CN111512388B - 用于智能电动外科缝合的安全系统 - Google Patents
用于智能电动外科缝合的安全系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111512388B CN111512388B CN201880084505.7A CN201880084505A CN111512388B CN 111512388 B CN111512388 B CN 111512388B CN 201880084505 A CN201880084505 A CN 201880084505A CN 111512388 B CN111512388 B CN 111512388B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- surgical
- tissue
- surgical instrument
- end effector
- motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000012636 effector Substances 0.000 claims description 552
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 420
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 250
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 128
- 230000015654 memory Effects 0.000 claims description 90
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 84
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 29
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 claims description 26
- 210000000621 bronchi Anatomy 0.000 claims description 7
- 230000001112 coagulating effect Effects 0.000 claims description 4
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1165
- 238000000034 method Methods 0.000 description 315
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 187
- 230000008569 process Effects 0.000 description 140
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 139
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 131
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 129
- 230000008859 change Effects 0.000 description 119
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 97
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 87
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 70
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 65
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 63
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 58
- 230000004044 response Effects 0.000 description 55
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 52
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 41
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 38
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 37
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 35
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 32
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 32
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 32
- 238000000418 atomic force spectrum Methods 0.000 description 30
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 30
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 30
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 27
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 27
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 description 25
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 24
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 23
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 23
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 22
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 21
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 19
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 19
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 17
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 16
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 16
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 16
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 16
- 238000002224 dissection Methods 0.000 description 15
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 14
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 14
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 14
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 14
- 230000009471 action Effects 0.000 description 13
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 13
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 13
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 12
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 12
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 12
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 12
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 12
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 11
- 208000035346 Margins of Excision Diseases 0.000 description 10
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 description 10
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 9
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 8
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 8
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 8
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 8
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 8
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 8
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 8
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 8
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 7
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 7
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 7
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 7
- 210000002784 stomach Anatomy 0.000 description 7
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 7
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 7
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 6
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 6
- 210000000038 chest Anatomy 0.000 description 6
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 6
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 6
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 6
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 6
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 6
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000003491 array Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 5
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 238000002271 resection Methods 0.000 description 5
- 238000013538 segmental resection Methods 0.000 description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 5
- 210000000115 thoracic cavity Anatomy 0.000 description 5
- 230000008733 trauma Effects 0.000 description 5
- 206010002091 Anaesthesia Diseases 0.000 description 4
- 208000032843 Hemorrhage Diseases 0.000 description 4
- 230000037005 anaesthesia Effects 0.000 description 4
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 4
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 4
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 4
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 4
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 4
- 230000002980 postoperative effect Effects 0.000 description 4
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 4
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 4
- 210000005166 vasculature Anatomy 0.000 description 4
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 4
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 3
- 208000034693 Laceration Diseases 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 230000004931 aggregating effect Effects 0.000 description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 230000002414 glycolytic effect Effects 0.000 description 3
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- PWPJGUXAGUPAHP-UHFFFAOYSA-N lufenuron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(C(F)(F)F)F)=CC(Cl)=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F PWPJGUXAGUPAHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 3
- 230000002018 overexpression Effects 0.000 description 3
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 3
- 238000001959 radiotherapy Methods 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 3
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 230000003872 anastomosis Effects 0.000 description 2
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 2
- 208000034158 bleeding Diseases 0.000 description 2
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 description 2
- 230000002308 calcification Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000000701 chemical imaging Methods 0.000 description 2
- 210000001072 colon Anatomy 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 2
- 238000012978 minimally invasive surgical procedure Methods 0.000 description 2
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 238000012913 prioritisation Methods 0.000 description 2
- 230000002685 pulmonary effect Effects 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000000306 recurrent effect Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000007958 sleep Effects 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 2
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 2
- 230000000451 tissue damage Effects 0.000 description 2
- 231100000827 tissue damage Toxicity 0.000 description 2
- 201000004569 Blindness Diseases 0.000 description 1
- 241000238366 Cephalopoda Species 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 1
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 1
- 206010058467 Lung neoplasm malignant Diseases 0.000 description 1
- 208000007123 Pulmonary Atelectasis Diseases 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 230000003042 antagnostic effect Effects 0.000 description 1
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000000881 depressing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001212 derivatisation Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000010336 energy treatment Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000008713 feedback mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000011062 flow through chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000036512 infertility Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003601 intercostal effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000012830 laparoscopic surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 201000007270 liver cancer Diseases 0.000 description 1
- 208000014018 liver neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 208000018769 loss of vision Diseases 0.000 description 1
- 231100000864 loss of vision Toxicity 0.000 description 1
- 238000001748 luminescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 201000005202 lung cancer Diseases 0.000 description 1
- 208000020816 lung neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 1
- 230000005055 memory storage Effects 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 238000002324 minimally invasive surgery Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 230000017074 necrotic cell death Effects 0.000 description 1
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 description 1
- 230000006855 networking Effects 0.000 description 1
- 238000002355 open surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 230000007170 pathology Effects 0.000 description 1
- 238000003909 pattern recognition Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000010412 perfusion Effects 0.000 description 1
- 210000004224 pleura Anatomy 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 239000013641 positive control Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 210000001147 pulmonary artery Anatomy 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- 238000007460 surgical drainage Methods 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 230000026683 transduction Effects 0.000 description 1
- 238000010361 transduction Methods 0.000 description 1
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 208000025247 virus-associated trichodysplasia spinulosa Diseases 0.000 description 1
- 230000004393 visual impairment Effects 0.000 description 1
- 230000002618 waking effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
- G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
- G16H40/00—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
- 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
-
- G—PHYSICS
- G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
- G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
- G16H40/00—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
- 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
-
- G—PHYSICS
- G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
- G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
- G16H40/00—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
- 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
- G16H40/67—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 remote operation
-
- G—PHYSICS
- G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
- G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
- G16H20/00—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance
- G16H20/40—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance relating to mechanical, radiation or invasive therapies, e.g. surgery, laser therapy, dialysis or acupuncture
Abstract
本发明公开了一种外科系统，所述外科系统包括控制电路、外科器械和用户界面。外科器械包括多个部件和传感器。外科器械的多个部件中的每个部件具有装置参数并且被构造成能够将其相应的装置参数传输到控制电路。外科器械的传感器被配置成能够检测与外科器械的所提议的功能相关联的组织参数，并将所检测到的组织参数传输到控制电路。控制电路被配置成能够基于系统限定的约束与每个相应的装置参数协作来分析所检测到的组织参数。用户界面被配置成能够指示包括多个部件的外科器械是否适于执行所提议的功能。
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6月28日提交的标题为“CONTROLLING A SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO SENSED CLOSUREPARAMETERS”的美国临时专利申请序列号62/691,227的优先权权益，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“SURGICAL SYSTEMS WITH OPTIMIZED SENSING 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“SURGICAL SMOKE EVACUATION SENSINGAND 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“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“CAPACITIVE COUPLED RETURN PATHPAD WITH 882SEPARABLE 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“TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEMTHEREFOR”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“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
一种外科系统，包括控制电路和外科器械。外科器械包括多个部件和传感器。外科器械的多个部件中的每个具有装置参数。每个部件被配置成能够将其相应的装置参数传输到控制电路。传感器被配置成能够检测与外科器械的所提议的功能相关联的组织参数并将该检测到的组织参数传输到控制电路。控制电路被配置成能够基于系统限定的约束与每个相应的装置参数协作来分析检测到的组织参数。外科系统还包括用户界面，该用户界面被配置成能够指示包括多个部件的外科器械是否适于执行所提议的功能。
一种外科系统，包括外科集线器和通信地联接到外科集线器的外科器械。外科器械包括多个部件和传感器。外科器械的多个部件中的每个具有装置参数。每个部件被配置成能够将其相应的装置参数传输到外科集线器。传感器被配置成能够检测与外科器械的所提议的功能相关联的组织参数并将该检测到的组织参数传输到外科集线器。外科集线器包括处理器和联接到处理器的存储器。存储器存储指令，该指令可由处理器执行以基于系统限定的约束与每个相应的装置参数协作来分析检测到的组织参数。外科系统还包括用户界面，该用户界面被配置成能够指示包括多个部件的外科器械是否适于执行所提议的功能。
非暂态计算机可读介质存储计算机可读指令，该计算机可读指令在被执行时致使机器基于系统限定的约束与外科系统的外科器械的多个部件中的每个的装置参数协作来分析检测到的组织参数，其中所检测到的组织参数与外科器械的所提议的功能相关联。外科系统包括外科器械，该外科器械包括多个部件。每个部件被配置成能够将其相应的装置参数传输到机器。该外科系统还包括传感器，该传感器被配置成能够检测该检测到的组织参数并将该检测到的组织参数传输到机器。指令在被执行时还致使机器生成用户界面，其中该用户界面提供包括多个部件的外科器械是否适于执行外科系统的所提议的功能的指示。
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可滑动地接纳多个模块。
图7示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够可滑动地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，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为示出基于关节运动角度来修改夹持组件的行程长度的控制系统的示例的行程长度曲线图。
图21为示出基于关节运动角度来修改闭合管组件的纵向位置的控制系统的示例的闭合管组件定位曲线图；
图22为利用受控组织压缩的缝合方法与未利用受控组织压缩的缝合方法的比较。
图23为在A部分中示出的力曲线图和在B部分中示出的相关的位移曲线图，其中力曲线图和位移曲线图具有限定时间的x轴，位移曲线图的y轴限定击发连杆的行进位移，并且力曲线图的y轴限定马达上感测到的扭力，该马达被构造成能够推进该击发连杆。
图24为示出了在一对间隔开的接触板与组织接触时电路的完成的组织接触电路的示意图。
图25为根据本公开的至少一个方面的具有可操作地联接到其的可互换轴组件的外科器械的透视图。
图26为根据本公开的至少一个方面的图25的外科器械的一部分的分解组装图。
图27为根据本公开的至少一个方面的可互换轴组件的部分的分解组件视图。
图28为根据本公开的至少一个方面的图25的外科器械的端部执行器的分解图。
图29A为根据本公开的至少一个方面的图25的跨越两个图页的外科器械的控制电路的框图。
图29B为根据本公开的至少一个方面的图25的跨越两个图页的外科器械的控制电路的框图。
图30为根据本公开的至少一个方面的图25的外科器械的控制电路的框图，其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31描绘了可包括本公开的一个或多个方面的示例性医疗装置。
图32描绘了根据本公开的一个或多个方面的围绕组织的医疗装置的示例性端部执行器。
图33描绘了根据本公开的一个或多个方面的压缩组织的医疗装置的示例性端部执行器。
图34描绘了根据本公开的一个或多个方面的由压缩组织的医疗装置的端部执行器施加的示例性力。
图35也描绘了根据本公开的一个或多个方面的由压缩组织的医疗装置的端部执行器施加的示例性力。
图36描绘了根据本公开的一个或多个方面的示例性组织压缩传感器系统。
图37也描绘了根据本公开的一个或多个方面的示例性组织压缩传感器系统。
图38也描绘了根据本公开的一个或多个方面的示例性组织压缩传感器系统。
图39也为根据本公开的一个或多个方面的示例性电路图。
图40也为根据本公开的一个或多个方面的示例性电路图。
图41为描绘了根据本公开的一个或多个方面的示例性频率调制的曲线图。
图42为描绘了根据本公开的一个或多个方面的复合RF信号的曲线图。
图43为描绘了根据本公开的一个或多个方面的滤波RF信号的曲线图。
图44为具有能够进行关节运动的可互换的轴的外科器械的透视图。
图45为外科器械的末端的侧视图。
图46至图50为绘制随时间变化的间隙尺寸(图46)、随时间变化的击发电流(图47)、随时间变化的组织压缩(图48)、随时间变化的砧座应变(图49)以及随时间变化的触发力(图50)的曲线图。
图51为针对正常组织绘制组织压缩随着组织位移变化的曲线图。
图52为绘制组织压缩随着组织位移变化以区分正常组织和患病组织的曲线图。
图53示出了包括第一传感器和第二传感器的端部执行器的一个实施方案。
图54为示出了用于基于来自图53中所示的端部执行器的第二传感器的输入来调节第一传感器的测量结果的过程的一个实施方案的逻辑图。
图55为示出了用于基于来自第二传感器的输入来确定第一传感器的查找表的过程的一个实施方案的逻辑图。
图56为示出了用于响应于来自第二传感器的输入来校正第一传感器的过程的一个实施方案的逻辑图。
图57为示出了用于确定并且显示夹持在端部执行器的砧座和钉仓之间的组织区段的厚度的过程的一个实施方案的逻辑图。
图58为示出了用于确定并且显示夹持在端部执行器的砧座和钉仓之间的组织区段的厚度的过程的一个实施方案的逻辑图。
图59为示出与未修改的霍尔效应厚度测量结果进行比较的调节的霍尔效应厚度测量结果的曲线图。
图60示出了包括第一传感器和第二传感器的端部执行器的一个实施方案。
图61示出了包括第一传感器和多个第二传感器的端部执行器的一个实施方案。
图62为示出了用于响应于多个第二传感器来调节第一传感器的测量结果的过程的一个实施方案的逻辑图。
图63示出了被配置成能够将来自第一传感器和多个第二传感器的信号转换成能够由处理器接收的数字信号的电路的一个实施方案。
图64示出了包括多个传感器的端部执行器的一个实施方案。
图65为示出了用于基于多个传感器来确定一个或多个组织特性的过程的一个实施方案的逻辑图。
图66示出了包括联接到第二钳口构件的多个传感器的端部执行器的一个实施方案。
图67示出了包括一体地形成于其中的多个传感器的钉仓的一个实施方案。
图68为示出了用于确定夹持在端部执行器内的组织区段的一个或多个参数的过程的一个实施方案的逻辑图。
图69示出了包括多个冗余传感器的端部执行器的一个实施方案。
图70为示出了用于选择来自多个冗余传感器的最可靠输出的过程的一个实施方案的逻辑图。
图71示出了包括传感器的端部执行器的一个实施方案，该传感器包括特定采样率以限制或消除假信号。
图72为示出了用于产生定位在端部执行器的砧座和钉仓之间的组织区段的厚度测量结果的过程的一个实施方案的逻辑图。
图73和图74示出了包括用于识别不同类型的钉仓的传感器的端部执行器的一个实施方案。
图75示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够固定地附接到端部执行器的钳口构件的分段柔性电路的一个方面。
图76示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够安装到端部执行器的钳口构件的分段柔性电路的一个方面。
图77示出了根据本公开的至少一个方面的被构造成能够测量组织间隙GT的端部执行器的一个方面。
图78示出了根据本公开的至少一个方面的包括分段柔性电路的端部执行器的一个方面。
图79示出了根据本公开的至少一个方面的图78中示出的端部执行器，其中钳口构件将组织夹持在钳口构件和钉仓之间。
图80为根据本公开的至少一个方面的外科器械的绝对定位系统的图，其中绝对定位系统包括受控马达驱动电路布置，该受控马达驱动电路布置包括传感器布置。
图81为根据本公开的至少一个方面的位置传感器的图，该位置传感器包括磁性旋转绝对定位系统。
图82为根据本公开的至少一个方面的外科器械的端部执行器的剖视图，其示出了相对于抓持在端部执行器内的组织的击发构件行程。
图83为两个闭合力(FTC)曲线的第一曲线图(其描绘了在闭合阶段期间施加到闭合构件以在厚和薄组织上闭合的力)以及两个击发力(FTF)曲线的第二曲线图(其描绘了在击发阶段期间施加到击发构件以通过厚和薄组织进行击发的力)。
图84为根据本公开的至少一个方面的控制系统的图，该控制系统被配置成能够在击发构件朝远侧推进并且联接到夹持臂时在击发行程期间提供闭合构件的逐渐闭合，以便以期望的速率降低闭合构件上的闭合力负载并减小击发构件上的击发力负载。
图85示出了根据本公开的至少一个方面的比例积分微分(PID)控制器反馈控制系统。
图86为根据本公开的至少一个方面的描绘用于确定闭合构件的速度的控制程序或逻辑配置的过程的逻辑流程图。
图87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线。
图88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功能的外科系统的框图。
图89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功能的态势感知的外科系统的框图。
图90为根据本公开的至少一个方面的描绘用于控制外科功能的基于态势感知的算法的逻辑流程图。
图91为根据本公开的至少一个方面的描绘用于控制外科功能的算法的逻辑流程图。
图92示出了根据本公开的至少一个方面的包括肿瘤以及相对于肿瘤限定的外科边缘的患者组织的一部分。
图93为根据本公开的至少一个方面的描绘用于解决装置选择问题的控制程序或逻辑配置的过程的逻辑流程图。
图94示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够基于装置参数和感测到的参数来确定外科器械的适当性的外科系统的框图。
图95示出了根据本公开的至少一个方面的外科器械的框图。
图96示出了根据本公开的至少一个方面的用于根据被夹持组织的完整性来控制外科器械的过程的逻辑流程图。
图97示出了根据本公开的至少一个方面的描绘了针对外科器械的示例性击发的端部执行器用于闭合的力随时间变化的第一曲线图。
图98示出了根据本公开的至少一个方面的描绘了针对外科器械的示例性击发的端部执行器用于闭合的力随时间变化的第二曲线图。
图99示出了根据本公开的至少一个方面的用于根据被夹持组织的生理类型来控制外科器械的过程的逻辑流程图。
图100A示出了根据本公开的至少一个方面的端部执行器抓持实质的侧正视图，其中端部执行器处于与实质的初始接触位置。
图100B示出了根据本公开的至少一个方面的端部执行器抓持实质的侧正视图，其中端部执行器处于闭合状态。
图101A示出了根据本公开的至少一个方面的端部执行器抓持脉管的侧正视图，其中端部执行器处于与脉管的初始接触位置。
图101B示出了根据本公开的至少一个方面的端部执行器抓持脉管的侧正视图，其中端部执行器处于闭合状态。
图102示出了根据本公开的至少一个方面的分别描绘了针对抓持实质的外科器械的示例性击发的端部执行器用于闭合的力和闭合速度随时间变化的第一曲线图和第二曲线图。
图103示出了根据本公开的至少一个方面的分别描绘了针对抓持脉管的外科器械的示例性击发的端部执行器用于闭合的力和闭合速度随时间变化的第三曲线图和第四曲线图。
图104示出了根据本公开的至少一个方面的描绘了针对外科器械的示例性击发的端部执行器用于闭合的力和闭合速度随时间变化的第五曲线图。
图105示出了根据本公开的至少一个方面的描绘了针对外科器械的示例性击发的端部执行器用于闭合的力和闭合速度随时间变化的第五曲线图。
图106示出了根据本公开的至少一个方面的描绘了针对外科器械的示例性击发的端部执行器用于闭合的力和闭合速度随时间变化的第五曲线图。
图107示出了根据本公开的至少一个方面的描绘了阻抗随时间变化的曲线图，以确定外科器械的钳口何时接触组织和/或钉。
图108示出了根据本公开的至少一个方面的描绘了用于控制端部执行器闭合的各种组织闭合阈值的第一曲线图。
图109示出了根据本公开的至少一个方面的描绘了用于控制端部执行器闭合的各种组织闭合阈值的第二曲线图。
图110为根据本公开的至少一个方面的描绘用于调节闭合速率算法的控制程序或逻辑配置的过程的逻辑流程图。
说明书
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以引用方式全文并入本文：
·标题为“CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAYELEMENTS”的美国专利申请序列号__________，代理人案卷号为END8542USNP/170755；
·标题为“CONTROLLING A SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO SENSEDCLOSURE PARAMETERS”的美国专利申请序列号__________，代理人案卷号为END8543USNP/170760；
·标题为“SYSTEMS FOR ADJUSTING END EFFECTOR PARAMETERS BASED ONPERIOPERATIVE INFORMATION”的美国专利申请序列号__________，代理人案卷号为END8543USNP1/170760-1；
·标题为“SAFETY SYSTEMS FOR SMART POWERED SURGICAL STAPLING”的美国专利申请序列号__________，代理人案卷号为END8543USNP2/170760-2；
·标题为“SAFETY SYSTEMS FOR SMART POWERED SURGICAL STAPLING”的美国专利申请序列号__________，代理人案卷号为END8543USNP3/170760-3；
·标题为“SURGICAL SYSTEMS FOR DETECTING END EFFECTOR TISSUEDISTRIBUTION IRREGULARITIES”的美国专利申请序列号__________，代理人案卷号为END8543USNP4/170760-4；
·标题为“SYSTEMS FOR DETECTING PROXIMITY OF SURGICAL END EFFECTOR TOCANCEROUS TISSUE”的美国专利申请序列号__________，代理人案卷号为END8543USNP5/170760-5；
·标题为“SURGICAL INSTRUMENT CARTRIDGE SENSOR ASSEMBLIES”的美国专利申请序列号__________，代理人案卷号为END8543USNP6/170760-6；
·标题为“VARIABLE OUTPUT CARTRIDGE SENSOR ASSEMBLY”的美国专利申请序列号__________，代理人案卷号为END8543USNP7/170760-7；
·标题为“SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE ELECTRODE”的美国专利申请序列号__________，代理人案卷号为END8544USNP/170761；
·标题为“SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE CIRCUIT”的美国专利申请序列号__________，代理人案卷号为END8544USNP1/170761-1；
·标题为“SURGICAL INSTRUMENT WITH A TISSUE MARKING ASSEMBLY”的美国专利申请序列号__________，代理人案卷号为END8544USNP2/170761-2；
·标题为“SURGICAL SYSTEMS WITH PRIORITIZED DATA TRANSMISSIONCAPABILITIES”的美国专利申请序列号__________，代理人案卷号为END8544USNP3/170761-3；
·标题为“SURGICAL EVACUATION SENSING AND MOTOR CONTROL”的美国专利申请序列号__________，代理人案卷号为END8545USNP/170762；
·标题为“SURGICAL EVACUATION SENSOR ARRANGEMENTS”的美国专利申请序列号__________，代理人案卷号为END8545USNP1/170762-1；
·标题为“SURGICAL EVACUATION FLOW PATHS”的美国专利申请序列号__________，代理人案卷号为END8545USNP2/170762-2；·标题为“SURGICAL EVACUATIONSENSING AND GENERATOR CONTROL”的美国专利申请序列号__________，代理人案卷号为END8545USNP3/170762-3；
·标题为“SURGICAL EVACUATION SENSING AND DISPLAY”的美国专利申请序列号__________，代理人案卷号为END8545USNP4/170762-4；
·标题为“COMMUNICATION OF SMOKE EVACUATION SYSTEM PARAMETERS TO HUBOR CLOUD IN SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国专利申请序列号__________，代理人案卷号为END8546USNP/170763；
·标题为“SMOKE EVACUATION SYSTEM INCLUDING A SEGMENTED CONTROLCIRCUIT FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国专利申请序列号__________，代理人案卷号为END8546USNP1/170763-1；
·标题为“SURGICAL EVACUATION SYSTEM WITH A COMMUNICATION CIRCUIT FORCOMMUNICATION BETWEEN A FILTER AND A SMOKE EVACUATION DEVICE”的美国专利申请序列号__________，代理人案卷号为END8547USNP/170764；以及
·标题为“DUAL IN-SERIES LARGE AND SMALL DROPLET FILTERS”的美国专利申请序列号__________，代理人案卷号为ND8548USNP/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62/691,230，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包(SELF DESCRIBING DATA PACKETS GENERATED AT ANISSUING 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以引用方式全文并入本文：
·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，其标题为用于联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以引用方式全文并入本文：
·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，其标题为用于联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，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62/650,887，其标题为具有优化的感测能力的外科系统(SURGICAL SYSTEMS WITH OPTIMIZED SENSING CAPABILITIES)；
·标题为“SURGICAL SMOKE EVACUATION SENSING AND CONTROLS”的美国临时专利申请序列号62/650,877；
·标题为“SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/650,882；以及
·标题为“CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAYELEMENTS”的美国临时专利申请序列号62/650,898。
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
·标题为“ESTIMATING STATE OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROLSYSTEM THEREFOR”的美国临时专利申请序列号62/640,415。
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，其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62/611,341，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现，或与其它方面、变更形式和修改形式结合在一起实现，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。
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现，或与其它方面、变更形式和修改形式结合在一起实现，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。
现在将描述某些示例性方面，以提供对本发明所公开的设备和方法的结构、功能、制造和用途的原理的全面理解。这些方面的一个或多个示例在附图中示出。本领域的普通技术人员将会理解，本申请特别描述和在附图中示出的设备和方法为非限制性的示例性方面，并且多个方面的范围仅由权利要求书限定。结合一个示例性方面示出或描述的特征部可与其它方面的特征部进行组合。此类修改和变型旨在包括在权利要求书的范围内。
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规程相关的诊断步骤。
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的一部分在外科规程中使用。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，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规程的外科集线器，该外科规程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。
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。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可滑动地接纳在集线器壳体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被配置成能够可滑动地接纳外科集线器206的多个模块。横向模块化外壳160被配置成能够横向可滑动地接纳和互连模块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可滑动地接纳外科集线器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，光源模块可被配置成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成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“CONTROLLABLE MAGNETIC SOURCE TO FIXTURE INTRACORPOREAL APPARATUS”的美国专利申请公布No.2011/0306840和2014年8月28日公布的标题为“SYSTEM FOR PERFORMING AMINIMALLY INVASIVE SURGICAL PROCEDURE”的美国专利申请公布No.2014/0243597，这些专利申请中的每个的公开内容以引用方式全文并入本文。
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可滑动地接纳多个装置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，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，该专利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。
处理器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(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定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。系统470包括控制电路。该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成能够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，微控制器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的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。在其他布置中，马达482可包括无刷马达、无绳马达、同步马达、步进马达或任何其他合适的电动马达。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电池，其可联接到功率组件并且可与功率组件分离。
马达驱动器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成能够包括驱动齿的齿条。在又一个方面，位移构件表示击发杆或I形梁，每一者可被适配和配置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、击发构件、击发杆或I形梁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，或者经由正齿轮或其它连接方式连接至旋转致动器。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的驱动构件，该纵向可移动的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，其可购自奥地利微系统公司(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可为以小QFN16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 ADAPTIVECONTROL OF MOTOR VELOCITY 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。传感器476诸如负荷传感器可以测量在外科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正由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持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。负荷传感器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，该微控制器包括联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可以包括易失性存储介质和非易失性存储介质。处理器502可以包括指令处理单元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可被构造成能够将由马达602生成的击发运动传输到端部执行器，具体地用于使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605被配置成能够将由马达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/或者推进切割刃，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发射到联接到公共控制模块610的马达的电力。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，该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可以是例如可购自Texas Instruments的LM4F230H5QR。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。此类程序指令可致使处理器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构造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来控制端部执行器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。其他传感器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，诸如耗用的时间或数字计数，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处于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可以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可以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可以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可以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可以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构型操作马达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可以选择处于闭环构型的击发控制程序。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可经由相应的传动装置706a-706e机械地联接到单独的可移动机械元件，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可以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可为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向远侧和向近侧平移时向控制电路710提供一系列脉冲。控制电路710可跟踪脉冲以确定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。其他类型的位置传感器可提供指示I形梁714的运动的其他信号。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可以通过聚合马达704已被命令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中或器械的任何其他部分处。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的输出轴联接到扭矩传感器744a。扭矩传感器744a联接到与I形梁714联接的传动装置706a。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I形梁714沿端部执行器702的纵向轴线朝远侧和近侧的移动。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的输出轴联接到扭矩传感器744b。扭矩传感器744b联接到与砧座716联接的传动装置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被定位成与钉仓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的输出轴联接到扭矩传感器744c。扭矩传感器744c联接到变速器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的输出轴联接到扭矩传感器744d。扭矩传感器744d联接到变速器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由两个马达708d、708e所驱动的机器人接口(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。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，其可购自奥地利微系统公司(Austria Microsystems,AG)。位置传感器734可与控制电路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处理器的多个霍尔效应元件，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他合适的传感器。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的上面具有组织的部分，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，该应变仪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所生成的压力。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/或完全性。
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上的力可表示捕集在砧座716和钉仓718之间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接收实时样本测量结果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中的每个所消耗的电流。推进可移动的机械元件(诸如I形梁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。将该力转换成数字信号并将其提供给处理电路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可以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)的指令的一个或多个微控制器、微处理器或其他合适的处理器。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所耗用的时间，对外部事件进行计数或测定外部事件的时间。
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的一个或多个电路，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可经由传动装置756机械地联接到I形梁764。传动装置756可包括用于将马达754联接到I形梁764的一个或多个齿轮或其他连杆部件。位置传感器784可感测I形梁764的位置。位置传感器784可为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向远侧和向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。其他类型的位置传感器可提供指示I形梁764的运动的其他信号。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中或器械的任何其他部分处。
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他合适的传感器。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，该应变仪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所生成的压力。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/或完全性。
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上的力可表示捕集在砧座766和钉仓768之间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接收实时样本测量结果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。
可采用电流传感器786来测量由马达754消耗的电流。推进I形梁764所需的力对应于由马达754消耗的电流。将该力转换成数字信号并将其提供给控制电路760。
控制电路760可被配置成能够在控制器的软件中模拟器械的实际系统的响应。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成能够通过具有齿轮箱和与关节运动和/或刀系统的机械连接件的有刷直流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相对电动马达754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。
各种示例性方面涉及外科器械750，其包括具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，并且当被构造用于使用时，钉仓768与砧座766相对定位。临床医生可将组织抓持砧座766与钉仓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。响应于该击发信号，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，带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基于一个或多个组织状况控制位移构件(诸如I形梁764)的远侧平移。控制电路760可以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来选择击发控制程序。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可以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可以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可基于描述位移构件的位置的平移数据以闭环方式来调节马达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 CONTROLLINGA 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，该端部执行器可以包括砧座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、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)。在其他具体实施中，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的磁性旋转绝对定位系统，其可购自奥地利微系统公司(Austria Microsystems,AG)。位置传感器784与控制电路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处理器的多个霍尔效应元件，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，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插片或特征部以及通道接合特征部或脚部。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。这些和其他传感器布置在2017年6月20日提交的标题为“TECHNIQUESFOR ADAPTIVE CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTINGINSTRUMENT”的共同拥有的美国专利申请序列号15/628,175中描述，该专利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可以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)的指令的一个或多个微控制器、微处理器或其他合适的处理器。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所耗用的时间，对外部事件进行计数或测定外部事件的时间。
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的一个或多个电路，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可经由传动装置756机械地联接到I形梁764。传动装置756可包括用于将马达754联接到I形梁764的一个或多个齿轮或其他连杆部件。位置传感器784可感测I形梁764的位置。位置传感器784可为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向远侧和向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。其他类型的位置传感器可提供指示I形梁764的运动的其他信号。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可通过聚合该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中或器械的任何其他部分处。
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他合适的传感器。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，该应变仪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所生成的压力。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/或完全性。
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上的力可表示捕集在砧座766和钉仓768之间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接收实时样本测量结果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。
可采用电流传感器786来测量由马达754消耗的电流。推进I形梁764所需的力对应于由马达754消耗的电流。将该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联接到端部执行器792并且被施加到RF仓796。控制电路760控制RF能量到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。
图20示出了行程长度曲线图20740，其示出了控制系统可如何基于关节运动角度θ来修改闭合管组件的行程长度。行程长度的此类修改包括随着关节角度θ的增加(例如，沿着x轴限定)而将行程长度缩短到补偿行程长度(例如，沿y轴限定)。补偿行程长度限定了闭合管组件在远侧方向上的行进长度，以闭合端部执行器的钳口，该补偿的行程长度取决于关节运动角度θ，并防止闭合管组件的过度行进对外科装置造成损坏。
例如，如行程长度曲线图20740所示，当端部执行器未进行关节运动时，闭合管组件闭合钳口的行程长度为约0.250英寸，而当关节运动角度θ为约60度时，补偿行程长度为约0.242英寸。此类测量结果仅作为示例提供，并且在不脱离本公开的范围的情况下，可包括各种角度和对应行程长度以及补偿行程长度中的任一者。此外，关节运动角度θ与补偿行程长度之间的关系为非线性的，并且补偿行程长度的缩短速率随着关节运动角度的增加而增加。例如，补偿行程长度在45度和60度关节运动之间的减小大于补偿行程长度在0度和15度关节运动之间的减小。尽管利用这种方法，控制系统基于关节运动角度θ来调节行程长度以防止损坏外科装置(例如，将闭合管组件的远侧端部卡在远侧位置)，但仍然允许远侧闭合管在关节运动期间推进，从而可能至少部分地闭合钳口。
图21示出了闭合管组件定位曲线图20750，其示出控制系统基于关节运动角度θ修改闭合管组件的纵向位置的一个方面。闭合管组件的纵向位置的此类修改包括当端部执行器进行关节运动时并且基于关节运动角度θ(例如，沿x轴限定)使闭合管组件朝近侧回缩补偿距离(例如，沿y轴限定)。闭合管组件朝近侧回缩的补偿距离防止远侧闭合管朝远侧推进，从而在关节运动期间将钳口保持在打开位置。通过在关节运动期间使闭合管组件朝近侧回缩补偿距离，闭合管组件可从近侧回缩位置开始行进行程长度，以在激活闭合组件时闭合钳口。
例如，如闭合管组件定位曲线图20750所示，当端部执行器未进行关节运动时的补偿距离为零，并且当关节运动角度θ为约60度时的补偿距离为约0.008英寸。在该示例中，闭合管组件在关节运动期间回缩0.008英寸的补偿距离。因此，为了闭合钳口，闭合管组件可从该回缩位置开始推进行程长度。此类测量结果仅出于示例的目的提供，并且在不脱离本公开的范围的情况下可包括各种角度和对应的补偿距离中的任一者。如图21所示，关节运动角度θ与补偿距离之间的关系为非线性的，并且补偿距离延长的速率随关节运动角度θ的增加而增加。例如，补偿距离在45度和60度之间的增加大于补偿距离在0度和15度之间的增加。
当夹持患者组织时，通过夹持装置(例如，线性缝合器)施加的力和组织可达到不可接受的高水平。例如，当采用恒定的闭合速率时，该力可变得足够高以对被夹持组织造成过度创伤，并且可在夹持装置中造成变形，使得在整个缝合路径上不保持可接受的组织间隙。图22为示出在压缩期间以恒定砧座闭合速率(即，不使用受控组织压缩(CTC))施加到组织的功率相对于和在压缩期间以可变砧座闭合速率(即，使用CTC)施加到组织的功率的曲线图。可调节闭合速率以控制组织压缩，使得施加到组织中的功率在压缩的一部分上保持恒定。当利用可变砧座闭合速率时，根据图22施加到组织中的峰值功率低得多。基于所施加的功率，可计算由外科装置施加的力(或与力相关或成比例的参数)。就这一点而言，可限制功率，使得通过外科装置(例如，通过线性缝合器的钳口)施加的力不超过导致钳口张开的屈服力或压力，使得当处于完全闭合位置时，组织间隙不在沿整个缝合长度的可接受范围内。例如，钳口应平行或足够接近平行，使得组织间隙对于沿钳口的整个长度的所有钉位置保持在可接受或目标范围内。此外，对所施加的功率的限制避免或至少最小化对组织的创伤或损伤。
在图22中，在不使用CTC的方法中施加的总能量与在使用CTC的方法中施加的总能量相同，即，图22的功率曲线下的面积相同或基本上相同。然而，所利用的功率分布的差异很大，因为与不使用CTC的示例相比，使用CTC的示例中的峰值功率要低得多。
在使用CTC的示例中，功率的限制通过减慢闭合速率来实现，如线20760所示。应当注意，压缩时间B’长于闭合时间B。如图22所示，提供恒定闭合速率(即，不使用CTC)的装置和方法在与提供可变闭合速率(即，使用CTC)的装置和方法相同的1mm组织间隙下实现相同的50lb压缩力。虽然与使用可变闭合速率的装置和方法相比，提供恒定闭合速率的装置和方法可在较短时间段内在期望的组织间隙处实现压缩力，但这产生施加到组织的功率的峰值，如图22所示。相比之下，使用CTC所示的示例性方面开始减慢闭合速率，以将施加到组织的功率量限制在某一水平以下。通过限制施加到组织的功率，可以相对于不使用CTC的系统和方法使组织创伤最小化。
图22和附加的示例在2012年6月1日提交的标题为“DEVICE AND METHOD FORCONTROLLING COMPRESSION OF TISSUE”的美国专利No.8,499,992中进一步描述，该专利公布于2013年8月6日，其全部公开内容以引用方式并入本文。
在一些方面，控制系统可包括多个预定义的力阈值，所述多个预定义的力阈值帮助控制系统确定电子束的位置和/或击发轴的关节运动角度并且基于此类确定适当地控制至少一个马达。例如，力阈值可根据被配置成能够平移击发轴的击发杆的行进长度而改变，并且此类力阈值可与与控制系统通信的一个或多个马达的所测量的扭力进行比较。所测量的扭力与力阈值的比较可为控制系统提供确定电子束的位置和/或端部执行器的关节运动的可靠方式。这可允许控制系统适当地控制一个或多个马达(例如，减小或停止扭转负载)以确保击发组件的正确击发和端部执行器的关节运动，以及防止对系统的损坏，如将在下文更详细地描述。
图23示出了力和位移曲线图20800，其包括A部分中与B部分中的所测量的位移相关的所测量的力。A部分和B部分均具有限定时间的x轴(例如，秒)。B部分的y轴限定击发连杆的行进位移(例如，以毫米为单位)，并且A部分的y轴限定施加到击发杆的力，从而推进击发轴。如A部分所示，击发杆在第一关节运动范围20902内的行进(例如，行进的第一约12mm)导致端部执行器进行关节运动。例如，在12mm位移位置处，端部执行器完全向右进行关节运动并且机械上不能进一步进行关节运动。由于处于完全关节运动，马达上的扭力将增加，并且控制系统可感测到关节运动力峰值20802超过预定义的关节运动阈值20804，如A部分所示。控制系统可包括多于一个预定义的关节运动阈值20804，以用于感测多于一个的最大关节运动方向(例如，左关节运动和右关节运动)。在控制系统检测到超过预先确定的关节运动阈值20804的关节运动力峰值20802之后，控制系统可减小或停止马达的致动，从而保护至少马达免受损坏。
在击发杆推进超过关节运动范围20902之后，外科缝合器内的移位机构可导致击发杆的进一步远侧行进以导致击发轴的远侧行进。例如，如B部分所示，在约12mm和70mm的行进位移之间行进可导致电子束沿击发行程20904推进并切割捕集在钳口之间的组织，然而，其他行进长度也在本公开的范围内。在该示例中，电子束的最大击发行程位置20906发生在70mm行进处。此时，电子束或刀邻接仓或钳口的远侧端部，从而增加马达上的扭力并导致控制系统感测到如A部分所示的刀行进力峰值20806。如A部分所示，控制系统可包括马达阈值20808和刀行进阈值20810的末端，该刀行进阈值从马达阈值20808分支并且随着电子束接近最大击发行程位置20906而减小(例如，非线性地)。
控制系统可被配置成能够在电子束到达最大击发行程位置20906之前，在电子束的远侧行程20907的至少最后一部分(例如，击发行程904的最后10％)期间监测感测到的马达扭力。当沿着远侧行程20907的此类最后部分监测时，控制系统可使马达减小扭力，从而减小电子束上的负载。这可通过在电子束接近最大击发行程位置20906时减少电子束上的负载来保护外科缝合器(包括电子束)免受损坏，从而减少电子束对仓或钳口的远侧端部的冲击。如上所述，此类冲击可产生刀行进力峰值20806，该刀行进力峰值可超过刀行进阈值20810但不超过马达阈值20808，从而不损坏马达。因此，控制系统可在刀行进力峰值20806超过刀行进阈值20810之后并且在刀行进力峰值20806超过马达阈值20808之前停止马达的致动，从而保护马达免受损坏。此外，刀行进阈值20810的逐渐减小防止控制系统初步认为电子束已达到最大击发行程位置20906。
在控制系统检测到刀行进力峰值20806超过刀行进阈值20810之后，控制系统可确认电子束的位置(例如，在70mm位移处和/或在击发行程20904结束处)，并且可基于此类已知的位移位置回缩击发杆以将电子束在最近侧位置20908(例如，0mm位移)处复位。在最近侧位置20908处，控制系统可感测到超过预定义刀回缩阈值20814的刀回缩力峰值20812，如A部分所示。此时，如果需要，控制系统可重新校准，并且将电子束的位置关联为处于原始位置，在该原始位置处击发连杆在远侧方向上的后续推进(例如，约12mm长)将导致移位器使电子束与击发杆脱离接合。一旦脱离接合，击发杆在关节运动范围20902内行进将再次引起端部执行器的关节运动。
因此，控制系统可感测控制击发杆的行进的马达上的扭力，并且将此类感测到的扭力与多个阈值进行比较以确定电子束的位置或端部执行器的关节运动角度，从而适当地控制马达以防止对马达的损坏，以及确认击发杆和/或电子束的定位。
如上所述，组织接触或压力传感器确定钳口构件何时最初与组织“T”接触。这使得外科医生能够在夹持之前确定组织“T”的初始厚度和/或组织“T”的厚度。在上述外科器械方面的任一个中，如图24所示，钳口构件与组织“T”的接触通过建立与设置在钳口构件上的一对相对的板“P1、P2”的接触来闭合原本断开的感测电路“SC”。接触传感器还可包括确定施加到传感器的力的量的力敏换能器，该力的量可被假设为与施加到组织“T”的力的量相同。然后可将施加到组织的此类力转换成一定量的组织压缩。力传感器测量组织所承受的压缩量，并且向外科医生提供关于施加到组织“T”的力的信息。过度组织压缩可对正被手术的组织“T”产生负面影响。例如，组织“T”的过度压缩可导致组织坏死，并且在某些规程中导致钉线故障。关于施加到组织“T”的压力的信息使得外科医生能够更好地确定未向组织“T”施加过度的压力。
本文所公开的接触传感器中的任一个可包括但不限于放置在钳口的内表面上的电触点，该钳口在与组织接触时闭合原本断开的感测电路。接触传感器还可包括力敏换能器，该力敏换能器检测被夹持的组织何时首先抵抗压缩。力换能器可包括但不限于压电元件、压阻元件、金属膜或半导体应变仪、电感式压力传感器、电容式压力传感器，以及使用弹簧管、胶囊或波纹管来驱动电阻元件上的弧刷臂的电位压力换能器。
在一个方面，前述外科器械中的任一个可包括一个或多个压电元件以检测在钳口构件上发生的压力变化。压电元件是将应力转换成电势的双向换能器。元件可由金属化石英或陶瓷组成。在操作中，当向晶体施加应力时，材料的电荷分布发生变化，从而导致整个材料上生成电压。压电元件可用于指示钳口构件中的任一个或两个何时与组织“T”接触以及在建立接触之后施加在组织“T”上的压力的量。
在一个方面，前述外科器械中的任一者可包括或设置有一个或多个金属应变仪，该一个或多个金属应变仪放置在外科器械的主体的一部分内或其主体的一部分上。金属应变仪的工作原理是材料的电阻取决于长度、宽度和厚度。因此，当金属应变仪的材料经历应变时，材料的电阻改变。因此，由这种材料制成的电阻器结合到电路中，将使应变转换为电信号的变化。有利地，应变仪可放置在外科器械上，使得施加到组织的压力影响该应变仪。
另选地，在另一方面，可以与上述金属应变仪类似的方式使用一个或多个半导体应变仪，但换能模式不同。在操作中，当半导体应变仪的晶格结构由于所施加的应力而变形时，材料的电阻改变。该现象被称为压阻效应。
在另一方面，前述外科器械中的任一者可包括或设置有一个或多个感应压力传感器，以将压力或力转换成感应元件相对于彼此的运动。感应元件相对于彼此的这种运动改变了总体电感或电感耦合。电容式压力换能器类似地将压力或力转换成电容元件相对于彼此的运动，从而改变总电容。
在又一方面，前述外科器械中的任何一者可包括或设置有一个或多个电容式压力换能器，以将压力或力转换成电容元件相对于彼此的运动，从而改变总电容。
在一个方面，前述外科器械中的任一者可包括或设置有一个或多个机械压力换能器，以将压力或力转换成运动。在使用中，机械元件的运动用于使计量器上的指针或刻度盘偏转。指针或刻度盘的这种移动可表示施加到组织“T”的压力或力。机械元件的示例包括但不限于弹簧管、胶囊或波纹管。以举例的方式，机械元件可与其他测量和/或感测元件诸如电位计压力换能器联接。在该示例中，机械元件与可变电阻器上的弧刷联接。在使用中，压力或力可转换成机械运动，该机械运动使电位计上的弧刷件偏转，从而改变电阻以反映所施加的压力或力。
上述方面的组合，尤其是间隙和组织接触传感器的组合，为外科医生提供关于手术部位和/或靶组织“T”的状况的反馈信息和/或实时信息。例如，关于组织“T”的初始厚度的信息可引导外科医生选择适当的钉尺寸，关于组织“T”的夹持厚度的信息可让外科医生知道所选择的钉是否将适当地成形，与组织“T”的初始厚度和夹持厚度相关的信息可用于确定组织“T”上的压缩或应变的量，并且与组织“T”上的应变相关的信息可使用该应变以避免将组织压缩到过度应变值和/或避免缝合已经历过度应变的组织。
另外，力传感器可用于向外科医生提供施加到组织的压力的量。外科医生可使用该信息以避免对组织“T”施加过度压力或避免缝合已经历过度应变的组织“T”。
图24和附加的示例在2011年6月27日提交的标题为“SURGICAL INSTRUMENTEMPLOYING SENSORS”的美国专利No.8,181,839中进一步描述，该专利公布于2012年5月5日，其全部公开内容以引用方式并入本文。
示出并且描述了某些方面以提供对所公开的装置和方法的结构、功能、制造和使用的理解。在一个示例中示出或描述的特征可与其它示例的特征组合，并且修改和变型在本公开的范围内。
术语“近侧”和“远侧”相对于操纵外科器械的柄部的临床医生，其中“近侧”是指更靠近临床医生的部分，并且“远侧”是指距临床医生更远的部分。为了方便起见，相对于图使用的空间术语“竖直”、“水平”、“向上”和“向下”并非旨在是限制性的和/或绝对的，因为外科器械可用于许多定向和位置。
提供了用于执行腹腔镜式和微创外科规程的示例性装置和方法。然而，此类装置和方法可用于其它外科规程和应用，包括例如开放式外科规程。外科器械可穿过自然孔口或穿过形成在组织中的切口或穿刺孔被插入。器械的工作部分或端部执行器部分可被直接插入身体中或者通过具有工作通道的进入装置插入，外科器械的端部执行器和细长轴可穿过该工作通道推进。
图25至图28描绘用于切割和紧固的马达驱动的外科器械150010，其可重复使用或可不重复使用。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、操纵并且致动的柄部组件150014。外壳150012被构造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外科规程。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“SURGICAL STAPLING INSTRUMENTS WITH ROTATABLE STAPLE DEPLOYMENTARRANGEMENTS”的美国专利No.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25为根据本公开的至少一个方面的具有可操作地联接到其的可互换轴组件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可被构造用于与可互换轴组件结合使用，该可互换轴组件包括端部执行器，该端部执行器适于支撑不同尺寸和类型的钉仓，具有不同的轴长度、尺寸和类型。外壳150012可与各种可互换轴组件一起使用，包括被构造成能够将其他运动和形式的能量(诸如射频(RF)能量、超声能量和/或运动)施加到端部执行器布置的组件，该端部执行器布置适于与各种外科应用和规程结合使用。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，该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，该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的可互换轴组件的对应部分。显示器可设置在覆盖件150045下方。
图26为根据本公开的至少一个方面的图25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。当临床医生抓持柄部组件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的最大旋转速度的直流有刷马达。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被构造成能够在其中可操作地支撑多个电池150098。电池150098可各自包括例如锂离子(LI)或其他合适的电池。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可操作地联接到电动马达150082的控制电路板150100。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电联接到控制电路板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)，该齿轮减速器组件被安装成与纵向可移动的驱动构件150120上的驱动齿150122的组或齿条啮合接合。纵向可移动的驱动构件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，其中由电池施加给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，纵向可移动的驱动构件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，纵向可移动的驱动构件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施加到电动马达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的驱动构件150120的位置和/或纵向可移动的驱动构件150120正在移动的方向。
电动马达150082的致动可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。
重新转到图25，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“ARTICULATABLE SURGICAL INSTRUMENT COMPRISING AN ARTICULATION LOCK”的美国专利申请公布No.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可包括近侧外壳或喷嘴150201，该近侧外壳或喷嘴由喷嘴部分150202、150203构成。可互换轴组件150200可包括可被利用以闭合和/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。
重新转到图25，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No.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移动至近侧位置。
图27为根据本公开的至少一个方面的可互换轴组件150200的部分的另一分解组件视图。可互换轴组件150200可包括被支撑用于在脊150210内的轴向行进的击发构件150220。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”和/或“第二轴组件”。中间击发轴150222可在远侧端部中包括纵向狭槽150223，该纵向狭槽被构造成能够接纳刀杆150280的近侧端部150282上的插片150284。纵向狭槽150223和近侧端部150282可被构造成能够允许该两者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的近侧侧壁接触插片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，以便于将中间击发轴150222组装和插入脊150210中。一旦中间击发轴150222已被插入脊中，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No.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，在接合位置处，锁定套筒150402将关节运动驱动器150230联接到击发构件150220，在脱离接合位置处，关节运动驱动器150230未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No.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，该滑环组件可被构造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，和/或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25)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和远侧连接器凸缘150601之间的电接触的同时允许这两个凸缘之间的相对旋转。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“STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS SENSOR SYSTEM”的美国专利申请公开No.2014/0263551的全文以引用方式并入本文。标题为“STAPLE CARTRIDGETISSUE THICKNESS SENSOR SYSTEM”的美国专利申请公开No.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开No.2014/0263541。
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可定位在可旋转的远侧轴部分内。
图28为根据本公开的至少一个方面的图25的外科器械150010的端部执行器150300的一方面的分解视图。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。孔150199可限定在细长通道150302中，以接纳从砧座150306延伸的销150152，以便允许砧座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可由一个实心部分构成，或者可包括层合材料，该层合材料包括钢板叠堆。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可包括锋利切割刃150182，当通过击发杆150172向远侧推进I形梁150178时，该切割刃切断组织。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切断被夹持组织。
I形梁150178可包括在击发期间与砧座150306接合的上部销150180。I形梁150178可包括与仓体150194、仓托盘150196和细长通道150302的各部分接合的中间销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28所示，I形梁150178的底部基座150186可沿着狭槽150189的长度与沿着细长通道150302的底表面延伸的沟槽接合，中间销150184可沿着纵向狭槽150197的长度与仓托盘150196的顶表面接合，并且上部销150180可与砧座150306接合。在击发杆150172朝远侧推进以从外科钉仓150304击发钉和/或切入在砧座150306和外科钉仓150304之间捕集的组织时，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29A和图29B为根据本公开的至少一个方面的图25的跨越两个图页的外科器械150010的控制电路150700的框图。主要参见图29A和图29B，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可为具有约25,000RPM的最大旋转速度的直流有刷驱动马达。在其他布置中，马达150714可包括无刷马达、无绳马达、同步马达、步进马达或任何其他合适的电动马达。马达驱动器150715可包括例如包括场效应晶体管(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供应控制功率。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的电池单元可为可替换的和/或可再充电的。在至少一个示例中，电池单元可为可分离地联接到功率组件150706的锂离子电池。
轴组件150704可包括轴组件控制器150722，该轴组件控制器可在轴组件150704与功率组件150706联接到柄部组件150702时，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，其中第一接口部分可包括用于与对应的轴组件电连接器实现联接接合的一个或多个电连接器，第二接口部分可包括用于与对应的功率组件电连接器实现联接接合的一个或多个电连接器，从而在轴组件150704与功率组件150706联接到柄部组件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，功率管理控制器可根据附接轴组件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，接口将一个或多个通信信号路由通过位于柄部组件150702中的主控制器150717，由此可利于在功率管理控制器150716与轴组件控制器150722之间传送这类通信信号。在其他情况下，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，主控制器150717可为例如购自德克萨斯器械公司(Texas Instruments)的LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F处理器内核，其包括：256KB的单循环闪存或其他非易失性存储器(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)，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，已知同样由Texas Instruments生产且商品名为Hercules ARM Cortex R4)的安全控制器平台。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和电流感测电路150736。在轴组件150704与功率组件150706联接到柄部组件150702时，功率管理电路可被配置成能够基于轴组件150704的功率要求调节电池的功率输出。功率管理控制器150716可被编程用于控制功率调制器150738调节功率组件150706的功率输出，电流感测电路150736可用于监测功率组件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各自可包括可存储多个软件模块的一个或多个处理器和/或存储器单元。
外科器械150010(图25-图28)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，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)。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的用户提供反馈。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联接到安全控制器和/或主控制器150717。主控制器150717还联接到闪存存储器。主控制器150717还包括串行通信接口。主控制器150717包括联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，电动外科器械150010内的印刷电路板组件(PCBA))来实施。应当理解，本文使用的术语“处理器”包括任一种微处理器、处理器、微控制器、控制器，或者将计算机的中央处理单元(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，并提供结果作为输出。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一个或多个过程。
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，加速度段联接到安全控制器和/或主控制器150717。
显示器段(段4)包括联接到主控制器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联接到显示器。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，诸如有机发光二极管(OLED)显示器、液晶显示器(LCD)和/或任何其他合适的显示器。在一些示例中，显示器段联接到安全控制器。
轴段(段5)包括用于联接到外科器械150010(图25至图28)的可互换轴组件150200(图25和图27)的控件，和/或用于联接到可互换轴组件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联接到轴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可联接到可互换轴组件150200和/或与外科器械150010集成。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/或其他数据。
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识别外科器械150010(图25至图28)的马达150714、可互换轴组件150200(图25和图27)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联接到安全控制器和/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25至图28)的移动的马达150714。马达150714通过包括一个或多个H桥场效应晶体管(FET)的H桥驱动器和马达控制器联接到主微控制器处理器150717。H桥驱动器也联接到安全控制器。马达电流传感器与马达串联联接，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联接到马达电磁干扰(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脉宽调制(PWM)高信号、PWM低信号、方向信号、同步信号和马达复位信号。功率段被构造成向电路段中的每一者提供段电压。
功率段(段8)包括联接到安全控制器、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联接到分段电路。电流传感器被构造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构造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。升压转换器被构造成提供最高为预先确定的量(诸如，最高至13V)的升压电压。升压转换器被构造成在功率密集操作期间提供附加的电压和/或电流，并且能够防止电压降低状况或低功率状况。
多个开关联接到安全控制器和/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25至图28)的操作、分段电路的操作，并且/或者指示外科器械150010的状态。用于应急的应急门开关和霍尔效应开关被构造成指示应急门的状态。多个关节运动开关(诸如，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25和图27)和/或端部执行器150300(图25和图28)的关节运动。左侧换向开关和右侧换向开关联接到主控制器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)通过左挠性连接器联接到主控制器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)通过右挠性连接器联接到主控制器150717。击发开关、夹持释放开关和轴接合开关联接到主控制器150717。
任何合适的机械开关、机电开关或固态开关可以任意组合，用于实现多个开关。例如，开关可为利用与外科器械150010(图25至图28)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。在其他具体实施中，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、磁阻(MR)装置、巨磁阻(GMR)装置、磁力计等等。在其他具体实施中，开关可以是在光影响下操作的固态开关，诸如光学传感器、红外线传感器、紫外线传感器及其他。同样，开关可以是固态装置，诸如晶体管(例如，FET、结型FET、金属氧化物半导体FET(MOSFET)、双极型晶体管等)。其他开关可包括无线开关、超声开关、加速度计、惯性传感器及其他。
图30为根据本公开的至少一个方面的图25的外科器械的控制电路150700的另一个框图，其示出了柄部组件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和电流感测电路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联接到柄部组件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可被编程用于控制功率调制器150738调节功率组件150706的功率输出，并且电流感测电路150736可用于监测功率组件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，该轴处理器联接到非易失性存储器150721和轴组件连接器150728以将轴组件150704电联接到柄部组件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25至图28)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的用户提供反馈。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。在描述用于控制外科器械150010(图25至图28)的操作的控制电路150700(图29A、图29B和图6)后，本公开现在转向外科器械150010(图25至图28)和控制电路150700的各种配置。
参见图31，外科缝合器151000可包括柄部部件151002、轴部件151004和端部执行器部件151006。外科缝合器151000被类似地构造和配备为结合图25所述的马达驱动的外科切割和紧固器械150010。因此，为方便和清楚起见，此处将不重复对操作和构造的细节。端部执行器151006可用于压缩、切割或缝合组织。现在参见图32，在进行压缩、切割或缝合之前，医师可将端部执行器151030定位成围绕组织151032。如图32所示，在准备使用端部执行器时，不可对组织施加压缩。现在参见图33，通过与外科缝合器的柄部(例如，柄部151002)接合，医师可使用端部执行器151030来压缩组织151032。在一个方面，组织151032可被压缩到其最大阈值，如图33所示。
参见图34，可通过端部执行器151030将各种力施加到组织151032。例如，当组织151032在端部执行器151030的砧座151034和通道框架151036之间被压缩时，可通过砧座和通道框架施加垂直力F1和F2。现在参见图35，当组织151032被端部执行器151030压缩时，还可向该组织施加各种对角线力和/或横向力。例如，可施加力F3。为了操作医疗装置诸如外科缝合器151000，可期望感测或计算由端部执行器施加到组织的各种形式的压缩。例如，已知垂直或横向压缩可允许端部执行器更精确或准确地实施钉操作或者可通知外科缝合器的操作者，使得能够更正确或安全地使用外科缝合器。
可以从组织151032的阻抗确定穿过组织151032的压缩。在各种压缩水平下，组织151032的阻抗Z可以增加或减小。通过将电压V和电流I施加到组织151032，可以在各种压缩水平下确定组织151032的阻抗Z。例如，可以通过将施加的电压V除以电流I来计算阻抗Z。
现在参见图36，在一个方面，RF电极151038可定位在端部执行器151030上(例如，在端部执行器151030的钉仓、刀或通道框架上)。此外，电触点151040可以定位在端部执行器151030的砧座151034上。在一个方面，电触点可以定位在端部执行器的通道框架上。当组织151032在端部执行器151030的砧座151034与例如通道框架151036之间被压缩时，组织151032的阻抗Z改变。由端部执行器151030引起的垂直组织压缩151042可以作为组织151032的阻抗Z的函数来测量。
现在参见图37，在一个方面，当定位RF电极151038时，电触点151044可以定位在端部执行器151030的砧座151034的相对端上。当组织151032在端部执行器151030的砧座151034与例如通道框架151036之间被压缩时，组织151032的阻抗Z改变。由端部执行器151030引起的横向组织压缩151046可以作为组织151032的阻抗Z的函数来测量。
现在参见图38，在一个方面，电触点151050可以定位在砧座151034上，并且电触点151052可以定位在通道框架151036处的端部执行器151030的相对端上。RF电极151048可以横向于端部执行器151030的中心定位。当组织151032在端部执行器151030的砧座151034与例如通道框架151036之间被压缩时，组织151032的阻抗Z改变。RF电极151048任一侧的横向压缩151054或角度压缩151056可以由端部执行器151030引起，并且可以基于RF电极151048和电触点151050和151052的相对定位作为组织151032的不同阻抗Z的函数来测量。
现在参见图39，频率发生器151222可以从功率源151221接收功率或电流，并且可以将一个或多个RF信号供应给一个或多个RF电极151224。如上所述，一个或多个RF电极可以定位在端部执行器或外科缝合器上的各种位置或部件处，诸如钉仓或通道框架。一个或多个电触点，诸如电触点151226或151228可以定位在端部执行器的通道框架或砧座上。此外，一个或多个滤波器(诸如滤波器151230或151232)可以通信地联接到电触点151226或151228。滤波器151230和151232可以在接合单个返回路径151234之前对由频率发生器151222提供的一个或多个RF信号进行滤波。与一个或多个RF信号相关联的电压V和电流I可用于计算与组织相关联的阻抗Z，该组织可在一个或多个RF电极151224与电触点151226或151228之间被压缩和/或通信地联接。
仍然参见图39，本文描述的组织压缩传感器系统的各种部件可位于外科缝合器的柄部151236中。例如，如电路图151220a所示，频率发生器151222可以位于柄部151236中并从功率源151221接收功率。另外，可以在对应于电触点151228和151226的返回路径上测量电流I1和电流I2。使用在供应路径和返回路径之间施加的电压V可以计算阻抗Z1和Z2。Z1可以对应于在RF电极151224和电触点151228中的一个或多个之间被压缩和/或通信地联接的组织的阻抗。此外，Z2可以对应于在RF电极151224和电触点151226中的一个或多个之间被压缩和/或通信地联接的组织的阻抗。应用公式Z1＝V/I1和Z2＝V/I2可以计算对应于由端部执行器压缩的组织的不同压缩水平的阻抗Z1和Z2。
现在参见图40，在电路图151250中描述了本公开的一个或多个方面。在一个具体实施中，外科缝合器的柄部151252处的功率源可以向频率发生器151254提供功率。频率发生器151254可以生成一个或多个RF信号。一个或多个RF信号可以在多路复用器151256处被多路复用或叠加，该多路复用器可以在外科缝合器的轴151258中。这样，两个或更多个RF信号可以被叠加(或者，例如，嵌套或一起调制)并且被传输到端部执行器。一个或多个RF信号可以为在外科缝合器的端部执行器151262(例如，定位在钉仓中)处的一个或多个RF电极151260供电。组织(未示出)可以在RF电极151260中的一个或多个与一个或多个电触点之间被压缩和/或通信地联接。例如，组织可以在一个或多个RF电极151260和定位在端部执行器151262的通道框架中的电触点151264或定位在端部执行器151262的砧座中的电触点151266之间被压缩和/或通信地联接。滤波器151268可以通信地联接到电触点151264，并且滤波器151270可以通信地联接到电触点151266。
与一个或多个RF信号相关联的电压V和电流I可以用于计算与组织相关联的阻抗Z，该组织可以在钉仓(并且通信地联接到一个或多个RF电极151260)和通道框架或砧座(并且通信地联接到电触点151264或151266中的一个或多个)之间被压缩。
在一个方面，本文所述的组织压缩传感器系统的各种部件可位于外科缝合器的轴151258中。例如，如电路图151250所示(并且除了频率发生器151254之外)，阻抗计算器151272、控制器151274、非易失性存储器151276和通信通道151278可以位于轴151258中。在一个示例中，频率发生器151254、阻抗计算器151272、控制器151274、非易失性存储器151276和通信通道151278可以定位在轴151258中的电路板上。
两个或更多个RF信号可以经由电触点在公共路径上返回。此外，可以在公共路径上接合RF信号之前对两个或更多个RF信号进行滤波，以区分由两个或更多个RF信号表示的单独的组织阻抗。可以在对应于电触点151264和151266的返回路径上测量电流I1和电流I2。使用在供应路径和返回路径之间施加的电压V可以计算阻抗Z1和Z2。Z1可以对应于在RF电极151260和电触点151264中的一个或多个之间被压缩和/或通信地联接的组织的阻抗。此外，Z2可以对应于在RF电极151260和电触点151266中的一个或多个之间被压缩和/或通信地联接的组织的阻抗。应用公式Z1＝V/I1和Z2＝V/I2可以计算对应于由端部执行器151262压缩的组织的不同压缩的阻抗Z1和Z2。在示例中，阻抗Z1和Z2可以由阻抗计算器151272计算。阻抗Z1和Z2可用于计算组织的各种压缩水平。
现在参见图41，示出了频率曲线图151290。频率曲线图151290示出了嵌套两个RF信号的频率调制。如上所述，两个RF信号可在到达端部执行器处的RF电极之前嵌套。例如，具有频率1的RF信号和具有频率2的RF信号可嵌套在一起。现在参见图42，在频率曲线图151300中示出了所得的嵌套RF信号。频率曲线图151300中所示的复合信号包括复合的频率曲线图151290的两个RF信号。现在参见图43，示出了频率曲线图151400。频率曲线图151400示出了在被滤波(通过例如滤波器151268和151270)之后具有频率1和频率2的RF信号。所得的RF信号可用于在返回路径上进行单独的阻抗计算或测量，如上所述。
在一个方面，滤波器151268和151270可以是高Q滤波器，使得滤波器范围可以是窄的(例如，Q＝10)。Q可以由中心频率(Wo)/带宽(BW)限定，其中Q＝Wo/BW。在一个示例中，频率1可以是150kHz，并且频率2可以是300kHz。可行的阻抗测量范围可以是100kHz-20MHz。在各种示例中，可使用诸如相关、正交检测等的其它复杂技术来分离RF信号。
使用本文描述的一种或多种技术和特征，钉仓上的单个通电电极或端部执行器的隔离刀可用于同时进行多个组织压缩测量。如果两个或更多个RF信号被叠加或多路复用(或嵌套或调制)，则它们可以在端部执行器的单个功率侧向下传输，并且可以在通道框架或端部执行器的砧座上返回。如果在砧座和通道触点接合到公共返回路径之前将过滤器构建到砧座和通道触点中，则可以区分由两个路径表示的组织阻抗。这可以提供垂直组织与侧向组织压缩的量度。这种方法还可根据过滤器的放置和金属回路的位置来提供近侧和远侧组织压缩。频率发生器和信号处理器可以位于电路板或子板(可能已经存在于外科缝合器中)上的一个或多个芯片上。
在一个方面，本公开提供了被配置成具有各种感测系统的器械150010(结合图25至图30所述)。因此，为方便和清楚起见，此处将不重复对操作和构造的细节。在一个方面，感测系统包括粘弹性/变化率感测系统，以监测刀加速度、阻抗变化率和组织接触变化率。在一个示例中，刀加速度的变化率可以用作组织类型的量度。在另一个示例中，阻抗的变化率可以用脉冲传感器测量，并且可以用作可压缩性的量度。最后，可利用基于刀击发率的传感器来测量组织接触变化率以测量组织流动。
感测参数的变化率或另外说明的是，组织参数达到渐近稳态值需要多长时间，其本身是单独的测量，并且可能比其衍生的感测参数更有价值。为了增强组织参数的测量，诸如在进行测量之前等待预先确定量的时间，本公开提供了一种用于采用该测量衍生的新颖技术，诸如组织参数的变化率。
衍生技术或变化率测量变得最有用，应理解，不存在单独的测量可以单独采用以显著改善钉形成。多种测量的组合使测量有效。在组织间隙的情况下，了解有多少钳口被组织覆盖以使间隙测量相关是有帮助的。阻抗的变化率测量可以与砧座中的应变测量结合，以将施加到抓握于端部执行器的钳口构件(诸如砧座和钉仓)之间的组织的力和压力相关联。内窥镜外科装置可以采用变化率测量来确定组织类型而不仅仅是组织压缩。虽然胃和肺组织有时具有相似的厚度，甚至在肺组织钙化时具有相似的压缩特性，但是器械可以通过采用诸如间隙、压缩、施加的力、组织接触区域、压缩变化率或间隙变化率的测量的组合来区分这些组织类型。如果单独使用这些测量结果中的任何一个，则内窥镜外科装置可能难以将一种组织类型与另一种组织类型区分开来。压缩变化率也可能有助于使装置确定组织是否“正常”或是否存在某些异常。不仅要测量已经过了多少时间，而且要测量传感器信号的变化并确定信号的衍生将提供另一种测量以使得内窥镜外科装置能够测量信号。还可以采用变化率信息来确定何时达到稳态以发信号通知过程中的下一步骤。例如，在将组织抓握在端部执行器(诸如砧座和钉仓)的钳口构件之间之后，当组织压缩达到稳态(例如，大约15秒)时，开始击发装置的指示器或触发器可以被启用。
本文还提供了用于对传感器数据进行时间依赖性评估以确定外科器械操作期间组织的稳定性、蠕变和粘弹性特征的方法、装置和系统。外科器械，诸如图25中所示的缝合器，可以包括用于测量操作参数(诸如钳口间隙尺寸或距离、击发电流、组织压缩、被组织覆盖的钳口的量、砧座应变和触发力等等)的各种传感器。这些感测的测量对于外科器械的自动控制和向临床医生提供反馈是重要的。
可以采用结合图30至图49示出的示例来测量各种衍生的参数，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。可采用与电池2308串联的电流传感器监测马达电流。
现在转到图44，其描绘了可重复使用或可不重复使用的马达驱动外科切割和紧固器械151310。马达驱动外科切割和紧固器械151310被类似地构造和配备为结合图25至图30所述的马达驱动外科切割和紧固器械150010。在图44所示示例中，器械151310包括外壳151312，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151314。外壳151312被构造用于可操作地附接到可互换轴组件151500，该可互换轴组件具有可操作地联接到其的外科端部执行器151600，该外科端部执行器被构造成能够执行一种或多种外科任务或外科规程。由于马达驱动外科切割和紧固器械151310被类似地构造和配备为结合图25至图30所述的马达驱动外科切割和紧固器械150010，为方便和清楚起见，此处将不重复对操作和构造的细节。
图44描绘的外壳151312结合可互换轴组件151500示出，该可互换轴组件包括端部执行器151600，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151304的外科切割和紧固装置。外壳151312可被配置用于与可互换轴组件结合使用，该可互换轴组件包括端部执行器，该端部执行器适于支撑不同尺寸和类型的钉仓，具有不同的轴长度、尺寸和类型等。另外，外壳151312还可有效地用于多种其他可互换轴组件，其包括被构造成能够将其他运动和形式的能量(诸如射频(RF)能量、超声能量和/或运动)施加到适合与各种外科应用和规程结合使用的端部执行器布置的那些组件。此外，该端部执行器、轴组件、柄部、外科器械和/或外科器械系统可利用任意合适的紧固件来紧固组织。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。
图44示出了可互换轴组件151500可操作地联接到其的外科器械151310。在示出的布置中，柄部外壳形成可被临床医生抓持和操纵的手枪式握把部151319。柄部组件151314在其中可操作地支撑多个驱动系统，该多个驱动系统被构造成能够生成各种控制运动并将各种控制运动施加到可操作地附接到其的可互换轴组件的对应部分。触发器151332可操作地与手枪式握把部相关联，用于控制各种这些控制运动。
继续参见图44，可互换轴组件151500包括外科端部执行器151600，该外科端部执行器包括被构造成能够在其中可操作地支撑钉仓151304的细长通道151302。端部执行器151600还可包括砧座151306，该砧座相对于细长通道151302被枢转地支撑。
本发明人已经发现，对于控制外科器械(诸如图44中所示的器械)，衍生参数甚至可比衍生参数所基于的一个或多个感测参数更有用。衍生参数的非限制性示例包括感测参数的变化率(例如，钳口间隙距离)以及在组织参数达到渐近稳态值(例如，15秒)之前经过的时间长度。衍生参数(诸如变化率)特别有用，因为它们显著提高了测量精度，并且还提供了直接来自感测参数的信息。例如，阻抗(即，组织压缩)变化率可以与砧座中的应变组合，以将压缩和力相关联，这使得微控制器能够确定组织类型而不仅仅是组织压缩量。该示例仅是示例性的，并且任何衍生参数可以与一个或多个感测参数组合，以提供关于组织类型(例如，胃与肺)、组织健康(钙化与正常)和外科装置操作状态的更准确信息(例如，夹持完成)。不同的组织具有独特的粘弹性和独特的变化率，使得本文讨论的这些和其它参数成为用于监测和自动调节外科规程的有用标记。
图46为示出间隙距离随时间变化的示例性曲线图，其中间隙是由被夹持组织占据的钳口之间的间隔。垂直(y)轴为距离，并且水平(x)轴为时间。具体地，参见图44和图45，间隙距离151340是端部执行器的砧座151306与细长通道151302之间的距离。在打开钳口位置，在时间零点，砧座151306与细长构件之间的间隙151340处于其最大距离。间隙151340的宽度随砧座151306的闭合而减小，诸如在组织夹持期间。间隙距离变化率可以变化，因为组织具有不均匀的弹性。例如，某些组织类型最初可能显示出快速压缩，从而导致更快的变化速率。然而，随着组织被连续压缩，组织的粘弹性可导致变化率降低，直到组织不能被进一步压缩，此时间隙距离将保持基本恒定。随着组织在端部执行器151340的砧座151306和钉仓151304之间被挤压，间隙随时间变化而减小。结合图31至图43描述的一个或多个传感器，诸如磁场传感器、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/或任何其他合适的传感器可被适配和配置成能够测量砧座151306与钉仓151304之间的随时间“t”变化的间隙距离“d”，如图46中以图形方式表示。间隙距离“d”随时间“t”的变化率是图46所示曲线的斜率，其中斜率＝Δd/Δt。
图47为示出端部执行器钳口的击发电流的示例性曲线图。垂直(y)轴为电流，并且水平(x)轴为时间。如本文所述，如结合图25所示和所述，外科器械和/或其微控制器可包括电流传感器，该电流传感器检测在各种操作(诸如夹持、切割和/或缝合组织)期间利用的电流。例如，当组织电阻增加时，器械的电动马达可能需要更多的电流来夹持、切割和/或缝合组织。类似地，如果电阻较低，则电动马达可需要较少的电流来夹持、切割和/或缝合组织。因此，击发电流可被用作组织电阻的近似值。感测到的电流可单独使用或更优选地与其他测量结果结合使用，以提供关于靶组织的反馈。仍然参见图47，在一些操作(诸如缝合)期间，击发电流最初在时间零点较高，但随时间变化而减小。在其他装置操作期间，如果马达消耗更多电流以克服逐渐增加的机械负载，则电流可随时间变化而增加。此外，击发电流的变化率可用作组织从一种状态向另一状态转变的指示器。因此，击发电流，特别是击发电流的变化率可用于监测装置操作。当刀切穿组织时，击发电流随时间变化而降低。如果正被切割的组织由于组织特性或刀151305(图45)的锐度而提供更多或更少的电阻，则击发电流的变化率可变化。当切割条件变化时，马达所做的功变化，因此将随时间变化而改变击发电流。当刀151305正在击发时，可采用电流传感器来测量随时间变化的击发电流，如图47中以图形方式表示。例如，可采用电流传感器监测马达电流。电流传感器可被适配和配置成能够测量随时间“t”变化的马达击发电流“i”，如图47中以图形方式表示。击发电流“i”随时间“t”的变化率是图47所示曲线的斜率，其中斜率＝Δi/Δt。
图48为阻抗随时间变化的示例性曲线图。垂直(y)轴为阻抗，并且水平(x)轴为时间。在时间零点阻抗较低，但阻抗随着组织压力在操纵(例如，夹持和缝合)下增加而随时间增加。变化率随时间变化，因为端部执行器151340的砧座151306和钉仓151304之间的组织被刀切断或使用位于端部执行器151340的砧座151306和钉仓151304之间的电极之间的RF能量密封。例如，随着组织被切割，电阻抗增加，并且当组织被刀完全切断时，电阻抗达到无穷大。另外，如果端部执行器151340包括联接到RF能量源的电极，则随着能量通过端部执行器151340的砧座151306和钉仓151304之间的组织递送，组织的电阻抗增加。随着通过组织的能量通过蒸发组织中的水分而干燥组织，电阻抗增加。最终，当将合适量的能量递送到组织时，阻抗在组织被切断时增加到非常高的值或无穷大。此外，如图48所示，不同的组织可具有区分组织的独特的压缩特性，诸如压缩速率。可通过驱动亚治疗射频电流通过抓持在第一钳口构件9014和第二钳口构件9016之间的组织来测量组织阻抗。一个或多个电极可定位在砧座151306和钉仓151304中的任一者或两者上。可测量砧座151306与钉仓151304之间的组织的随时间变化的组织压缩/阻抗，如图48中以图形方式表示。结合图31至图43所述的传感器，诸如磁场传感器、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/或任何其他合适的传感器可被适配和配置成能够测量组织压缩/阻抗。传感器可被适配和配置成能够测量随时间“t”变化的组织阻抗“Z”，如图48中以图形方式表示的。
图49是砧座151306(图44、图45)应变随时间变化的示例性曲线。垂直(y)轴为应变，并且水平(x)轴为时间。在缝合期间，例如，砧座151306应变初始较高，但随着组织达到稳态而减小，并且对砧座151306施加较小的压力。砧座151306应变的变化率可由定位在砧座151306和钉仓151304(图44、图45)中的任一者或两者上的压力传感器或应变仪测量，以测量施加到抓持在砧座151306和钉仓151304之间的组织的压力或应变。可测量随时间变化的砧座151306应变，如图49中以图形方式表示。应变“S”随时间“t”的变化率是图49所示曲线的斜率，其中斜率＝ΔS/Δt。
图50是触发力随时间变化的示例性曲线图。垂直(y)轴为触发力，并且水平(x)轴为时间。在某些示例中，触发力是渐进的，以向临床医生提供触觉反馈。因此，在时间零点，触发器151320(图44)压力可处于其最低处，并且触发器压力可增加，直到完成操作(例如，夹持、切割或缝合)。可通过定位在器械151310(图44)的柄部151319的触发器151302上的压力传感器或应变仪测量触发力的变化率，以测量驱动刀151305(图45)通过抓持在砧座151306和钉仓151304之间的组织所需的力。可测量触发器151332的随时间变化的力，如图50中以图形方式表示。应变触发力“F”随时间“t”的变化率为图50所示曲线的斜率，其中斜率＝ΔF/Δt。
例如，即使胃和肺组织可具有类似的厚度，这些组织也可被区分，并且如果肺组织钙化，这些组织可具有类似的压缩特性。可通过分析钳口间隙距离、组织压缩、所施加的力、组织接触面积、压缩变化率和钳口间隙变化率来区分胃和肺组织。例如，图51示出了组织压力“P”随着各种组织的组织位移变化的曲线图。垂直(y)轴为组织压力，并且水平(x)轴为组织位移。当组织压力达到预先确定的阈值(诸如50磅每平方英寸至100磅每平方英寸(psi))时，可使用组织位移量以及组织位移在达到阈值之前的速率来区分组织。例如，血管组织以比结肠、肺或胃组织更小的组织位移和更快的变化速率达到预先确定的压力阈值。此外，血管组织的变化率(组织压力除以位移)在50psi至100psi的阈值下几乎渐近，而结肠、肺和胃的变化率在50psi至100psi的阈值下不是渐近的。应当理解，可使用任何压力阈值，诸如介于1psi和1000psi之间，更优选地介于10psi和500psi之间，并且还更优选地介于50psi和100psi之间。此外，可使用多个阈值或渐进式阈值来提供具有类似粘弹性的组织类型的进一步分辨率。
压缩变化率还可使微控制器能够确定组织是否“正常”或是否存在一些异常，诸如钙化。例如，参见图52，钙化肺组织的压缩遵循与正常肺组织的压缩不同的曲线。因此，组织位移和组织位移的变化率可用于诊断和/或区分钙化肺组织与正常肺组织。
此外，某些感测到的测量结果可受益于附加的感官输入。例如，就钳口间隙而言，知道有多少钳口被组织覆盖可使间隙测量结果更有用且更准确。如果钳口的一小部分覆盖在组织中，则组织压缩可看起来小于整个钳口覆盖在组织中的情况。因此，当分析组织压缩和其他感测到的参数时，可由微控制器考虑钳口覆盖的量。
在某些情况下，实耗时间也可为重要参数。测量经过了多少时间，连同感测到的参数和导数参数(例如，变化率)，提供了更有用的信息。例如，如果钳口间隙变化率在设定的时间段(例如，5秒)之后保持恒定，则参数可能已经达到其渐近值。
变化率信息对于确定何时达到稳态从而发信号通知过程中的下一步骤而言也是有用的。例如，在夹持期间，当组织压缩达到稳定状态(例如，在设定的时间段之后不发生显著的变化速率)时，微控制器可向显示器发送信号，从而警示临床医生开始手术中的下一个步骤，诸如钉击发。另选地，微控制器可被编程为一旦达到稳态就自动开始下一个手术阶段(例如，钉击发)。
类似地，阻抗变化率可与砧座中的应变组合，以将力和压缩相关联。变化率将允许装置确定组织类型而不是仅测量压缩值。例如，如果肺钙化，则胃和肺有时具有类似的厚度，并且甚至具有类似的压缩特性。
一个或多个感测到的参数与导出的参数的组合提供了对组织类型和组织健康的更可靠和准确的评估，并且允许更好的装置监测、控制和临床医生反馈。
图53示出了包括第一传感器152008a和第二传感器152008b的端部执行器152000的一个实施方案。端部执行器152000类似于上述端部执行器150300。端部执行器152000包括枢转地联接到第二钳口构件152004的第一钳口构件或砧座152002。第二钳口构件152004被构造成能够在其中接纳钉仓152006。钉仓152006包括多个钉(未示出)。该多个钉可在外科手术期间从钉仓152006部署。端部执行器152000包括第一传感器152008a。第一传感器152008a被配置成能够测量端部执行器152000的一个或多个参数。例如，在一个实施方案中，第一传感器152008a被配置成能够测量砧座152002与第二钳口构件152004之间的间隙152010。第一传感器152008a可包括例如霍尔效应传感器，该霍尔效应传感器被配置成能够检测由嵌入第二钳口构件152004和/或钉仓152006中的磁体152012生成的磁场。又如，在一个实施方案中，第一传感器152008a被配置成能够测量由第二钳口构件152004和/或夹持在砧座152002和第二钳口构件152004之间的组织施加于砧座152002上的一个或多个力。
端部执行器152000包括第二传感器152008b。第二传感器152008b被配置成能够测量端部执行器152000的一个或多个参数。例如，在各种实施方案中，第二传感器152008b可包括应变仪，该应变仪被配置成能够测量夹持状态期间的砧座152002中的应变量值。应变仪提供电信号，该电信号的振幅随着应变量值而变化。在各种实施方案中，第一传感器152008a和/或第二传感器152008b可包括例如磁传感器(诸如霍尔效应传感器)、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152000的一个或多个参数的任何其他合适的传感器。第一传感器152008a和第二传感器152008b可被布置成串联构型和/或并联构型。在串联构型中，第二传感器152008b可被配置成能够直接影响第一传感器152008a的输出。在并联构型中，第二传感器152008b可被配置成能够间接影响第一传感器152008a的输出。
在一个实施方案中，由第一传感器152008a测量的一个或多个参数与由第二传感器152008b测量的一个或多个参数相关。例如，在一个实施方案中，第一传感器152008a被配置成能够测量砧座152002与第二钳口构件152004之间的间隙152010。间隙152010表示夹持在砧座152002和钉仓152006之间的组织区段的厚度和/或可压缩性。第一传感器152008a可包括例如霍尔效应传感器，该霍尔效应传感器被配置成能够检测由联接到第二钳口构件152004和/或钉仓152006的磁体152012生成的磁场。单个位置处的测量精确地描述了经校正的组织的完全咬合的压缩组织厚度，但在组织的部分咬合设置在砧座152002与第二钳口构件152004之间时可提供不精确的结果。组织的部分咬合(近侧部分咬合或远侧部分咬合)改变砧座152002的夹持几何形状。
在一些实施方案中，第二传感器152008b被配置成能够检测指示组织咬合类型(例如，完全咬合、部分近侧咬合和/或部分远侧咬合)的一个或多个参数。第二传感器152008b的测量结果可用于调节第一传感器152008a的测量结果以精确地表示近侧或远侧定位的部分咬合的真实压缩组织厚度。例如，在一个实施方案中，第二传感器152008b包括应变仪诸如微应变仪，该应变仪被配置成能够监测夹持状态期间的砧座中的应变振幅。砧座152002的应变振幅用于修改第一传感器152008a(例如，霍尔效应传感器)的输出，以精确地表示近侧或远侧定位的部分咬合的真实压缩组织厚度。可在夹持操作期间实时地测量第一传感器152008a和第二传感器152008b。实时测量结果允许基于时间的信息例如由主处理器(例如，处理器462(图12))进行分析，并且用于选择一个或多个算法和/或查找表，由此识别组织特性和夹持定位，以动态地调节组织厚度测量结果。
在一些实施方案中，可将第一传感器152008a的组织测量结果提供给联接到端部执行器152000的外科器械150010的输出装置。例如，在一个实施方案中，端部执行器152000联接到包括例如显示器(例如，显示器473(图12))的外科器械150010。将第一传感器152008a的测量结果提供给处理器，例如，主处理器。主处理器基于第二传感器152008b的测量结果调节第一传感器152008a的测量结果，以反映夹持在砧座152002与钉仓152006之间的组织区段的真实组织厚度。主处理器将调节的组织厚度测量结果和完全或部分咬合的指示输出到显示器。操作者可基于显示的值来确定是否部署钉仓152006中的钉。
在一些实施方案中，第一传感器152008a和第二传感器152008b可定位在不同的环境中，诸如第一传感器152008a定位在患者体内的治疗部位处并且第二传感器152008b定位在患者的外部。第二传感器152008b可被配置成能够校正和/或修改第一传感器152008a的输出。第一传感器152008a和/或第二传感器152008b可包括例如环境传感器。环境传感器可包括例如温度传感器、湿度传感器、压力传感器、和/或任何其它合适的环境传感器。
图54为示出了用于基于来自第二传感器152008b的输入来调节第一传感器152008a的测量结果的过程152020的一个实施方案的逻辑图。通过第一传感器152008a捕集第一信号152022a。可基于一个或多个预先确定的参数(诸如，平滑函数、查找表和/或任何其他合适的调节参数)调节第一信号152022a。通过第二传感器152008b捕集第二信号152022b。可基于一个或多个预先确定的调节参数调节第二信号152022b。将第一信号152022a和第二信号152022b提供给处理器，诸如主处理器。处理器基于来自第二传感器的第二信号152022b调节由第一信号152022a表示的第一传感器152008a的测量结果。例如，在一个实施方案中，第一传感器152008a包括霍尔效应传感器并且第二传感器152008b包括应变仪。通过由第二传感器152008b测量的应变振幅调节第一传感器152008a的距离测量结果，以确定端部执行器152000中的组织咬合的完全性。将调节的测量结果通过例如嵌入在外科器械150010中的显示器显示152026给操作者。
图55为示出了用于基于来自第二传感器152008b的输入来确定第一传感器152008a的查找表的过程152030的一个实施方案的逻辑图。第一传感器152008a捕集指示端部执行器152000的一个或多个参数的信号152022a。可基于一个或多个预先确定的参数(诸如，平滑函数、查找表和/或任何其他合适的调节参数)调节第一信号152022a。通过第二传感器152008b捕集第二信号152022b。可基于一个或多个预先确定的调节参数调节第二信号152022b。将第一信号152022a和第二信号152022b提供给处理器，诸如主处理器。处理器基于第二信号的值从一个或多个可用查找表152034a、152034b选择查找表。所选择的查找表用于将第一信号转换成定位在砧座152002与钉仓152006之间的组织的厚度测量结果。将调节的测量结果通过例如嵌入在外科器械150010中的显示器显示152026给操作者。
图56为示出了用于响应于来自第二传感器152008b的输入来校正第一传感器152008a的过程152040的一个实施方案的逻辑图。第一传感器152008a被配置成能够捕集指示端部执行器152000的一个或多个参数的信号152022a。可基于一个或多个预先确定的参数(诸如，平滑函数、查找表和/或任何其他合适的调节参数)调节第一信号152022a。通过第二传感器152008b捕集第二信号152022b。可基于一个或多个预先确定的调节参数调节第二信号152022b。将第一信号152022a和第二信号152022b提供给处理器，诸如主处理器。主处理器响应于第二信号152022b来校正152042第一信号152022a。校正152042第一信号152022a以反映端部执行器152000中的组织咬合的完全性。将校正的信号通过例如嵌入在外科器械150010中的显示器显示152026给操作者。
图57为示出了用于确定并且显示夹持在端部执行器152000的砧座152002和钉仓152006之间的组织区段的厚度的过程152050的一个实施方案的逻辑图。过程152050包括通过例如定位在砧座152002的远侧末端处的霍尔效应传感器获得霍尔效应电压152052。将霍尔效应电压152052提供给模数转换器152054并且转换成数字信号。将该数字信号提供给处理器，诸如主处理器。主处理器校正152056霍尔效应电压152052信号的曲线输入。应变仪152058(诸如，微应变仪)被配置成能够测量端部执行器152000的一个或多个参数，诸如夹持操作期间施加于砧座152002上的应变的振幅。将测量的应变转换152060成数字信号并且提供给处理器，诸如主处理器。主处理器响应于由应变仪152058测量的应变来利用一个或多个算法和/或查找表调节霍尔效应电压152052，以反映由砧座152002和钉仓152006夹持的组织的真实厚度和咬合完全性。将调节的厚度通过例如嵌入在外科器械150010中的显示器显示152026给操作者。
在一些实施方案中，外科器械还可包括负荷元件或负荷传感器152082。负荷传感器152082可定位在例如轴组件150200中(如上所述)或者外壳150012中(也如上所述)。图58为示出了用于确定并且显示夹持在端部执行器152000的砧座152002和钉仓152006之间的组织区段的厚度的过程152070的一个实施方案的逻辑图。该过程包括通过例如定位在砧座152002的远侧末端处的霍尔效应传感器获得霍尔效应电压152072。将霍尔效应电压152072提供给模数转换器152074并且转换成数字信号。将该数字信号提供给处理器，诸如主处理器。主处理器校正152076霍尔效应电压152072信号的曲线输入。应变仪152078(诸如，微应变仪)被配置成能够测量端部执行器152000的一个或多个参数，诸如夹持操作期间施加于砧座152002上的应变的振幅。将测量的应变转换152080成数字信号并且提供给处理器，诸如主处理器。负荷传感器152082测量砧座152002相对于钉仓152006的夹持力。将测量的夹持力转换152084成数字信号并且提供给处理器，诸如主处理器。主处理器响应于由应变仪152078测量的应变和由负荷传感器152082测量的夹持力来利用一个或多个算法和/或查找表调节霍尔效应电压152072，以反映由砧座152002和钉仓152006夹持的组织的真实厚度和咬合完全性。将调节的厚度通过例如嵌入在外科器械150010中的显示器显示152026给操作者。
图59为示出与未修改的霍尔效应厚度测量结果152094进行比较的调节的霍尔效应厚度测量结果152092的曲线图152090。如图59所示，未修改的霍尔效应厚度测量结果152094指示较厚的组织测量结果，因为单个传感器不能补偿部分远侧/近侧咬合，所述部分远侧/近侧咬合导致不正确的厚度测量结果。通过例如图57所示的过程152050生成调节的厚度测量结果152092。基于来自一个或多个附加传感器(诸如，应变仪)的输入来校正调节的霍尔效应厚度测量结果152092。调节的霍尔效应厚度152092反映定位在砧座152002与钉仓152006之间的组织的真实厚度。
图60示出了包括第一传感器152108a和第二传感器152108b的端部执行器152100的一个实施方案。端部执行器152100类似于图53中所示的端部执行器152000。端部执行器152100包括枢转地联接到第二钳口构件152104的第一钳口构件或砧座152102。第二钳口构件152104被配置成能够在其中接纳钉仓152106。端部执行器152100包括联接到砧座152102的第一传感器152108a。第一传感器152108a被配置成能够测量端部执行器152100的一个或多个参数，诸如砧座152102与钉仓152106之间的间隙152110。间隙152110可对应于例如夹持在砧座152102和钉仓152106之间的组织的厚度。第一传感器152108a可包括任何合适的传感器，以用于测量端部执行器的一个或多个参数。例如，在各种实施方案中，第一传感器152108a可包括磁传感器(诸如霍尔效应传感器)、应变仪、压力传感器、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/或任何其他合适的传感器。
在一些实施方案中，端部执行器152100包括第二传感器152108b。第二传感器152108b联接到第二钳口构件152104和/或钉仓152106。第二传感器152108b被配置成能够检测端部执行器152100的一个或多个参数。例如，在一些实施方案中，第二传感器152108b被配置成能够检测一个或多个器械状态，诸如联接到第二钳口构件152104的钉仓152106的颜色、钉仓152106的长度、端部执行器152100的夹持状态、端部执行器152100和/或钉仓152106的使用次数/剩余使用次数和/或任何其他合适的器械状态。第二传感器152108b可包括用于检测一个或多个器械状态的任何合适的传感器，诸如磁传感器(诸如霍尔效应传感器)、应变仪、压力传感器、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/或任何其他合适的传感器。
端部执行器152100可与图54至图57所示的过程中的任一者一起使用。例如，在一个实施方案中，来自第二传感器152108b的输入可用于校正第一传感器152108a的输入。第二传感器152108b可被配置成能够检测钉仓152106的一个或多个参数，诸如钉仓152106的颜色和/或长度。检测到的参数(诸如钉仓152106的颜色和/或长度)可对应于仓的一个或多个特性，诸如仓平台的高度、用于钉仓的可用/最佳组织厚度和/或钉仓152106中的钉图案。钉仓152106的已知参数可用于调节由第一传感器152108a提供的厚度测量结果。例如，如果钉仓152106具有较高的平台高度，则可减小由第一传感器152108a提供的厚度测量结果以补偿增加的平台高度。可将调节的厚度通过例如联接到外科器械150010的显示器显示给操作者。
图61示出了包括第一传感器152158和多个第二传感器152160a、152160b的端部执行器152150的一个实施方案。端部执行器152150包括第一钳口构件或砧座152152和第二钳口构件152154。第二钳口构件152154被配置成能够接纳钉仓152156。砧座152152可相对于第二钳口构件152154枢转地移动以将组织夹持在砧座152152与钉仓152156之间。砧座包括第一传感器152158。第一传感器152158被配置成能够检测端部执行器152150的一个或多个参数，诸如砧座152152与钉仓152156之间的间隙152110。间隙152110可对应于例如夹持在砧座152152和钉仓152156之间的组织的厚度。第一传感器152158可包括任何合适的传感器，以用于测量端部执行器的一个或多个参数。例如，在各种实施方案中，第一传感器152158可包括磁传感器(诸如霍尔效应传感器)、应变仪、压力传感器、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/或任何其他合适的传感器。
在一些实施方案中，端部执行器152150包括多个第二传感器152160a、152160b。第二传感器152160a、152160b被配置成能够检测端部执行器152150的一个或多个参数。例如，在一些实施方案中，第二传感器152160a、152160b被配置成能够测量夹持规程期间施加于砧座152152上的应变振幅。在各种实施方案中，第二传感器152160a、152160b可包括磁传感器(诸如霍尔效应传感器)、应变仪、压力传感器、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/或任何其他合适的传感器。第二传感器152160a、152160b可被配置成能够测量砧座152152的不同位置处的一个或多个相同参数、砧座152152上的相同位置处的不同参数和/或砧座152152上的不同位置处的不同参数。
图62为示出了用于响应于多个第二传感器152160a、152160b来调节第一传感器152158的测量结果的过程152170的一个实施方案的逻辑图。在一个实施方案中，例如通过霍尔效应传感器获得152172霍尔效应电压。通过模数转换器转换152174霍尔效应电压。校正152176所转换的霍尔效应电压信号。校正曲线表示定位在砧座152152与钉仓152156之间的组织区段的厚度。通过多个第二传感器(诸如，多个应变仪)获得152178a、152178b的多个第二测量结果。将应变仪的输入例如通过多个电子μStrain转换电路转换152180a、152180b成一个或多个数字信号。将校正的霍尔效应电压和多个第二测量结果提供给处理器，诸如主处理器。主处理器利用第二测量结果并且例如通过应用算法和/或利用一个或多个查找表来调节152182霍尔效应电压。调节的霍尔效应电压表示由砧座152152和钉仓152156夹持的组织的真实厚度和咬合的完全性。将调节的厚度通过例如嵌入在外科器械150010中的显示器显示152026给操作者。
图63示出了电路152190的一个实施方案，该电路被配置成能够将来自第一传感器152158和多个第二传感器152160a、152160b的信号转换成可由处理器(诸如，主处理器)接收的数字信号。电路152190包括模数转换器152194。在一些实施方案中，模数转换器152194包括4通道、18位模数转换器。本领域中的技术人员将会认识到，模数转换器152194可包括任何合适的通道数和/或位数以将一个或多个输入从模拟信号转换成数字信号。电路152190包括一个或多个电平转换电阻器152196，该电平转换电阻器被配置成能够接收来自第一传感器152158(诸如，霍尔效应传感器)的输入。电平转换电阻器152196调节来自第一传感器的输入，由此根据该输入将该值转换成较高或较低电压。电平转换电阻器152196将来自第一传感器152158的电平转换输入提供给模数转换器。
在一些实施方案中，多个第二传感器152160a、152160b联接到电路152190内的多个桥152192a、152192b。多个桥152192a、152192b可对来自多个第二传感器152160a、152160b的输入提供滤波。在对输入信号滤波之后，多个桥152192a、152192b将来自多个第二传感器152160a、152160b的输入提供给模数转换器152194。在一些实施方案中，联接到一个或多个电平转换电阻器的开关152198可联接到模数转换器152194。开关152198被配置成能够校正输入信号中的一个或多个，诸如来自霍尔效应传感器的输入。开关152198可用于提供一个或多个电平转换信号，以调节传感器中的一个或多个的输入，诸如由此来校正霍尔效应传感器的输入。在一些实施方案中，调节并非必需的，并且开关152198保持在打开位置以使电平转换电阻器脱离。开关152198联接到模数转换器152194。模数转换器152194将输出提供给一个或多个处理器，诸如主处理器。主处理器基于来自模数转换器152194的输入来计算端部执行器152150的一个或多个参数。例如，在一个实施方案中，主处理器基于来自一个或多个传感器152158、152160a、152160b的输入来计算定位在砧座152152与钉仓152156之间的组织的厚度。
图64示出了包括多个传感器152208a-152208d的端部执行器152200的一个实施方案。端部执行器152200包括枢转地联接到第二钳口构件152204的砧座152202。第二钳口构件152204被构造成能够在其中接纳钉仓152206。砧座152202包括其上的多个传感器152208a-152208d。多个传感器152208a-152208d被配置成能够检测端部执行器152200(诸如砧座152202)的一个或多个参数。多个传感器152208a-152208d可包括一个或多个相同传感器和/或不同传感器。多个传感器152208a-152208d可包括例如磁传感器(诸如霍尔效应传感器)、应变仪、压力传感器、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/或任何其他合适的传感器或者它们的组合。例如，在一个实施方案中，多个传感器152208a-152208d可包括多个应变仪。
在一个实施方案中，多个传感器152208a-152208d允许实现鲁棒性组织厚度感测过程。通过检测沿砧座152202的长度的各个参数，多个传感器152208a-152208d允许外科器械(诸如，外科器械150010)计算钳口中的组织厚度，而无论咬合如何，例如，部分咬合或完全咬合。在一些实施方案中，多个传感器152208a-152208d包括多个应变仪。多个应变仪被配置成能够测量砧座152202上的各个点处的应变。砧座152202上的各个点中的每个处的应变振幅和/或斜率可用于确定砧座152202与钉仓152206之间的组织的厚度。多个应变仪可被配置成能够基于夹持动力学来优化最大振幅和/或斜率差，以确定厚度、组织布置、和/或组织的材料特性。夹持期间的多个传感器152208a-152208d的基于时间的监测允许处理器(诸如，主处理器)利用算法和查找表来识别组织特性和夹持位置并且动态地调节端部执行器152200和/或夹持在砧座152202与钉仓152206之间的组织。
图65为示出了用于基于多个传感器152208a-152208d来确定一个或多个组织特性的过程152220的一个实施方案的逻辑图。在一个实施方案中，多个传感器152208a-152208d生成152222a-152222d指示端部执行器152200的一个或多个参数的多个信号。将多个生成的信号转换152224a-152224d成数字信号并且提供给处理器。例如，在包括多个应变仪的一个实施方案中，多个电子μStrain(微应变)转换电路将应变仪信号转换152224a-152224d成数字信号。将数字信号提供给处理器，诸如主处理器。主处理器基于该多个信号来确定152226一个或多个组织特性。该处理器可通过应用算法和/或查找表来确定一个或多个组织特性。将该一个或多个组织特性通过例如嵌入在外科器械150010中的显示器显示152026给操作者。
图66示出了包括联接到第二钳口构件3254的多个传感器152260a-152260d的端部执行器152250的一个实施方案。端部执行器152250包括枢转地联接到第二钳口构件152254的砧座152252。砧座152252可相对于第二钳口构件152254移动以在两者间夹持一种或多种材料，诸如组织区段152264。第二钳口构件152254被构造成能够接纳钉仓152256。第一传感器152258联接到砧座152252。第一传感器被配置成能够检测端部执行器152150的一个或多个参数，诸如砧座152252与钉仓152256之间的间隙152110。间隙152110可对应于例如夹持在砧座152252和钉仓152256之间的组织的厚度。第一传感器152258可包括任何合适的传感器，以用于测量端部执行器的一个或多个参数。例如，在各种实施方案中，第一传感器152258可包括磁传感器(诸如霍尔效应传感器)、应变仪、压力传感器、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/或任何其他合适的传感器。
多个第二传感器152260a-152260d联接到第二钳口构件152254。多个第二传感器152260a-152260d可与第二钳口构件152254和/或钉仓152256一体地形成。例如，在一个实施方案中，多个第二传感器152260a-152260d设置在钉仓152256的外侧排上(参见图67)。多个第二传感器152260a-152260d被配置成能够检测端部执行器152250和/或夹持在砧座152252与钉仓152256之间的组织区段152264的一个或多个参数。多个第二传感器152260a-152260d可包括用于检测端部执行器152250和/或组织区段152264的一个或多个参数的任何合适的传感器，例如，磁传感器(诸如霍尔效应传感器)、应变仪、压力传感器、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/或任何其他合适的传感器或者它们的组合。多个第二传感器152260a-152260d可包括相同的传感器和/或不同的传感器。
在一些实施方案中，多个第二传感器152260a-152260d包括两用传感器和组织稳定元件。多个第二传感器152260a-152260d包括电极和/或感测几何结构，该电极和/或感测几何结构被配置成能够当多个第二传感器152260a-152260d例如在夹持操作期间与组织区段152264接合时产生稳定组织状态。在一些实施方案中，多个第二传感器152260a-152260d中的一个或多个可由非感测组织稳定元件替换。第二传感器152260a-152260d通过控制夹持、缝合和/或其他处理过程期间的组织流动、钉变形和/或其他组织状态来产生稳定组织状态。
图67示出了包括一体地形成于其中的多个传感器152272a-152272h的钉仓152270的一个实施方案。钉仓152270包括多个排，该多个排包含多个孔以用于在其中存储钉。外侧排152278中的一个或多个孔由多个传感器152272a-152272h中的一个替换。剖面部分被示出以图解说明联接到传感器线152276b的传感器152272f。传感器线152276a、152276b可包括多个线以用于将多个传感器152272a-152272h联接到外科器械(诸如，外科器械150010)的一个或多个电路。在一些实施方案中，多个传感器152272a-152272h中的一个或多个包括两用传感器和组织稳定元件，该两用传感器和组织稳定元件具有被配置成能够提供组织稳定的电极和/或感测几何结构。在一些实施方案中，多个传感器152272a-152272h可由多个组织稳定元件替换和/或占据。可通过例如控制夹持和/或缝合过程期间的组织流动和/或钉成形来提供组织稳定。多个传感器152272a-152272h将信号提供给外科器械150010的一个或多个电路，以增强缝合性能和/或组织厚度感测的反馈。
图68为示出了用于确定夹持在端部执行器(诸如图66所示的端部执行器152250)内的组织区段152264的一个或多个参数的过程152280的一个实施方案的逻辑图。在一个实施方案中，第一传感器152258被配置成能够检测端部执行器152250和/或定位在砧座152252与钉仓152256之间的组织区段152264的一个或多个参数。通过第一传感器152258生成152282第一信号。第一信号指示由第一传感器152258检测的一个或多个参数。一个或多个第二传感器152260被配置成能够检测端部执行器152250和/或组织区段152264的一个或多个参数。如同第一传感器152258，第二传感器152260可被配置成能够检测相同的参数、附加的参数或不同的参数。通过第二传感器152260生成第二信号152284。第二信号152284指示由第二传感器152260检测的一个或多个参数。将第一信号和第二信号提供给处理器，诸如主处理器。处理器基于由第二传感器152260生成的输入来调节152286由第一传感器152258生成的第一信号。调节的信号可指示例如组织区段152264的真实厚度和咬合完全性。将调节的信号通过例如嵌入在外科器械150010中的显示器显示152026给操作者。
图69示出了包括多个冗余传感器152308a、152308b的端部执行器152300的一个实施方案。端部执行器152300包括枢转地联接到第二钳口构件152304的第一钳口构件或砧座152302。第二钳口构件152304被配置成能够在其中接纳钉仓152306。砧座152302可相对于钉仓152306移动以将材料(诸如，组织区段)抓持在砧座152302与钉仓152306之间。多个传感器152308a、152308b联接到砧座。多个传感器152308a、152308b被配置成能够检测端部执行器152300和/或定位在砧座152302与钉仓152306之间的组织区段的一个或多个参数。在一些实施方案中，多个传感器152308a、152308b被配置成能够检测砧座152302与钉仓152306之间的间隙152310。间隙152310可对应于例如定位在砧座152302和钉仓152306之间的组织的厚度。多个传感器152308a、152308b可通过例如检测由联接到第二钳口构件152304的磁体152312生成的磁场来检测间隙152310。
在一些实施方案中，多个传感器152308a、152308b包括冗余传感器。冗余传感器被配置成能够检测端部执行器152300和/或定位在砧座152302与钉仓152306之间的组织区段的相同特性。冗余传感器可包括例如霍尔效应传感器，该霍尔效应传感器被配置成能够检测砧座152302与钉仓152306之间的间隙152310。冗余传感器提供表示一个或多个参数的信号，从而允许处理器(例如，主处理器)评估多个输入并且确定最可靠的输入。在一些实施方案中，冗余传感器用于降低噪声、假信号、和/或漂移。可在夹持期间实时地测量冗余传感器中的每个，由此允许分析基于时间的信息并且利用算法和/或查找表来动态地识别组织特性和夹持定位。可调节和/或选择冗余传感器中的一个或多个的输入以识别真实组织厚度和定位在砧座152302与钉仓152306之间的组织区段的咬合。
图70为示出了用于选择来自多个冗余传感器(诸如，图69中所示的多个传感器152308a、152308b)的最可靠输出的过程152320的一个实施方案的逻辑图。在一个实施方案中，通过第一传感器152308a生成第一信号。通过模数转换器转换152322a第一信号。通过一个或多个冗余传感器152308b生成一个或多个附加的信号。通过模数转换器转换152322b该一个或多个附加的信号。将转换的信号提供给处理器，诸如主处理器。主处理器评估152324冗余输入以确定最可靠的输出。最可靠的输出可基于一个或多个参数来选择，例如，算法、查找表、得自另外传感器的输入、和/或器械状态。在选择最可靠的输出之后，处理器可基于一个或多个附加的传感器来调节输出，以反映例如定位在砧座152302与钉仓152306之间的组织区段的真实厚度和咬合。将调节的最可靠输出通过例如嵌入在外科器械150010中的显示器显示152026给操作者。
图71示出了包括传感器152358的端部执行器152350的一个实施方案，该传感器包括特定采样率以限制或消除假信号。端部执行器152350包括可枢转地联接到第二钳口构件152354的第一钳口构件或砧座152352。第二钳口构件152354被构造成能够在其中接纳钉仓152356。钉仓152356包括多个钉，所述多个钉可被递送到定位在砧座152352与钉仓152356之间的组织区段。传感器152358联接到砧座152352。传感器152358被配置成能够检测端部执行器152350的一个或多个参数，诸如砧座152352与钉仓152356之间的间隙152364。间隙152364可对应于材料(诸如，组织区段)的厚度和/或定位在砧座152352与钉仓152356之间的材料的咬合完全性。传感器152358可包括用于检测端部执行器152350的一个或多个参数的任何合适的传感器，例如，磁传感器(诸如霍尔效应传感器)、应变仪、压力传感器、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/或任何其他合适的传感器。
在一个实施方案中，传感器152358包括磁传感器，该磁传感器被配置成能够检测由联接到第二钳口构件152354和/或钉仓152356的电磁源152360生成的磁场。电磁源152360生成被传感器152358检测的磁场。检测到的磁场的强度可对应于例如定位在砧座152352和钉仓152356之间的组织的厚度和/或咬合完全性。在一些实施方案中，电磁源152360生成已知频率(诸如，1MHz)的信号。在其他实施方案中，由电磁源152360生成的信号可基于例如安装在第二钳口构件152354中的钉仓152356的类型、一个或多个附加的传感器、算法和/或一个或多个参数来调节。
在一个实施方案中，信号处理器152362联接到端部执行器152350，诸如砧座152352。信号处理器152362被配置成能够处理由传感器152358生成的信号，以消除假信号并且增强来自传感器152358的输入。在一些实施方案中，信号处理器152362可被定位成独立于端部执行器152350，诸如定位在外科器械150010的柄部150014中。在一些实施方案中，信号处理器152362与由通用处理器(诸如，主处理器)执行的算法一体地形成并且/或者包括该算法。信号处理器152362被配置成能够处理来自传感器152358的某一频率的信号，该频率基本上等同于由电磁源152360生成的信号的频率。例如，在一个实施方案中，电磁源152360生成1MHz频率的信号。通过传感器152358检测该信号。传感器152358生成信号，该信号指示提供给信号处理器152362的检测到的磁场。该信号由信号处理器152362在1MHz的频率下进行处理以消除假信号。将处理的信号提供给处理器，诸如主处理器。主处理器使所接收到的信号与端部执行器152350的一个或多个参数(诸如，砧座152352与钉仓152356之间的间隙152364)相关联。
图72为示出了用于产生定位在端部执行器(诸如，图71中所示的端部执行器152350)的砧座和钉仓之间的组织区段的厚度测量结果的过程152370的一个实施方案的逻辑图。在过程152370的一个实施方案中，通过调制的电磁源152360生成152372信号。生成的信号可包括例如1MHz信号。磁传感器152358被配置成能够检测152374由电磁源152360生成的信号。磁传感器152358生成指示检测到的磁场的信号并且将该信号提供给信号处理器152362。信号处理器152362处理152376该信号以移除噪音、假信号并且/或者增强该信号。将处理的信号提供给模数转换器以用于转换152378成数字信号。可例如通过应用校正曲线输入算法和/或查找表来校正152380该数字信号。信号处理152376、转换152378和校正152380可由一个或多个电路来执行。将校正的信号通过例如与外科器械150010一体地形成的显示器显示152026给用户。
图73和图74示出了包括用于识别不同类型的钉仓152406的传感器152408的端部执行器152400的一个实施方案。端部执行器152400包括枢转地联接到第二钳口构件或细长通道152404的第一钳口构件或砧座152402。细长通道152404被构造成能够在其中可操作地支撑钉仓152406。端部执行器152400还包括定位在近侧区域中的传感器152408。传感器152408可为光学传感器、磁传感器、电传感器或任何其他合适的传感器中的任一个。
传感器152408可操作以检测钉仓152406的特性并且由此识别钉仓152406类型。图74示出了传感器152408为光学发射器和检测器152410的示例。钉仓152406的主体可具有不同的颜色，使得颜色识别钉仓152406类型。光学发射器和检测器152410可操作以询问钉仓152406主体的颜色。在例示的示例中，光学发射器和检测器152410可通过接收到红色、绿色和蓝色光谱中的等强度的反射光来检测白色152412。光学发射器和检测器152410可通过接收到绿色和蓝色光谱中极少的反射光同时接收到红色光谱中较高强度的光来检测红色152414。
另选地或除此之外，光学发射器和检测器152410或另一个合适的传感器152408可询问和识别钉仓152406上的一些其他符号或标记。符号或标记可为条形码、形状或字符、颜色编码的标志、或任何其他合适的标记中的任一者。可将由传感器152408读取的信息传送给外科装置150010中的微控制器，诸如微控制器(例如，微控制器461(图12))。微控制器可被配置成能够将有关钉仓152406的信息传送给器械的操作者。例如，所识别的钉仓152406可能不适用于给定应用；在这种情况下，器械的操作者可被告知，并且/或者该器械的功能不合适。在这种情况下，微控制器可任选地被配置成能够禁用外科器械可被禁用的功能。另选地或除此之外，微控制器可被配置成能够向外科器械150010的操作者通知所识别的钉仓152406类型的参数，诸如钉仓152406的长度，或有关钉的信息(诸如，高度和长度)。
图75示出了被配置成能够固定地附接至端部执行器的钳口构件153434的分段柔性电路153430的一个方面。分段柔性电路153430包括远侧段153432a和横向段153432b、153432c，其包括用于提供局部组织存在检测的可单独寻址的传感器。段153432a、153432b、153432c可单独寻址以检测组织并且基于位于段153432a、153432b、153432c中的每个内的单个传感器测量组织参数。分段柔性电路153430的段153432a、153432b、153432c被安装到钳口构件153434并且经由导电元件153436电联接到能量源诸如电路。霍尔效应传感器153438或任何合适的磁性传感器位于钳口构件153434的远侧端部上。霍尔效应传感器153438结合磁体操作，以提供对由钳口构件153434限定的孔的测量，该孔也可被称为组织间隙，如图77中特别示出的那样。分段柔性电路153430可用于测量端部执行器内的组织厚度、力、位移、压缩、组织阻抗和组织位置。
图76示出了被配置成能够安装到端部执行器的钳口构件153444的分段柔性电路153440的一个方面。分段柔性电路153440包括具有用于组织控制的可单独寻址的传感器的远侧段153442a和横向段153442b、153442c。段153442a、153442b、153442c可单独寻址以处理组织并且读取位于段153442a、153442b、153442c中的每个内的单个传感器。分段柔性电路153440的段153442a、153442b、153442c被安装到钳口构件153444并且通过导电元件153446电联接到能量源。霍尔效应传感器153448或其他合适的磁性传感器设置在钳口构件153444的远侧端部上。霍尔效应传感器153448结合磁体操作，以提供对由端部执行器的钳口构件153444限定的孔或组织间隙的测量，如图77中特别示出的那样。另外，多个横向非对称温度传感器153450a、153450b安装在分段式柔性电路153440上或与其一体地形成，以向控制电路提供组织温度反馈。分段柔性电路153440可用于测量端部执行器内的组织厚度、力、位移、压缩、组织阻抗和组织位置。
图77示出了被配置成能够测量组织间隙GT的端部执行器153460的一个方面。端部执行器153460包括钳口构件153462和钳口构件153444。图76中所述的柔性电路153440被安装到钳口构件153444。柔性电路153440包括霍尔效应传感器153448，该霍尔效应传感器结合安装到钳口构件153462的磁体153464操作以测量组织间隙GT。该技术可用于测量限定于钳口构件153444和钳口构件153462之间的孔。钳口构件153462可为钉仓。
图78示出了包括分段柔性电路153468的端部执行器153470的一个方面。端部执行器153470包括钳口构件153472和钉仓153474。分段柔性电路153468被安装到钳口构件153472。设置在段1-5内的每个传感器被配置成能够检测定位在钳口构件153472和钉仓153474之间的组织的存在并且表示组织区域1-5。在图78所示的构型中，端部执行器153470被示出为处于准备好接收或抓持钳口构件153472和钉仓153474之间的组织的打开位置。分段柔性电路153468可用于测量端部执行器153470内的组织厚度、力、位移、压缩、组织阻抗和组织位置。
图79示出了图78所示的端部执行器153470，其中钳口构件153472将组织153476夹持在钳口构件153472(例如，砧座)和钉仓之间。如图79所示，组织153476被定位在段1-3之间并且表示组织区域1-3。因此，组织153476由段1-3中的传感器检测，并且通过段4-5在区段153469中检测组织的不存在(空)。与分别定位于某些段1-3和4-5内的组织153476的存在和不存在有关的信息经由例如接口电路被传送到如本文所述的控制电路。控制电路被配置成能够检测位于段1-3中的组织。应当理解，段1-5可包括测量位于某些段1至5内的组织的组织参数的任何合适的温度、力/压力和/或霍尔效应磁性传感器以及将能量递送到位于某些段1-5中的组织的电极。分段柔性电路153468可用于测量端部执行器153470内的组织厚度、力、位移、压缩、组织阻抗和组织位置。
图80为可与根据本公开的外科器械或系统一起使用的绝对定位系统153100的示意图。绝对定位系统153100包括根据本公开的至少一个方面的包括传感器布置153102的受控马达驱动电路布置。用于绝对定位系统153100的传感器布置153102提供对应于位移构件153111的位置的独特位置信号。在一个方面，位移构件153111表示联接到切割器械或刀(例如，切割器械、I形梁和/或I形梁153514(图82))的纵向可移动的驱动构件。在其他方面，位移构件153111表示击发构件，该击发构件联接到切割器械或刀，该切割器械或刀可被适配和配置成能够包括驱动齿的齿条。在又一个方面，位移构件153111表示击发杆或I形梁，该击发杆或I形梁中的每个可被适配和配置成能够包括驱动齿的齿条。
因此，如本文所用，术语位移构件一般用来指如本文所述的外科器械或系统的任何可移动构件，诸如驱动构件、击发构件、击发杆、切割器械、刀和/或I形梁，或可被移位的任何元件。因此，绝对定位系统153100实际上可通过跟踪纵向可移动的驱动构件的位移来跟踪切割器械I形梁153514(图82)的位移。在各种其他方面，位移构件153111可联接到适于测量位移的任何传感器。因此，纵向可移动的驱动构件、击发构件、击发杆或I形梁或它们的组合可联接到任何合适的位移传感器。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。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、或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153120可包括与齿轮组件153114可操作地交接的可旋转轴153116，该齿轮组件安装成与位移构件153111上的驱动齿的组或齿条啮合接合。传感器元件153126可操作地联接到齿轮组件153114，使得传感器元件153126的单次旋转对应于位移构件153111的一些线性纵向平移。齿轮传动装置和传感器153118的布置可经由齿条和小齿轮布置方式连接至线性致动器，或者经由正齿轮或其他连接方式连接至旋转致动器。功率源153129将电力供应到绝对定位系统153100，并且输出指示器153128可显示绝对定位系统153100的输出。
与位置传感器153112相关联的传感器元件153126的单次旋转等同于位移构件153111的纵向位移d1，其中d1为在联接到位移构件153111的传感器元件153126的单次旋转之后位移构件153111从点“a”移动到点“b”的纵向距离。可经由齿轮减速连接传感器布置153102，该齿轮减速使得位置传感器153112针对位移构件153111的全行程完成一次或多次旋转。位置传感器153112可针对位移构件153111的全行程完成多次旋转。
一系列开关153122a-153122n(其中n为大于一的整数)可单独或结合齿轮减速使用以针对位置传感器153112的不止一次旋转提供独特位置信号。开关153122a-153122n的状态被馈送回控制器153110，该控制器应用逻辑以确定对应于位移构件153111的纵向位移d1+d2+…dn的独特位置信号。位置传感器153112的输出153124被提供给控制器153110。传感器布置153102的位置传感器153112可包括磁性传感器、模拟旋转传感器(比如电位计)、模拟霍尔效应元件的阵列，该模拟霍尔效应元件的阵列输出位置信号或值的独特组合。控制器153110可包含在主控制器内或可包含在根据本公开的外科器械或系统的工具安装部分外壳内。
绝对定位系统153100在外科器械或系统上电时提供位移构件153111的绝对位置，而不使位移构件153111回缩或推进到如常规旋转编码器可能需要的复位(清零或本位)位置，这些常规旋转编码器仅对马达153120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、刀等的位置。
可对控制器153110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，控制器153110包括处理器153108和存储器153106。电动马达153120可为有刷直流马达，其具有齿轮箱以及到关节运动或刀系统的机械链接。在一个方面，马达驱动器153110可为可购自Allegro微系统公司(Allegro Microsystems,Inc)的A3941。其他马达驱动器可容易地被替换以用于绝对定位系统153100中。
控制器153110可被编程为提供对位移构件153111和关节运动系统的速度和位置的精确控制。控制器153110可被配置成能够计算控制器153110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，其可检测对系统的外部影响。
绝对定位系统153100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153129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、电流和力的脉宽调制(PWM)。除了位置传感器153112所测量的位置之外，可提供一个或多个其他传感器153118以测量物理系统的物理参数。在数字信号处理系统中，绝对定位系统153100联接到数字数据采集系统，其中绝对定位系统153100的输出将具有有限分辨率和采样频率。绝对定位系统153100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，该算法朝向测量响应驱动计算响应。物理系统的计算响应将特性如质量、惯性、粘性摩擦、电感电阻等考虑在内，以通过得知输入预测物理系统的状态和输出。
马达驱动器153110可为可购自Allegro微系统公司(Allegro Microsystems,Inc)的A3941。A3941驱动器153110为全桥控制器，其用于与针对电感负载(诸如有刷直流马达)特别设计的外部N沟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153110包括独特的电荷泵稳压器，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的减速栅极驱动下工作。可采用自举电容器提供N沟道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。整体诊断指示欠压、过热和功率桥故障，并且可被配置成能够在大多数短路状况下保护功率MOSFET。其他马达驱动器可容易地被替换以用于绝对定位系统153100中。
图81为根据本公开的至少一个方面的绝对定位系统153100’的位置传感器153200的示意图，该绝对定位系统包括磁性旋转绝对定位系统。绝对定位系统153100'在许多方面类似于绝对定位系统153100。位置传感器153200可被实现为AS5055EQFT单片磁性旋转位置传感器，其可购自奥地利微系统公司(Austria Microsystems,AG)。位置传感器153200与控制器153110交接，以提供绝对定位系统153100’。位置传感器153200是低电压和低功率部件，并且在位置传感器153200的区域153230中包括四个霍尔效应元件153228A、153228B、153228C、153228D，该区域位于磁体上方，该磁体定位在与位移构件(诸如刀驱动齿轮和/或闭合驱动齿轮)相关联的旋转元件上，使得可以精确地跟踪击发构件和/或闭合构件的位移。在芯片上也提供了高分辨率ADC 153232和智能型功率管理控制器153238。CORDIC处理器153236(用于坐标旋转数字计算机(Coordinate Rotation DIgital Computer))，也称为逐位法和Volder算法，被设定为实现简单有效的算法来计算双曲线函数和三角函数，这些函数仅需要加法操作、减法操作、位位移操作和表查找操作。角位置、报警位和磁场信息通过标准串行通信接口诸如SPI接口153234传送到控制器153110。位置传感器153200提供12或14位分辨率。位置传感器153200可为以小QFN 16引脚4×4×0.85mm封装提供的AS5055芯片。
霍尔效应元件153228A、153228B、153228C、153228D位于旋转磁体正上方。霍尔效应是众所周知的效应，并且为了方便，本文中将不对其进行详细描述，但是，通常，霍尔效应在整个电导体上产生横向于导体中的电流的电压差(霍尔电压)以及垂直于电流的磁场。霍尔系数被定义为感应电场与电流密度和所施加磁场的乘积的比率。其为从中制备导体的材料的特性，因为其值取决于构成电流的电荷载体的类型、数目和性能。在AS5055位置传感器153200中，霍尔效应元件153228A、153228B、153228C、153228D能够产生电压信号，其指示根据磁体经过单次旋转的角度的磁体的绝对位置。由CORDIC处理器153236计算角度的这个值(其为独特位置信号)，并且将其以机载方式存储在寄存器或存储器中的AS5055位置传感器153200上。在多种技术中，如在上电时或在控制器153110发出请求时，向控制器153110提供角度的值，其指示经过一次旋转的磁体的位置。
AS5055位置传感器153200在连接至控制器153110时仅需要几个外部部件就可操作。使用单一功率源的简单应用需要六根电线：两根电线用于功率，四根电线153240用于与控制器153110交接的SPI接口153234。可加入第七连接，以便向控制器153110发送中断以通知可读取新的有效角度。在上电时，AS5055位置传感器153200执行完全上电序列，包括一个角度测量结果。该循环的完成指示为INT输出153242，并且角度值存储在内部寄存器中。一旦设定了这一输出，AS5055位置传感器153200就暂停为休眠模式。控制器153110可通过SPI接口153234从AS5055位置传感器153200读取角度值来响应INT输出153242处的INT请求。一旦控制器153110读取了角度值，就再次清除INT输出153242。由控制器153110通过SPI接口153234向位置传感器153200发送“读取角度”命令也自动使芯片上电并且启动另一个角度测量。控制器153110一完成角度值的读取，就清除INT输出153242并且将新的结果存储在角度寄存器中。通过设定INT输出153242和状态寄存器中的对应标记再次指示角度测量的完成。
由于AS5055位置传感器153200的测量原理，每个上电序列之后，在非常短的时间(～600μs)内仅执行单次角度测量。一个角度的测量一完成，AS5055位置传感器153200就暂停为掉电状态。未实现根据数字平均化的角度值的片上过滤，因为这将需要不止一个角度测量并且因此需要更长加电时间，这在低功率应用中是不期望的。可通过在控制器153110中对若干角度样品进行平均来减少角度抖动。例如，平均四个采样可使抖动减少6dB(50％)。
图82为根据本公开的至少一个方面的端部执行器153502的剖视图，其示出了相对于抓持在端部执行器153502内的组织153526的I形梁153514击发行程。端部执行器153502被配置成能够与根据本公开的任何外科器械或系统一起操作。端部执行器153502包括砧座153516和细长通道153503，其中钉仓153518定位在细长通道153503中。击发杆153520能够沿着端部执行器153502的纵向轴线153515朝远侧和朝近侧平移。当端部执行器153502不进行关节运动时，端部执行器153502与器械的轴成一直线。在击发构件153520的远侧部分处示出了包括切割刃153509的I形梁153514。楔形滑动件153513定位在钉仓153518中。当I形梁153514朝远侧平移时，切割刃153509接触并可切割定位在砧座153516与钉仓153518之间的组织153526。而且，I形梁153514接触楔形滑动件153513并将其朝远侧推动，从而使得楔形滑动件153513接触钉驱动器153511。钉驱动器153511可以被向上驱动到钉153505中，从而致使钉153505推进穿过组织并进入限定在砧座153516中的凹坑153507中，该凹坑使钉153505成形。
示例性I形梁153514击发行程由与端部执行器153502对齐的图表153529示出。还示出了与端部执行器153502对齐的示例性组织153526。击发构件行程可包括行程开始位置153527和行程结束位置153528。在I形梁153514击发行程期间，I形梁153514可以从行程开始位置153527朝远侧推进到行程结束位置153528。I形梁153514示出在行程开始位置153527的一个示例性位置处。I形梁153514击发构件行程图表153529示出了五个击发构件行程区域153517、153519、153521、153523、153525。在第一击发行程区域153517中，I形梁153514可以开始朝远侧推进。在第一击发行程区域153517中，I形梁153514可以接触楔形滑动件153513并开始朝远侧移动它。然而，在第一区域中，切割刃153509可以不接触组织，并且楔形滑动件153513可以不接触钉驱动器153511。在克服静摩擦力之后，在第一区域153517中驱动I形梁153514的力可以是基本恒定的。
在第二击发构件行程区域153519中，切割刃153509可以开始接触并切割组织153526。而且，楔形滑动件153513可以开始接触钉驱动器153511以驱动钉153505。驱动I形梁153514的力可以开始斜升。如图所示，由于砧座153516相对于钉仓153518枢转的方式，起初遇到的组织可以被压缩和/或变薄。在第三击发构件行程区域153521中，切割刃153509可以连续地接触并切割组织153526，并且楔形滑动件153513可以重复地接触钉驱动器153511。驱动I形梁153514的力可以在第三区域153521中平稳。通过第四击发行程区域153523，驱动I形梁153514的力可能开始下降。例如，端部执行器153502的对应于第四击发区域153523的部分中的组织可以比更靠近砧座153516的枢转点的组织压缩得更少，从而需要更少的切割力。而且，切割刃153509和楔形滑动件153513可以在第四区域153523中时到达组织153526的端部。当I形梁153514到达第五区域153525时，组织153526可以被完全切断。楔形滑动件153513可以在组织的端部处或附近接触一个或多个钉驱动器153511。可以减小使I形梁153514推进通过第五区域153525的力，并且在一些示例中，该力可以类似于在第一区域153517中驱动I形梁153514的力。在击发构件行程结束时，I形梁153514可以到达行程结束位置153528。图82中的击发构件行程区域153517、153519、153521、153523、153525的定位仅是一个示例。在一些示例中，例如，基于组织在砧座153516和钉仓153518之间的定位，不同区域可以沿着端部执行器纵向轴线153515在不同位置处开始。
如上所述并且现在参见图80至图82，可利用定位在外科器械的主控制器内的电动马达153120来使轴组件的击发系统(包括I形梁153514)相对于轴组件的端部执行器153502推进和/或回缩，以便缝合和/或切入在端部执行器153502内捕集的组织。I形梁153514可以期望的速度或在期望的速度范围内推进或回缩。控制器153110可被配置成能够控制I形梁153514的速度。控制器153110可被配置成能够基于例如向电动马达153120提供的功率的各种参数(诸如电压和/或电流)和/或电动马达153120的其他操作参数或外部影响来预测I形梁153514的速度。控制器153110可被配置成能够基于向电动马达153120提供的电流和/或电压的先前值和/或系统的先前状态(如速度、加速度和/或位置)来预测I形梁153514的当前速度。控制器153110可被配置成能够利用本文所述的绝对定位传感器系统感测I形梁153514的速度。控制器可被配置成能够将I形梁153514的预测速度与I形梁153514的感测速度进行比较，以确定是否应当增加电动马达153120的功率以便增加I形梁153514的速度并且/或者减小功率以便减小I形梁153514的速度。
可以使用各种技术来确定作用在I形梁153514上的力。I形梁153514力可通过测量马达153120电流来确定，其中马达153120电流基于I形梁153514当期朝远侧推进时所经历的负载。可通过将应变仪定位在驱动构件、击发构件、I形梁153514、击发杆和/或切割刃153509的近侧端部上来确定I形梁153514力。可通过监测以基于在预先确定的经过时间段T1之后马达153120的当前设定速度的预期速度移动的I形梁153514的实际位置并且将I形梁153514的实际位置与基于时间段T1结束处马达153120的当前设定速度的I形梁153514的预期位置进行比较来确定I形梁153514力。因此，如果I形梁153514的实际位置小于I形梁153514的预期位置，则I形梁153514上的力大于标称力。相反，如果I形梁153514的实际位置大于I形梁153514的预期位置，则I形梁153514上的力小于标称力。I形梁153514的实际位置和预期位置之间差值跟I形梁153514上的力与标称力的偏差成比例。
在转向对闭合管和击发构件的闭环控制技术的描述之前，描述简要地转向图83。图83为描绘两个闭合力(FTC)曲线153606、153608的曲线图153600(其描绘了在闭合阶段期间施加到闭合构件以在厚和薄组织上闭合的力)以及描绘两个击发力(FTF)曲线153622、153624的曲线图153601(其描绘了在击发阶段期间施加到击发构件以通过厚和薄组织进行击发的力)。参见图83，曲线图153600描绘了在闭合行程期间施加到厚和薄组织以相对于抓持在砧座153516和钉仓153518之间的组织闭合端部执行器153502的力的示例，其中闭合力被绘制为时间的函数。在两个轴上绘制闭合力曲线153606、153608。垂直轴153602指示以牛顿(N)为单位的端部执行器153502的闭合力(FTC)。水平轴153604指示以秒为单位的时间，并且为了描述清楚起见标记为t0至t13。第一闭合力曲线153606是在闭合行程期间施加到厚组织以相对于抓持在砧座153516和钉仓153518之间的组织闭合端部执行器153502的力的示例，并且第二曲线153608是在闭合行程期间施加到薄组织以相对于抓持在砧座153516和钉仓153518之间的组织闭合端部执行器153502的力的示例。第一闭合力曲线153606和第二闭合力曲线153608被分为三个阶段：闭合行程(CLOSE)、等待周期(WAIT)和击发行程(FIRE)。在闭合行程期间，闭合管朝远侧(方向“DD”)平移以响应于闭合马达对闭合行程的致动，使砧座153516例如相对于钉仓153518移动。在其他情况下，闭合行程涉及响应于闭合马达的致动使钉仓153518相对于砧座153516移动，并且在其他情况下，闭合行程涉及响应于闭合马达的致动而移动钉仓153518和砧座153516。参考第一闭合力曲线153606，在闭合行程期间，闭合力153610从时间t0到t1从0增加到最大力F1。参考第二闭合力曲线153608，在闭合行程期间，闭合力153616从时间t0到t1从0增加到最大力F3。最大力F1和F3之间的相对差是由于厚组织相对于薄组织所需的闭合力的差值引起的，其中与薄组织相比，需要更大的力才能将砧座闭合到厚组织上。
第一闭合力曲线153606和第二闭合力曲线153608指示端部执行器153502中的闭合力在时间(t1)处结束的初始夹持时间段期间增加。闭合力在时间(t1)处达到最大力(F1,F3)。初始夹持时间段可例如为约一秒。可以在启动击发行程之前施加等待周期。等待周期允许流体从被端部执行器153502压缩的组织流出，这减小了压缩组织的厚度，从而在砧座153516和钉仓153518之间产生了较小的间隙，并且在等待周期结束时减小了闭合力。参考第一闭合力曲线153606，在t1至t4之间的等待周期期间，闭合力153612从F1到F2出现标称下降。类似地，参考第二闭合力曲线153608，在t1至t4之间的等待周期期间，闭合力153618从F3到F4标称地下降。在一些示例中，通常采用选自约10秒至约20秒的范围的等待周期(t1至t4)。在示例性第一闭合力曲线153606和第二闭合力曲线153608中，采用约15秒的时间段。等待周期在击发行程之后，该击发行程通常持续选自例如约3秒至例如约5秒的范围的时间段。随着I形梁153514相对于端部执行器推进通过击发行程，闭合力减小。分别如第一闭合力曲线153606和第二闭合力曲线153608的闭合力153614、153620所指示，施加在闭合管上的闭合力153614、153620从约时间t4到约时间t5急剧下降。时间t4表示I形梁153514联接到砧座153516中并开始承受闭合负载的时刻。因此，如第一击发力曲线153622和第二击发力曲线153624所示，闭合力随着击发力增加而减小。
图83还描绘了根据本公开的第一击发力曲线153622和第二击发力曲线153624的曲线图153601，其绘制了在外科器械或系统的击发行程期间施加以推进I形梁153514的力。在两个轴上绘制击发力曲线153622、153624。垂直轴153626指示在击发行程期间施加以推进I形梁153514的以牛顿(N)为单位的击发力。I形梁153514被构造成能够推进刀或切割元件并且在击发行程期间激励驱动器以部署钉。水平轴153605以与上部曲线图153600的水平轴153604相同的时间标度指示以秒为单位的时间。
如前所述，闭合管力从时间t4到约时间t5急剧下降，这表示I形梁153514联接到砧座153516中并开始承受负载并且闭合力随着击发力的增加而减小的时刻，如第一击发力曲线153622和第二击发力曲线153624所示。当I形梁153514从时间t4时的行程开始位置推进，对于薄组织，击发力曲线153624到t8和t9之间的行程结束位置，以及对于厚组织，击发力曲线153622到t13时的行程结束位置。当I形梁153514在击发行程期间向远侧推进时，闭合组件将对钉仓153518和砧座153516的控制交给击发组件，这导致击发力增加而闭合力减小。
在厚组织击发力曲线153622中，在击发周期(FIRE)期间，曲线153622被分成三个不同段。第一段153628指示在击发力从t4处的0增加到恰好在t5之前的峰值力F1’时的击发力。第一段153628是在击发行程的初始阶段期间的击发力，其中I形梁153514从闭合斜坡的顶部朝远侧推进直到I形梁153514接触组织。第二段153630指示在击发行程的第二阶段期间的击发力，其中I形梁153514正在朝远侧推进，从而部署钉并切割组织。在击发行程的第二阶段期间，击发力在约t12处从F1’下降到F2’。第三段153632指示在击发行程的第三阶段和最后阶段期间的击发力，其中I形梁153514离开组织并推进到无组织区域中的行程终点。在击发行程的第三阶段期间，击发力在约t13处从F2’下降到零(0)，其中I形梁153514到达行程终点。总之，在击发行程期间，当I形梁153514进入组织区域时，击发力急剧上升，在缝合和切割操作期间，击发力在组织区域中稳定下降，而当I形梁153514离开组织区域并在行程终点进入无组织区域时，击发力急剧下降。
薄组织击发力曲线153624遵循与厚组织击发力曲线153622相同的图案。因此，在击发行程的第一阶段期间，击发力153634在约t5处从0急剧增加到F3’。在击发行程的第二阶段期间，击发力153636在约t8处从F3’稳定下降到F4’。在击发行程的最后阶段期间，击发力153638在t8和t9之间从F’4急剧下降到0。
为了克服闭合力从时间t4到约时间t5的急剧下降，这表示I形梁153514联接到砧座153516中并开始承受负载并且闭合力随着击发力的增加而减小的时刻，如第一击发力曲线153622和第二击发力曲线153624所示，闭合管可在击发构件(诸如I形梁153514)朝远侧推进的同时朝远侧推进。闭合管被表示为将闭合力施加到砧座153516的传动装置元件。如本文所述，控制电路将马达设定点施加到马达控制，该马达控制将马达控制信号施加到马达，以驱动传动装置元件并使闭合管朝远侧前进，以向砧座153516施加闭合力。联接到马达的输出轴的扭矩传感器可用于测量施加到闭合管的力。在其他方面，闭合力可用应变仪、负荷传感器或其他合适的力传感器来测量。
图84为根据本公开的至少一个方面的控制系统153950的示意图，该控制系统被配置成能够在击发构件(例如，I形梁153514)朝远侧推进并且联接到夹持臂(例如，砧座153516)时提供闭合构件(例如，闭合管)的逐渐闭合，从而以期望的速率降低闭合构件上的闭合力负载并减小击发构件上的击发力负载。在一个方面，控制系统153950可被实现为嵌套PID反馈控制器。PID控制器是控制环路反馈机构(控制器)，其用于将误差值连续地计算为期望的设定点和测量的过程变量之间的差值，并基于比例、积分和导数项(有时分别表示为P、I和D)施加校正。嵌套PID控制器反馈控制系统153950包括初级(外部)反馈环路153954中的主控制器153952和次级(内部)反馈环路153956中的次级控制器153955。主控制器153952可为如图84中所示的PID控制器153972，并且次级控制器153955也可为如图85中所示的PID控制器153972。主控制器153952控制初级过程153958，并且次级控制器153955控制次级过程153960。初级过程153958的输出153966(OUTPUT)为从主设定点SP1减去第一求和器153962。第一求和器153962产生施加到主控制器153952的单个和输出信号。主控制器153952的输出为次级设定点SP2。次级过程153960的输出153968为从次级设定点SP2减去第二求和器153964。
在控制闭合管的位移的情形中，控制系统153950可被配置成使得主设定点SP1为期望的闭合力值，并且主控制器153952被配置成能够从联接到闭合马达的输出的扭矩传感器接收闭合力并且确定闭合马达的设定点SP2马达速度。在其它方面，闭合力可用应变仪、负荷传感器或其它合适的力传感器来测量。将闭合马达速度设定点SP2与闭合管的实际速度进行比较，该实际速度由次级控制器153955确定。闭合管的实际速度可以通过比较闭合管与位置传感器的位移并用计时器/计数器测量耗用的时间来测量。可采用其它技术诸如线性编码器或旋转编码器来测量闭合管的位移。次级过程153960的输出153968为闭合管的实际速度。将该闭合管速度输出153968提供给初级过程153958，该初级过程确定作用于闭合管上的力并反馈回到加法器153962，该加法器从主设定点SP1减去测量的闭合力。主设定点SP1可为上限阈值或下限阈值。基于加法器153962的输出，主控制器153952如本文所述控制闭合管马达的速度和方向。次级控制器153955基于由次级过程153960测量的闭合管的实际速度和次级设定点SP2来控制闭合马达的速度，该速度基于实际击发力与击发力上限阈值和下限阈值的比较。
图85示出了根据本公开的至少一个方面的PID反馈控制系统153970。主控制器153952或次级控制器153955或两者可被实现为PID控制器153972。在一个方面，PID控制器153972可包括比例元件153974(P)、积分元件153976(I)和导数元件153978(D)。P元件153974、I元件153976、D元件153978的输出由求和器153986求和，该求和器向过程153980提供控制变量u(t)。过程153980的输出为过程变量y(t)。求和器153984计算期望的设定点r(t)和测量的过程变量y(t)之间的差值。PID控制器153972将误差值e(t)(例如，闭合力阈值和测得的闭合力之间的差值)连续地计算为期望的设定点r(t)(例如，闭合力阈值)与测量的过程变量y(t)(例如，闭合管的速度和方向)之间的差值，并且基于分别由比例元件153974(P)、积分元件153976(I)和导数元件153978(D)计算出的比例、积分和导数项来施加校正。PID控制器153972尝试通过调节控制变量u(t)(例如，闭合管的速度和方向)来最小化随时间变化的误差e(t)。
根据PID算法，“P”元件153974计算误差的当前值。例如，如果误差为大的且为正的，那么控制输出也将为大的和正的。根据本公开，误差项e(t)在闭合管的期望闭合力和所测量的闭合力之间是不同的。“I”元件153976计算误差的过去值。例如，如果当前输出不够强，那么误差的积分会随着时间推移而累积，并且控制器将通过施加更强的动作进行响应。“D”元件153978根据其当前的变化率计算该误差的未来可能趋势。例如，在继续上述P示例的情况下，当大的正控制输出成功地使误差更接近于零时，它也将过程置于最近的将来的大的负误差的路径中。在这种情况下，导数变为负，并且D模块减小动作的强度以防止该过冲。
应当理解，可根据反馈控制系统153950、153970来监测和控制其他变量和设定点。例如，本文所述的自适应闭合构件速度控制算法可测量以下参数中的至少两个：击发构件行程位置、击发构件负载、切割元件的位移、切割元件的速度、闭合管行程位置、闭合管负载等等。
图86为根据本公开的至少一个方面的描绘用于确定闭合构件的速度的控制程序或逻辑配置的过程153990的逻辑流程图。根据本公开的外科器械或系统的控制电路被配置成能够确定153992闭合构件的实际闭合力。控制电路比较153994实际闭合力与阈值闭合力，并且基于该比较来确定153996设定点速度以移位闭合构件。控制电路基于设定点速度来控制153998闭合构件的实际速度。
现在还参见图84和图85，在一个方面，控制电路包括比例、积分和微分(PID)反馈控制系统153950、153970。PID反馈控制系统153950、153970包括主要PID反馈环路153954和次级PID反馈环路153956。主要反馈环路153954确定闭合构件的实际闭合力与阈值闭合力SP1之间的第一误差并基于该第一误差来设定闭合构件速度设定点SP2。次级反馈环路153956确定闭合构件的实际速度与闭合构件的设定点速度之间的第二误差并基于该第二误差来设定闭合构件速度。
在一个方面，阈值闭合力SP1包括上限阈值和下限阈值。设定点速度SP2被构造成能够在实际闭合力小于下限阈值时将闭合构件朝远侧推进，并且设定点速度被构造成能够在实际闭合力大于下限阈值时使闭合构件朝近侧回缩。在一个方面，设定点速度被构造成能够当实际闭合力在上限阈值和下限阈值之间时将闭合构件保持就位。
在一个方面，控制系统还包括联接到控制电路的力传感器(例如，传感器472、474、476(图12)中的任一个)。力传感器被配置成能够测量该闭合力。在一个方面，力传感器包括扭矩传感器，该扭矩传感器联接到马达的输出轴，该马达联接到闭合构件。在一个方面，力传感器包括联接到闭合构件的应变仪。在一个方面，力传感器包括联接到闭合构件的负荷传感器。在一个方面，控制系统包括联接到闭合构件的位置传感器，其中位置传感器被构造成能够测量闭合构件的位置。
在一个方面，控制系统包括第一马达，该第一马达被构造成能够联接到闭合构件，并且控制电路被配置成能够在击发行程的至少一部分期间推进闭合构件。
本文所述的功能或方法153990可由本文所述的任何处理电路执行。可以在没有本文公开的具体细节的情况下实践机动外科器械的各方面。一些方面已被显示为框图而不是细节。
本公开的部分可以呈现为对存储在计算机存储器中的数据进行操作的指令。算法是指导致所需结果的步骤的自相容序列，其中“步骤”是指物理量的操纵，物理量可以采用能被存储、转移、组合、比较和以其它方式操纵的电或磁信号的形式。这些信号可以称为位、值、元素、符号、字符、项、数字。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的方便的标签。
一般来讲，可以用多种硬件、软件、固件或它们的任何组合单独和/或共同实现的本文所述的各方面可以被看作是由多种类型的“电子电路”组成。因此，“电子电路”包括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设备的电子电路(例如，至少部分地实施本文描述的过程和/或设备的由计算机程序配置的通用计算机或处理器)、形成存储器设备(例如，随机存取存储器的形式)的电子电路，和/或形成通信设备(例如，调制解调器、通信开关或光电设备)的电子电路。这些方面可以模拟或数字形式或其组合来实现。
前面的描述已经经由使用框图、流程图和/或示例阐述了装置和/或过程的各方面，这些方面可包含一个或多个功能和/或操作。此类框图、流程图或示例内的每个功能和/或操作可通过各种硬件、软件、固件或其实际上的任何组合来单独和/或共同地实现。在一个方面，本文所述的主题的若干部分可经由专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑器件(DSP)、电路、寄存器和/或软件部件(例如，程序、子例程、逻辑和/或硬件和软件部件的组合)、逻辑门或其他集成格式来实现。本文公开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(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/或硬件的代码将在本领域技术人员的技术范围内。
本文公开的主题的机构能够作为多种形式的程序产品进行分布，并且本文所述主题的示例性方面适用，而不管用于实际实施分布的信号承载介质的具体类型是什么。信号承载介质的示例包括如下：可录式介质，诸如软盘、硬盘驱动器、光盘(CD)、数字视频光盘(DVD)、数字磁带、计算机存储器等；和传输式介质，诸如数字和/或模拟通信介质(例如，光纤缆线、波导、有线通信链路、无线通信链路(例如，发射器、接收器、传输逻辑、接收逻辑)等)。
为了举例说明和描述的目的，已经提供了这些方面的上述说明。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。所选择和描述的这些方面是为了示出原理和实际应用，从而使得本领域的普通技术人员能够利用各方面，并且在适合设想的具体应用的情况下进行修改。与此一同提交的权利要求书旨在限定完整范围。
态势感知
态势感知是指外科系统的一些方面的根据从数据库和/或器械接收的数据来确定或推断与外科规程相关的信息的能力。该信息可包括正在进行的规程的类型、正在接受手术的组织的类型或作为规程的对象的体腔。利用与外科规程相关的背景信息，外科系统可例如改善该外科系统控制连接到其的模块化装置(例如，机器人臂和/或机器人外科工具)的方式，并且在外科规程的过程期间向外科医生提供背景信息或建议。
现在参见图87，其示出了描绘集线器(例如，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可从已配对的模块化装置和其他数据源接收该数据，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，提供可能与特定规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集线器106、206的扫描器来扫描患者频带。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第一手术步骤。
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)横切实质。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实质(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渗漏测试。对于该特定规程，在横切实质后使用的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，逆转患者的麻醉。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。
态势感知在2017年12月28日提交的标题为“INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/611,341中进一步描述，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)的操作可例如由集线器106、206基于其态势感知和/或来自其部件的反馈和/或基于来自云104的信息来控制。
用于智能电动外科缝合的安全系统
本公开的各个方面涉及改进的安全系统，该改进的安全系统能够响应于经由外科器械的一个或多于一个传感器检测到的组织参数来调节、控制和/或调谐外科器械的内部驱动操作。根据至少一个方面，在端部执行器的钳口处经由一个或多于一个传感器检测到的力可为禁止端部执行器的一个或多于一个后续/另外的功能被执行的量值。根据另一方面，如在端部执行器的钳口内，可经由一个或多于一个传感器检测金属物体，该金属物体禁止端部执行器的一个或多于一个后续/另外的功能被执行。图88示出了包括外科器械23002、外科集线器23004和用户界面23006的外科系统23000。在此类方面，外科器械23002可包括一个或多于一个传感器23008，并且由外科器械23002的一个或多于一个传感器23008检测到的参数可传输/传送(例如，无线地)到外科集线器23004的控制电路23010。另外，在此类方面，外科集线器23004可被配置成能够确定与外科器械23002的部件(例如，端部执行器、轴等)相关联的外科功能(例如，解剖、夹持、凝结、缝合、切割、旋转、关节运动等)是否可基于由外科器械23002的一个或多于一个传感器23008检测到的参数安全地执行。值得注意的是，在此类方面，外科集线器23004可被配置成能够将与该确定相关联的一个或多个结果(即，与外科功能相关联的警告、防止外科功能的原因等)传输/传送到用户界面23006。此外，根据各个方面，本文所公开的各种用户界面可包括可选择的用户界面特征(例如，覆写元素23012)以继续外科功能，尽管存在支持防止的任何警告和/或原因。值得注意的是，在此类方面，可能不显示此类用户界面特征(例如，覆写元素23012)(例如，执行外科功能可能危及患者)。
参见图89，根据本公开的各个方面，外科系统23100可包括控制电路(23112、23122、23132和/或23142，例如，以虚线显示一个或多个任选的位置)、用户界面(23118、23128、23138、23148和/或23158，例如，以虚线显示任选位置)，以及包括例如柄部组件23110、轴组件23120和端部执行器组件23130的外科器械23102。在此类方面，控制电路可集成到外科器械23102(例如，23112、23122和/或23132)的一个或多于一个部件(例如，柄部组件23110、轴组件23120和/或端部执行器组件23130等)中并且/或者集成到与外科器械23102配对(例如，无线地)的外科集线器23140(例如，23142)中。值得注意的是，根据各个方面，外科器械23102和/或外科集线器23140可以是态势感知的外科器械和/或态势感知的外科集线器。态势感知是指外科系统(例如，23100)根据从数据库接收的数据(例如，与外科规程(例如，23149和/或23150)相关联的历史数据)和/或从外科器械接收的数据(例如，外科规程期间的传感器数据)确定或推断与外科规程相关的信息的能力。例如，所确定或推断的信息可包括正在进行的规程的类型、正在接受手术的组织的类型、作为规程的对象的体腔等。基于与外科规程相关的此类背景信息，外科系统可例如在外科规程的整个过程中控制成对的外科器械23102或其部件(例如，23110、23120和/或23130)并且/或者向外科医生提供背景信息或建议(例如，经由用户界面23118、23128、23138、23148和/或23158)。关于态势感知的附加细节可例如在上文中标题“态势感知”下面找到。
同样在图89中，根据一个方面，态势感知的外科集线器23140与用于执行外科规程的外科器械23102配对(例如，无线地)。在此类方面，外科器械23102可包括端部执行器组件23130，该端部执行器组件包括第一钳口、可枢转地联接到第一钳口的第二钳口，以及传感器23134，该传感器被配置成能够检测与端部执行器组件23130的功能(例如，解剖、夹持、凝结、切割、缝合等)相关联的参数并将该检测到的参数传输到外科集线器23140的控制电路23142。
另外，在此类方面，外科器械23102还可包括轴组件23120，该轴组件包括传感器23124，该传感器被配置成能够检测与轴组件23120的功能(例如，旋转、关节运动等)相关联的参数并将该检测到的参数传输到外科集线器23140的控制电路23142。值得注意的是，应当理解，如本文和其他公开方面所引用的，传感器可包括多个传感器，该多个传感器被配置成能够检测与多个端部执行器组件和/或轴组件功能相关联的多个参数。因此，另外，在此类方面，外科集线器控制电路23142可被配置成能够在外科规程的整个过程中从此类传感器23134和/或23124接收检测到的参数(例如，传感器数据)。
每当执行相关联的端部执行器组件23130功能(例如，解剖、夹持、凝固、切割、缝合等)和/或相关联的轴组件23120功能(例如，旋转、关节运动等)时，可接收检测到的参数。外科集线器控制电路23142还可被配置成能够在外科规程的整个过程中从内部数据库(例如，外科集线器数据库23149)和/或外部数据库(例如，从云数据库23150)接收数据。根据各个方面，从内部数据库和/或外部数据库接收的数据可包括规程数据(例如，执行外科规程的步骤)和/或历史数据(例如，基于与外科规程相关联的历史数据指示预期参数的数据)。
在各个方面，规程数据可包括用于外科规程的当前/公认的护理标准规程，并且历史数据可包括基于与外科规程相关联的历史数据的优选/理想参数和/或优选/理想参数范围(例如，系统限定的约束)。基于所接收的数据(例如，传感器数据、内部和/或外部数据等)，外科集线器控制电路23142可被配置成能够不断导出关于正在进行的外科规程的推论(例如，背景信息)。即，态势感知的外科集线器可被配置成能够例如记录与用于生成报告的外科规程有关的数据，验证外科医生正采取的执行外科规程的步骤，提供可能与特定规程步骤相关的数据或提示(例如，经由与外科集线器和/或外科器械(例如，23148、23158、23118、23128和/或23138)相关联的用户界面)，控制外科器械功能等。根据各个方面，态势感知的外科集线器23140可(例如，在执行端部执行器组件23130或轴组件23120的初始外科功能之后)基于从内部数据库23149和/或外部数据库23150接收的规程数据推断待执行的下一个外科功能。
另外，在此类方面，态势感知的外科集线器23140可基于从内部数据库23149和/或外部数据库23150接收的历史数据(例如，优选/理想参数)来评估检测到的参数(例如，响应于初始外科功能从传感器23134和/或23124接收到的参数)。此处，如果检测到的参数不超过优选/理想参数和/或在相应的优选/理想参数范围内，则态势感知的外科集线器23140可允许执行下一个外科功能和/或不防止/控制执行下一个外科功能。另选地，如果检测到的参数确实超过优选/理想参数和/或不在相应的优选/理想参数范围内，则态势感知的外科集线器23140可主动地防止下一个外科功能被执行。
根据本公开的另一个方面，态势感知的外科集线器23140可(例如，从外科器械23102的部件，例如，23130和/或23120)接收正在尝试/请求/致动特定外科功能的通信。在此类方面，态势感知的外科集线器23140可将该特定外科功能与推断的下一个外科功能进行比较，以确保当前/公认的护理标准规程被遵守。如果是这样，则态势感知的外科集线器23140然后可在允许特定外科功能继续之前(如所述)评估检测到的参数(例如，如所述)。如果不是这样，则态势感知的外科集线器23140可防止执行该特定外科功能，或防止执行该特定外科功能直到接收到覆写(例如，经由用户界面23、158、23148、23138、23128和/或23118，参见例如图88，可选择的用户界面元素23012)。在此类方面，如果接收到覆写，则态势感知的外科集线器23140然后可在允许特定外科功能继续之前评估检测到的参数(如上所述)。
再次参见图89，根据另一个方面，态势感知的外科器械23102可用于执行外科规程。在此类方面，外科器械23102可包括柄部组件23110、轴组件23120和端部执行器组件23130。端部执行器组件23130可包括第一钳口、可枢转地联接到第一钳口的第二钳口，以及传感器23134，该传感器被配置成能够检测与端部执行器组件23130的功能(例如，解剖、夹持、凝结、切割、缝合等)相关联的参数并将该检测到的参数传输到控制电路(23112、23122、23132和/或23142，例如，以虚线显示一个或多个任选的位置)。
例如，在此类方面，检测到的参数可被传输到端部执行器组件23130的控制电路23132。此处，端部执行器组件控制电路23132可被配置成能够在外科规程的整个过程中从传感器23134接收检测到的参数(例如，传感器数据)。每当执行相关联的端部执行器组件23130功能(例如，解剖、夹持、凝固、切割、缝合等)时，可接收检测到的参数。
端部执行器组件23130还可被配置成能够在外科规程的整个过程中从内部数据库(例如，端部执行器存储器23136)和/或外部数据库(例如，经由外科集线器23140从云数据库23150，从外科集线器数据库23149等)接收数据。根据各个方面，从内部数据库和/或外部数据库接收的数据可包括钉仓数据(例如，与定位在端部执行器组件中的钉仓相关联的钉的尺寸和/或类型)和/或历史数据(例如，指示预期组织和/或待用基于历史数据的那些尺寸和/或类型的钉缝合的组织类型的数据)。在各个方面，接收的数据可包括基于历史数据(例如，系统限定的约束)与钉的那些尺寸和/或类型或那些预期组织和/或组织类型相关联的优选/理想参数和/或优选/理想参数范围。基于所接收的数据(例如，传感器数据、内部和/或外部数据等)，端部执行器控制电路23132可被配置成能够不断导出关于正在进行的外科规程的推论(例如，背景信息)。值得注意的是，根据另选的方面，端部执行器组件23130的传感器23134可将检测到的参数传输到与另一个外科器械23102部件(例如，柄部组件23110和/或轴组件23120)相关联的控制电路(例如，23112和/或23122)。在此类方面，其他外科器械部件控制电路(例如，23112和/或23122)可被类似地配置成能够执行如上所述的端部执行器控制电路23132的各个方面。此外，根据各个方面，外科器械23102的轴组件23120可包括传感器23124，该传感器被配置成能够检测与轴组件23120的功能(例如，旋转、关节运动等)相关联的参数并且将该检测到的参数传输到控制电路(例如，23112)，该控制电路类似地被配置成能够执行如上所述的端部执行器控制电路23132的各个方面。最后，态势感知的外科器械23102可被配置成能够例如向其用户警示差异(例如，经由端部执行器组件23130的用户界面23138，经由另一个外科器械23102部件(例如，轴组件23120和/或柄部组件23110)的用户界面(例如，23128和/或23118)，和/或经由与联接到外科器械23102的外科集线器23140相关联的用户界面23148和/或23158)。例如，该差异可包括检测到的参数超过与钉的那些尺寸和/或类型或那些预期组织和/或组织类型相关联的优选/理想参数和/或优选/理想参数范围。又如，态势感知的外科器械23102可被配置成能够基于该差异来控制外科器械23102功能。根据至少一个方面，态势感知的外科器械23102可基于差异来防止外科功能。
态势感知的功能控制
如本文所强调的，本公开的各个方面涉及外科器械，该外科器械执行功能(例如，夹持)，检测与该功能相关联的参数，使用态势感知方面经由控制电路评估该检测到的参数是低于还是超过预定义的参数(例如，被认为是理想/优选的)或者是低于还是超过该参数的预定义范围(例如，被认为是正常的)，并且响应于检测到的参数在预定义参数和/或预定义参数/范围之外而执行动作(即，停止一个或多个功能、警示用户、通知用户可能的原因等)。例如，图90示出了用于实现此类方面的算法23200，其中控制电路接收与由外科器械23202执行的外科功能相关联的一个或多个检测到的参数，并且从内部和/或外部数据库23204检索态势感知数据。然后，控制电路根据态势感知数据23206评估一个或多个检测到的参数并基于该评估23208执行动作。
根据本公开的各个方面，在端部执行器组件的钳口处(例如，经由一个或多于一个传感器)检测到的力可为禁止端部执行器组件的一个或多于一个后续/另外的功能被执行的量值。例如，重新参见图12，可经由传感器474、476和/或478检测该力。在此类方面，传感器474可以是联接到端部执行器的应变仪，其中该应变仪被配置成能够测量端部执行器的一个或多个钳口上的应变的量值/振幅，其指示施加到该一个或多个钳口的闭合力。此外，在此类方面，传感器476可以是被配置成能够测量由闭合驱动系统施加到钳口的闭合力的负荷传感器。此外，在此类方面，传感器478可以是被配置成能够测量由马达消耗的电流的电流传感器，该电流与施加到钳口的闭合力相关。除此之外或又如，重新参见图17，可经由传感器744a和/或744b来检测该力。在此类方面，传感器744a和/或744b可以是扭矩传感器，该扭矩传感器被配置成能够提供表示由闭合驱动系统施加到钳口的闭合力的击发力反馈信号。
在一个方面，重新参见图58，负荷传感器152082(例如，定位在轴组件或柄部组件中)可被配置成能够在轴组件附接到柄部组件之后检测负载。在此类方面，检测到的负载可超过预定义负载和/或预定义负载范围。在此类方面，参见图89，例如，与外科器械相关联的控制电路(例如，集成于外科器械的部件中23132、23122和/或23112，或集成于联接的外科集线器中23142)可以评估检测到的负载并使用态势感知(例如，基于历史数据)确定轴组件和/或端部执行器组件被损坏/必须被损坏。在此类方面，控制电路可被配置成能够记录与轴组件23120和/或端部执行器组件23130相关联的独特标识符，并且将该独特标识符指定为禁止进一步使用和/或附接到柄部组件23110。
在另一方面，参见图89，例如，与外科器械相关联的控制电路(例如，集成于外科器械的部件中23132、23122和/或23112，或集成于联接的外科集线器中23142)可以被配置成能够评估在钳口处检测/感测到的力(例如，经由如所述一个或多于一个传感器)并且确定防止端部执行器组件的击发功能/周期。具体地讲，控制电路可使用态势感知(例如，基于历史数据)确定在钳口处检测/感测到的(例如，在击发功能/周期开始之前检测到的)力超过预定义力和/或预定义力范围。在此类方面，控制电路可被配置成能够防止击发功能/周期开始。此外，在此类方面，再次参见图89，控制电路可被配置成能够警示用户(例如，经由外科器械的部件的用户界面23138、23128和/或23118，和/或与外科集线器相关联的用户界面23148和/或用户界面23158)不能执行击发功能/周期，并且/或者通知用户可能的原因(例如，使得用户可以尝试减小在钳口处检测/感测到的力)。根据各个方面，如果在钳口处检测/感测到的力减小到预定义力和/或在预定义力范围内，则控制电路可被配置成能够允许击发功能/周期开始。
在另一方面，参见图89，例如，与外科器械相关联的控制电路(例如，集成于外科器械的部件中23132、23122和/或23112，或集成于联接的外科集线器中23142)可以评估在钳口处检测/感测到的力(例如，经由一个或多于一个传感器，例如，如所述的负荷传感器、扭矩传感器等)并且初始确定允许端部执行器组件的击发功能/周期。然而，在开始击发功能/周期之后，控制电路可使用态势感知(例如，基于历史数据)确定击发力(例如，在击发功能/周期期间检测到的力)超过预定义击发力和/或预定义击发力范围。在此类方面，控制电路可被配置成能够停止击发功能/周期(例如，防止击发功能/周期继续)。此外，在此类方面，再次参见图89，控制电路可被配置成能够向外科医生提供关于超过的击发力或击发力范围的警示(例如，经由外科器械的部件的用户界面23138、23128和/或23118，和/或与外科集线器相关联的用户界面23148和/或用户界面23158)。根据各个方面，控制电路还可被配置成能够接收覆写命令(例如，经由一个或多个用户界面，参见例如图88，可选择的用户界面元素23012)以允许击发功能/周期继续。在此类方面，控制电路可使用态势感知(例如，基于历史数据)确定第二击发力(例如，在继续击发功能/周期期间检测到的力)超过第二预定义击发力和/或第二预定义击发力范围(例如，更高的阈值)。在此类方面，控制电路可被配置成能够再次停止击发功能/周期，警示外科医生并且/或者如所述接收覆写命令。
在另一方面，参见图89，例如，与外科器械相关联的控制电路(例如，集成于外科器械的部件中23132、23122和/或23112，或集成于联接的外科集线器中23142)可评估在钳口处检测/感测到的力(例如，经由如所述一个或多于一个传感器)。此外，控制电路还可评估在轴组件内检测/感测到的力(即，经由如所述的一个或多于一个传感器)。此处，根据各个方面，控制电路可在执行外科规程的情况下交叉引用在钳口处检测/感测到的力和/或在轴组件内检测/感测到的力。根据此类方面，控制电路可使用态势感知(例如，基于规程数据和/或历史数据)确定在轴组件内检测/感测到的力超过预定义轴力和/或预定义轴力范围。在一个示例中，轴组件可包括被配置用于在特定外科规程中与特定组织类型一起使用的专门轴组件。在此类方面，控制电路可使用态势感知(例如，基于规程数据和/或历史数据)确定在专门轴组件内检测/感测到的力过高(例如，超过与专门轴组件相关联的预定义轴力和/或预定义轴力范围)和/或在钳口处检测/感测到的力不是预定义力和/或不在预定义范围内(例如，历史上与正在执行的外科规程相关联的预期力)。在此类方面，控制电路可被配置成能够停止击发功能/周期(例如，防止击发功能/周期开始和/或继续)。此外，在此类方面，再次参见图89，控制电路可被配置成能够向外科医生提供关于超过的轴力和/或轴力范围的警示(例如，经由外科器械的部件的用户界面23138、23128和/或23118，和/或与外科集线器相关联的用户界面23148和/或用户界面23158)。在各个方面，该警示可通知外科医生考虑将专门轴组件(例如，23120)与柄部组件23110分离，并且将另一个轴组件(例如，被配置用于检测/感测到的力和遇到的组织的常规重新加载)附接到柄部组件23110。在此类方面，控制电路可被配置成能够在适当的轴组件被附接时允许击发功能/周期开始和/或继续。
在另一方面，参见图89，例如，与外科器械相关联的控制电路(例如，集成于外科器械的部件中23132、23122和/或23112，或集成于联接的外科集线器中23142)可在外科规程期间评估在钳口处检测/感测到的力(例如，经由如所述一个或多于一个传感器)。根据此类方面，控制电路可使用态势感知(例如，基于规程数据和/或历史数据)确定组织蠕变等待时间低于与特定厚度和外科规程期间被夹持的特定组织相关联的预定义蠕变等待时间和/或预定义蠕变等待时间范围。换句话说，按照本文的图83和图84，初始的闭合力可已经衰减并且比预期更快以较低闭合力达到蠕变稳定性。在此类方面，控制电路可被配置成能够停止击发功能/周期(例如，防止击发功能/周期开始和/或继续)。另外，在此类方面，再次参见图89，控制电路可被配置成能够向外科医生提供关于缩短的蠕变等待时间的警示(例如，经由外科器械的部件的用户界面23138、23128和/或23118，和/或与外科集线器相关联的用户界面23148和/或用户界面23158)。在各个方面，该警示可通知外科医生考虑将端部执行器组件(例如，23130)与柄部组件分离，并且将另一个端部执行器组件(例如，被配置成能够处理具有检测到的蠕变等待时间的组织的端部执行器组件)附接到柄部组件23110。在此类方面，控制电路可被配置成能够在附接适当的端部执行器组件时允许击发功能/周期开始和/或继续。
在另一方面，参见图89，例如，与外科器械相关联的控制电路(例如，集成于外科器械的部件中23132、23122和/或23112，或集成于联接的外科集线器中23142)可评估在钳口处检测/感测到的力(例如，经由如所述一个或多于一个传感器)。此外，控制电路还可评估针对关节运动构件(即，通过一个或多于一个传感器)检测/感测到的位置。例如，重新参见图12，可由联接到该关节运动构件的传感器472检测/感测该位置。在一个方面，传感器472可以是被配置成能够测量线性位移的位置传感器，其中传感器元件的单次旋转对应于关节运动构件的特定线性位移。在另一个示例中，重新参见图17，可由位于端部执行器中的位置传感器734检测/感测该位置。此处，位置传感器734可为接近传感器或被配置成能够提供可由控制电路跟踪以确定关节运动构件的位置的一系列脉冲的传感器。此处，根据各个方面，控制电路可在执行外科规程的情况下交叉引用在钳口处检测/感测到的力和/或针对关节运动构件检测/感测到的位置。根据此类方面，控制电路可使用态势感知(例如，基于规程数据和/或历史数据)确定针对关节运动构件检测/感测到的位置指示关节运动构件已推进(例如，在轴组件内)超过预先确定的推进位置和/或预先确定的推进位置范围。在各个方面，预先确定的推进位置和/或预先确定的推进位置范围可以与在钳口处检测/感测到的闭合力相关联。在此类方面，在超过指定的预先确定的推进位置的情况下，控制电路可被配置成能够停止击发功能/周期(例如，防止击发功能/周期开始和/或继续)。此外，在此类方面，再次参见图89，控制电路可被配置成能够向外科医生提供关于超过的推进位置和/或推进位置范围的警示(例如，经由外科器械的部件的用户界面23138、23128和/或23118，和/或与外科集线器相关联的用户界面23148和/或用户界面23158)。在各个方面，该警示可通知外科医生考虑将关节运动构件回缩到预先确定的推进位置和/或预先确定的推进位置范围内。此处，在一个示例中，预先确定的推进位置和/或预先确定的推进位置范围可在历史上实现对应的闭合力的期望和/或成功的击发功能/周期。在此类方面，控制电路可被配置成能够在适当的推进位置被实现时允许击发功能/周期开始和/或继续。
在另一方面，参见图89，例如，与外科器械相关联的控制电路(例如，集成于外科器械的部件中23132、23122和/或23112，或集成于联接的外科集线器中23142)可在外科规程期间评估在钳口处检测/感测到的力(例如，经由如所述一个或多于一个传感器)。根据此类方面，控制电路可使用态势感知(例如，基于规程数据和/或历史数据)确定闭合力高于与外科规程期间被夹持的特定组织相关联的预定义闭合力和/或预定义闭合力范围。换句话说，按照本文的图83和图84，检测/感测到的闭合力高于预期以允许击发功能/周期继续。在此类方面，控制电路可被配置成能够停止击发功能/周期(例如，防止击发功能/周期开始和/或继续)。另外，在此类方面，再次参见图89，控制电路可被配置成能够向外科医生提供关于升高的闭合力的警示(例如，经由外科器械的部件的用户界面23138、23128和/或23118，和/或与外科集线器相关联的用户界面23148和/或用户界面23158)。在各个方面，该警示可通知外科医生考虑调节击发马达速度。在一个示例中，如果特定组织是刚性组织，则该警示可建议外科医生将击发马达速度调低以避免撕裂刚性组织。在此类方面，可基于与正在执行的外科规程相关联的历史数据将速度调低。在另一个示例中，如果特定组织是弱剪切强度的粘性组织，则该警示可建议外科医生将击发马达速度调高以确保组织被适当地夹持。在此类方面，可基于与正在执行的外科规程相关联的历史数据将速度调高。在此类方面，控制电路可被配置成能够在设定适当的击发马达速度时允许击发功能/周期开始和/或继续。
在另一方面，参见图89，例如，与外科器械相关联的控制电路(例如，集成于外科器械的部件中23132、23122和/或23112，或集成于联接的外科集线器中23142)可在外科规程期间评估在钳口处检测/感测到的力(例如，经由如所述一个或多于一个传感器)。根据此类方面，控制电路可以使用态势感知(例如，基于规程数据和/或历史数据)确定在外科规程期间击发系统上的循环力高于预定义循环力和/或预定义循环力范围。换句话说，检测/感测到的循环力高于预期，并且可基于历史数据指示即将发生的马达故障。在此类方面，控制电路可被配置成能够停止击发功能/周期(例如，防止击发功能/周期开始和/或继续推进)。另外，在此类方面，再次参见图89，控制电路可被配置成能够向外科医生提供关于升高的循环力和可能的马达故障的警示(例如，经由外科器械的部件的用户界面23138、23128和/或23118，和/或与外科集线器相关联的用户界面23148和/或用户界面23158)。根据各个方面，控制电路还可被配置成能够接收覆写命令(例如，经由用户界面，参见例如图88，可选择的用户界面元素23012)以允许击发功能/周期继续。在此类方面，控制电路可在外科规程期间继续监测击发系统上的循环力是否高于预定义循环力和/或预定义循环力范围。在此类方面，控制电路可被配置成能够再次停止击发功能/周期，警示外科医生并且/或者如所述接收覆写命令。
根据本公开的另一方面，参见图89，例如，与外科器械相关联的控制电路(例如，集成于外科器械的部件中23132、23122和/或23112，或集成于联接的外科集线器中23142)可评估在钳口处检测/感测到的力(例如，经由如所述一个或多于一个传感器)。此外，控制电路还可评估使端部执行器组件23130进行关节运动的力/扭矩。在此类方面，可经由一个或多于一个传感器(例如，与关节运动构件相关联的力传感器、与关节运动构件相关联的扭矩传感器、与被配置成能够驱动关节运动构件的马达相关联的电流传感器等)检测关节运动力/扭矩。例如，重新参见图17，可由联接到关节运动驱动系统的扭矩传感器744d和/或744e检测/感测关节运动力/扭矩。除此之外和/或另选地，再次参见图17，关节运动力/扭矩可与如传感器736测量的由马达704d和/或704e消耗的电流相关联。此处，根据各个方面，控制电路可在执行外科规程的情况下交叉引用在钳口处检测/感测到的力和/或针对关节运动构件检测到的关节运动力/扭矩。根据此类方面，控制电路可使用态势感知(例如，基于规程数据和/或历史数据)确定针对关节运动构件检测到的关节运动力/扭矩超过预定义关节运动力/扭矩和/或预定义关节运动力/扭矩范围。在各个方面，预定义关节运动力/扭矩和/或预定义关节运动力/扭矩范围可与在钳口处检测/感测到的力相关联。在此类方面，在超过指定的关节运动力/扭矩的情况下，控制电路可被配置成能够停止端部执行器组件的关节运动(例如，以防止关节运动继续)。此外，在此类方面，再次参见图89，控制电路可被配置成能够向外科医生提供关于超过的关节运动力/扭矩和/或关节运动力/扭矩范围的警示(例如，经由外科器械的部件的用户界面23138、23128和/或23118，和/或与外科集线器相关联的用户界面23148和/或用户界面23158)。根据各个方面，控制电路还可被配置成能够接收覆写命令(例如，经由用户界面，参见例如图88，可选择的用户界面元素23012)以允许关节运动继续。在此类方面，控制电路可在外科规程期间继续监测关节运动力/扭矩是否高于预定义关节运动力/扭矩和/或预定义关节运动力/扭矩范围。在此类方面，控制电路可被配置成能够再次停止关节运动，警示外科医生并且/或者如所述接收覆写命令。
根据本公开的又一方面，参见图89，例如，与外科器械相关联的控制电路(例如，集成于外科器械的部件中23132、23122和/或23112，或集成于联接的外科集线器中23142)可评估在钳口处检测/感测到的力(例如，经由如所述一个或多于一个传感器)。此外，控制电路还可评估旋转轴组件23120(例如，轴构件)的力/扭矩。在此类方面，可经由一个或多于一个传感器(例如，与旋转/轴构件相关联的力传感器、与旋转/轴构件相关联的扭矩传感器、与被配置成能够旋转旋转/轴构件的马达相关联的电流传感器等)检测旋转力/扭矩。例如，重新参见图17，可由联接到旋转/轴构件驱动系统的扭矩传感器744c检测/感测旋转力/扭矩。除此之外和/或另选地，再次参见图17，旋转力/扭矩可与如传感器736测量的由马达704c消耗的电流相关联。此处，根据各个方面，控制电路可在执行外科规程的情况下交叉引用在钳口处检测/感测到的力和/或针对旋转/轴构件检测到的旋转力/扭矩。根据此类方面，控制电路可使用态势感知(例如，基于规程数据和/或历史数据)确定针对旋转/轴构件检测到的旋转力/扭矩超过预定义旋转力/扭矩和/或预定义旋转力/扭矩范围。在各个方面，预定义旋转力/扭矩和/或预定义旋转力/扭矩范围可与在钳口处检测/感测到的力相关联。在其他方面，预定义旋转力/扭矩和/或预定义旋转力/扭矩范围可对应于旋转/轴构件本身能够承受的力/扭力。在此类方面，在超过指定的旋转力/扭矩的情况下，控制电路可被配置成能够停止轴组件的旋转(例如，防止旋转/轴构件继续旋转)。此外，在此类方面，再次参见图89，控制电路可被配置成能够向外科医生提供关于超过的旋转力/扭矩和/或旋转力/扭矩范围的警示(例如，经由外科器械的部件的用户界面23138、23128和/或23118，和/或与外科集线器相关联的用户界面23148和/或用户界面23158)。根据各个方面，控制电路还可被配置成能够接收覆写命令(例如，经由用户界面，参见例如图88，可选择的用户界面元素23012)以允许旋转继续。在此类方面，控制电路可在外科规程期间继续监测旋转力/扭矩是否高于预定义旋转力/扭矩和/或预定义旋转力/扭矩范围。在此类方面，控制电路可被配置成能够再次停止旋转，警示外科医生并且/或者如所述接收覆写命令。
根据本公开的又一方面，参见图89，例如，与外科器械相关联的控制电路(例如，集成于外科器械的部件中23132、23122和/或23112，或集成于联接的外科集线器中23142)可被配置成能够评估在钳口处检测/感测到的打开力(例如，经由如所述一个或多于一个传感器)并且确定防止钳口打开。具体地讲，控制电路可使用态势感知(例如，基于历史数据)确定在钳口处检测/感测到的打开力超过预定义打开力和/或预定义打开力范围。在此类方面，控制电路可被配置成能够将钳口保持在夹持或部分夹持位置。此外，在此类方面，再次参见图89，控制电路可被配置成能够警示用户(例如，经由外科器械的部件的用户界面23138、23128和/或23118，和/或与外科集线器相关联的用户界面23148和/或用户界面23158)不能打开钳口，并且/或者通知用户可能的原因(例如，使得用户可以尝试减小在钳口处检测/感测到的打开力)。根据各个方面，如果在钳口处检测/感测到的打开力减小到预定义打开力和/或在预定义打开力范围内，则控制电路可被配置成能够允许钳口打开。
短路检测和功能控制
根据本公开的各种其他方面，可基于被配置成能够检测短路的一个或多于一个传感器来控制外科器械的功能。即，如果在钳口内检测到金属物体，则可防止/禁止至少一个外科器械功能/致动(例如，切割、凝结等)。例如，图91示出了用于实现此类方面的算法23300，其中控制电路接收指示短路23302的一个或多个检测到的参数。控制电路还可检索内部和/或外部数据库数据23304。然后，控制电路评估一个或多个检测到的参数和/或数据库数据23306，并基于该评估23308执行动作。
再次参见图89，根据本公开的各方面，外科系统23100可包括控制电路(23112、23122、23132和/或23142，例如，以虚线显示一个或多个任选的位置)、用户界面(23118、23128、23138、23148和/或23158，例如，以虚线显示任选位置)，以及包括例如柄部组件23110、轴组件23120和端部执行器组件23130的外科器械23100。在此类方面，控制电路可集成到外科器械23102(例如，23112、23122和/或23132)的一个或多于一个部件(例如，柄部组件23110、轴组件23120和/或端部执行器组件23130等)中并且/或者集成到与外科器械23102配对(例如，无线地)的外科集线器23140(例如，23142)中。在此类方面，端部执行器组件23130可包括第一钳口、可枢转地联接到第一钳口的第二钳口，以及传感器23134，该传感器被配置成能够检测与端部执行器组件23130的功能(例如，解剖、夹持、凝结、切割、缝合等)相关联的参数并将该检测到的参数传输到控制电路(例如，23112、23122、23132和/或23142)。在各个方面，第一钳口可包括砧座，并且第二钳口可包括被配置成能够接纳钉仓的细长通道。另外，在此类方面，外科器械23102还可包括轴组件23120，该轴组件包括传感器23124，该传感器被配置成能够检测与轴组件23120的功能(例如，旋转、关节运动等)相关联的参数并将该检测到的参数传输到控制电路(例如，23112、23122、23132和/或23142)。在此类方面，该控制电路可被配置成能够在外科规程的整个过程中从此类传感器(例如，23134和/或23124)接收检测到的参数(例如，传感器数据)。每当执行相关联的端部执行器组件23130功能(例如，解剖、夹持、凝固、切割、缝合等)和/或相关联的轴组件23120功能(例如，旋转、关节运动等)时，可接收检测到的参数。控制电路还可被配置成能够在外科规程的整个过程中从内部数据库(例如，外科器械的部件的存储器23136、23126和/或23116中或外科集线器数据库23149中)和/或外部数据库(例如，从外科集线器数据库23149、云数据库23150等)接收数据。根据各个方面，从内部数据库和/或外部数据库接收的数据可包括规程数据(例如，执行外科规程的步骤)和/或历史数据(例如，基于与外科规程相关联的历史数据指示预期参数的数据)。在各个方面，规程数据可包括用于外科规程的当前/公认的护理标准规程，并且历史数据可包括基于与外科规程相关联的历史数据的优选/理想参数和/或优选/理想参数范围(例如，系统限定的约束)。基于所接收的数据(例如，传感器数据、内部和/或外部数据等)，控制电路(例如，23112、23122、23132和/或23142)可被配置成能够不断导出关于正在进行的规程的推论(例如，背景信息)。即，外科器械可被配置成能够例如记录与用于生成报告的外科规程有关的数据，验证外科医生正采取的执行外科规程的步骤，提供可能与特定规程步骤相关的数据或提示(例如，经由与外科集线器23148相关联的用户界面和/或用户界面23158和/或与外科器械相关联的用户界面23138、23128和/或23118)，控制外科器械23102功能等。
重新参见图89，在一个方面，在将靶组织夹持在端部执行器组件的钳口之间期间和/或之后，控制电路(23112、23122、23132和/或23142)可被配置成能够在允许后续功能(例如，击发、凝结等)之前检查钳口之间的导通。此处，根据各个方面，外科器械可包括电外科器械，该电外科器械包括钳口中的至少一者中的电极(例如，与砧座和/或钉仓集成)。在此类方面，如果电极之间存在短路，则可能难以用电外科能量(例如，RF能量)处理抓持在钳口之间的组织。在一个示例中，电极之间的导电物体(例如，夹具、钉、金属元件等)可使得钳口之间导通。在另一个示例中，如果钳口之间不存在足够的间隙(例如，在夹持靶组织之后)，则电极可接触，从而使得钳口之间导通。重新参见图53，例如，在本公开的一个方面，传感器152008a被配置成能够测量端部执行器钳口之间的间隙。在此类方面，第一钳口的传感器152008a可包括霍尔效应传感器，该霍尔效应传感器被配置成能够检测由第二钳口的磁体152012生成的磁场以测量第一钳口与第二钳口之间的间隙。值得注意的是，该间隙可表示夹持在第一钳口和第二钳口之间的组织的厚度。此处，如果钳口之间存在导通，则可能导致不期望的手术结果(例如，不完全的组织处理、导电物体的过度加热等)。
根据一个方面(例如，双极模式)，第一钳口可包括砧座，并且第二钳口可包括被配置成能够接纳钉仓的细长通道，诸如图25所描绘的。在一个示例中，钉仓可包括有源电极以将电外科能量(例如，RF能量)递送到被抓持组织，并且砧座的至少一部分可充当返回电极。在一个示例中，砧座可包括有源电极以将电外科能量(例如，RF能量)递送到被抓持组织，并且细长通道的至少一部分可充当返回电极。根据另一方面(例如，单极模式)，第一钳口可包括砧座，并且第二钳口可包括被配置成能够接纳钉仓的细长通道。在一个示例中，钉仓可包括有源电极以将电外科能量(例如，RF能量)递送到被抓持组织，并且返回电极(例如，接地垫)可单独地定位在患者的身体上。在另一个示例中，砧座可包括有源电极以将电外科能量(例如，RF能量)递送到被抓持组织，并且返回电极(例如，接地垫)可单独地定位在患者的身体上。用于检测短路的各种配置在标题为“DETECTING SHORT CIRCUITS INELECTROSURGICAL MEDICAL DEVICES”的美国专利No.9,554,854中有所描述，该专利的全部公开内容以引用方式并入本文。
再次参见图89，根据各个方面，控制电路(23112、23122、23132和/或23142)可被配置成能够以多种方式检查导通。在一个方面，产生电外科能量的发生器和/或集成在外科器械中的传感器(例如，23134)可被配置成能够检测电极之间的阻抗何时下降到低于阈值达阈值时间段(即，指示短路的阻抗降)。此处，重新参见图48，传感器(例如，23134)可被配置成能够测量随时间变化的阻抗。在一个示例中，当电极遇到导电钉线时，电流可达到尖峰，而阻抗和电压降急剧下降。在另一个示例中，导通可呈现为具有最小电压变化的电流吸收器。用于检查导通/检测短路的各种另选方法，诸如在标题为“DETECTING SHORT CIRCUITSIN ELECTROSURGICAL MEDICAL DEVICES”的美国专利No.9,554,854中描述的那些，明确地以引用方式并入本文(例如，比较一系列脉冲的脉冲内的不同位置处的阻抗值)。
在此类方面，如果检测到导通，则导电物体(例如，夹具、钉、钉线、金属元件等)可存在于/暴露于抓持在钳口之间的组织中。值得注意的是，此类导电物体可来自当前外科规程和/或先前外科规程。在此类方面，控制电路可被配置成能够向外科医生提供关于检测到导电物体的警示(例如，经由外科器械的部件的用户界面23138、23128和/或23118，和/或与外科集线器相关联的用户界面23148和/或用户界面23158)。例如，警示可表明外科医生重新定位端部执行器组件23130，使得电极不与任何导电物体接触并且/或者移除导致短路的导电物体。根据各个方面，控制电路还可被配置成能够接收覆写命令(例如，经由用户界面，参见例如图88，可选择的用户界面元素23012)以允许后续功能(例如，切割、凝结等)，尽管检测到导电物体(例如，夹具、钉、钉线、金属元件等)。
根据一个方面，控制电路(23112、23122、23132和/或23142)可被配置成能够检查导通以避免截断夹具。在此类方面，在检测到短路之后，控制电路可被配置成能够向外科医生提供关于在钳口之间检测到导电物体的警示(例如，经由外科器械的部件的用户界面23138、23128和/或23118，和/或与外科集线器相关联的用户界面23148和/或用户界面23158)。在一个方面，外科医生可经由用户界面(例如，外科器械、外科集线器、发生器等上的交互式用户界面元件)调节控制电路的灵敏度。在此类方面，基于该调节，控制电路可被配置成能够在钳口之间检测到导电物体的情况下防止击发。
再次参见图89，根据另一方面，控制电路23142可集成到与电外科器械23102配对(例如，无线地)的外科集线器23140中。在此类方面，外科集线器23140可预加载关于在钳口之间检测到导电物体的外科医生/用户设置。在一个示例中，如果在钳口之间检测到导电物体，则外科医生/用户设置包括防止击发。在另一个示例中，如果在钳口之间检测到导电物体，则外科医生/用户设置包括在允许击发之前发出警示。在又一方面，外科医生/用户设置包括允许外科医生/用户覆写警示。在又一方面，外科医生/用户设置包括临时复位，从而允许外科医生/用户在再次检查导通之前纠正这种情况(例如，移动钳口、移除导电物体)。
再次参见图89，根据又一个方面，控制电路(23112、23122、23132和/或23142)可被配置成能够检查有意跨越钉线的导通。此处，在一些外科规程中，可能有益的是具有交叉钉线以确保连续横切(例如，肺切除术，尤其是来自多个角度的楔形件、套管规程等)。在此类方面，在检测到导通之后，控制电路可被配置成能够向外科医生提供关于在钳口之间检测到导电物体(例如，现有钉线)的警示(例如，听觉和/或视觉提示)(例如，经由外科器械的部件的用户界面23138、23128和/或23118，和/或与外科集线器相关联的用户界面23148和/或用户界面23158)。
再次参见图89，根据其他方面，控制电路(23112、23122、23132和/或23142)可被配置成能够在外科规程的整个过程中从内部数据库(例如，外科器械的部件的存储器23136、23126和/或23116中或外科集线器数据库23149中)和/或外部数据库(例如，从外科集线器数据库23149、云数据库23150等)接收数据。根据各个方面，从内部数据库和/或外部数据库接收的数据可包括手术史数据(例如，关于对患者执行的先前外科规程的数据、关于当前外科规程的数据等)。在一个示例中，手术史数据可以指示钉在先前的外科手术中被使用和/或钉在何处被使用，并且当前的外科规程数据可以指示施夹器是否已经被用于施加夹具。基于所接收的数据(例如，手术史数据等)，控制电路(23112、23122、23132和/或23142)可被配置成能够不断导出关于正在进行的规程的推论(例如，上下文信息)。即，外科器械23120可为态势感知的并且可被配置成能够例如推断/确定检测到的导通可为来自先前外科规程的钉线或来自当前外科规程的夹具。又如，如果患者从未执行外科规程，施夹器尚未用于当前外科规程，并且钉仓已在当前外科规程中被击发，则控制电路可被配置成能够推断/确定在钳口之间检测到的导电物体是先前的钉线。再如，如果患者从未执行外科规程，施夹器已用于当前规程，并且尚无钉仓在当前外科规程中被击发，则控制电路可被配置成能够推断/确定在钳口之间检测到的导电物体为夹具。
实施例
在以下实施例中阐述了本文在标题“SAFETY SYSTEMS FOR SMART POWEREDSURGICAL STAPLING”下描述的主题的各个方面：
实施例1-一种外科系统，包括控制电路和外科器械。外科器械包括柄部组件、从柄部组件朝远侧延伸的轴组件以及联接到轴组件的远侧端部的端部执行器组件。端部执行器组件包括第一钳口、可枢转地联接到第一钳口的第二钳口、以及传感器。传感器被配置成能够检测与端部执行器的功能相关联的参数并将该检测到的参数传输到控制电路。控制电路被配置成能够基于系统限定的约束来分析检测到的参数，并且基于分析结果来防止外科器械的至少一个功能。外科系统还包括用户界面，该用户界面被配置成能够提供关于外科器械的至少一个被防止功能的当前状态。
实施例2-根据实施例1所述的外科系统，其中系统限定的约束包括基于与由外科系统执行的外科规程相关联的历史数据的预定义参数或预定义参数范围中的至少一个。
实施例3-根据实施例1或2所述的外科系统，其中当前状态包括外科器械的至少一个功能被防止的第一消息和指示该外科器械的至少一个功能被防止的原因的第二消息。
实施例4-根据实施例1、2或3所述的外科系统，其中用户界面包括用户界面元素，该用户界面元素可选择以覆写控制电路，从而允许该外科器械的至少一个功能。
实施例5-根据实施例1、2、3或4所述的外科系统，其中传感器包括联接到端部执行器的力传感器，其中检测到的参数包括施加到端部执行器的第一钳口或第二钳口中的至少一者的力，并且其中经由控制电路防止的至少一个功能包括以下中的一者或多于一者：防止使用附接的轴、防止击发循环开始、防止端部执行器的关节运动、防止轴旋转或防止第一钳口或第二钳口中的一者或多于一者打开。
实施例6-根据实施例1、2、3、4或5所述的外科系统，其中与检测到的参数相关联的端部执行器的功能包括夹持功能，并且其中经由控制电路防止的外科器械的至少一个功能包括以下中的一者或多于一者：解剖功能、凝结功能、缝合功能或切割功能。
实施例7-根据实施例1、2、3、4、5或6所述的外科系统，还包括通信地联接到外科器械的外科集线器，其中外科集线器包括控制电路。
实施例8-根据实施例7所述的外科系统，其中柄部组件或外科集线器中的一者包括用户界面。
实施例9-根据实施例1、2、3、4、5、6、7或8所述的外科系统，其中外科器械的柄部组件、轴组件或端部执行器组件中的一者包括控制电路。
实施例10-根据实施例1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的外科系统，其中轴组件包括传感器，该传感器被配置成能够检测与轴的功能相关联的轴参数并且将该检测到的轴参数传输到控制电路。该控制电路还被配置成能够进一步基于检测到的轴参数来防止外科器械的至少一个功能。
实施例11-一种外科系统，包括外科集线器和通信地联接到外科集线器的外科器械。外科器械包括柄部组件、从柄部组件朝远侧延伸的轴组件以及联接到轴组件的远侧端部的端部执行器组件。端部执行器组件包括第一钳口、可枢转地联接到第一钳口的第二钳口、以及传感器。传感器被配置成能够检测与端部执行器的功能相关联的参数并将该检测到的参数传输到外科集线器。外科集线器包括处理器和联接到处理器的存储器。存储器存储指令，所述指令可由处理器执行以基于系统限定的约束来分析检测到的参数，并且基于分析结果来防止外科器械的至少一个功能。外科系统还包括用户界面，该用户界面被配置成能够提供关于外科器械的至少一个被防止功能的当前状态。
实施例12-根据实施例11所述的外科系统，其中系统限定的约束包括基于与由外科系统执行的外科规程相关联的历史数据的预定义参数或预定义参数范围中的至少一个。
实施例13-根据实施例11或12所述的外科系统，其中当前状态包括外科器械的至少一个功能被防止的第一消息和指示该外科器械的至少一个功能被防止的原因的第二消息。
实施例14-根据实施例11、12或13所述的外科系统，其中用户界面包括用户界面元素，该用户界面元素可选择以覆写外科集线器，从而允许该外科器械的至少一个功能。
实施例15-根据实施例11、12、13或14的外科系统，其中传感器包括联接到端部执行器的力传感器，其中检测到的参数包括施加到端部执行器的第一钳口或第二钳口中的至少一者的力，并且其中经由外科集线器防止的至少一个功能包括以下中的一者或多于一者：防止使用附接的轴、防止击发循环开始、防止端部执行器的关节运动、防止轴旋转或防止第一钳口或第二钳口中的一者或多于一者打开。
实施例16-根据实施例11、12、13、14或15所述的外科系统，其中与检测到的参数相关联的端部执行器的功能包括夹持功能，并且其中经由外科集线器防止的外科器械的至少一个功能包括以下中的一者或多于一者：解剖功能、凝结功能、缝合功能或切割功能。
实施例17-根据实施例11、12、13、14、15或16所述的外科系统，其中柄部组件或外科集线器中的至少一者包括用户界面。
实施例18-根据实施例11、12、13、14、15、16或17所述的外科系统，其中轴组件包括传感器，该传感器被配置成能够检测与轴的功能相关联的轴参数并且将该检测到的轴参数传输到外科集线器。存储器还存储指令，所述指令可由处理器执行，以进一步基于检测到的轴参数来防止外科器械的至少一个功能。
实施例19-一种非暂态计算机可读介质，该非暂态计算机可读介质存储计算机可读指令，该计算机可读指令在被执行时致使机器基于系统限定的约束来分析与外科系统的端部执行器的功能相关联的检测到的参数，外科系统包括柄部组件、从柄部组件朝远侧延伸的轴组件以及联接到轴组件的远侧端部的端部执行器组件。端部执行器组件包括第一钳口、可枢转地联接到第一钳口的第二钳口，以及被配置成能够检测该检测到的参数并将该检测到的参数传输到机器的传感器。所述指令在被执行时还致使机器基于分析的结果来防止外科系统的至少一个功能，并且生成用户界面。用户界面提供关于外科系统的至少一个被防止功能的当前状态。
实施例20-根据实施例19所述的非暂态计算机可读介质，其还包括指令，所述指令在被执行时还致使机器在用户界面上生成覆写元素。覆写元素可选择以允许外科系统的至少一个功能。
用于智能电动外科缝合的安全系统
用于评估操作参数的安全系统
本公开的各个方面涉及改进的安全系统，该改进的安全系统能够响应于经由外科器械的一个或多于一个传感器检测到的组织参数来调节、控制和/或调谐外科器械的内部驱动操作。更具体地讲，各个方面涉及感测并指示当前装置参数对感测到的组织参数的适当性。
例如，感测到的组织参数可包括组织的类型、组织的厚度、组织的硬度、组织在患者解剖结构上的位置、组织的血管形成等，并且当前装置参数可包括仓颜色、仓类型、附属物、夹持负载、间隙、击发速率等。因此，根据本公开的各方面，生理感测可指示装置或其部件的不适当使用和/或装置的不适当定位。
在一个示例中，外科器械或其部件的不适当使用和/或外科器械的不正确定位可经由相关联的控制电路基于经由端部执行器的钳口处的一个或多于一个传感器检测到的生理感测来确定。在这样的示例中，在确定的不适当使用和/或确定的不正确定位之后，相关联的控制电路可防止执行端部执行器的一个或多于一个功能(例如，缝合)。此外，在此类示例中，如果相关联的控制电路确定外科器械或其部件和/或外科器械的定位已被整流(例如，不正确的钉仓被替换、外科器械重新定位等)或覆写已被接收(例如，经由外科器械上的用户界面、联接到外科器械的外科集线器上的用户界面、外科手术室中的用户界面等)，则该相关联的控制电路可允许端部执行器的一个或多于一个功能。
参见图94，根据本公开的各个方面，外科系统24200可包括控制电路(24212、24222、24232和/或24242，例如，以虚线显示一个或多个任选的位置)、用户界面(24214、24224、22234、24244和/或24254，例如，以虚线显示一个或多个任选的位置)，以及外科器械24202。外科器械24202包括多个部件，诸如端部执行器组件24210的部件-A 24216至部件-N24218，并且类似地，出于说明的目的，以缩写形式分别包括轴组件24220和柄部组件24230的部件-A(C-A)至部件-N(C-N)。在各个方面，外科器械24202的每个部件可包括至少一个装置参数。例如，端部执行器组件24210的部件-A 24216可包括参数PAa-PAn 24217，端部执行器组件24210的部件-N 24218可包括参数PNa-PNn 24219等等。又如，轴组件24220的C-A至C-N中的每个和柄部组件24230的C-A至C-N中的每个可类似地包括至少一个装置参数。每个部件可被配置成能够将其一个或多个相应的装置参数传输到控制电路。外科器械24202还包括传感器(24213、24223和/或24233)，该传感器被配置成能够检测与外科器械的功能相关联的组织参数并将该检测到的组织参数传输到控制电路。控制电路可被配置成能够基于系统限定的约束与每个相应的装置参数协作来分析检测到的组织参数。
再次参见图94，在各个方面，控制电路24212、24222和/或24232(例如，分别示出为端部执行器组件24210、轴组件24220和柄部组件24230的元件)可集成到外科器械24202的多个部件(例如，柄部组件24230的柄部、轴组件24220的轴、端部执行器组件24210的端部执行器、端部执行器组件的钉仓等)中的一个或多于一个中或集成到与外科器械24202配对(例如，无线地)的外科集线器24240(例如，24242)中。类似地，一个或多个传感器24213、24223和/或24233；用户界面24214、24224和/或24234；并且在各个方面，存储器24215、24225和/或24235(例如，分别示出为端部执行器组件24210、轴组件24220和柄部组件24230的元件)可集成到多个部件中的一个或多于一个中。值得注意的是，根据各个方面，外科器械24202和/或外科集线器24240可以是态势感知的外科器械和/或态势感知的外科集线器。态势感知是指外科系统(例如，24200)根据从数据库接收的数据(例如，与外科规程相关联的历史数据)和/或从外科器械接收的数据(例如，外科规程期间的传感器数据)确定或推断与外科规程相关的信息的能力。例如，所确定或推断的信息可包括正在进行的规程的类型、正在接受手术的组织的类型、作为规程的对象的体腔等。基于与外科规程相关的此类背景信息，外科系统可例如在外科规程的整个过程中控制成对的外科器械或其部件，并且/或者向外科医生提供背景信息或建议。
根据一个方面，态势感知的外科集线器(例如，24240)与用于执行外科规程的外科器械24202配对(例如，无线地)。在此类方面，外科器械24202可包括多个部件，包括端部执行器(例如，部件-A 24216)。端部执行器24216可包括第一钳口、可枢转地联接到第一钳口的第二钳口、切割刀片，以及集成的传感器24213，该集成的传感器被配置成能够检测与端部执行器24216的功能(例如，解剖、夹持、凝结、切割、缝合等)相关联的组织参数并将该检测到的组织参数传输到外科集线器24240的控制电路24242。包括端部执行器24216的外科器械24202的多个部件(例如，部件-N 24218，例如钉仓等)中的每个也被配置成能够将其一个或多个相应的装置参数(例如，分别为24219和24217)传输到外科集线器24240。值得注意的是，应当理解，如本文和其他公开方面所引用的，传感器(例如，24213)可包括多个传感器，该多个传感器被配置成能够检测与多个端部执行器24216功能相关联的多个组织参数。因此，另外，在此类方面，外科集线器控制电路24242可被配置成能够在外科规程的整个过程中接收此类参数数据(例如，一个或多个检测到的组织参数、包括端部执行器的每个部件的装置参数等)。每当要执行相关联的端部执行器功能(例如，解剖、夹持、凝固、切割、缝合等)时，可接收检测到的组织参数。外科集线器控制电路24242还可被配置成能够在外科规程的整个过程中从内部数据库(例如，外科集线器数据库24249)和/或外部数据库(例如，从云数据库24269)接收数据。根据各个方面，从内部数据库24249和/或外部数据库24269接收的数据可包括规程数据(例如，执行外科规程的步骤、指示与该外科规程相关联的相应的装置参数的数据)和/或历史数据(例如，基于与外科规程相关联的历史数据指示预期组织参数的数据、患者的手术史数据等)。在各个方面，规程数据可包括用于外科规程的当前/公认的护理标准规程，并且历史数据可包括基于与外科规程相关联的历史数据针对每个接收到的装置参数的优选/理想组织参数和/或优选/理想组织参数范围(例如，系统限定的约束)。基于所接收的数据(例如，参数数据、内部和/或外部数据等)，外科集线器控制电路24242可被配置成能够不断导出关于正在进行的外科规程的推论(例如，背景信息)。即，态势感知的外科集线器可被配置成能够例如记录与用于生成报告的外科规程有关的数据，验证外科医生正采取的执行外科规程的步骤，提供可能与特定规程步骤相关的数据或提示(例如，经由与外科集线器相关联的用户界面24244和/或用户界面24254和/或与外科器械相关联的用户界面24214、24224和/或24234)，控制外科器械功能等。
根据另一个方面，态势感知的外科器械(例如，24202)可用于执行外科规程。在此类方面，如本文所述，外科器械24202可包括多个部件，包括端部执行器24216。端部执行器可包括第一钳口、可枢转地联接到第一钳口的第二钳口、切割刀片，以及集成的传感器24213，该集成的传感器被配置成能够检测与端部执行器24216的功能(例如，解剖、夹持、凝结、切割、缝合等)相关联的组织参数并将该检测到的组织参数传输到控制电路。值得注意的是，在此类方面，检测到的组织参数可被传输到端部执行器24216的集成控制电路24212。包括端部执行器24216的外科器械的多个部件(例如，部件-N 24218，例如钉仓等)中的每个被配置成能够将其一个或多个相应的装置参数传输到集成端部执行器控制电路24212。在此类方面，集成端部执行器控制电路24212可被配置成能够在外科规程的整个过程中接收此类参数数据(例如，一个或多个检测到的组织参数、包括端部执行器的每个部件的一个或多个装置参数)。每当要执行相关联的端部执行器功能(例如，解剖、夹持、凝固、切割、缝合等)时，可接收检测到的组织参数。集成端部执行器控制电路24212还可被配置成能够在外科规程的整个过程中从内部数据库(例如，端部执行器存储器24215)和/或外部数据库(例如，经由外科集线器24240从云数据库24269，从外科集线器数据库24249等)接收数据。根据各个方面，从内部数据库和/或外部数据库接收的数据可包括钉仓数据(例如，与一个或多个装置参数已经由端部执行器控制电路24212接收的钉仓(例如，24218)相关联的钉的尺寸和/或类型)和/或历史数据(例如，指示预期组织和/或待用基于历史数据的那些尺寸和/或类型的钉缝合的组织类型的数据)。在各个方面，内部数据和/或外部数据可包括基于与外科规程相关联的历史数据针对每个接收到的装置参数的优选/理想组织参数和/或优选/理想组织参数范围(例如，系统限定的约束)。在一个示例中，基于历史数据(例如，系统限定的约束)，内部数据和/或外部数据可包括针对预期组织和/或组织类型或者针对与钉仓(例如，24218)的装置参数相关联的钉的尺寸和/或类型的优选/理想组织参数和/或优选/理想组织参数范围。基于所接收的数据(例如，参数数据、内部和/或外部数据等)，端部执行器控制电路24212可被配置成能够不断导出关于正在进行的规程的推论(例如，背景信息)。值得注意的是，根据另选的方面，端部执行器24216的集成传感器24213可将一个或多个检测到的组织参数传输到与另一个外科器械部件(例如，柄部组件24230的柄部)相关联的控制电路(例如，24222和/或24232)。在此类方面，其他外科器械部件控制电路(例如，24222和/或24232)可类似地被配置成能够执行如上所述的端部执行器控制电路24212的各个方面。最后，态势感知的外科器械(例如，24202)可被配置成能够例如向其用户警示差异(例如，经由端部执行器的用户界面24214，经由另一个外科器械部件的用户界面24224和/或24234(例如，柄部组件24230的柄部)，或经由与联接到外科器械24202的外科集线器24240相关联的用户界面24244)。例如，该差异可包括检测到的组织参数超过与钉的那些尺寸和/或类型或那些预期组织和/或组织类型相关联的优选/理想组织参数和/或优选/理想组织参数范围。又如，态势感知的外科器械(例如，24202)可被配置成能够基于该差异来控制外科器械功能。根据至少一个方面，态势感知的外科器械(例如，24202)可基于差异来防止外科功能。
不适当的装置放置
根据本公开的各个方面，生理感测(例如，经由一个或多于一个传感器检测)可指示装置放置问题。更具体地讲，根据此类方面，生理不相容性可存在于端部执行器的第一钳口和第二钳口内/之间(例如，在夹持之后)，并且可禁止/防止端部执行器的其他功能(例如，凝固、切割、缝合等)。
根据各个方面，外科规程可包括切除靶组织(例如，肿瘤)。参见图92，例如，患者组织24000的一部分可包括肿瘤24002。在此类方面，外科边缘24004可限定在肿瘤24002周围。值得注意的是，在外科规程期间，理想的是避免切除肿瘤周围的健康组织和/或使这种切除最小化。然而，为了确保完全移除肿瘤，与该外科规程相关联的当前/公认的护理标准规程可支持切除由围绕肿瘤的距离限定的预先确定的外科边缘和/或由围绕肿瘤的距离范围限定的预先确定的外科边缘范围。在一个方面，所支持的外科边缘可以是基于肿瘤的(例如，基于肿瘤的类型、肿瘤的尺寸等)。在另一方面，所支持的外科边缘可取决于肿瘤微侵入周围组织的程度。在其他方面，基于与该肿瘤和/或该外科规程相关联的历史数据，可将所支持的外科边缘与改善的长期存活相关联。在其他方面，相关联的控制电路(例如，根据图94，在外科器械中，在外科器械的部件中24212、24222、24232，在联接到外科器械的外科集线器中24242等)可以基于从内部数据库24215、24225和/或24235以及/或者外部数据库24249和/或24269接收的数据(例如，患者手术史数据、患者病史数据、复发肿瘤的护理标准规程等，来自云、来自外科集线器等)主动调节所支持的外科边缘。在此类方面，重新参见图92，通常支持的外科边缘(例如，24004)可以基于此类接收到的数据(例如，该患者的手术史数据和/或病史数据可表明肿瘤可能已进一步微侵入周围组织，患者可能已具有复发肿瘤的实例等)以确定的量/距离(例如，24010)对调节的外科边缘(例如，24012)做出改变。
此外，在各个方面，在为外科规程建立目标外科边缘(例如，24004和/或24012)之后，在外科规程期间有效和/或准确地识别并切除肿瘤和/或其目标外科边缘可能是困难的。再次参见图94，根据本公开的各个方面，外科器械24202的端部执行器(例如，24216)可包括第一传感器(例如，24213)，第一传感器被配置成能够测量第一信号并且将第一信号传输到相关联的控制电路(例如，在外科器械中、在外科器械的部件中24212、24222和/或24232、在联接到外科器械的外科集线器中24242等)。在此类方面，被配置成能够测量第二信号并将第二信号传输到相关联的控制电路的第二传感器可在使用外科器械切除肿瘤之前定位在肿瘤上/内(参见图92，例如，相对于肿瘤的中心位置24006)。此处，根据各个方面，第二传感器可与外科器械分离。除此之外和/或另选地，在此类方面，第二传感器可包括在使用外科器械切除肿瘤之前定位在肿瘤周边(参见图92，例如，24008)处的传感器。根据另一方面，多个第二传感器可定位在肿瘤的周边周围。此处，在此类方面，控制电路可被配置成能够基于第一信号和第二信号动态地计算第一传感器和第二传感器之间的距离。根据各个方面，第一传感器可定位在端部执行器的切割刀片处/附近。用于检测目标外科边缘的另外的示例性方法在标题为“SYSTEM AND METHOD FOR A TISSUE RESECTION MARGINMEASUREMENT DEVICE”的美国专利申请公布No.2016/0192960中有所描述，该专利申请的全部公开内容以引用方式并入本文。
在一个示例中，如果第二传感器定位在肿瘤上/内(例如，在中心位置24006处)，则控制电路还可被配置成能够确定第二传感器与为外科规程建立的目标外科边缘之间的边缘距离。在此类示例中，控制电路可将动态计算的距离(例如，第一传感器和第二传感器之间的距离)与所确定的边缘距离进行比较，以有效且准确地将端部执行器(例如，切割刀片)定位在目标外科边缘处(例如，当动态计算的距离等于或基本上等于所确定的边缘距离时，端部执行器被正确地定位)。控制电路可被配置成能够利用此类技术来有效且准确地将端部执行器(例如，切割刀片)定位在目标外科边缘周围(例如，在切除期间)。
在另一个示例中，如果第二传感器定位在肿瘤的周边处或者多个第二传感器定位在肿瘤的周边周围(例如，24008)，则控制电路还可被配置成能够确定一个或多个第二传感器与为外科规程建立的目标外科边缘之间的边缘距离。在此类示例中，控制电路可将动态计算的距离(例如，第一传感器和第二传感器之间的距离)与所确定的边缘距离进行比较，以有效且准确地将端部执行器(例如，切割刀片)定位在目标外科边缘处(例如，当动态计算的距离等于或基本上等于所确定的边缘距离时，端部执行器被正确地定位)。控制电路可被配置成能够利用此类技术来有效且准确地将端部执行器(例如，切割刀片)定位在目标外科边缘周围(例如，在切除期间)。当肿瘤异常成形时，此类方面可能是有益的。
再次参见图94，根据各个方面，控制电路可被配置成能够当端部执行器(例如，或其切割刀片)正确地相对于目标外科边缘(例如，24004和/或24012)定位时通知外科医生(例如，经由外科器械上的用户界面24214、24224和/或24234，联接到外科器械的外科集线器上的用户界面24244，和/或外科手术室中的用户界面24254等实时通知)。例如，用户界面可包括以下中的至少一者：i)手术部位的视频图像，其具有指示外科医生的目标外科边缘的数字叠加，以在视觉上确认端部执行器(例如，24216)定位在目标外科边缘处和/或相对于目标外科边缘导航端部执行器(例如，或其切割刀片)，ii)外科器械24202自身中的触觉反馈，以指示端部执行器的切割刀片定位在目标外科边缘处，以及/或者iii)听觉反馈，以指示端部执行器的切割刀片定位在目标外科边缘处。
再次参见图94，根据另外的方面，控制电路可被配置成能够在端部执行器(例如，切割刀片)太靠近癌边缘和/或在癌边缘内(例如，在目标外科边缘内、靠近被肿瘤微侵入的周围组织等)的情况下防止外科器械24202击发。根据此类方面，控制电路还可被配置成能够接收覆写命令(例如，经由外科器械上的用户界面24214、24224和/或24234，联接到外科器械的外科集线器上的用户界面24244，和/或外科手术室中的用户界面24254等)以允许击发继续。在一个示例中，此类用户界面可包括用户界面元素，该用户界面元素可选择以允许击发继续，例如24251。在此类方面，控制电路可继续相对于癌边缘监测端部执行器(例如，或其切割刀片)。另外，在此类方面，控制电路可被配置成能够再次停止击发，警示外科医生并且/或者如所述接收覆写命令。根据其他方面，控制电路可被配置成能够防止击发，直到发生复位事件(例如，打开端部执行器的钳口并相对于癌边缘重新定位端部执行器的钳口)。
再次参见图94，根据本公开的其他方面，外科系统24200的一个或多于一个传感器可检测通过夹持在端部执行器(例如，24216)的第一钳口和第二钳口之间/内的组织的血流。例如，多普勒成像检测器(例如，集成在端部执行器24213上、联接到外科集线器，例如包括多普勒成像检测器的参数感测部件24253等)可被配置成能够定位和识别可原本在手术部位处(例如，经由红色、绿色和/或蓝色激光)看不到的血管，并且可执行散斑对比度分析以确定通过此类血管的血流量和/或血流速度。值得注意的是，在一个示例中，可能期望密封一些血管(例如，与肿瘤相关联的血管)，但不密封其他血管(例如，与健康组织/器官相关联的血管)。因此，相关联的控制电路(例如，在外科器械中，在外科器械的部件中24212、24222和/或24232，在联接到外科器械的外科集线器中24242等)可被配置成能够在血流超过预先确定的血流量和/或血流速度的情况下防止外科器械24202击发。根据此类方面，控制电路还可被配置成能够接收覆写命令(例如，经由外科器械上的用户界面24214、24224和/或24234，联接到外科器械的外科集线器上的用户界面24244，和/或外科手术室中的用户界面24254等)以允许击发继续(例如，如果血流与肿瘤相关联)。在一个示例中，此类用户界面可包括用户界面元素，该用户界面元素可选择以允许击发继续，例如24251。在此类方面，控制电路可继续监测被夹持组织的血流。另外，在此类方面，控制电路可被配置成能够再次停止击发，警示外科医生并且/或者如所述接收覆写命令。根据其他方面，控制电路可被配置成能够防止击发，直到发生复位事件(例如，打开钳口并且相对于血管重新定位端部执行器的钳口，该血管包括超过预定义血流量和/或血流速度的血流)。
再次参见图94，根据本公开的其他方面，外科系统24200的一个或多于一个传感器可在将组织夹持在端部执行器(例如，24216)的第一钳口和第二钳口之间/内的同时和/或之后立即检测血压的升高。例如，血压监测器(例如，联接到外科集线器，例如，包括血压监测器的参数感测部件24253等)可检测与夹持同时发生的血压升高。根据各个方面，外科系统24200在是态势感知的，并且可推断检测到的血压升高是由将组织夹持在端部执行器的钳口之间/内引起的。例如，包括临界血流的血管可能已被捕集在钳口之间/内，从而导致血流收缩。因此，根据各个方面，相关联的控制电路(例如，在外科器械中，在外科器械的部件中24212、24222和/或24232，在联接到外科器械的外科集线器中24242等)可被配置成能够在血压升高超过预先确定的量和/或预先确定的范围的情况下防止外科器械24202击发。根据此类方面，控制电路还可被配置成能够接收覆写命令(例如，经由外科器械上的用户界面24214、24224和/或24234，联接到外科器械的外科集线器上的用户界面24244，和/或外科手术室中的用户界面24254等)以允许击发继续(例如，外科医生在组织仍被夹持的情况下观察到血压已下降、态势感知的外科系统将血压升高归因于另一原因等)。在一个示例中，此类用户界面可包括用户界面元素，该用户界面元素可选择以允许击发继续，例如24251。在此类方面，控制电路可继续监测患者的血压。另外，在此类方面，控制电路可被配置成能够再次停止击发，警示外科医生并且/或者如所述接收覆写命令。根据其他方面，控制电路可被配置成能够防止击发，直到发生复位事件(例如，打开钳口并相对于被夹持组织重新定位端部执行器的钳口)。
再次参见图94，根据本公开的其他方面，外科系统的一个或多于一个传感器可检测夹持在端部执行器(例如，24216)的第一钳口和第二钳口之间/内的组织内的大量神经束。例如，心率监测器(例如，集成到端部执行器24213上，联接到外科集线器(例如，包括心率监测器的参数感测部件24253)等)可在将组织夹持在第一钳口和第二钳口之间/内的同时和/或之后立即检测心率的升高。根据各个方面，外科系统24200在是态势感知的，并且在从内部数据库24215、24225、24235、24249和/或外部数据库24249和/或24269(例如，与正在执行的外科规程的手术部位相关联的解剖信息)接收到的数据的情形下，可推断检测到的心率升高是由将组织夹持在端部执行器的钳口之间/内引起的。根据此类方面，相关联的控制电路(例如，在外科器械中，在外科器械的部件中24212、24222和/或24232，在联接到外科器械的外科集线器中24242等)可被配置成能够基于该推论防止外科器械24202击发。另外，根据此类方面，控制电路可被配置成能够接收覆写命令(例如，经由外科器械上的用户界面24214、24224和/或24234，联接到外科器械的外科集线器上的用户界面24244，和/或外科手术室中的用户界面24254等)以允许击发继续(例如，外科医生在组织仍被夹持的情况下观察到患者的心率已下降、态势感知的外科系统将心率升高归因于另一原因等)。在一个示例中，此类用户界面可包括用户界面元素，该用户界面元素可选择以允许击发继续，例如24251。在此类方面，控制电路可继续监测患者的心率。另外，在此类方面，控制电路可被配置成能够再次停止击发，警示外科医生并且/或者如所述接收覆写命令。根据其他方面，控制电路可被配置成能够防止击发，直到发生复位事件(例如，打开钳口并相对于被夹持组织重新定位端部执行器的钳口)。
再次参见图94，根据本公开的其他方面，外科系统24200的一个或多于一个传感器可检测外科器械24202与通电装置(例如，RF器械/装置)接触。在一个示例中，外科器械和通电装置可通信地联接到外科系统24200中的外科集线器24240。例如，重新参见图9，装置/器械235以及能量装置241可联接到外科集线器206的模块化控制塔236。在此类示例中，产生用于通电装置241的电外科能量的发生器240和/或集成到该通电装置中的传感器中的任一者可被配置成能够检测与该通电装置相关联的阻抗何时下降到低于阈值达阈值时间段(即，指示短路的阻抗降)。类似于图48，通电装置的集成传感器可被配置成能够测量随时间变化的阻抗。用于检测短路的各种另选方法，诸如在标题为“DETECTING SHORT CIRCUITSIN ELECTROSURGICAL MEDICAL DEVICES”的美国专利No.9,554,854中描述的那些，明确地以引用方式并入本文(例如，比较一系列脉冲的脉冲内的不同位置处的阻抗值等)。根据各个方面，外科系统24200是态势感知的，并且在从内部数据库24215、24225、24235、24249和/或外部数据库24249和/或24269(例如，指示外科规程的涉及使用单独的外科器械(例如，电外科器械/装置)的步骤和/或当前步骤的规程数据)接收到的数据的情形下，可推断检测到的短路是由单独的外科器械引起的(例如，外科器械的导电表面可能与通电装置接触，从而引起短路)。根据此类方面，相关联的控制电路(例如，在外科器械中，在外科器械的部件中24212、24222和/或24232，在联接到外科器械和通电装置的外科集线器中24242等)可被配置成能够基于该推论防止外科器械24202击发。如果存在短路，则可能难以用电外科能量(例如，RF能量)处理(例如，凝结)组织，并且可能导致不期望的手术结果(例如，不完全的组织处理、导电物体的过度加热等)。在这种情况下，控制电路可被配置成能够通知外科医生(例如，经由外科器械上的用户界面24214、24224和/或24234，联接到外科器械的外科集线器上的用户界面24244，和/或外科手术室中的用户界面24254等实时通知)存在短路并且外科器械24202的击发已暂停。另外，根据此类方面，控制电路还可被配置成能够接收覆写命令(例如，经由外科器械上的用户界面24214、24224和/或24234，联接到外科器械的外科集线器上的用户界面24244，和/或外科手术室中的用户界面24254等)以允许击发继续(例如，外科医生证实不存在短路、靶组织包括低阻抗等)。在一个示例中，此类用户界面可包括用户界面元素，该用户界面元素可选择以允许击发继续，例如24251。在此类方面，控制电路可继续监测短路。另外，在此类方面，控制电路可被配置成能够再次停止击发，警示外科医生并且/或者如所述接收覆写命令。根据其他方面，控制电路可被配置成能够防止击发，直到发生复位事件(例如，外科器械相对于通电装置重新定位，使得二者不再接触)。
不适当的装置选择/所提议的使用
根据本公开的各个方面，生理感测(例如，经由一个或多于一个传感器检测)可指示外科器械/装置选择问题。更具体地讲，根据此类方面，可存在外科装置-组织不相容性，并且可禁止/防止端部执行器的其他功能(例如，凝固、切割、缝合等)。
再次参见图94，根据本公开的一个方面，控制电路(例如，在外科器械的部件中24212、24222和/或24232，在联接到外科器械的外科集线器中24242等)可被配置成能够在组织特定缝合器(例如，血管吻合器)和感测到的信息(例如，经由一个或多于一个传感器检测到的信息)的任何组合表明靶组织可能不合适(例如，反指示)该组织特定缝合器的情况下提供警告。
图93示出了根据本公开的各个方面的用于解决装置选择问题的示例性安全过程24100。根据至少一个方面，安全过程24100可由与外科系统(例如，图94的24200)的态势感知的外科集线器相关联的控制电路(例如，图94的24242)执行/实现(例如，在外科规程期间)。根据其他方面，安全过程24100可由与外科系统(例如，图94的24200)的态势感知的外科器械相关联的控制电路(例如，图94的24212、24222和/或24232)执行/实现(例如，在外科规程期间)。
参见图93，组织识别过程24108可接收包括装置选择24102(例如，缝合器选择，例如，适合于实质击发的缝合器、适合于血管击发的缝合器、适合于支气管击发的缝合器等)、由一个或多于一个传感器检测的各种装置测量24104(例如，端部执行器闭合角度、与端部执行器接触的组织的长度、闭合力/压缩曲线等)和态势感知信息24106(例如，规程信息、外科医生倾向等)的输入。
根据图93，在装置选择24102处，执行/实现安全过程24100的控制电路可被配置成能够从所选择的缝合器/装置接收装置参数和/或接收与所选择的缝合器/装置的每个部件(例如，钉仓)相关联的装置参数以指示装置选择。例如，与钉仓相关联的装置参数可包括仓的类型、仓的颜色、仓的附属物、仓的夹持负载极限、仓的间隙范围、仓的击发速率等。根据一个方面，一个或多个装置参数可在联接到外科系统时由缝合器/装置传输到控制电路。根据另选的方面，装置选择可经由用户界面(例如，与外科集线器相关联和/或在外科手术室中，例如图94的24244和/或24254)输入并且/或者从内部数据库和/或外部数据库接收(例如，关于正在执行的外科规程和/或可用的外科器械的数据，例如图94的24249和/或24269)。
另外，根据图93，可经由与端部执行器(例如，部件-A，图94的24216)和/或外科器械的其他部件(部件-N，图94的24218(例如，钉仓))相关联的一个或多于一个传感器(例如，如本文图17、图18、图53、图78等所述)来检测装置测量24104。例如，一个或多于一个组织传感器可被定位和配置成能够用于检查导通和/或沿端部执行器的长度测量组织阻抗，以评估与端部执行器接触的组织的长度(例如，图17的一个或多个传感器738使用分段电极确定组织位置和/或测量组织阻抗、图78的传感器153468确定沿端部执行器的长度存在组织等)。作为另一个示例，一个或多于一个传感器可被定位和配置成能够检测/评估钳口/端部执行器闭合角度(例如，位移传感器(例如，图17的位置传感器734)以检测夹持致动器/驱动构件的位移、间隙传感器(例如，图53的传感器152008a)以检测端部执行器的第一钳口和第二钳口之间的间隙等)。作为另一个示例，一个或多于一个传感器可被定位和配置成能够检测在第一钳口和第二钳口之间压缩/闭合组织的力(例如，在第一钳口和/或第二钳口的组织表面上的力传感器(例如，包括力传感器的图17的传感器738)以检测夹持组织时的力、传感器(例如，图17的电流传感器736)以检测与施加到组织的力相关的驱动构件的电流消耗、扭矩传感器(例如，图17的744b)以测量闭合力等)。本文其他地方已经讨论了用于检测端部执行器闭合角度、与端部执行器接触的组织的长度以及闭合力/压缩曲线的各种其他方面。
接下来，根据图93，可按照图94经由与外科集线器24242相关联的内部数据库24249和/或外部数据库24269并且/或者经由与外科器械24202相关联的内部数据库24215、24225、24235和/或外部数据库24249、24269等接收手术感知信息24106。
返回图93，组织识别过程24108被配置成能够确定外科器械遇到的组织类型(例如，实质、血管、支气管等)。在一个示例中，组织识别过程24108可以基于各种输入(例如，当钳口完全打开时沿着钳口的长度检测到的组织接触、闭合相对于孔曲线表明组织与实质一致等)来确定组织类型是实质。在另一个示例中，组织识别过程24108可基于各种输入(例如，在闭合期间几乎立即检测到的组织接触、被检测为仅在缝合器的小区域上并且被检测为限定在远侧上的组织接触、初始检测到的闭合力表明组织结构与血管一致等)来确定组织类型是血管(例如，PA/PV)。在另一个示例中，组织识别过程24108可基于各种输入(例如，在闭合期间几乎立即检测到的组织接触、被检测为在缝合器的小区域上并且被检测为限定在远侧和近侧两者上的组织接触、初始检测到的闭合力表明刚性组织结构与支气管一致等)来确定组织类型是支气管。根据各个方面，此类组织类型确定还可基于包括组织的厚度、组织的硬度、组织的位置(例如，相对于患者)以及由经由本文所述的一个或多于一个传感器进行的测量检测到的和/或从经由本文所述的一个或多于一个传感器进行的测量得出的组织中的血管形成的组织参数。值得注意的是，在得出组织识别输出/结果之前，组织识别过程24108可在另外的输入(例如，缝合器选择、外科规程信息、外科医生倾向等)的情形下进一步评估此类初始组织确定。这种态势感知最终产生组织识别输出/结果。这里，已经在本文其他地方(例如，胸外科手术示例等)进一步讨论了用于识别遇到的组织的各个方面。
重新参见图93，组织识别输出/结果可用于确定所选择的缝合器/装置和/或所选择的缝合器/装置的每个部件(例如，钉仓、轴等)对于外科规程是否是最佳的24110。在此类方面，控制电路可从内部数据库和/或外部数据库(例如，参见图94，与外科集线器24242相关联的内部数据库24249和/或外部数据库24269，与外科器械24202相关联的内部数据库24215、24225、24235和/或外部数据库24249、24269等)接收另外的信息24112。更具体地，另外的信息24112可包括其他可用的缝合器、其他可用的能量装置、可用于与所选择的缝合器/装置一起使用的其他缝合器部件(例如，钉仓、轴等)等。根据至少一个方面，可用性可受制于手术位置处的当前库存。值得注意的是，另外的信息24112还可包括与每个其他可用的缝合器、每个其他可用的能量装置、可用于与所选择的缝合器/装置一起使用的每个其他缝合器部件等相关联的装置参数。
根据各个方面，当评估所选择的缝合器/装置是否为最佳24110时，执行/实现安全过程24100的控制电路可被配置成能够基于系统限定的约束与每个接收到的与所选择的缝合器/装置24102相关联的装置参数协作，来分析每个检测到的组织参数(例如，经由本文所述的一个或多于一个传感器检测)。此外，根据此类方面，控制电路可被配置成能够基于系统限定的约束，利用接收到的与每个其他可用缝合器、每个其他可用能量装置、可用于与所选择的缝合器/装置一起使用的每个其他缝合器部件等相关联的装置参数来分析每个检测到的组织参数(例如，经由本文所述的一个或多于一个传感器检测)。根据此类方面，控制电路可被配置成能够基于检测到的组织参数确定与所选择的缝合器/装置24102和/或所选择的缝合器/装置24102的部件相比，其他可用的缝合器中的一个或多于一个、其他可用的能量装置和/或可用于与所选择的缝合器/装置一起使用的其他缝合器部件是否更优化。
在各个方面，一个或多个检测到的组织参数可包括例如组织的类型、组织的厚度、组织的硬度、组织的位置、组织中的血管形成等，并且接收到的装置参数可包括例如，钉仓的类型、钉仓的颜色、钉仓的附属物、钉仓的夹持负载极限、钉仓的间隙范围、以及钉仓的击发速率等。根据各个方面，系统限定的约束(例如，基于在态势感知的外科系统中访问的历史数据和/或规程数据)对于每个接收到的装置参数可包括优选/理想组织参数和/或优选/理想组织参数范围。例如，优选/理想组织厚度和/或优选/理想组织厚度范围可与每个钉仓颜色相关联。在此类示例中，每个钉仓颜色可指示钉仓中的钉的类型和/或尺寸。此处，包括短钉的钉仓对于厚组织可能不是最佳的。根据另外的方面，系统限定的约束(例如，基于在态势感知的外科系统中访问的历史数据和/或规程数据)对于每个检测到的组织类型可以包括优选/理想夹持负载极限和/或优选/理想夹持负载极限范围。例如，与其相应的夹持负载极限相关联的每个钉仓可指示其可最佳地缝合的组织的类型。此处，本公开设想了接收到的装置参数(例如，钉仓的类型、钉仓的颜色、钉仓的附属物、钉仓的夹持负载极限、钉仓的间隙范围、钉仓的击发速率等)、和检测到的组织参数(例如，组织的类型、组织的厚度、组织的硬度、组织的位置、组织中的血管形成等)，以及所建立的系统限定的约束(例如，基于在态势感知的外科系统中访问的历史数据和/或规程数据与接收到的装置参数和/或检测到的组织参数相关联)的各种组合。
再次参见图93，如果确定所选择的装置24102是最佳的，则执行/实现安全过程24100的控制电路可被配置成能够起初不执行任何操作(例如，稍后推荐)并且/或者记录分析已执行24114。相反，如果确定所选择的装置24102不是最佳的，则控制电路可被配置成能够确定是否存在安全问题24116。根据各个方面，当评估所选择的缝合器/装置24102是否存在安全问题时，控制电路可被配置成能够基于系统限定的约束与每个接收到的与所选择的缝合器/装置24102相关联的装置参数协作，来分析每个检测到的组织参数。
与上文类似，检测到的组织参数可包括例如组织的类型、组织的厚度、组织的硬度、组织的位置、组织中的血管形成等，并且接收到的装置参数可包括例如，钉仓的类型、钉仓的颜色、钉仓的附属物、钉仓的夹持负载极限、钉仓的间隙范围、以及钉仓的击发速率等。根据各个方面，系统限定的约束(例如，基于在态势感知的外科系统中访问的历史数据和/或规程数据)对于每个接收到的装置参数可包括优选/理想组织参数和/或优选/理想组织参数范围。例如，优选/理想组织厚度和/或优选/理想组织厚度范围可与每个钉仓颜色相关联。在此类示例中，每个钉仓颜色可指示钉仓中的钉的类型和/或尺寸。此处，继续该示例，如果所选择的缝合器/装置24102的接收到的装置参数包括钉仓颜色(例如，指示短钉)，并且检测到的组织参数指示超过与所选择的缝合器/装置24102的钉仓颜色相关联的优选/理想组织厚度和/或优选/理想组织厚度范围的组织厚度，则所选择的缝合器/装置24102存在安全问题。利用不适当的钉仓可导致不太令人满意的结果和/或不期望的结果(例如，缝合失败、渗血、出血等)。在这种情况下，控制电路可被配置成能够警告外科医生24118(例如，参见图94，经由所选择的缝合器/装置上的用户界面24214、24224和/或24234，经由与外科集线器相关联的用户界面24244，经由外科手术室中的用户界面24254等)存在安全问题。在此类方面下，控制电路还可被配置成能够接收覆写命令24120(例如，经由所选择的缝合器/装置上的用户界面24214、24224和/或24234，经由与外科集线器相关联的用户界面24244，经由外科手术室中的用户界面等24254)以允许外科规程继续。在一个示例中，参见图94，此类用户界面可包括用户界面元素，该用户界面元素可选择以允许规程继续，例如24251。在另选的方面，响应于该警告，外科医生可校正所指出的安全问题(例如，用另一个钉仓替换不适当的钉仓)，此时可再次执行/实现装置选择安全过程24100。
与上文类似，根据另外的方面，系统限定的约束(例如，基于在态势感知的外科系统中访问的历史数据和/或规程数据)对于每个检测到的组织类型可以包括优选/理想夹持负载极限和/或优选/理想夹持负载极限范围。例如，与其相应的夹持负载极限相关联的每个钉仓可指示其可最佳地缝合的组织的类型。此处，继续该示例，如果所选择的缝合器/装置24102的接收到的装置参数包括其钉仓夹持负载极限，并且由组织识别过程24108识别的组织指示需要具有较高夹持负载极限的钉仓的组织类型，则所选择的缝合器/装置24102存在安全问题。利用不适当的钉仓可导致不太令人满意的结果和/或不期望的结果(例如，缝合失败、渗血、出血等)。在这种情况下，控制电路可被配置成能够警告外科医生24118(例如，参见图94，经由所选择的缝合器/装置上的用户界面24214、24224和/或24234，经由与外科集线器相关联的用户界面24244，经由外科手术室中的用户界面24254等)存在安全问题。在此类方面下，控制电路还可被配置成能够接收覆写命令24120(例如，经由所选择的缝合器/装置上的用户界面24214、24224和/或24234，经由与外科集线器相关联的用户界面24244，经由外科手术室中的用户界面24254等)以允许外科手术继续。在一个示例中，参见图94，此类用户界面可包括用户界面元素，该用户界面元素可选择以允许规程继续，例如24251。在另选的方面，响应于该警告，外科医生可校正所指出的安全问题(例如，用另一个钉仓替换不适当的钉仓)，此时可再次执行/实现装置选择安全过程24100。同样，本公开设想了接收到的装置参数(例如，钉仓的类型、钉仓的颜色、钉仓的附属物、钉仓的夹持负载极限、钉仓的间隙范围、钉仓的击发速率等)、和检测到的组织参数(例如，组织的类型、组织的厚度、组织的硬度、组织的位置、组织中的血管形成等)，以及所建立的系统限定的约束(例如，基于在态势感知的外科系统中访问的历史数据和/或规程数据与接收到的装置参数和/或检测到的组织参数相关联)的各种组合。
重新参见图93，如果确定所选择的缝合器/装置24116不存在安全问题，则执行/实现安全过程24100的控制电路可被配置成能够向外科医生提供建议24122。根据本公开的至少一个方面，如果另一个可用缝合器、另一个可用能量装置和/或另一个缝合器部件(例如，可用于与所选择的缝合器/装置一起使用的钉仓、轴等)24112更优化或更可选，则控制电路可被配置成能够警示外科医生(例如，参见图94，经由所选择的缝合器/装置上的用户界面24214、24224和/或24234，经由与外科集线器相关联的用户界面24244，经由外科手术室中的用户界面24254等)其可用性并推荐其在当前外科规程中的使用。在此类方面下，控制电路还可被配置成能够接收(例如，经由所选择的缝合器/装置上的用户界面24214、24224和/或24234，经由与外科集线器相关联的用户界面24244，经由外科手术室中的用户界面24254等)对该推荐的接受。在接受时，控制电路可被配置成能够呈现更优化的关于其他可用缝合器、其他可用能量装置和/或其他缝合器部件(例如，参见图94，部件A至部件N，例如，可用于与所选择的缝合器/装置一起使用的钉仓、轴等)24112的信息24124。在拒绝时，控制电路可被配置成能够结束24126装置选择安全算法和/或执行后续过程。
根据各种其他方面，尽管相对于本文的缝合器/装置具体地讨论，但本公开不应限于此。更具体地讲，本发明所公开的方面类似地适用于其他外科器械，包括能量装置(例如，RF和/或超声外科器械)和/或其相应的部件和/或内窥镜式装置和/或其相应的部件。
实施例
在以下实施例中阐述了本文在标题“SAFETY SYSTEMS FOR SMART POWEREDSURGICAL STAPLING”下描述的主题的各个方面：
实施例1-一种外科系统，包括控制电路和外科器械。外科器械包括多个部件和传感器。外科器械的多个部件中的每个具有装置参数。每个部件被配置成能够将其相应的装置参数传输到控制电路。传感器被配置成能够检测与外科器械的所提议的功能相关联的组织参数并将该检测到的组织参数传输到控制电路。控制电路被配置成能够基于系统限定的约束与每个相应的装置参数协作来分析检测到的组织参数。外科系统还包括用户界面，该用户界面被配置成能够指示包括多个部件的外科器械是否适于执行所提议的功能。
实施例2-根据实施例1所述的外科系统，其中检测到的组织参数包括组织的类型、组织的厚度、组织的硬度、组织的位置或组织的血管形成中的至少一者。
实施例3-根据实施例1或2所述的外科系统，其中外科器械的部件包括钉仓，并且其中装置参数包括钉仓的类型，钉仓的颜色、钉仓的附属物、钉仓的夹持负载极限、钉仓的间隙范围以及钉仓的击发速率中的至少一者。
实施例4-根据实施例1、2或3所述的外科系统，其中外科器械的部件包括端部执行器，并且其中检测到的组织参数包括以下中的至少一者：端部执行器在该组织上的闭合角度、与该端部执行器的组织接触表面接触的组织的长度以及将组织压缩在端部执行器内的力。
实施例5-根据实施例4所述的外科系统，其中控制电路还被配置成能够基于至少一个检测到的组织参数将组织识别为实质、血管或支气管。
实施例6-根据实施例1、2、3、4或5所述的外科系统，其中控制电路还被配置成能够推荐与外科器械一起使用的至少一个另选部件以执行所提议的功能。
实施例7-根据实施例1、2、3、4、5或6所述的外科系统，其中系统限定的约束包括与每个传输的装置参数相关联的预先确定的组织参数或预先确定的组织参数范围中的至少一者。
实施例8-根据实施例1、2、3、4、5、6或7所述的外科系统，其中控制电路还被配置成能够在超过系统限定的约束时防止所提议的功能。
实施例9-根据实施例8所述的外科系统，其中用户界面包括用户界面元素，该用户界面元素可选择以覆写控制电路，从而允许该外科器械的所提议的功能。
实施例10-根据实施例1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的外科系统，其中外科器械的所提议的功能包括夹持组织、凝结组织、切割组织和缝合组织中的一者或多于一者。
实施例11-根据实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9或10所述的外科系统，还包括通信地联接到外科器械的外科集线器，其中外科集线器包括控制电路。
实施例12-根据实施例11所述的外科系统，其中外科器械或外科集线器中的一者包括用户界面。
实施例13-一种外科系统，包括外科集线器和通信地联接到外科集线器的外科器械。外科器械包括多个部件和传感器。外科器械的多个部件中的每个具有装置参数。每个部件被配置成能够将其相应的装置参数传输到外科集线器。传感器被配置成能够检测与外科器械的所提议的功能相关联的组织参数并将该检测到的组织参数传输到外科集线器。外科集线器包括处理器和联接到处理器的存储器。存储器存储指令，所述指令可由处理器执行以基于系统限定的约束与每个相应的装置参数协作来分析检测到的组织参数。外科系统还包括用户界面，该用户界面被配置成能够指示包括多个部件的外科器械是否适于执行所提议的功能。
实施例14-根据实施例13所述的外科系统，其中检测到的组织参数包括组织的类型、组织的厚度、组织的硬度、组织的位置或组织的血管形成中的至少一者。
实施例15-根据实施例13或14所述的外科系统，其中外科器械的部件包括钉仓，并且其中装置参数包括钉仓的类型，钉仓的颜色、钉仓的附属物、钉仓的夹持负载极限、钉仓的间隙范围以及钉仓的击发速率中的至少一者。
实施例16-根据实施例13、14或15所述的外科系统，其中外科器械的部件包括端部执行器，并且其中检测到的组织参数包括端部执行器在该组织上的闭合角度、与该端部执行器的组织接触表面接触的组织的长度以及将组织压缩在端部执行器内的力中的至少一者。
实施例17-根据实施例13、14、15或16所述的外科系统，其中指令还可由外科集线器的处理器执行以推荐与外科器械一起使用的至少一个另选部件来执行所提议的功能。
实施例18-根据实施例13、14、15、16或17所述的外科系统，其中指令还可由外科集线器的处理器执行，以在超过系统限定的约束时防止所提议的功能。
实施例19-一种非暂态计算机可读介质，该非暂态计算机可读介质存储计算机可读指令，该计算机可读指令在被执行时致使机器基于系统限定的约束与外科系统的外科器械的多个部件中的每个的装置参数协作来分析检测到的组织参数，其中该检测到的组织参数与外科器械的所提议的功能相关联。外科系统包括外科器械，该外科器械包括多个部件。每个部件被配置成能够将其相应的装置参数传输到机器。该外科系统还包括传感器，该传感器被配置成能够检测该检测到的组织参数并将该检测到的组织参数传输到机器。指令在被执行时还致使机器生成用户界面，其中该用户界面提供包括多个部件的外科器械是否适于执行外科系统的所提议的功能的指示。
实施例20-根据实施例19所述的非暂态计算机可读介质，这些指令在被执行时还致使机器在用户界面上生成覆写元素，其中该覆写元素可选择以允许外科器械的所提议的功能。
根据感测到的闭合参数控制外科器械
测定组织完整性的压缩率
在各个方面，外科器械可检测与外科器械的钳口的闭合相关联的多种不同变量或参数，这继而可用于调节或影响指示外科器械如何运行的各种操作参数。外科器械的钳口从打开位置转变到闭合位置以将组织夹持在其间的速率可被定义为夹持速率或闭合速率。在各个方面，闭合速率在钳口闭合实例的过程中可以是可变的或恒定的。与钳口的闭合相关联的特定参数比较的阈值可被定义为闭合阈值。
以不适当的闭合速率或以不适当的闭合阈值夹持组织可导致对组织的损伤(例如，由于钳口向组织施加过大的力，组织可被撕裂)和/或外科器械的操作故障(例如，由于当钉被击发时组织未被钳口固定地保持，钉可变畸形)。因此，在一些方面，外科器械被配置成能够检测被外科器械夹持的组织的特性，并且对应地调节一个或多个闭合速率、一个或多个闭合阈值和其他操作参数。此外，每次外科规程可涉及多种不同的组织类型和/或具有不同特性的组织。因此，在一些方面，外科器械被配置成能够每当组织被夹持时动态地检测组织特性并且对应地调节一个或多个闭合速率、一个或多个闭合阈值和其他操作参数。
本公开提供了至少一种解决方案，其中外科器械被配置成能够检测与被端部执行器夹持的组织的压缩相关联的参数。外科器械还可被配置成能够根据检测到的组织压缩特性来区分表现出不同完整性的组织。然后可控制马达以影响钳口闭合速率和/或根据组织的完整性向用户提供反馈。例如，外科器械可被配置成能够在检测到的组织压缩特性指示组织为刚性的情况下降低钳口的闭合速率并且/或者在组织压缩特性指示组织具有低剪切强度的情况下向用户提供利用附属物增强的建议。
图95示出了根据本公开的至少一个方面的外科器械21000的框图。在一个方面，外科器械21000包括联接到马达21006、用户界面21010和一个或多个传感器21004的控制电路21002。马达21006联接到端部执行器21008，使得马达21006使端部执行器21008的钳口(例如，图25所示的外科器械150010的砧座150306和/或通道150302)在第一或打开构型与第二或闭合构型之间转变，例如，如相对于图26所讨论的。一个或多个传感器21004能够可通信地联接到控制电路21002，使得控制电路21002从其接收数据和/或信号。控制电路21002能够可通信地联接到马达21006，使得控制电路21002根据例如从一个或多个传感器21004接收的数据和/或信号来控制马达21006的操作。用户界面21010包括被配置成能够向外科器械的用户提供反馈的设备，诸如显示器或扬声器。
在各个方面，一个或多个传感器21004可被配置成能够检测夹持在端部执行器处的组织的压缩参数。在一个方面，一个或多个传感器21004可被配置成能够检测端部执行器21008的钳口的闭合力(FTC)，即，施加以使钳口从打开构型转变到闭合构型的力。例如，一个或多个传感器21004可包括被配置成能够检测由马达消耗的电流的马达电流传感器，诸如相对于图12、图18或图19所讨论的。对于DC马达，由马达消耗的电流对应于马达扭矩(例如，马达21006的输出轴的扭矩)，其表示端部执行器21008的FTC。端部执行器21008的FTC对应于被夹持组织的组织压缩，因为其表示当端部执行器21008在组织上闭合时从端部执行器21008传输到被夹持组织的力。施加到组织的力越大，组织被压缩的程度就越大。在另一方面，一个或多个传感器21004包括设置在端部执行器21008上的第一电极，该第一电极被配置成能够从对应的第二电极接收RF信号，诸如相对于图36至图38所讨论的。组织的电阻抗可对应于其组织厚度，这继而可对应于被夹持组织的组织压缩。在又一方面，一个或多个传感器21004包括力敏换能器，该力敏换能器被配置成能够确定施加到一个或多个传感器21004的力的大小，诸如参考图24所讨论的。与上面相对于FTC的讨论类似，换能器检测到的力表示当端部执行器21008在组织上闭合时从端部执行器21008传输到被夹持组织的力。施加到组织的力越大，组织被压缩的程度就越大。用户界面21010包括被配置成能够向外科器械的用户提供反馈的装置，诸如显示器或扬声器。在其他方面，一个或多个传感器21004可包括前述传感器和能够检测与夹持在端部执行器处的组织相关联的压缩参数的其他此类传感器的各种组合。例如，端部执行器(诸如图53所示的端部执行器15200)可包括第一传感器152008a(包括力敏换能器)和第二传感器152008b(包括阻抗传感器)。
控制电路21002可被配置成能够调节端部执行器21008的钳口的闭合速率以适应不同的组织类型。控制电路21002可被配置成能够监测在初始压缩时间段内施加在组织上的压缩力(例如，FTC)或与组织的压缩相关联的另一个参数(例如，组织阻抗)，并且基于组织压缩参数的变化率来相应地调节钳口闭合速率或时间。例如，针对更多粘弹性组织而言，降低闭合速率或增加闭合时间可能是有益的，而不是在短时间段内施加总压缩力，如上文相对于图22所讨论的。
图96示出了根据本公开的至少一个方面的用于根据被夹持组织的完整性来控制外科器械的过程21050的逻辑流程图。在过程21050的以下描述中，还应当参考图95。所示过程可由例如外科器械21000的控制电路21002执行。因此，执行该过程的控制电路21002从一个或多个传感器21004接收21052与由其感测的组织压缩参数有关的数据和/或信号(例如，数字或模拟)。在各个方面，组织压缩参数可包括与正在手术的组织的特性、类型、属性和/或状态相关联的参数；与外科器械21000的内部操作和/或属性相关联的参数；或者它们的组成部分。在一个方面，组织压缩参数可包括例如端部执行器21008的FTC。在另一方面，组织压缩参数可包括例如被夹持组织的厚度。控制电路21002可接收21052作为由一个或多个传感器21004传输的一个或多个离散值的与组织压缩参数有关的数据、由一个或多个传感器21004传输的然后可与一个或多个相关联的值相关的信号等。
因此，控制电路21002确定感测到的组织压缩参数的值与一个或多个阈值相比如何，然后相应地生成响应。在一个方面，控制电路21002确定21054感测到的组织压缩参数的值与第一阈值的相对关系。例如，控制电路21002可确定21054感测到的组织压缩参数是否超过或大于第一或较高阈值。在一个方面，如果感测到的组织压缩参数超过第一阈值，则过程21050沿“是”分支继续，并且控制电路21002控制21056马达21006以增加闭合端部执行器21008的钳口所花费的时间长度。控制电路21002可通过例如以下方式来控制21056马达21006以增加钳口闭合时间：减小闭合钳口的速率，增加在初始夹持组织之后暂停钳口的移动的时间长度(即，组织蠕变等待时间)，或降低稳定阈值以结束夹持阶段。如果感测到的组织压缩参数未超过第一阈值，则过程21050沿“否”分支继续，并且在各个方面，过程21050可以结束或者过程21050可以继续，并且控制电路21002可将感测到的组织压缩的值与一个或多个附加阈值进行比较或者继续接收21052组织参数数据和/或信号。
在另一方面，控制电路21002还确定21058感测到的组织压缩参数的值与第二阈值的相对关系。例如，控制电路21002可确定21058感测到的组织压缩参数是否低于或小于第二或较低阈值。在一个方面，如果感测到的组织参数低于第二阈值，则过程21050沿“是”分支继续，并且控制电路21002经由例如用户界面21010提供21060对应的反馈。所提供的21060反馈可包括例如经由显示器提供的视觉反馈或由扬声器提供的音频反馈。在一个方面，反馈可建议用户应采取一个或多个纠正措施来改善导致感测到的组织压缩参数出乎意料地低的情况。此类纠正措施包括例如利用附属物增强(即，组织厚度补偿件)，诸如在标题为“TISSUE THICKNESS COMPENSATOR FOR A SURGICAL STAPLER”的美国专利申请No.8,657,176中所公开的，该专利申请据此以引用方式并入本文。在各个方面，附属物增强可包括可压缩材料的一层或一系列层，该层或一系列层被配置成能够适应捕集在砧座150306(图25)与钉仓150304(图25)之间的组织和/或向其施加附加的压缩力。
上面讨论的阈值可包括例如针对由一个或多个传感器21004感测的一个或多个参数的值和/或由一个或多个传感器21004感测的一个或多个参数的导数(例如，感测到的参数的时间速率变化)。在组织压缩参数包括端部执行器21008的FTC的方面，第一阈值可指示此类描绘：当高于第一阈值时，被夹持组织被认为是刚性的。由于钳口对组织的机械作用，或者对于肺组织，在再膨胀期间，刚性组织可相对容易撕裂。此外，第二阈值可指示此类描绘：当低于第二阈值时，被夹持组织被认为具有弱剪切强度(即，粘性的)。在切割构件(即，具有切割刃150182的I形梁150178)的缝合和/或击发期间，端部执行器21008可能相对难以牢固地抓持具有弱剪切强度的组织或以其他方式将其保持在适当的位置。
应当指出的是，虽然图96中的过程21050的特定示例的步骤被描绘为以特定顺序或序列发生，但此类描绘仅用于说明目的并且过程21050的特定顺序并非是刻意的，除非从上文的描述中明确需要特定步骤的特定序列。例如，在过程21050的其他方面，控制电路21002可在确定21054感测到的组织压缩参数是否超过第一或较高阈值之前确定21058感测到的组织压缩参数是否低于第二或较低阈值。
图97示出了根据本公开的至少一个方面的描绘了用于外科器械21000的示例性击发的端部执行器FTC 21104随时间21102变化的第一曲线图21100。在第一曲线图21100的以下描述中，还应当参考图95至图96。第一曲线图21100描绘了第一击发21110和第二击发21114，该第一击发和第二击发是由控制电路21002控制的外科器械21000进行的示例性击发，该控制电路执行上文相对于图96所述的过程21050。在该示例性示例中，第一阈值21106包括FTC的特定时间速率变化(即，ΔFTC)，并且第二阈值21108包括特定FTC。在各个方面，阈值21106、21108可以是固定的或预先确定的值，相对于一个或多个其他变量限定，或者由外科器械21000的用户编程或设定。
对于第一击发21110，执行图96所示的过程的控制电路21002接收21052组织压缩参数数据和/或信号，并且确定21058在时间t1处FTC降至第二阈值21108以下。因此，控制电路21002向用户提供21060反馈，包括建议用户采取某些措施和/或指示端部执行器21008正在抓持具有低剪切强度的组织。在一个方面，所提供的21060反馈可包括以下建议：建议用户松开端部执行器21008并利用施加到端部执行器21008以便增强和/或补偿低剪切强度组织的组织补偿件(例如，美国专利申请No.8,657,176中所述的组织补偿件)来重新击发外科器械21000。在一个方面，控制电路21002还可被配置成能够在FTC低于第二阈值的情况下使马达21006停止闭合端部执行器21008的钳口。在另一方面，控制电路21002可被配置成能够在FTC低于第二阈值的情况下提供让用户停止闭合端部执行器21008的钳口的建议。所提供的21060反馈可采取多种形式，包括例如在手术室显示器107、109、119(图2)和/或外科器械显示器上显示的提示、经由位于手术室中和/或外科器械上的扬声器发出的可听消息、经由外科器械的触觉反馈或它们的组合。
对于第二击发21114(其可以是在第一击发21110之后利用组织补偿件进行的击发)，执行图96所示的过程21050的控制电路21002接收21052组织压缩参数数据和/或信号，并且在闭合端部执行器21008的过程中的任何点处不确定FTC降至第二阈值以下或超过第一阈值。因此，控制电路21002不影响钳口闭合速率、不向用户提供反馈并且不采取任何其他此类动作。
图98示出了根据本公开的至少一个方面的描绘了用于外科器械21000的示例性击发的端部执行器FTC 21102随时间21104变化的第二曲线图21116。在第二曲线图21116的以下描述中，还应当参考图95至图96。第二曲线图21116描绘了第三击发21118，该第三击发是由控制电路21002控制的外科器械21000进行的示例性击发，该控制电路执行上文相对于图96所述的过程21050。在该示例性示例中，第一阈值21106包括FTC的特定时间速率变化(即，ΔFTC)。
对于第三击发21116，执行图96所示的过程的控制电路21002接收21052组织压缩参数数据和/或信号，并且确定21058在时间t2处ΔFTC超过第一阈值21106。因此，控制电路21002控制21056马达21006以增加钳口闭合时间，诸如通过降低钳口闭合速率，这对应地降低了FTC 21102增加的速率。增加钳口闭合时间可有益于例如通过防止在短时间段内在组织上施加较大量的力来避免对刚性组织造成损伤。在一个方面，第一阈值21106可包括FTC的默认变化速率(ΔFTCD)，即，外科器械21000的默认或基线FTC速率，而无需通过根据组织类型和其他此类参数的控制算法对FTC进行任何修改。在该方面，如果外科器械21000在外科规程期间经历的FTC超过FTCD，则执行过程21050的控制电路21002可控制21056马达21006以增加钳口闭合时间。
执行前述算法或过程的控制电路21002确定将由一个或多个传感器21004感测的参数与一个或多个阈值进行比较的时间可包括外科器械21000的击发行程期间的离散实例、击发行程期间的一系列离散实例和/或击发行程期间的连续时间间隔。由控制电路21002监测并与阈值进行比较的组织压缩参数可包括例如FTC值(例如，图97所示的第二阈值21108)或ΔFTC值(例如，图97至图98所示的第一阈值21106)。
在一个方面，控制电路21002还可被配置成能够存储与外科器械21000的击发相关的数据，然后任选地利用来自先前击发的数据来调节用于确定被夹持组织的组织完整性的算法。例如，来自先前击发的数据可用于调节图96所示的过程21050的第一阈值和/或第二阈值。在一个方面，外科器械21000可被配置成能够与执行态势感知系统的外科集线器106(图1至图3)配对，如上文在标题“态势感知”下所述并且如在2018年3月29日提交的标题为“SURGICAL HUB SITUATIONAL AWARENESS”的美国专利申请No.15/940,654中所述，该专利申请据此全文以引用方式并入本文。在该方面，态势感知系统可确定在外科规程期间正在手术的组织的类型，并且相应地调节用于确定被夹持组织的组织完整性的算法。在另一方面，外科器械21000可被配置成能够接收指示正在手术的组织的类型的用户输入，并且相应地调节用于确定组织完整性的算法。例如，外科器械21000可被配置成能够根据用户输入的组织类型而从默认值调节图96所示的过程21050的第一阈值和/或第二阈值。
上文所述的技术允许外科器械21000避免损伤被夹持组织并且防止由钳口闭合速率引起的操作故障(例如，畸形钉)，所述操作故障对于正在手术的组织的特定特性是不适当的或不理想的。此外，上文所述的技术改善了外科器械对外科规程的过程期间遇到的组织的特性作出适当响应的能力。
组织初始接触以确定组织类型
以不适当的闭合速率或以不适当的闭合阈值夹持组织可导致对组织的损伤(例如，由于钳口向组织施加过大的力，组织可被撕裂)和/或外科器械的操作故障(例如，由于当钉被击发时组织未被钳口固定地保持，钉可变畸形)。因此，在一些方面，外科器械被配置成能够检测被外科器械夹持的组织的特性，并且对应地调节一个或多个闭合速率、一个或多个闭合阈值和其他操作参数。此外，每次外科规程可涉及多种不同的组织类型和/或具有不同特性的组织。因此，在一些方面，外科器械被配置成能够每当组织被夹持时动态地检测组织特性并且对应地调节一个或多个闭合速率、一个或多个闭合阈值和其他操作参数。
本公开提供了至少一种解决方案，其中外科器械被配置成能够根据抵靠钳口表面的组织接触程度和在与组织的初始接触点处钳口的相对位置来表征被夹持的组织的组织类型。然后，可将钳口的闭合速率和用于调节钳口闭合速率的阈值设定为由检测到的组织接触程度和检测到的钳口位置表征的组织类型的适当水平。例如，外科器械可被配置成能够区分实质和血管，因为与血管相比，在初始接触点处实质与钳口表面的接触程度更大并以更大的角度接触钳口。然后，外科器械可控制马达以影响钳口闭合速率，并相应地影响检测到的组织类型的调节阈值。
重新参见图95，在一个方面，外科器械21000包括联接到马达21006、用户界面21010和一个或多个传感器21004的控制电路21002。马达21006联接到端部执行器21008，使得马达21006使端部执行器21008的钳口(例如，图25所示的外科器械150010的砧座150306和/或通道150302)在第一或打开构型与第二或闭合构型之间转变，如相对于图26所讨论的。一个或多个传感器21004能够可通信地联接到控制电路21002，使得控制电路21002从其接收数据和/或信号。控制电路21002能够可通信地联接到马达21006，使得控制电路21002根据例如从一个或多个传感器21004接收的数据和/或信号来控制马达21006的操作。
在各个方面，一个或多个传感器21004可被配置成能够检测组织抵靠端部执行器21008的钳口表面的物理接触。在一个方面，一个或多个传感器21004可包括沿着端部执行器21008的组织接触表面(诸如砧座和仓或通道)设置的一个或多个组织接触传感器。组织接触传感器可包括例如沿着钳口的表面顺序地布置的分段电路的多个传感器或段，每个传感器或段被配置成能够确定组织是否抵靠钳口定位，如上文参考图75至图79所讨论的。在一个方面，一个或多个传感器21004包括多个电极，每个电极被配置成能够从设置在相对钳口上的对应电极接收RF信号，诸如参考图36至图38所讨论的。因此，控制电路21002可沿端部执行器21008的长度执行连续性测试，以确定组织存在于与每个电极对应的位置处，每个电极均能够从其对应的电极接收信号(因为信号传输介质(即，组织)必须位于两个电极之间，以使电极从其对应的电极接收信号)。在另一方面，一个或多个传感器21004包括多个力敏换能器，每个力敏换能器被配置成能够确定施加到一个或多个传感器21004的力的量，诸如参考图24所讨论的。因此，控制电路21002可确定组织存在于与检测抵靠其的非零力的每个力敏换能器对应的位置处。在其他方面，一个或多个传感器21004包括多个负荷传感器、压力传感器和/或被配置成能够检测抵靠其的物理接触的其他传感器。类似于上文相对于力敏换能器的讨论，控制电路21002可确定组织存在于与每个负荷传感器、压力传感器和/或检测抵靠其的非零力的其他传感器对应的位置处。在又一方面，一个或多个传感器21004包括电流传感器，该电流传感器被配置成能够检测由马达21006消耗的电流量，诸如参考图12、图18或图19所讨论的。因此，控制电路21002可根据由马达21006消耗的电流何时增加来确定端部执行器21008的钳口初始接触组织的点，以补偿当钳口接触组织并开始抵靠其施加夹持力时马达21006所经历的增加的夹持负载，诸如相对于图83所讨论的(即，FTC随着钳口夹持组织而增加153610、153616，并且FTC对应于马达电流)。上文所述的各个方面可单独使用或与其他方面结合使用，以用于确定端部执行器21008与正被夹持的组织之间的初始接触点和/或组织与端部执行器21008之间的接触程度。
图99示出了根据本公开的至少一个方面的用于根据被夹持的组织的生理类型控制外科器械的过程21200的逻辑流程图。在过程21200的以下描述中，还应当参考图95。所示过程可由例如外科器械21000的控制电路21002执行。因此，执行所示过程21200的控制电路21002从一个或多个传感器21004(诸如上文所讨论和图100A至图101B所示的组织接触传感器)接收21202组织接触数据和/或信号。所接收21202的组织接触数据和/或信号指示组织是否正在接触传感器21004中的至少一个。因此，控制电路21002可确定21204端部执行器21008与正被夹持的组织之间的初始接触点。在一个方面，控制电路21002通过检测设置在钳口中的每个上的传感器21004中的至少一个何时检测到抵靠其的组织接触来确定21204何时发生初始组织接触。
因此，控制电路21002确定21206钳口在初始组织接触点处的位置。在一个方面，控制电路21002可通信地接到设置在端部执行器21008的钳口中的一个上的霍尔效应传感器，该霍尔效应传感器被配置成能够检测设置在相对钳口上的对应磁性元件的相对位置，诸如参考图77所讨论的。因此，控制电路21002可根据感测到的钳口之间的距离或间隙来确定21206钳口的位置。在另一方面，控制电路21002可通信地联接到位置传感器，该位置传感器被配置成能够检测闭合管的绝对或相对位置，该闭合管被配置成能够当闭合管被从第一或近侧位置被驱动到第二或远侧位置时闭合钳口，诸如参考图20至图21和图25所讨论的。因此，控制电路21002可根据感测到的闭合管的位置确定21206钳口的位置。在又一方面，控制电路21002可通信地联接到角度传感器，诸如来自Infineon Technologies的TLE5012B360°角度传感器，该角度传感器被配置成能够检测钳口中的至少一个被取向的角度。因此，控制电路21002可根据感测到的钳口被取向的角度确定21206钳口位置。
因此，控制电路21002确定21208所抓持的组织与钳口的一个或多个组织接触表面之间的接触程度。组织接触的程度可对应于已检测到组织的存在(或不存在)的传感器21004的数量或比率，诸如参考图79所讨论的。在一个方面，控制电路21002可根据已检测到组织的存在的一个或多个传感器21004与未检测到组织的存在的一个或多个传感器21004的比率来确定组织接触的程度。
因此，控制电路21002根据确定21206的钳口位置和确定21208的组织接触的程度为马达21006设定21210控制参数。马达控制参数可包括例如闭合钳口的时间和/或一个或多个闭合阈值。在一个方面，控制电路21002可被配置成能够执行运行时计算和/或访问存储器(例如，查找表)以检索与钳口的特定位置和经由各种传感器感测的特定组织接触程度相关联的马达控制参数(例如，钳口闭合速率和闭合阈值)。在各个方面，控制电路21002可控制马达21006以通过例如调节钳口从打开位置转变到闭合位置的速率、调节钳口在组织的初始夹持之后暂停的时间长度(即，组织蠕变等待时间)和/或调节结束夹持阶段的稳定阈值来调节钳口闭合时间。在各个方面，一个或多个闭合阈值可包括例如端部执行器21008的最大允许FTC或控制电路21002停止驱动钳口闭合的马达21006或采取其他动作的FTC的变化率(即，ΔFTC)，如上面在标题“确定组织完整性的压缩率”下所讨论的。然后，控制电路21002可通过过程21200根据马达控制参数集21210控制马达21206。
钳口的位置以及在与组织的初始接触点处与组织的接触程度对应于被抓持的组织的厚度或几何形状，这继而对应于组织的生理类型。因此，控制电路21002可被配置成能够区分组织类型，然后相应地设定21210马达21006的控制参数。例如，控制电路21002可被配置成能够确定实质或血管组织是否已被端部执行器21008抓持，然后设定21210适于所检测的组织类型的马达控制参数。
在一些方面，可为每种组织类型选择钳口闭合速率以将最大FTC和/或ΔFTC保持在特定闭合阈值之下，同样可为每种组织类型选择该阈值。在一个方面，控制电路21002可被配置成能够设置最小夹持速率，使得钳口的闭合运动从不永久停止。在一个方面，控制电路21002可被配置成能够控制最大暂停时间以确保钳口闭合至少以默认速率进行。在一个方面，控制电路21002可被配置成能够在外科器械21000的使用期间超过闭合阈值或将其以其他方式搁置时，停止马达21006和/或向用户提供反馈。
应当指出的是，虽然图99中的过程21200的特定示例的步骤被描绘为以特定顺序或序列发生，但此类描绘仅用于说明目的并且过程21200的特定顺序并非是刻意的，除非从上文的描述中明确需要特定步骤的特定序列。例如，在过程21200的其他方面，控制电路21002可在确定21206初始接触点处的钳口位置之前确定21208组织接触的程度。
图100A至图101B示出了根据本公开的至少一个方面的在与组织的初始接触位置和闭合位置两者处抓持实质21030和血管21032的端部执行器21008的各种侧正视图。在所描绘的方面，端部执行器21008包括沿着钳口的组织接触表面设置的多个组织接触传感器21016，这些组织接触表面包括砧座21012和通道21014。在其他方面，除了沿着外科器械21000的通道21014设置之外或代替沿着该通道设置，组织接触传感器21016可沿着仓150304(图25)设置。为简明起见，在以下描述中，组织接触传感器21016将被讨论为沿着通道21014设置；然而，应当指出的是，本文所讨论的概念同样适用于组织接触传感器21016沿着仓150304设置的方面。如上所述，组织接触传感器21016可包括例如阻抗传感器、负荷传感器、力敏换能器以及它们的组合。在外科规程中使用外科器械21000期间，组织接触传感器21016可被描绘成激活的传感器21018(即，感测组织存在的传感器)和未激活的传感器21020(即，不感测组织存在的传感器)。
图100A和图101A分别示出了端部执行器21008与实质21030和血管21032的初始接触点。在一个方面，端部执行器21008和组织之间的初始接触点可被定义为在砧座21012和通道21014两者上存在至少一个激活传感器21018的点。如上所述，可根据钳口(即，砧座21012和/或通道21014)的位置以及在与组织的初始接触点处组织与钳口之间的接触程度来区分组织类型。例如，图100A和图101A示出了可如何基于在初始组织接触点处激活的传感器21018的比例来区分实质21030和血管21032。即，相对于夹持实质21030，夹持血管21032导致更少的激活传感器21018。还应当指出的是，砧座21012和通道21014上的激活的组织传感器21018的数量不需要在初始组织接触点处相等。作为另一个示例，图100A和图101A示出了可如何基于砧座21012在初始组织接触点处相对于通道21014被取向的角度来区分实质21030和血管21032。即，砧座21012在与实质21030的初始接触点处以第一角度θ1取向，并且在与血管21032的初始接触点处以第二角度θ2取向。激活的传感器21018的比例和砧座21012被取向的角度之间的差异可单独使用或组合使用(例如，通过图99所示的过程21200)，以表征正被夹持的组织的生理类型，然后为该组织类型设定适当的钳口闭合速率、闭合阈值和其他马达控制参数。
图100B和图101B分别示出了端部执行器21008已完全夹持实质21030和血管21032的点。可以看出，当端部执行器21008夹持组织时，激活的传感器21018和未激活的传感器21020的数量或比例的变化同样可用于确定组织类型和/或组织的物理特性、组织被压缩的程度和/或砧座21012和通道21014之间的距离，以及各种其他参数。例如，血管21032在被完全夹持时变形远大于实质21030，这导致当端部执行器21008夹持血管21032时，激活的传感器21018的数量变化相对较大。在一些方面，控制电路可执行过程以根据在端部执行器21008被夹持时激活的传感器21018的数量的变化或变化率来确定组织类型(即，生理组织类型或具有某些物理特性的组织)。在一些方面，控制电路可执行过程以根据在端部执行器21008被夹持时激活的传感器21018的数量的变化或变化率来确定组织被压缩和/或变形的程度。
在其中外科器械21000包括执行上文在图99中所述的过程21200的控制电路21002的一些方面，当控制电路21002确定钳口21013已初始接触组织时，控制电路21002可被配置成能够检测或测量钳口之间的间距θ以及组织和钳口之间的组织接触的长度或程度L。闭合阈值(例如，FTC阈值或ΔFTC阈值)、初始闭合速度和一个或多个调节后的闭合速度(即，超过闭合阈值后钳口21013闭合的一个或多个闭合速度)可各自为θ和L的函数。如图100A至图100B所示，钳口间距可被定义为θ1，并且组织接触的程度可被定义为在与第一组织(例如，实质21030)的初始接触点处的L1。如图101A至图101B所示，钳口间距可被定义为θ2，并且在与第二组织(例如，血管21032)的初始接触点处，组织接触的程度可被定义为L2。因此，在θ1>θ2和L1>L2的一些方面，实质FTC阈值FTCp>血管FTC阈值FTCv；实质ΔFTC阈值ΔFTCp>血管斜率阈值ΔFTCv；并且血管初始闭合速度vV1>实质初始闭合速度vP1。下面参考图102至图103进一步详细讨论这些阈值之间的操作差异。
图102示出了根据本公开的至少一个方面的第一曲线图21300和第二曲线图21302，其分别描绘了对于抓持实质21030的外科器械21000的例示性击发，端部执行器FTC21304和闭合速度21306随时间21308的变化。在以下对第一曲线图21300和第二曲线图21302的描述中，还应当参考图95以及图99至图100B。本文所述的例示性击发是为了展示上文参考图95和图99至图100B讨论的概念，并且不应解释为以任何方式进行限制。
外科器械21000的第一次击发可由第一FTC曲线21310和对应的第一速度曲线21310’表示，它们分别示出了在第一次击发过程中FTC和闭合速度随时间的变化。第一次击发可表示例如外科器械21000的默认击发或不包括控制电路21002执行图99所示的过程21200的外科器械21000的击发。当外科器械21000的击发开始时，控制电路21002控制马达21006以开始从其打开位置驱动砧座21014，从而使砧座21012的闭合速度急剧增加21318至初始或默认的闭合速度vd1。当砧座21012从打开位置被驱动时，它与被夹持的组织接触，对于该特定的击发，该被夹持的组织是实质21030。当砧座21012在时间t0接触被夹持的组织时，FTC就在时间t1从初始FTC(例如，零)增加21312至峰值21314。在时间t1，外科器械21000的控制电路21002确定FTC已经达到或超过FTC阈值(其可为例如独立于组织类型的默认阈值)，并且控制马达21006停止砧座21012的移动，从而使闭合速度下降21320至零。砧座21012的移动可暂停持续时间p1，在此期间闭合速度保持21322为零。在暂停期间，FTC随着被夹持的组织松弛而逐渐减小21316。
外科器械21000的第二次击发可由第二FTC曲线21324和对应的第一速度曲线21324’表示，它们分别示出了在第二次击发的过程期间FTC和闭合速度随时间的变化。与第一次击发相比，第二次击发可表示例如外科器械21000的击发，包括控制电路21002执行图99所示的过程。当外科器械21000的击发开始时，控制电路21002控制马达21006以开始从其打开位置驱动砧座21014，从而使砧座21014的闭合速度急剧增加21336。由于实质21030的相对厚度和/或几何形状，组织(即，实质21030)和钳口21013之间的初始接触点在砧座21012开始被马达21006驱动后不久出现；因此，执行图99所示的过程21200的控制电路21002能够几乎立即确定实质21030正被夹持并相应地设定闭合钳口的时间、一个或多个闭合阈值以及闭合过程中相对较早点的其他闭合参数。因此，控制电路21002控制马达21006以使砧座21014的闭合速度急剧增加21336至特定于实质21320组织的初始闭合速度vp1。
当砧座21012从打开位置被驱动时，它与被夹持的组织接触，对于该特定的击发，该被夹持的组织是实质21030。当砧座21012在时间t0接触被夹持的组织时，FTC就在时间t2从初始FTC(例如，零)增加21326至第一峰值21328。应当指出的是，与第一次击发相比，FTC在第二次击发期间更缓慢地增加21326，因为执行过程21200的控制电路21002在第二次击发中选择适合于被夹持的组织的类型的第一或初始闭合速度vp1，从而与外科器械21000的未修改击发相比减少了施加在组织上的力的量。在时间t2，外科器械21000的控制电路21002确定FTC已经达到或超过FTC阈值FTCp(当控制电路21002确定实质21030组织被夹持时，该阈值已在t0时或之后由控制电路21002设定)。实质FTC阈值FTCp可表示例如可安全地或有利地施加在实质21030组织上的最大力。因此，控制电路21002控制马达21006停止砧座21012的移动，使闭合速度下降21338至零。砧座21012的移动可暂停持续时间p2，在此期间闭合速度保持21340为零。在暂停期间，FTC随着被夹持的组织松弛而逐渐减小21330。暂停持续时间p2可等于默认暂停持续时间(例如，p1)或由控制电路21002为实质21030组织选择的闭合参数。
在时间t3处暂停持续时间p2已经过去之后，控制电路21002重新接合马达21006，并恢复闭合砧座21012。因此，闭合速度增加21342至第二闭合速度vp2。在一些方面，在首先超过实质FTC阈值FTCp之后，控制电路21002将砧座21012闭合的闭合速度减小到特定于实质21030组织的第二闭合速度vp2，其中vp2<vp1。控制电路21002可被配置成能够在超过实质FTC阈值FTCp之后以较低的速度闭合砧座21012，因为这可指示组织比检测到的组织类型预期的更厚、更具刚性或以其他方式更耐受来自砧座21012的闭合力。因此，可能期望减小闭合速度以试图减小随后施加在被夹持的组织上的闭合力的量。
当砧座21012在时间t3恢复闭合时，FTC再次开始增加，直到其在时间t4达到峰值21332，并且再次达到或超过实质力阈值FTCp。在时间t4处，外科器械21000的控制电路21002确定FTC已经达到或超过FTC阈值FTCp。因此，控制电路21002控制马达21006停止砧座21012的移动，使闭合速度下降21346至零。砧座21012的移动可暂停持续时间p3，在此期间闭合速度保持21348为零。在暂停期间，FTC随着被夹持的组织松弛而逐渐减小21334。
图103示出了根据本公开的至少一个方面的第三曲线图21350和第四曲线图21352，其分别描绘了对于抓持血管21032的外科器械21000的例示性击发，端部执行器FTC21354和闭合速度21356随时间21358的变化。在以下对第三曲线图21350和第二曲线图21352的描述中，还应该参考图95、图99、图101A至图101B。本文所述的例示性击发是为了展示上文参考图95、图99、图101A至图101B讨论的概念，并且不应解释为以任何方式进行限制。
外科器械21000的第三次击发可由第三FTC曲线21360和对应的第一速度曲线21360’表示，它们分别示出了在第三次击发的过程期间FTC和闭合速度随时间的变化。第三次击发可表示例如外科器械21000的默认击发或不包括控制电路21002执行图99所示的过程的外科器械21000的击发。当外科器械21000的击发开始时，控制电路21002控制马达21006以开始从其打开位置驱动砧座21014，从而使砧座21012的闭合速度急剧增加21370至初始或默认的闭合速度vd2。初始闭合速度vd2可以等于或可以不等于图102中的初始闭合速度vd1。当砧座21012从打开位置被驱动时，它在与被夹持的组织接触之前行进一段时间，对于该特定的击发，该被夹持的组织是血管21032。应当指出的是，这与外科器械21000夹持实质21030的击发形成对比，如图102所示。当血管21032相对较薄时，砧座21012通常必须在与血管21032初始接触之前行进一段距离，而实质21032通常比血管21032厚，因此砧座21012通常几乎立即与血管21032初始接触。因此，FTC最初是平坦的21362，因为砧座21012行进一段时间而不接触组织。一旦砧座21012在时间t0接触组织，FTC就在时间t2从初始或平坦的21376FTC(例如，零)增加21364至峰值21366。在时间t2，外科器械21000的控制电路21002确定FTC已经达到或超过FTC阈值(其可为例如独立于组织类型的默认阈值)，并且控制马达21006停止砧座21012的移动，从而使闭合速度下降21372至零。砧座21012的移动可暂停持续时间p4，在此期间闭合速度保持21374为零。在暂停期间，FTC随着被夹持的组织松弛而逐渐减小21368。
外科器械21000的第四次击发可由第二FTC曲线21375和对应的第一速度曲线21375’表示，它们分别示出了在第二次击发的过程期间FTC和闭合速度随时间的变化。与第一次击发相比，第四次击发可表示例如外科器械21000的击发，包括控制电路21002执行图99所示的过程21200。当外科器械21000的击发开始时，控制电路21002控制马达21006以开始从其打开位置驱动砧座21014，从而使砧座21014的闭合速度急剧增加21386。由于血管21032的相对薄度和/或几何形状(与例如实质21030相比)，组织(即，血管21032)和钳口21013之间的初始接触点直到砧座21012已被马达21006驱动一段时间之后才出现；因此，执行图99所示的过程21200的控制电路21002不能够确定血管21032正被夹持并相应地设定闭合钳口的时间、一个或多个闭合阈值和其他适当的闭合参数，直到闭合过程已被执行一段时间。因为砧座21012不接触血管21032的较薄组织达一段时间，因此控制电路21002相应地不能够检测正被夹持的组织的类型，所以控制电路21002控制马达21006以使砧座21014的闭合速度急剧增加21386至默认速度vd。
当砧座21012从打开位置被驱动时，FTC最初是平坦的21376，因为砧座21012行进一段时间而不接触组织。一旦砧座21012在时间t0接触组织，FTC就从初始FTC(例如，零)增加21378。在接触血管21032之后，执行图99所示的过程21200的控制电路21002能够确定血管21032正被夹持并相应地设定闭合钳口的时间、一个或多个闭合阈值以及闭合过程中该点的其他闭合参数。在时间t1，控制电路21002确定ΔFTC已经达到或超过ΔFTC阈值ΔFTCv(当控制电路21002确定血管21032被夹持时，该阈值已在t0时或之后由控制电路21002设定)。血管ΔFTC阈值ΔFTCv可表示例如可安全地或有利地施加在血管21032组织上的力的最大变化率。因此，控制电路21002控制马达21006以将闭合速度下降21388至特定于血管2032组织的血管闭合速度vv1，其中vv1<vd。
当砧座21012以较低血管闭合速度vv1推进时，FTC比先前更缓慢地增加21380，直到其在时间t3达到峰值21382。在时间t3，控制电路21002确定FTC已经达到或超过FTC阈值FTCv(当控制电路21002确定血管21032被夹持时，该阈值已在t0时或之后由控制电路21002设定)。血管FTC阈值FTCv可表示例如可安全地或有利地施加在血管21032组织上的最大力。因此，控制电路21002控制马达21006停止砧座21012的移动，使闭合速度下降21932至零。砧座21012的移动可暂停持续时间p5，在此期间闭合速度保持21394为零。在暂停期间，FTC随着被夹持的组织松弛而逐渐减小21384。暂停持续时间p5可等于默认暂停持续时间(例如，p1)或由控制电路21002为血管21032组织选择的闭合参数。
总之，图102至图103突出显示了外科器械21000在有和没有控制电路21002执行图99所示的过程21200的情况下起作用的不同方式。
图104示出了根据本公开的至少一个方面的第五曲线图21400，其描绘了对于外科器械的例示性击发，端部执行器FTC 21402和闭合速度21404随时间21406的变化。在以下对第五曲线图21400的描述中，还应当参考图95以及图99至图101B。本文所述的例示性击发是为了展示上文参考图95和图99至图101B讨论的概念，并且不应解释为以任何方式进行限制。
外科器械21000的第五次击发可由第五FTC曲线21408和对应的第五速度曲线21408’表示，它们分别示出了在第五次击发的过程期间FTC和闭合速度随时间的变化。第五次击发可表示例如外科器械21000的击发，包括控制电路21002执行图99所示的过程。当外科器械21000的击发开始时，控制电路21002控制马达21006以开始从其打开位置驱动砧座21014，从而使砧座21014的闭合速度急剧增加21416，直到其稳定在21418特定闭合速度。随着砧座21012闭合，FTC增加21410，直到在特定时间达到峰值21412。FTC从峰值21412减小21414，直到组织被完全夹持，此时控制电路21002控制马达21006停止砧座21012的闭合，并且闭合速度下降21420至零。
因此，第五次击发表示外科器械21000的击发，其中在钳口21013的闭合期间没有达到或超过FTC阈值、ΔFTC阈值或任何其他闭合阈值。换句话讲，在钳口21013闭合的过程期间，第五次击发保持在所有控制参数内。因此，控制电路21002不在钳口21013闭合的过程期间暂停砧座21012、调节砧座21012的闭合速度或采取任何其他校正动作。
图105示出了根据本公开的至少一个方面的第六曲线图21422，其描绘了对于外科器械的例示性击发，端部执行器FTC 21402和闭合速度21404随时间21406的变化。在以下对第六曲线图21422的描述中，还应当参考图95以及图99至图101B。本文所述的例示性击发是为了展示上文参考图95和图99至图101B讨论的概念，并且不应解释为以任何方式进行限制。
外科器械21000的第六次击发可由第六FTC曲线21424和对应的第六速度曲线21424’表示，它们分别示出了在第六次击发的过程期间FTC和闭合速度随时间的变化。第六次击发可表示例如外科器械21000的击发，包括控制电路21002执行图99所示的过程21200。当外科器械21000的击发开始时，控制电路21002控制马达21006以开始从其打开位置驱动砧座21014，从而使砧座21014的闭合速度急剧增加21432，直到其达到特定闭合速度。随着砧座21012闭合，FTC增加21426，直到在特定时间达到峰值21428。在该特定实例中，外科器械21000的操作者选择打开外科器械21000的钳口21013，以便重新调节其中的组织。因此，闭合速度下降21434，直到其达到负闭合速度，这表明钳口21013正在被打开，以便例如容易地允许组织在钳口21013内被重新调节。闭合速度然后返回21436到零，钳口21013停止。相应地，FTC随着钳口21013从组织释放而减小21430到零。
图106示出了根据本公开的至少一个方面的第七曲线图21438，其描绘了对于外科器械的例示性击发，端部执行器FTC 21402和闭合速度21404随时间21406的变化。在以下对第七曲线图21438的描述中，还应当参考图95以及图99至图101B。本文所述的例示性击发是为了展示上文参考图95和图99至图101B讨论的概念，并且不应解释为以任何方式进行限制。
外科器械21000的第七次击发可由第七FTC曲线21440和对应的第七速度曲线21440’表示，它们分别示出了在第七次击发的过程期间FTC和闭合速度随时间的变化。第七次击发可表示例如外科器械21000的击发，包括控制电路21002执行图99所示的过程21200。当外科器械21000的击发开始时，控制电路21002控制马达21006以开始从其打开位置驱动砧座21014，从而使砧座21014的闭合速度急剧增加21450至第一闭合速度v1。随着砧座21012闭合，FTC增加21442，直到时间t1。在时间t1，控制电路21002确定ΔFTC已经达到或超过ΔFTC阈值ΔFTCT，其可以是默认的ΔFTC阈值或者是由控制电路21002根据图99所示的过程21200检测到的特定生理组织类型的ΔFTC阈值。又如，ΔFTCT可通过由外科器械2100的控制电路21002和/或另一个控制电路响应于其他感测参数或根据另一种算法执行的另一个过程来设定。例如，如果钳口闭合在图99所示的过程21200的操作参数内进行，但是外科器械21000的另一个传感器和/或过程确定被夹持的组织仍然以某种方式偏离预期参数(例如，组织比给定组织类型的预期更厚或更薄)，则相应地设定闭合钳口21013的时间、一个或多个闭合阈值和其他控制参数。在一个示例中，第二传感器在时间t1处检测到组织比预期更薄。因此，控制电路21002设定新的ΔFTCT(在该示例中，其低于先前的ΔFTCT)，控制电路21002然后确定在该时间t1处达到或超过该新值。
因此，控制电路21002控制马达21006以使砧座21012的闭合速度下降21452至第二闭合速度v2，其中v1>v2。从t1开始，闭合速度的下降导致FTC以较慢的速率增加21444。FTC增加21444，直到它在FTC阈值FTCT以下达到峰值21446，然后下降。由于在t1之后第七次击发保持在所有闭合参数内，所以闭合速度保持21454在第二闭合速度v2，直到组织被完全夹持，此时控制电路21002控制马达21006停止砧座21012的闭合，并且闭合速度下降21456至零。
图107示出了根据本公开的至少一个方面的描绘了阻抗21502随着时间21504变化的曲线图21500，以确定外科器械的钳口何时接触组织和/或钉。在第七曲线图21438的以下描述中，还应当参考图95。如上所述，被配置成能够检测由端部执行器21008夹持的组织的压缩程度和/或被配置成能够检测与组织的初始接触的一个或多个传感器21004可包括例如阻抗传感器。如由一个或多个阻抗传感器检测的组织的阻抗和/或阻抗变化率可用于确定被夹持的组织的状态。例如，如果检测到的阻抗已稳定在21506表示开路状态的阻抗ZOC处，则联接到阻抗传感器的控制电路21002可确定钳口是打开的和/或未接触组织。又如，当检测到的阻抗初始从开路阻抗ZOC减小21508时，则联接到阻抗传感器的控制电路21002可确定已与组织进行初始接触。又如，当检测到的阻抗从开路阻抗ZOC减小21510时，联接到阻抗传感器的控制电路21002可利用阻抗曲线随时间的形状和/或检测到的阻抗变化率来确定组织压缩速率和/或组织被压缩的程度。再如，如果检测到的阻抗下降21512至零，则联接到阻抗传感器的控制电路21002可确定端部执行器21008的钳口已接触钉，这使阻抗检测系统短路。
实施例
在以下实施例中阐述了本文在标题“根据感测到的闭合参数控制外科器械”下描述的主题的各个方面：
实施例1-一种外科器械，该外科器械包括端部执行器，该端部执行器包括能够在打开构型和闭合构型之间转变的钳口。外科器械还包括可操作地联接到钳口的马达。该马达被构造成能够使钳口在打开构型和闭合构型之间转变。外科器械还包括传感器，该传感器被配置成能够传输指示与钳口之间的组织相关联的组织压缩参数的至少一个信号。外科器械还包括联接到传感器和马达的控制电路。该控制电路被配置成能够接受该至少一个信号，当钳口从打开构型转变到闭合构型时基于该至少一个信号确定组织压缩参数的值，致使马达根据该组织压缩参数的值是否高于第一阈值来增加使钳口转变到闭合构型的时间，并且根据组织压缩参数的值是否低于第二阈值来提供反馈。
实施例2-根据实施例1所述的外科器械，其中组织压缩参数包括由马达施加的使钳口转变到闭合构型的力。
实施例3-根据实施例1所述的外科器械，其中组织压缩参数包括由马达施加的使钳口转变到闭合构型的力的时间变化率。
实施例4-根据实施例1、2或3所述的外科器械，其中反馈包括对于附属物增强的建议。
实施例5-根据实施例1、2、3或4所述的外科器械，其中控制电路被配置成能够通过减小马达使钳口转变到闭合构型的速率来增加使钳口转变到闭合构型的时间。
实施例6-根据实施例1、2、3或4所述的外科器械，其中控制电路被配置成能够通过在使钳口转变到闭合构型时增加马达暂停的时间长度来增加使钳口转变到闭合构型的时间。
实施例7-根据实施例1、2、3或4所述的外科器械，其中控制电路被配置成能够通过降低稳定阈值以在使钳口转变到闭合构型时使马达停止来增加使钳口转变到闭合构型的时间。
实施例8-一种外科器械，该外科器械包括端部执行器。该端部执行器包括能够在打开构型和闭合构型之间转变的钳口，以及沿钳口中的每个的组织接触表面设置的一个或多个传感器。该一个或多个传感器被配置成能够检测与组织的接触。外科器械还包括可操作地联接到钳口的马达。该马达被构造成能够使钳口在打开构型和闭合构型之间转变。外科器械还包括联接到该一个或多个传感器和马达的控制电路。该控制电路被配置成能够确定组织接触钳口的组织接触表面的初始接触点，确定在该初始接触点处钳口之间的间距，确定组织接触表面与组织之间的接触程度，致使马达以对应于在初始接触点处钳口之间的间距以及组织接触表面与组织之间的接触程度的速率使钳口转变到闭合构型，并且致使马达根据由马达施加的使钳口转变到闭合构型的力是否超过阈值来调节使钳口转变到闭合构型的速率。阈值对应于在初始接触点处钳口之间的间距以及组织接触表面与组织之间的接触程度。
实施例9-根据实施例8所述的外科器械，其中该一个或多个传感器包括压力传感器。
实施例10-根据实施例8所述的外科器械，其中该一个或多个传感器包括阻抗传感器。
实施例11-根据实施例8、9或10所述的外科器械，其中钳口之间的间距包括钳口之间的角度。
实施例12-根据实施例8、9或10所述的外科器械，其中钳口之间的间距包括钳口之间的间隙。
实施例13-一种外科器械，该外科器械包括端部执行器。该端部执行器包括钳口和接触传感器组件，该钳口被构造成能够在打开构型和闭合构型之间转变以抓持组织，该接触传感器组件被配置成能够感测抵靠该接触传感器组件的组织。外科器械还包括被配置成能够感测钳口的构型的位置传感器和联接到钳口的马达。该马达被构造成能够使钳口在打开构型和闭合构型之间转变。外科器械还包括联接到接触传感器组件、位置传感器和马达的控制电路。该控制电路被配置成能够确定组织接触钳口的初始接触点，经由位置传感器确定在初始接触点处钳口的构型，经由接触传感器组件确定在初始接触点处组织与钳口之间的组织接触量，根据在初始接触点处钳口的构型和组织接触量来设定马达使钳口转变到闭合构型的闭合速率，根据在初始接触点处钳口的构型和组织接触量来设定闭合阈值，并且根据由马达施加的力来控制马达，以使钳口相对于阈值转变到闭合构型。
实施例14-根据实施例13所述的外科器械，其中传感器组件包括压力传感器。
实施例15-根据实施例13所述的外科器械，其中传感器组件包括阻抗传感器。
实施例16-根据实施例13、14或15所述的外科器械，其中钳口的构型对应于钳口之间的角度。
实施例17-根据实施例13、14或15所述的外科器械，其中钳口的构型对应于钳口之间的间隙。
用于基于术前信息调节端部执行器参数的系统
本公开的各方面被呈现为用于调节由外科器械的控制电路所执行的闭合控制程序实现的闭合阈值和闭合速率，其中基于术前信息进行调节。调节闭合阈值可以是由计算机实现的交互式外科系统(包括一个或多个外科系统102和基于云的分析医疗系统诸如云104、204，为清楚起见，其被称为云104)执行态势感知的一个示例。例如，可基于从云104接收的或由外科集线器或外科器械确定的围术期信息将闭合阈值调节到患者特定的闭合阈值。如本文所用，围术期信息包括术前信息、术中信息和术后信息。
术前信息是指在利用外科器械执行外科操作之前接收的信息，而术中信息是指在外科操作期间(例如，在执行外科操作的步骤时)接收的信息。具体地讲，计算机实现的交互式外科系统可确定或推断用于特定手持式智能外科器械的端部执行器闭合参数，诸如适当的端部执行器闭合阈值和闭合速率算法。这种推断可基于与要执行的外科规程相关的以及与对应患者相关的上下文信息。上下文信息可包括或基于围术期信息来确定。外科器械可以是本公开中描述的任何合适的外科器械，诸如外科器械112、600、700、750、790、150010。为清楚起见，参考外科器械112。
围术期信息，诸如围术期诊断的疾病和治疗，可影响正由外科器械112处理的组织的性质或特性。例如，患者可能先前已被诊断出患有癌症并且已接受放射治疗以治疗该癌症。因此，该术前信息将表明患者的组织可具有增加的硬度特性。然而，当前应用的闭合控制程序可能无法解决这种增加的硬度。因此，使用闭合控制程序根据一般闭合速率算法来执行外科规程可由于患者组织的过度压缩而导致对组织的不必要创伤或损伤。另外，在外科操作期间，可诸如通过识别正在处理多种潜在类型的组织中的哪种组织类型来分析术中信息。不同类型的组织也可具有不同的组织特性，诸如组织硬度。因此，术中信息的变化可用于执行术中调节，作为围术期调节的替代或补充。总之，闭合控制程序可能不考虑应根据围术期信息(诸如组织类型、正在执行的外科规程和已经执行的外科步骤)来应用不同的闭合速率阈值。
当用外科器械112执行外科操作时，可能期望外科器械考虑不同的组织类型以及这些不同组织类型的各种特性。具体地讲，可能期望外科器械112在临床医生用外科器械执行外科操作之前以及在执行外科操作期间有效地确定组织类型和该组织类型的特性。
因此，在一些方面，提供了基于云的分析医疗系统(例如，计算机实现的交互式外科系统100)，其中可考虑围术期信息以确定待处理组织的类型和处理前被处理组织的特性。例如，待执行的外科规程和其他患者信息可以是在执行外科规程之前检索的术前信息的实例。先前执行的外科操作步骤、其他手术史以及组织类型的变化是可考虑的术中信息的示例。一般来讲，该围术期信息可与指示闭合参数的传感器信号结合使用，以确定、推断或调节外科器械112的端部执行器的参数(例如，闭合变化率和闭合阈值)。端部执行器可以是本公开中描述的任何端部执行器，诸如端部执行器702、151600、150300、151340、152000、152100、152150、152200、152300、152350、152400、153460、153470、153502。为清楚起见，参考端部执行器702。
分析围术期信息以获得闭合速率相关的态势感知可以多种方式实现。基于围术期信息，外科器械的控制电路诸如控制电路500、710、760、150700(上文参考图12、图15、图17，以及图29A至图29B所讨论的)可调节在所选择的闭合控制程序中使用的闭合变化率和闭合阈值输入。为清楚起见，参考控制电路500。控制电路500还可基于围术期信息来选择不同的控制程序。附加地或另选地，外科集线器诸如外科集线器106、206(为清楚起见称为外科集线器106)可从云104或外科器械112接收围术期信息。例如，外科集线器106可从云104接收患者的电子医疗记录(EMR)或基于外科器械112的组织接触或压力传感器(例如，如图24所示)确定的初始组织厚度测量结果。
然后，外科集线器106可分析所接收的围术期信息。基于该分析，外科集线器106然后可将信号发射到外科器械112以调节在所选择的闭合控制程序中使用的闭合变化率和闭合阈值输入。外科集线器106还可指示外科器械112选择不同的闭合控制程序，诸如通过控制电路选择不同的控制程序。不同控制程序的选择可基于从集线器106接收的信号或由外科器械112从集线器106接收更新的控制程序。云104还可执行用于调节闭合速率和所使用的最大阈值的分析。具体地讲，云104的处理器可分析围术期信息以确定例如用于改变对闭合控制程序的输入或选择由外科器械执行的不同的合适闭合控制程序的组织类型和特性。
这样，云104可(例如，经由集线器106)指示外科器械112应用合适的闭合速率算法和闭合最大阈值。组织类型和特性还可基于指示闭合参数的传感器信号来确定。传感器可以是组织接触或压力传感器、力传感器、马达电流传感器、位置传感器、负荷传感器或其他合适的传感器，诸如上述传感器472、474、476、630、734、736、738、744a–744e、784、788、152408、153102、153112、153118、153126、153200、153438、153448、153450a、153450b、153474。为清楚起见，参考传感器474。传感器474被配置成能够传输指示外科器械112的参数的传感器信号。一些类型的围术期信息可在确定组织类型和特性之前存储在云104中。例如，患者EMR可存储在云104的存储器(例如，云数据库)中。一般来讲，外科器械112、集线器106或云104可分析围术期信息以确定用于态势感知的组织类型和特性。
因此，基于围术期信息确定的组织类型和特性可用于主动调节闭合速率和所使用的最大阈值。即，可使用围术期信息来预测更有效的闭合参数(例如，端部执行器702参数)，使得由外科器械112应用的闭合控制程序使用考虑患者特定组织特性和正被处理的组织的类型的闭合速率和阈值。因此，使用如本文所述的闭合速率和阈值态势感知可有利地使外科器械112能够应用调节的闭合速率和阈值而不过度压缩待处理的组织。过度压缩可基于端部执行器702的第一钳口构件和第二钳口构件。第一钳口构件和第二钳口构件可分别为例如第一钳口构件152002、152152、152154和第二钳口构件152204、152254、152304。第一钳口构件和第二钳口构件也可指砧座716、766和钉仓718、768。为清楚起见，第一钳口构件被称为152002，而第二钳口构件被称为152204。第一钳口构件152002和第二钳口构件152004可限定端部执行器702的孔，该孔被限定为第一钳口构件152002和第二钳口构件152004之间的距离。
例如，当端部执行器702的孔不必要地小时，可能会由于过度压缩而发生不必要的组织损伤或创伤。减小或防止这种过度压缩可通过使用围术期信息和/或来自传感器474的传感器信号进行调节来实现。另外，可最小化在初始闭合参数测量期间施加的压缩，诸如基于负荷传感器474(测量闭合力)和定位传感器474(测量第一钳口构件152002和第二钳口构件152004的位置)。一般来讲，传感器474可被配置成能够测量由外科器械112的端部执行器702施加的闭合力。除了根据围术期信息主动推断组织特性和类型之外，外科器械112、集线器106和云104中的一者或多者可使用来自传感器474(如图12所示)的感测测量结果来验证或在必要时对施加的闭合力、闭合速率和闭合阈值进行进一步调节。具体地，接触传感器可用于确定未变形的组织厚度。另外，负荷传感器474与位置传感器474组合可用于基于所施加的分别相对于第一钳口构件152002和第二钳口构件152004的位置的闭合力来确定组织厚度。这些验证或进一步的调节可在术前或术中执行。
可连续地执行闭合参数态势感知。因此，临床医生或外科医生可持续使用围术期信息以视情况(例如，当执行外科规程的步骤时)调节端部执行器702的闭合参数(例如，闭合控制程序的闭合参数)。例如，当基于临床病史(例如，外科医生的常规做法)确定正在执行的外科规程的下一个步骤涉及血管组织时，可使用围术期信息来调节端部执行器702的闭合参数。在这种情况下，态势感知的外科器械112可以恒定的闭合变化率施加闭合力。此类围术期信息可与指示外科器械112的闭合参数的传感器信号结合使用，以调节端部执行器702的闭合参数(例如，闭合变化率和控制程序的闭合阈值)。围术期信息(诸如术中信息)可指示患者先前已通过放射治疗进行过治疗。
基于该信息，控制电路500可推断增加的组织硬度，这是可在外科规程的整个步骤中考虑的组织特性。在一个示例中，这种增加的组织硬度可以是用于补充指示组织厚度的传感器信号的围术期信息，使得可实现对更适当的端部执行器702闭合参数值的调节。围术期信息还可指示所应用的外科规程为可由存储在云104中的数据确定的叶切除术。基于对叶切除术的了解，可确定待处理(例如，缝合)的可能组织类型包括血管、支气管组织和实质组织。
因此，基于围术期信息，可在开始组织的治疗处理之前预测或推断当前正由外科器械112处理的特定组织类型和组织的特性。例如，结合治疗、诊断和患者信息考虑初始组织厚度(当前正被处理的组织首次接触端部执行器702时测量的)可使得能够推断先前被照射的实质组织正被处理。因为正被处理的组织的类型和特性可在开始外科规程之前根据上下文确定，所以在治疗处理开始之前，由外科器械112的控制电路500实施的闭合控制程序可被有利地调节(例如，通过根据推断的组织类型或特性改变输入参数)或改变(例如，通过选择不同的控制程序)。具体地，可减小最大组织闭合阈值以解决正被处理的经照射的实质的硬度和脆性。最大阈值可指可施加的最大闭合力或最大闭合变化率。此外，还可调节闭合控制程序的闭合算法，以基于识别被照射的实质应用较慢、较保守的闭合速率。
另外，可确定外科器械112是否为例如用于经照射实质的适当缝合外科器械112。如果围术期信息指示所选择的外科器械112不适用于其预期用途，则可生成警告。例如，如果可基于围术期信息推断当前正被处理的组织是支气管组织并且选择不合适的血管吻合外科器械112，则将向临床医生生成警告。一般来讲，外科器械112可基于外科器械类型、围术期信息和传感器信号之间的确定的、预测的或推断的不一致性来生成警示。此外，如上所述，术中信息也可用于在整个外科规程期间进行调节。例如，整个规程操作中的当前步骤可为处理刚性支气管组织，这通常将导致较慢的闭合速率。在初始调节之后也可进行进一步的调节。具体地，在操作期间可进行进一步的调节，例如当分析附加的术中信息(例如，感测到的信息)并且推断应修改或调节当前应用的闭合算法中施加的闭合力时，将较慢的闭合速率调节为较快的闭合速率。在某些情况下，这种调节也可在术后进行。
因此，在治疗处理开始之前或期间，可基于所确定的组织类型、组织特性和围术期信息来有利地调节闭合速率和阈值。因此，这种调节可有利地避免或最小化由过度应变导致的组织损伤，并且有利于来自缝合外科器械112的钉的适当成形。
图108和图109是根据本公开的各个方面的曲线图22000、22100，其示出了可基于围术期信息使用的各种端部执行器闭合阈值函数并且示出了经调节的端部执行器闭合控制算法。曲线图22100是曲线图22000的放大视图。在图108和图109中，在曲线图22000、22100的y轴22002、22102上指示了夹持或闭合力(FTC)，该力可被理解为施加到端部执行器702的夹持力。在x轴22004、22104上指示经过或跨越一个手术周期的时间。例如，图108的x轴22004指示周期跨度13秒。相比之下，图109的x轴22104跨度略少于2秒。如图108所示，默认的通用组织闭合阈值函数(表示为FTCd 22006)通常可应用于控制在通用外科规程中使用的外科器械112的端部执行器702闭合。
在曲线图22000、22100上还显示了比默认FTCd 22006更保守的其他阈值。然而，也可使用不太保守的阈值。如FTCL1 22008和FTCL2 22010所示，相对于默认的闭合力函数，可采用更保守的闭合阈值来减小外科器械的闭合力。FTCL1 22008和FTCL2 22010可以是存储在外科器械112、集线器106或云104的存储器中的阈值。附加地或另选地，FTCd 22006可在手术周期期间的合适点处动态调节。动态调节可由控制电路500、对应的集线器106或云104执行。另外，曲线图22000、22100指示不同闭合阈值函数FTCd、FTCL1和FTCL2 22006、22008、22010的对应斜率。由于闭合阈值可在对应的手术周期中作为时间的函数而改变，因此闭合阈值的斜率可在整个手术周期中是恒定的，或者在手术周期中视情况改变。
换句话讲，由特定闭合阈值函数定义的瞬时变化率在手术周期的不同时间范围之间可能不同。例如，特定闭合阈值函数可定义在手术周期的开始附近相对较慢的增加速率和在手术周期的中间附近相对较快的增加速率。闭合阈值函数ΔFTCd、ΔFTCL1和ΔFTCL222106、22108、22110为函数FTCd、FTCL1和FTCL2 22006、22008、22010的放大视图，并且示出了闭合阈值函数的对应斜率。在图109的方面，可以看出斜率是恒定的，尽管斜率可视情况改变。可根据所选择的闭合阈值函数来调节闭合变化率。调节的一个示例由图108和图109中的“x”示出，并且在曲线图22100的放大视图中以更大的尺寸示出。在该示例中，调节如线22012、22112所示的闭合变化率，使得它们不超过ΔFTCL2 22110。
在一个方面，外科器械112的马达诸如马达482、704a–704e、754、150082、150714可使第一钳口构件152002相对于端部执行器702的第二钳口构件152004移动。为清楚起见，参考马达482。马达482可根据由线22012、22112表示的闭合变化率和所选择的闭合阈值来移动或闭合端部执行器702。为此，控制电路500可调节由马达482消耗的电流，以基于所选择的阈值改变马达482的速度或扭矩。例如，曲线图22000、22100示出了控制电路500可如何在点“x”(如曲线图上所示)处调节马达482，使得外科器械112的闭合变化率参数改变以保持在所选择的阈值FTCL2 22010内。可基于围术期信息来选择和确定可为患者特定阈值的FTCL2 22010。
曲线图22000、22100中描绘的FTC阈值22006、22008、22010可以是由控制电路500执行的不同或相同闭合控制程序的参数。这些闭合控制程序可本地存储在外科器械112的存储器上或远程存储在集线器106或云104上。一般来讲，闭合阈值函数定义闭合阈值如何在周期中作为时间的函数而改变，从而在周期期间的任何时间点指示瞬时适用的闭合阈值。例如，闭合阈值可定义可施加以闭合端部执行器钳口的最大闭合力或所用闭合力的最大变化率。图108示出了使用阈值作为所用闭合力的最大变化率。在曲线图22000、22100上的所选择的时间点，相对于x轴22004、22104上的时间和y轴22002、22102上的FTC绘制的线22012、22112，指示在该时间点施加以闭合钳口152002、152004的瞬时力。
如线22012所示，所施加的力随时间从时间零推移到时间t1而增加，之后增加速率减慢到零，然后减慢到减小力的速率。在时间t2之前不久，下降速率要快得多。在时间t2之后，所施加的用于闭合钳口的力开始转变到零速率，然后以非零速率再次减小。如曲线图22100的线22112所示，所施加的用于闭合钳口152002、152004的闭合力在时间零到略早于0.5秒的时间(在x轴22104上示出)之间增加。在对应于曲线图22100上的“x”的时间，控制电路500可调节马达482以调节所选择的闭合算法，使得闭合的增加速率减小。这样，马达482可由控制电路500控制以保持在所选择的患者特定阈值ΔFTCL2 22110内。此外，如曲线图22100所示，在对应于“x”的时间之后，施加的闭合力的较慢增加速率变为恒定速率。
在一个方面，可在手术周期期间施加相同总量的所施加FTC。然而，闭合端部执行器所施加的力可视情况更逐渐地或立即地施加。这由变化率示出，变化率由线诸如线22012、22112的闭合变化率表示。尽管图109将三个所描绘的阈值ΔFTCd、ΔFTCL1和ΔFTCL222106、22108、22110中的每一个示出为FTCd、FTCL1和FTCL2 22006、22008、22010的放大视图，但是在一些方面，ΔFTCd、ΔFTCL1和ΔFTCL2 22106、22108、22110表示不同的闭合阈值函数。换句话讲，控制电路500可从阈值FTCd、FTCL1和FTCL2 22006、22008、22010中的任一个调节到阈值ΔFTCd、ΔFTCL1和ΔFTCL2 22106、22108、22110，这些阈值在这种情况下将是完全不同的阈值。
如上所述，闭合阈值函数的斜率有可能在一个手术周期期间改变。在这种情况下，可在整个手术周期内一致地或单独地调节动态斜率。一般来讲，闭合阈值参数调节可通过改变当前闭合控制程序的参数(例如，通过控制电路500直接改变由控制电路500实现的闭合阈值函数)或完全切换到新的闭合控制程序来实现。切换或调节可由控制电路500、集线器106或云104基于围术期信息来执行。例如，控制电路500可从当前控制程序切换到从云104接收的第二闭合控制程序。第二闭合控制程序也可从云104传输到集线器106。
如上所述，用于处理组织的外科器械112、对应的集线器106和云104中的一者或多者可用于接收、推断或确定围术期信息，以便确定、推断或预测当前正被治疗处理的组织的类型和特性。这些闭合态势感知推断和预测可用于调节闭合变化率阈值。因此，除了FTCd、ΔFTCd 22006、22106之外，曲线图22000、21000还示出了例如第二组织闭合变化率阈值函数FTCL1、ΔFTCL1 22008、22108，外科器械112所使用的闭合算法可自动结合该函数。即，外科器械112可调节对当前闭合控制程序的输入或调节至将由控制电路500执行的不同控制程序。例如，态势感知的外科集线器106可基于位于胸腔中的目标区域来确定当前应用的外科规程是肺外科规程。继而，例如，可基于来自手术室中使用的另一装置的通气输出，将胸腔推断为目标区域。因此，确定处理的组织类型是肺组织。因此，外科器械112可从先前使用的阈值FTCd 22006、22106调节为使用针对肺组织的默认闭合阈值函数FTCL1 22008、22108。此类调节可在跨越y轴22004、22104的手术周期期间进行。
例如，态势感知的外科集线器106可预测患者的肺将包括相对脆弱的组织。因此，如图108和图109所示，可将闭合阈值函数调节到较低的FTC阈值函数。闭合阈值可以是例如由端部执行器应用的最大允许FTC值或最大允许FTC变化率。肺组织的相对高硬度的推断可通过其他围术期信息来确认。例如，可分析存储在云104中的患者的EMR，以确定该患者先前已被诊断患有癌症并且已经受放射治疗。这种类型的术前信息可用于推断肺组织的组织特性，包括相对高的硬度和显著的液体含量(例如，组织中水的百分比)。
除了确认初始预测之外，围术期信息还可用于根据不准确的初始预测进行调节。例如，外科器械112可基于组织具有比其实际具有的柔韧性更大的柔韧性的错误假设来应用次优闭合算法。在这种情况下，患者病史术前信息可用作错误假设校正的一部分。一般来讲，围术期信息可与指示闭合参数的传感器信号结合使用。有利的是，围术期信息可确认基于传感器信号确定的初始闭合算法，或者可用于将初始闭合算法调节为不同的、更合适的闭合算法。例如，传感器信号可指示感测到的施加的闭合力与端部执行器702孔位置(例如，第一钳口152002相对于第二钳口152004的位置)之间的关系。这种信号可用于确定组织硬度，并可与其他围术期信息结合使用，以在外科操作之前或期间调节闭合算法。
因此，图108和图109的曲线图22000、22100示出了可基于患者特定的组织特性进一步调节默认肺组织阈值函数FTCL1。如图108和图109所示，外科器械可例如基于患者特定的围术期信息从阈值函数FTCL1 22008进一步调节为FTCL2 22010或FTCd 22006。因此，调节可发生在外科规程开始之前或外科规程期间。此外，可从FTCd 22006调节为FTCL2 22010，或者可简单地直接实现阈值函数FTCL2 22010。基于围术期信息在任何可用的闭合阈值函数之间进行调节是可能的。
虽然图108和图109示出了对较低阈值的调节，但是对较高阈值的调节也是可能的。图108和图109中所示的阈值函数可对应于可由特定闭合控制程序实现的特定控制过程。另选地，控制过程可对应于不同的闭合控制程序。例如，控制电路500可直接修改所选择的闭合控制算法本身，或者切换到不同的闭合控制算法。也就是说，可修改例如由线22012、22112表示的特定闭合控制算法或特定的所应用的闭合变化率的闭合阈值函数。基于围术期信息，可在外科规程期间执行闭合阈值函数修改。另外，除了时间之外，阈值函数也可为一些其他参数的函数，诸如所使用的钉尺寸。
附加地或另选地，闭合调节可包括仅将输入调节为闭合阈值函数。例如，如果组织特性诸如组织厚度是闭合阈值函数的输入，则围术期信息可用于预测性或推断性地修改输入，以便根据预测的或推断的组织厚度输入来修改输出闭合阈值。因此，可基于围术期信息修改所应用的闭合阈值函数。如上所述，所应用的闭合阈值函数由所应用的闭合控制算法定义。另外，可基于围术期信息来调节所施加的FTC或闭合力线22012、22112。
在一个方面，FTC或闭合力线22012、22112表示由控制电路500执行的对应闭合控制程序的闭合变化率参数。FTC线22012、22112也由所应用的闭合控制算法定义。在一个方面，如图108和图109中的“x”所示，所施加的闭合力可以在正在执行的外科规程的周期期间动态调节。这种动态调节也可以是态势感知的应用。换句话讲，可结合围术期信息以推断或预测在外科规程期间对阈值或阈值函数的调节。这样，如图108和图109所示，在对应于图108和图109中表示的“x”的一个或多个时间，所施加的FTC被调节或修改以保持在对应的瞬时闭合阈值内。总之，所应用的闭合控制算法可包括闭合阈值函数和闭合变化率，这两者均可基于围术期信息进行调节。
一般来讲，可基于正被处理组织的确定的、推断的或预测的特性或类型来执行对不同闭合阈值或不同闭合阈值函数的调节。如上所述，可基于围术期信息来确定、推断或预测组织特性或类型。对另一闭合阈值的调节可被理解为参考由外科器械112的马达482生成的最大扭矩或马达速度的变化率来调节最大阈值。围术期信息的各种实例可用于确定、推断或预测组织类型或组织特性。例如，水的量、肌肉性质和组织的脉管系统可影响将应用的闭合速率算法(包括闭合阈值)。在一个方面，这些性质以及其他组织类型和组织特性性质用于确定默认闭合阈值FTCD 22006或任何其他初始闭合控制程序参数。
因此，高脉管系统可能是用于推断具有相对低斜率的默认闭合阈值函数的组织特性。除了确定初始控制程序参数之外，如果术前信息诸如所应用的外科规程和手术史(例如，临床医生参考规程的外科步骤执行规程的典型例程)可用于推断具有高血红蛋白含量的血管组织正被靶向，则外科器械所应用的闭合变化率可被调节为较慢。因此，这些性质可用于在术前和术中确定控制程序参数。另外，围术期信息可用于确认血管组织规程中使用了合适的血管吻合器。
图110是根据本公开的一个方面的由计算机实现的交互式外科系统100调节闭合速率算法的方面的流程图22200。在步骤22202，确定当前闭合算法。这可指确定当前由外科器械112的控制电路500执行的闭合控制程序。如上文结合图108和图109所述，当前闭合算法或控制程序可包括闭合阈值函数(例如，闭合阈值参数)和所施加的闭合力(FTC)函数(例如，闭合变化率参数)。流程图22200接下来进行到步骤22204，在该步骤中接收并分析术前信息。如上所述，术前信息可包括基于组织接触传感器474的初始组织厚度、包括先前诊断和治疗的患者病史(例如，在存储在集线器或云中的患者信息EMR记录上列出)、临床病史诸如外科医生的典型外科例程、识别的外科器械和相关材料，以及识别的当前外科规程。在步骤22206，该术前信息可用于确定、推断或预测组织类型或组织特性。
例如，如由组织接触传感器474测量的未变形的初始组织厚度可用于确定初始闭合算法。术前信息诸如患者肺部病史可用于确定当前正在执行的外科规程是胸腔规程，组织类型是肺组织。该术前信息还可用于确定对初始闭合算法的调节。附加地或另选地，通过比较非治疗性(或准非治疗性)初始组织压缩测量结果和闭合构件位置测量结果(例如，端部执行器的第一钳口和第二钳口的位置)所测得的初始组织硬度也可与术前信息结合使用。从外科手术室的通气装置接收的通气术前信息还可用于推断当前规程是胸腔手术。其他术前信息也可用于进一步预测所执行的特定胸腔规程。例如，基于云中指示患者患有癌症的患者EMR记录，可在步骤22206推断胸腔规程是肺叶切除术，以切除肺叶中的癌组织。
此外，患者EMR记录还可指示，患者病史指示患者先前已接受针对癌症的放射治疗。在这种情况下，例如，可推断或预测被照射的肺组织将是刚性的，但也容易受到外科器械112施加单极RF能量的影响。这将是推断的组织特性的一个示例。另外，执行肺叶切除术的推断也可用于确定用于由外科器械112缝合的可能组织包括血管(PA/PV)、支气管和实质。在步骤22208，基于术前信息确定对当前闭合算法的调节并应用该调节。如上所述，可基于组织类型和组织特性来调节闭合阈值和所施加的FTC。例如，高组织硬度可能需要所施加的FTC的较慢且更保守的变化率(例如，如由FTC线22012、22112表示)，以及通常输出较低最大阈值的闭合阈值(例如，如由FTCL2 22010和ΔFTCL2 22110表示)。
最大阈值可指示第一钳口构件152002和第二钳口构件152004处于足以使外科器械112击发钉的位置的阈值。例如，相对较厚的组织可对应于较慢的闭合力变化率以及通常较高的最大闭合阈值。另外，可基于所确定的外科规程和临床病史来推断组织类型或结构，以用于在步骤22208处识别其他闭合算法调节。例如，主治外科医生记录的临床病史可指示首先处理血管的做法。可以推断，组织类型和结构是具有高血液含量(即，高脉管系统)的血管肺组织。基于该推断的组织类型和特性信息，可以确定对较慢的所施加FTC的变化率的调节将是有益的。总之，在步骤22208，基于推断的信息确定对当前闭合算法的调节，并且应用该调节。因此，可使用调节后的当前闭合算法并利用外科器械112来执行当前外科操作。
流程图22200然后进行到判定操作22210，在该操作处确定所识别的外科规程的任何步骤是否剩余。如果没有剩余步骤(即，对判定操作22210的回答为否)，则流程图22200在一些方面终止。然而，如果对判定操作22210的回答为是，则还存在剩余外科规程的另外步骤。因此，流程图22200的当前状态是操作中。在这种情况下，流程图进行到步骤22212，在该步骤中可接收并分析术中信息。例如，术中信息可指示在外科规程的该步骤期间处理的组织类型是实质。具体地，例如可基于临床病史推断组织是实质。该推断可结合组织接触传感器474的测量结果和负荷传感器474对闭合构件位置的测量结果进行。此外，临床病史可能表明，在用单极RF能量外科器械解剖后，主治外科医生常规地完成肺裂(肺胸膜的两倍折叠，即向内折叠至鞘肺实质)。在这种情况下，可基于先前完成的单极RF解剖推断出外科规程的当前步骤是肺实质组织。
另外，例如，外科集线器106可确定正在使用的外科器械112是否是用于实质击发的适当缝合器。初始组织接触传感器474的测量结果可指示组织相对较厚，诸如基于当端部执行器702完全打开(在最大钳口孔处)时接触第一钳口构件152002和第二钳口构件152004的长度的组织，这可与实质一致。此外，负荷传感器474对闭合构件位置的测量结果(如由闭合件与钳口孔曲线的比较来表示)可指示相对较高的组织硬度。该硬度特性可与被照射的实质一致，这是可通过参考云中的患者EMR数据来确认的预测。这样，例如在步骤22212处，传感器信号和围术期信息可结合使用。
基于该接收和分析的术中信息，可在判定操作22214处确定需要进一步调节。另一方面，如果判定操作22214处的回答为否，则流程图将返回至判定操作22210。当判定操作22214处的回答为是时，推断组织类型和组织特性，诸如确定实质组织结构和硬度特性，类似于上文在步骤22206处所述。随后，可在步骤22208处确定对当前应用的闭合算法的调节，并且应用该调节。具体地，关于正在处理刚性和脆弱的实质组织的推断可导致对所施加闭合力的更慢、更保守的变化率的调节。
因此，当前闭合算法可被调节为使闭合阈值和变化率最小化的算法。即，调节后的阈值可具有减小的最大闭合力阈值、闭合力的更渐进的变化率、闭合力阈值的减小的变化率或上述的某种组合或子组合。例如，在临床医生无意中超过闭合阈值的情况下，可设置等待时间。例如，超过闭合阈值可指示被压缩的组织或材料对于击发钉而言太厚，因此该等待时间可能是必要的。因此，等待时间可使得端部执行器702中的一些组织材料或流体能够排出或流出。在合适的等待时间后，确定组织可被适当地压缩以实现适当的端部执行器702构型，使得缝合外科器械112可击发钉。由于调节后的闭合算法更保守，因此可使用长等待时间。然而，临床医生可能能够通过手动选择外科器械112上的更快夹持协议使用来覆写该长等待时间或保守调节的闭合算法。
在步骤22208处将该修改的闭合算法应用于实质组织时，流程图再次进行到判定操作22210。在此，回答可同样为“是”，因为存在外科规程的剩余步骤。例如，叶切除术随后可进行到血管吻合步骤。同样，在步骤22212处，接收并分析术中信息。例如，外科集线器可确定临床医生已选择了血管吻合器外科器械。另外，来自组织接触传感器474的初始测量结果可指示在闭合期间几乎立即发生组织接触。此外，组织接触可被确定为包围血管吻合器112的小区域，并且被限制在吻合器112的远侧上。负荷传感器474测量结果还可指示柔顺组织结构。另外，可推断组织可具有相对低的硬度，这可与肺部肺血管一致。此外，临床病史可能表明，主治外科医生通常将血管吻合器112用于血管，作为完成肺裂之后的步骤。因此，术中信息结合例如闭合参数传感器信号可用于推断组织类型和组织特性。具体地，可基于所选血管吻合器112的特定特性来预测血管组织正在被处理。例如，初始组织接触和负荷传感器474的测量结果可确认该初始预测。
因此，在判定操作22214处可确定需要进一步调节，这使得流程图22200进行到步骤22206。在步骤22206处，可推断组织为具有相对低的组织厚度和硬度的血管组织。因此，流程图22200进行到步骤22208，在该步骤中，将先前应用的保守闭合算法调节为正常闭合算法。正常闭合算法可包括恒定的闭合变化率。另外，闭合阈值可高于用于实质组织的控制算法中使用的阈值。换句话讲，正常闭合算法可达到更高的最大施加闭合力，并且闭合变化率可比实质组织更快。外科器械还可经由合适的指示器(诸如显示特定颜色的发光二极管(LED)指示器)通知临床医生对正常闭合算法的调节。在另一个示例中，可在步骤22206处确定患者具有完成的肺裂。因此，在外科规程中还未执行实质组织的任何钉击发。响应于该确定，外科器械可提示临床医生诸如经由外科器械的显示器来确认该推断正确。然后，临床医生可手动选择用于外科规程的该步骤或阶段的适当闭合控制算法。附加地或另选地，外科器械112可默认为保守闭合算法，因为在步骤22206处执行的推断可能不是决定性的。在任何情况下，在步骤22208处应用调节后的闭合算法。
继续描述肺叶切除术示例，流程图进行到判定操作22210。在判定操作22210处，可确定存在外科规程的剩余步骤。因此，在步骤22212处，接收并分析术中信息。基于术中信息，可推断正被处理的组织类型为支气管组织。此外，初始组织接触传感器474的测量结果可指示在端部执行器702的初始闭合期间，抓持在端部执行器702之间的组织几乎立即接触第一钳口构件152002和第二钳口构件152004，并且这种接触对应于缝合外科器械112的小区域。另外，这种接触被限制在钳口构件152002、152004的两侧上。
因此，可预测这种组织接触情况对应于支气管组织。如上所述，这些初始组织接触传感器474的测量结果可以是非治疗性的或准非治疗性的。此外，闭合负荷传感器474的测量结果(如由闭合件与钳口孔曲线的比较来表示)可指示与支气管组织一致的刚性组织结构。外科规程历史表明已在外科规程中使用了血管吻合器112，这也可意味着很可能已经进行了实质钉击发并且已经发生了显著的单极RF能量使用。例如，结合临床病史考虑的该外科规程历史可用于预测外科医生正在处理支气管组织。这一预测将与外科医生将支气管缝合作为叶切除术中的最后一步的常规做法是一致的。基于在步骤22212处分析这种类型的信息和其他合适的术中信息，可在判定操作22214处确定需要进一步调节。由于对判定操作22214的回答为是，因此流程图进行到步骤22206，在该步骤中推断出被处理的组织是具有正常组织硬度和厚度的支气管组织。
在一个方面，可容易地断定被处理的组织是支气管组织，因为外科器械112仅被配置用于特定组织类型。例如，外科器械112可仅适于击发用于支气管的钉。相反地，外科器械112可仅适于击发用于实质组织的钉。在这种情况下，可由外科器械112生成警告，因为外科医生试图用专用于实质组织的钉来处理支气管组织。该警告可以是听觉警告、视觉警告或一些其他适当的警告。在另一个示例中，如果血管吻合器112被选择用于与支气管组织一起使用，则可由血管吻合器112提供警告。如上所述，可基于围术期信息来确定正被处理的组织是血管吻合器被禁用的支气管组织。类似地，当外科器械112用于与它们不兼容的组织类型或特性时，可使用其他围术期信息(诸如闭合负载和钉仓选择)来提供警告。如上所述，使用围术期信息进行的推断可结合闭合参数传感器信号进行。在所有情况下，可实施安全检查以确保正在使用的外科器械112对于正在处理的组织是安全的。
根据推断的组织类型和特性，在步骤22208处，对当前闭合算法进行调节。尽管可确定恒定的闭合速率是合适的，但闭合速率可被调节为更快或更慢，具体取决于例如所推断的支气管组织特性。可以相同或类似的方式修改闭合阈值。此外，还可调节当前闭合算法，使得如果并且当外科器械112超过瞬时适用的闭合阈值时，自动启用或建议更长的等待时间。例如，支气管组织的该等待时间可长于用于实质组织的等待时间。如上所述，例如，经由LED指示器通知外科医生对闭合算法的选定调节。临床医生也可以覆写为更长的等待时间，使得在适当的情况下可允许外科医生击发缝合器外科器械112。流程图22200然后进行到步骤22212，在该步骤中可确定不存在剩余外科规程的另外步骤。
在一个方面，流程图22200可由控制电路实现。然而，在其他方面，流程图22200可由外科集线器106或云104实现。另外，虽然步骤22204和22212分别根据术前信息和术中信息进行描述，但它们并不限于这种方式。具体地，通常可接收和分析围术期信息，而不是特定的术前或术中信息。如上所述，围术期信息涵盖术前、术中和术后信息。此外，传感器信号可与围术期信息结合用于上下文和推断性闭合算法调节。
实施例
在以下实施例中阐述了本文在标题“用于基于术前信息调节端部执行器参数的系统”下描述的主题的各个方面：
实施例1-一种外科系统，该外科系统包括外科器械。该外科器械包括端部执行器，该端部执行器包括第一钳口和第二钳口。第一钳口被构造成能够相对于第二钳口移动。外科器械还包括马达，该马达被构造成能够根据闭合变化率参数和闭合阈值参数相对于第二钳口移动第一钳口。外科器械还包括传感器，该传感器被配置成能够传输指示端部执行器的闭合参数的传感器信号。外科系统还包括通信地联接到传感器的控制电路。控制电路被配置成能够接收围术期信息，其中围术期信息包括围术期疾病、围术期治疗和外科规程的类型中的一者或多者。控制电路还被配置成能够从传感器接收传感器信号，并且基于围术期信息和传感器信号来确定对闭合变化率参数和闭合阈值参数的调节。
实施例2-根据实施例1所述的外科系统，其中控制电路还被配置成能够基于围术期信息和传感器信号中的一者或多者来确定待由外科器械处理的组织的特性。
实施例3-根据实施例2所述的外科系统，其中组织特性包括组织类型特性、肌肉特性、脉管系统特性、水含量特性、硬度特性和厚度特性中的一者或多者。
实施例4-根据实施例1、2或3所述的外科系统，其中控制电路还被配置成能够基于对闭合变化率参数和闭合阈值参数的所确定的调节来改变马达的速度。
实施例5-根据实施例1、2、3或4所述的外科系统，其中控制电路还被配置成能够基于外科器械的类型与围术期信息和传感器信号中的一者或多者之间的不一致性来生成警示。
实施例6-根据实施例1、2、3、4或5所述的外科系统，其中围术期信息还包括待由外科器械处理的组织的类型、组织特性、临床病史以及与外科器械一起使用的钉仓的类型中的一者或多者。
实施例7-根据实施例1、2、3、4、5或6所述的外科系统，其中闭合阈值参数是最大闭合力阈值，并且控制电路还被配置成能够基于达到最大闭合力阈值而禁用马达达预先确定的时间段。
实施例8-一种外科系统，该外科系统包括外科集线器，该外科集线器被配置成能够接收从云计算系统的远程数据库传输的围术期信息。外科集线器通信地联接到云计算系统。外科系统还包括通信地联接外科集线器的外科器械。该外科器械包括端部执行器，该端部执行器包括第一钳口和第二钳口。第一钳口被构造成能够相对于第二钳口移动。端部执行器还包括马达，该马达被构造成能够根据从外科集线器接收的闭合控制程序的闭合变化率参数和闭合阈值参数相对于第二钳口移动第一钳口。端部执行器还包括传感器，该传感器被配置成能够传输指示端部执行器的闭合参数的传感器信号。外科集线器还被配置成能够从传感器接收传感器信号，并且基于围术期信息和传感器信号来确定对闭合变化率参数和闭合阈值参数的调节。
实施例9-根据实施例8所述的外科系统，其中闭合控制程序是第一闭合控制程序，外科集线器还被配置成能够将第二闭合控制程序传输到外科器械，并且第二闭合控制程序限定对闭合变化率参数的调节和对闭合阈值参数的调节。
实施例10-根据实施例9所述的外科系统，其中云计算系统被配置成能够将第二闭合控制程序传输到外科集线器，并且对闭合变化率参数的调节以及对第二控制程序的闭合阈值参数的调节基于围术期信息来调节。
实施例11-根据实施例8、9或10所述的外科系统，其中外科器械被配置成能够基于外科器械的类型与围术期信息和传感器信号中的一者或多者之间的不一致性来生成警示。
实施例12-根据实施例8、9、10或11所述的外科系统，其中闭合阈值参数是最大闭合力阈值，并且外科集线器还被配置成能够基于达到最大闭合力阈值而禁用马达达预先确定的时间段。
实施例13-根据实施例8、9、10、11或12所述的外科系统，其中围术期信息包括围术期疾病、围术期治疗、外科规程的类型、临床病史、外科器械的类型、正由外科器械处理的组织的类型以及组织的特性中的一者或多者。
实施例14-根据实施例9所述的外科系统，其中外科集线器还被配置成能够基于对闭合变化率参数和闭合阈值参数的所确定的调节来改变马达的速度。
实施例15-一种外科器械，该外科器械包括端部执行器，该端部执行器包括第一钳口和第二钳口。第一钳口被构造成能够相对于第二钳口移动。外科器械还包括马达，该马达被构造成能够根据从外科集线器接收的第一闭合控制程序的闭合变化率参数和闭合阈值参数相对于第二钳口移动第一钳口。外科器械还包括传感器，该传感器被配置成能够传输指示端部执行器的闭合参数的传感器信号，以及通信地联接到传感器和马达的控制电路。控制电路被配置成能够从传感器接收传感器信号，并且基于围术期信息和传感器信号来确定对闭合变化率参数和闭合阈值参数的调节。
实施例16-根据实施例15所述的外科系统，其中外科器械被配置成能够基于外科器械的类型与围术期信息和传感器信号中的一者或多者之间的不一致性来生成警示。
实施例17-根据实施例15或16所述的外科系统，其中控制电路还被配置成能够从第一闭合控制程序切换到从云计算系统接收的第二闭合控制程序，并且基于第二闭合控制程序改变马达的速度。
实施例18-根据实施例15、16或17所述的外科系统，其中控制电路还被配置成能够基于围术期信息和传感器信号中的一者或多者来确定待由外科器械处理的组织的特性和类型。
实施例19-根据实施例15、16、17或18所述的外科系统，其中闭合阈值参数是最大闭合力阈值。
实施例20-根据实施例19所述的外科系统，其中闭合阈值参数是最大闭合力阈值。
在各个方面，根据本公开的传感器阵列的传感器可被放置于钉仓上。粘合剂掩模可在预先确定的位置处嵌入有传感器。在各个方面，传感器附接到钉仓上的凸耳，使得传感器被定位成高于钉仓的仓平台，以确保与组织接触。例如，可使用丝网印刷技术在聚酯基底上大量形成粘合剂掩模。导电垫可印刷到共同位置。
在各种示例中，除了检测到与癌组织的接近度之外，本公开的端部执行器还可被配置成能够靶向特定组织中的特定癌症类型。如在Altenberg B和Greulich KO，Genomics，第84卷，第2004期，第1014-1020页的杂志出版物(其全文以引用方式并入本文)中所指出的，某些癌症通过糖酵解基因的过表达来表征，而其他癌症不通过糖酵解基因的过表达来表征。因此，本公开的端部执行器可配备有对某些癌组织具有高特异性的传感器阵列，这些癌组织通过糖酵解基因的过表达来表征，诸如肺癌或肝癌。
在各个方面，根据本公开的传感器阵列的传感器读数由外科器械传送到外科集线器(例如，外科集线器106、206)，以用于附加分析和/或用于态势感知。
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发射以机器(例如，计算机)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、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设备的电子电路(如，至少部分地实施本文所述的方法和/或设备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/或设备的由计算机程序配置的微处理器)、形成存储器设备(如，形成随机存取存储器)的电子电路，和/或形成通信设备(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设备中硬编码(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”等的讨论是指计算机系统或类似的电子计算设备的动作和进程，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他此类信息存储、传输或显示设备内的物理量的其他数据。
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、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。
术语“包括(comprise)”(以及“包括(comprise)”的任何形式，诸如“包括(comprises)”和“包括(comprising)”)、“具有(have)”(以及“具有(have)”的任何形式，诸如“具有(has)”和“具有(having)”)、“包含(include)”(以及“包含(include)”的任何形式，诸如“包含(includes)”和“包含(including)”)、以及“含有(contain)”(以及“含有(contain)”的任何形式，诸如“含有(contains)”和“含有(containing)”)为开放式系动词。因此，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个元件的外科系统、装置、或设备具有这些一个或多个元件，但不限于仅具有这些一个或多个元件。同样，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个特征部的系统、装置、或设备的元件具有那些一个或多个特征部，但不限于仅具有那些一个或多个特征部。
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。
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。
Claims (20)
1.一种外科系统，包括：
控制电路；
外科器械，所述外科器械包括：
多个部件，所述多个部件以可互换的方式连接到所述外科器械，其中所述外科器械的所述多个部件中的每个部件具有装置参数，所述装置参数识别所述多个部件中的每一个对应部件；以及
传感器，所述传感器被配置成能够：
检测与所述外科器械的提议的功能相关联的组织参数；以及
将所检测到的组织参数传输到所述控制电路；
其中所述控制电路被配置成能够：
检测所述多个部件中的部件与所述外科器械的连接；
基于和连接的部件相关的装置参数来记录和所述连接的部件的识别相关的独特标识符；
基于所述独特标识符确定用于所述连接的部件的由系统限定的约束；以及
和所述由系统限定的约束协作分析检测到的组织参数，其中所述由系统限定的约束包括和每一项传输的装置参数相关的预定组织参数和预定组织参数范围中的至少一者；以及
用户界面，所述用户界面被配置成能够基于分析结果指示包括所述多个部件的所述外科器械是否适于执行所提议的功能。
2.根据权利要求1所述的外科系统，其中所检测到的组织参数包括组织的类型、组织的厚度、组织的硬度、组织的位置或组织的血管形成中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的外科系统，其中所述外科器械的所述多个部件包括钉仓，并且其中所述装置参数包括所述钉仓的类型，所述钉仓的颜色、所述钉仓的附属物、所述钉仓的夹持负载极限、所述钉仓的间隙范围和所述钉仓的击发速率中的至少一者。
4.根据权利要求1所述的外科系统，其中所述外科器械的所述多个部件包括端部执行器，并且其中所检测到的组织参数包括所述端部执行器在组织上的闭合角度、与所述端部执行器的组织接触表面接触的所述组织的长度和将所述组织压缩在所述端部执行器内的力中的至少一者。
5.根据权利要求4所述的外科系统，其中所述控制电路还被配置成能够基于所述至少一个检测到的组织参数来将所述组织识别为实质、血管或支气管。
6.根据权利要求1所述的外科系统，其中所述控制电路还被配置成能够推荐与所述外科器械一起使用的至少一个另选部件以执行所提议的功能。
7.根据权利要求1所述的外科系统，其中所述外科系统还包括第二传感器，所述第二传感器被配置为检测所述多个部件中的每一个部件的每一项装置参数，其中每一项装置参数对应于相应的部件的特性。
8.根据权利要求1所述的外科系统，其中所述控制电路还被配置成能够在超过所述系统限定的约束时防止所提议的功能。
9.根据权利要求8所述的外科系统，其中所述用户界面包括用户界面元素，所述用户界面元素能够被选择以覆写所述控制电路，从而允许所述外科器械的所提议的功能。
10.根据权利要求1所述的外科系统，其中所述外科器械的所提议的功能包括夹持组织、凝结组织、切割组织和缝合组织中的一者或多于一者。
11.根据权利要求1所述的外科系统，还包括通信地联接到所述外科器械的外科集线器，其中所述外科集线器包括所述控制电路。
12.根据权利要求11所述的外科系统，其中所述外科器械或所述外科集线器中的一者包括所述用户界面。
13.一种外科系统，包括：
外科集线器，所述外科集线器和云计算系统通信；
通信地联接到所述外科集线器的外科器械，所述外科器械包括：
多个部件，所述多个部件以可互换的方式连接到所述外科器械，其中所述外科器械的所述多个部件中的每个部件具有装置参数，所述装置参数识别所述多个部件中的每一个对应部件；以及
传感器，所述传感器被配置成能够：
检测与所述外科器械的提议的功能相关联的组织参数；以及
将所检测到的组织参数传输到所述外科集线器；
其中所述外科集线器包括：
处理器；以及
联接到所述处理器的存储器，所述存储器存储指令，所述指令能够由所述处理器执行以：
检测所述多个部件中的部件与所述外科器械的连接；
基于和连接的部件相关的连接的装置参数来记录和所述连接的部件的识别相关的独特标识符；
基于所述独特标识符确定用于所述连接的部件的由系统限定的约束；以及
和所述由系统限定的约束协作分析检测到的组织参数，其中所述由系统限定的约束包括和每一项传输的装置参数相关的预定组织参数和预定组织参数范围中的至少一者；以及
用户界面，所述用户界面被配置成能够基于分析结果指示包括所述多个部件的所述外科器械是否适于执行所提议的功能。
14.根据权利要求13所述的外科系统，其中所检测到的组织参数包括组织的类型、组织的厚度、组织的硬度、组织的位置或组织的血管形成中的至少一者。
15.根据权利要求13所述的外科系统，其中所述外科器械的所述多个部件包括钉仓，并且其中所述装置参数包括所述钉仓的类型，所述钉仓的颜色、所述钉仓的附属物、所述钉仓的夹持负载极限、所述钉仓的间隙范围和所述钉仓的击发速率中的至少一者。
16.根据权利要求13所述的外科系统，其中所述外科器械的所述多个部件包括端部执行器，并且其中所检测到的组织参数包括所述端部执行器在组织上的闭合角度、与所述端部执行器的组织接触表面接触的所述组织的长度和将所述组织压缩在所述端部执行器内的力中的至少一者。
17.根据权利要求13所述的外科系统，其中所述指令还能够由所述外科集线器的所述处理器执行以推荐与所述外科器械一起使用的至少一个另选部件来执行所提议的功能。
18.根据权利要求13所述的外科系统，其中所述指令还能够由所述外科集线器的所述处理器执行以在超过所述系统限定的约束时防止所提议的功能。
19.一种非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质存储计算机可读指令，所述计算机可读指令在被执行时致使机器：
检测多个部件中的部件与外科器械的连接；
基于由连接的部件发送到所述机器的装置参数来记录和所述连接的部件的识别相关的独特标识符；
基于所述独特标识符确定用于所述连接的部件的由系统限定的约束；以及
和所述由系统限定的约束协作分析检测到的组织参数，其中所检测到的组织参数还与所述外科器械的提议的功能相关联，外科系统包括外科器械，所述外科器械包括：
多个部件，所述多个部件以可互换的方式连接到所述外科器械，其中每个部件被构造成能够将相应的装置参数传输到所述机器；以及
传感器，所述传感器被配置成能够检测所检测到的组织参数并将所检测到的组织参数传输到所述机器，其中所述由系统限定的约束包括和每一项传输的装置参数相关的预定组织参数和预定组织参数范围中的至少一者；以及
用户界面，其中所述用户界面基于分析结果提供包括所述多个部件的所述外科器械是否适于执行所述外科器械的所提议的功能的指示。
20.根据权利要求19所述的非暂态计算机可读介质，其中所述指令在被执行时还致使所述机器：
在所述用户界面上生成覆写元素，其中所述覆写元素能够被选择以允许所述外科器械的所提议的功能。
Applications Claiming Priority (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201762611340P | 2017-12-28 | 2017-12-28 | |
| US201762611341P | 2017-12-28 | 2017-12-28 | |
| US201762611339P | 2017-12-28 | 2017-12-28 | |
| US62/611,339 | 2017-12-28 | ||
| US62/611,340 | 2017-12-28 | ||
| US62/611,341 | 2017-12-28 | ||
| US201862691227P | 2018-06-28 | 2018-06-28 | |
| US62/691,227 | 2018-06-28 | ||
| US16/024,083 | 2018-06-29 | ||
| US16/024,083 US11696760B2 (en) | 2017-12-28 | 2018-06-29 | Safety systems for smart powered surgical stapling |
| PCT/IB2018/057326 WO2019130086A1 (en) | 2017-12-28 | 2018-09-21 | Safety systems for smart powered surgical stapling |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111512388A CN111512388A (zh) | 2020-08-07 |
| CN111512388B true CN111512388B (zh) | 2024-01-30 |
Family
ID=63832460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201880084505.7A Active CN111512388B (zh) | 2017-12-28 | 2018-09-21 | 用于智能电动外科缝合的安全系统 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7342004B2 (zh) |
| CN (1) | CN111512388B (zh) |
| BR (1) | BR112020013091A2 (zh) |
| WO (1) | WO2019130086A1 (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115443108A (zh) * | 2019-12-23 | 2022-12-06 | 柯惠Lp公司 | 手术程序指导系统 |
| CN114326921B (zh) * | 2021-12-23 | 2022-05-20 | 极限人工智能有限公司 | 运动趋势检测方法、装置、电子设备及存储介质 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016514017A (ja) * | 2013-03-13 | 2016-05-19 | エシコン・エンド−サージェリィ・インコーポレイテッドＥｔｈｉｃｏｎ Ｅｎｄｏ−Ｓｕｒｇｅｒｙ，Ｉｎｃ． | ステープルカートリッジの組織厚感知器システム |
| CN106456163A (zh) * | 2014-03-26 | 2017-02-22 | 伊西康内外科有限责任公司 | 包括交互式系统的外科器械 |
| CN106456170A (zh) * | 2014-03-26 | 2017-02-22 | 伊西康内外科有限责任公司 | 利用传感器适配的外科器械 |
| CN106456172A (zh) * | 2014-03-26 | 2017-02-22 | 伊西康内外科有限责任公司 | 包括传感器系统的外科器械 |
Family Cites Families (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3230615B2 (ja) * | 1992-11-30 | 2001-11-19 | オリンパス光学工業株式会社 | 触診装置 |
| EP2404555B1 (en) * | 2002-04-16 | 2017-03-15 | Covidien LP | Surgical stapler and method |
| US10588629B2 (en) | 2009-11-20 | 2020-03-17 | Covidien Lp | Surgical console and hand-held surgical device |
| US7717312B2 (en) | 2005-06-03 | 2010-05-18 | Tyco Healthcare Group Lp | Surgical instruments employing sensors |
| US7995045B2 (en) | 2007-04-13 | 2011-08-09 | Ethicon Endo-Surgery, Inc. | Combined SBI and conventional image processor |
| US7982776B2 (en) | 2007-07-13 | 2011-07-19 | Ethicon Endo-Surgery, Inc. | SBI motion artifact removal apparatus and method |
| US8012170B2 (en) | 2009-04-27 | 2011-09-06 | Tyco Healthcare Group Lp | Device and method for controlling compression of tissue |
| WO2010088481A1 (en) | 2009-01-30 | 2010-08-05 | The Trustees Of Columbia University In The City Of New York | Controllable magnetic source to fixture intracorporeal apparatus |
| US8740038B2 (en) | 2010-09-30 | 2014-06-03 | Ethicon Endo-Surgery, Inc. | Staple cartridge comprising a releasable portion |
| US9072535B2 (en) | 2011-05-27 | 2015-07-07 | Ethicon Endo-Surgery, Inc. | Surgical stapling instruments with rotatable staple deployment arrangements |
| US10098527B2 (en) | 2013-02-27 | 2018-10-16 | Ethidcon Endo-Surgery, Inc. | System for performing a minimally invasive surgical procedure |
| US20140263552A1 (en) | 2013-03-13 | 2014-09-18 | Ethicon Endo-Surgery, Inc. | Staple cartridge tissue thickness sensor system |
| US9888919B2 (en) | 2013-03-14 | 2018-02-13 | Ethicon Llc | Method and system for operating a surgical instrument |
| EP3041427A4 (en) | 2013-09-06 | 2017-05-31 | Brigham and Women's Hospital, Inc. | System and method for a tissue resection margin measurement device |
| US20140035762A1 (en) * | 2013-10-01 | 2014-02-06 | Ethicon Endo-Surgery, Inc. | Providing Near Real Time Feedback To A User Of A Surgical Instrument |
| US9301691B2 (en) * | 2014-02-21 | 2016-04-05 | Covidien Lp | Instrument for optically detecting tissue attributes |
| US9554854B2 (en) | 2014-03-18 | 2017-01-31 | Ethicon Endo-Surgery, Llc | Detecting short circuits in electrosurgical medical devices |
| US20160066913A1 (en) * | 2014-09-05 | 2016-03-10 | Ethicon Endo-Surgery, Inc. | Local display of tissue parameter stabilization |
| AU2016200084B2 (en) * | 2015-01-16 | 2020-01-16 | Covidien Lp | Powered surgical stapling device |
| US10441279B2 (en) * | 2015-03-06 | 2019-10-15 | Ethicon Llc | Multiple level thresholds to modify operation of powered surgical instruments |
| US10052044B2 (en) | 2015-03-06 | 2018-08-21 | Ethicon Llc | Time dependent evaluation of sensor data to determine stability, creep, and viscoelastic elements of measures |
| US11607239B2 (en) * | 2016-04-15 | 2023-03-21 | Cilag Gmbh International | Systems and methods for controlling a surgical stapling and cutting instrument |
-
2018
- 2018-09-21 WO PCT/IB2018/057326 patent/WO2019130086A1/en active Application Filing
- 2018-09-21 BR BR112020013091-5A patent/BR112020013091A2/pt unknown
- 2018-09-21 CN CN201880084505.7A patent/CN111512388B/zh active Active
- 2018-09-21 JP JP2020535569A patent/JP7342004B2/ja active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016514017A (ja) * | 2013-03-13 | 2016-05-19 | エシコン・エンド−サージェリィ・インコーポレイテッドＥｔｈｉｃｏｎ Ｅｎｄｏ−Ｓｕｒｇｅｒｙ，Ｉｎｃ． | ステープルカートリッジの組織厚感知器システム |
| CN106456163A (zh) * | 2014-03-26 | 2017-02-22 | 伊西康内外科有限责任公司 | 包括交互式系统的外科器械 |
| CN106456170A (zh) * | 2014-03-26 | 2017-02-22 | 伊西康内外科有限责任公司 | 利用传感器适配的外科器械 |
| CN106456172A (zh) * | 2014-03-26 | 2017-02-22 | 伊西康内外科有限责任公司 | 包括传感器系统的外科器械 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7342004B2 (ja) | 2023-09-11 |
| CN111512388A (zh) | 2020-08-07 |
| JP2021509042A (ja) | 2021-03-18 |
| WO2019130086A1 (en) | 2019-07-04 |
| BR112020013091A2 (pt) | 2020-12-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111566743B (zh) | 用于检测端部执行器组织分布不规则性的外科系统 | |
| US10695081B2 (en) | Controlling a surgical instrument according to sensed closure parameters | |
| US10595887B2 (en) | Systems for adjusting end effector parameters based on perioperative information | |
| CN111542894B (zh) | 用于智能电动外科缝合的安全系统 | |
| EP3508140B1 (en) | Variable output cartridge sensor assembly | |
| US20220323092A1 (en) | Surgical systems for detecting end effector tissue distribution irregularities | |
| JP7263367B2 (ja) | 外科用器具カートリッジセンサアセンブリ | |
| US20210059674A1 (en) | Surgical instrument cartridge sensor assemblies | |
| JP7322030B2 (ja) | 可変出力カートリッジセンサアセンブリ | |
| JP7451420B2 (ja) | ステープル留め装置内で組織を圧縮し、同時にジョー内の組織の位置を表示する外科システム | |
| JP2023106542A (ja) | 周術期情報に基づいてエンドエフェクタパラメータを調節するためのシステム | |
| CN111512388B (zh) | 用于智能电动外科缝合的安全系统 | |
| CN111556728B (zh) | 根据感测到的闭合参数控制外科器械 | |
| US20240023960A1 (en) | Safety systems for smart powered surgical stapling |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |