器人辅助外科平台的驱动布置方式(DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)；
·美国专利申请序列号15/940,637，其标题为用于机器人辅助外科平台的通信布置方式(COMMUNICATION ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)；
·美国专利申请序列号15/940,642，其标题为用于机器人辅助外科平台的控制(CONTROLS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)；
·美国专利申请序列号15/940,676，其标题为用于机器人辅助外科平台的自动工具调节(AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)；
·美国专利申请序列号15/940,680，其标题为用于机器人辅助外科平台的控制器(CONTROLLERS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)；
·美国专利申请序列号15/940,683，其标题为用于机器人辅助外科平台的协作外科动作(COOPERATIVE SURGICAL ACTIONS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)；
·美国专利申请序列号15/940,690，其标题为用于机器人辅助外科平台的显示器布置方式(DISPLAY ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)；以及
·美国专利申请序列号15/940,711，其标题为用于机器人辅助外科平台的感测布置方式(SENSING ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)。
本专利申请的申请人拥有于2018年3月28日提交的以下美国临时专利申请，这些临时专利申请中的每个的公开内容以引用方式全文并入本文：
·美国临时专利申请序列号62/649,302，其标题为具有加密通信能力的交互式外科系统(INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH ENCRYPTED COMMUNICATIONCAPABILITIES)；
·美国临时专利申请序列号62/649,294，其标题为询问患者记录并创建匿名记录的数据剥离方法(DATA STRIPPING METHOD TO INTERROGATE PATIENT RECORDS ANDCREATE ANONYMIZED RECORD)；
·美国专利申请序列号62/649,300，其标题为外科集线器态势感知(SURGICALHUB SITUATIONAL AWARENESS)；
·美国临时专利申请序列号62/649,309，其标题为用于确定手术室中的装置的外科集线器空间感知(SURGICAL HUB SPATIAL AWARENESS TO DETERMINE DEVICES INOPERATING THEATER)；
·美国专利申请序列号62/649,310，其标题为计算机实现的交互式外科系统(COMPUTER IMPLEMENTED INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS)；
·美国临时专利申请序列号62/649291，其标题为使用激光和红绿蓝显色来确定背散射光的特性(USE OF LASER LIGHT AND RED-GREEN-BLUE COLORATION TO DETERMINEPROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT)；
·美国专利申请序列号62/649,296，其标题为针对外科装置的自适应控制程序更新(ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL DEVICES)；
·美国临时专利申请序列号62/649,333，其标题为用于定制和向用户推荐的基于云的医学分析(CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR CUSTOMIZATION ANDRECOMMENDATIONS TO A USER)；
·美国临时专利申请序列号62/649,327，其标题为用于安全和认证趋势和反应性测量的基于云的医学分析(CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR SECURITY ANDAUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES)；
·美国临时专利申请序列号62/649,315，其标题为云分析网络中的数据处理和优先级(DATA HANDLING AND PRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICS NETWORK)；
·美国专利申请序列号62/649,313，其标题为用于联接的外科装置的云接口(CLOUD INTERFACE FOR COUPLED SURGICAL DEVICES)；
·美国专利申请序列号62/649,320，其标题为用于机器人辅助外科平台的驱动布置方式(DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)；
·美国临时专利申请序列号62/649,307，其标题为用于机器人辅助外科平台的自动工具调节(AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)；以及
·美国临时专利申请序列号62/649,323，其标题为用于机器人辅助外科平台的感测布置方式(SENSING ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)。
本专利申请的申请人拥有于2018年3月8日提交的以下美国临时专利申请，这些临时专利申请中的每个的公开内容以引用方式全文并入本文：
·美国临时专利申请序列号62/640,417，其标题为超声装置中的温度控制以及为此的控制系统(TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEMTHEREFOR)；以及
·美国临时专利申请序列号62/640,415，其标题为估计超声端部执行器的状态以及为此的控制系统(ESTIMATING STATE OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROLSYSTEM THEREFOR)。
本专利申请的申请人拥有于2017年12月28日提交的以下美国临时专利申请，这些临时专利申请中的每一项的公开内容以引用方式全文并入本文：
·美国临时专利申请序列号62/611,341，临时专利申请序列号62/611,341，其标题为交互式外科平台(INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM)；
·美国临时专利申请序列号62/611,340，其标题为基于云的医学分析(CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS)；以及
·美国专利申请序列号62/611,339，其标题为机器人辅助的外科平台(ROBOTASSISTED SURGICAL PLATFORM)；
在详细说明外科装置和发生器的各个方面之前，应该指出的是，示例性示例的应用或使用并不局限于附图和具体实施方式中所示出的部件的配置和布置方式的细节。示例性示例可以单独实施，或与其它方面、变更形式和修改形式结合在一起实施，并可以通过多种方式实践或执行。此外，除非另外指明，否则本文所用的术语和表达是为了方便读者而对示例性实施例进行描述而所选的，并非为了限制性的目的。而且，应当理解，以下描述的方面中的一个或多个、方面和/或示例的表达可以与以下描述的其它方面、方面和/或示例的表达中的任何一个或多个组合。
各方面涉及改进的超声外科装置、电外科装置和与其一起使用的发生器。超声外科装置的各方面可被配置为用于例如在外科规程期间横切和/或凝固组织。电外科装置的各方面可被配置为用于例如在外科规程期间横切、凝固、定标、焊接和/或干燥组织。
参见图1，计算机实现的交互式外科系统100包括一个或多个外科系统102和基于云的系统(例如，可包括联接到存储装置105的远程服务器113的云104)。每个外科系统102包括与可包括远程服务器113的云104通信的至少一个外科集线器106。在一个示例中，如图1中所示，外科系统102包括可视化系统108、机器人系统110和手持式智能外科器械112，其被配置为能够彼此通信并且/或者与集线器106通信。在一些方面，外科系统102可包括M数量的集线器106、N数量的可视化系统108、O数量的机器人系统110和P数量的手持式智能外科器械112，其中M、N、O和P为大于或等于一的整数。
图3示出了用于对平躺在外科手术室116中的手术台114上的患者执行外科规程的外科系统102的示例。机器人系统110在外科规程中用作外科系统102的一部分。机器人系统110包括外科医生的控制台118、患者侧推车120(外科机器人)和外科机器人集线器122。当外科医生通过外科医生的控制台120观察外科部位时，患者侧推车117可通过患者体内的微创切口操纵至少一个可移除地联接的外科工具118。外科部位的图像可通过医疗成像装置124获得，该医疗成像装置可由患者侧推车120操纵以定向成像装置124。机器人集线器122可用于处理外科部位的图像，以随后通过外科医生的控制台118显示给外科医生。
其它类型的机器人系统可容易地适于与外科系统102一起使用。适用于本公开的机器人系统和外科工具的各种示例在2017年12月28日提交的标题为机器人辅助的外科平台(ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM)的美国临时专利申请序列号62/611,339中有所描述，该专利的公开内容全文以引用方式并入本文。
由云104执行并且适用于本公开的基于云的分析的各种示例描述于2017年12月28日提交的标题为“基于云的医疗分析(CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS)”的美国临时专利申请序列号62/611,340中，其公开内容全文以引用方式并入本文。
在各种方面，成像装置124包括至少一个图像传感器和一个或多个光学部件。合适的图像传感器包括但不限于电荷联接器件(CCD)传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。
成像装置124的光学器件可包括一个或多个照明源和/或一个或多个透镜。一个或多个照明源可被引导以照明外科场地的多部分。一个或多个图像传感器可接收从外科场地反射或折射的光，包括从组织和/或外科器械反射或折射的光。
一个或多个照明源可被配置为能够辐射可见光谱中的电磁能以及不可见光谱。可见光谱(有时被称为光学光谱或发光光谱)是电磁光谱中对人眼可见(即，可被其检测)的那部分，并且可被称为可见光或简单光。典型的人眼将对空气中约380nm至约750nm的波长作出响应。
不可见光谱(即，非发光光谱)是电磁光谱的位于可见光谱之下和之上的部分(即，低于约380nm且高于约750nm的波长)。人眼不可检测到不可见光谱。大于约750nm的波长长于红色可见光谱，并且它们变为不可见的红外(IR)、微波和无线电电磁辐射。小于约380nm的波长比紫色光谱短，并且它们变为不可见的紫外、x射线和γ射线电磁辐射。
在各种方面，成像装置124被配置为用于微创规程中。适用于本公开的成像装置的示例包括但不限于关节镜、血管镜、支气管镜、胆道镜、结肠镜、细胞检查镜、十二指镜、肠窥镜、食道-十二指肠镜(胃镜)、内窥镜、喉镜、鼻咽-肾内窥镜、乙状结肠镜、胸腔镜和子宫内窥镜。
在一个方面，成像装置采用多光谱监测来辨别形貌和底层结构。多光谱图像是捕获跨电磁波谱的特定波长范围内的图像数据的图像。可通过滤波器或通过使用对特定波长敏感的器械来分离波长，特定波长包括来自可见光范围之外的频率的光，例如IR和紫外。光谱成像可允许提取人眼未能用其红色，绿色和蓝色的受体捕获的附加信息。多光谱成像的使用在2017年12月28日提交的标题为“交互式外科平台(INTERACTIVE SURGICALPLATFORM)”的美国临时专利申请序列号62/611,341的标题“高级成像采集模块(AdvancedImaging Acquisition Module)”下更详细地描述，该专利的公开内容全文以引用方式并入本文。在完成外科任务以对处理过的组织执行一个或多个先前所述测试之后，多光谱监测可以是用于重新定位外科场地的有用工具。
不言自明的是，在任何外科期间都需要对手术室和外科设备进行严格消毒。在“外科室”(即，手术室或治疗室)中所需的严格的卫生和消毒条件需要所有医疗装置和设备的最高可能的无菌性。该灭菌过程的一部分是需要对接触患者或穿透无菌场的任何物质进行灭菌，包括成像装置124及其附接件和器件。应当理解，无菌场可被认为是被认为不含微生物的指定区域，诸如在托盘内或无菌毛巾内，或者无菌场可被认为是已准备用于外科规程的患者周围的区域。无菌场可包括被恰当地穿着的擦洗的团队构件，以及该区域中的所有家具和固定件。
在各种方面，可视化系统108包括一个或多个成像传感器、一个或多个图像处理单元、一个或多个存储阵列、以及一个或多个显示器，其相对于无菌场进行策略布置，如图2中所示。在一个方面，可视化系统108包括用于HL7、PACS和EMR的界面。可视化系统108的各种器件在2017年12月28日提交的标题为“交互式外科平台(INTERACTIVE SURGICALPLATFORM)”的美国临时专利申请序列号62/611,341的标题“高级成像采集模块(AdvancedImaging Acquisition Module)”下有所描述，该专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
如图2中所示，主显示器119被定位在无菌场中，以对在手术台114处的操作者可见。此外，可视化塔111被定位在无菌场之外。可视化塔111包括彼此背离的第一非无菌显示器107和第二非无菌显示器109。由集线器106引导的可视化系统108被配置为能够利用显示器107、109和119来将信息流协调到无菌场内侧和外侧的操作者。例如，集线器106可使成像系统108在非无菌显示器107或109上显示由成像装置124记录的外科部位的快照，同时保持外科部位在主显示器119上的实时馈送。非无菌显示器107或109上的快照可允许非无菌操作者例如执行与外科规程相关的诊断步骤。
在一个方面，集线器106还被配置为能够将由非无菌操作者在可视化塔111处输入的诊断输入或反馈路由至无菌场内的主显示器119，其中可由操作台上的无菌操作员查看。在一个示例中，输入可以是对显示在非无菌显示器107或109上的快照的修改形式，其可通过集线器106路由到主显示器119。
参见图2，外科器械112作为外科系统102的一部分在外科规程中使用。集线器106还被配置为能够协调流向外科器械112的显示器的信息流。例如，在2017年12月28日提交的标题为“交互式外科平台(INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM)”的美国临时专利申请序列号62/611,341，其公开内容全文以引用方式并入本文。由非无菌操作者在可视化塔111处输入的诊断输入或反馈可由集线器106路由至无菌场内的外科器械显示器115，其中外科器械112的操作者可观察到该输入或反馈。适用于外科系统102的示例性外科器械描述于2017年12月28日提交的标题为“交互式外科平台(INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM)”的美国临时专利申请序列号62/611,341的标题“外科器械硬件(Surgical Instrument Hardware)”下，该专利的公开内容以引用方式全文并入本文。
现在参见图3，集线器106被描绘为与可视化系统108、机器人系统110和手持式智能外科器械112通信。集线器106包括集线器显示器135、成像模块138、发生器模块140、通信模块130、处理器模块132和存储阵列134。在某些方面，如图3中所示，集线器106还包括排烟模块126和/或抽吸/冲洗模块128。
在外科规程期间，用于密封和/或切割的对组织的能量施加通常与排烟、抽吸过量流体和/或冲洗组织相关。来自不同来源的流体管线、功率管线和/或数据管线通常在外科规程期间缠结。在外科规程期间解决该问题可丢失有价值的时间。断开管线可需要将管线与其相应的模块断开连接，这可需要重置模块。集线器模块化壳体136提供用于管理功率管线、数据管线和流体管线的统一环境，这减小了此类管线之间缠结的频率。
本公开的各方面提供了用于外科规程的外科集线器，该外科规程涉及在外科部位处将能量施加到组织。外科集线器包括集线器壳体和可滑动地容纳在集线器壳体的对接底座中的组合发生器模块。对接底座包括数据触点和功率触点。组合发生器模块包括座置在单个单元中的超声能量发生器器件、双极RF能量发生器器件和单极RF能量发生器器件中的两个或更多个。在一个方面，组合发生器模块还包括排烟器件，用于将组合发生器模块连接到外科器械的至少一根能量递送缆线、被配置为能够排出通过向组织施加治疗能量而产生的烟雾、流体和/或颗粒的至少一个排烟器件、以及从远程外科部位延伸至排烟器件的流体管线。
在一个方面，流体管线是第一流体管线，并且第二流体管线从远程外科部位延伸至可滑动地容纳在集线器壳体中的抽吸和冲洗模块。在一个方面，集线器壳体包括流体接口。
某些外科规程可需要将多于一种能量类型施加到组织。一种能量类型可更有利于切割组织，而另一种不同的能量类型可更有利于密封组织。例如，双极发生器可用于密封组织，而超声发生器可用于切割密封的组织。本公开的各方面提供了一种解决方案，其中集线器模块化壳体136被配置为能够容纳不同的发生器，并且有利于它们之间的交互式通信。集线器模块化壳体136的优点之一是能够快速地移除和/或更换各种模块。
本公开的方面提供了在涉及将能量施加到组织的外科规程中使用的模块化外科壳体。模块化外科壳体包括第一能量发生器模块，该第一能量发生器模块被配置为能够生成用于施加到组织的第一能量，和第一对接底座，该第一对接底座包括第一对接端口，该第一对接端口包括第一数据和功率触点，其中第一能量发生器模块可滑动地移动成与该功率和数据触点电接合，并且其中第一能量发生器模块可滑动地移动出与第一功率和数据触点的电接合，
对上文进行进一步描述，模块化外科壳体还包括第二能量发生器模块，该第二能量发生器模块被配置为能够生成不同于第一能量的第二能量以用于施加到组织，和第二对接底座，该第二对接底座包括第二对接端口，该第二对接端口包括第二数据和功率触点，其中第二能量发生器模块可滑动地移动成与功率和数据触点电接合，并且其中第二能量发生器可滑动地移动出于第二功率和数据触点的电接触。
此外，模块化外科壳体还包括在第一对接端口和第二对接端口之间的通信总线，其被配置为能够有利于第一能量发生器模块和第二能量发生器模块之间的通信。
参见图3-7，本公开的各方面被呈现为集线器模块化壳体136，其允许发生器模块140、排烟模块126和抽吸/冲洗模块128的模块化集成。集线器模块化壳体136还有利于模块140、126、128之间的交互式通信。如图5中所示，发生器模块140可为具有集成的单极器件、双极器件和超声器件的发生器模块，该器件被支撑在可滑动地插入到集线器模块化壳体136中的单个外壳单元139中。如图5中所示，发生器模块140可被配置为能够连接到单极装置146、双极装置147和超声装置148。另选地，发生器模块140可包括通过集线器模块化壳体136进行交互的一系列单极发生器模块、双极发生器模块和/或超声发生器模块。集线器模块化壳体136可被配置为能够有利于多个发生器的插入和对接到集线器模块化壳体136中的发生器之间的交互通信，使得发生器将充当单个发生器。
在一个方面，集线器模块化壳体136包括具有外部和无线通信接头的模块化功率和通信底板149，以实现模块140、126、128的可移除附接件以及它们之间的交互通信。
在一个方面，集线器模块化壳体136包括对接底座或抽屉151(本文也称为抽屉)，其被配置为能够可滑动地容纳模块140、126、128。图4示出了可滑动地容纳在外科集线器壳体136的对接底座151中的外科集线器壳体136和组合发生器模块145的局部透视图。在组合发生器模块145的背面上具有功率和数据触点的对接端口152被配置为能够当组合发生器模块145滑动到集线器模块壳体136的对应的对接底座151内的适当位置时，将对应的对接端口150与集线器模块化壳体136的对应对接底座151的功率和数据触点接合。在一个方面，组合发生器模块145包括一起集成到单个外壳单元139中的双极、超声和单极模块以及排烟模块，如图5中所示。
在各种方面，排烟模块126包括流体管线154，该流体管线154将捕集/收集的烟雾和/或流体从外科部位输送到例如排烟模块126。源自排烟模块126的真空抽吸可将烟雾吸入外科部位处的公用导管的开口中。联接到流体管线的公用导管可以是端接在排烟模块126处的柔性管的形式。公用导管和流体管线限定朝向容纳在集线器壳体136中的排烟模块126延伸的流体路径。
在各种方面，抽吸/冲洗模块128联接到包括吸出流体管线和抽吸流体管线的外科工具。在一个示例中，吸出流体管线和抽吸流体管线为从外科部位朝向抽吸/冲洗模块128延伸的柔性管的形式。一个或多个驱动系统可被配置为能够冲洗到外科部位的流体和从外科部位抽吸流体。
在一个方面，外科工具包括轴，该轴具有在其远侧端部处的端部执行器以及与端部执行器、吸出管和冲洗管相关联的至少一种能量处理。吸出管可在其远侧端部处具有入口，并且吸出管延伸穿过轴。类似地，吸出管可延伸穿过轴并且可具有邻近能量递送工具的入口。能量递送工具被配置为能够将超声能量和/或RF能量递送至外科部位，并且通过初始延伸穿过轴的缆线联接到发生器模块140。
冲洗管可与流体源流体连通，并且吸出管可与真空源流体连通。流体源和/或真空源可座置在抽吸/冲洗模块128中。在一个示例中，流体源和/或真空源可独立于抽吸/冲洗模块128座置在集线器壳体136中。在此类示例中，流体接口能够将抽吸/冲洗模块128连接到流体源和/或真空源。
在一个方面，集线器模块化壳体136上的模块140、126、128和/或其对应的对接底座可包括对准特征件，该对准特征件被配置为能够将模块的对接端口对准成与其在集线器模块化壳体136的对接底座中的对应端口接合。例如，如图4中所示，组合发生器模块145包括侧支架155，侧支架155被配置为能够与集线器模块化壳体136的对应的对接底座151的对应支架156可滑动地接合。支架配合以引导组合发生器模块145的对接端口触点与集线器模块化壳体136的对接端口触点电接合。
在一些方面，集线器模块化壳体136的抽屉151为相同的或大体上相同的大小，并且模块的大小被调节为容纳在抽屉151中。例如，侧支架155和/或156可根据模块的大小而更大或更小。在其它方面，抽屉151的大小不同，并且各自被设计成容纳特定模块。
此外，可对特定模块的触点进行键控以与特定抽屉的触点接合，以避免将模块插入到具有不匹配触点的抽屉中。
如图4中所示，一个抽屉151的对接端口150可通过通信链路157联接到另一个抽屉151的对接端口150，以有利于座置在集线器模块化壳体136中的模块之间的交互式通信。另选地或附加地，集线器模块化壳体136的对接端口150可有利于座置在集线器模块化壳体136中的模块之间的无线交互通信。可采用任何合适的无线通信，诸如例如Air Titan-Bluetooth。
图6示出了用于横向模块化外壳160的多个横向对接端口的单个功率总线附接件，该横向模块化外壳160被配置为能够容纳外科集线器206的多个模块。横向模块化外壳160被配置为能够横向容纳和互连模块161。模块161可滑动地插入到横向模块化外壳160的对接底座162中，该横向模块化外壳160包括用于互连模块161的底板。如图6中所示，模块161横向布置在横向模块化外壳160中。另选地，模块161可竖直地布置在横向模块化外壳中。
图7示出了被配置为能够容纳外科集线器106的多个模块165的竖直模块化外壳164。模块165可滑动地插入到竖直模块化外壳164的对接底座或抽屉167中，该竖直模块化外壳164包括用于互连模块165的底板。尽管竖直模块化外壳164的抽屉167竖直布置，但在某些情况下，竖直模块化外壳164可包括横向布置的抽屉。此外，模块165可通过竖直模块化外壳164的对接端口彼此交互。在图7的示例中，提供了用于显示与模块165的操作相关的数据的显示器177。此外，竖直模块化外壳164包括主模块178，该主模块座置可滑动地容纳在主模块178中的多个子模块。
在各种方面，成像模块138包括集成视频处理器和模块化光源，并且适于与各种成像装置一起使用。在一个方面，成像装置由可装配有光源模块和相机模块的模块化外壳构成。外壳可为一次性外壳。在至少一个示例中，一次性外壳可移除地联接到可重复使用的控制器、光源模块和相机模块。光源模块和/或相机模块可根据外科规程的类型选择性地选择。在一个方面，相机模块包括CCD传感器。在另一方面，相机模块包括CMOS传感器。在另一方面，相机模块被配置用于扫描波束成像。同样，光源模块可被配置为能够递送白光或不同的光，这取决于外科规程。
在外科规程期间，从外科场地移除外科装置并用包括不同相机或不同光源的另一外科装置替换外科装置可为低效的。暂时失去对外科场地的视线可导致不期望的后果。本公开的模块成像装置被配置为能够允许在外科规程期间中流替换光源模块或相机模块，而不必从外科场地移除成像装置。
在一个方面，成像装置包括包括多个通道的管状外壳。第一通道被配置为能够可滑动地容纳相机模块，该相机模块可被配置为能够与第一通道搭扣配合接合。第二通道被配置为能够可滑动地容纳光源模块，该光源模块可被配置为能够与第二通道搭扣配合接合。在另一个示例中，相机模块和/或光源模块可在其相应通道内旋转到最终位置。可采用螺纹接合代替搭扣配合接合。
在各种示例中，多个成像装置被放置在外科场地中的不同位置以提供多个视图。成像模块138可被配置为能够在成像装置之间切换以提供最佳视图。在各种方面，成像模块138可被配置为能够集成来自不同成像装置的图像。
适用于本公开的各种图像处理器和成像装置描述于2011年8月9日公布的标题为组合SBI和常规图像处理器(COMBINED SBI AND CONVENTIONAL IMAGE PROCESSOR)美国专利7,995,045中，该专利以引用方式全文并入本文。此外，2011年7月19日公布的标题为SBI运动伪影移除设备和方法(SBI MOTION ARTIFACT REMOVAL APPARATUS AND METHOD)的美国专利7,982,776描述了用于从图像数据中移除运动伪影的各种系统，该专利以引用方式全文并入本文。此类系统可与成像模块138集成。此外，2011年12月15日公布的标题为对固定件体内设备的可控制磁源(CONTROLLABLE MAGNETIC SOURCE TO FIXTUREINTRACORPOREAL APPARATUS)的美国专利申请公布201I/0306840和2014年8月28日公布的标题为用于执行微创外科规程的系统(SYSTEM FOR PERFORMING A MINIMALLY INVASIVESURGICAL PROCEDURE)的美国专利申请公布2014/0243597，以上专利中的每个全文以引用方式并入本文。
图8示出了包括模块化通信集线器203的外科数据网络201，该模块化通信集线器203被配置为能够将位于医疗设施的一个或多个手术室中的模块化装置或专门配备用于外科操作的医疗设施中的任何房间连接到基于云的系统(例如，可包括联接到存储装置205的远程服务器213的云204)。在一个方面，模块化通信集线器203包括与网络路由器通信的网络集线器207和/或网络交换机209。模块化通信集线器203还可联接到本地计算机系统210以提供本地计算机处理和数据操纵。外科数据网络201可被配置为无源的、智能的或交换的。无源外科数据网络充当数据的管道，从而使其能够从一个装置(或区段)转移到另一个装置(或区段)以及云计算资源。智能外科数据网络包括附加特征，以使得能够监测穿过外科数据网络的流量并配置网络集线器207或网络交换器209中的每个端口。智能外科数据网络可被称为可管理的集线器或交换器。交换集线器读取每个包的目标地址，并且然后将包转发到正确的端口。
位于手术室中的模块化装置1a-1n可联接到模块化通信集线器203。网络集线器207和/或网络交换机209可联接到网络路由器211以将装置1a-1n连接至云204或本地计算机系统210。与装置1a-1n相关联的数据可经由路由器传输到基于云的计算机，用于远程数据处理和操纵。与装置1a-1n相关联的数据也可被传输到本地计算机系统210以用于本地数据处理和操纵。位于相同手术室中的模块化装置2a-2m也可联接到网络交换机209。网络交换机209可联接到网络集线器207和/或网络路由器211以将装置2a-2m连接至云204。与装置2a-2n相关联的数据可经由网络路由器211传输到云204以用于数据处理和操纵。与装置2a-2m相关联的数据也可被传输到本地计算机系统210以用于本地数据处理和操纵。
应当理解，可通过将多个网络集线器207和/或多个网络交换机209与多个网络路由器211互连来扩展外科数据网络201。模块化通信集线器203可被包含在模块化控制塔中，该模块化控制塔被配置为能够容纳多个装置1a-1n/2a-2m。本地计算机系统210也可包含在模块化控制塔中。模块化通信集线器203连接到显示器212以显示例如在外科规程期间由装置1a-1n/2a-2m中的一些获得的图像。在各种方面，装置1a-1n/2a-2m可包括例如各种模块，诸如联接到内窥镜的成像模块138、联接到基于能量的外科装置的发生器模块140、排烟模块126、抽吸/冲洗模块128、通信模块130、处理器模块132、存储阵列134、连接到显示器的外科装置、和/或可连接到外科数据网络201的模块化通信集线器203的其它模块化装置中的非接触传感器模块。
在一个方面，外科数据网络201可包括将装置1a-1n/2a-2m连接至云的一个或多个网络集线器、一个或多个网络交换机和一个或多个网络路由器的组合。联接到网络集线器或网络交换机的装置1a-1n/2a-2m中的任何一个或全部可实时收集数据并将数据传输到云计算机中以进行数据处理和操纵。应当理解，云计算依赖于共享计算资源，而不是使用本地服务器或个人装置来处理软件应用程序。可使用“云”一词作为“互联网”的隐喻，尽管该术语不受此限制。因此，本文可使用术语“云计算”来指“基于互联网的计算的类型”，其中将不同的服务(诸如服务器、存储器和应用程序)递送至位于外科室(例如，固定、移动、临时或现场手术室或空间)中的模块化通信集线器203和/或计算机系统210以及通过互联网连接至模块化通信集线器203和/或计算机系统210的装置。云基础设施可由云服务提供方维护。在这种情况下，云服务提供方可以是协调位于一个或多个手术室中的装置1a-1n/2a-2m的使用和控制的实体。云计算服务可基于由智能外科器械、机器人和位于手术室中的其它计算机化装置所收集的数据来执行大量计算。集线器硬件使多个装置或连接能够连接到与云计算资源和存储器通信的计算机。
对由装置1a-1n/2a-2m所收集的数据应用云计算机数据处理技术，外科数据网络提供改善的外科结果、减小的成本和改善的患者满意度。可采用装置1a-1n/2a-2m中的至少一些来观察组织状态以评估在组织密封和切割规程之后密封的组织的渗漏或灌注。可采用装置1a-1n/2a-2m中的至少一些来识别病理学，诸如疾病的影响，使用基于云的计算检查包括用于诊断目的的身体组织样本的图像的数据。这包括组织和表型的定位和边缘确认。可采用装置1a-1n/2a-2m中的至少一些使用与成像装置和技术(诸如重叠由多个成像装置捕获的图像)集成的各种传感器来识别身体的解剖结构。由装置1a-1n/2a-2m收集的数据(包括图像数据)可被传输到云204或本地计算机系统210或两者以用于数据处理和操纵，包括图像处理和操纵。可分析数据以通过确定是否可继续进行进一步治疗(诸如内窥镜式干预、新兴技术、靶向辐射、靶向干预和精确机器人对组织特异性位点和条件的应用来改善外科规程结果。此类数据分析可进一步采用结果分析处理，并且使用标准化方法可提供有益反馈以确认外科治疗和外科医生的行为，或建议修改外科治疗和外科医生的行为。
在一个具体实施中，手术室装置1a-1n可通过有线信道或无线信道连接至模块化通信集线器203，这取决于装置1a-1n至网络集线器的配置。在一个方面，网络集线器207可被实现为在开放式系统互连(OSI)模型的物理层上工作的本地网络广播装置。该网络集线器提供与位于同一手术室网络中的装置1a-1n的连接。网络集线器207以包的形式收集数据，并以半双工模式将其发送至路由器。网络集线器207不存储用于传输装置数据的任何媒体访问控制/因特网协议(MAC/IP)。装置1a-1n中的仅一个可一次通过网络集线器207发送数据。网络集线器207没有关于在何处发送信息并在每个连接上广播所有网络数据以及通过云204向远程服务器213(图9)广播所有网络数据的路由表或智能。网络集线器207可以检测基本网络错误诸如冲突，但将所有信息广播到多个端口可带来安全风险并导致瓶颈。
在另一个具体实施中，手术室装置2a-2m可通过有线信道或无线信道连接到网络交换机209。网络交换机209在OSI模型的数据链路层中工作。网络交换机209是用于将位于相同手术室中的装置2a-2m连接到网络的多点广播装置。网络交换机209以帧的形式向网络路由器211发送数据并且以全双工模式工作。多个装置2a-2m可通过网络交换机209同时发送数据。网络交换机209存储并使用装置2a-2m的MAC地址来传输数据。
网络集线器207和/或网络交换机209联接到网络路由器211以连接到云204。网络路由器211在OSI模型的网络层中工作。网络路由器211创建用于将从网络集线器207和/或网络交换机211接收的数据分组传输到基于云的计算机资源的路由，以进一步处理和操纵由装置1a-1n/2a-2m中的任一者或所有收集的数据。可采用网络路由器211来连接位于不同位置的两个或更多个不同的网络，诸如例如同一医疗设施的不同手术室或位于不同医疗设施的不同手术室的不同网络。网络路由器211以包的形式向云204发送数据并且以全双工模式工作。多个装置可以同时发送数据。网络路由器211使用IP地址来传输数据。
在一个示例中，网络集线器207可被实现为USB集线器，其允许多个USB装置连接到主机。USB集线器可以将单个USB端口扩展到多个层级，以便有更多端口可用于将装置连接到主机系统计算机。网络集线器207可包括用于通过有线信道或无线信道接收信息的有线或无线能力。在一个方面，无线USB短距离、高带宽无线无线电通信协议可用于装置1a-1n和位于手术室中的装置2a-2m之间的通信。
在其它示例中，手术室装置1a-1n/2a-2m可经由蓝牙无线技术标准与模块化通信集线器203通信，以用于在短距离(使用ISM频带中的2.4至2.485GHz的短波长UHF无线电波)从固定装置和移动装置交换数据以及构建个人局域网(PAN)。在其它方面，手术室装置1a-1n/2a-2m可经由多种无线或有线通信标准或协议与模块化通信集线器203通信，包括但不限于Wi-Fi(IEEE 802.11系列)、WiMAX(IEEE 802.16系列)、IEEE 802.20、长期演进(LTE)和Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、及其以太网衍生物、以及指定为3G、4G、5G和以上的任何其它无线和有线协议。计算模块可包括多个通信模块。例如，第一通信模块可专用于更短距离的无线通信诸如Wi-Fi和蓝牙，并且第二通信模块可专用于更长距离的无线通信，诸如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO等。
模块化通信集线器203可用作手术室装置1a-1n/2a-2m中的一者或全部的中心连接，并且处理被称为帧的数据类型。帧携带由装置1a-1n/2a-2m生成的数据。当模块化通信集线器203接收到帧时，其被放大并传输到网络路由器211，该网络路由器211通过使用如本文所述的多个无线或有线通信标准或协议将数据传输到云计算资源。
模块化通信集线器203可用作独立装置或连接到兼容的网络集线器和网络交换机以形成更大的网络。模块化通信集线器203通常易于安装、配置和维护，使得其成为对手术室装置1a-1n/2a-2m进行联网的良好选项。
图9示出了计算机实现的交互式外科系统200。计算机实现的交互式外科系统200在许多方面类似于计算机实现的交互式外科系统100。例如，计算机实现的交互式外科系统200包括在许多方面类似于外科系统102的一个或多个外科系统202。每个外科系统202包括与可包括远程服务器213的云204通信的至少一个外科集线器206。在一个方面，计算机实现的交互式外科系统200包括模块化控制塔236，该模块化控制塔236连接到多个手术室装置，诸如例如智能外科器械、机器人和位于手术室中的其它计算机化装置。如图10中所示，模块化控制塔236包括联接到计算机系统210的模块化通信集线器203。如图9的示例中所示，模块化控制塔236联接到联接到内窥镜239的成像模块238、联接到能量装置241的发生器模块240、排烟器模块226、抽吸/冲洗模块228、通信模块230、处理器模块232、存储阵列234、任选地联接到显示器237的智能装置/器械235、和非接触传感器模块242。手术室装置经由模块化控制塔236联接到云计算资源和数据存储。机器人集线器222也可连接到模块化控制塔236和云计算资源。装置/器械235、可视化系统208等等可经由有线或无线通信标准或协议联接到模块化控制塔236，如本文所述。模块化控制塔236可联接到集线器显示器215(例如，监测器、屏幕)以显示和叠加从成像模块、装置/器械显示器和/或其它可视化系统208接收的图像。集线器显示器还可结合图像和叠加图像来显示从连接到模块化控制塔的装置接收的数据。
图10示出了包括联接到模块化控制塔236的多个模块的外科集线器206。模块化控制塔236包括模块化通信集线器203(例如，网络连接性装置)和计算机系统210，以提供例如本地处理、可视化和成像。如图10中所示，模块化通信集线器203可以分层配置连接以扩展可连接到模块化通信集线器203的模块(例如，装置)的数量，并将与模块相关联的数据传输至计算机系统210、云计算资源或两者。如图10中所示，模块化通信集线器203中的网络集线器/交换机中的每个包括三个下游端口和一个上游端口。上游网络集线器/交换机连接至处理器以提供与云计算资源和本地显示器217的通信连接。与云204的通信可通过有线或无线通信信道进行。
外科集线器206采用非接触传感器模块242来测量手术室的尺寸，并且使用超声或激光型非接触测量装置来生成外科室的标测图。基于超声的非接触传感器模块通过传输一阵超声波并在其从手术室的围墙弹回时接收回波来扫描手术室，如在2017年12月28日提交的标题为“交互式外科平台(INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM)”的美国临时专利申请序列号62/611,341中的标题“手术室内的外科集线器空间感知(Surgical Hub SpatialAwareness Within an Operating Room)”下所述，该专利全文以引用方式并入本文，其中传感器模块被配置为能够确定手术室的大小并调节蓝牙配对距离限制。基于激光的非接触传感器模块通过传输激光脉冲、接收从手术室的围墙弹回的激光脉冲，以及将传输脉冲的相位与所接收的脉冲进行比较来扫描手术室，以确定手术室的尺寸并调节蓝牙配对距离限制。
计算机系统210包括处理器244和网络接口245。处理器244经由系统总线联接到通信模块247、存储装置248、存储器249、非易失性存储器250和输入/输出接口251。系统总线可为若干类型的总线结构中的任一者，该总线结构包括存储器总线或存储器控制器、外围总线或外部总线、和/或使用任何各种可用总线架构的本地总线，包括但不限于9位总线、工业标准架构(ISA)、微型Charmel架构(MSA)、扩展ISA(EISA)、智能驱动电子器件(IDE)、VESA本地总线(VLB)、外围器件互连(PCI)、USB、高级图形端口(AGP)、个人计算机存储卡国际协会总线(PCMCIA)、小型计算机系统接口(SCSI)或任何其它外围总线。
控制器244可为任何单核或多核处理器，诸如由德克萨斯器械公司(TexasInstruments)提供的商品名为ARM Cortex的那些处理器。在一个方面，处理器可为购自例如德克萨斯器械公司(Texas Instruments)LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F处理器核心，其包括256KB的单循环闪存或其它非易失性存储器(最多至40MHZ)的片上存储器、用于改善40MHz以上的性能的预取缓冲器、32KB单循环序列随机存取存储器(SRAM)、装载有
软件的内部只读存储器(ROM)、2KB电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、和/或一个或多个脉宽调制(PWM)模块、一个或多个正交编码器输入(QEI)模拟、具有12个模拟输入信道的一个或多个12位模数转换器(ADC)，其细节可见于产品数据表。
在一个方面，处理器244可包括安全控制器，该安全控制器包括两个基于控制器的系列(诸如TMS570和RM4x)，已知同样由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)生产的商品名为Hercules ARM Cortex R4。安全控制器可被配置为专门用于IEC 61508和ISO 26262安全关键应用等等，以提供先进的集成安全特征件，同时递送可定标的性能、连接性和存储器选项。
系统存储器包括易失性存储器和非易失性存储器。基本输入/输出系统(BIOS)(包含诸如在启动期间在计算机系统内的元件之间传输信息的基本例程，)存储在非易失性存储器中。例如，非易失性存储器可包括ROM、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、EEPROM或闪存。易失存储器包括充当外部高速缓存存储器的随机存取存储器(RAM)。此外，RAM可以多种形式可用，诸如SRAM、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据速率SDRAM(DDRSDRAM)增强SDRAM(ESDRAM)、同步链路DRAM(SLDRAM)和直接Rambus RAM(DRRAM)。
计算机系统210还包括可移除/不可移除的、易失性/非易失性的计算机存储介质，诸如例如磁盘存储器。磁盘存储器包括但不限于诸如装置如磁盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、Jaz驱动器、Zip驱动器、LS-60驱动器、闪存存储卡或内存条。此外，磁盘存储器可包括单独地或与其它存储介质组合的存储介质，包括但不限于光盘驱动器诸如光盘ROM装置(CD-ROM)、光盘可记录驱动器(CD-R驱动器)、光盘可重写驱动器(CD-RW驱动器)或数字通用磁盘ROM驱动器(DVD-ROM)。为了有利于磁盘存储装置与系统总线的连接，可使用可移除或非可移除接口。
应当理解，计算机系统210包括充当用户与在合适的操作环境中描述的基本计算机资源之间的中介的软件。此类软件包括操作系统。可存储在磁盘存储装置上的操作系统用于控制并分配计算机系统的资源。系统应用程序利用操作系统通过存储在系统存储器或磁盘存储装置中的程序模块和程序数据来管理资源。应当理解，本文所述的各种器件可用各种操作系统或操作系统的组合来实现。
用户通过联接到I/O接口251的一个或多个输入装置将命令或信息输入到计算机系统210中。输入装置包括但不限于指向装置，诸如鼠标、触控球、触笔、触摸板、键盘、麦克风、操纵杆、游戏垫、卫星盘、扫描仪、电视调谐器卡、数字相机、数字摄像机、幅材相机等。这些和其它输入装置经由一个或多个接口端口通过系统总线连接到处理器。一个或多个接口端口包括例如串口、并行端口、游戏端口和USB。一个或多个输出装置使用与一个或多个输入装置相同类型的端口。因此，例如，USB端口可用于向计算机系统提供输入并将信息从计算机系统输出到输出装置。提供了输出适配器来说明在其它输出装置中存在需要特殊适配器的一些输出装置(如监测器、显示器、扬声器和打印机。输出适配器以举例的方式包括但不限于提供输出装置和系统总线之间的连接装置的视频和声卡。应当指出，其它装置或装置诸如一个或多个远程计算机的系统提供了输入能力和输出能力两者。
计算机系统210可使用与一个或多个远程计算机(诸如一个或多个云计算机)或本地计算机的逻辑连接在联网环境中操作。一个或多个远程云计算机可为个人计算机、服务器、路由器、网络PC、工作站、基于微处理器的器具、对等装置或其它公共网络节点等，并且通常包括相对于计算机系统所述的元件中的许多或全部。为简明起见，仅示出了具有一个或多个远程计算机的存储器存储装置。一个或多个远程计算机通过网络接口在逻辑上连接到计算机系统，并且然后经由通信连接物理连接。网络接口涵盖通信网络诸如局域网(LAN)和广域网(WAN)。LAN技术包括光纤分布式数据接口(FDDI)、铜分布式数据接口(CDDI)、以太网/IEEE 802.3、令牌环/IEEE 802.5等。WAN技术包括但不限于点对点链路、电路交换网络如综合业务数字网络(ISDN)及其变体、分组交换网络和数字用户管线(DSL)。
在各种方面，图10的计算机系统210、成像模块238和/或可视化系统208、和/或图9-10的处理器模块232可包括图像处理器、图像处理引擎、媒体处理器、或用于处理数字图像的任何专用数字信号处理器(DSP)。图像处理器可采用具有单个指令、多数据(SIMD)或多指令、多数据(MIMD)技术的并行计算以提高速度和效率。数字图像处理引擎可执行一系列任务。图像处理器可为具有多核处理器架构的芯片上的系统。
一个或多个通信连接是指用于将网络接口连接到总线的硬件/软件。虽然示出了通信连接以便在计算机系统内进行示例性澄清，但其也可位于计算机系统210的外部。连接到网络接口所必需的硬件/软件仅出于示例性目的包括内部和外部技术，诸如调制解调器，包括常规的电话级调制解调器、电缆调制解调器和DSL调制解调器、ISDN适配器和以太网卡。
图11示出了根据本公开的至少一个方面的USB网络集线器300装置的一个方面的功能框图。在例示的方面，USB网络集线器装置300采用得克萨斯器械公司(TexasInstruments)的TUSB2036集成电路集线器。USB网络集线器300是根据USB 2.0规范提供上游USB收发器端口302和多达三个下游USB收发器端口304、306、308的CMOS装置。上游USB收发器端口302为差分根数据端口，其包括与差分数据正(DM0)输入配对的差分数据负(DP0)输入。三个下游USB收发器端口304、306、308为差分数据端口，其中每个端口包括与差分数据负(DM1-DM3)输出配对的差分数据正(DPI-DP3)输出。
USB网络集线器300装置用数字状态机而不是微控制器来实现，并且不需要固件编程。完全兼容的USB收发器集成到用于上游USB收发器端口302和所有下游USB收发器端口304、306、308的电路中。下游USB收发器端口304、306、308通过根据附接到端口的装置的速度自动设置转换速率来支持全速度装置和低速装置两者。USB网络集线器300装置可被配置为能够处于总线供电模式或自供电模式，并且包括用于管理功率的集线器功率逻辑312。
USB网络集线器300装置包括串行接口引擎310(SIE)。SIE 310是USB网络集线器300硬件的前端，并处理USB规范第8章中描述的大多数协议。SIE 310通常包括多达交易级别的信令。其处理的功能可包括：包识别、事务排序、SOP、EOP、RESET和RESUME信号检测/生成、时钟/数据分离、不返回到零反转(NRZI)数据编码/解码和数位填充、CRC生成和校验(令牌和数据)、包ID(PID)生成和校验/解码、和/或串行并行/并行串行转换。310接收时钟输入314并且联接到暂停/恢复逻辑和帧定时器316电路以及集线器中继器电路318，以通过端口逻辑电路320、322、324控制上游USB收发器端口302和下游USB收发器端口304、306、308之间的通信。SIE 310经由接口逻辑联接到命令解码器326，以经由串行EEPROM接口330来控制来自串行EEPROM的命令。
在各种方面，USB网络集线器300可将配置在多达六个逻辑层(层级)中的127功能连接至单个计算机。此外，USB网络集线器300可使用提供通信和功率分配两者的标准化四线电缆连接到所有外装置。功率配置为总线供电模式和自供电模式。USB网络集线器300可被配置为能够支持四种功率管理模式：具有单独端口功率管理或成套端口功率管理的总线供电集线器，以及具有单独端口功率管理或成套端口功率管理的自供电集线器。在一个方面，使用USB电缆将USB网络集线器300、上游USB收发器端口302插入USB主机控制器中，并且将下游USB收发器端口304、306、308暴露以用于连接USB兼容装置等。
外科器械硬件
图12示出了根据本公开的一个或多个方面的外科器械或工具的控制系统470的逻辑图。系统470包括控制电路。控制电路包括微控制器461，该微控制器包括处理器462和存储器468。例如，传感器472、474、476中的一个或多个向处理器462提供实时反馈。由马达驱动器492驱动的马达482可操作地联接纵向可移动的位移构件以驱动夹持臂闭合构件。跟踪系统480被配置为能够确定纵向可移动的位移构件的位置。将位置信息提供给处理器462，该处理器462可被编程或配置为确定可纵向可移动的驱动构件的位置以及闭合构件的位置。可在工具驱动器接口处提供附加的马达以控制闭合管行进、轴旋转、关节运动、或夹持臂闭合、或上述的组合。显示器473显示器械的多种操作条件并且可包括用于数据输入的触摸屏功能。显示在显示器473上的信息可叠加有经由内窥镜式成像模块获取的图像。
在一个方面，微处理器461可为任何单核或多核处理器，诸如已知的由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)生产的商品名为ARM Cortex的那些。在一个方面，微控制器461可为购自例如德克萨斯器械公司(Texas Instruments)的LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F处理器核心，其包括256KB的单循环闪存或其它非易失性存储器(最多至40MHZ)的片上存储器、用于改善40MHz以上的性能的预取缓冲器、32KB单循环SRAM、装载有
软件的内部ROM、2KB电EEPROM、一个或多个PWM模块、一个或多个QEI模拟、具有12个模拟输入信道的一个或多个12位ADC，其细节可见于产品数据表。
在一个方面，微控制器461可包括安全控制器，该安全控制器包括两个基于控制器的系列(诸如TMS570和RM4x)，已知同样由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)生产的商品名为Hercules ARM Cortex R4。安全控制器可被配置为专门用于IEC 61508和ISO26262安全关键应用等等，以提供先进的集成安全特征件，同时递送可定标的性能、连接性和存储器选项。
微控制器461可被编程为执行各种功能，诸如精确控制刀、关节运动系统、夹持臂或上述的组合的速度和位置。在一个方面，微控制器461包括处理器462和存储器468。电动马达482可为有刷直流(DC)马达，其具有齿轮箱以及至关节运动或刀系统的机械链路。在一个方面，马达驱动器492可为可购自Allegro微系统公司(Allegro Microsystems，Inc)的A3941。其它马达驱动器可容易地被替换以用于包括绝对定位系统的跟踪系统480中。绝对定位系统的详细描述在2017年10月19日公布的标题为用于控制外科缝合和切割器械的系统和方法(SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING A SURGICAL STAPLING AND CUTTINGINSTRUMENT)的美国专利申请公布2017/0296213中有所描述，该专利申请全文以引用方式并入本文。
微控制器461可被编程为提供对位移构件和关节运动系统的速度和位置的精确控制。微控制器461可被配置为能够计算微控制器461的软件中的响应。将计算的响应与实际系统的所测量响应进行比较，以获得“观察到的”响应，其用于实际反馈决定。观察到的响应为有利的调谐值，该值使所模拟响应的平滑连续性质与所测量响应均衡，这可检测对系统的外部影响。
在一个方面，马达482可由马达驱动器492控制并可被外科器械或工具的击发系统采用。在各种形式中，马达482可为具有大约25,000RPM的最大旋转速度的有刷DC驱动马达。在其它布置方式中，马达482可包括无刷马达、无绳马达、同步马达、步进马达或任何其它合适的电动马达。马达驱动器492可包括例如包括场效应晶体管(FET)的H桥驱动器。马达482可通过可释放地安装到柄部组件或工具外壳的功率组件来供电，以用于向外科器械或工具供应控制功率。功率组件可包括电池，该电池可以包括串联连接的、可用作功率源以为外科器械或工具提供功率的多个电池单元。在某些情况下，功率组件的电池单元可以是可替换的和/或可再充电的电池单元。在至少一个示例中，电池单元可为锂离子电池，其可联接到功率组件并且可与功率组件分离。
驱动器492可为可购自Allegro微系统公司(Allegro Microsystems，Inc)的A3941。A3941 492为全桥控制器，其用于与针对电感负载(诸如有刷DC马达)特别设计的外部N信道功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)一起使用。驱动器492包括独特的电荷泵调整器，其为低至7V的电池电压提供完整的(＞10V)栅极驱动并且允许A3941在低至5.5V的减小的栅极驱动下操作。可采用自举电容器来提供N信道MOSFET所需的上述电池供电电压。高边驱动装置的内部电荷泵允许直流(100％占空比)操作。可使用二极管或同步整流在快衰减模式或慢衰减模式下驱动全桥。在慢衰减模式下，电流再循环可穿过高边FET或低边FET。通过电阻器可调式空载时间保护功率FET不被击穿。整体诊断提供欠压、过热和功率桥故障的指示，并且可被配置为能够在大多数短路条件下保护功率MOSFET。其它马达驱动器可容易地被替换以用于包括绝对定位系统的跟踪系统480中。
跟踪系统480包括根据本公开的一个方面的包括位置传感器472的受控马达驱动电路布置方式。用于绝对定位系统的位置传感器472提供对应于位移构件的位置的独特位置信号。在一个方面，位移构件表示纵向可移动的驱动构件，其包括用于与齿轮减速器组件的对应驱动齿轮啮合接合的驱动齿的齿条。在其它方面，位移构件表示击发构件，该击发构件可被适配和配置为包括驱动齿的齿条。在又一方面，位移构件表示用于打开和闭合夹持臂的纵向位移构件，该纵向位移构件可被适配和配置为包括驱动齿的齿条。在其它方面，位移构件表示夹持臂闭合构件，该夹持臂闭合构件被配置为能够闭合和打开缝合器的夹持臂、超声或电外科装置的夹持臂、或上述的组合。因此，如本文所用，术语位移构件一般用来指外科器械或工具(诸如驱动构件、夹持臂或任何可被位移的元件)的任何可移动构件。因此，绝对定位系统实际上可通过跟踪纵向可移动的驱动构件的线性位移来跟踪夹持臂的位移。
在其它方面，绝对定位系统可被配置为能够跟踪夹持臂在闭合或打开过程中的位置。在各种其它方面，位移构件可联接到适于测量线性位移的任何位置传感器472。因此，纵向可移动的驱动构件、或夹持臂或它们的组合可联接到任何合适的线性位移传感器。线性位移传感器可包括接触式位移传感器或非接触式位移传感器。线性位移传感器可包括线性可变差分变压器(LVDT)、差分可变磁阻换能器(DVRT)、滑动电位计、包括可移动磁体和一系列线性布置的霍尔效应传感器的磁感测系统、包括固定磁体和一系列可移动的线性布置的霍尔效应传感器的磁感测系统、包括可移动光源和一系列线性布置的光电二极管或光电检测器的光学感测系统、包括固定光源和一系列可移动的线性布置的光电二极管或光电检测器的光学感测系统、或它们的任何组合。
电动马达482可包括可操作地与齿轮组件交接的可旋转轴，该齿轮组件与驱动齿的组或齿条啮合接合安装在位移构件上。传感器元件可以可操作地联接到齿轮组件，使得位置传感器472元件的单次旋转对应于位移构件的一些线性纵向平移。传动装置和传感器的布置方式可经由齿条和小齿轮布置方式连接至线性致动器，或者经由直齿齿轮或其它连接连接至旋转致动器。功率源为绝对定位系统供电，并且输出指示器可显示绝对定位系统的输出。位移构件表示纵向可移动驱动构件，该纵向可移动驱动构件包括形成于其上的驱动齿的齿条，以用于与齿轮减速器组件的对应驱动齿轮啮合接合。位移构件表示用于打开和闭合夹持臂的纵向可移动的击发构件。
与位置传感器472相关联的传感器元件的单次旋转等同于位移构件的纵向线性位移d1，其中d1为在联接到位移构件的传感器元件的单次旋转之后位移构件从点“a”移动到点“b”的纵向线性距离。可经由齿轮减速连接传感器布置方式，该齿轮减速使得位置传感器472针对位移构件的全行程仅完成一次或多次旋转。位置传感器472可针对位移构件的全行程完成多次旋转。
可单独或结合齿轮减速采用一系列开关(其中n为大于一的整数)以针对位置传感器472的多于一次旋转提供独特位置信号。开关的状态被馈送回微控制器461，该微控制器461应用逻辑以确定对应于位移构件的纵向线性位移d1+d2+...dn的独特位置信号。位置传感器472的输出被提供给微控制器461。该传感器布置方式的位置传感器472可包括磁性传感器、模拟旋转传感器(如电位差计)、模拟霍尔效应元件的阵列，该霍尔效应元件的阵列输出位置信号或值的独特组合。
位置传感器472可包括任何数量的磁性感测元件，诸如例如根据它们是否测量磁场的总磁场或矢量分量而被分类的磁性传感器。用于产生上述两种类型磁性传感器的技术涵盖物理学和电子学的多个方面。用于磁场感测的技术包括探查线圈、磁通门、光泵、核旋、超导量子干涉仪(SQUID)、霍尔效应、各向异性磁电阻、巨磁电阻、磁性隧道结、巨磁阻抗、磁致伸缩/压电复合材料、磁敏二极管、磁敏晶体管、光纤、磁光，以及基于微机电系统的磁性传感器等等。
在一个方面，用于包括绝对定位系统的跟踪系统480的位置传感器472包括磁性旋转绝对定位系统。位置传感器472可被实现为AS5055EQFT单片磁性旋转位置传感器，其可购自澳大利亚奥地利微电子公司(Austria Microsystems，AG)。位置传感器472与微控制器461交接，以提供绝对定位系统。位置传感器472为低电压和低功率器件，并且包括位于磁体上的位置传感器472的区域中的四个霍尔效应元件。在芯片上还提供了高分辨率ADC和智能功率管理控制器。提供了坐标旋转数字计算机(CORDIC)处理器(也被称为逐位法和Volder算法)以执行简单有效的算法来计算双曲线函数和三角函数，其仅需要加法、减法、数位位移和表格查找操作。角位置、报警位和磁场信息通过标准串行通信接口(诸如串行外围接口(SPI)接口)传输到微控制器461。位置传感器472提供12或14位分辨率。位置传感器472可以是以小QFN 16引脚4×4×0.85mm封装提供的AS5055芯片。
包括绝对定位系统的跟踪系统480可包括并且/或者可被编程以实现反馈控制器，诸如PID、状态反馈和自适应控制器。功率源将来自反馈控制器的信号转换为对系统的物理输入：在这种情况下为电压。其它示例包括电压、电流和力的PWM。除了由位置传感器472所测量的位置之外，可提供一个或多个其它传感器来测量物理系统的物理参数。在一些方面，一个或多个其它传感器可包括传感器布置方式，诸如在2016年5月24日发布的标题为钉仓组织厚度传感器系统(STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS)的美国专利9,345,481中所述的那些，该专利全文以引用方式并入本文；2014年9月18日公布的标题为钉仓组织厚度传感器系统(STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS)的美国专利申请公布2014/0263552，该专利全文以引用方式并入本文；以及2017年6月20日提交的标题为用于外科缝合和切割器械的马达速度的自适应控制的技术(TECHNIQUES FOR ADAPTIVE CONTROL OF MOTORVELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT)的美国专利申请序列号15/628,175，该专利申请全文以引用方式并入本文。在数字信号处理系统中，绝对定位系统联接到数字数据采集系统，其中绝对定位系统的输出将具有有限分辨率和采样频率。绝对定位系统可包括比较和组合电路，以使用算法(诸如加权平均和理论控制环路)将计算响应与测量响应进行组合，该算法驱动计算响应朝向所测量的响应。物理系统的计算响应将特性如质量、惯性、粘性摩擦、电感电阻考虑在内，以通过得知输入预测物理系统的状态和输出。
因此，绝对定位系统在器械上电时提供位移构件的绝对位置，并且不使位移构件回缩或推进至如常规旋转编码器可需要的复位(清零或本位)位置，这些编码器仅对马达482采取的向前或向后的步骤数进行计数以推断装置致动器、驱动棒、刀等等的位置。
传感器474(诸如，例如应变仪或微应变仪)被配置为能够测量端部执行器的一个或多个参数，诸如例如在夹持操作期间施加在砧座上的应变的幅值，该幅值可以指示施加到砧座的闭合力。将测得的应变转换成数字信号并提供给处理器462。另选地或除了传感器474之外，传感器476(诸如例如，负载传感器)可以测量由闭合驱动系统施加到超声或电外科器械中的缝合器或夹持臂中的砧座的闭合力。传感器476(诸如例如，负载传感器)可测量施加到联接到外科器械或工具的夹持臂的闭合构件的击发力或由夹持臂施加到位于超声或电外科器械的钳口中的组织的力。另选地，可以采用电流传感器478来测量由马达482消耗的电流。位移构件还可被配置为能够接合夹持臂以打开或闭合夹持臂。力传感器可被配置为能够测量组织上的夹持力。推进位移构件所需的力可对应于例如由马达482消耗的电流。将测得的力转换成数字信号并提供给处理器462。
在一种形式中，应变仪传感器474可用于测量由端部执行器施加到组织的力。应变计可联接到端部执行器以测量被端部执行器处理的组织上的力。用于测量施加到由端部执行器抓握的组织的力的系统包括应变仪传感器474，诸如例如微应变仪，其被配置为能够测量例如端部执行器的一个或多个参数。在一个方面，应变仪传感器474可测量在夹持操作期间施加到端部执行器的钳口构件上的应变的振幅或量值，这可指示组织压缩。将测得的应变转换成数字信号并将其提供到微控制器461的处理器462。负载传感器476可测量用于操作刀元件例如以切割被捕获在砧座和钉仓之间的组织的力。负载传感器476可测量用于操作夹持臂元件例如以捕获夹持臂和超声刀之间的组织或捕获夹持臂和电外科器械的钳口之间的组织的力。可采用磁场传感器来测量捕集的组织的厚度。磁场传感器的测量值也可被转换成数字信号并提供给处理器462。
微控制器461可使用分别由传感器474、476测量的组织压缩、组织厚度和/或闭合端部执行器所需的力的测量来表征击发构件的所选择的位置和/或击发构件的速度的对应值。在一个实例中，存储器468可存储可由微控制器461在评估中所采用的技术、公式和/或查找表。
外科器械或工具的控制系统470还可包括有线或无线通信电路以与模块化通信集线器通信，如图8-11中所示。
图13示出了控制电路500，该控制电路500被配置为能够控制根据本公开的一个方面的外科器械或工具的各方面。控制电路500可被配置为能够实现本文所述的各种过程。电路500可以包括微控制器，该微控制器包括联接接到至少一个存储器电路504的一个或多个处理器502(例如，微处理器、微控制器)。存储器电路504存储在由处理器502执行时使处理器502执行机器指令以实现本文所述的各种过程的机器可执行指令。处理器502可为本领域中已知的多种单核或多核处理器中的任一种。存储器电路504可包括易失性存储介质和非易失性存储介质。处理器502可包括指令处理单元506和运算单元508。指令处理单元可被配置为能够从本公开的存储器电路504接收指令。
图14示出了组合逻辑电路510，该组合逻辑电路510被配置为能够控制根据本公开的一个方面的外科器械或工具的各方面。组合逻辑电路510可被配置为能够实现本文所述的各种过程。组合逻辑电路510可包括有限状态机，该有限状态机包括组合逻辑512，该组合逻辑512被配置为能够在输入514处接收与外科器械或工具相关联的数据，通过组合逻辑512处理数据并提供输出516。
图15示出了根据本公开的一个方面的被配置为能够控制外科器械或工具的各个方面的时序逻辑电路520。时序逻辑电路520或组合逻辑522可被配置为能够实现本文所述的各种过程。时序逻辑电路520可包括有限状态机。时序逻辑电路520可包括例如组合逻辑522、至少一个存储器电路524和时钟529。至少一个存储器电路524可以存储有限状态机的当前状态。在某些情况下，时序逻辑电路520可以是同步的或异步的。组合逻辑522被配置为能够从输入526接收与外科器械或工具相关联的数据，通过组合逻辑522处理数据并提供输出528。在其它方面，电路可包括处理器(例如，处理器502，图13)和有限状态机的组合以实现本文的各种过程。在其它实施方案中，有限状态机可以包括组合逻辑电路(例如，组合逻辑电路510，图14)和时序逻辑电路520的组合。
图16示出了包括可被激活以执行各种功能的多个马达的外科器械或工具。在某些情况下，第一马达可被激活以执行第一功能，第二马达可被激活以执行第二功能，并且第三马达可被激活以执行第三功能。在某些情况下，机器人外科器械600的多个马达可被单独地激活以导致端部执行器中的击发运动、闭合运动、和/或关节运动。击发运动、闭合运动、和/或关节运动可例如通过轴组件传输到端部执行器。
在某些情况下，外科器械系统或工具可包括击发马达602。击发马达602可操作地联接到击发马达驱动组件604，该击发马达驱动组件604可被配置为能够将由马达602生成的击发运动传输到端部执行器，具体地用于移置夹持臂闭合构件。闭合构件可通过反转马达602的方向而回缩，这也导致夹持臂打开。
在某些情况下，外科器械或工具可包括闭合马达603。闭合马达603可以可操作地联接到闭合马达驱动组件605，该闭合马达驱动组件605被配置为能够将由马达603生成的闭合运动传输到端部执行器，具体地用于移置闭合管以闭合砧座并且压缩砧座和钉仓之间的组织。闭合马达603可以可操作地联接到闭合马达驱动组件605，该闭合马达驱动组件被配置为能够将由马达603生成的闭合运动传输到端部执行器，具体地用于移置闭合管以闭合夹持臂并且压缩夹持臂与电外科装置的超声刀片或钳口构件之间的组织。闭合运动可使例如端部执行器从打开配置转变成接近配置以捕获组织。端部执行器可通过反转马达603的方向而转变到打开位置。
在某些情况下，外科器械或工具可包括例如一个或多个关节运动马达606a、606b。马达606a、606b可以可操作地联接到相应的关节运动马达驱动组件608a、608b，该关节运动马达驱动组件可被配置为能够将由马达606a、606b生成的关节运动传输到端部执行器。在某些情况下，关节运动可使端部执行器相对于轴进行关节运动，例如。
如上所述，外科器械或工具可包括多个马达，该多个马达可被配置为能够执行各种独立功能。在某些情况下，外科器械或工具的多个马达可被单独地或独立地激活以执行一个或多个功能，而其它马达保持非活动的。例如，关节运动马达606a、606b可被激活以使端部执行器进行关节运动，而击发马达602保持非活动的。另选地，击发马达602可被激活以击发多个钉并且/或者推进切割边缘，而关节运动马达606保持非活动的。此外，闭合马达603可与击发马达602同时激活，以使闭合管或闭合构件朝远侧推进，如下文更详细地描述。
在某些情况下，外科器械或工具可包括公共控制模块610，该公共控制模块610可与外科器械或工具的多个马达一起使用。在某些情况下，公共控制模块610每次可调节多个马达中的一个。例如，公共控制模块610可单独地联接到外科器械的多个马达并且可从外科器械的多个马达分离。在某些情况下，外科器械或工具的多个马达可共用一个或多个公共控制模块诸如公共控制模块610。在某些情况下，外科器械或工具的多个马达可独立地和选择性地接合公共控制模块610。在某些情况下，公共控制模块610可从与外科器械或工具的多个马达中的一个交接切换到与外科器械或工具的多个马达中的另一个交接。
在至少一个示例中，公共控制模块610可在可操作地接合关节运动马达606a、606b与可操作地接合击发马达602或闭合马达603之间选择性地切换。在至少一个示例中，如图16中所示，开关614可以在多个位置和/或状态之间移动或转变。在第一位置616中，开关614可以将公共控制模块610电联接到击发马达602；在第二位置617中，开关614可以将公共控制模块610电联接到闭合马达603；在第三位置618a中，开关614可以将公共控制模块610电联接到第一关节运动马达606a；并且在第四位置618b中，开关614可以将公共控制模块610电联接到例如第二关节运动马达606b。在某些情况下，单独的公共控制模块610可同时电联接到击发马达602、闭合马达603和关节运动马达606a、606b。在某些情况下，开关614可为机械开关、机电开关、固态开关、或任何合适的开关机构。
马达602、603、606a、606b中的每个可包括扭矩传感器以测量马达的轴上的输出扭矩。可以任何常规方式感测端部执行器上的力，诸如通过钳口的外侧上的力传感器或通过用于致动钳口的马达的扭矩传感器来感测端部执行器上的力。
在各种情况下，如图16中所示，公共控制模块610可包括马达驱动器626，该马达驱动器626可包括一个或多个H桥场效应FET。马达驱动器626可例如基于得自微控制器620(“控制器”)的输入来调节从功率源628传输到联接到公共控制模块610的马达的功率。在某些情况下，当马达联接到公共控制模块610时，可例如采用微控制器620来确定由马达消耗的电流，如上所述。
在某些情况下，微控制器620可包括微处理器622(“处理器”)和一个或多个非暂态计算机可读介质或存储单元624(“存储器”)。在某些情况下，存储器624可存储各种程序指令，这些各种程序指令在被执行时可使处理器622执行本文所述的多个功能和/或计算。在某些情况下，存储器单元624中的一个或多个可例如联接到处理器622。在各种方面，微控制器620可通过有线或无线信道或它们的组合进行通信。
在某些情况下，功率源628可例如用于为微控制器620供电。在某些情况下，功率源628可包括电池(或者“电池组”或“功率组”)，诸如锂离子电池，例如。在某些情况下，电池组可被配置为能够可释放地安装到柄部以用于给外科器械600供电。多个串联连接的电池单元可用作功率源628。在某些情况下，功率源628可以是例如可替换的和/或可再充电的。
在各种情况下，处理器622可控制马达驱动器626以控制联接到公共控制器610的马达的位置、旋转方向、和/或速度。在某些情况下，处理器622可发信号通知马达驱动器626，以停止和/或停用联接到公共控制器610的马达。应当理解，如本文所用的术语“处理器”包括任何合适的微处理器、微控制器、或将计算机的中央处理单元(CPU)的功能结合在一个集成电路或至多几个集成电路上的其它基础计算装置。处理器622是多用途的可编程装置，该装置接收数字数据作为输入，根据其存储器中存储的指令来处理输入，并且然后提供结果作为输出。因为处理器具有内部存储器，所以是顺序数字逻辑的示例。处理器的操作对象是以二进制数字系统表示的数字和符号。
在一个实例中，处理器622可为任何单核或多核处理器，诸如已知的由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)生产的商品名为ARM Cortex的那些。在某些情况下，微控制器620可以是例如可从德州仪器公司(Texas Instruments)购得的LM 4F230H5QR。在至少一个示例中，Texas Instruments LM4F230H5QR为ARM Cortex-M4F处理器芯，其包括：256KB的单循环闪存或其它非易失性存储器(最多至40MHZ)的片上存储器、用于改善40MHz以上的性能的预取缓冲器、32KB的单循环SRAM、装载有
软件的内部ROM、2KB的EEPROM、一个或多个PWM模块、一个或多个QEI模拟、具有12个模拟输入信道的一个或多个12位ADC、以及易得的其它特征。可容易地换用其它微控制器，以与模块4410一起使用。因此，本公开不应限于这一上下文。
在某些情况下，存储器624可包括用于控制可联接到公共控制器610的外科器械600的马达中的每个的程序指令。例如，存储器624可包括用于控制击发马达602、闭合马达603和关节运动马达606a、606b的程序指令。此类程序指令可使得处理器622根据来自外科器械或工具的算法或控制程序的输入来控制击发、闭合和关节运动功能。
在某些情况下，一个或多个机构和/或传感器诸如传感器630可以用于警示处理器622应当在特定设定中使用的程序指令。例如，传感器630可警示处理器622使用与击发、闭合和关节运动端部执行器相关联的程序指令。在某些情况下，传感器630可包括例如可以用于感测开关614的位置的位置传感器。因此，处理器622可以在例如通过传感器630检测到开关614处于第一位置616时使用与击发联接到端部执行器的夹持臂的闭合构件相关联的程序指令；处理器622可以在例如通过传感器630检测到开关614处于第二位置617时使用与闭合砧座相关联的程序指令；并且处理器622可以在例如通过传感器630检测到开关614处于第三位置618a或第四位置618b时使用与使端部执行器进行关节运动相关联的程序指令。
图17是根据本公开的一个方面的被配置为能够操作本文所述的外科工具的机器人外科器械700的示意图。机器人外科器械700可被编程或配置为控制位移构件的远侧/近侧平移、闭合管的远侧/近侧位移、轴旋转、以及具有单个或多个关节运动驱动连杆的关节运动。在一个方面，外科器械700可被编程或配置为单独地控制击发构件、闭合构件、轴构件、或一个或多个关节运动构件、或它们的组合。外科器械700包括控制电路710，该控制电路710被配置为能够控制马达驱动的击发构件、闭合构件、轴构件、或一个或多个关节运动构件、或它们的组合。
在一个方面，机器人外科器械700包括控制电路710，该控制电路710被配置为能够控制端部执行器702的夹持臂716和闭合构件714部分、联接到超声发生器721激发的超声换能器719的超声刀片718、轴740、以及经由多个马达704a-704e的一个或多个关节运动构件742a、742b。位置传感器734可被配置为能够向控制电路710提供闭合构件714的位置反馈。其它传感器738可被配置为能够向控制电路710提供反馈。定时器/计数器731向控制电路710提供定时和计数信息。可提供能量源712以操作马达704a-704e，并且电流传感器736向控制电路710提供马达电流反馈。马达704a-704e可通过控制电路710在开环或闭环反馈控制中单独操作。
在一个方面，控制电路710可包括用于执行使得一个或多个处理器执行一个或多个任务的指令的一个或多个微控制器、微处理器或其它合适的处理器。在一个方面，定时器/计数器731向控制电路710提供输出信号，诸如耗用时间或数字计数，以将如由位置传感器734确定的闭合构件714的位置与定时器/计数器731的输出相关联，使得控制电路710可确定闭合构件714在相对于起始位置的特定时间(t)或闭合构件714处于相对于起始位置的特定位置时的时间(t)处的位置。定时器/计数器731可被配置为能够测量所耗用的时间、对外部事件计数或对外部事件计时。
在一个方面，控制电路710可被编程为基于一个或多个组织条件来控制端部执行器702的功能。控制电路710可被编程为直接或间接地感测组织条件，诸如厚度，如本文所述。控制电路710可被编程为基于组织条件选择击发控制程序或闭合控制程序。击发控制程序可以描述位移构件的远侧运动。可以选择不同的击发控制程序以更好地处理不同的组织状况。例如，当存在更厚的组织时，控制电路710可被编程为以更低的速度和/或以更低的功率平移位移构件。当存在更薄的组织时，控制电路710可被编程为以更高的速度和/或以更高的功率平移位移构件。闭合控制程序可控制由夹持臂716施加到组织的闭合力。其它控制程序控制轴740和关节运动构件742a、742b的旋转。
在一个方面，控制电路710可生成马达设定点信号。马达设定点信号可以被提供给各种马达控制器708a-708e。马达控制器708a-708e可以包括一个或多个电路，这些电路被配置为能够向马达704a-704e提供马达驱动信号，以驱动马达704a-704e，如本文所述。在一些示例中，马达704a-704e可为有刷DC电动马达。例如，马达704a-704e的速度可与相应的马达驱动信号成比例。在一些示例中，马达704a-704e可为无刷DC马达，并且相应的马达驱动信号可包括提供给马达704a-704e的一个或多个定子绕组的PWM信号。而且，在一些示例中，可以省略马达控制器708a-708e，并且控制电路710可以直接生成马达驱动信号。
在一些示例中，控制电路710可以针对位移构件的行程的第一开环部分初始以开环配置操作马达704a-704e中的每个。基于在行程的开环部分期间机器人外科器械700的响应，控制电路710可以选择处于闭环配置的击发控制程序。器械的响应可以包括在开环部分期间位移构件的平移距离、在开环部分期间耗用的时间、在开环部分期间提供给马达704a-704e中的一者的能量、马达驱动信号的脉冲宽度之和等。在开环部分之后，控制电路710可以对位移构件行程的第二部分实现所选择的击发控制程序。例如，在行程的闭环部分期间，控制电路710可以基于以闭环方式描述位移构件的位置的平移数据来调制马达704a-704e中的一者，以使位移构件以恒定速度平移。
在一个方面，马达704a-704e可从能量源712接收功率。能量源712可为由主交流功率源、电池、超级电容器或任何其它合适的能量源驱动的DC功率源。马达704a-704e可经由相应的传动装置706a-706e机械地联接到单独的可移动机械元件，诸如闭合构件714、夹持臂716、轴740、关节运动742a和关节运动742b。传动装置706a-706e可以包括一个或多个齿轮或其它连杆器件，以将马达704a-704e联接到可移动机械元件。位置传感器734可以感测闭合构件714的位置。位置传感器734可以是或包括能够生成指示闭合构件714的位置的位置数据的任何类型的传感器。在一些示例中，位置传感器734可包括编码器，该编码器被配置为能够在闭合构件714朝远侧和近侧平移时向控制电路710提供一系列脉冲。控制电路710可以跟踪脉冲以确定闭合构件714的位置。可使用其它合适的位置传感器，包括例如接近传感器。其它类型的位置传感器可提供指示闭合构件714的运动的其它信号。而且，在一些示例中，可省略位置传感器734。在马达704a-704e是步进马达的情况下，控制电路710可以通过聚合马达704已被指示执行的步骤的数量和方向来跟踪闭合构件714的位置。位置传感器734可位于端部执行器702中或器械的任何其它部分处。马达704a-704e中的每个的输出包括用于感测力的扭矩传感器744a-744e，并且具有用于感测驱动轴的旋转的编码器。
在一个方面，控制电路710被配置为能够驱动击发构件诸如端部执行器702的闭合构件714部分。控制电路710向马达控制708a提供马达设定点，该马达控制向马达704a提供驱动信号。马达704a的输出轴联接到扭矩传感器744a。扭矩传感器744a联接到传动装置706a，该传动装置706a联接到闭合构件714。传动装置706a包括可移动的机械元件诸如旋转元件和击发构件，以控制闭合构件714沿端部执行器702的纵向轴线向远侧和近侧的移动。在一个方面，马达704a可联接到刀齿轮组件，该刀齿轮组件包括刀齿轮减速组，该刀齿轮减速组包括第一刀驱动齿轮和第二刀驱动齿轮。扭矩传感器744a向控制电路710提供击发力反馈信号。击发力信号表示击发或移置闭合构件714所需的力。位置传感器734可被配置为能够将闭合构件714沿击发行程的位置或击发构件的位置作为反馈信号提供给控制电路710。端部执行器702可包括被配置为能够向控制电路710提供反馈信号的附加传感器738。当准备好使用时，控制电路710可向马达控制708a提供击发信号。响应于击发信号，马达704a可沿端部执行器702的纵向轴线将击发构件从近侧行程开始位置朝远侧驱动至行程开始位置远侧的行程结束位置。当闭合构件714朝远侧平移时，夹持臂716朝超声刀片718闭合。
在一个方面，控制电路710被配置为能够驱动闭合构件，诸如端部执行器702的夹持臂716部分。控制电路710向马达控制708b提供马达设定点，该马达控制708b向马达704b提供驱动信号。马达704b的输出轴联接到扭矩传感器744b。扭矩传感器744b联接到联接到夹持臂716的传动装置706b。传动装置706b包括可移动机械元件诸如旋转元件和闭合构件，以控制夹持臂716从打开位置和闭合位置的移动。在一个方面，马达704b联接到闭合齿轮组件，该闭合齿轮组件包括被支撑成与闭合正齿轮啮合接合的闭合减速齿轮组。扭矩传感器744b向控制电路710提供闭合力反馈信号。闭合力反馈信号表示施加到夹持臂716的闭合力。位置传感器734可被配置为能够将闭合构件的位置作为反馈信号提供给控制电路710。端部执行器702中的附加传感器738可向控制电路710提供闭合力反馈信号。可枢转夹持臂716被定位成与超声刀片718相对。当准备好使用时，控制电路710可向马达控制708b提供闭合信号。响应于闭合信号，马达704b推进闭合构件以抓握夹持臂716和超声刀片718之间的组织。
在一个方面，控制电路710被配置为能够使轴构件诸如轴740旋转，以使端部执行器702旋转。控制电路710向马达控制708c提供马达设定点，该马达控制708c向马达704c提供驱动信号。马达704c的输出轴联接到扭矩传感器744c。扭矩传感器744c联接到联接到轴740的传动装置706c。传动装置706c包括可移动机械元件诸如旋转元件，以控制轴740顺时针或逆时针旋转360°以上。在一个方面，马达704c联接到旋转传动装置组件，该旋转传动装置组件包括管齿轮区段，该管齿轮区段形成于(或附接到)近侧闭合管的近侧端部上，以通过可操作地支撑在工具安装板上的旋转齿轮组件可操作地接合。扭矩传感器744c向控制电路710提供旋转力反馈信号。旋转力反馈信号表示施加到轴740上的旋转力。位置传感器734可被配置为能够将闭合构件的位置作为反馈信号提供给控制电路710。附加传感器738诸如轴编码器可向控制电路710提供轴740的旋转位置。
在一个方面，控制电路710被配置为能够使端部执行器702进行关节运动。控制电路710向马达控制708d提供马达设定点，该马达控制708d向马达704d提供驱动信号。马达704d的输出联接接到扭矩传感器744d。扭矩传感器744d联接到联接到关节运动构件742a的传动装置706d。传动装置706d包括可移动的机械元件诸如关节运动元件，以控制端部执行器702±65°的关节运动。在一个方面，马达704d联接到关节运动螺母，该关节运动螺母可旋转地轴颈连接在远侧脊部的近侧端部部分上并且通过关节运动齿轮组件在其上可旋转地驱动。扭矩传感器744d向控制电路710提供关节运动力反馈信号。关节运动力反馈信号表示施加到端部执行器702的关节运动力。传感器738(诸如关节运动编码器)可向控制电路710提供端部执行器702的关节运动位置。
在另一方面，机器人外科系统700的关节运动功能可包括两个关节运动构件或连杆742a、742b。这些关节运动构件742a、742b由机器人接口(齿条)上的单独的盘驱动，所述单独的盘由两个马达708d、708e驱动。当提供单独的击发马达704a时，关节运动连杆742a、742b中的每个可相对于另一个连杆进行拮抗驱动，以便在头部未运动时向头部提供阻力保持运动和负载，并且在头部进行关节运动时提供关节运动。当头部旋转时，关节运动构件742a、742b以固定的半径附接到头部。因此，当头部旋转时，推拉连杆的机械优点发生变化。机械优点的该变化对于其它关节运动连杆驱动系统可更明显。
在一个方面，一个或多个马达704a-704e可包括具有齿轮箱的有刷DC马达和与击发构件、闭合构件或关节运动构件的机械链路。另一个示例包括操作可移动机械元件诸如位移构件、关节运动连杆、闭合管和轴的电动马达704a-704e。外部影响是事物如组织、周围身体和摩擦对物理系统的未测量的、不可预测的影响。此类外部影响可被称为曳力，其相对电动马达704a-704e中的一个作用。外部影响诸如曳力可导致物理系统的操作偏离物理系统的期望操作。
在一个方面，位置传感器734可被实现为绝对定位系统。在一个方面，位置传感器734可包括磁性旋转绝对定位系统，该磁性旋转绝对定位系统被实现为AS5055EQFT单片磁性旋转位置传感器，其可购自澳大利亚奥地利微电子公司(Austria Microsystems，AG)。位置传感器734与控制器710交接，以提供绝对定位系统。位置可包括位于磁体上方并联接到CORDIC处理器的霍尔效应元件，该CORDIC处理器也被已知为逐位方法和Volder算法，提供该CORDIC处理器以实现用于计算双曲线函数和三角函数的简单有效的算法，双曲线函数和三角函数仅需要加法操作、减法操作、数位位移操作和表格查找操作。
在一个方面，控制电路710可与一个或多个传感器738通信。传感器738可定位在端部执行器702上并且适于与机器人外科器械700一起操作以测量各种衍生参数，诸如间隙距离对时间、组织压缩与时间、以及砧座应变与时间。传感器738可包括磁性传感器、磁场传感器、应变仪、负荷传感器、压力传感器、力传感器、扭矩传感器、电感式传感器诸如涡流传感器、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或用于测量端部执行器702的一个或多个参数的任何其它合适的传感器。传感器738可包括一个或多个传感器。传感器738可位于夹持臂716上，以使用分段电极来确定组织位置。扭矩传感器744a-744e可被配置为能够感测力诸如击发力、闭合力和/或关节运动力等。因此，控制电路710可感测(1)远侧闭合管所经历的闭合负荷及其位置，(2)在齿条处的击发构件及其位置，(3)超声刀片718在其上具有组织的部分，以及(4)两个关节运动杆上的负载和位置。
在一个方面，一个或多个传感器738可包括应变仪，诸如微应变仪，其被配置为能够在夹持条件期间测量夹持臂716中的应变的量值。应变仪提供电信号，该电信号的幅值随着应变量值而变化。传感器738可包括压力传感器，该压力传感器被配置为能够检测由夹持臂716和超声刀片718之间的压缩组织的存在所生成的压力。传感器738可被配置为能够检测位于夹持臂716和超声刀片718之间的组织区段的阻抗，该阻抗指示位于其间的组织的厚度和/或填充度。
在一个方面，传感器738可实现为一个或多个限位开关、机电装置、固态开关、霍尔效应装置、磁阻(MR)装置、巨磁电阻(GMR)装置、磁力计等等。在其它具体实施中，传感器738可被实现为在光的影响下操作的固态开关，诸如光学传感器、IR传感器、紫外线传感器等等。同样，开关可为固态装置，诸如晶体管(例如，FET、结型FET、MOSFET、双极型晶体管等)。在其它具体实施中，传感器738可包括无电导体开关、超声开关、加速度计和惯性传感器等等。
在一个方面，传感器738可被配置为能够测量由闭合驱动系统施加在夹持臂716上的力。例如，一个或多个传感器738可位于闭合管和夹持臂716之间的交互点处，以检测由闭合管施加到夹持臂716的闭合力。施加在夹持臂716上的力可以表示在夹持臂716和超声刀片718之间捕获的组织区段所经受的组织压缩。一个或多个传感器738可沿闭合驱动系统定位在各种交互点处，以检测由闭合驱动系统施加到夹持臂716的闭合力。一个或多个传感器738可在夹持操作期间由控制电路710的处理器实时取样。控制电路710接收实时样本测量值以提供和分析基于时间的信息，并实时评估施加到夹持臂716的闭合力。
在一个方面，电流传感器736可用于测量由马达704a-704e中的每个所消耗的电流。推进可移动的机械元件(诸如闭合构件714)中的任一者所需的力对应于由马达704a-704e中的一个所消耗的电流。将力转换成数字信号并提供给处理器710。控制电路710可以被配置为能够模拟器械的实际系统在控制器的软件中的响应。可致动位移构件以将端部执行器702中的闭合构件714以目标速度或接近目标速度移动。机器人外科系统700可包括反馈控制器，该反馈控制器可为任何反馈控制器中的一者，包括但不限于例如PID、状态反馈、线性平方(LQR)和/或自适应控制器。机器人外科器械700可包括功率源，以例如将来自反馈控制器的信号转换成物理输入，诸如外壳电压、PWM电压、频率调制电压、电流、扭矩和/或力。附加细节公开于2017年6月29日提交的标题为用于机器人外科器械的闭环速度控制技术(CLOSED LOOP VELOCITY CONTROL TECHNIQUES FOR ROBOTIC SURGICAL INSTRUMENT)的美国专利申请序列号15/636,829中，该专利全文以引用方式并入本文。
图18示出了根据本公开的一个方面的被配置为能够控制位移构件的远侧平移的外科器械750的示意图。在一个方面，外科器械750被编程为控制位移构件诸如闭合构件764的远侧平移。外科器械750包括端部执行器752，该端部执行器752可包括夹持臂766、闭合构件764和联接到由超声发生器771驱动的超声换能器769的超声刀片768。
线性位移构件诸如闭合构件764的位置、移动、位移和/或平移可通过绝对定位系统、传感器布置方式和位置传感器784来测量。由于闭合构件764联接到纵向可移动的驱动构件，因此闭合构件764的位置可通过采用位置传感器784测量纵向可移动的驱动构件的位置来确定。因此，在以下描述中，闭合构件764的位置、位移和/或平移可通过本文所述的位置传感器784来实现。控制电路760可以被编程为控制位移构件诸如闭合构件764的平移。在一些示例中，控制电路760可以包括一个或多个微控制器、微处理器或其它合适的处理器，以用于执行使一个或多个处理器以所述方式控制位移构件(例如，闭合构件764)的指令。在一个方面，定时器/计数器781向控制电路760提供输出信号，诸如耗用时间或数字计数，以将如由位置传感器784确定的闭合构件764的位置与定时器/计数器781的输出相关联，使得控制电路760可确定闭合构件764在相对于起始位置的特定时间(t)处的位置。定时器/计数器781可被配置为能够测量所耗用的时间、对外部事件计数或对外部事件计时。
控制电路760可生成马达设定点信号772。马达设定点信号772可被提供给马达控制器758。马达控制器758可包括一个或多个电路，这些电路被配置为能够向马达754提供马达驱动信号774，以驱动马达754，如本文所述。在一些示例中，马达754可为有刷DC电动马达。例如，马达754的速度可与马达驱动信号774成比例。在一些示例中，马达754可为无刷DC电动马达，并且马达驱动信号774可以包括提供给马达754的一个或多个定子绕组的PWM信号。而且，在一些示例中，可以省略马达控制器758，并且控制电路760可以直接生成马达驱动信号774。
马达754可从能量源762处接收功率。能量源762可以是或包括电池、超级电容器或任何其它合适的能量源。马达754可以经由传动装置756机械联接到闭合构件764。传动装置756可以包括一个或多个齿轮或其它连杆器件，以将马达754联接到闭合构件764。位置传感器784可感测闭合构件764的位置。位置传感器784可以是或包括能够生成指示闭合构件764的位置的位置数据的任何类型的传感器。在一些示例中，位置传感器784可包括编码器，该编码器被配置为能够在闭合构件764朝远侧和朝近侧平移时向控制电路760提供一系列脉冲。控制电路760可跟踪脉冲以确定闭合构件764的位置。可使用其它合适的位置传感器，包括例如接近传感器。其它类型的位置传感器可提供指示闭合构件764的运动的其它信号。而且，在一些示例中，可省略位置传感器784。在马达754是步进马达的情况下，控制电路760可以通过聚合马达754已被指示执行的步骤的数量和方向来跟踪闭合构件764的位置。位置传感器784可位于端部执行器752中或器械的任何其它部分处。
控制电路760可与一个或多个传感器788通信。传感器788可定位在端部执行器752上并且适于与外科器械750一起操作以测量各种衍生参数，诸如间隙距离与时间、组织压缩与时间以及砧座应变与时间。传感器788可包括例如磁性传感器、磁场传感器、应变仪、压力传感器、力传感器、电感式传感器(诸如涡流传感器)、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或用于测量端部执行器752的一个或多个参数的任何其它合适的传感器。传感器788可包括一个或多个传感器。
在某些情况下，一个或多个传感器788可包括应变仪，诸如微应变仪，其被配置为能够在夹持条件期间测量夹持臂766中的应变的量值。应变仪提供电信号，该电信号的幅值随着应变量值而变化。传感器788可包括压力传感器，该压力传感器被配置为能够检测由夹持臂766和超声刀片768之间的压缩组织的存在生成的压力。传感器788可被配置为能够检测位于夹持臂766和超声刀片768之间的组织区段的阻抗，该阻抗指示位于其间的组织的厚度和/或填充度。
传感器788可被配置为能够测量由闭合驱动系统施加在夹持臂766上的力。例如，一个或多个传感器788可位于闭合管和夹持臂766之间的交互点处，以检测由闭合管施加到夹持臂766的闭合力。施加在夹持臂766上的力可表示在夹持臂766和超声刀片768之间捕获的组织区段所经受的组织压缩。一个或多个传感器788可以沿闭合驱动系统定位在各种交互点处，以检测由闭合驱动系统施加到夹持臂766的闭合力。一个或多个传感器788可在夹持操作期间由控制电路760的处理器实时取样。控制电路760接收实时样本测量值以提供和分析基于时间的信息，并实时评估施加到夹持臂766的闭合力。
电流传感器786可以用于测量由马达754消耗的电流。推进闭合构件764所需的力可对应于例如由马达754消耗的电流。将力转换成数字信号并提供给控制电路760。
控制电路760可以被配置为能够模拟器械的实际系统在控制器的软件中的响应。可致动位移构件以将端部执行器752中的闭合构件764以目标速度或接近目标速度移动。外科器械750可包括反馈控制器，该反馈控制器可为任何反馈控制器中的一者，包括但不限于例如PID、状态反馈、LQR和/或自适应控制器。外科器械750可包括功率源，以例如将来自反馈控制器的信号转换为物理输入，诸如外壳电压、PWM电压、频率调制电压、电流、扭矩和/或力。
外科器械750的实际驱动系统被配置为能够通过具有齿轮箱和与关节运动和/或刀系统的机械链路的有刷DC马达驱动位移构件、切割构件或闭合构件764。另一个示例是操作例如可互换轴组件的位移构件和关节运动驱动器的电动马达754。外部影响是事物如组织、周围身体和摩擦对物理系统的未测量的、不可预测的影响。这种外部影响可以被称为与电动马达754相反地作用的曳力。外部影响诸如曳力可导致物理系统的操作偏离物理系统的期望操作。
各种示例方面涉及外科器械750，其包括具有马达驱动的外科密封和切割具体实施的端部执行器752。例如，马达754可沿端部执行器752的纵向轴线朝远侧和朝近侧驱动位移构件。端部执行器752可包括可枢转的夹持臂766，并且当被配置为能够用于使用时，超声刀片768与夹持臂766相对定位。临床医生可抓握夹持臂766和超声刀片768之间的组织，如本文所述。当准备好使用器械750时，临床医生可例如通过按下器械750的触发器来提供击发信号。响应于击发信号，马达754可沿端部执行器752的纵向轴线将位移构件从近侧行程开始位置朝远侧驱动到行程开始位置远侧的行程结束位置。当位移构件朝远侧平移时，具有定位在远侧端部处的切割元件的闭合构件764可切割超声刀片768和夹持臂766之间的组织。
在各种示例中，外科器械750可包括控制电路760，该控制电路760被编程为基于一个或多个组织条件控制位移构件(诸如闭合构件764)的远侧平移。控制电路760可被编程为直接或间接地感测组织条件，诸如厚度，如本文所述。控制电路760可以被编程为基于组织条件选择控制程序。控制程序可以描述位移构件的远侧运动。可以选择不同的控制程序以更好地处理不同的组织条件。例如，当存在更厚的组织时，控制电路760可被编程为以更低的速度和/或以更低的功率平移位移构件。当存在更薄的组织时，控制电路760可被编程为以更高的速度和/或以更高的功率平移位移构件。
在一些示例中，控制电路760可针对位移构件的行程的第一开环部分初始以开环构型来操作马达754。基于在行程的开环部分期间器械750的响应，控制电路760可选择击发控制程序。器械的响应可包括在开环部分期间位移构件的平移距离、在开环部分期间耗用的时间、在开环部分期间提供给马达754的能量、马达驱动信号的脉冲宽度之和等。在开环部分之后，控制电路760可对位移构件行程的第二部分实施所选择的击发控制程序。例如，在行程的闭环部分期间，控制电路760可基于以闭环方式描述位移构件的位置的平移数据来调节马达754，以使位移构件以恒定速度平移。附加细节公开于2017年9月29日提交的标题为用于控制外科器械的显示器的系统和方法(SYSTEM AND METHODS FOR CONTROLLING ADISPLAY OF A SURGICAL INSTRUMENT)的美国专利申请序列号15/720,852中，该专利申请全文以引用方式并入本文。
图19为根据本公开的一个方面的被配置为能够控制各种功能的外科器械790的示意图。在一个方面，外科器械790被编程为控制位移构件诸如闭合构件764的远侧平移。外科器械790包括端部执行器792，该端部执行器792可包括夹持臂766、闭合构件764和超声刀片768，该超声刀片768可与一个或多个RF电极796(以点划线示出)互换或结合一个或多个RF电极796工作。超声刀片768联接到由超声发生器771驱动的超声换能器769。
在一个方面，传感器788可被实现为限位开关、机电装置、固态开关、霍尔效应装置、MR装置、GMR装置、磁力计等等。在其它具体实施中，传感器638可被实现为在光的影响下操作的固态开关，诸如光学传感器、IR传感器、紫外线传感器等等。同样，开关可为固态装置，诸如晶体管(例如，FET、结型FET、MOSFET、双极型晶体管等)。在其它具体实施中，传感器788可包括无电导体开关、超声开关、加速度计和惯性传感器等等。
在一个方面，位置传感器784可被实现为绝对定位系统，该绝对定位系统包括被实现为AS5055EQFT单片磁性旋转位置传感器，其可购自澳大利亚奥地利微电子公司(AustriaMicrosystems，AG)。位置传感器784可与控制器760交接，以提供绝对定位系统。位置可包括位于磁体上方并联接到CORDIC处理器的霍尔效应元件，该CORDIC处理器也被已知为逐位方法和Volder算法，提供该CORDIC处理器以实现用于计算双曲线函数和三角函数的简单有效的算法，双曲线函数和三角函数仅需要加法操作、减法操作、数位位移操作和表格查找操作。
在一些示例中，可以省略位置传感器784。在马达754是步进马达的情况下，控制电路760可以通过聚合马达已被指示执行的步骤的数量和方向来跟踪闭合构件764的位置。位置传感器784可位于端部执行器792中或器械的任何其它部分处。
控制电路760可与一个或多个传感器788通信。传感器788可定位在端部执行器792上并且适于与外科器械790一起操作以测量各种衍生参数，诸如间隙距离与时间、组织压缩与时间以及砧座应变与时间。传感器788可包括例如磁性传感器、磁场传感器、应变仪、压力传感器、力传感器、电感式传感器(诸如涡流传感器)、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或用于测量端部执行器792的一个或多个参数的任何其它合适的传感器。传感器788可包括一个或多个传感器。
RF能量源794联接到端部执行器792，并且当RF电极796设置在端部执行器792中以代替超声刀片768或结合超声刀片768工作时，RF能量源794被施加到RF电极796。例如，超声刀片由导电金属制成，并且可用作电外科RF电流的返回路径。控制电路760控制RF能量到RF电极796的递送。
附加细节公开于2017年6月28日提交的美国专利申请序列号15/636,096，其标题为可与钉仓和射频仓联接的外科系统及其使用方法(SURGICAL SYSTEM COUPLABLE WITHSTAPLE CARTRIDGE AND RADIO FREQUENCY CARTRIDGE，AND METHOD OF USING SAME)，该专利全文以引用方式并入本文。
发生器硬件
自适应超声刀片控制算法
在各种方面，智能超声能量装置可包括用于控制超声刀片的操作的自适应算法。在一个方面，超声刀片自适应控制算法被配置为能够识别组织类型并调节装置参数。在一个方面，超声刀片控制算法被配置为能够将组织类型参数化。本公开的以下区段描述了一种用于检测组织的胶原/弹性比率以调谐超声刀片的远侧末端的振幅的算法。本文结合例如图1-94描述了智能超声能量装置的各个方面。因此，以下对自适应超声刀片控制算法的描述应当结合图1-94以及与其相关联的描述来阅读。
组织类型标识和装置参数调节
在某些外科规程中，期望采用自适应超声刀片控制算法。在一个方面，可采用自适应超声刀片控制算法来基于与超声刀片接触的组织的类型来调节超声装置的参数。在一个方面，超声装置的参数可基于组织在超声端部执行器的钳口内的位置(例如，组织在夹持臂和超声刀之间的位置)来调节。超声换能器的阻抗可用于区分组织在端部执行器的远侧端部或近侧端部中的百分比。超声装置的反应可基于组织类型或组织的压缩率。在另一方面，超声装置的参数可基于所识别的组织类型或参数化来调节。例如，超声刀片的远侧末端的机械位移振幅可基于在组织识别过程期间检测到的胶原与弹性蛋白组织的比率而调谐。可使用多种技术检测胶原与弹性蛋白组织的比率，包括红外(IR)表面反射率和比辐射率。由夹持臂和/或夹持臂的行程施加到组织的力以产生间隙和压缩。可采用横跨配备有电极的钳口的电连续性来确定被组织覆盖的钳口的百分比。
图20为根据本公开的至少一个方面的被配置为能够在包括模块化通信集线器的外科数据网络中执行自适应超声刀片控制算法的系统800。在一个方面，发生器模块240被配置为能够执行如本文参考图53-105所述的一个或多个自适应超声刀片控制算法802。在另一方面，装置/器械235被配置为能够执行如本文参考图53-105所述的一个或多个自适应超声刀片控制算法804。在另一方面，装置/器械235和装置/器械235两者均被配置为能够执行如本文参考图53-105所述的自适应超声刀片控制算法802、804。
发生器模块240可包括经由功率变压器与非隔离级通信的患者隔离级。功率变压器的二次绕组包含在隔离级中，并且可包括分接配置(例如，中心分接或非中心分接配置)以限定驱动信号输出，该驱动信号输出用于将驱动信号递送至不同的外科器械，诸如例如超声外科器械、RF电外科器械和包括能够单独或同时递送的超声能量模式和RF能量模式的多功能外科器械。具体地，驱动信号输出可将超声驱动信号(例如，420V均方根(RMS)驱动信号)输出到超声外科器械241，并且驱动信号输出可将RF电外科驱动信号(例如，100V RMS驱动信号)输出到RF电外科器械241。本文参照图21-28B描述发生器模块240的各方面。
发生器模块240或装置/器械235或两者联接到模块化控制塔236，该模块化控制塔236连接到多个手术室装置，诸如例如智能外科器械、机器人和位于手术室中的其它计算机化装置，如参照图8-11所述，例如。
图21示出了发生器900的示例，其为发生器的一种形式，该发生器被配置为能够联接到超声器械并且进一步被配置为能够在包括模块化通信集线器的外科数据网络中执行自适应超声刀片控制算法，如图20中所示。发生器900被配置为能够将多个能量模态递送至外科器械。发生器900提供用于独立地或同时将能量递送至外科器械的RF信号和超声信号。RF信号和超声信号可单独或组合提供，并且可同时提供。如上所述，至少一个发生器输出可通过单个端口递送多种能量模态(例如，超声、双极或单极RF、不可逆和/或可逆电穿孔和/或微波能量等等)，并且这些信号可分开或同时被递送到端部执行器以处理组织。发生器900包括联接到波形发生器904的处理器902。处理器902和波形发生器904被配置为能够基于存储在联接到处理器902的存储器中的信息来生成各种信号波形，为了本公开清楚起见而未示出该存储器。与波形相关联的数字信息被提供给波形发生器904，该波形发生器904包括一个或多个DAC电路以将数字输入转换成模拟输出。模拟输出被馈送到放大器1106用于信号调节和放大。放大器906的经调节和放大的输出联接到功率变压器908。信号通过功率变压器908联接到患者隔离侧中的次级侧。第一能量模态的第一信号被提供给被标记为ENERGY1和RETURN的端子之间的外科器械。第二能量模态的第二信号联接到电容器910两端并被提供给被标记为ENERGY2和RETURN的端子之间的外科器械。应当理解，可输出超过两种能量模态，并且因此下标“n”可被用来指定可提供多至n个ENERGYn端子，其中n是大于1的正整数。还应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可提供多至n个返回路径RETURNn。
第一电压感测电路912联接到被标记为ENERGY1和RETURN路径的端子的两端，以测量其间的输出电压。第二电压感测电路924联接到被标记为ENERGY2和RETURN路径的端子的两端，以测量其间的输出电压。如图所示，电流感测电路914与功率变压器908的次级侧的RETURN支路串联设置，以测量任一能量模态的输出电流。如果为每种能量模态提供不同的返回路径，则应在每个返回支路中提供单独的电流感测电路。第一电压感测电路912和第二电压感测电路924的输出被提供给相应的隔离变压器916、922，并且电流感测电路914的输出被提供给另一隔离变压器918。功率变压器908(非患者隔离侧)的初级侧上的隔离变压器916、928、922的输出被提供给一个或多个ADC电路926。ADC电路926的数字化输出被提供给处理器902用于进一步处理和计算。可采用输出电压和输出电流反馈信息来调整提供给外科器械的输出电压和电流，并且计算输出阻抗等参数。处理器902和患者隔离电路之间的输入/输出通信通过接口电路920提供。传感器也可通过接口920与处理器902电通信。
在一个方面，阻抗可由处理器902通过将联接在被标记为ENERGY1/RETURN的端子两端的第一电压感测电路912或联接在被标记为ENERGY2/RETURN的端子两端的第二电压感测电路924的输出除以与功率变压器908的次级侧的RETURN支路串联设置的电流感测电路914的输出来确定。第一电压感测电路912和第二电压感测电路924的输出被提供给单独的隔离变压器916、922，并且电流感测电路914的输出被提供给另一隔离变压器916。来自ADC电路926的数字化电压和电流感测测量值被提供给处理器902以用于计算阻抗。例如，第一能量模态ENERGY1可为超声能量，并且第二能量模态ENERGY2可为RF能量。然而，除了超声和双极或单极RF能量模态之外，其它能量模态还包括不可逆和/或可逆电穿孔和/或微波能量等。而且，虽然图21中所示的示例示出了可为两种或更多种能量模态提供单个返回路径RETURN，但在其它方面，可为每种能量模态ENERGYn提供多个返回路径RETURNn。因此，如本文所述，超声换能器阻抗可通过将第一电压感测电路912的输出除以电流感测电路914的输出来测量，并且组织阻抗可通过将第二电压感测电路924的输出除以电流感测电路914的输出来测量。
如图21中所示，包括至少一个输出端口的发生器900可包括具有单个输出和多个分接头的功率变压器908，以例如根据正在执行的组织处理类型以一种或多种能量模态(诸如超声、双极或单极RF、不可逆和/或可逆电穿孔和/或微波能量等等)的形式向端部执行器提供功率。例如，发生器900可用更高电压和更低电流递送能量以驱动超声换能器，用更低电压和更高电流递送能量以驱动RF电极以用于密封组织，或者用凝固波形递送能量以用于使用单极或双极RF电外科电极。来自发生器900的输出波形可被操纵、切换或滤波，以向外科器械的端部执行器提供频率。超声换能器与发生器900输出的连接将优选地位于被标记为ENERGY1和RETURN的输出之间，如图21中所示。在一个示例中，RF双极电极与发生器900输出的连接将优选地位于被标记为ENERGY2和RETURN的输出之间。在单极输出的情况下，优选的连接将是有源电极(例如，光锥(pencil)或其它探头)到ENERGY2输出的和连接至RETURN输出的合适的返回垫。
附加细节公开于2017年3月30日公布的标题为用于操作用于数字地生成电信号波形的发生器和外壳器械的技术(TECHNIQUES FOR OPERATING GENERATOR FOR DIGITALLYGENERATING ELECTRICAL SIGNAL WAVEFORMS AND SURGICAL INSTRUMENTS)的美国专利申请公布2017/0086914中，该专利申请全文以引用方式并入本文。
如本说明书通篇所用，术语“无线”及其衍生物可用于描述可通过使用经调制的电磁辐射通过非固体介质来传送数据的电路、装置、系统、方法、技术、通信信道等。该术语并不意味着相关联的组织不包含任何电线，尽管在一些方面它们可能不包含。通信模块可实现多种无线或有线通信标准或协议中的任一种，包括但不限于Wi-Fi(IEEE 802.11系列)、WiMAX(IEEE 802.16系列)、IEEE 802.20、长期演进(LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、蓝牙、及其以太网衍生物、以及被指定为3G、4G、5G和以上的任何其它无线和有线协议计算模块可包括多个通信模块。例如，第一通信模块可专用于更短距离的无线通信诸如Wi-Fi和蓝牙，并且第二通信模块可专用于更长距离的无线通信诸如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO等。
如本文所用，处理器或处理单元是对一些外部数据源(通常为存储器或一些其它数据流)执行操作的电子电路。本文所用术语是指组合多个专门的“处理器”的一个或多个系统(尤其是片上系统(SoC))中的中央处理器(中央处理单元)。
如本文所用，片上系统或芯片上系统(SoC或SOC)为集成了计算机或其它电子系统的所有器件的集成电路(也被称为“IC”或“芯片”)。它可以包含数字、模拟、混合信号以及通常射频功能-全部在单个基板上。SoC将微控制器(或微处理器)与高级外围装置如图形处理单元(GPU)、Wi-Fi模块或协处理器集成。SoC可以包含或可不包含内置存储器。
如本文所用，微控制器或控制器为将微处理器与外围电路和存储器集成的系统。微控制器(或微控制器单元的MCU)可被实现为单个集成电路上的小型计算机。其可类似于SoC；SoC可包括作为其器件之一的微控制器。微控制器可包含一个或多个核心处理单元(CPU)以及存储器和可编程输入/输出外围装置。以铁电RAM、NOR闪存或OTP ROM形式的程序存储器以及少量RAM也经常包括在芯片上。与个人计算机或由各种分立芯片组成的其它通用应用中使用的微处理器相比，微控制器可用于嵌入式应用。
如本文所用，术语控制器或微控制器可为与外围装置交接的独立式IC或芯片装置。这可为计算机的两个部件或用于管理该装置的操作(以及与该装置的连接)的外部装置上的控制器之间的链路。
如本文所述的处理器或微控制器中的任一者可为任何单核或多核处理器，诸如由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)提供的商品名为ARM Cortex的那些。在一个方面，处理器可为例如购自德克萨斯器械公司(Texas Instruments)的LM4F230H5QR ARMCortex-M4F处理器内核，其包括：256KB的单循环闪存或其它非易失性存储器(最多至40MHZ)的片上存储器、用于使性能改善超过40MHz的预取缓冲器、32KB的单循环串行随机存取存储器(SRAM)、装载有
软件的内部只读存储器(ROM)、2KB的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、一个或多个脉宽调制(PWM)模块、一个或多个正交编码器输入(QEI)模拟、具有12个模拟输入信道的一个或多个12位模数转换器(ADC)、以及易得的其它特征。
在一个示例中，处理器可包括安全控制器，该安全控制器包括两个基于控制器的系列，诸如同样由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)提供的商品名为Hercules ARMCortex R4的TMS570和RM4x。安全控制器可被配置为专门用于IEC 61508和ISO 26262安全关键应用等等，以提供先进的集成安全特征件，同时递送可定标的性能、连接性和存储器选项。
模块化装置包括可容纳在外科集线器内的模块(如结合图3和图9所述)和外科装置或器械，该外科装置或器械可连接到各种模块以便与对应的外科集线器连接或配对。模块化装置包括例如智能外科器械、医疗成像装置、抽吸/冲洗装置、排烟器、能量发生器、呼吸机、吹入器和显示器。本文所述的模块化装置可通过控制算法来控制。控制算法可在模块化装置自身上、在与特定模块化装置配对的外科集线器上或在模块化装置和外科集线器两者上执行(例如，经由分布式计算架构)。在一些示例中，模块化装置的控制算法基于由模块化装置自身感测到的数据来控制装置(即，通过模块化装置之中、之上或连接到模块化装置的传感器)。该数据可与正在手术的患者(例如，组织特性或吹入压力)或模块化装置本身相关(例如，刀被推进的速率、马达电流或能量水平)。例如，外科缝合和切割器械的控制算法可根据刀在其前进时遇到的阻力来控制器械的马达驱动其刀穿过组织的速率。
图22示出了包括发生器1100和可与其一起使用的各种外科器械1104、1106、1108的外科系统1000的一种形式，其中外科器械1104为超声外科器械，外科器械1106为RF电外科器械，并且多功能外科器械1108为超声/RF电外科器械的组合。发生器1100可被配置为用于与多种外科装置一起使用。根据各种形式，发生器1100可为可被配置为用于与不同类型的不同外科器械一起使用，该外科器械包括例如超声外科器械1104、RF电外科器械1106以及集成了从发生器1100同时递送的RF能量和超声能量的多功能外科器械1108。尽管在图22的形式中，发生器1100被显示为与外科器械1104、1106、1108分离，然而在一种形式中，发生器1100可与外科器械1104、1106、1108中的任一者整体地形成，以形成一体式外科系统。发生器1100包括位于发生器1100控制台的前面板上的输入装置1110。输入装置1110可包括生成适用于对发生器1100的操作进行编程的信号的任何合适的装置。发生器1100可被配置为用于有线或无线通信。
发生器1100被配置为能够驱动多个外科器械1104、1106、1108。第一外科器械为超声外科器械1104并且包括手持件1105(HP)、超声换能器1120、轴1126和端部执行器1122。端部执行器1122包括声学地联接到超声换能器1120的超声刀片1128和夹持臂1140。手持件1105包括用于操作夹持臂1140的触发器1143和用于给超声刀片1128供能和驱动超声刀片1128或其它功能的切换按钮1134a、1134b、1134c的组合。切换按钮1134a、1134b、1134c可以被配置为能够用发生器1100给超声换能器1120供能。
发生器1100还被配置为能够驱动第二外科器械1106。第二外科器械1106为RF电外科器械，并且包括手持件1107(HP)、轴1127和端部执行器1124。端部执行器1124包括夹持臂1142a、1142b中的电极并穿过轴1127的电导体部分返回。这些电极联接到发生器1100内的双极能量源并由其供能。手持件1107包括用于操作夹持臂1142a、1142b的触发器1145和用于致动能量开关以给端部执行器1124中的电极供能的能量按钮1135。
发生器1100还被配置为能够驱动多功能外科器械1108。多功能外科器械1108包括手持件1109(HP)、轴1129和端部执行器1125。端部执行器1125包括超声刀片1149和夹持臂1146。超声刀片1149声学地联接到超声换能器1120。手持件1109包括用于操作夹持臂1146的触发器1147和用于给超声刀片1149供能和驱动超声刀片1149或其它功能的切换按钮1137a、1137b、1137c的组合。切换按钮1137a、1137b、1137c可以被配置为能够用发生器1100给超声换能器1120供能，并且用同样包含在发生器1100内的双极能量源给超声刀片1149供能。
发生器1100可被配置为用于与多种外科装置一起使用。根据各种形式，发生器1100可为可被配置为用于与不同类型的不同外科器械一起使用，该外科器械包括例如超声外科器械1104、RF电外科器械1106和集成了从发生器1100同时递送的RF能量和超声能量的多功能外科器械1108。尽管在图22的形式中，发生器1100被显示为与外科器械1104、1106、1108分开，然而在另一种形式中，发生器1100可与外科器械1104、1106、1108中的任一者整体地形成，以形成一体式外科系统。如上文所讨论的，发生器1100包括位于发生器1100控制台的前面板上的输入装置1110。输入装置1110可包括生成适用于对发生器1100的操作进行编程的信号的任何合适的装置。发生器1100还可包括一个或多个输出装置1112。用于数字生成电信号波形的发生器和外科器械的另外方面描述于美国专利公布US-2017-0086914-A1中，该专利全文以引用方式并入本文。
图23为根据本公开的至少一个方面的示例超声装置1104的端部执行器1122。端部执行器1122可包括刀片1128，该刀片1128可经由波导联接到超声换能器1120。当由超声换能器1120驱动时，刀片1128可振动，并且当与组织接触时，可切割和/或凝固组织，如本文所述。根据各种方面，并且如图23中所示，端部执行器1122还可包括夹持臂1140，该夹持臂可被配置用于与端部执行器1122的刀片1128协作行动。利用刀片1128，夹持臂1140可包括一组钳口。夹持臂1140可以可枢转地连接在器械部分1104的轴1126的远侧端部处。夹持臂1140可包括夹持臂组织垫1163，该夹持臂组织垫1163可由
或其它合适的低摩擦材料形成。可安装垫1163，以用于与刀1128协作，其中夹持臂1140的枢转移动将夹持垫1163定位成与刀片1128大体平行并接触。通过该配置，可将待夹持的组织咬合可被抓握在组织垫1163与刀片1128之间。组织垫1163可具有锯齿状配置，包括多个轴向间隔开的朝近侧延伸的抓持齿1161，以与刀片1128协作增强对组织的抓持。夹持臂1140可从图23中所示的打开位置以任何合适的方式转变到闭合位置(其中夹持臂1140与刀片1128接触或接近刀片1128)。例如，手持件1105可包括钳口闭合触发器。当由临床医生致动时，钳口闭合触发器可以任何合适的方式枢转夹持臂1140。
发生器1100可被激活以按照任何合适的方式将驱动信号提供到换能器1120。例如，发生器1100可包括脚踏开关1430(图24)，该脚踏开关1430经由脚踏开关缆线1432联接到发生器1100。临床医生可通过压下脚踏开关1430来激活超声换能器1120，并且从而激活超声换能器1120和刀片1128。此外，或作为脚踏开关1430的替代，装置1104的一些方面可利用定位于手持件1105上的一个或多个开关，当被激活时，该一个或多个开关可使发生器1100激活换能器1120。在一个方面，例如，一个或多个开关可包括一对切换按钮1134a、1134b、1134c(图22)例如以确定装置1104的操作模式。当切换按钮1134a被压下时，例如，超声发生器1100可将最大驱动信号提供到换能器1120，从而使其产生最大超声能量输出。压下切换按钮1134b可使超声发生器1100将用户可选的驱动信号提供到超声换能器1120，从而使其产生小于最大值的超声能量输出。附加地或另选地，装置1104可包括第二开关以例如指示用于经由端部执行器1122的夹持臂1140操作钳口的钳口闭合触发器的位置。此外，在一些方面，超声发生器1100可基于钳口闭合触发器的位置被激活(例如，当临床医生压下钳口闭合触发器以经由夹持臂1140闭合钳口时，可施加超声能量)。
附加地或另选地，一个或多个开关可包括切换按钮1134c，该切换按钮1134c在被压下时使发生器1100提供脉冲输出(图22)。脉冲例如可按任何合适的频率和分组提供。在某些方面，例如，脉冲的功率水平可为与切换按钮1134a、1134b相关联的功率水平(最大值、小于最大值)。
应当理解，装置1104可包括切换按钮1134a、1134b、1134c的任何组合(图22)。例如，装置1104可被配置为能够仅具有两个切换按钮：用于产生最大超声能量输出的切换按钮1134a和用于以最大功率水平或小于最大功率水平产生脉冲输出的切换按钮1134c。这样，发生器1100的驱动信号输出配置可为五个连续信号，或任何离散数量的单个脉冲信号(1、2、3、4或5)。在某些方面，例如可基于发生器1100中的EEPROM设定和/或一个或多个用户功率水平选择来控制特定的驱动信号配置。
在某些方面，可提供双位开关来替代切换按钮1134c(图22)。例如，装置1104可包括用于以最大功率水平产生连续输出的切换按钮1134a和双位切换按钮1134b。在第一止动位置中，切换按钮1134b可以小于最大功率水平产生连续输出，并且在第二止动位置中，切换按钮1134b可产生脉冲输出(例如，根据EEPROM设定，以最大功率水平或小于最大功率水平)。
在一些方面，RF电外科端部执行器1124、1125(图22)还可包括一对电极。电极可例如经由缆线与发生器1100通信。电极可用于例如测量存在于夹持臂1142a、1146和刀片1142b、1149之间的组织咬合的阻抗。发生器1100可向电极提供信号(例如，非治疗信号)。例如，可通过监测信号的电流、电压等来发现组织咬合的阻抗。
在各种方面，发生器1100可包括若干独立的功能元件，诸如模块和/或块，如图24、图22的外科系统1000的图示中所示。不同的功能元件或模块可被配置用于驱动不同种类的外科装置1104、1106、1108。例如，超声发生器模块可驱动超声装置，诸如超声外科装置1104。电外科/RF发生器模块可驱动电外科装置1106。例如，模块可生成用于驱动外科装置1104、1106、1108的相应的驱动信号。在各种方面，超声发生器模块和/或电外科/RF发生器模块各自可与发生器1100整体地形成。另选地，模块中的一个或多个可被设置成电联接到发生器1100的单独的电路模块。(模块以虚线显示以示出该部分。)此外，在一些方面，电外科/RF发生器模块可与超声发生器模块整体地形成，或反之亦然。
根据所述方面，超声发生器模块可生成特定电压、电流和频率(例如，55,500循环每秒或Hz)的一个或多个驱动信号。该一个或多个驱动信号可被提供至超声装置1104、尤其是可例如如上所述进行操作的换能器1120。在一个方面，发生器1100可被配置为能够生成特定电压、电流和/或频率输出信号的驱动信号，该驱动信号可在高分辨率、精度和再现性方面进行修改。
根据所述方面，电外科/RF发生器模块可生成具有足以使用射频(RF)能量执行双极电外科的输出功率的一个或多个驱动信号。在双极电外科应用中，驱动信号可被提供至例如电外科装置1106的电极，如上文所述。因此，发生器1100可被配置为用于通过将足以处理组织(例如，凝固、烧灼、组织焊接等)的电能施加到组织而达到治疗目的。
发生器1100可包括位于例如发生器1100控制台的前面板上的输入装置2150(图27B)。输入装置2150可包括产生适用于对发生器1100的操作进行编程的信号的任何合适的装置。在操作中，用户可以使用输入装置2150对发生器1100的操作进行编程或以其它方式进行控制。输入装置2150可包括生成可由发生器(例如，由包含在发生器中的一个或多个处理器)用来控制发生器1100的操作(例如，超声发生器模块和/或电外科/RF发生器模块的操作)的信号的任何合适的装置。在各个方面，输入装置2150包括以下中的一种或多种：按钮、开关、指轮、键盘、小键盘、触摸屏监测器、指点装置、到通用或专用计算机的远程连接。在其它方面，输入装置2150例如可包括合适的用户界面，诸如显示于触摸屏监测器上的一个或多个用户界面屏幕，例如。因此，通过输入装置2150，用户可设定发生器的各种操作参数或对其进行编程，诸如例如由超声发生器模块和/或电外科/RF发生器模块生成的一个或多个驱动信号的电流(I)、电压(V)、频率(f)和/或周期(T)。
发生器1100还可包括位于例如发生器1100控制台的前面板上的输入装置2140(图27B)。输出装置2140包括用于向用户提供感观反馈的一个或多个装置。此类装置可包括例如视觉反馈装置(例如，LCD显示屏、LED指示器)、音频反馈装置(例如，扬声器、蜂鸣器)或触觉反馈装置(例如，触觉致动器)。
尽管可通过示例来描述发生器1100的某些模块和/或块，但可理解，可使用更多或更少数目的模块和/或块，并仍落入所述方面的范围内。此外，虽然各种方面可按照模块和/或块的形式描述以便于说明，但此类模块和/或块可通过一个或多个硬件器件(例如，处理器、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑装置(PLD)、专用集成电路(ASIC)、电路、寄存器)和/或软件器件(例如，程序、子例程、逻辑)、和/或硬件器件与软件器件的组合加以实施。
在一个方面，超声发生器驱动模块和电外科/RF驱动模块1110(图22)可包括作为固件、软件、硬件或它们的任何组合实现的一个或多个嵌入式应用程序。模块可包括各种可执行模块，诸如软件、程序、数据、驱动器、应用程序接口(API)等。固件可存储在非易失性存储器(NVM)(诸如位屏蔽只读存储器(ROM)或闪速存储器)中。在各种具体实施中，将固件存储在ROM中可保护闪存存储器。NVM可包括其它类型的存储器，包括例如可编程ROM(PROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或电池支持的随机存取存储器(RAM)(诸如动态RAM(DRAM)、双数据率DRAM(DDRAM)和/或同步DRAM(SDRAM))。
在一个方面，模块包括硬件器件，该硬件器件被实现为用于执行程序指令的处理器，该程序指令用于监测装置1104、1106、1108的各种可测量特征并生成用于操作装置1104、1106、1108的对应输出驱动信号。在其中发生器1100与装置1104结合使用的方面中，驱动信号可以切割和/或凝固操作模式驱动超声换能器1120。装置1104和/或组织的电特性可被测量并且用于控制发生器1100的操作方面并且/或者可作为反馈提供给用户。在其中发生器1100与装置1106结合使用的方面中，驱动信号可以切割、凝固和/或脱水模式将电能(例如，RF能量)供应至端部执行器1124。可测量装置1106和/或组织的电特性并将其用于控制发生器1100的操作方面并且/或者可作为反馈向用户提供。在各个方面，如在前文所述，硬件器件可被实现为DSP、PLD、ASIC、电路和/或寄存器。在一个方面，处理器可被配置为能够存储和执行计算机软件程序指令，以生成用于驱动装置1104、1106、1108的各种部件(例如超声换能器1120和端部执行器1122、1124、1125)的阶跃函数输出信号。
机电超声系统包括超声换能器、波导和超声刀片。机电超声系统具有由超声换能器、波导和超声刀片的物理特性限定的初始谐振频率。超声换能器受激于交变电压Vg(t)信号和电流Ig(t)信号的谐振频率等于所述机电超声系统。当超声机电系统处于谐振时，电压Vg(t)信号和电流Ig(t)信号之间的相位差为零。换句话说，在谐振时，感应阻抗等于电容阻抗。当超声刀片加热时，超声刀片(被建模为等效电容)的顺应性导致机电超声系统的谐振频率偏移。因此，感应阻抗不再等于电容阻抗，从而导致机电超声系统的驱动频率与谐振频率之间不匹配。系统现在运行“非谐振(off-resonance)”。驱动频率和谐振频率之间的失配的表现为施加到超声换能器的电压Vg(t)信号和电流Ig(t)信号之间的相位差。发生器电子器件可以容易地监测电压Vg(t)和电流Ig(t)信号之间的相位差并且可以连续调节驱动频率直到相位差再次为零为止。此时，新驱动频率等于机电超声系统的新谐振频率。相位和/或频率的变化可用作超声刀片温度的间接测量值。
如图25中所示，超声换能器的机电特性可被建模成这样的等效电路，该等效电路包括具有静态电容的第一支路和具有限定谐振器的机电特性的串联连接的电感、电阻和电容的第二“动态”支路。已知的超声发生器可包括调谐电感器，该调谐电感器用于解谐处于谐振频率的静态电容，使得大体上发生器的驱动信号电流中的所有均流入动态支路中。因此，通过使用调谐电感器，发生器的驱动信号电流表示动态支路电流，并且因此发生器能够控制其驱动信号以保持超声换能器的谐振频率。调谐电感器还可转换超声换能器的相阻抗图以改善发生器的频率锁定能力。然而，调谐电感器必须与超声换能器在操作谐振频率下的特定静态电容匹配。换句话讲，具有不同静态电容的不同超声换能器需要不同的调谐电感器。
图25示出了根据一个方面的超声换能器诸如超声换能器1120的等效电路1500。电路1500包括具有限定谐振器的机电特性的串联连接的电感Ls、电阻Rs和电容Cs的第一“动态”支路和具有静态电容的第二电容支路C0。可在驱动电压Vg(t)下从发生器接收驱动电流Ig(t)，其中动态电流Im(t)流过第一支路并且电流Ig(t)-Im(t)流过电容支路。可通过适当地控制Ig(t)和Vg(t)来实现对超声换能器的机电特性的控制。如上所述，已知的发生器架构可包括并联谐振电路中的调谐电感器Lt(在图25中以虚线显示)，该调谐电感器用于将静态电容C0调谐成谐振频率，使得大体上发生器的电流输出Ig(t)中的所有均流过动态支路。以此方式，通过控制发生器电流输出Ig(t)来实现对动态支路电流Im(t)的控制。然而，调谐电感器Lt对超声换能器的静态电容C0是特定的，并且具有不同静态电容的不同超声换能器需要不同的调谐电感器Lt。此外，因为调谐电感器Lt在单个谐振频率下与静态电容C0的标称值匹配，所以仅在该频率下确保对动态支路电流Im(t)的精确控制。随着频率随换能器温度的推移而向下偏移，对动态支路电流的精确控制受到损害。
发生器1100的各个方面可不依赖于调谐电感器Lt来监测动态支路电流Im(t)。相反，发生器1100可使用在施加用于特定超声外科装置1104的功率之间静电容C0的测量值(连同驱动信号电压和电流反馈数据)，以在动态行进的基础上(例如，实时地)确定动态支路电流Im(t)的值。因此，发生器1100的此类方面能够提供虚拟调谐，以模拟被调谐的系统或与在任何频率下的静电容C0的任何值谐振，而非仅在静态电容C0的标称值所指示的单个谐振频率下谐振。
图26为发生器1100的一个方面的简化框图，该发生器如上所述除提供其它有益效果之外还提供无电感器调谐。图27A-27C示出了根据一个方面的图26的发生器1100的架构。参照图26，发生器1100可包括患者隔离级1520，该患者隔离级经由功率变压器1560与非隔离级1540通信。功率变压器1560的二次绕组1580包含在隔离级1520中，并且可包括分接配置(例如，中心分接或非中心分接配置)来限定驱动信号输出1600a、1600b、1600c，以用于将驱动信号输出至不同外科装置(诸如例如，超声外科装置1104和电外科装置1106)。具体而言，驱动信号输出1600a、1600b、1600c可将驱动信号(例如，420V RMS驱动信号)输出至超声外科装置1104，并且驱动信号输出1600a、1600b、1600c可将驱动信号(例如，100V RMS驱动信号)输出至电外科装置1106，其中输出1060b对应于功率变压器1560的中心分接头。非隔离级1540可包括功率放大器1620，该功率放大器1620具有连接到功率变压器1560的一次绕组1640的输出。在某些方面，功率放大器1620可包括例如推拉放大器。非隔离级1540还可包括可编程逻辑装置1660，该可编程逻辑装置1660用于向数模转换器(DAC)1680供应数字输出，而该数模转换器1680继而将对应的模拟信号供应至功率放大器1620的输入。在某些方面，可编程逻辑器件1660可包括例如现场可编程门阵列(FPGA)。由于经由DAC 1680控制功率放大器1620的输入，可编程逻辑装置1660可因此控制在驱动信号输出1600a、1600b、1600c处出现的驱动信号的多个参数(例如，频率、波形形状、波形振幅)中的任一者。在某些方面并且如下所述，可编程逻辑装置1660结合处理器(例如，以下所述的处理器1740)可实现多个基于数字信号处理(DSP)的算法和/或其它控制算法，以控制由发生器1100输出的驱动信号的参数。
可通过开关模式调整器1700将功率供应至功率放大器1620的功率轨。在某些方面，开关模式调节器1700可包括例如可调式降压调节器。如上所述，非隔离级1540可进一步包括处理器1740，该处理器1740在一个方面可包括DSP处理器诸如ADSP-21469 SHARC DSP，其可得自例如马萨诸塞州诺伍德的模拟装置公司(Analog Devices，Norwood，Mass.)。在某些方面，处理器1740可响应于由处理器1740经由模数转换器(ADC)1760从功率放大器1620接收的电压反馈数据来控制开关模式功率转换器1700的操作。在一个方面，例如，处理器1740可经由ADC 1760接收正被功率放大器1620放大的信号(例如，RF信号)的波形包络作为输入。然后，处理器1740可控制开关模式调节器1700(例如，经由脉宽调制(PWM)输出)，使得被供应至功率放大器1620的干线电压跟踪经放大信号的波形包络。通过基于波形包络动态调制功率放大器1620的干线电压，功率放大器1620的效率相对于固定干线电压放大器方案可显著升高。处理器1740可被配置为用于有线或无线通信。
在某些方面并且如结合图28A-28B更详细地讨论的，可编程逻辑装置1660结合处理器1740可实现直接数字合成器(DDS)控制方案，以控制由发生器1100输出的驱动信号的波形形状、频率和/或振幅。在一个方面，例如，可编程逻辑装置1660可通过检索(recall)存储于动态更新的查找表(LUT)(诸如可嵌入在FPGA中的RAM LUT)中的波形样本来实现DDS控制算法2680(图28A)。该控制算法尤其可用于如下超声应用，其中超声换能器诸如超声换能器1120可由其谐振频率下的纯正弦式电流驱动。因为其它频率可激发寄生谐振，因此最小化或减小动态支路电流的总失真可相应地最小化或减小不利的谐振效应。因为由发生器1100输出的驱动信号的波形形状受输出驱动电路(例如，功率变压器1560、功率放大器1620)中存在的各种失真源的影响，所以基于驱动信号的电压和电流反馈数据可被输入至算法(诸如由处理器1740实现的误差控制算法)中，该算法通过适当地在动态行进的基础上(例如，实时地)使存储于LUT中的波形样本预先失真或修改来补偿失真。在一种形式中，对LUT样本所施加的预先失真量或程度可基于所计算的动态支路电流与期望的电流波形形状之间的误差而定，其中该误差可在逐一样本的基础上确定。以该方式，预先失真的LUT样本在通过驱动电路进行处理时，可使动态支路驱动信号具有所期望的波形形状(例如，正弦形状)，以最佳地驱动超声换能器。因此，在此类方面，当考虑到失真效应时，LUT波形样本将因此不表示驱动信号的期望波形形状，而是表示最终产生动态支路驱动信号的期望波形形状所需的波形形状。
非隔离级1540可进一步包括ADC 1780和ADC 1800，该ADC 1780和ADC 1800经由相应的隔离变压器1820、1840联接到功率变压器1560的输出，以分别用于对由发生器1100输出的驱动信号的电压和电流进行采样。在某些方面，ADC 1780、1800可被配置为能够以高速(例如，80Msps)进行采样，以实现对驱动信号进行过采样。在一个方面，例如，ADC 1780、1800的采样速度可实现驱动信号的约200X(根据频率而定)的过采样。在某些方面，可通过经由二路式多路复用器接收输入电压信号和电流信号的单个ADC来执行ADC 1780、1800的采样操作。通过在发生器1100的方面中使用高速采样，除可实现其它事物之外，还可实现对流过动态支路的复杂电流的计算(这在某些方面可用于实现上述基于DDS的波形形状控制)、对采样信号进行精确的数字滤波、以及以高精度计算实际功耗。ADC 1780、1800所输出的电压和电流反馈数据可由可编程逻辑装置1660接收并处理(例如，FIFO缓冲、多路复用)并且被存储于数据存储器中，以供例如DSP处理器1740后续检索。如上所述，电压和电流反馈数据可用作算法的输入用于以动态行进方式使LUT波形样本预先失真或修改。在某些方面，当采集到电压和电流反馈数据对时，这可需要基于由可编程逻辑装置1660输出的对应LUT样本或以其它方式与对应LUT样本相关联，为每个所存储的电压和电流反馈数据对进行编索引。以此方式使LUT样本和电压和电流反馈数据同步有助于预失真算法的准确计时和稳定性。
在某些方面，可使用电压和电流反馈数据来控制驱动信号的频率和/或振幅(例如，电流振幅)。在一个方面，例如，可使用电压和电流反馈数据来确定阻抗相位，例如电压和电流驱动信号之间的相位差。随后，可控制驱动信号的频率以最小化或减小所确定阻抗相位与阻抗相位设定点(例如，0°)之间的差值，从而最小化或减小谐波失真的影响，并且相应地提高阻抗相位测量精确度。相位阻抗和频率控制信号的确定可在处理器1740中实现，例如，其中频率控制信号作为输入被供应至由可编程逻辑装置1660实现的DDS控制算法。
阻抗相位可通过傅立叶分析来确定。在一个方面，可使用如下的快速傅里叶变换(FFT)或离散傅里叶变换(DFT)来确定发生器电压Vg(t)驱动信号和发生器电流Ig(t)驱动信号之间的相位差：
在正弦频率下评估傅立叶变换得到：
其它方法包括加权最小二乘估计、卡尔曼滤波和基于空间矢量的技术。例如，FFT或DFT技术中的几乎所有处理可在数字域中在例如2-信道高速ADC 1780、1800的辅助下执行。在一种技术中，电压信号和电流信号的数字信号样本是用FFT或DFT傅里叶变换的。可通过以下公式计算任何时间点处的相位角
其中
为相位角，f为频率，t为时间，并且
为在t＝0处的相位。
用于确定电压Vg(t)信号和电流Ig(t)信号之间的相位差的另一技术为零点交叉方法并且产生非常精确的结果。对于具有相同频率的电压Vg(t)信号和电流Ig(t)信号，电压信号Vg(t)的每个负到正零点交叉触发脉冲的开始，而电流信号Ig(t)的每个负到正零点交叉触发脉冲的结束。其结果是脉冲串具有与电压信号和电流信号之间的相位角成比例的脉冲宽度。在一个方面，脉冲串可通过平均滤波器以得到相位差的测量值。此外，如果正到负零点交叉也以类似的方式使用，并且结果取平均值，则可减小DC和谐波分量的任何效果。在一个具体实施中，该模拟电压Vg(t)信号和电流Ig(t)信号被转换为数字信号，在模拟信号为正的情况下该数字信号为高的，并且在模拟信号为负的情况下该数字信号为低的。高精度相位估计需要在高值和低值之间进行急剧转变。在一个方面，可采用Schmitt触发器以及RC稳定化网络将模拟信号转换为数字信号。在其它方面，可采用边缘触发RS触发器(flip-flop)和辅助电路。在又一方面，零点交叉技术可采用异或(XOR)门。
用于确定电压信号和电流信号之间的相位差的其它技术包括Lissajous图和对图像的监测；方法，诸如三伏特计法、交叉线圈法、矢量伏特计和矢量阻抗法；以及使用相位标准器械、锁相环路、以及如Peter O’Shea、2000 CRC出版有限公司＜http://www.engnetbase.com＞的“相位测量”(Peter O’Shea，2000 CRC Press LLC，＜http://www.engnetbase.com＞)，该文献以引用方式并入本文。
在另一方面，例如，可监测电流反馈数据，以便将驱动信号的电流振幅保持在电流振幅设定点。电流振幅设定点可被直接指定或基于特定的电压振幅和功率设定点而间接地确定。在某些方面，可通过处理器1740中的控制算法(诸如例如，比例积分微分(PID)控制算法)来实现对电流振幅的控制。控制算法为了适当控制驱动信号的电流振幅而控制的变量可包括例如存储在可编程逻辑装置1660中的LUT波形样本的定标和/或经由DAC 1860的DAC1680(其为功率放大器1620供应输入)的全标度输出电压。
非隔离级1540可进一步包括处理器1900以用于除别的之外还提供用户界面(UI)功能。在一个方面，处理器1900可包括例如购自加利福尼亚州圣何塞的阿特梅尔公司(Atmel Corporation，San Jose，Calif.)的具有ARM926EJ-S核心的Atmel AT91 SAM9263处理器。处理器1900所支持的UI功能的示例可包括听觉和视觉用户反馈、与外围装置(例如，经由通用串行总线(USB)接口)的通信、与脚踏开关1430的通信、与输入装置2150(例如，触摸屏显示器)的通信、以及与输出装置2140(例如，扬声器)的通信。处理器1900可与处理器1740和可编程逻辑装置(例如，经由串行外围接口(SPI)总线)通信。尽管处理器1900可主要支持UI功能，然而在某些方面，它也可与处理器1740配合以实现风险减缓。例如，处理器1900可被编程用于监测用户输入和/或其它输入(例如，触摸屏输入2150、脚踏开关1430输入、温度传感器输入2160)的各个方面，并且当检测到错误条件时停用发生器1100的驱动输出。
在某些方面，处理器1740(图26、图27A)和处理器1900(图26、图27B)可确定并监测发生器1100的操作状态。对于处理器1740，发生器1100的操作状态例如可指示处理器1740实现的是哪些控制和/或诊断过程。对于处理器1900，发生器1100的操作状态例如可指示用户界面的哪些元素(例如，显示屏、声音)被呈现给用户。处理器1740、1900可独立地保持发生器1100的当前操作状态并识别和评估当前操作状态的可能转变。处理器1740可用作该关系中的主体并确定何时会发生操作状态间的转变。处理器1900可注意到操作状态间的有效转变并可证实特定的转变是否适当。例如，当处理器1740指示处理器1900转变至特定状态时，处理器1900可验证所请求的转变是有效的。在处理器1900确定所请求的状态间转变是无效的情况下，处理器1900可使发生器1100进入失效模式。
非隔离级1540可进一步包括控制器1960(图26、图27B)，以用于监测输入装置2150(例如，用于接通和断开发生器1100的电容式触摸传感器、电容式触摸屏)。在某些方面，控制器1960可包括与处理器1900通信的至少一个处理器和/或其它控制器装置。在一个方面，例如，控制器1960可包括处理器(例如，可从Atmel公司(Atemel)购得的Mega1688位控制器)，该处理器被配置为能够监测经由一个或多个电容式触摸传感器提供的用户输入。在一个方面，控制器1960可包括触摸屏控制器(例如，可从Atmel公司(Atemel)购得的QT5480触摸屏控制器)，以控制和管理从电容式触摸屏对触摸数据的采集。
在某些方面，当发生器1100处于“功率关”状态时，控制器1960可继续接收操作功率(例如，经由来自发生器1100的功率源(诸如以下讨论的功率源2110(图26))的管线)。以此方式，控制器1960可继续监测输入装置2150(例如，位于发生器1100的前面板上的电容式触摸传感器)，以用于接通和断开发生器1100。当发生器1100处于“功率关”状态时，如果检测到用户“接通/断开”输入装置2150的激活，则控制器1960可唤醒功率源(例如，启用功率源2110的一个或多个DC/DC电压转换器2130(图26)的操作)。因此控制器1960可开始使发生器1100转变至“功率开”状态的序列。相反，当发生器1100处于“功率开”状态时，如果检测到“接通/断开”输入装置2150的激活，则控制器1960可开始使发生器1100转变至“功率关”状态的序列。在某些方面，例如，控制器1960可向处理器1900报告“接通/断开”输入装置2150的激活，处理器1900继而实现所需的过程序列以使发生器1100转变至“功率关”状态。在此类方面，控制器1960可不具有在已建立起“功率关”状态之后从发生器1100移除功率的独立能力。
在某些方面，控制器1960可使发生器1100提供听觉或其它感观反馈，以用于警示用户“功率开”或“功率关”序列已开始。可在“功率开”或“功率关”序列开始时以及在与该序列相关联的其它过程开始之前提供此警示。
在某些方面，隔离级1520可包括器械接口电路1980，以例如在外科装置的控制电路(例如，包括手持件开关的控制电路)与非隔离级1540的器件(诸如例如，可编程逻辑装置1660、处理器1740、和/或处理器1900)之间提供通信接口。器械接口电路1980可经由保持级1520、1540之间的合适的电隔离程度的通信链路(诸如例如，基于红外(IR)的通信链路)与非隔离级1540的器件交换信息。例如，可使用由隔离变压器供电的低压降电压调整器为器械接口电路1980供应功率，该低压降电压调整器从非隔离级1540被驱动。
在一个方面，器械接口电路1980可包括与信号调节电路2020(图26和图27C)通信的可编程逻辑装置2000。信号调节电路2020可被配置为能够从可编程逻辑电路2000接收周期性信号(例如，2kHz的方波)，以生成具有相同频率的双极询问信号。例如，可使用由差分放大器馈送的双极电流源生成询问信号。询问信号可被发送至外科装置控制电路(例如，通过使用将发生器1100连接到外科装置的缆线中的导电对)并被监测，以确定控制电路的状态或配置。例如，控制电路可包括多个开关、电阻器和/或二极管，以修改询问信号的一个或多个特征(例如，振幅、校正)，使得可基于该一个或多个特征唯一地辨别控制电路的状态或配置。在一个方面，例如，信号调节电路2020可包括ADC，以用于生成由于询问信号通过控制电路而出现在控制电路的输入中的电压信号的样本。然后，可编程逻辑装置2000(或非隔离级1540的器件)可基于ADC样本来确定控制电路的状态或配置。
在一个方面，器械接口电路1980可包括第一数据电路接口2040，以实现可编程逻辑装置2000(或器械接口电路1980的其它元件)与设置于外科装置中的或以其它方式与外科装置相关联的第一数据电路之间的信息交换。在某些方面，例如，第一数据电路2060可设置于整体地附接到外科装置手持件的缆线中，或设置于用于使特定的外科装置类型或模型与发生器1100交接的适配器。在某些方面，第一数据电路可包括非易失性存储装置，诸如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)装置。在某些方面并且再次参见图26，第一数据电路接口2040可与可编程逻辑装置2000分开地实现，并且包括合适的电路系统(例如，离散的逻辑装置、处理器)，以实现可编程逻辑装置2000和第一数据电路之间的通信。在其它方面，第一数据电路接口2040可与逻辑装置2000成为整体。
在某些方面，第一数据电路2060可存储与相关联的特定外科装置相关的信息。此类信息可包括例如型号、序列号、其中已使用外科装置的多个操作、和/或任何其它类型的信息。该信息可被器械接口电路1980(例如，通过可编程逻辑装置2000)读取、被传输至非隔离级1540的器件(例如，至可编程逻辑装置1660、处理器1740和/或处理器1900)，以经由输出装置2140呈现给用户并且/或者控制发生器1100的功能或操作。另外，任何类型的信息均可经由第一数据电路接口2040(例如，使用可编程逻辑装置2000)被发送至第一数据电路2060以存储于其中。此类信息例如可包括其中使用外科装置的操作的更新数目和/或其使用的日期和/或时间。
如在前所讨论，外科器械可从手持件拆卸(例如，器械1106可从手持件1107拆卸)以促进器械可互换性和/或处置性。在此类情形中，已知发生器的识别所使用特定器械配置和相应地优化控制和诊断过程的能力可受限。然而，从兼容性角度来看，通过对外科装置器械添加可读数据电路来解决此问题是有问题的。例如，设计外科装置来保持与缺少必备数据读取功能的发生器的向后兼容可由于例如不同的信号方案、设计复杂性和成本而不切实际。器械的其它方面通过使用数据电路来解决这些问题，该数据电路可经济地实现于现有外科器械中并具有最小的设计变化，以保持外科装置与当前发生器平台的兼容性。
另外，发生器1100的方面可实现与基于器械的数据电路的通信。例如，发生器1100可被配置为能够与外科装置的器械(例如，器械1104、1106或1108)中所包含的第二数据电路进行通信。器械接口电路1980可包括用于实现该通信的第二数据电路接口2100。在一个方面，第二数据电路接口2100可包括三态数字接口，但也可使用其它接口。在某些方面，第二数据电路通常可为用于传输和/或接收数据的任何电路。在一个方面，第二数据电路可存储与相关联的特定外科器械相关的信息。此类信息可包括例如型号、序列号、其中已使用外科器械的多个操作、和/或任何其它类型的信息。附加地或另选地，任何类型的信息均可经由第二数据电路接口2100(例如，使用可编程逻辑装置2000)被发送至第二数据电路以存储于其中。此类信息例如可包括其中使用外科器械的操作的更新数目和/或其使用的日期和/或时间。在某些方面，第二数据电路可传输由一个或多个传感器(例如，基于器械的温度传感器)采集的数据。在某些方面，第二数据电路可从发生器1100接收数据并基于所接收的数据向用户提供指示(例如，LED指示或其它可视指示)。
在某些方面，第二数据电路和第二数据电路接口2100可被配置为能够使得可达成可编程逻辑装置2000与第二数据电路之间的通信而无需为此提供附加的导体(例如，将手持件连接至发生器1100的缆线的专用导体)。在一个方面，例如，可使用实施于现有缆线上的单总线通信方案(诸如用于将询问信号从信号调节电路2020传输到手持件中的控制电路的导体中的一者)而将信息传输至第二数据电路并从第二数据电路传输信息。以此方式，可最小化或减少原本可能必要的外科装置的设计变化或修改。此外，因为可在共用物理信道(具有频带分离或不具有频带分离)上实现不同类型的通信，所以第二数据电路的存在对于不具有必备数据读取功能的发生器而言可为“隐形的”，因此能够实现外科装置器械的向后兼容性。
在某些方面，隔离级1520可包括至少一个阻挡电容器2960-1(图27C)，该至少一个阻挡电容器2096-1连接到驱动信号输出件1600b以防止DC电流流向患者。例如，可要求信号阻挡电容器符合医疗规则或标准。尽管相对而言单电容器设计中很少出现错误，然而此类错误可造成不良后果。在一个方面，可设置有与阻挡电容器2960-1串联的第二阻挡电容器2960-2，其中通过例如ADC 2980来检测从阻挡电容器2960-1、2960-2之间的点发生的电流泄漏，以用于对泄漏电流所感应的电压进行采样。该样本例如可由可编程逻辑装置2000接收。基于泄漏电流的变化(如图26的方面中的电压样本所指示)，发生器1100可确定阻挡电容器2960-1、2960-2中的至少一个何时失效。因此，图26的方面相对于具有单个失效点的单个电容器设计具有益处。
在某些方面，非隔离级1540可包括功率源2110，以用于在适当的电压和电流下输出DC功率。功率源可包括例如400W的功率源用于输出48VDC的系统电压。如上所述，功率源2110可进一步包括一个或多个DC/DC电压转换器2130，以用于接收功率源的输出，以在发生器1100的各种器件所需的电压和电流下产生DC输出。如以上结合控制器1960所述，当控制器1960检测到用户激活“接通/断开”输入装置2150以启用DC/DC电压转换器2130的操作或唤醒DC/DC电压转换器2130时，DC/DC电压转换器2130中的一个或多个可从控制器1960接收输入。
图28A-28B示出了发生器1100的一个方面的某些功能和结构方面。指示来自功率变压器1560的二次绕组1580的电流和电压输出的反馈分别由ADC 1780、1800接收。如图所示，ADC 1780、1800可被实现为2-信道ADC，并且可高速(例如，80Msps)对反馈信号进行采样以允许对驱动信号进行过采样(例如，大约200x过采样)。在由ADC 1780、1800处理之前，电流反馈信号和电压反馈信号可在模拟域中适当调节(例如，放大、滤波)。来自ADC 1780、1800的电流和电压反馈样本可被单独缓冲，并且随后被多路复用或交插到可编程逻辑器件1660的块2120内的单个数据流中。在图28A-28B的方面，可编程逻辑装置1660包括FPGA。
多路复用电流和电压反馈样本可由实现在处理器1740的块2144内的并行数据采集端口(PDAP)来接收。PDAP可包括用于实现用于将多路复用反馈样本与存储器地址相关联的多种方法中的任一种的封装单元。在一个方面，例如，对应于由可编程逻辑装置1660输出的特定LUT样本的反馈样本可存储在与LUT样本的LUT地址相关或建立索引的一个或多个存储器地址处。在另一方面，对应于由可编程逻辑装置1660输出的特定LUT样本的反馈样本可与LUT样本的LUT地址一起存储在公共存储器位置处。在任何情况下，反馈样本可被存储为使得可随后确定源自其的特定反馈样本集合的LUT样本的地址。如上所述，以该方式同步LUT样本地址和反馈样本有助于预失真算法的正确定时和稳定性。处理器1740的块2166处实现的直接存储器访问(DMA)控制器可在处理器1740的指定存储器位置2180(例如，内部RAM)处存储反馈样本(以及在适用的情况下存储任何LUT样本地址数据)。
处理器1740的块2200可实现预失真算法，以用于在动态行进的基础上预失真或修改存储在可编程逻辑装置1660中的LUT样本。如上所述，LUT样本的预失真可补偿发生器1100的输出驱动电路中存在的各种失真源。预失真的LUT样本在通过驱动电路进行处理时，将因此使驱动信号具有所期望的波形形状(例如，正弦形状)，以最佳地驱动超声换能器。
在预失真算法的块2220处，确定通过超声换能器的动态支路的电流。可基于例如存储在存储器位置2180处的电流和电压反馈样本(其在适当定标时可表示上文所讨论的图25的模型中的Ig和Vg)、超声换能器静态电容C0的值、以及驱动频率的已知值，使用基尔霍夫电流定律来确定动态支路电流。可确定与LUT样本相关联的每组所存储的电流和电压反馈样本的动态支路电流样本。
在预失真算法的块2240处，将在块2220处确定的每个动态支路电流样本与期望的电流波形形状的样本进行比较，以确定比较的样本之间的差值或样本振幅误差。为了该确定，可例如从波形形状LUT 2260供应期望电流波形形状的样本，该波形形状LUT 2260包含期望电流波形形状的一个循环的振幅样本。用于比较的来自LUT 2260的期望电流波形形状的特定样本可由与用于比较的动态支路电流样本相关联的LUT样本地址来决定。因此，运动支路电流对块2240的输入可与其相关联的LUT样本地址的输入同步到块2240。因此，存储在可编程逻辑装置1660中的LUT样本和存储在波形形状LUT 2260中的LUT样本的数量可相等。在某些方面，由存储在波形形状LUT 2260中的LUT样本表示的期望电流波形形状可为基本正弦波。其它波形形状可为期望的。例如，可以设想可使用用于驱动在其它频率下与一个或多个其它驱动信号叠加的超声换能器的主纵向运动的基本正弦波，诸如用于驱动用于横向或其它模式的有利振动的至少两个机械谐振的三阶谐波。
在块2240确定的样本振幅误差的每个值连同其相关联的LUT地址的指示一起被传输到可编程逻辑装置1660的LUT(在图28A中的块2280处示出)。基于样本振幅误差的值及其相关联的地址(以及任选地，先前接收的相同LUT地址的样本振幅误差的值)，LUT 2280(或可编程逻辑装置1660的其它控制块)可预失真或修改存储在LUT地址处的LUT样本的值，使得样本振幅误差减小或最小化。应当理解，在整个LUT地址范围内以迭代方式对每个LUT样本进行此类预失真或修改将导致发生器的输出电流的波形形状匹配或适形于波形形状LUT2260的样本所表示的期望电流波形形状。
电流和电压振幅测量值、功率测量值和阻抗测量值可在处理器1740的块2300处基于存储在存储器位置2180处的电流和电压反馈样本来确定。在确定这些量之前，反馈样本可被适当地定标，并且在某些方面，通过合适的滤波器2320进行处理以移除由例如数据采集过程和感应的谐波分量产生的噪声。因此，滤波后的电压和电流样本可大体上表示发生器的驱动输出信号的基频。在某些方面，滤波器2320可为应用于频域的有限脉冲响应(FIR)滤波器。此类方面可使用输出驱动信号电流和电压信号的快速傅里叶变换(FFT)。在某些方面，所得频谱可用于提供附加的发生器功能。在一个方面，例如，第二阶谐波分量和/或第三阶谐波分量相对于基频分量的比率可用作诊断指示符。
在块2340(图28B)处，可对表示整数循环的驱动信号的一定样本大小的电流反馈样本应用均方根(RMS)计算，以生成表示驱动信号输出电流的测量值Irms。
在块2360处，可对表示整数循环的驱动信号的一定样本大小的电压反馈样本应用均方根(RMS)计算，以确定表示驱动信号输出电压的测量值Vrms。
在块2380处，可将电流和电压反馈样本进行逐点相乘，并且可对表示整数循环的驱动信号的样本进行平均计算，以确定发生器的真实输出功率的测量值Pr。
在块2400处，发生器的表观输出功率的测量值Pa可被确定为乘积Vrms·Irms。
在块2420处，负载电阻量值的测量值Zm可被确定为商数Vrms/Irms。
在某些方面，在块2340、2360、2380、2400和2420处确定的量Irms、Vrms、Pr、Pa和Zm可被发生器1100用于实现多个控制和/或诊断过程中的任一者。在某些方面，这些量中的任一者可经由例如与发生器1100形成整体的输出装置2140或通过合适的通信接口(例如，USB接口)连接到发生器1100的输出装置2140来传送至用户。例如，各种诊断过程可包括但不限于手持件完整性、器械完整性、器械附接完整性、器械过载、接近器械过载、频率锁定失效、过电流条件、过功率条件、电压感测失效、电流感测失效、音频指示失效、视觉指示失效、短路条件、功率递送失效或阻塞电容器失效。
处理器1740的块2440可实现用于确定和控制由发生器1100驱动的电力负载(例如，超声换能器)的阻抗相位的相位控制算法。如上所述，通过控制驱动信号的频率以最小化或减小所确定的阻抗相位与阻抗相位设定点(例如，0°)之间的差值，可最小化或减小谐波失真的影响，并且相位测量的准确性增大。
相位控制算法接收存储在存储器位置2180中的电流和电压反馈样本作为输入。在将反馈样本用于相位控制算法之前，反馈样本可被适当定标，并且在某些方面通过合适的滤波器2460(其可与滤波器2320相同)进行处理以移除例如数据采集过程和感应的谐波分量所产生的噪声。因此，滤波后的电压和电流样本可大体上表示发生器的驱动输出信号的基频。
在相位控制算法的块2480处，确定通过超声换能器的动态支路的电流。该确定可与上文结合预失真算法的块2220所述的确定相同。因此，对于与LUT样本相关联的每组所存储的电流和电压反馈样本，块2480的输出可以是动态支路电流样本。
在相位控制算法的块2500处，基于在块2480处确定的动态支路电流样本的同步输入和对应的电压反馈样本来确定阻抗相位。在某些方面，阻抗相位被确定为在波形上升沿处测量的阻抗相位和在波形的下降沿处测量的阻抗相位的平均值。
在相位控制算法的块2520处，将在块2220处确定的阻抗相位值与相位设定点2540进行比较，以确定所比较值之间的差值或相位误差。
在相位控制算法的块2560(图28A)处，基于在块2520处确定的相位误差的值和在块2420处确定的阻抗量值，确定用于控制驱动信号的频率的频率输出。频率输出的值可由块2560连续调节并传输至DDS控制块2680(下文讨论)，以便将在框2500处确定的阻抗相位保持在相位设定点处(例如，零相位误差)。在某些方面，阻抗相位可被调整至0°相位设定点。这样，任何谐波失真将围绕电压波形的波峰居中，从而增强相位阻抗确定的准确性。
处理器1740的块2580可实现用于调制驱动信号的电流振幅的算法，以便根据用户指定的设定点或根据由发生器1100实现的其它过程或算法所指定的要求来控制驱动信号电流、电压和功率。这些量的控制可例如通过定标LUT 2280中的LUT样本并且/或者通过经由DAC 1860调节DAC 1680(其向功率放大器1620供应输入)的全标度输出电压来实现。块2600(其在某些方面可被实现为PID控制器)可接收来自存储器位置2180的电流反馈样本(其可被适当地定标和滤波)作为输入。可将电流反馈样本与由受控变量(例如，电流、电压或功率)规定的“电流需求”Id值进行比较，以确定驱动信号是否供应必要的电流。在驱动信号电流为控制变量的方面，电流需求Id可由电流设定点2620A(Isp)直接指定。例如，可将电流反馈数据的RMS值(如块2340中所确定)与用户指定的RMS电流设定点Isp进行比较以确定适当的控制器动作。例如，如果电流反馈数据指示RMS值小于电流设定点Isp，则DAC 1680的LUT定标和/或全标度输出电压可由块2600调节，使得驱动信号电流增大。相反，当电流反馈数据指示RMS值大于电流设定点Isp时，块2600可调节DAC 1680的LUT定标和/或全标度输出电压以降低驱动信号电流。
在驱动信号电压为控制变量的方面，电流需求Id可例如基于保持在块2420处测量的负载阻抗量值Zm给出的期望电压设定点2620B(Vsp)所需的电流间接指定(例如，Id＝Vsp/Zm)。相似地，在驱动信号功率为控制变量的方面，电流需求Id可例如基于在块2360处测量的电压Vrms给出的期望设定点2620C(Psp)所需的电流间接指定(例如，Id＝Psp/Vrms)。
块2680(图28A)可实现DDS控制算法，以用于通过检索存储在LUT2280中的LUT样本来控制驱动信号。在某些方面，DDS控制算法可以是数字控制振荡器(NCO)算法，以用于使用点(存储器位置)-跳过技术以固定时钟速率生成波形的样本。NCO算法可实现相位累加器或频率到相位转换器，其用作地址指针以用于从LUT 2280中检索LUT样本。在一个方面，相位累加器可为D步长、模量N的相位累加器，其中D是表示频率控制值的正整数，并且N是LUT2280中的LUT样本的数量。例如，D＝1的频率控制值可使得相位累加器顺序地指向LUT 2280的每个地址，从而导致波形输出复制存储在LUT 2280中的波形。当D＞1时，相位累加器可跳过LUT 2280中的地址，从而产生具有更高频率的波形输出。因此，由DDS控制算法生成的波形的频率可因此通过适当地改变频率控制值来控制。在某些方面，频率控制值可基于在块2440处实现的相位控制算法的输出来确定。块2680的输出可供应DAC 1680的输入，DAC1680继而向功率放大器1620的输入供应对应的模拟信号。
处理器1740的块2700可实现开关模式转换器控制算法，以用于基于被放大信号的波形包络动态地调制功率放大器1620的干线电压，从而提高功率放大器1620的效率。在某些方面，波形包络的特征可通过监测功率放大器1620中包含的一个或多个信号来确定。在一个方面，例如，可通过监测根据放大信号的包络调制的漏极电压(例如，MOSFET漏极电压)的最小值来确定波形包络的特征。可例如通过联接到漏极电压的电压最小值检测器来生成最小电压信号。最小电压信号可由ADC 1760取样，其中输出最小电压样本在开关模式转换器控制算法的块2720处被接收。基于最小电压样本的值，块2740可控制由PWM发生器2760输出的PWM信号，该PWM发生器2760继而控制由开关模式调整器1700供应给功率放大器1620的干线电压。在某些方面，只要最小电压样本的值小于输入到块2720中的最小目标2780，则可根据由最小电压样本表征的波形包络来调制干线电压。例如，当最小电压样本指示低包络功率水平时，块2740可导致向功率放大器1620供应低干线电压，其中仅当最小电压样本指示最大包络功率水平时供应全干线电压。当最小电压样本落在最小目标2780以下时，块2740可使得干线电压保持在适于确保功率放大器1620的正确操作的最小值。
限制电容耦合及其影响
本公开的各方面针对一种具有用于减少不希望的操作副作用的改进的装置能力的外科器械而提出。具体地，该外科器械可包括用于限制电容耦合以改进单极隔离的装置，以独立地或与另一种先进的能量模式一起使用。电容耦合通常发生在节点之间存在由电场引起的能量转移时。在外科手术期间，当在患者体内或周围使用两个或更多个电动外科器械时，可能会发生电容耦合。虽然在一些情况下电容耦合可能是希望的，因为附加装置可通过电容耦合感应供电，但是在外科手术期间或在患者周围意外发生电容耦合的后果通常可能极其有害。寄生或意外电容耦合可能发生在未知或不可预测的位置，从而导致能量被施加到非预期区域。当患者处于麻醉状态且无法提供任何响应时，寄生电容耦合可能灼伤患者，而外科医生甚至不知道这种情况发生。因此，希望限制外科器械中以及通常外科手术期间的寄生或意外电容耦合。
在一些方面，包括外科器械和发生器的系统可被配置为能够在已经检测到电容耦合时中断能量从发生器到外科器械的传输。在这些情况下，一个或多个安全保险丝、传感器、控制器和/或算法可就位以自动触发发生器的中断。可发出警报，包括音频信号、振动和视觉消息，以告知外科手术团队由于检测到电容耦合而中断发生器。
在一些方面，该系统包括用于检测电容耦合事件已经发生的装置。例如，包括来自用于检测系统周围的事件的一个或多个传感器的输入的算法可应用态势感知和其它编程手段来推断正在系统内的某处发生电容耦合并相应地作出反应。具有态势感知的系统意味着该系统可被配置为能够基于当前环境和系统数据来预测可能出现的情况，并且确定当前条件遵循引起可预测的下一步骤的模式。例如，该系统可通过回忆在其中检测到各种传感器数据的位置类似的外科手术中的实例，在处置电容耦合事件的背景下应用态势感知。传感器数据可指示沿闭环电外科系统的两个特定位置处的电流增加，该电流增加基于位置类似的外科手术的先前数据指示电容耦合事件即将发生的高可能性。
在一些方面，可在结构上对外科器械进行改良，以限制电容耦合的发生或者在其它情况下减少由电容耦合引起的附带损害。例如，策略性地放置在外科器械中或周围的附加绝缘可有助于限制电容耦合发生。在其它情况下，外科器械的端部执行器可包括减少电流位移发生的改良结构，诸如使端部执行器的末端变圆或特别是使端部执行器的刀片成形为表现得更像单极刀片，同时仍然充当双极装置。
在一些方面，该系统可包括用于减轻或限制电容耦合的影响的无源装置。例如，该系统可包括可以通过导电无源部件将能量分流到中性节点的引线。一般来讲，任何或所有这些方面都可组合或包括在单个系统中，以解决由在患者手术期间容易引起电容耦合的多个电子部件带来的挑战。
图29提供了示出根据本公开的至少一个方面的具有用于检测电容耦合的装置的示例性系统134000的图。系统134000包括电联接到外科器械134008的单极ESU发生器134002。外科器械134008用于对患者进行外科手术，其中示出患者组织134016代表正在进行外科手术的患者的外科部位。外科器械134008可包括用于将电外科或超声能量施加到端部执行器的装置，并且在一些情况下可包括刀片和/或一对钳口以抓持或夹持在组织上。由ESU发生器134002供应的能量可通过端部执行器经由端部执行器的各种可能部件中的任何部件接触患者。患者的至少一部分可搁置在返回路径垫134014诸如Smart Megasoft PadTM上，例如该返回路径垫被配置为能够在外科器械134008接触患者并施加电外科能量时转移过量能量离开患者。
由于患者附近有多个电源，因此寄生电容耦合一直存在，并且在外科手术过程中始终存在伤害患者的危险。因为不期望患者在外科手术期间表达任何反应，所以如果发生未知或不可预测的电容耦合，则患者可能因此在非预期地方经历灼伤。一般来讲，应最小化或以其它方式纠正诸如电容耦合之类的能量异常，以提高患者安全性。为了限制电容耦合或其它类型的能量异常发生，可将多个智能传感器或监测器(诸如CT1(134006)、CT2(134010)和CT3(134012)智能传感器)作为指示器集成到电外科系统中，以确定是否有过量或感应的能量辐射到一个或多个电源的外部。如图29所示，智能传感器CT1(134006)、CT2(134010)和CT3(134012)放置在能量可感应辐射的可能位置。传感器或监测器可被配置为能够检测电容，并且如果放置在系统内的策略位置，则电容的读数可暗示在传感器或监测器附近正在发生电容泄漏。结合对系统附近或整个系统中不指示电容读数的其它传感器的了解，可推断靠近正在提供正向指示的传感器或监测器的位置处正在发生电容泄漏。可使用其它传感器，诸如电容泄漏监测器或检测器。这些传感器可被配置为能够提供警报，诸如亮灯或递送噪声或最终将信号传输到显示监测器。另外，单极ESU 134002可被配置为能够自动触发能量发生中断，以阻止发生任何进一步的电容耦合。
在一些方面，中性电极134004可包括在单极ESU 1340002中并且可电联接到返回路径垫134014诸如Smart Megasoft 
例如作为减少电容耦合的另一种解决方案。当电外科器械134008接触患者，患者正在接触返回路径垫134014，并且该垫导电地连接到中性电极134004时，能量可以导电地到达中性节点134004。因此，可以将能量从单极ESU 134002或外科器械134008转移到中性节点134004，从而减少电容耦合的发生。
在一些方面，诸如通过医疗集线器通信地联接到单极ESU的云分析系统可被配置为能够采用可以帮助预测外科手术期间何时可能发生电容耦合的态势感知。云分析系统和/或医疗集线器可利用电容耦合算法来监测流经外科系统的能量的发生率，并且基于关于位置类似的规程的系统中能量状态的先前数据，可推断如果不采取另外的措施，很可能发生电容耦合。例如，在涉及在外科手术中的特定步骤期间如何使用外科器械以及应采用多少功率的规定方法的外科手术期间，云分析模块可从之前的外科手术中提取这些信息并且注意电容耦合在外科手术中的特定步骤之后发生的可能性更大。在监测外科手术中的步骤时，当在倾向于诱导电容耦合的预期步骤期间或之前出现相同或非常相似的能量分布时，云分析系统可递送这很可能引起电容耦合的警报。可为外科医生提供减小外科器械134008中的峰值电压或通过单极ESU 134002中断功率发生的选项，或者云分析模块可自动使医疗集线器采取这些措施。这可能导致在电容耦合有机会发生之前消除电容耦合的可能性，或者至少可限制由于电容耦合的暂时发生引起的任何非预期影响。
在一些方面，如图29所示的外科器械可包括用于减少或防止电容耦合的结构装置。例如，外科器械134008的轴中的绝缘可减少电感的发生。在其它情况下，可屏蔽将单极ESU 134002连接到外科器械134008的单极导线。又如，可间歇地存在轴内的中断塑料元件，以防止电容耦合在轴内传输长距离。可使用其它绝缘体类型的元件来实现类似的效果。在一些方面，可屏蔽将外科器械134008电连接到发生器134002的单极导线以同样减少电容耦合的发生。
在一些方面，可对端部执行器的结构进行改良，以减少当端部执行器与患者接触时的电容耦合的影响。例如，端部执行器的钳口可被设计为仅使每个钳口的一侧用于递送能量，从而使端部执行器像单极刀片一样起作用，而实际上在功能上仍被构造为双极装置。在这种情况的一个实例中，端部执行器的端部或末端可被成形为像鸭嘴一样，具有圆形端部以减小可能从尖的末端产生的任何电压峰值。端部执行器中的能量方向仍可指向鸭嘴端部的区域或点，但是任何多余能量的分散都可被鸭嘴端部钝化。又如，刀片可被构造成在一侧上稍厚，诸如具有三角形横截面面积，并且在相对侧上具有薄的直立的上部刀片元件。这可允许递送到刀片的任何能量被聚焦到一个点，这可帮助外科器械像单极刀片一样起作用，而仍然是双极装置。这样，能量将不会分散，能量分散将使外科器械更易于引起电容耦合。作为最后的实例，外科器械的钳口可具有放置在端部执行器的内侧上的电极，从而允许端部执行器的外部像屏蔽件一样起作用，以防止发生电容耦合。电极仍可被放置成足以在外科手术期间接触患者的组织，同时使端部执行器的一个或多个边缘屏蔽能量以免能量分散到聚焦的手术区域之外。
图30为根据一些方面的描绘用于限制所公开的外科系统中的电容耦合的影响的示例性方法的控制程序或逻辑配置的逻辑流程图134100。该示例性方法可与以上关于用于在使用一种或多种外科器械的外科手术期间限制电容耦合或减轻其影响的若干枚举手段的描述一致。
如上述实例所示并且与其一致，方法134100可从外科系统被配置为能够监测134102能量发生开始。例如，多个传感器可被策略性地放置在潜在的易损点处，这些易损点更容易泄漏会导致电容耦合的能量。这些传感器可被配置为能够在能量异常发生时递送警报。
继续，传感器或其它检测装置可在沿外科系统的一个或多个位置处检测134104电压异常，诸如电压峰值或电压尖峰，通常不期望产生此类能量。该系统可被配置为能够推断这些情况可能引起寄生电容耦合，从而可能在没有任何警报且外科手术团队不知情的情况下灼伤患者。结果，可递送警报或消息，指示发生能量异常和电容耦合危险。
在一些方面，态势感知也可用于预测134106在外科手术的常规过程中何时更有可能发生电容耦合。态势感知可用于回顾过去类型或情况相似的外科操作，以识别在确定发生电容耦合时可能存在哪些变量。如果规程中的某些步骤更有可能引起电容耦合，则该系统可通过在这些时间特别监测传感器和/或采取减少电容耦合发生的抢先措施来预测这些情况。
如果基于由外科系统执行的上述方法134100检测到电容耦合或认为电容耦合即将到来，根据一些方面，为了减少、消除或减轻电容耦合的影响而采取的措施可以包括在单极能量发生器处自动中断134108能量发生。应当注意，在启用该中断时可能会暂时发生一些外科操作损失，但是在任何情况下，防止对患者造成非预期损伤都是最重要的。短暂中断后，外科手术可以按计划继续进行。
测量输出的能量与输入的能量之间的关系，利用寄生泄漏来改善垫接触或关闭功率，发生器知道其产生多少电流以及正在测量多少输出能量。
在存在电容耦合时增加频率
在一些方面，可以利用寄生电容耦合的存在来执行能量凝固或能量烧灼。在某些情况下，可能希望增加电外科器械的能量发生，以通过患者的身体将单极电路驱动至接地。虽然在许多情况下，通过导电返回垫134014(诸如Smart Megasoft 
见图29)汲取的导电性来完成单极性电路，但是在一些情况下，该垫可能有缺陷或磨损，使得返回垫134014的导电性不足以通过患者的身体汲取电外科器械(例如134008)的电流。在这类情况下，电流可能缺乏足够的接地进行能量传播，从而有效地使患者的身体像短路一样起作用。这可能会使电外科手术无效，因为外科器械134008递送的能量不会穿过患者的组织，因此不会按预期加热组织。类似的情况可能在根本没有返回垫时发生。也就是说，在没有导电返回垫134014诸如Smart Megasoft 
提供宽导电返回路径时，可能没有与患者连接的可用接地。这也可能导致在将来自外科器械的能量施加到患者身上时患者像短路一样作用。
为了适应这些情况，在一些方面，可将单极能量发生增加到非常高的频率，诸如500Khz至3-4Mhz，以利用寄生患者漏泄来进行无垫电外科手术(或垫中导电性不足的电外科手术)。通过增加交流频率，寄生泄漏电流将增加。然后，更强的泄漏电流可以更有效地辐射穿过患者的身体。在穿过患者的身体到达之后，电容耦合的泄漏电流可更有效地辐射联接到接地状态，结果，这可有效地将电流辐射驱动到充当接地的另一物体中。例如，如果AC频率足够高，则电流泄漏可到达单极发生器接地端子。这将有助于消除患者的短路影响，从而使能量凝固得以发生。因此，在存在非垫式系统或垫中导电性较差的系统的情况下，可能希望增加电流泄漏，以利用可以用于完成单极电路的更高的泄漏返回。也就是说，在一些情况下，返回路径可由电容耦合引起的辐射电流泄漏形成。为了帮助确保辐射返回路径到达接地层，可将外科器械的能量增加到非常高的频率。
在一些情况下，导电较差的返回垫可有意地连接到接地、台面或最近的支撑表面，而发生器上的返回连接器也可连接到接地。这将转移电路使其流经辐射返回路径，而不是使任何能量试图穿过导电较差的返回垫行进并回到发生器(这可能导致灼伤患者)。
应当注意，当存在垫式系统，并且垫在患者下方提供足够的导电性时，驱动电流通过身体并进入返回垫的典型单极电路可能是首选方法。在这些情况下，可能有用的是为外部连接的功率源(诸如能量发生器134002)建立隔离屏障(见图29)。另选地，电池供电的仪器可以是用于减小泄漏电流的更理想的系统，这将有助于隔离通过导电返回垫的能量路径。
在一些方面，外科系统可包括检测电路，该检测电路被配置为能够确定返回路径垫的容量。然后，检测电路可提供有关利用辐射电流泄漏来完成电路是否更好的信息，而不是尝试依靠导电较差的返回路径垫或根本没有垫。检测电路可测量返回路径垫中导电性的量。如果导电性的测量值满足预定阈值，则该系统可确定返回路径垫可用于执行外科手术并提供单极能量的返回路径。如果导电性低于阈值，则检测电路可被配置为能够诸如在外科集线器或单极发生器的处理器处向系统发送应显著增加单极能量的频率并且应消除或至少不考虑返回路径垫的信号。然后，增加频率将通过创建辐射返回路径来完成单极电路。
在一些方面，单极发生器可包括联接到一个或多个传感器的一个或多个控制电路，该一个或多个控制电路被配置为能够确定电流泄漏是否已到达单极发生器的接地端子。传感器与单极发生器的检测电路和控制电路相结合可用于创建闭合反馈环路系统，该闭合反馈环路系统可基于高泄漏电流自动调节频率以创建足够的返回路径。例如，检测电路可确定返回路径垫中是否有足够的导电性。如果没有，则单极发生器的控制电路可引起能量发生以增加AC频率。单极发生器处的传感器可基于增加的频率连续监测是否有任何辐射电流泄漏已到达单极发生器的接地端子。控制电路可逐渐增加频率，直到检测到辐射电流泄漏已到达接地端子为止。因此，如果确定没有返回路径垫或垫中的导电性不足，则外科系统可依靠预定频率阈值，或者可使用闭合反馈系统来找到可以通过辐射联接创建返回路径的足够高的频率。
图31为描绘可由利用单极能量发生来确定是否利用寄生电容耦合的外科系统执行的示例性方法的控制程序或逻辑配置的逻辑流程图134200。与上面的描述一致，作为外科系统的一部分的检测电路可被配置为能够测量134202单极电外科设置的返回路径中的导电性水平。最初可确定返回路径通过导电垫，诸如Soft Megasoft 
或其它返回路径导电垫。在一些情况下，垫的导电性可能提供较差的导电性。在其它情况下，可能不存在垫作为外科手术设置的一部分。这可能导致患者身体充当单极电路的短路，这将减小或消除试图将单极能量施加到患者外科部位的有效性。
检测电路可确定134204导电性的测量值下降到预定阈值以下，指示返回路径中的导电性水平足够差，阻止了单极电路的完成。结果，外科系统可通过增加单极发生器中交流电的频率来使发生器增加134206电流泄漏。外科系统可替代地利用辐射电流泄漏来创建返回路径。当频率增加时，电流泄漏也将增加，从而增加辐射漏电流到达接地层并完成电路的范围。因此，通过增加频率，可推翻返回路径垫134014的较差导电性或者甚至根本没有任何垫。在一些情况下，可基于闭合反馈传感器系统来确定泄漏增加，该闭合反馈传感器系统可调节频率，直到确定辐射电流泄漏已到达单极发生器处的接地端子为止。
在一些方面，外科系统还可提供指令以隔离134208任何返回路径垫并且将单极发生器的返回连接器附接到接地。可采取这些措施来消除可能在不希望的患者位置无意引起灼伤的其它替代返回路径。
态势感知
现在参见图32，示出了描绘集线器诸如外科集线器106或206的态势感知的时间轴5200。时间轴5200是说明性的外科规程以及外科集线器106、206可以从外科规程中每个步骤从数据源接收的数据导出的背景信息。时间轴5200描绘了护士、外科医生和其它医疗人员在肺段切除规程期间将采取的典型步骤，从建立手术室开始到将患者转移到术后恢复室为止。
态势感知外科集线器106、206在整个外科规程过程中从数据源接收数据，包括每次医疗人员利用与外科集线器106、206配对的模块化装置时生成的数据。外科集线器106、206可以从配对的模块化装置和其它数据源接收该数据，并且在接收新数据时不断导出关于正在进行的规程的推论(即，背景信息)，诸如在任何给定时间执行规程的哪个步骤。外科集线器106、206的态势感知系统能够例如记录与用于生成报告的过程相关的数据，验证医务人员正在采取的步骤，提供可能与特定过程步骤相关的数据或提示(例如，经由显示屏)，基于背景调节模块化装置(例如，激活监测器，调节医学成像装置的视场(FOV)，或者改变超声外科器械或RF电外科器械的能量水平)，以及采取上述任何其它此类动作。
作为该示例性规程中的第一步5202，医院工作人员从医院的EMR数据库中检索患者的EMR。基于EMR中的选择的患者数据，外科集线器106、206确定待执行的规程是胸腔规程。
第二步5204，工作人员扫描用于规程的进入的医疗用品。外科集线器106、206与在各种类型的规程中使用的用品列表交叉引用扫描的用品，并确认供应的混合物对应于胸腔规程。另外，外科集线器106、206还能够确定规程不是楔形规程(因为进入的用品缺乏胸腔楔形规程所需的某些用品，或者在其它方面不对应于胸腔楔形规程)。
第三步5206，医疗人员经由可通信地连接到外科毂集线器106、206的扫描器来扫描患者带。然后，外科集线器106、206可基于所扫描的数据来确认患者的身份。
第四步5208，医务工作人员打开辅助设备。所利用的辅助设备可根据外科规程的类型和外科医生待使用的技术而变化，但在此示例性情况下，它们包括排烟器、吹入器和医学成像装置。当激活时，作为其初始化过程的一部分，作为模块化装置的辅助设备可以自动与位于模块化装置特定附近的外科集线器106、206配对。然后，外科集线器106、206可通过检测在该术前阶段或初始化阶段期间与其配对的模块化装置的类型来导出关于外科规程的背景信息。在该具体示例中，外科集线器106、206确定外科规程是基于配对模块化装置的该特定组合的VATS规程。基于来自患者的EMR的数据的组合，规程中使用的医疗用品的列表以及连接到集线器的模块化装置的类型，外科集线器106、206通常可推断外科小组将执行的具体规程。一旦外科集线器106、206知道正在执行什么具体规程，外科集线器106、206便可从存储器或云中检索该规程的步骤，然后交叉参照其随后从所连接的数据源(例如，模块化装置和患者监测装置)接收的数据，以推断外科团队正在执行的外科规程的什么步骤。
第五步5210，工作人员成员将EKG电极和其它患者监测装置附接到患者。EKG电极和其它患者监测装置能够与外科集线器106、206配对。当外科集线器106、206开始从患者监测装置接收数据时，外科集线器106、206因此确认患者在手术室中。
第六步5212，医疗人员诱导患者麻醉。外科集线器106、206可基于来自模块化装置和/或患者监测装置的数据(包括例如EKG数据、血压数据、呼吸机数据、或它们的组合)推断患者处于麻醉下。在第六步5212完成时，肺分段切除规程的术前部分完成，并且手术部分开始。
第七步5214，折叠正在操作的患者肺部(同时通气切换到对侧肺)。例如，外科集线器106、206可从呼吸机数据推断出患者的肺已经塌缩。外科集线器106、206可推断规程的手术部分已开始，因为其可将患者的肺部塌缩的检测与规程的预期步骤(可先前访问或检索)进行比较，从而确定使肺塌缩是该特定规程中的手术步骤。
第八步5216，插入医疗成像装置(例如，内窥镜)，并启动来自医疗成像装置的视频。外科集线器106、206通过其与医疗成像装置的连接来接收医疗成像装置数据(即，视频或图像数据)。在接收到医疗成像装置数据之后，外科集线器106、206可确定外科规程的腹腔镜式部分已开始。另外，外科集线器106、206可确定正在执行的特定规程是分段切除术，而不是叶切除术(注意，楔形规程已经基于外科集线器106、206基于在规程的第二步5204处接收到的数据而排除)。来自医疗成像装置124(图2)的数据可用于以多种不同的方式确定与正在执行的规程类型相关的背景信息，包括通过确定医疗成像装置相对于患者解剖结构的可视化取向的角度，监测所利用的医疗成像装置的数量(即，被激活并与外科集线器106、206配对)，以及监测所利用的可视化装置的类型。例如，一种用于执行VATS肺叶切除术的技术将摄像机放置在隔膜上方的患者胸腔的下前拐角中，而一种用于执行VATS分段切除术的技术将摄像机相对于分段裂缝放置在前肋间位置。例如，使用模式识别或机器学习技术，可对态势感知系统进行训练，以根据患者解剖结构的可视化识别医疗成像装置的定位。作为另一个示例，一种用于执行VATS肺叶切除术的技术利用单个医疗成像装置，而用于执行VATS分段切除术的另一种技术利用多个摄像机。作为另一示例，一种用于执行VATS分段切除术的技术利用红外光源(其可作为可视化系统的一部分可通信地联接到外科集线器)以可视化不用于VATS肺部切除术中的分段裂隙。通过从医疗成像装置跟踪这些数据中的任何或所有，外科集线器106、206因此可确定正在进行的外科规程的具体类型和/或用于特定类型的外科规程的技术。
第九步5218，外科团队开始规程的解剖步骤。外科集线器106、206可推断外科医生正在解剖以调动患者的肺，因为其从RF发生器或超声发生器接收指示正在击发能量器械的数据。外科集线器106、206可将所接收的数据与外科规程的检索步骤交叉，以确定在过程中的该点处(即，在先前讨论的规程步骤完成之后)击发的能量器械对应于解剖步骤。在某些情况下，能量器械可为安装到机器人外科系统的机械臂的能量工具。
第十步5220，外科团队继续进行规程的结扎步骤。外科集线器106、206可推断外科医生正在结扎动脉和静脉，因为其从外科缝合和切割器械接收指示器械正在被击发的数据。与先前步骤相似，外科集线器106、206可通过将来自外科缝合和切割器械的数据的接收与该过程中的检索步骤进行交叉引用来推导该推论。在某些情况下，外科器械可以是安装到机器人外科系统的机器人臂的外科工具。
第十一步5222，执行规程的分段切除术部分。外科集线器106、206可推断外科医生正在基于来自外科缝合和切割器械的数据(包括来自其仓的数据)横切软组织。仓数据可对应于例如由器械击发的钉的大小或类型。由于不同类型的钉用于不同类型的组织，因此仓数据可指示正被缝合和/或横切的组织的类型。在这种情况下，被击发的钉的类型用于软组织(或其它类似的组织类型)，这允许外科集线器106、206推断规程的分段切除术部分正在进行。
第十二步5224中，执行节点解剖步骤。外科集线器106、206可基于从发生器接收的指示正在击发RF或超声器械的数据来推断外科团队正在解剖节点并且执行泄漏测试。对于该特定规程，在横切软组织后使用的RF或超声器械对应于节点解剖步骤，该步骤允许外科集线器106、206进行此类推论。应当指出的是，外科医生根据规程中的具体步骤定期在外科缝合/切割器械和外科能量(即，RF或超声)器械之间来回切换，因为不同器械更好地适于特定任务。因此，其中使用缝合/切割器械和外科能量器械的特定序列可指示外科医生正在执行的规程的步骤。此外，在某些情况下，机器人工具可用于外科规程中的一个或多个步骤，并且/或者手持式外科器械可用于外科规程中的一个或多个步骤。一个或多个外科医生可例如在机器人工具与手持式外科器械之间交替和/或可同时使用装置。在第十二步5224完成时，切口被闭合并且规程的术后部分开始。
第十三步5226，反向麻醉患者。例如，外科集线器106、206可基于例如呼吸机数据(即，患者的呼吸率开始增加)推断出患者正在从麻醉中醒来。
最后，第十四步5228是医疗人员从患者移除各种患者监测装置。因此，当集线器从患者监测装置丢失EKG、BP和其它数据时，外科集线器106、206可推断患者正在被转移到恢复室。如从该示例性规程的描述可以看出，外科集线器106、206可根据从可通信地联接到外科集线器106、206的各种数据源接收的数据来确定或推断给定外科规程的每个步骤何时发生。
态势感知进一步描述于2017年12月28日提交的标题为交互式外科平台(INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM)的美国临时专利申请序列号62/611,341中，该专利申请全文以引用方式并入本文。在某些情况下，机器人外科系统(包括本文所公开的各种机器人外科系统)的操作可由集线器106、206基于其态势感知和/或来自其器件的反馈和/或基于来自云102的信息来控制。
尽管已举例说明和描述了多个形式，但是申请人的意图并非将所附权利要求的范围约束或限制在此类细节中。在不脱离本公开的范围的情况下，可实现对这些形式的许多修改、变化、改变、替换、组合和等同物，并且本领域技术人员将想到这些形式的许多修改、变化、改变、替换、组合和等同物。此外，另选地，可将与所描述的形式相关联的每个元件的结构描述为用于提供由所述元件执行的功能的器件。另外，在公开了用于某些部件的材料的情况下，也可使用其它材料。因此，应当理解，上述具体实施方式和所附权利要求旨在涵盖属于本发明所公开的形式范围内的所有此类修改形式、组合和变型形式。所附权利要求旨在涵盖所有此类修改、变化、改变、替换、修改和等同物。
上述具体实施方式已通过使用框图、流程图和/或示例阐述了装置和/或方法的各种形式。只要此类框图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作，本领域的技术人员就要将其理解为此类框图、流程图和/或示例中的每个功能和/或操作都可以单独和/或共同地通过多种硬件、软件、固件或实际上它们的任何组合来实施。本领域的技术人员将会认识到，本文公开的形式中的一些方面可作为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序(如，作为在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序)，作为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(如，作为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，作为固件，或作为实际上它们的任何组合全部或部分地在集成电路中等效地实现，并且根据本发明，设计电子电路和/或编写软件和/或硬件的代码将在本领域技术人员的技术范围内。另外，本领域的技术人员将会认识到，本文所述主题的机制能够作为多种形式的一个或多个程序产品进行分布，并且本文所述主题的示例性形式适用，而不管用于实际进行分布的信号承载介质的具体类型是什么。
用于编程逻辑以执行各种所公开的方面的指令可存储在系统内的存储器内，诸如动态随机存取存储器(DRAM)、高速缓存、闪存存储器或其它存储器。此外，指令可经由网络或通过其它计算机可读介质来分发。因此，机器可读介质可包括用于存储或传输以机器(例如，计算机)可读形式的信息的机构，但不限于软盘、光学盘、光盘、只读存储器(CD-ROM)、磁光盘、只读存储器(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、闪存存储器、或经由电信号、光学信号、声学信号或其它形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)在因特网上传输信息时使用的有形的、机器可读存储装置。因此，非暂态计算机可读介质包括适于以机器(例如，计算机)可读的形式存储或传输电子指令或信息的任何类型的有形机器可读介质。
如本说明书通篇所用，术语“无线”及其衍生物可用于描述可通过使用经调制的电磁辐射通过非固体介质来传送数据的电路、装置、系统、方法、技术、通信信道等。该术语并不意味着相关联的组织不包含任何电线，尽管在一些方面它们可能不包含。通信模块可实现多种无线或有线通信标准或协议中的任一种，包括但不限于Wi-Fi(IEEE 802.11系列)、WiMAX(IEEE 802.16系列)、IEEE 802.20、长期演进(LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、蓝牙、及其以太网衍生物、以及被指定为3G、4G、5G和以上的任何其它无线和有线协议计算模块可包括多个通信模块。例如，第一通信模块可专用于更短距离的无线通信诸如Wi-Fi和蓝牙，并且第二通信模块可专用于更长距离的无线通信诸如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO等。
如本文任一方面所用，术语“控制电路”可指例如硬连线电路系统、可编程电路系统(例如，计算机处理器，该计算机处理器包括一个或多个单独指令处理内核、处理单元，处理器、微控制器、微控制器单元、控制器、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑装置(PLD)、可编程逻辑阵列(PLA)、场可编程门阵列(FPGA))、状态机电路系统、存储由可编程电路系统执行的指令的固件、以及它们的任何组合。控制电路可以集体地或单独地实现为形成更大系统的一部分的电路系统，例如集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、片上系统(SoC)、台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、服务器、智能电话等。因此，如本文所用，“控制电路”包括但不限于具有至少一个离散电路的电子电路、具有至少一个集成电路的电子电路、具有至少一个专用集成电路的电子电路、形成由计算机程序配置的通用计算装置的电子电路(如，至少部分地实施本文所述的方法和/或装置的由计算机程序配置的通用计算机，或至少部分地实施本文所述的方法和/或装置的由计算机程序配置的微处理器)、形成存储器装置(如，形成随机存取存储器)的电子电路，和/或形成通信装置(如，调节解调器、通信开关或光电设备)的电子电路。本领域的技术人员将会认识到，可以模拟或数字方式或它们的一些组合实施本文所述的主题。
如本文所用，处理器或处理单元是对一些外部数据源(通常为存储器或一些其它数据流)执行操作的电子电路。本文所用术语是指组合多个专门的“处理器”的一个或多个系统(尤其是片上系统(SoC))中的中央处理器(中央处理单元)。
如本文所用，片上系统或芯片上系统(SoC或SOC)为集成了计算机或其它电子系统的所有器件的集成电路(也被称为“IC”或“芯片”)。它可以包含数字、模拟、混合信号以及通常射频功能-全部在单个基板上。SoC将微控制器(或微处理器)与高级外围装置如图形处理单元(GPU)、Wi-Fi模块或协处理器集成。SoC可以包含或可不包含内置存储器。
如本文所用，微控制器或控制器为将微处理器与外围电路和存储器集成的系统。微控制器(或微控制器单元的MCU)可被实现为单个集成电路上的小型计算机。其可类似于SoC；SoC可包括作为其器件之一的微控制器。微控制器可包含一个或多个核心处理单元(CPU)以及存储器和可编程输入/输出外围装置。以铁电RAM、NOR闪存或OTP ROM形式的程序存储器以及少量RAM也经常包括在芯片上。与个人计算机或由各种分立芯片组成的其它通用应用中使用的微处理器相比，微控制器可用于嵌入式应用。
如本文所用，术语控制器或微控制器可为与外围装置交接的独立式IC或芯片装置。这可为计算机的两个部件或用于管理该装置的操作(以及与该装置的连接)的外部装置上的控制器之间的链路。
如本文所述的处理器或微控制器中的任一者可为任何单核或多核处理器，诸如由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)提供的商品名为ARM Cortex的那些。在一个方面，处理器可为例如购自德克萨斯器械公司(Texas Instruments)的LM4F230H5QR ARMCortex-M4F处理器内核，其包括：256KB的单循环闪存或其它非易失性存储器(最多至40MHZ)的片上存储器、用于使性能改善超过40MHz的预取缓冲器、32KB的单循环串行随机存取存储器(SRAM)、装载有
软件的内部只读存储器(ROM)、2KB的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、一个或多个脉宽调制(PWM)模块、一个或多个正交编码器输入(QEI)模拟、具有12个模拟输入信道的一个或多个12位模数转换器(ADC)、以及易得的其它特征。
在一个示例中，处理器可包括安全控制器，该安全控制器包括两个基于控制器的系列，诸如同样由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)提供的商品名为Hercules ARMCortex R4的TMS570和RM4x。安全控制器可被配置为专门用于IEC 61508和ISO 26262安全关键应用等等，以提供先进的集成安全特征件，同时递送可定标的性能、连接性和存储器选项。
如本文的任何方面所用，术语“逻辑”可指被配置为能够执行前述操作中的任一者的应用程序、软件、固件和/或电路系统。软件可体现为记录在非暂态计算机可读存储介质上的软件包、代码、指令、指令集和/或数据。固件可以体现为在存储器装置中硬编码(例如，非易失性)的代码、指令或指令集和/或数据。
如本文任一方面所用，术语“器件”、“系统”、“模块”等可指计算机相关实体、硬件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件。
如本文任一方面中所用，“算法”是指导致所需结果的有条理的步骤序列，其中“步骤”是指物理量和/或逻辑状态的操纵，物理量和/或逻辑状态可以(但不一定)采用能被存储、转移、组合、比较和以其它方式操纵的电或磁信号的形式。常用于指这些信号，如位、值、元素、符号、字符、术语、数字等。这些和类似的术语可与适当的物理量相关联并且仅仅是应用于这些量和/或状态的方便的标签。
网络可包括分组交换网络。通信装置可能够使用所选择的分组交换网络通信协议来彼此通信。一个示例性通信协议可包括可允许使用传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)进行通信的以太网通信协议。以太网协议可符合或兼容电气和电子工程师学会(IEEE)于2008年12月发布的名为“IEEE 802.3标准”的以太网标准和/或本标准的更高版本。另选地或附加地，通信装置可以能够使用X.25通信协议彼此通信。X.25通信协议可符合或符合国际电信联盟电信标准化部门(ITU-T)颁布的标准。另选地或附加地，通信装置可以能够使用帧中继通信协议彼此通信。帧中继通信协议可符合或符合国际电话和电话协商委员会(CCITT)和/或美国国家标准学会(ANSI)发布的标准。另选地或附加地，收发器可以能够使用异步传输模式(ATM)通信协议彼此通信。ATM通信协议可符合或兼容ATM论坛于2001年8月发布的名为“ATM-MPLS网络互通2.0”的ATM标准和/或该标准的更高版本。当然，本文同样设想了不同的和/或之后开发的连接取向的网络通信协议。
除非上述公开中另外明确指明，否则可以理解的是，在上述公开中，使用术语如“处理”、“估算”、“计算”、“确定”、“显示”的讨论是指计算机系统或类似的电子计算装置的动作和进程，其操纵表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据并将其转换成相似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其它此类信息存储、传输或显示装置内的物理量的其它数据。
一个或多个部件在本文中可被称为“被配置为能够”、“可被配置为能够”、“可操作/可操作地”、“适于/可适于”、“能够”、“可适形/适形于”等。本领域的技术人员将会认识到，除非上下文另有所指，否则“被配置为能够”通常可涵盖活动状态的部件和/或未活动状态的部件和/或待机状态的部件。
术语“近侧”和“远侧”在本文中是相对于操纵外科器械的柄部部分的临床医生来使用的。术语“近侧”是指最靠近临床医生的部分，术语“远侧”是指远离临床医生定位的部分。还应当理解，为简洁和清楚起见，本文可结合图使用诸如“竖直”、“水平”、“上”、“下”、“左”和“右”之类的空间术语。然而，外科器械在许多方向和位置中使用，并且这些术语并非限制性的和/或绝对的。
模块化装置包括可容纳在外科集线器内的模块(如结合图3和图9所述)和外科装置或器械，该外科装置或器械可连接到各种模块以便与对应的外科集线器连接或配对。模块化装置包括例如智能外科器械、医疗成像装置、抽吸/冲洗装置、排烟器、能量发生器、呼吸机、吹入器和显示器。本文所述的模块化装置可通过控制算法来控制。控制算法可在模块化装置自身上、在与特定模块化装置配对的外科集线器上或在模块化装置和外科集线器两者上执行(例如，经由分布式计算架构)。在一些示例中，模块化装置的控制算法基于由模块化装置自身感测到的数据来控制装置(即，通过模块化装置之中、之上或连接到模块化装置的传感器)。该数据可与正在手术的患者(例如，组织特性或吹入压力)或模块化装置本身相关(例如，刀被推进的速率、马达电流或能量水平)。例如，外科缝合和切割器械的控制算法可根据刀在其前进时遇到的阻力来控制器械的马达驱动其刀穿过组织的速率。
本领域的技术人员将认识到，一般而言，本文、以及特别是所附权利要求(例如，所附权利要求的正文)中所使用的术语通常旨在为“开放”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“包含”应解释为“包含但不限于”等)。本领域的技术人员还应当理解，如果所引入权利要求叙述的具体数目为预期的，则这样的意图将在权利要求中明确叙述，并且在不存在这样的叙述的情况下，不存在这样的意图。例如，为有助于理解，下述所附权利要求可含有对介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求。然而，对此类短语的使用不应视为暗示通过不定冠词“一个”或“一种”引入权利要求表述将含有此类引入权利要求表述的任何特定权利要求限制在含有仅一个这样的表述的权利要求中，甚至当同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和诸如“一个”或“一种”(例如，“一个”和/或“一种”通常应解释为意指“至少一个”或“一个或多个”)的不定冠词时；这也适用于对用于引入权利要求表述的定冠词的使用。
另外，即使明确叙述引入权利要求叙述的特定数目，本领域的技术人员应当认识到，此种叙述通常应解释为意指至少所叙述的数目(例如，在没有其它修饰语的情况下，对“两个叙述”的裸叙述通常意指至少两个叙述、或两个或更多个叙述)。此外，在其中使用类似于“A、B和C中的至少一者等”的惯例的那些情况下，一般而言，这种结构意在具有本领域的技术人员将理解所述惯例的意义(例如，“具有A、B和C中的至少一者的系统”将包括但不限于具有仅A、仅B、仅C、A和B一起、A和C一起、B和C一起和/或A、B和C一起等的系统)。在其中使用类似于“A、B或C中的至少一者等”的惯例的那些情况下，一般而言，这种结构意在具有本领域的技术人员将理解所述惯例的意义(例如，“具有A、B或C中的至少一者的系统”应当包括但不限于具有仅A、仅B、仅C、A和B一起、A和C一起、B和C一起和/或A、B和C一起等的系统)。本领域的技术人员还应当理解，通常，除非上下文另有指示，否则无论在具体实施方式、权利要求或附图中呈现两个或更多个替代术语的转折性词语和/或短语应理解为涵盖包括所述术语中的一者、所述术语中的任一个或这两个术语的可能性。例如，短语“A或B”通常将被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
对于所附的权利要求，本领域的技术人员将会理解，其中表述的操作通常可以任何顺序进行。另外，尽管以一个或多个序列出了多个操作流程图，但应当理解，可以不同于所示顺序的其它顺序进行所述多个操作，或者可以同时进行所述多个操作。除非上下文另有规定，否则此类替代排序的示例可包括重叠、交错、中断、重新排序、增量、预备、补充、同时、反向，或其它改变的排序。此外，除非上下文另有规定，否则像“响应于”、“相关”这样的术语或其它过去式的形容词通常不旨在排除此类变体。
值得一提的是，任何对“一个方面”、“一方面”、“一范例”、“一个范例”的提及均意指结合所述方面所述的具体特征、结构或特性包括在至少一个方面中。因此，在整个说明书的不同位置出现的短语“在一个方面”、“在一方面”、“在一范例”、“在一个范例”不一定都指同一方面。此外，具体特征、结构或特性可在一个或多个方面中以任何合适的方式组合。
本说明书提及和/或在任何申请数据表中列出的任何专利申请，专利，非专利公布或其它公开材料均以引用方式并入本文，只要所并入的材料在此不一致。因此，并且在必要的程度下，本文明确列出的公开内容代替以引用方式并入本文的任何冲突材料。据称以引用方式并入本文但与本文列出的现有定义、陈述或其它公开材料相冲突的任何材料或其部分，将仅在所并入的材料与现有的公开材料之间不产生冲突的程度下并入。
概括地说，已经描述了由采用本文所述的概念产生的许多有益效果。为了举例说明和描述的目的，已经提供了一个或多个形式的上述具体实施方式。这些具体实施方式并非意图为详尽的或限定到本发明所公开的精确形式。可以按照上述教导内容对本发明进行修改或变型。选择和描述的一个或多个形式是为了说明原理和实际应用，从而使本领域的普通技术人员能够利用适用于预期的特定用途的所述多个形式和多种修改形式。与此一同提交的权利要求书旨在限定完整范围。
本文所述主题的各个方面在以下编号的实施例中陈述：
实施例1：一种外科系统，包括：能量发生器；外科器械，所述外科器械电联接到所述能量发生器并且被配置为能够在外科部位处将电外科能量传输到患者的组织；至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置为能够检测能量的能量异常；以及至少一个处理器，该至少一个处理器通信地联接到至少一个传感器，并且被配置为能够：从至少一个传感器接收能量正在外科系统内的非预期位置处发射的数据；传输指示正在发生寄生电容耦合的警报；以及向所述能量发生器传输中断以暂时中断能量发生。
实施例2：根据实施例1的外科系统，还包括电联接到能量发生器中的中性电极的能量耗散垫，其中该能量耗散垫被配置为能够导电地连接到患者并且在通过外科器械将能量施加到患者组织时从患者耗散能量。
实施例3：根据实施例1或2中任一项的外科系统，其中，中性电极被配置为能够在电容耦合事件期间被动地从患者分流能量。
实施例4：根据实施例1-3中任一项的外科系统，其中，外科器械包括：端部执行器，该端部执行器包括一对钳口；以及轴，该轴电联接到端部执行器并且被配置为能够将能量从能量发生器递送到端部执行器。
实施例5：根据实施例4的外科系统，其中，钳口包括圆形末端，该圆形末端被配置为能够当钳口与患者的组织进行接触时减小峰值电压尖峰。
实施例6：根据实施例4的外科系统，其中，轴包括中断绝缘体元件，该中断绝缘体元件被配置为能够防止电容耦合在轴内传输长距离。
实施例7：根据实施例4的外科系统，其中，外科器械包括三角形单侧刀片，该三角形单侧刀片具有薄的直立的上部刀片元件，该上部刀片元件被配置为能够减少超出上部刀片元件的感应能量传输。
实施例8：根据实施例4的外科系统，其中，端部执行器包括一个或多个电极，该一个或多个电极位于钳口的内侧部分上并且被配置为能够引导过量能量离开患者的组织。
实施例9：一种用于检测寄生电容耦合的外科系统的方法，该外科系统包括能量发生器、外科器械以及用于检测能量异常的至少一个传感器，该方法包括：从至少一个传感器接收能量正在外科系统内的非预期位置处发射的数据；传输指示正在发生寄生电容耦合的警报；并且向能量发生器传输中断以暂时中断能量发生。
实施例10：一种被配置为能够减轻外科手术期间的寄生电容耦合的外科器械，该外科器械包括：电输入部，该电输入部被配置为能够电联接到能量发生器；以及轴；端部执行器，该端部执行器在轴的远侧端部处；至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置为能够检测能量的能量异常；以及至少一个处理器，该至少一个处理器通信地联接到至少一个传感器，并且被配置为能够：从至少一个传感器接收能量正在外科系统内的非预期位置处发射的数据；传输指示正在发生寄生电容耦合的警报；以及向所述能量发生器传输中断以暂时中断能量发生。
实施例11：根据实施例10的外科器械，其中，端部执行器包括一对钳口，并且钳口包括圆形末端，该圆形末端被配置为能够当钳口与患者的组织进行接触时减小峰值电压尖峰。
实施例12：根据实施例10或11的外科器械，其中，轴包括中断绝缘体元件，该中断绝缘体元件被配置为能够防止电容耦合在轴内传输长距离。
实施例13：根据实施例10-12中任一项的外科器械，还包括三角形单侧刀片，该三角形单侧刀片具有薄的直立的上部刀片元件，该上部刀片元件被配置为能够减少超出上部刀片元件的感应能量传输。
实施例14：根据实施例10-13中任一项的外科器械，其中，端部执行器包括一个或多个电极，该一个或多个电极位于钳口的内侧部分上并且被配置为能够引导过量能量离开患者的组织。
Claims (14)
1.一种外科系统，包括：
能量发生器；
外科器械，所述外科器械电联接到所述能量发生器并且被配置为能够在外科部位处将电外科能量传输到患者的组织；
至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置为能够检测能量的能量异常；以及
至少一个处理器，所述至少一个处理器通信地联接到所述至少一个传感器，并且被配置为能够：
从所述至少一个传感器接收能量正在所述外科系统内的非预期位置处发射的数据；
传输指示正在发生寄生电容耦合的警报；以及
向所述能量发生器传输中断以暂时中断能量发生。
2.根据权利要求1所述的外科系统，还包括电联接到所述能量发生器中的中性电极的能量耗散垫，其中所述能量耗散垫被配置为能够导电地连接到所述患者并且在通过所述外科器械将能量施加到所述患者组织时从所述患者耗散能量。
3.根据权利要求2所述的外科系统，其中，所述中性电极被配置为能够在电容耦合事件期间被动地从所述患者分流能量。
4.根据权利要求1所述的外科系统，其中，所述外科器械包括：
端部执行器，所述端部执行器包括一对钳口；以及
轴，所述轴电联接到所述端部执行器并且被配置为能够将能量从所述能量发生器递送到所述端部执行器。
5.根据权利要求4所述的外科系统，其中，所述钳口包括圆形末端，所述圆形末端被配置为能够当所述钳口与所述患者的组织进行接触时减小峰值电压尖峰。
6.根据权利要求4所述的外科系统，其中，所述轴包括中断绝缘体元件，所述中断绝缘体元件被配置为能够防止电容耦合在所述轴内传输长距离。
7.根据权利要求4所述的外科系统，其中，所述外科器械包括三角形单侧刀片，所述三角形单侧刀片具有薄的直立的上部刀片元件，所述上部刀片元件被配置为能够减少超出所述上部刀片元件的感应能量传输。
8.根据权利要求4所述的外科系统，其中，所述端部执行器包括一个或多个电极，所述一个或多个电极位于所述钳口的内侧部分上并且被配置为能够引导过量能量离开所述患者的组织。
9.一种用于检测寄生电容耦合的外科系统的方法，所述外科系统包括能量发生器、外科器械以及用于检测能量异常的至少一个传感器，所述方法包括：
从所述至少一个传感器接收能量正在所述外科系统内的非预期位置处发射的数据；
传输指示正在发生寄生电容耦合的警报；以及
向所述能量发生器传输中断以暂时中断能量发生。
10.一种外科器械，所述外科器械被配置为能够减轻外科手术期间的寄生电容耦合，所述外科器械包括：
电输入部，所述电输入部被配置为能够电联接到能量发生器；
轴；
端部执行器，所述端部执行器在所述轴的远侧端部处；
至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置为能够检测能量的能量异常；以及
至少一个处理器，所述至少一个处理器通信地联接到所述至少一个传感器，并且被配置为能够：
从所述至少一个传感器接收能量正在所述外科系统内的非预期位置处发射的数据；
传输指示正在发生寄生电容耦合的警报；以及
向所述能量发生器传输中断以暂时中断能量发生。
11.根据权利要求10所述的外科器械，其中，所述端部执行器包括一对钳口，并且所述钳口包括圆形末端，所述圆形末端被配置为能够当所述钳口与所述患者的组织进行接触时减小峰值电压尖峰。
12.根据权利要求10所述的外科器械，其中，所述轴包括中断绝缘体元件，所述中断绝缘体元件被配置为能够防止电容耦合在所述轴内传输长距离。
13.根据权利要求10所述的外科器械，还包括三角形单侧刀片，所述三角形单侧刀片具有薄的直立的上部刀片元件，所述上部刀片元件被配置为能够减少超出所述上部刀片元件的感应能量传输。
14.根据权利要求10所述的外科器械，其中，所述端部执行器包括一个或多个电极，所述一个或多个电极位于所述钳口的内侧部分上并且被配置为能够引导过量能量离开所述患者的组织。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6273887B1 (en) * | 1998-01-23 | 2001-08-14 | Olympus Optical Co., Ltd. | High-frequency treatment tool |
| US20040206365A1 (en) * | 2003-03-31 | 2004-10-21 | Knowlton Edward Wells | Method for treatment of tissue |
| US20100042097A1 (en) * | 2008-08-18 | 2010-02-18 | Encision, Inc. | Enhanced control systems including flexible shielding and support systems for electrosurgical applications |
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6273887B1 (en) * | 1998-01-23 | 2001-08-14 | Olympus Optical Co., Ltd. | High-frequency treatment tool |
| US20040206365A1 (en) * | 2003-03-31 | 2004-10-21 | Knowlton Edward Wells | Method for treatment of tissue |
| US20100042097A1 (en) * | 2008-08-18 | 2010-02-18 | Encision, Inc. | Enhanced control systems including flexible shielding and support systems for electrosurgical applications |
| US20140276749A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Covidien Lp | Crest-factor control of phase-shifted inverter |
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