CN111511306B - 具有组织标记组件的外科器械 - Google Patents

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CN111511306B CN201880084149.9A CN201880084149A CN111511306B CN 111511306 B CN111511306 B CN 111511306B CN 201880084149 A CN201880084149 A CN 201880084149A CN 111511306 B CN111511306 B CN 111511306B
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K·L·豪泽
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J·L·奥尔德里奇
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T·威登豪斯
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    • G16H40/60—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices
    • G16H40/63—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices for local operation

Abstract

一种外科器械包括端部执行器和标记组件。端部执行器包括：第一钳口；第二钳口，该第二钳口能够相对于第一钳口运动以将组织抓持在其间；以及组织处理机构，该组织处理机构被配置成能够向被抓持在第一钳口和第二钳口之间的组织施加组织处理；标记组件被配置成能够将不同标记施加到每个组织处理应用独属的组织，其中不同标记将所述组织处理应用与其它组织处理应用区分开来。

Description

具有组织标记组件的外科器械
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6月28日提交的标题为具有柔性电极的外科器械(SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE ELECTRODE)的美国临时专利申请序列号62/691,230的优先权的权益，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6月28日提交的标题为一种将增强型柔性电路与具有电外科装置的多个传感器一起使用的方法(A METHOD OF USING REINFORCED FLEX CIRCUITS WITH MULTIPLE SENSORS WITHELECTROSURGICAL DEVICES)的美国临时专利申请序列号62/691,228的优先权的权益，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3月30日提交的标题为具有优化感测能力的外科系统(SURGICAL SYSTEMS WITH OPTIMIZED SENSINGCAPABILITIES)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、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 INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM)的美国临时专利申请序列号62/650,882和2018年3月30日提交的标题为具有可分离阵列元件的电容耦合返回路径垫(CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS)的美国临时专利申请序列号62/650,898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2018年3月8日提交的标题为超声装置中的温度控制以及为此的控制系统(TEMPERATURE CONTROL INULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR)的美国临时专利申请序列号62/640,417和2018年3月8日提交的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 CONTROL SYSTEM THEREFOR)的临时专利申请序列号62/640,415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
本公开涉及各种外科系统。
发明内容
本发明公开了一种外科器械。该外科器械包括端部执行器和标记组件。端部执行器包括第一钳口、能够相对于第一钳口运动以将组织抓持在其间的第二钳口以及组织处理机构，该组织处理机构被配置成能够向被抓持在第一钳口和第二钳口之间的组织施加组织处理。标记组件被配置成能够将不同标记施加到每个组织处理应用独属的组织。不同标记将所述组织处理应用与其它组织处理应用区分开来。
本发明公开了一种外科器械。该外科器械包括端部执行器、标记组件和控制电路。端部执行器包括第一钳口、能够相对于第一钳口运动以将组织抓持在其间的第二钳口以及组织处理机构，该组织处理机构被构造成能够向被抓持在第一钳口和第二钳口之间的组织施加组织处理。控制电路被配置成能够接收指示向组织施加组织处理的传感器信号，并且使标记组件将不同标记施加到组织处理应用独属的组织，其中不同标记将所述组织处理应用与其它组织处理应用区分开来。
本发明公开了一种外科器械。该外科器械包括端部执行器，该端部执行器包括第一钳口、能够相对于第一钳口运动以将组织抓持在其间的第二钳口以及组织处理机构，该组织处理机构被配置成能够向被抓持在第一钳口和第二钳口之间的组织施加组织处理。该外科器械还包括用于将不同标记施加到每个组织处理应用独属的组织的装置，其中不同标记将所述组织处理应用与其它组织处理应用区分开来。
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手术的外科系统。
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接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部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电力总线附接件，该横向模块化外壳被配置成能够接纳多个模块。
图7示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够接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成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耦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成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成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成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，该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成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成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成能够控制各个功能的外科器械的示意图。
图21为根据本公开的至少一个方面的具有能够操作地联接到其上的可互换轴组件的外科器械的透视图。
图22为根据本公开的至少一个方面的图21的外科器械的一部分的分解组件视图。
图23为根据本公开的至少一个方面的可互换轴组件的各部分的分解组件视图。
图24为根据本公开的至少一个方面的图21的外科器械的端部执行器的分解图。
图25A为根据本公开的至少一个方面的跨越两个图页的图21的外科器械的控制电路的框图。
图25B为根据本公开的至少一个方面的跨越两个图页的图21的外科器械的控制电路的框图。
图26为根据本公开的至少一个方面的图21的外科器械的控制电路的框图，该框图示出了柄部组件与功率组件之间以及柄部组件与可互换轴组件之间的接口。
图27示出了根据本公开的至少一个方面的方法的逻辑流程图，该逻辑流程图描绘了用于标记组织的控制程序或逻辑配置。
图28示出了根据本公开的至少一个方面的包括钉仓的端部执行器的钳口构件。
图29示出了根据本公开的至少一个方面的超声外科器械的端部执行器的钳口构件。
图30示出了根据本公开的至少一个方面的外科缝合和切割器械的端部执行器。
图31示出了根据本公开的至少一个方面的外科器械的控制系统。
图32示出了根据本公开的至少一个方面的施加到组织以移除结肠的癌变部分的组织处理。
图33为示出根据本公开的至少一个方面的电动外科器械在外科手术期间的夹持力(FTC)和击发力(FTF)读数，以及向外科集线器传输读数的对应通信速率的曲线图，所述读数和通信速率相对于时间进行绘制。
图34示出了根据本公开的至少一个方面的在图33的曲线图中的四个示例点处的FTC数据和FTF数据的传输速率。
图35示出了根据本公开的至少一个方面的方法的逻辑流程图，该逻辑流程图描绘了用于协调电动外科器械和外科集线器之间的数据传输的控制程序或逻辑配置。
图36是根据本公开的至少一个方面的图33的电动外科器械的控制系统。
图37示出了根据本公开的至少一个方面的方法的逻辑流程图，该逻辑流程图描绘了用于协调电动外科器械和外科集线器之间的数据传输的控制程序或逻辑配置。
具体实施方式
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个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国专利申请序列号__________，其标题为具有可分离阵列元件的电容耦合返回路径垫(CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS)，代理人案卷号END8542USNP/170755；
·美国专利申请序列号__________，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)，代理人案卷号END8543USNP/170760；
·美国专利申请序列号__________，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)，代理人案卷号END8543USNP1/170760-1；
·美国专利申请序列号__________，其标题为用于智能电动外科缝合的安全系统(SAFETY SYSTEMS FOR SMART POWERED SURGICAL STAPLING)，代理人案卷号END8543USNP2/170760-2；
·美国专利申请序列号__________，其标题为用于智能电动外科缝合的安全系统(SAFETY SYSTEMS FOR SMART POWERED SURGICAL STAPLING)，代理人案卷号END8543USNP3/170760-3；
·美国专利申请序列号__________，其标题为用于检测端部执行器组织分布不规则性的外科系统(SURGICAL SYSTEMS FOR DETECTING END EFFECTOR TISSUEDISTRIBUTION IRREGULARITIES)，代理人案卷号END8543USNP4/170760-4；·美国专利申请序列号__________，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 FORDETECTING PROXIMITY OF SURGICAL END EFFECTOR TO CANCEROUS TISSUE)，代理人案卷号END8543USNP5/170760-5；
·美国专利申请序列号__________，其标题为外科器械仓传感器组件(SURGICALINSTRUMENT CARTRIDGE SENSOR ASSEMBLIES)，代理人案卷号END8543USNP6/170760-6；
·美国专利申请序列号__________，其标题为可变输出仓传感器组件(VARIABLEOUTPUT CARTRIDGE SENSOR ASSEMBLY)，代理人案卷号END8543USNP7/170760-7；
·美国专利申请序列号__________，其标题为具有柔性电极的外科器械(SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE ELECTRODE)，代理人案卷号END8544USNP/170761；
·美国专利申请序列号__________，其标题为具有柔性电路的外科器械(SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE CIRCUIT)，代理人案卷号END8544USNP1/170761-1；
·美国专利申请序列号__________，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)，代理人案卷号END8544USNP3/170761-3；
·美国专利申请序列号__________，其标题为外科排抽感测和马达控制(SURGICAL EVACUATION SENSING AND MOTOR CONTROL)，代理人案卷号END8545USNP/170762；
·美国专利申请序列号__________，其标题为外科排抽传感器布置(SURGICALEVACUATION SENSOR ARRANGEMENTS)，代理人案卷号END8545USNP1/170762-1；
·美国专利申请序列号__________，其标题为外科排抽流动路径(SURGICALEVACUATION FLOW PATHS)，代理人案卷号END8545USNP2/170762-2；
·美国专利申请序列号__________，其标题为外科排抽感测和发生器控制(SURGICAL EVACUATION SENSING AND GENERATOR CONTROL)，代理人案卷号END8545USNP3/170762-3；
·美国专利申请序列号__________，其标题为外科排抽感测和显示(SURGICALEVACUATION SENSING AND DISPLAY)，代理人案卷号END8545USNP4/170762-4；
·美国专利申请序列号__________，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)，代理人案卷号END8546USNP/170763；
·美国专利申请序列号__________，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)，代理人案卷号END8546USNP1/170763-1；
·美国专利申请序列号__________，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)，代理人案卷号END8547USNP/170764；以及
·美国专利申请序列号__________，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)，代理人案卷号END8548USNP/170765。
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个的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62/691,228，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3月29日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·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包(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齐(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)；
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，这些专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·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较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，其标题为用于耦接的外科装置的云接口(CLOUD INTERFACE FOR COUPLED SURGICAL DEVICES)；
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，这些专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·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全文以引用方式并入本文：
·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)；
·美国临时专利申请序列号62/649,300，其标题为外科集线器态势感知(SURGICAL HUB 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)；
·美国临时专利申请序列号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)；
·美国临时专利申请序列号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)；
·美国临时专利申请序列号62/649,313，其标题为用于耦接的外科装置的云接口(CLOUD INTERFACE FOR COUPLED SURGICAL DEVICES)；
·美国临时专利申请序列号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4月19日提交的以下美国临时专利申请，该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：
·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个的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62/650,887，其标题为具有优化的感测能力的外科系统(SURGICAL SYSTEMS WITH OPTIMIZED SENSING CAPABILITIES)；
·美国临时专利申请序列号62/650,877，其标题为外科排烟感测和控制(SURGICAL SMOKE EVACUATION SENSING AND CONTROLS)；
·美国临时专利申请序列号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
·美国临时专利申请序列号62/650,898，其标题为具有可分离阵列元件的电容耦合返回路径垫(CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAYELEMENTS)。
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全文以引用方式并入本文：
·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个的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62/611,341，其标题为交互式外科平台(INTERACTIVESURGICAL 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
·美国临时专利申请序列号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系统的各个方面之前，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构造和布置的细节。示例性示例可以单独实施，或与其它方面、变型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，下述方面、方面和/或示例的表达中的一者或多者可与其它下述方面、方面和/或示例的表达中的任一者或多者组合。
本公开的各方面提供了用于癌症治疗的各种外科器械，所述外科器械采用各种传感器和算法来评估与癌变组织的接近度并且/或者辅助用户导航至远离癌变组织的安全距离。所述外科器械可单独使用或作为计算机实现的交互式外科系统的部件使用。
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，可包括耦接到存储装置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，其被配置成能够彼此通信并且/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上的患者执行外科手术的外科系统102的示例。本公开的外科器械中的一个或多个可以实现为与机器人系统一起使用的机器人工具。机器人系统110在外科手术中用作外科系统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118观察外科部位时，患者侧推车120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117。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，该临时专利申请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，该临时专利申请的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耦合器件(CCD)传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。
成像装置124的光学部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成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被配置用于微创手术中。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、胸腔镜和输尿管镜。
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。多光谱图像是捕集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集的附加信息。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，该临时专利申请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及其附接件和部件。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手术的患者周围的区域。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的各种部件在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，该临时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被配置成能够利用显示器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手术相关的诊断步骤。
在一个方面，集线器106还被配置成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的一部分在外科手术中使用。集线器106还被配置成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，该临时专利申请的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 SURGICALPLATFORM)”的美国临时专利申请序列号62/611,341的标题“外科器械硬件(SurgicalInstrument Hardware)”下，该临时专利申请的公开内容全文例如以引用方式并入本文。
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。
在外科手术期间，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手术期间缠结。在外科手术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，这降低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手术的外科集线器，该外科手术涉及将能量施加到外科部位处的组织。外科集线器包括集线器壳体和可滑动地接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部件、双极射频(RF)能量发生器部件和单极RF能量发生器部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部件，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、被配置成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部件、以及从远程外科部位延伸至排烟部件的流体管线。
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接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。
某些外科手术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被配置成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手术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成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成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模块可滑动地移动出与第二功率和数据触点的电接合。
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，其被配置成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部件、双极部件和超声部件的发生器模块，该部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可被配置成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可被配置成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。
单极装置146、双极装置147和超声装置148中的一个或多个可配备有用于评估与癌变组织的接近度并且/或者辅助用户导航至远离癌变组织的安全距离的传感器和算法，如下文更详细地描述。
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)，其被配置成能够可滑动地接纳模块140、126、128。图4示出了可滑动地接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被配置成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/或流体从外科部位传送到例如排烟模块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。耦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接纳在集线器壳体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耦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成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成能够将超声能量和/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耦接到发生器模块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齐特征部，该对齐特征部被配置成能够将模块的对接端口对齐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被配置成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接纳在抽屉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耦接到另一个抽屉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被配置成能够接纳外科集线器206的多个模块。横向模块化外壳160被配置成能够横向接纳和互连模块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示出了被配置成能够接纳外科集线器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接纳在主模块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耦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手术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，光源模块可被配置成能够递送白光或不同的光，这取决于外科手术。
在外科手术期间，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成能够允许在外科手术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。第一通道被配置成能够可滑动地接纳相机模块，该相机模块可被配置用于与第一通道按扣配合接合。第二通道被配置成能够可滑动地接纳光源模块，该光源模块可被配置用于与第二通道按扣配合接合。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按扣配合接合。
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可被配置成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可被配置成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，该专利全文以引用方式并入本文。此外，2011年7月19日公布的标题为SBI运动伪影去除设备和方法(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去除运动伪影的各种系统，该专利全文以引用方式并入本文。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2011/0306840和2014年8月28日公布的标题为用于执行微创外科手术的系统(SYSTEM FOR PERFORMING A MINIMALLY INVASIVESURGICAL PROCEDURE)的美国专利申请公布2014/0243597，这些专利申请中的每个的公开内容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被配置成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，可包括耦接到存储装置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还可耦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可耦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可耦接到网络路由器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以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至本地计算机系统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也可耦接到网络交换机209。网络交换机209可耦接到网络集线器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至本地计算机系统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成能够接纳多个装置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以显示例如在外科手术期间由装置1a-1n/2a-2m中的一些获得的图像。在各个方面，装置1a-1n/2a-2m可包括例如各种模块，诸如耦接到内窥镜的成像模块138、耦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、耦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。耦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、降低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手术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，使用基于云的计算以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(诸如叠加由多个成像装置捕集的图像)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或这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手术结果。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耦接到网络路由器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接收的数据包发射至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中的任一者或全部所收集的数据。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位于手术室中的装置1a-1n和装置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较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较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，其被放大并发射至网络路由器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包括耦接到计算机系统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耦接到耦接到内窥镜239的成像模块238、耦接到能量装置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、任选地耦接到显示器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耦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耦接到模块化控制塔236，如本文所述。模块化控制塔236可耦接到集线器显示器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示出了包括耦接到模块化控制塔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发射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，该临时专利申请全文以引用方式并入本文，其中传感器模块被配置成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发射激光脉冲、接收从手术室的围墙弹回的激光脉冲，以及将发射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经由系统总线耦接到通信模块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。系统总线可以是若干类型的总线结构中的任一者，所述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)、外围部件互连(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成能够专门用于IEC 61508和ISO26262安全关键应用等等，以提供先进的集成安全特征部，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。易失性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，本文所述的各种部件可用各种操作系统或操作系统的组合来实现。
用户通过耦接到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和图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。图像处理器可以是具有多核处理器架构的片上系统(SoC)。
(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(DP1–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装置可被配置成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(SIE)310。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。SIE 310接收时钟输入314并且耦接到暂停/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经由接口逻辑耦接到命令解码器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可使用提供通信和电力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可被配置成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。控制系统470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I形梁刀元件。跟踪系统480被配置成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，该处理器可被编程或配置为确定纵向可移动的驱动构件的位置以及击发构件、击发杆和I形梁刀元件的位置。附加马达可设置在工具驱动器接口处，以控制I形梁击发、闭合管行进、轴旋转和关节运动。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，主微控制器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、和/或具有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成能够专门用于IEC 61508和ISO26262安全关键应用等等，以提供先进的集成安全特征部，同时递送可定标的性能、连接性和存储器选项。
可对微控制器461进行编程以执行各种功能，诸如对刀和关节运动系统的速度和位置的精确控制。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可被配置成能够计算微控制器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，该电池可包括串联连接的、可用作功率源以为外科器械或工具提供电力的多个电池单元。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。在至少一个示例中，电池单元可为锂离子(LI)电池，其可耦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，并且可被配置成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包括根据本公开的至少一个方面的包括位置传感器472的受控马达驱动电路布置。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。在又一个方面，位移构件表示击发杆或I形梁，它们中的每一者均可被适配和构造成能够包括驱动齿的齿条。因此，如本文所用，术语位移构件通常用于指外科器械或工具的任何可移动的构件诸如驱动构件、击发构件、击发杆、I形梁或可进行移位的任何元件。在一个方面，纵向可移动的驱动构件联接到击发构件、击发杆和I形梁。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I形梁的线性位移。在各种其它方面，位移构件可耦接到适于测量线性位移的任何位置传感器472。因此，纵向可移动驱动构件、击发构件、击发杆或I形梁或它们的组合可耦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耦接到齿轮组件，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。位移构件表示纵向可移动的击发构件、击发杆、I形梁或它们的组合。
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为在耦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为低电压和低功率部件，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)发射到微控制器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，诸如在以下专利中所述的那些：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 TISSUETHICKNESS)的美国专利9,345,481，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，该专利申请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 FORADAPTIVE CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTINGINSTRUMENT)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，绝对定位系统耦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)被配置成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振幅，该振幅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将其提供给处理器462。另选地或除了传感器474之外，传感器476(诸如，例如负荷传感器)可以测量由闭合驱动系统施加到砧座的闭合力。诸如例如负荷传感器的传感器476可以测量在外科系统器械或工具的击发行程中施加到I形梁的击发力。I形梁被构造成能够接合楔形滑动件，该楔形滑动件被构造成能够使钉驱动器向上凸轮运动以将钉推出以与砧座变形接触。I形梁还包括锋利切割刃，当通过击发杆向远侧推进I形梁时，该切割刃可用于切断组织。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。推进击发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将其提供给处理器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。应变计可耦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，其被配置成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于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集在砧座和钉仓之间的组织的力。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示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够控制外科器械或工具的各方面的控制电路500。控制电路500可被配置成能够实现本文所述的各种过程。电路500可以包括微控制器，该微控制器包括耦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。指令处理单元可以被配置成能够从本公开的存储器电路504接收指令。
图14示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够控制外科器械或工具的各方面的组合逻辑电路510。组合逻辑电路510可被配置成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被配置成能够在输入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至少一个方面的被配置成能够控制外科器械或工具的各方面的时序逻辑电路520。时序逻辑电路520或组合逻辑522可被配置成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被配置成能够从输入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。在其它方面，有限状态机可包括组合逻辑电路(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送到端部执行器。
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可以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可被配置成能够将由马达602生成的击发运动传送到端部执行器，具体地用于将I形梁元件移位。在某些情况下，由马达602生成的击发运动可导致例如钉从钉仓部署到由端部执行器捕集的组织内并且/或者导致I形梁元件的切割刃被推进以切割所捕集的组织。I形梁元件可通过反转马达602的方向而回缩。
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被配置成能够将由马达603生成的闭合运动传送到端部执行器，具体地用于将闭合管移位以闭合砧座并且压缩砧座和钉仓之间的组织。闭合运动可使例如端部执行器从打开构型转变成接近构型以捕集组织。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成能够将由马达606a、606b生成的关节运动传送到端部执行器。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，该多个马达可被构造成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同时启动，以使闭合管和I形梁元件朝远侧推进，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可单独地耦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电耦接到击发马达602；在第二位置617中，开关614可以将公共控制模块610电耦接到闭合马达603；在第三位置618a中，开关614可以将公共控制模块610电耦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电耦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可同时电耦接到击发马达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发射到耦接到公共控制模块610的马达的电力。在某些情况下，当马达耦接到公共控制模块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耦接到处理器622。
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“电源组”)，诸如LI电池。在某些情况下，电池组可被配置成能够可释放地安装到柄部以用于给外科器械600供电。可将多个串联连接的电池单元用作功率源628。在某些情况下，功率源628可为例如可替换的和/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以控制耦接到公共控制器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/或停用耦接到公共控制器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，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例如可以是可从Texas Instruments购得的LM 4F230H5QR。在至少一个示例中，TexasInstruments 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可包括用于控制可耦接到公共控制器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，例如传感器630)可用于警示处理器622应当在特定设置中使用的程序指令。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时使用与击发端部执行器的I形梁相关联的程序指令；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为根据本公开的至少一个方面的被配置成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、轴构件和/或一个或多个关节运动构件。外科器械700包括控制电路710，该控制电路被配置成能够控制马达驱动的击发构件、闭合构件、轴构件和/或一个或多个关节运动构件。
在一个方面，机器人外科器械700包括控制电路710，该控制电路被配置成能够经由多个马达704a–704e控制端部执行器702的砧座716和I形梁714(包括锋利切割刃)部分、可移除钉仓718、轴740以及一个或多个关节运动构件742a、742b。位置传感器734可被配置成能够向控制电路710提供I形梁714的位置反馈。其它传感器738可被配置成能够向控制电路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I形梁714的位置与定时器/计数器电路731的输出相关联，使得控制电路710可确定I形梁714在特定时间(t)相对于起始位置的位置或I形梁714在相对于起始位置的特定位置时的时间(t)。定时器/计数器731可被配置成能够测量所耗用的时间、计数外部事件或时间外部事件。
在一个方面，控制电路710可被编程为基于一个或多个组织状况来控制端部执行器702的功能。控制电路710可被编程为直接或间接地感测组织状况，诸如厚度，如本文所述。控制电路710可被编程为基于组织状况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，当存在较厚的组织时，控制电路710可被编程为以较低的速度和/或以较低的功率平移位移构件。当存在较薄的组织时，控制电路710可被编程为以较高的速度和/或以较高的功率平移位移构件。闭合控制程序可以控制由砧座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可包括一个或多个电路，这些电路被配置成能够向马达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可以是有刷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可以是无刷DC电动马达，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。
在一个方面，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接收电力。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可经由相应的变速器706a–706e机械地联接到各个可移动机械元件，诸如I形梁714、砧座716、轴740、关节运动742a和关节运动742b。变速器706a–706e可包括一个或多个齿轮或其它连杆部件，以将马达704a–704e联接到可移动机械元件。位置传感器734可感测I形梁714的位置。位置传感器734可以是或包括能够生成指示I形梁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，该编码器被配置成能够在I形梁714朝远侧和朝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I形梁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I形梁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中的任一个是步进马达的情况下，控制电路710可通过聚合马达704已被指示执行的步骤的数量和方向来跟踪I形梁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被配置成能够驱动击发构件诸如端部执行器702的I形梁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的输出轴耦接到扭矩传感器744a。扭矩传感器744a耦接到变速器706a，该变速器706a联接到I形梁714。变速器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I形梁714沿端部执行器702的纵向轴线朝远侧和朝近侧的移动。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位I形梁714所需的力。位置传感器734可被配置成能够将I形梁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可包括被配置成能够向控制电路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。在击发构件朝远侧平移时，具有定位在远侧端部处的切割元件的I形梁714朝远侧推进以切割位于钉仓718和砧座716之间的组织。
在一个方面，控制电路710被配置成能够驱动闭合构件，诸如端部执行器702的砧座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的输出轴耦接到扭矩传感器744b。扭矩传感器744b耦接到变速器706b，该变速器706b联接到砧座716。变速器706b包括可移动机械元件诸如旋转元件和闭合构件，以控制砧座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砧座716的闭合力。位置传感器734可被配置成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。可枢转砧座716与钉仓718相对地定位。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推进闭合构件以将组织抓持在砧座716和钉仓718之间。
在一个方面，控制电路710被配置成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的输出轴耦接到扭矩传感器744c。扭矩传感器744c耦接到变速器706c，该变速器706c联接到轴740。变速器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联接到旋转变速器组件，该旋转变速器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的旋转力。位置传感器734可被配置成能够将闭合构件的位置作为反馈信号提供给控制电路710。附加的传感器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被配置成能够使端部执行器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的输出耦接到扭矩传感器744d。扭矩传感器744d耦接到变速器706d，该变速器706d联接到关节运动构件742a。变速器706d包括可移动机械元件诸如关节运动元件，以控制端部执行器702进行±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由被两个马达708d、708e驱动的机器人接口(齿条)上的单独的盘驱动。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。这种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Austria Microsystems,AG。位置传感器734可与控制器710交接，以提供绝对定位系统。位置可包括位于磁体上方并耦接到CORDIC处理器的多个霍尔效应元件，该CORDIC处理器也被称为逐位方法和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，诸如间隙距离与时间、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；电阻传感器；电容传感器；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可位于钉仓718平台上，以使用分段电极来确定组织位置。扭矩传感器744a-744e可被配置成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载及其位置，(2)在齿条处的击发构件及其位置，(3)钉仓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，其被配置成能够在夹持条件期间测量砧座716中的应变的量值。应变仪提供电信号，该电信号的振幅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成能够检测由砧座716和钉仓718之间的压缩组织的存在生成的压力。传感器738可被配置成能够检测位于砧座716与钉仓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/或完整性。
在一个方面，传感器738可被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)装置和磁力计等等。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传感器和紫外传感器等等。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可被配置成能够测量由闭合驱动系统施加在砧座716上的力。例如，一个或多个传感器738可位于闭合管和砧座716之间的交互点处，以检测由闭合管施加到砧座716的闭合力。施加在砧座716上的力可表示在砧座716和钉仓718之间捕集的组织区段所经历的组织压缩。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砧座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，并实时评估施加到砧座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中的每个消耗的电流。推进可移动的机械元件中的任一者(诸如I形梁714)所需的力对应于由马达704a-704e中的一个消耗的电流。将力转换成数字信号并将其提供给控制电路710。控制电路710可被配置成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I形梁714以目标速度或接近目标速度移动。机器人外科器械700可包括反馈控制器，该反馈控制器可以是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，该专利申请全文以引用方式并入本文。
图18示出了根据本公开的至少一个方面的被编程为控制位移构件的远侧平移的外科器械750的框图。在一个方面，外科器械750被编程为控制位移构件诸如I形梁764的远侧平移。外科器械750包括端部执行器752，该端部执行器可包括砧座766、I形梁764(包括锋利切割刃)和可移除钉仓768。
线性位移构件诸如I形梁764的位置、移动、位移和/或平移可通过绝对定位系统、传感器布置和位置传感器784来测量。由于I形梁764联接到纵向可移动的驱动构件，因此I形梁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，I形梁764的位置、位移和/或平移可通过如本文所述的位置传感器784来实现。控制电路760可被编程为控制位移构件诸如I形梁764的平移。在一些示例中，控制电路760可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，I形梁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I形梁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I形梁764在特定时间(t)相对于起始位置的位置。定时器/计数器781可被配置成能够测量耗用时间、计数外部事件或时间外部事件。
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，所述一个或多个电路被配置成能够向马达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可以是无刷DC电动马达，并且马达驱动信号774可包括提供给马达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可以从能量源762处接收电力。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可经由变速器756机械地联接到I形梁764。变速器756可包括一个或多个齿轮或其它连杆部件，以将马达754联接到I形梁764。位置传感器784可感测I形梁764的位置。位置传感器784可以是或包括能够生成指示I形梁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，该编码器被配置成能够在I形梁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可以跟踪脉冲以确定I形梁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I形梁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I形梁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可包括磁传感器；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；电阻传感器；电容传感器；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。
一个或多个传感器788可包括应变仪，诸如微应变仪，其被配置成能够在夹持条件期间测量砧座766中的应变的量值。应变仪提供电信号，该电信号的振幅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成能够检测由砧座766和钉仓768之间的压缩组织的存在生成的压力。传感器788可被配置成能够检测位于砧座766与钉仓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/或完整性。
传感器788可被配置成能够测量由闭合驱动系统施加在砧座766上的力。例如，一个或多个传感器788可位于闭合管和砧座766之间的交互点处，以检测由闭合管施加到砧座766的闭合力。施加在砧座766上的力可表示在砧座766和钉仓768之间捕集的组织区段所经历的组织压缩。一个或多个传感器788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砧座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，并实时评估施加到砧座766的闭合力。
电流传感器786可用于测量由马达754消耗的电流。推进I形梁764所需的力对应于例如由马达754消耗的电流。将力转换成数字信号并将其提供给控制电路760。
控制电路760可被配置成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I形梁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，该反馈控制器可以是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。
外科器械750的实际驱动系统被配置成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马达来驱动位移构件、切割构件或I形梁764。另一示例为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。这种外部影响可被称为曳力，其相对电动马达754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。
各种示例性方面涉及外科器械750，其包括带有马达驱动的外科缝合和切割工具的端部执行器752。例如，马达754可沿着端部执行器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可包括可枢转砧座766，并且当被配置用于使用时，钉仓768与砧座766相对定位。临床医生可将组织抓持在砧座766和钉仓768之间，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可沿着端部执行器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I形梁764可切割钉仓768与砧座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，该控制电路被编程为例如基于一个或多个组织状况来控制位移构件诸如I形梁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状况，诸如厚度，如本文所述。控制电路760可被编程为基于组织状况选择击发控制程序。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，当存在较厚的组织时，控制电路760可被编程为以较低的速度和/或以较低的功率平移位移构件。当存在较薄的组织时，控制电路760可被编程为以较高的速度和/或以较高的功率平移位移构件。
在一些示例中，控制电路760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来操作马达754。基于在行程的开环部分期间外科器械750的响应，控制电路760可以选择击发控制程序。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可以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 FORCONTROLLING A DISPLAY 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为根据本公开的至少一个方面的被配置成能够控制各个功能的外科器械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I形梁764的远侧平移。外科器械790包括端部执行器792，该端部执行器可包括砧座766、I形梁764和可移除钉仓768，该可移除钉仓可以与RF仓796(以虚线示出)互换。
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、和磁力计等等。在其它具体实施中，传感器788可以是在光的影响下操作的固态开关，诸如光学传感器、IR传感器和紫外传感器等等。同样，开关可以是固态装置，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，包括被实现为AS5055EQFT单片磁性旋转位置传感器的磁性旋转绝对定位系统，其可购自Austria Microsystems,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耦接到CORDIC处理器的多个霍尔效应元件，该CORDIC处理器也被称为逐位方法和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，I形梁764可被实现为包括刀主体的刀构件，该刀主体将组织切割刀片可操作地支撑在其上，并且该I形梁还可包括砧座接合突片或特征部和通道接合特征部或基座。在一个方面，钉仓768可被实现为标准(机械)外科紧固件仓。在一个方面，RF仓796可被实现为RF仓。这些和其它传感器布置在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)的共同拥有的美国专利申请序列号15/628,175中有所描述，该专利申请全文以引用方式并入本文。
线性位移构件诸如I形梁764的位置、移动、位移和/或平移可通过绝对定位系统、传感器布置和表示为位置传感器784的位置传感器来测量。由于I形梁764联接到纵向可移动的驱动构件，因此I形梁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，I形梁764的位置、位移和/或平移可通过如本文所述的位置传感器784来实现。控制电路760可被编程为控制位移构件诸如I形梁764的平移，如本文所述。在一些示例中，控制电路760可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，I形梁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I形梁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I形梁764在特定时间(t)相对于起始位置的位置。定时器/计数器781可被配置成能够测量耗用时间、计数外部事件或时间外部事件。
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，所述一个或多个电路被配置成能够向马达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可以是无刷DC电动马达，并且马达驱动信号774可包括提供给马达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可以从能量源762处接收电力。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可经由变速器756机械地联接到I形梁764。变速器756可包括一个或多个齿轮或其它连杆部件，以将马达754联接到I形梁764。位置传感器784可感测I形梁764的位置。位置传感器784可以是或包括能够生成指示I形梁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，该编码器被配置成能够在I形梁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可以跟踪脉冲以确定I形梁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I形梁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可通过聚合马达已被指示执行的步骤的数量和方向来跟踪I形梁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可包括磁传感器；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；电阻传感器；电容传感器；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。
一个或多个传感器788可包括应变仪，诸如微应变仪，其被配置成能够在夹持条件期间测量砧座766中的应变的量值。应变仪提供电信号，该电信号的振幅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成能够检测由砧座766和钉仓768之间的压缩组织的存在生成的压力。传感器788可被配置成能够检测位于砧座766与钉仓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/或完整性。
传感器788可被配置成能够测量由闭合驱动系统施加在砧座766上的力。例如，一个或多个传感器788可位于闭合管和砧座766之间的交互点处，以检测由闭合管施加到砧座766的闭合力。施加在砧座766上的力可表示在砧座766和钉仓768之间捕集的组织区段所经历的组织压缩。一个或多个传感器788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砧座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的处理器部分实时取样。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，并实时评估施加到砧座766的闭合力。
电流传感器786可用于测量由马达754消耗的电流。推进I形梁764所需的力对应于例如由马达754消耗的电流。将力转换成数字信号并将其提供给控制电路760。
当RF仓796代替钉仓768被装载在端部执行器792中时，RF能量源794耦接到端部执行器792并且被施加到RF仓796。控制电路760控制RF能量向RF仓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耦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)，该专利申请全文以引用方式并入本文。
图20为外科器械791的示意图，其在许多方面类似于外科器械790。外科器械791包括端部执行器769，该端部执行器包括第一钳口765和第二钳口767。端部执行器769被构造成能够从打开构型转变为闭合构型。在闭合构型中，第一钳口765和第二钳口767彼此更靠近。在一个方面，由处于闭合构型的端部执行器769抓持的组织通过能量源795所生成的超声能量进行处理。在另一方面，由处于闭合构型的端部执行器769抓持的组织通过能量源795或单独的RF能量源生成的RF能量进行处理。
在一个方面，闭合管773(以虚线示出)可将端部执行器769转变为闭合构型。马达754可经由变速器756机械地联接到闭合管773，以将闭合运动传输到端部执行器769。另选地，闭合管773可手动移动以使端部执行器769在打开构型和闭合构型之间转变。在一个方面，类似于I形梁764的I形梁771(以虚线示出)可将端部执行器769转变为闭合构型。马达754可经由变速器756机械地联接到I形梁771，以将闭合运动传输到端部执行器769。另选地，I形梁771可手动移动以使端部执行器769在打开构型和闭合构型之间转变。位置传感器784可以感测I形梁771和/或闭合管773的位置。
图21至图24描绘了用于切割和紧固的马达驱动的外科器械150010，其可以或可以不重复使用。在例示的示例中，外科器械150010包括外壳150012，该外壳包括被构造成能够由临床医生抓持、操纵并致动的柄部组件150014。外壳150012被配置用于可操作地附接到可互换轴组件150200，该可互换轴组件具有可操作地联接到其上的端部执行器150300，该端部执行器被构造成能够执行一种或多种外科任务或手术。根据本公开，可结合机器人控制的外科系统有效地采用各种形式的可互换轴组件。术语“外壳”可涵盖容纳或以其他方式可操作地支撑至少一个驱动系统的机器人系统的外壳或类似部分，该至少一个驱动系统被构造成能够生成并且施加可用于致动可互换轴组件的至少一个控制运动。术语“框架”可指手持式外科器械的一部分。术语“框架”还可表示机器人控制的外科器械的一部分和/或机器人系统的可用于可操作地控制外科器械的一部分。可互换轴组件可与标题为具有可旋转钉部署布置的外科缝合器械(SURGICAL STAPLING INSTRUMENTS WITH ROTATABLE STAPLEDEPLOYMENT ARRANGEMENTS)的美国专利9,072,535中公开的各种机器人系统、器械、部件和方法一起使用，该专利全文以引用方式并入本文。
图21为根据本公开的至少一个方面的具有可操作地联接到其上的可互换轴组件150200的外科器械150010的透视图。外壳150012包括端部执行器150300，该端部执行器包括被构造成能够在其中可操作地支撑外科钉仓150304的外科切割和紧固装置。外壳150012可被配置用于结合可互换轴组件使用，该可互换轴组件包括适于支撑不同尺寸和类型的钉仓的端部执行器，具有不同的轴长度、尺寸和类型。外壳150012可与多种可互换轴组件一起采用，所述多种可互换轴组件包括被构造成能够将其它运动和形式的能量诸如RF能量、超声能量和/或运动施加到适于结合各种外科应用和手术使用的端部执行器布置的组件。端部执行器、轴组件、柄部、外科器械和/或外科器械系统可利用任何合适的一个紧固件或多个紧固件来紧固组织。例如，包括可移除地被存储在其中的多个紧固件的紧固件仓能够可移除地插入轴组件的端部执行器中和/或附接到轴组件的端部执行器。
柄部组件150014可包括一对可互连柄部外壳段150016、150018，这对柄部外壳段通过螺钉、按扣特征部、粘合剂等互连。柄部外壳段150016、150018配合以形成可被临床医生抓握和操纵的手枪式握把部150019。柄部组件150014可操作地支撑多个驱动系统，所述多个驱动系统被构造成能够生成控制运动并且将控制运动施加到可操作地附接到其上的可互换轴组件的对应部分。显示器可提供于覆盖件150045下方。
图22为根据本公开的至少一个方面的图21的外科器械150010的一部分的分解组件视图。柄部组件150014可包括可操作地支撑多个驱动系统的框架150020。框架150020能够可操作地支撑“第一”或闭合驱动系统150030，该“第一”或闭合驱动系统可将闭合和打开运动施加到可互换轴组件150200。闭合驱动系统150030可包括致动器，诸如由框架150020枢转地支撑的闭合触发器150032。闭合触发器150032通过枢轴销150033枢转地联接到柄部组件150014，以使得闭合触发器150032能够由临床医生操纵。当临床医生抓握柄部组件150014的手枪式握把部150019时，闭合触发器150032可从启动或“未致动”位置枢转到“致动”位置并且更具体地枢转到完全压缩或完全致动位置。
柄部组件150014和框架150020能够可操作地支撑击发驱动系统150080，该击发驱动系统被构造成能够将击发运动施加到附接到其上的可互换轴组件的对应部分。击发驱动系统150080可采用位于柄部组件150014的手枪式握把部150019中的电动马达150082。电动马达150082可为具有例如约25,000RPM的最大旋转速度的DC有刷马达。在其它构造中，马达可包括无刷马达、无绳马达、同步马达、步进马达、或任何其它合适的电动马达。电动马达150082可由功率源150090供电，该功率源可包括可移除电源组150092。可移除电源组150092可包括被构造成能够附接到远侧外壳部分150096的近侧外壳部分150094。近侧外壳部分150094和远侧外壳部分150096被构造成能够可操作地支撑其中的多个电池150098。电池150098可各自包括例如LI电池或其它合适的电池。远侧外壳部分150096被配置用于以可移除方式可操作地附接到控制电路板150100，该控制电路板可操作地耦接到电动马达150082。串联连接的若干电池150098可向外科器械150010供电。功率源150090可为可替换的和/或可再充电的。位于覆盖件150045下方的显示器150043电耦接到控制电路板150100。可移除覆盖件150045以暴露显示器150043。
电动马达150082可包括与齿轮减速器组件150084可操作地交接的可旋转轴(未示出)，该齿轮减速器组件安装成与纵向可移动驱动构件150120上的驱动齿150122的组或齿条啮合接合。纵向可移动驱动构件150120具有形成在其上的驱动齿150122的齿条，以用于与齿轮减速器组件150084的对应驱动齿轮150086啮合接合。
在使用中，功率源150090所提供的电压极性可沿顺时针方向操作电动马达150082，其中由电池施加至电动马达的电压极性可被反转，以便沿逆时针方向操作电动马达150082。当电动马达150082在一个方向上旋转时，纵向可移动驱动构件150120将在远侧方向“DD”上被轴向地驱动。当电动马达150082在相反的旋转方向上被驱动时，纵向可移动驱动构件150120将在近侧方向“PD”上被轴向地驱动。柄部组件150014可包括开关，该开关可被配置成能够使由功率源150090施加至电动马达150082的极性反转。柄部组件150014可包括传感器，该传感器被配置成能够检测纵向可移动驱动构件150120的位置和/或纵向可移动驱动构件150120正在移动的方向。
电动马达150082的致动由被枢转地支撑在柄部组件150014上的击发触发器150130控制。击发触发器150130可在未致动位置和致动位置之间枢转。
往回转到图21，可互换轴组件150200包括端部执行器150300，该端部执行器包括被构造成能够在其中可操作地支撑外科钉仓150304的细长通道150302。端部执行器150300可包括砧座150306，该砧座相对于细长通道150302被枢转地支撑。可互换轴组件150200可包括关节运动接头150270。端部执行器150300和关节运动接头150270的构造和操作在标题为包括关节运动锁的可关节运动的外科器械(ARTICULATABLE SURGICAL INSTRUMENTCOMPRISING AN ARTICULATION LOCK)的美国专利申请公布2014/0263541中阐述，该专利申请公布全文以引用方式并入本文。可互换轴组件150200可包括由喷嘴部分150202、150203构成的近侧外壳或喷嘴150201。可互换轴组件150200可包括可被利用来闭合和/或打开端部执行器150300的砧座150306的沿着轴轴线SA延伸的闭合管150260。
返回转到图21，闭合管150260朝远侧(方向“DD”)平移以例如响应于闭合触发器150032的致动而以前述参考文献美国专利申请公布2014/0263541中所述的方式闭合砧座150306。通过朝近侧平移闭合管150260来打开砧座150306。在砧座打开位置，闭合管150260移动至其近侧位置。
图23为根据本公开的至少一个方面的可互换轴组件150200的各部分的另一个分解组件视图。可互换轴组件150200可包括击发构件150220，该击发构件被支撑以便在脊150210内轴向行进。击发构件150220包括被构造成能够附接到远侧切割部分或刀杆150280的中间击发轴150222。击发构件150220可被称为“第二轴”或“第二轴组件”。中间击发轴150222可包括位于远侧端部中的被构造成能够接纳刀杆150280的近侧端部150282上的突片150284的纵向狭槽150223。纵向狭槽150223和近侧端部150282可被构造成能够允许它们之间的相对移动，并且可包括滑动接头150286。滑动接头150286可允许击发构件150220的中间击发轴150222在不移动或至少基本上不移动刀杆150280的情况下使端部执行器150300围绕关节运动接头150270进行关节运动。一旦端部执行器150300已被合适地取向，中间击发轴150222便可朝远侧推进，直到纵向狭槽150223的近侧侧壁接触突片150284以推进刀杆150280并击发定位在通道150302内的钉仓为止。脊150210在其中具有细长开口或窗口150213，以有利于将中间击发轴150222组装和插入脊150210中。一旦中间击发轴150222已被插入轴框架中，顶部框架段150215就可与轴框架150212接合，以封闭其中的中间击发轴150222和刀杆150280。击发构件150220的操作可见于美国专利申请公布2014/0263541中。脊150210可被构造成能够可滑动地支撑击发构件150220和围绕脊150210延伸的闭合管150260。脊150210可以可滑动地支撑关节运动驱动器150230。
可互换轴组件150200可包括被构造成能够选择性地且可释放地将关节运动驱动器150230联接到击发构件150220的离合器组件150400。离合器组件150400包括围绕击发构件150220定位的锁定衬圈或锁定套筒150402，其中锁定套筒150402可在接合位置和脱离接合位置之间旋转，在接合位置，锁定套筒150402将关节运动驱动器150230联接到击发构件150220，在脱离接合位置，关节运动驱动器150230未被可操作地联接到击发构件150220。当锁定套筒150402处于接合位置时，击发构件150220的远侧移动可使关节运动驱动器150230朝远侧移动；并且相应地，击发构件150220的近侧移动可使关节运动驱动器150230朝近侧移动。当锁定套筒150402处于脱离接合位置时，击发构件150220的移动不传输到关节运动驱动器150230，并且因此，击发构件150220可独立于关节运动驱动器150230移动。喷嘴150201可用于以在美国专利申请公布2014/0263541中描述的各种方式来使关节运动驱动系统与击发驱动系统可操作地接合和脱离接合。
可互换轴组件150200可包括滑环组件150600，该滑环组件可被配置成能够例如将电力传导到端部执行器150300和/或从该端部执行器传导电力，并且/或者将信号传达到端部执行器150300和/或从该端部执行器传达信号。滑环组件150600可包括定位在限定于喷嘴部分150202、150203中的狭槽内的近侧连接器凸缘150604和远侧连接器凸缘150601。近侧连接器凸缘150604可包括第一面，并且远侧连接器凸缘150601可包括与第一面相邻定位且可相对于第一面移动的第二面。远侧连接器凸缘150601可围绕轴轴线SA-SA(图21)相对于近侧连接器凸缘150604旋转。近侧连接器凸缘150604可包括限定在其第一面中的多个同心或至少基本上同心的导体150602。连接器150607可安装在远侧连接器凸缘150601的近侧面上，并且可具有多个触点，其中每个触点对应于导体150602中的一个并与之电接触。这种布置在保持近侧连接器凸缘150604与远侧连接器凸缘150601之间电接触的同时，允许这两个凸缘之间进行相对旋转。近侧连接器凸缘150604可包括可例如使导体150602与轴电路板进行信号通信的电连接器150606。在至少一个实例中，包括多个导体的线束可在电连接器150606和轴电路板之间延伸。电连接器150606可朝近侧延伸穿过限定在底盘安装凸缘中的连接器开口。标题为钉仓组织厚度传感器系统(STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESSSENSOR SYSTEM)的美国专利申请公布2014/0263551的全文以引用方式并入本文。标题为钉仓组织厚度传感器系统(STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS SENSOR SYSTEM)的美国专利申请公布2014/0263552的全文以引用方式并入本文。有关滑环组件150600的更多细节可见于美国专利申请公布2014/0263541中。
可互换轴组件150200可包括可固定地安装到柄部组件150014的近侧部分，以及可围绕纵向轴线旋转的远侧部分。可旋转远侧轴部分可围绕滑环组件150600相对于近侧部分旋转。滑环组件150600的远侧连接器凸缘150601可定位在可旋转远侧轴部分内。
图24为根据本公开的至少一个方面的图21的外科器械150010的端部执行器150300的一个方面的分解图。端部执行器150300可包括砧座150306和外科钉仓150304。砧座150306可联接到细长通道150302。例如，开孔150199可限定在细长通道150302中，以接纳从砧座150306延伸的销150152，以允许砧座150306相对于细长通道150302和外科钉仓150304从打开位置枢转到闭合位置。击发杆150172被构造成能够纵向平移到端部执行器150300中。击发杆150172可由一个实心区段构造，或可包括层压材料，该层压材料包括钢板叠堆。击发杆150172包括I形梁150178和在其远侧端部处的切割刃150182。击发杆150172的远侧突出端部可附接到I形梁150178，以在砧座150306处于闭合位置时有助于将砧座150306与定位在细长通道150302中的外科钉仓150304间隔开。I形梁150178可包括在通过击发杆150172朝远侧推进I形梁150178时用于切断组织的锋利切割刃150182。在操作中，I形梁150178可击发外科钉仓150304。外科钉仓150304可包括模塑的仓体150194，该仓体保持多个钉150191，这些多个钉安置在钉驱动器150192上，这些钉驱动器位于相应的向上打开的钉腔150195中。楔形滑动件150190由I形梁150178朝远侧驱动，从而在外科钉仓150304的仓托盘150196上滑动。楔形滑动件150190使钉驱动器150192向上进行凸轮运动，以将钉150191挤出成与砧座150306变形接触，同时I形梁150178的切割刃150182切断被夹持的组织。
I形梁150178可包括在击发期间接合砧座150306的上部销150180。I形梁150178可包括接合仓体150194、仓托盘150196和细长通道150302的各部分的中间销150184和底部基座150186。当外科钉仓150304定位在细长通道150302内时，限定在仓体150194中的狭槽150193可与限定在仓托盘150196中的纵向狭槽150197以及限定在细长通道150302中的狭槽150189对齐。在使用中，I形梁150178可滑动穿过对齐的纵向狭槽150193、150197和150189，其中，如图24所示，I形梁150178的底部基座150186可沿着狭槽150189的长度接合沿着细长通道150302的底表面延伸的沟槽，中间销150184可沿着纵向狭槽150197的长度接合仓托盘150196的顶表面，并且上部销150180可接合砧座150306。在击发杆150172朝远侧推进以从外科钉仓150304击发钉和/或切入捕集在砧座150306和外科钉仓150304之间的组织时，I形梁150178可隔开或限制砧座150306和外科钉仓150304之间的相对移动。击发杆150172和I形梁150178可朝近侧回缩，从而允许打开砧座150306，以释放两个缝合和切断的组织部分。
图25A和图25B为根据本公开的至少一个方面的跨越两个图页的图21的外科器械150010的控制电路150700的框图。主要参见图25A和图25B，柄部组件150702可包括马达150714，该马达可由马达驱动器150715控制，并可由外科器械150010的击发系统使用。在各种形式中，马达150714可为具有大约25,000RPM的最大旋转速度的DC有刷驱动马达。在其它布置中，马达150714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150715可包括例如包括FET 150719的H桥驱动器。马达150714可由功率组件150706供电，该功率组件可释放地安装到柄部组件150200，以用于向外科器械150010提供控制功率。功率组件150706可包括电池，该电池可包括串联连接的、可用作功率源为外科器械150010供电的多个电池单元。在某些情况下，功率组件150706的电池单元可以是可替换的和/或可再充电的。在至少一个示例中，电池单元可以是能够可分离地耦接到功率组件150706的LI电池。
轴组件150704可包括轴组件控制器150722，在轴组件150704与功率组件150706联接到柄部组件150702时，该轴组件控制器可通过接口与安全控制器和功率管理控制器150716通信。例如，接口可包括第一接口部分150725和第二接口部分150727，该第一接口部分可包括一个或多个用于与对应的轴组件电连接器实现耦接接合的电连接器，该第二接口部分可包括一个或多个用于与对应的功率组件电连接器实现耦接接合的电连接器，从而在轴组件150704与功率组件150706耦接到柄部组件150702时，允许轴组件控制器150722与功率管理控制器150716之间进行电通信。可通过接口传输一个或多个通信信号，以将附接的可互换轴组件150704的一个或多个功率要求传送到功率管理控制器150716。作为响应，功率管理控制器可依据附接的轴组件150704的功率要求，调节功率组件150706的电池的功率输出，如下文更详细地描述。连接器可包括开关，这些开关可在柄部组件150702机械联接接合到轴组件150704和/或功率组件150706，以允许轴组件控制器150722与功率管理控制器150716之间进行电通信之后被启动。
例如，接口通过将一个或多个通信信号路由通过位于柄部组件150702内的主控制器150717，由此可利于在功率管理控制器150716与轴组件控制器150722之间传输这类通信信号。在其它情况下，当轴组件150704和功率组件150706联接到柄部组件150702时，接口可有利于功率管理控制器150716与轴组件控制器150722之间的直接通信线路穿过柄部组件150702。
主控制器150717可以是任何单核或多核处理器，诸如由Texas Instruments提供的商品名为ARM Cortex的那些处理器。在一个方面，主控制器150717可以是购自例如TexasInstruments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、用于使性能改善超过40MHz的预取缓冲器、32KB的单循环SRAM、装载有软件的内部ROM、2KB EEPROM、一个或多个PWM模块、一个或多个QEI模拟、或具有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。
安全控制器可以是包括两个基于控制器的系列(诸如TMS570和RM4x)的安全控制器平台，已知同样由Texas Instruments生产且商品名为Hercules ARM Cortex R4。安全控制器可被配置成能够专门用于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部，同时递送可定标的性能、连接性和存储器选项。
功率组件150706可包括功率管理电路，该功率管理电路可包括功率管理控制器150716、功率调制器150738和电流传感器电路150736。功率管理电路可被配置成能够在轴组件150704与功率组件150706联接到柄部组件150702时，基于轴组件150704的功率要求调节电池的功率输出。功率管理控制器150716可被编程为控制功率调制器150738调节功率组件150706的功率输出，并且电流传感器电路150736可用于监视功率组件150706的功率输出，以便为功率管理控制器150716提供与电池的功率输出有关的反馈，使得功率管理控制器150716可调节功率组件150706的功率输出以维持理想的输出。功率管理控制器150716和/或轴组件控制器150722各自可包括一个或多个可存储多个软件模块的处理器和/或存储器单元。
外科器械150010(图21至图24)可包括输出装置150742，该输出装置可包括用于将感官反馈提供给用户的装置。此类装置可包括例如视觉反馈装置(例如，液晶显示器(LCD)屏幕、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)。在某些情况下，输出装置150742可包括显示器150743，该显示器可包含在柄部组件150702中。轴组件控制器150722和/或功率管理控制器150716可通过输出装置150742向外科器械150010的使用者提供反馈。接口可被配置成能够将轴组件控制器150722和/或功率管理控制器150716连接到输出装置150742。作为替代，输出装置150742可与功率组件150706集成。在此类情况下，当轴组件150704联接到柄部组件150702时，输出装置150742与轴组件控制器150722之间的通信可通过接口实现。
控制电路150700包括被配置成能够控制电动外科器械150010的操作的电路段。安全控制器段(段1)包括安全控制器和主控制器150717段(段2)。安全控制器和/或主控制器150717被配置成能够与一个或多个附加电路段(诸如加速度段、显示器段、轴段、编码器段、马达段和功率段)相互作用。电路段中的每个都可耦接到安全控制器和/或主控制器150717。主控制器150717还耦接到闪存存储器。主控制器150717还包括串行通信接口。主控制器150717包括耦接到例如一个或多个电路段、电池和/或多个开关的多个输入。分段电路可通过任何合适的电路(诸如，例如电动外科器械150010内的印刷电路板组件(PCBA))来实施。应当理解，如本文使用的术语处理器包括任一种微处理器、处理器、控制器、控制器，或者将计算机的CPU的功能结合到一个集成电路或最多几个集成电路上的其它基础计算装置。主控制器150717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，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。控制电路150700可被配置成能够实现本文所述的过程中的一者或多者。
加速度段(段3)包括加速度计。加速度计被配置成能够检测电动外科器械150010的移动或加速度。来自加速度计的输入可用于例如转换到休眠模式和从休眠模式转换到其他模式、识别电动外科器械的取向，并且/或者识别外科器械何时已被放下。在一些示例中，加速度段耦接到安全控制器和/或主控制器150717。
显示器段(段4)包括耦接到主控制器150717的显示器连接器。显示器连接器通过显示器的一个或多个集成电路驱动器将主控制器150717耦接到显示器。显示器的集成电路驱动器可与显示器集成，并且/或者可与显示器分开定位。显示器可包括任一种合适的显示器，诸如例如有机发光二极管(OLED)显示器、LCD和/或任何其它合适的显示器。在一些示例中，显示器段耦接到安全控制器。
轴段(段5)包括用于耦接到外科器械150010(图21至图24)的可互换轴组件150200(图21和图23)的控件，和/或用于耦接到可互换轴组件150200的端部执行器150300的一个或多个控件。轴段包括轴连接器，该轴连接器被配置成能够将主控制器150717耦接到轴PCBA。轴PCBA包括具有铁电随机存取存储器(FRAM)、关节运动开关、轴释放霍尔效应开关和轴PCBA EEPROM的低功率微控制器。轴PCBA EEPROM包括特定于可互换轴组件150200和/或轴PCBA的一个或多个参数、例程和/或程序。轴PCBA可耦接到可互换轴组件150200和/或与外科器械150010一体成型。在一些示例中，轴段包括第二轴EEPROM。第二轴EEPROM包括对应于可与电动外科器械150010交接的一个或多个轴组件150200和/或端部执行器150300的多个算法、例程、参数和/或其它数据。
位置编码器段(段6)包括一个或多个磁性角旋转位置编码器。一个或多个磁性角旋转位置编码器被配置成能够标识外科器械150010(图21至图24)的马达150714、可互换轴组件150200(图21和图23)和/或端部执行器150300的旋转位置。在一些示例中，磁性角旋转位置编码器可耦接到安全控制器和/或主控制器150717。
马达电路段(段7)包括被配置成能够控制电动外科器械150010(图21至图24)的移动的马达150714。马达150714通过包括一个或多个H桥FET的H桥驱动器和马达控制器耦接到主微控制器处理器150717。H桥驱动器也耦接到安全控制器。马达电流传感器与马达串联耦接，用于测量马达的电流消耗。马达电流传感器与主控制器150717和/或安全控制器进行信号通信。在一些示例中，马达150714耦接到马达电磁干扰(EMI)滤波器。
马达控制器控制第一马达标记和第二马达标记，以向主控制器150717指示马达150714的状态和位置。主控制器150717通过缓冲器向马达控制器提供PWM高信号、PWM低信号、方向信号、同步信号和马达复位信号。功率段被配置成向电路段中的每一者提供段电压。
功率段(段8)包括耦接到安全控制器、主控制器150717和附加电路段的电池。电池通过电池连接器和电流传感器耦接到分段电路。电流传感器被配置成测量分段电路的总电流消耗。在一些示例中，一个或多个电压转换器被配置成向一个或多个电路段提供预先确定的电压值。例如，在一些示例中，分段电路可包括3.3V的电压转换器和/或5V的电压转换器。升压转换器被配置成提供最高为预先确定的量(诸如，最高至13V)的升压电压。升压转换器被配置成能够在功率密集操作期间提供附加的电压和/或电流，并且防止电压降低状况或低功率状况。
多个开关耦接到安全控制器和/或主控制器150717。这些开关可被配置成能够控制外科器械150010(图21至图24)的分段电路的操作，和/或指示外科器械150010的状态。用于应急的应急门开关和霍尔效应开关被配置成能够指示应急门的状态。多个关节运动开关(诸如例如左侧向左关节运动开关、左侧向右关节运动开关、左侧向中心关节运动开关、右侧向左关节运动开关、右侧向右关节运动开关和右侧向中心关节运动开关)被配置成能够控制可互换轴组件150200(图21和图23)和/或端部执行器150300(图21至图24)的关节运动。左侧换向开关和右侧换向开关耦接到主控制器150717。左侧开关(包括左侧向左关节运动开关、左侧向右关节运动开关、左侧向中心关节运动开关和左侧换向开关)通过左挠性连接器耦接到主控制器150717。右侧开关(包括右侧向左关节运动开关、右侧向右关节运动开关、右侧向中心关节运动开关和右侧换向开关)通过右挠性连接器耦接到主控制器150717。击发开关、夹持释放开关和轴接合开关耦接到主控制器150717。
任何合适的机械开关、机电开关或固态开关可任意组合，用于实施多个开关。例如，开关可以是利用与外科器械150010(图21至图24)相关联的部件的运动或存在某个物体来操作的限位开关。此类开关可用于控制与外科器械150010相关联的各种功能。限位开关是由机械地连接到一组触点的致动器构成的机电装置。当某个物体与致动器接触时，该装置操作触点以形成或断开电连接。限位开关不仅耐用、安装简便，还操作可靠，故适用于多种应用和环境。限位开关可确定物体的存在或不存在、经过、定位、以及物体行程的结束。在其它具体实施中，开关可以是在磁场影响下操作的固态开关，诸如霍尔效应装置、MR装置、GMR装置、和磁力计等等。在其它具体实施中，开关可以是在光影响下操作的固态开关，诸如光学传感器、IR传感器和紫外传感器等等。同样，开关可以是固态装置，诸如晶体管(例如，FET、结型FET、MOSFET、双极型晶体管等)。其它开关可包括无线开关、超声开关、加速度计和惯性传感器等等。
图26为根据本公开的至少一个方面的图21的外科器械的控制电路150700的另一个框图，该框图示出了柄部组件150702与功率组件150706之间、以及柄部组件150702与可互换轴组件150704之间的接口。柄部组件150702可包括主控制器150717、轴组件连接器150726和功率组件连接器150730。功率组件150706可包括功率组件连接器150732、功率管理电路150734，该功率管理电路可包括功率管理控制器150716、功率调制器150738和电流传感器电路150736。轴组件连接器150730、150732形成接口150727。功率管理电路150734可被配置成能够在可互换轴组件150704与功率组件150706耦接到柄部组件150702时，基于可互换轴组件150704的功率要求调节电池150707的功率输出。功率管理控制器150716可被编程为控制功率调制器150738调节功率组件150706的功率输出，并且电流传感器电路150736可用于监视功率组件150706的功率输出，以便为功率管理控制器150716提供与电池150707的功率输出有关的反馈，使得功率管理控制器150716可调节功率组件150706的功率输出以维持理想的输出。轴组件150704包括轴处理器150720，该轴处理器耦接到非易失性存储器150721和轴组件连接器150728以将轴组件150704电耦接到柄部组件150702。轴组件连接器150726、150728形成接口150725。主控制器150717、轴处理器150720和/或功率管理控制器150716可被配置成能够实现本文所述的过程中的一者或多者。
外科器械150010(图21至图24)可包括用于将感官反馈提供给用户的输出装置150742。此类装置可以包括视觉反馈装置(例如，LCD显示屏、LED指示器)、听觉反馈装置(例如，扬声器、蜂鸣器)或触觉反馈装置(例如，触觉致动器)。在某些情况下，输出装置150742可包括显示器150743，该显示器可包含在柄部组件150702中。轴组件控制器150722和/或功率管理控制器150716可通过输出装置150742向外科器械150010的使用者提供反馈。接口150727可被配置成能够将轴组件控制器150722和/或功率管理控制器150716连接到输出装置150742。输出装置150742可与功率组件150706集成。当可互换轴组件150704联接到柄部组件150702时，输出装置150742与轴组件控制器150722之间的通信可通过接口150725实现。
组织标记
在各种外科手术中，外科器械通过施加能量或将钉部署到组织中来密封组织。外科器械还可切断或切割密封的组织。在外科手术中，如果组织尺寸大于外科器械可在单个应用中处理的最大组织尺寸，则可将一个或多个外科器械施加到正被处理的组织的若干独立的组织部分。如果在经处理的组织部分之一中发生渗漏，则可能难以识别所涉及的外科器械或其部件，诸如钉仓。在无法进行此类识别的情况下，确定渗漏的原因变得困难。
本公开的各方面提供了一种外科器械，该外科器械包括被构造成能够向组织施加组织处理的端部执行器。该端部执行器包括第一钳口、能够相对于第一钳口运动以将组织抓持在其间的第二钳口、以及组织处理机构，该组织处理机构被配置成能够向被抓持在第一钳口和第二钳口之间的组织施加组织处理。此外，外科器械包括标记组件，该标记组件被配置成能够将不同标记施加到每个组织处理应用独属的组织，其中不同标记将所述组织处理应用与由所述外科器械或其它外科器械执行的其它组织处理应用区分开来。
在各个方面，组织处理机构包括钉仓，该钉仓被构造成能够通过将钉部署到由端部执行器抓持的组织中来施加组织处理应用。在其它方面，组织处理机构包括能量装置，该能量装置被配置成能够通过将治疗能量递送到由端部执行器抓持的组织来施加组织处理应用。由能量装置递送的能量可以为例如RF能量或超声能量的形式。
在各个方面，组织处理机构包括横切构件，该横切构件可移动以通过横切所抓持的组织来施加组织处理应用。端部执行器的钳口中的一个或两个可包括被构造成能够容纳横切构件的纵向狭槽。横切构件可包括位于其远侧部分处的切割刃。
图27为根据本公开的至少一个方面的方法31010的逻辑流程图，该逻辑流程图描绘了用于标记由外科器械的端部执行器处理的组织的控制程序或逻辑配置。在一个方面，如下文更详细地描述，方法31010由控制电路500(图13)执行。在另一方面，方法31010可以由组合逻辑电路510(图14)执行。在又一方面，方法31010可以由时序逻辑电路520(图15)执行。
在图28至图31的示例中，组织由外科缝合和切割器械31006的端部执行器31000处理，并且由控制系统31470的标记组件31020标记。
外科器械31006在许多方面类似于外科器械150010。例如，端部执行器31000和控制系统31470在许多方面分别类似于端部执行器150300和控制电路470(图12)。为简明起见，外科器械31006的类似于外科器械150010的上述部件的部件在本文中不再重复详述。
端部执行器31000包括从可互换轴组件150200延伸的第一钳口31001和第二钳口31002。端部执行器31000还包括限定在第一钳口31001中的砧座和限定在第二钳口31002中的钉仓31005。第一钳口31001和第二钳口31002中的至少一个可相对于另一个运动，以使端部执行器26000在打开构型与闭合构型之间转变，从而将组织抓持在砧座和钉仓31005之间。在操作中，由外科器械31006进行的组织处理涉及通过击发构件将钉从钉仓26005部署到所抓持的组织中。通过砧座使所部署的钉变形。在各个方面，还可使用切割构件通过横切来处理组织，该切割构件能够相对于限定在第一钳口31001和第二钳口31002中的至少一者中的纵向狭槽31007移动。
在各个方面，根据本公开的外科器械可包括通过向组织施加RF或超声能量来处理组织的端部执行器。在各个方面，外科器械26010可以是手持式外科器械。另选地，外科器械26010可作为机器人臂的部件结合到机器人系统中。关于机器人系统的附加细节在2017年12月28日提交的美国临时专利申请62/611,339中有所公开，该临时专利申请全文以引用方式并入本文。
再次参见图27，方法31010包括接收指示组织处理的施加的传感器信号31011。如果基于所接收的传感器信号确定组织处理已经或正在施加到组织31012，则将不同标记施加到组织31013。不同标记对于该组织处理应用是独属的，并且可用于将该组织处理应用与其它组织处理应用区分开来。
参见图31，在各个方面，方法31010可以由外科器械31006的控制系统31470执行。控制系统31470在许多方面类似于控制系统470(图12)。例如，控制系统31470包括具有微控制器470的控制电路。多个传感器472、474、476、31473向微控制器470提供各种传感器信号。可单独地或与其它传感器信号组合地分析此类传感器信号中的一个或多个，以确定组织处理是否已经或正在施加到组织。控制系统31470还包括与微控制器470通信的标记组件31020。在确定组织处理已经或正在施加到组织之后，微控制器470使标记组件31020标记组织。
在各种情况下，标记组件31020对组织的标记可以由来自外科器械31006的操作者的输入触发，该输入可通过用户界面(诸如，例如显示器473)递送。另选地或除此之外，组织的标记可以由一个或多个传感器信号触发。
在一个示例中，来自可用于测量施加到由端部执行器31000抓持的组织的力的应变仪传感器474的读数可触发组织标记。在接收到来自传感器474的超过预先确定的阈值的传感器信号(其指示组织被端部执行器31000抓持)时，微控制器461可以使标记组件31020标记组织。
在一个示例中，来自激活传感器31473的读数可触发组织标记，该激活传感器可用于检测钉的部署或向组织的能量施加。在接收到来自传感器31473的超过预先确定的阈值的传感器信号时，微控制器461可指示标记组件31020标记组织。
在图28和图30的示例中，标记组件31020包括设置在第二钳口31002上的两个标记施加器31021、31022。更具体地，施加器31021设置在与第二钳口31002组装在一起的钉仓31005的近侧部分31008上，而施加器31022设置在钉仓31005的远侧部分31009上。在其它布置中，可将多于或少于两个的施加器设置到端部执行器的一个或多个钳口上，以将标记施加到由端部执行器处理的组织。
施加器31021、31022中的每个包括以预先确定的图案布置的标记物31023。如图31所示，施加器31021、31022的标记物31023被布置成三行。另外，施加器31021、31022包括相同数量和布置的标记物31023。然而，在某些情况下，施加器的标记物可以任何合适的布置方式布置。不同的施加器可包括相同或不同的标记物布置。在某些情况下，激活施加器的所有标记物以生成组织标记。在其它情况下，仅激活施加器的一些标记物以生成组织标记。标记物的激活可以由微控制器461控制以产生预先确定的标记。
在各种情况下，标记物31023可被配置成能够以相同强度施加其各自的标记。另选地，标记物31023可被配置成能够以不同强度施加其各自的标记。标记的强度可以由微控制器461控制以产生预先确定的标记。
在各种情况下，如图28所示，施加器31021、31022分别布置在第二钳口31002的近侧部分31008和远侧部分31009处。这种布置允许施加器31021、31022在组织处理的近侧和远侧施加它们的标记，这可有助于识别组织处理的开始和结束。
在各种情况下，可通过光源、辐射源和照明源中的至少一种的刺激来检测标记中的一个或多个。在某些情况下，标记物31023被配置成能够将一种或多种荧光材料施加到组织，使得标记仅在存在可见光谱之外的光源的情况下可见。换句话讲，标记将在可见光谱之外的所施加光源下发荧光。
在某些情况下，标记物31023被配置成能够使用IR可读油墨制剂来生成标记。油墨制剂可基于IR中的光的吸收和反射。如图32所示，标记物31023可被配置成能够生成独特的IR油墨标记31035、31037。
在某些情况下，标记物31023为能够由微控制器461选择性地激活以生成标记的电极的形式。微控制器461可通过控制电极的激活时间来控制每个标记的强度。激活电极的时间越长，标记的强度越大。可在电极内引入分段以留下独特的标记。在某些情况下，标记物31023可配备有RF电极，包括被配置成能够焊接用于组织处理的每个应用的光学可识别的不同标记的一系列微电极。
参见图29和图32，八个组织部分接收由外科器械31036的端部执行器31030执行的八个处理。图3描绘了端部执行器31030的钳口31002。在八个处理的每个中，端部执行器31030抓持组织部分，密封组织部分，并切割组织部分。以特定顺序施加处理，如图32所示，以将结肠的癌变部分与相邻组织T分离。包括施加器31031、31032的标记组件31033通过每个处理将不同的组织标记施加到每个组织部分。
外科器械31036在许多方面类似于外科器械31006、150010。例如，端部执行器31000在许多方面类似于端部执行器31000、150300。为简明起见，外科器械31036的类似于外科器械31006、150010的上述部件的部件在本文中不再重复详述。
在图29的示例中，施加器31031、31032设置在由纵向狭槽31007沿纵向轴线LA限定的横切路径的相对侧31038、31039上的第二钳口31034的近侧部分31009处。在该布置中，横切组织的每一侧接收不同的标记。
在各种情况下，如图32所示，标记可以一定顺序制成，使得从一次使用到下一次使用的标记序列为连续处理序列提供不同的标记。这将允许除与各个处理相关联的标记之外，为一系列处理提供独特标记。换句话讲，除了其唯一标识符之外，与相关处理相关联的标记还可包括公共标识符。处理可通过在外科手术中连续击发或通过单个外科器械来相关。
在各个方面，本公开的外科器械诸如例如外科器械26010、31006、310036通过有线和/或无线通信信道通信地耦接到外科集线器(例如，外科集线器106(图2、图3)、206(图10))。由此类外科器械收集的数据可被传输到外科集线器106、206，所述外科集线器可将数据进一步传输到基于云的系统(例如，基于云的系统104、204)以进行另外的分析。
除上述之外，可视化系统(例如，可视化系统108(图3)、208(图9))可记录所标记的组织的帧，以用于在外科器械从手术部位移走之后进行后续识别。来自外科器械的数据和由可视化系统记录的帧可被传输到外科集线器，该外科集线器可对从这两个来源接收的数据进行时间标记和/或关联。数据也可被转发到基于云的系统以进行另外的分析。
该过程可有助于分析失效。例如，如图32所示，在第七组织处理处发生渗漏31039。由可视化系统记录的第七组织处理处的不同标记将有助于识别执行第七处理的外科器械。因此，可检查第七处理处的操作数据31040，并且将其与成功应用类似处理的相同环境内的相同外科器械的操作数据31042进行比较。如上所述，单个外科手术的标记或由单个外科器械形成的标记可包括公共标识符，以允许快速比较操作数据31040和操作数据31042。
在图32的示例中，将产生成功密封的第一组织处理应用处的操作数据与产生渗漏的第七组织处理应用处的操作数据进行比较。在比较这两个数据集时，变得清楚的是，渗漏是由夹持力的异常下降引起的，这可在使用相同或类似外科器械的后续组织处理中解决。在其它情况下，将与失效相关联的外科器械的操作数据与预设标准进行比较。
在某些情况下，上述失效分析可在外科手术期间由外科集线器实时执行。渗漏检测和解密组织标记可通过各种图像处理技术来执行。可通过使用逐点分析技术识别解剖标志和组织的固有可变阴影来借助于外科集线器将外科操作者引导回到手术部位。在某些情况下，可通过在能量施加之后观察组织中的热点来识别和采集标志。
数据传输优先级
可在外科手术期间通过电动外科器械收集和/或生成各种数据。例如，电动外科缝合和切割器械可以收集夹持力(FTC)和击发力(FTF)读数等，这些读数可被传输到外科集线器，该外科集线器将数据进一步传输到基于云的系统以进行另外的处理。电动外科器械和外科集线器之间的通信路径具有预先确定的带宽。同样，外科集线器和基于云的系统之间的通信路径也具有预先确定的带宽。在某些情况下，各种环境干扰可进一步限制此类带宽。此外，各种数据源可以竞争有限的带宽。
在外科手术期间，外科集线器可通过在其控制下实时调节各种参数来对所接收的数据作出反应。根据正在执行的外科步骤，某些数据源和/或外科活动变得比其它数据源和/或外科活动更重要。在不考虑其重要性的情况下传输数据可能会干扰外科集线器的操作以及其及时做出决策的能力。同样，由于带宽限制引起的数据传输延迟可能会干扰外科集线器的操作以及其及时做出决策的能力。
在各个方面，外科系统32002用于外科手术中。外科系统32002包括外科集线器(例如，外科集线器106(图3、图4、图36)、外科集线器206(图10))、电动外科器械(例如，装置/器械235(图9)、外科器械32235(图36))和通信模块32004(图36)。通信模块32004包括移位/寄存器32005和收发器32007。
图35示出了根据本公开的至少一个方面的方法32000的逻辑流程图，该逻辑流程图描绘了用于协调电动外科器械32235与外科集线器(例如，外科集线器106(图3、图4、图36)、外科集线器206(图10))之间的数据传输的控制程序或逻辑配置。方法32000包括接收关于外科手术的第一外科活动的第一数据32006，接收关于外科手术的第二外科活动的第二数据32008，基于第一外科活动和第二外科活动中的至少一者的至少一个特性，选择用于在电动外科器械32235和外科集线器106之间传输第一数据和第二数据的传输速率32010，以及以所选传输速率在电动外科器械和外科集线器之间传输第一数据和第二数据32012。
在至少一个示例中，方法32000基于第一外科活动和第二外科活动中的至少一者的至少一个特性以及可用带宽，选择或调节用于在电动外科器械32235和外科集线器106之间传输第一数据和第二数据的传输速率。通信模块32004可确定可用带宽，该可用带宽可基于各种因素诸如例如干扰和其它环境因素随时间改变。
图36示出了可用于执行图35的方法的外科器械32235的控制系统32470。控制系统32470在许多方面类似于控制系统470(图12)。在各个方面，方法32000可以由外科器械32235的通信模块32004执行，该通信模块包括耦接到传感器472、474、476的微控制器461，如图36所示。
在各个方面，第一数据可以从第一源接收，并且第二数据可以从不同于第一源的第二源接收。第一源和/或第二源可以是例如传感器472、474、476中的任一个。
在各个方面，外科器械32235在许多方面类似于外科器械235(图9)、150010(图25)。例如，类似于外科器械150010，外科器械32235包括端部执行器150300，该端部执行器可在第一外科活动中从如图25所示的打开构型转变为闭合构型以抓持组织。马达482(图36)可以驱动端部执行器150300在打开构型和闭合构型之间转变。在某些情况下，第一数据表示端部执行器150300随时间推移的FTC所需的力，如图33所示。
在各个方面，外科器械32235包括位移构件(例如，图26的驱动构件150120)，该位移构件可在第二外科活动中移动以将钉部署/击发到由端部执行器150300抓持的组织中。在某些情况下，第二数据表示端部执行器150300随时间推移的FTF，如图33所示。
图33为示出相对于时间(t)绘制的外科手术期间电动外科器械32235的FTC和FTF读数的曲线图。FTC和FTF读数向外科集线器106的相应传输速率也相对于时间(t)作图。在图33和图34的示例中，传感器472、474、476包括每秒30个样本的理想采样速率。采样速率是获取读数的速率。
电动外科器械32235和外科集线器106之间的通信信道包括能够每秒传输多达25兆比特的第一带宽，对应于每秒传输最多62个样本。由于手术室内的环境干扰，第一带宽在时间t＝t2处减小到第二带宽。第二带宽能够每秒传输多达20兆比特，对应于每秒最多48个样本。图34还列出了出于例示目的而选择的四个示例性时间点(t1、t2、t3、t4)处每秒传输的实际FTC和FTF样本。
再次参见图33和图34，由FTC数据表示的第一外科活动开始于时间t＝0，而由FTF数据表示的第二外科活动开始于时间t＝t3。第一外科活动还在t＝t1时达到最大FTC，该最大FTC定义第一外科活动的重要特性。因此，直到时间t＝t3，期望相对于与第二外科活动相关联的FTF数据优先传输与第一外科活动相关联的FTC数据。如对应于最大FTC值的t＝t1处所示，FTC数据以对应于每秒30个样本的最佳传输速率传输，而在该初始阶段期间不传输FTF数据。
除上述之外，带宽或最大可用传输速率的负转变发生在t＝ta处，并且由通信模块32004感测。作为响应，FTC数据的传输速率降低至对应于每秒26个样本的传输速率，如t＝t2处所示，以便适应由环境干扰引起的负转变。在各种情况下，第一数据和第二数据通过在电动外科器械32235和外科集线器106之间建立的通信信道传输，并且通信模块32004响应于通信信道的带宽变化而调节第一数据和第二数据中的至少一者的传输速率。
在图34和图35的示例中，仅FTC数据传输速率从每秒30个样本降低至每秒26个样本，因为FTF数据传输速率已经是每秒0个样本。在其它情况下，基于第一外科活动和第二外科活动中的至少一者的特性制定的持续优先方案可能会影响带宽的负转变对第一数据和/或第二数据的传输速率的效果，如下文更详细地描述。
在t＝t3处，FTF数据和FTC数据变得同样相关。然而，由于带宽或最大可用传输速率的减小，每秒仅可传输48个样本。因此，FTC数据和FTF数据的传输速率被同样调节为每秒24个样本。换句话讲，调节FTC数据和FTF数据的传输速率以适应FTF数据的增大的相关性以及带宽或最大可用传输速率的负转变。
除上述之外，当FTF数据向上斜升并且FTC数据减小时，FTF数据可优先于FTC数据。因此，FTF数据的传输速率可增大，并且FTC数据的传输速率在第二外科活动的剩余部分内减小。换句话讲，通信模块32004可基于第一外科活动和第二外科活动中的至少一者的特性来调节用于在电动外科器械和外科集线器之间传输第一数据和第二数据的传输速率。
在t＝t4处，当FTF超过预先确定的阈值时，检测到不规则的FTF。为了研究不规则的FTF，通信模块32004通过将FTF数据传输速率增大至每秒40个样本，同时将FTC传输速率降低至每秒8个样本来作出响应。换句话讲，通信模块32004通过调节传输速率以使FTF数据的传输优先于FTC数据的传输来响应于在FTF数据中感测到的不规则性。
图37示出了根据本公开的至少一个方面的方法32100的逻辑流程图，该逻辑流程图描绘了用于协调电动外科器械32235与外科集线器(例如，外科集线器106(图3、图4、图36)、外科集线器206(图10))之间的数据传输的控制程序或逻辑配置。方法32100包括接收关于外科手术的第一外科活动的第一数据32106，接收关于外科手术的第二外科活动的第二数据32108，以及在电动外科器械32235和外科集线器106之间传输第一数据和第二数据32112。
除上述之外，如果检测到不规则性32109，则方法32100调节用于在电动外科器械32235和外科集线器106之间传输第一数据和第二数据的传输速率32110，从而优先传输涵盖不规则性的数据。如上所述，根据方法32109，不规则性可超过预先确定的阈值。
在各个方面，通信模块32004设置优选的或优先的通信处理布置以确保低速数据和高速连接的流动，同时在需要较高优先级的情况下仍能对缓慢带宽数据进行优先化。
实施例
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-本发明公开了一种外科器械。该外科器械包括端部执行器和标记组件。端部执行器包括第一钳口、能够相对于第一钳口运动以将组织抓持在其间的第二钳口以及组织处理机构，该组织处理机构被配置成能够向被抓持在第一钳口和第二钳口之间的组织施加组织处理。标记组件被配置成能够将不同标记施加到每个组织处理应用独属的组织。不同标记将所述组织处理应用与其它组织处理应用区分开来。
实施例2-根据实施例1所述的外科器械，其中，端部执行器包括被构造成能够横切组织的切割构件，并且其中标记组件被配置成能够邻近组织中由切割构件限定的横切线形成不同标记。
实施例3-根据实施例1和2中任一项所述的外科器械，其中，不同标记仅在存在可见光谱之外的光源的情况下可见。
实施例4-根据实施例1至3中任一项所述的外科器械，其中，不同标记被配置成能够在可见光谱之外的所施加的光源下发荧光。
实施例5-根据实施例1至4中任一项所述的外科器械，其中，不同标记可通过光源、辐射源和照明源中的至少一种的刺激来检测。
实施例6-根据实施例1至5中任一项所述的外科器械，其中，组织处理机构包括钉仓，该钉仓被构造成能够在组织处理应用中将钉部署到组织中。
实施例7-根据实施例1至6中任一项所述的外科器械，其中，组织处理机构包括电极，该电极被配置成能够在组织处理应用中将治疗能量递送到组织。
实施例8-根据实施例1至7中任一项所述的外科器械，其中，组织处理机构包括横切构件，该横切构件能够移动以在组织处理应用中横切组织。
实施例9-根据实施例1至8中任一项所述的外科器械，其中，通过组织处理机构施加组织处理触发通过标记组件向组织施加不同标记。
实施例10-根据实施例1至9中任一项所述的外科器械，其中，标记组件包括多个间隔开的施加器。
实施例11-根据实施例10所述的外科器械，其中，多个施加器包括近侧施加器和远侧施加器。
实施例12-根据实施例10和11中任一项所述的外科器械，其中，端部执行器包括纵向狭槽，并且其中第一施加器位于纵向狭槽的第一侧上并且第二施加器位于纵向狭槽的与第一侧相对的第二侧上。
实施例13-本发明公开了一种外科器械。该外科器械包括端部执行器、标记组件和控制电路。端部执行器包括第一钳口、能够相对于第一钳口运动以将组织抓持在其间的第二钳口、以及组织处理机构，该组织处理机构被配置成能够向被抓持在第一钳口和第二钳口之间的组织施加组织处理。控制电路被配置成能够接收指示向组织施加组织处理的传感器信号，并且使标记组件将不同标记施加到组织处理应用独属的组织，其中不同标记将所述组织处理应用与其它组织处理应用区分开来。
实施例14-根据实施例13所述的外科器械，其中，端部执行器包括被构造成能够横切组织的切割构件，并且其中标记组件被配置成能够邻近组织中由切割构件限定的横切线形成不同标记。
实施例15-根据实施例13和14中任一项所述的外科器械，其中，不同标记仅在存在可见光谱之外的光源的情况下可见。
实施例16-根据实施例13至15中任一项所述的外科器械，其中，不同标记被配置成能够在可见光谱之外的所施加的光源下发荧光。
实施例17-根据实施例13至16中任一项所述的外科器械，其中，不同标记可通过光源、辐射源和照明源中的至少一种的刺激来检测。
实施例18-根据实施例13至17中任一项所述的外科器械，其中，通过组织处理机构施加组织处理触发通过标记组件向组织施加不同标记。
实施例19-根据实施例13至18中任一项所述的外科器械，其中，标记组件包括多个间隔开的施加器。
实施例20-本发明公开了一种外科器械。该外科器械包括端部执行器，该端部执行器包括第一钳口、能够相对于第一钳口运动以将组织抓持在其间的第二钳口、以及组织处理机构，该组织处理机构被配置成能够向被抓持在第一钳口和第二钳口之间的组织施加组织处理。该外科器械还包括用于将不同标记施加到每个组织处理应用独属的组织的装置，其中不同标记将所述组织处理应用与其它组织处理应用区分开来。
在各个方面，由通信模块在外科集线器和电动外科器械之间建立的通信信道是无线通信信道。外科器械和外科集线器之间的合适的无线通信的示例在本公开别处有所描述。在其它情况下，由通信模块在外科集线器和电动外科器械之间建立的通信信道是有线通信信道。在各个方面，通过一个或多个此类通信信道进行的通信不基于总带宽，而是基于正在传送的数据的重要性进行优先化，如上所述。
在各个方面，外科集线器和电动外科器械之间的通信是加密的通信，以防止在系统启动、分配识别编号或在其自身内通信时拦截或改变系统内的数据。
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，本文所公开的形式的一些方面可以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(例如，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(例如，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，并且根据本公开，设计电路和/或编写软件和/或固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如何。
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中的存储器内，诸如DRAM、高速缓存、闪存存储器或其它存储装置。此外，指令可经由网络或通过其它计算机可读介质来分布。因此，机器可读介质可包括用于存储或发射以机器(例如，计算机)可读形式的信息的任何机构，但不限于软盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘、ROM、RAM、EPROM、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、IR信号、数字信号)在互联网上发射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)可读的形式存储或发射电子指令或信息的任何类型的有形机器可读介质。
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、DSP、可编程逻辑装置(PLD)、可编程逻辑阵列(PLA)或场可编程门阵列(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。控制电路可共同地或单独地体现为形成较大系统的一部分的电路，例如集成电路、专用集成电路(ASIC)、SoC、台式计算机、膝上型计算机、平板电脑、服务器或智能电话。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ASIC的电子电路、形成由计算机程序构造的通用计算装置的电子电路(例如，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构造的通用计算机，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构造的微处理器)、形成存储器装置(例如，RAM的形式)的电子电路和/或形成通信装置(例如，调制解调器、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。
如本文的任何方面所用，术语“逻辑”可指被配置成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“部件”、“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)采用能够被存储、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能够允许使用传输控制协议/互联网协议(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/或该标准的更高版本。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。另选地或除此之外，通信装置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。另选地或除此之外，收发器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，使用术语诸如“处理”、“估算”、“计算”、“确定”、“显示”等的讨论是指计算机系统或类似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“被配置成能够”、“可被配置成能够”、“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“被配置成能够”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，本文可结合附图使用诸如“竖直”、“水平”、“上”和“下”等空间术语。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。
本领域的技术人员将认识到，一般而言，本文、尤其是所附权利要求(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”，并且术语“包含”应解释为“包含但不限于”)。本领域的技术人员还应当理解，如果所引入权利要求表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表述，并且在不存在这样的表述的情况下，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，即使明确表述引入权利要求表述的特定数目，本领域的技术人员应当认识到，此种表述通常应解释为意指至少表述的数目(例如，在没有其它修饰语的情况下，对“两个表述”的裸表述通常意指至少两个表述、或两个或更多个表述)。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，此类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，此类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”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叠加、交错、中断、重新排序、增量、预备、补充、同时、反向，或其他改变的排序。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、陈述或其他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。
总而言之，已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。

Claims (22)

1.一种外科器械，包括：
端部执行器，所述端部执行器包括：
第一钳口；
第二钳口，所述第二钳口能够相对于所述第一钳口运动以将组织抓持在其间；以及
组织处理机构，所述组织处理机构被配置成能够向被抓持在所述第一钳口和所述第二钳口之间的组织施加组织处理；以及
标记组件，所述标记组件包括能够被独立操纵的标记物，所述能够被独立操纵的标记物被配置成能够将预定的不同标记施加到每个组织处理应用独属的组织，其中所述预定的不同标记将所述组织处理应用与其它组织处理应用区分开来。
2.根据权利要求1所述的外科器械，其中，所述端部执行器包括被构造成能够横切组织的切割构件，并且其中所述标记组件被配置成能够邻近所述组织中由所述切割构件限定的横切线形成所述预定的不同标记。
3.根据权利要求1所述的外科器械，其中，所述预定的不同标记仅在存在可见光谱之外的光源的情况下可见。
4.根据权利要求1所述的外科器械，其中，所述预定的不同标记被配置成能够在可见光谱之外的所施加的光源下发荧光。
5.根据权利要求1所述的外科器械，其中，所述预定的不同标记能够通过光源和辐射源中的至少一种的刺激来检测。
6.根据权利要求1所述的外科器械，其中，所述组织处理机构包括钉仓，所述钉仓被构造成能够在所述组织处理应用中将钉部署到所述组织中。
7.根据权利要求1所述的外科器械，其中，所述组织处理机构包括电极，所述电极被配置成能够在所述组织处理应用中将治疗能量递送到所述组织。
8.根据权利要求1所述的外科器械，其中，所述组织处理机构包括横切构件，所述横切构件能够移动以在所述组织处理应用中横切所述组织。
9.根据权利要求1所述的外科器械，其中，通过所述组织处理机构施加所述组织处理触发通过所述标记组件向所述组织施加所述预定的不同标记。
10.根据权利要求1所述的外科器械，其中，所述标记组件包括多个间隔开的施加器，所述施加器包括能够被独立地操纵的标记物。
11.根据权利要求10所述的外科器械，其中，所述多个施加器间隔开，并且所述多个施加器包括：
近侧施加器；以及
远侧施加器。
12.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纵向狭槽，并且其中所述多个施加器间隔开，并且所述多个施加器包括：
第一施加器，所述第一施加器位于所述纵向狭槽的第一侧上；以及
第二施加器，所述第二施加器位于所述纵向狭槽的与所述第一侧相对的第二侧上。
13.根据权利要求1所述的外科器械，其中，所述预定的不同标记能够通过照明源的刺激来检测。
14.一种外科器械，包括：
端部执行器，所述端部执行器包括：
第一钳口；
第二钳口，所述第二钳口能够相对于所述第一钳口运动以将组织抓持在其间；以及
组织处理机构，所述组织处理机构被配置成能够向被抓持在所述第一钳口和所述第二钳口之间的组织施加组织处理；标记组件；以及
控制电路，所述控制电路被配置成能够：
接收指示向所述组织施加所述组织处理的传感器信号；以及
操纵所述标记组件以将预定的不同标记施加到所述组织处理应用独属的组织，其中所述预定的不同标记将所述组织处理应用与其它组织处理应用区分开来。
15.根据权利要求14所述的外科器械，其中，所述端部执行器包括被构造成能够横切组织的切割构件，并且其中所述标记组件被配置成能够邻近所述组织中由所述切割构件限定的横切线形成所述预定的不同标记。
16.根据权利要求14所述的外科器械，其中，所述预定的不同标记仅在存在可见光谱之外的光源的情况下可见。
17.根据权利要求14所述的外科器械，其中，所述预定的不同标记被配置成能够在可见光谱之外的所施加的光源下发荧光。
18.根据权利要求14所述的外科器械，其中，所述预定的不同标记能够通过光源和辐射源中的至少一种的刺激来检测。
19.根据权利要求14所述的外科器械，其中，通过所述组织处理机构施加所述组织处理触发通过所述标记组件向所述组织施加所述预定的不同标记。
20.根据权利要求14所述的外科器械，其中，所述标记组件包括多个间隔开的施加器。
21.根据权利要求14所述的外科器械，其中，所述预定的不同标记能够通过照明源的刺激来检测。
22.一种外科器械，包括：
端部执行器，所述端部执行器包括：
第一钳口；
第二钳口，所述第二钳口能够相对于所述第一钳口运动以将组织抓持在其间；以及
组织处理机构，所述组织处理机构被配置成能够向被抓持在所述第一钳口和所述第二钳口之间的组织施加组织处理；
标记物；以及
用于调整所述标记物以将预定的不同标记施加到每个组织处理应用独属的组织的装置，其中所述预定的不同标记将所述组织处理应用与其它组织处理应用区分开来。
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