CN111526830A - 包括用于交互式外科平台的分段控制电路的排烟系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了外科系统，所述外科系统可包括用于从外科部位排抽烟雾、流体和/或颗粒的排抽系统。外科排抽系统可以是智能的，并且可包括用于检测例如外科系统、排抽系统、外科规程、外科部位和/或患者组织的一种或多种特性的一个或多个传感器。外科系统可包括分段控制电路，操作外科排抽系统中的分段控制电路的方法可包括激活包括主处理器和安全处理器的第一区段。使第一区段执行第一功能。激活第二区段，其中第二区段包括感测电路和显示器电路。激活第三区段，其中第三区段包括马达控制电路和马达。
Description
相关申请的交叉引用
本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“COMMUNICATION OF SMOKE EVACUATION SYSTEM PARAMETERS TO HUB OR CLOUD INSMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/691,257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 SEPARABLE ARRAY ELEMENTS”的美国临时专利申请序列号62/650,898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”的美国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“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“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS”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“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
本发明涉及外科系统及其排抽器。外科排烟器被配置成能够从外科部位排抽烟雾以及流体和/或颗粒。例如，在涉及能量装置的外科规程期间，可在外科部位处生成烟雾。
发明内容
本公开提供了用于包括用于交互式外科平台的分段控制电路的排烟系统的新的创新方法和系统。示例性方法包括激活包括主处理器和安全处理器的第一区段。使第一区段执行第一功能。激活第二区段，其中第二区段包括感测电路和显示器电路。激活第三区段，其中第三区段包括马达控制电路和马达。
示例性系统包括控制电路，该控制电路包括多个区段，该多个区段包括第一区段、第二区段和第三区段。第一区段包括主处理器和安全处理器，其中该主处理器耦接到存储器，并且该存储器存储能够由主处理器执行的指令，以在第二区段和第三区段通电之前使第一区段通电，从而在第一区段执行第一功能之后使第二区段和第三区段通电。第二区段包括感测电路和显示器电路，并且第三区段包括马达控制电路和马达。
本文所公开的方法和系统的附加特征和优点在以下具体实施方式和附图中描述，并且在阅读以下具体实施方式和附图之后将显而易见。
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是根据本公开的至少一个方面的外科排抽系统的排抽器外壳的透视图。
图2是根据本公开的至少一个方面的外科排抽电外科工具的透视图。
图3是根据本公开的至少一个方面的可释放地固定到电外科笔的外科排抽工具的正视图。
图4是示出了根据本公开的至少一个方面的外科排抽系统的排抽器外壳内的内部部件的示意图。
图5是根据本公开的至少一个方面的包括排烟器的电外科系统的示意图。
图6是根据本公开的至少一个方面的外科排抽系统的示意图。
图7是根据本公开的至少一个方面的包括外科排抽系统的外科系统的透视图。
图8是根据本公开的至少一个方面的图7的外科排抽系统的排抽器外壳的透视图。
图9是根据本公开的至少一个方面的图8的排抽器外壳中的承窝沿图8中所示的平面的正视剖视图。
图10是根据本公开的至少一个方面的用于排抽系统的过滤器的透视图。
图11是根据本公开的至少一个方面的图10的过滤器沿该过滤器的中心纵向平面截取的透视剖视图。
图12是根据本公开的至少一个方面的用于外科排抽系统(诸如图7的外科排抽系统)的泵。
图13是根据本公开的至少一个方面的外科排抽系统的一部分的透视图。
图14是根据本公开的至少一个方面的图13的外科排抽系统的流体捕集器的前透视图。
图15是根据本公开的至少一个方面的图14的流体捕集器的后透视图。
图16是根据本公开的至少一个方面的图14的流体捕集器的正视剖视图。
图17是根据本公开的至少一个方面的图14的流体捕集器的正视剖视图，其中为清楚起见移除了部分，并且示出了被捕获在该流体捕集器内的液体和流过该流体捕集器的烟雾。
图18是根据本公开的至少一个方面的排抽系统的排抽器外壳的示意图。
图19是根据本公开的至少一个方面的另一排抽系统的排抽器外壳的示意图。
图20示出了根据本公开的至少一个方面的与各种其他模块和装置通信的排烟系统。
图21示出了根据本公开的至少一个方面的外科集线器、云、排烟模块和/或各种其他模块A、B和C之间的互连性的示例性流程图。
图22示出了根据本公开的至少一个方面的与各种其他模块和装置通信的排烟系统。
图23示出了根据本公开的至少一个方面的分段控制电路的一个方面。
图24公开了根据本公开的至少一个方面的操作排烟模块的控制电路部分以便分阶段地使分段控制电路通电的方法。
图25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26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27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28为根据本公开的至少一个方面的外科集线器壳体和可滑动地容纳在外科集线器壳体的抽屉中的组合发生器模、块的局部透视图。
图29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30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容纳多个模块。
图31示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够容纳多个模块的竖直模块化外壳。
图32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33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34示出了根据本公开的至少一个方面的包括耦接到模块化控制塔的多个模块的外科集线器。
图35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36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37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38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39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40示出了根据本公开的至少一个方面的包括多个马达的外科器械或工具，该多个马达可被激活以执行各种功能。
图41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42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43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44为根据本公开的至少一个方面的被配置成能够除了其他益处之外还提供无电感器调谐的发生器的简化框图。
图45示出了根据本公开的至少一个方面的发生器的一个示例(其为图44的发生器的一种形式)。
图46为根据本公开的一个方面的示出外科集线器的态势感知的时间线。
具体实施方式
本专利申请的申请人拥有于2018年6月29日提交的以下美国专利申请，这些专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文：
·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 EVACUATION SENSING 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；
·美国专利申请序列号__________，其标题为“SURGICAL EVACUATION SYSTEMWITH A COMMUNICATION CIRCUIT FOR COMMUNICATION BETWEEN A FILTER AND A SMOKEEVACUATION DEVICE”，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，这些专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国临时专利申请序列号62/691,228，其标题为“A Method of usingreinforced flex circuits with multiple sensors with electrosurgical devices”；
·美国临时专利申请序列号62/691,227，其标题为“CONTROLLING A SURGICALINSTRUMENT ACCORDING TO SENSED CLOSURE PARAMETERS”；
·美国临时专利申请序列号62/691,230，其标题为“SURGICAL INSTRUMENTHAVING A FLEXIBLE ELECTRODE”；
·美国临时专利申请序列号62/691,219，其标题为“SURGICAL EVACUATIONSENSING AND MOTOR CONTROL”；
·美国临时专利申请序列号62/691,257，其标题为“COMMUNICATION OF SMOKEEVACUATION SYSTEM PARAMETERS TO HUB OR CLOUD IN SMOKE EVACUATION MODULE FORINTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”；
·美国临时专利申请序列号62/691,262，其标题为“SURGICAL EVACUATIONSYSTEM WITH A COMMUNICATION CIRCUIT FOR COMMUNICATION BETWEEN A FILTER AND ASMOKE EVACUATION DEVICE”；以及
·美国临时专利申请序列号62/691,251，其标题为“DUAL IN-SERIES LARGE ANDSMALL DROPLET FILTERS”。
本专利申请的申请人拥有于2018年4月19日提交的以下美国临时专利申请，其公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国临时专利申请序列号62/659,900，其标题为“METHOD OF HUBCOMMUNICATION”。
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，这些专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国专利申请序列号15/940,641，其标题为“INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMSWITH ENCRYPTED COMMUNICATION CAPABILITIES”；
·美国专利申请序列号15/940,648，其标题为“INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMSWITH CONDITION HANDLING OF DEVICES AND DATA CAPABILITIES”；
·美国专利申请序列号15/940,656，其标题为“SURGICAL HUB COORDINATION OFCONTROL AND COMMUNICATION OF OPERATING ROOM DEVICES”；
·美国专利申请序列号15/940,666，其标题为“SPATIAL AWARENESS OF SURGICALHUBS IN OPERATING ROOMS”；
·美国专利申请序列号15/940,670，其标题为“COOPERATIVE UTILIZATION OFDATA DERIVED FROM SECONDARY SOURCES BY INTELLIGENT SURGICAL HUBS”；
·美国专利申请序列号15/940,677，其标题为“SURGICAL HUB CONTROLARRANGEMENTS”；
·美国专利申请序列号15/940,632，其标题为“DATA STRIPPING METHOD TOINTERROGATE PATIENT RECORDS AND CREATE ANONYMIZED RECORD”；
·美国专利申请序列号15/940,640，其标题为“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“SELF DESCRIBING DATA PACKETSGENERATED AT AN ISSUING INSTRUMENT”；
·美国专利申请序列号15/940,649，其标题为“DATA PAIRING TO INTERCONNECTA DEVICE MEASURED PARAMETER WITH AN OUTCOME”；
·美国专利申请序列号15/940,654，其标题为“SURGICAL HUB SITUATIONALAWARENESS”；
·美国专利申请序列号15/940,663，其标题为“SURGICAL SYSTEM DISTRIBUTEDPROCESSING”；
·美国专利申请序列号15/940,668，其标题为“AGGREGATION AND REPORTING OFSURGICAL HUB DATA”；
·美国专利申请序列号15/940,671，其标题为“SURGICAL HUB SPATIALAWARENESS TO DETERMINE DEVICES IN OPERATING THEATER”；
·美国专利申请序列号15/940,686，其标题为“DISPLAY OF ALIGNMENT OFSTAPLE CARTRIDGE TO PRIOR LINEAR STAPLE LINE”；
·美国专利申请序列号15/940,700，其标题为“STERILE FIELD INTERACTIVECONTROL DISPLAYS”；
·美国专利申请序列号15/940,629，其标题为“COMPUTER IMPLEMENTEDINTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS”；
·美国专利申请序列号15/940,704，其标题为“USE OF LASER LIGHT AND RED-GREEN-BLUE COLORATION TO DETERMINE PROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT”；
·美国专利申请序列号15/940,722，其标题为“CHARACTERIZATION OF TISSUEIRREGULARITIES 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“DUAL CMOS ARRAY IMAGING”。
本专利申请的申请人拥有于2018年3月29日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国专利申请序列号15/940,636，其标题为“ADAPTIVE CONTROL PROGRAMUPDATES FOR SURGICAL DEVICES”；
·美国专利申请序列号15/940,653，其标题为“ADAPTIVE CONTROL PROGRAMUPDATES FOR SURGICAL HUBS”；
·美国专利申请序列号15/940,660，其标题为“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICSFOR CUSTOMIZATION AND RECOMMENDATIONS TO A USER”；
·美国专利申请序列号15/940,679，其标题为“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICSFOR LINKING 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“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICSFOR MEDICAL FACILITY SEGMENTED INDIVIDUALIZATION OF INSTRUMENT FUNCTION”；
·美国专利申请序列号15/940,634，其标题为“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICSFOR SECURITY AND AUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES”；
·美国专利申请序列号15/940,706，其标题为“DATA HANDLING ANDPRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICS NETWORK”；以及
·美国专利申请序列号15/940,675，其标题为“CLOUD INTERFACE FOR COUPLEDSURGICAL DEVICES”。
本专利申请的申请人拥有于2018年3月29日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国专利申请序列号15/940,627，其标题为“DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”；
·美国专利申请序列号15/940,637，其标题为“COMMUNICATION ARRANGEMENTSFOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”；
·美国专利申请序列号15/940,642，其标题为“CONTROLS FOR ROBOT-ASSISTEDSURGICAL PLATFORMS”；
·美国专利申请序列号15/940,676，其标题为“AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTSFOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”；
·美国专利申请序列号15/940,680，其标题为“CONTROLLERS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”；
·美国专利申请序列号15/940,683，其标题为“COOPERATIVE SURGICAL ACTIONSFOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”；
·美国专利申请序列号15/940,690，其标题为“DISPLAY ARRANGEMENTS FORROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”；以及
·美国专利申请序列号15/940,711，其标题为“(SENSING ARRANGEMENTS FORROBOT-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，这些专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国临时专利申请序列号62/649,302，其标题为“INTERACTIVE SURGICALSYSTEMS WITH ENCRYPTED COMMUNICATION CAPABILITIES”；
·美国临时专利申请序列号62/649,294，其标题为“DATA STRIPPING METHOD TOINTERROGATE PATIENT RECORDS AND CREATE ANONYMIZED RECORD”；
·美国专利申请序列号62/649,300，其标题为“SURGICAL HUB SITUATIONALAWARENESS”；
·美国临时专利申请序列号62/649,309，其标题为“SURGICAL HUB SPATIALAWARENESS TO DETERMINE DEVICES IN OPERATING THEATER”；
·美国专利申请序列号62/649,310，其标题为“COMPUTER IMPLEMENTEDINTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS”；
·美国临时专利申请序列号62/649291，其标题为“USE OF LASER LIGHT ANDRED-GREEN-BLUE COLORATION TO DETERMINE PROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT”；
·美国专利申请序列号62/649,296，其标题为“ADAPTIVE CONTROL PROGRAMUPDATES FOR SURGICAL DEVICES”；
·美国临时专利申请序列号62/649,333，其标题为“CLOUD-BASED MEDICALANALYTICS FOR CUSTOMIZATION AND RECOMMENDATIONS TO A USER”；
·美国临时专利申请序列号62/649,327，其标题为“CLOUD-BASED MEDICALANALYTICS FOR SECURITY AND AUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES”；
·美国临时专利申请序列号62/649,315，其标题为“DATA HANDLING ANDPRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICS NETWORK”；
·美国专利申请序列号62/649,313，其标题为“CLOUD INTERFACE FOR COUPLEDSURGICAL DEVICES”；
·美国专利申请序列号62/649,320，其标题为“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“AUTOMATIC TOOLADJUSTMENTS 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“SENSING ARRANGEMENTS FORROBOT-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“METHOD OF HUBCOMMUNICATION”。
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，这些专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国专利申请序列号15/940,641，其标题为“INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMSWITH ENCRYPTED COMMUNICATION CAPABILITIES”；
·美国专利申请序列号15/940,648，其标题为“INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMSWITH CONDITION HANDLING OF DEVICES AND DATA CAPABILITIES”；
·美国专利申请序列号15/940,656，其标题为“SURGICAL HUB COORDINATION OFCONTROL AND COMMUNICATION OF OPERATING ROOM DEVICES”；
·美国专利申请序列号15/940,666，其标题为“SPATIAL AWARENESS OF SURGICALHUBS IN OPERATING ROOMS”；
·美国专利申请序列号15/940,670，其标题为“COOPERATIVE UTILIZATION OFDATA DERIVED FROM SECONDARY SOURCES BY INTELLIGENT SURGICAL HUBS”；
·美国专利申请序列号15/940,677，其标题为“SURGICAL HUB CONTROLARRANGEMENTS”；
·美国专利申请序列号15/940,632，其标题为“DATA STRIPPING METHOD TOINTERROGATE PATIENT RECORDS AND CREATE ANONYMIZED RECORD”；
·美国专利申请序列号15/940,640，其标题为“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“SELF DESCRIBING DATA PACKETSGENERATED AT AN ISSUING INSTRUMENT”；·美国专利申请序列号15/940,649，其标题为“DATA PAIRING TO INTERCONNECT A DEVICE MEASURED PARAMETER WITH AN OUTCOME”；
·美国专利申请序列号15/940,654，其标题为“SURGICAL HUB SITUATIONALAWARENESS”；
·美国专利申请序列号15/940,663，其标题为“SURGICAL SYSTEM DISTRIBUTEDPROCESSING”；
·美国专利申请序列号15/940,668，其标题为“AGGREGATION AND REPORTING OFSURGICAL HUB DATA”；
·美国专利申请序列号15/940,671，其标题为“SURGICAL HUB SPATIALAWARENESS TO DETERMINE DEVICES IN OPERATING THEATER”；
·美国专利申请序列号15/940,686，其标题为“DISPLAY OF ALIGNMENT OFSTAPLE CARTRIDGE TO PRIOR LINEAR STAPLE LINE”；
·美国专利申请序列号15/940,700，其标题为“STERILE FIELD INTERACTIVECONTROL DISPLAYS”；
·美国专利申请序列号15/940,629，其标题为“COMPUTER IMPLEMENTEDINTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS”；
·美国专利申请序列号15/940,704，其标题为“USE OF LASER LIGHT AND RED-GREEN-BLUE COLORATION TO DETERMINE PROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT”；
·美国专利申请序列号15/940,722，其标题为“CHARACTERIZATION OF TISSUEIRREGULARITIES 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“DUAL CMOS ARRAY IMAGING”。
本专利申请的申请人拥有于2018年3月29日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国专利申请序列号15/940,636，其标题为“ADAPTIVE CONTROL PROGRAMUPDATES FOR SURGICAL DEVICES”；
·美国专利申请序列号15/940,653，其标题为“ADAPTIVE CONTROL PROGRAMUPDATES FOR SURGICAL HUBS”；
·美国专利申请序列号15/940,660，其标题为“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICSFOR CUSTOMIZATION AND RECOMMENDATIONS TO A USER”；
·美国专利申请序列号15/940,679，其标题为“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICSFOR LINKING 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“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICSFOR MEDICAL FACILITY SEGMENTED INDIVIDUALIZATION OF INSTRUMENT FUNCTION”；
·美国专利申请序列号15/940,634，其标题为“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICSFOR SECURITY AND AUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES”；
·美国专利申请序列号15/940,706，其标题为“DATA HANDLING ANDPRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICS NETWORK”；以及
·美国专利申请序列号15/940,675，其标题为“CLOUD INTERFACE FOR COUPLEDSURGICAL DEVICES”。
本专利申请的申请人拥有于2018年3月29日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国专利申请序列号15/940,627，其标题为“DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”；
·美国专利申请序列号15/940,637，其标题为“COMMUNICATION ARRANGEMENTSFOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”；
·美国专利申请序列号15/940,642，其标题为“CONTROLS FOR ROBOT-ASSISTEDSURGICAL PLATFORMS”；
·美国专利申请序列号15/940,676，其标题为“AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTSFOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”；
·美国专利申请序列号15/940,680，其标题为“CONTROLLERS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”；
·美国专利申请序列号15/940,683，其标题为“COOPERATIVE SURGICAL ACTIONSFOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”；
·美国专利申请序列号15/940,690，其标题为“DISPLAY ARRANGEMENTS FORROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”；以及
·美国专利申请序列号15/940,711，其标题为“(SENSING ARRANGEMENTS FORROBOT-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，这些专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国临时专利申请序列号62/649,302，其标题为“INTERACTIVE SURGICALSYSTEMS WITH ENCRYPTED COMMUNICATION CAPABILITIES”；
·美国临时专利申请序列号62/649,294，其标题为“DATA STRIPPING METHOD TOINTERROGATE PATIENT RECORDS AND CREATE ANONYMIZED RECORD”；
·美国专利申请序列号62/649,300，其标题为“SURGICAL HUB SITUATIONALAWARENESS”；
·美国临时专利申请序列号62/649,309，其标题为“SURGICAL HUB SPATIALAWARENESS TO DETERMINE DEVICES IN OPERATING THEATER”；
·美国专利申请序列号62/649,310，其标题为“COMPUTER IMPLEMENTEDINTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS”；
·美国临时专利申请序列号62/649291，其标题为“USE OF LASER LIGHT ANDRED-GREEN-BLUE COLORATION TO DETERMINE PROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT”；
·美国专利申请序列号62/649,296，其标题为“ADAPTIVE CONTROL PROGRAMUPDATES FOR SURGICAL DEVICES”；
·美国临时专利申请序列号62/649,333，其标题为“CLOUD-BASED MEDICALANALYTICS FOR CUSTOMIZATION AND RECOMMENDATIONS TO A USER”；
·美国临时专利申请序列号62/649,327，其标题为“CLOUD-BASED MEDICALANALYTICS FOR SECURITY AND AUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES”；
·美国临时专利申请序列号62/649,315，其标题为“DATA HANDLING ANDPRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICS NETWORK”；
·美国专利申请序列号62/649,313，其标题为“CLOUD INTERFACE FOR COUPLEDSURGICAL DEVICES”；
·美国专利申请序列号62/649,320，其标题为“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“AUTOMATIC TOOLADJUSTMENTS 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“SENSING ARRANGEMENTS FORROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”。
本专利申请的申请人拥有于2018年3月8日提交的以下美国临时专利申请，这些专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国临时专利申请序列号62/640,417，其标题为超声装置中的温度控制以及为此的控制系统(TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEMTHEREFOR)；以及
·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，这些专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国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施，或与其它方面、变更形式和修改形式结合在一起实施，并可以通过多种方式实践或执行。此外，除非另外指明，否则本文所用的术语和表达是为了方便读者而对示例性实施例进行描述而所选的，并非为了限制性的目的。而且，应当理解，以下描述的方面中的一个或多个、方面和/或示例的表达可以与以下描述的其它方面、方面和/或示例的表达中的任何一个或多个组合。
能量装置和排烟
本公开涉及用于从外科部位排抽烟雾和/或其他流体和/或颗粒的能量装置和智能外科排抽系统。烟雾通常在利用一个或多个能量装置的外科规程期间生成。能量装置使用能量来影响组织。在能量装置中，能量由发生器供应。能量装置包括具有组织接触电极的装置，诸如具有一个或多个射频(RF)电极的电外科装置，以及具有振动表面的装置，诸如具有超声刀的超声装置。对于电外科装置，发生器被配置成能够生成振荡电流以使电极通电。对于超声装置，发生器被配置成能够生成超声振动以使超声刀通电。本文进一步描述发生器。
超声能量可用于组织的凝结和切割。超声能量通过使与组织接触的能量递送表面(例如超声刀)振动来凝结和切割组织。超声刀可耦接到从超声换能器传输振动能量的波导，该超声换能器生成机械振动并且由发生器供电。以高频振动(例如每秒55,500次)，超声刀在刀片和组织之间(即刀片-组织界面处)生成摩擦和热量，这使组织中的蛋白质变性以形成粘性凝结物。刀片表面施加在组织上的压力使血管塌缩并且允许凝固物形成止血密封。可通过临床医生的技术以及通过对例如功率水平、刀刃、组织牵引力和刀片压力的调整来控制切割和凝结的精度。
超声外科器械凭借此类器械的独特性能特性而在外科规程中得到日益广泛的应用。根据具体器械构型和操作参数，超声外科器械能够基本上同时进行组织的切割和凝结引起的止血，这可有利地使患者创伤最小化。切割动作通常由超声器械的远侧端部处的端部执行器或刀片末端来实现。超声端部执行器将超声能量传递到开始与该端部执行器接触的组织。具有该性质的超声器械可被配置用于开放性外科用途、腹腔镜式外科规程或内窥镜式外科规程，包括例如机器人辅助的规程。
电能还可用于凝结和/或切割。电外科装置通常包括手持件以及在远侧安装有端部执行器(例如，一个或多个电极)的器械。端部执行器可抵靠组织定位和/或邻近组织定位，使得电流被引入组织中。电外科术被广泛使用并且提供许多优点，包括使用单个外科器械进行凝结和切割两者。
电外科装置的电极或尖端在与患者接触的点处很小，以产生具有高电流密度的RF电流，以便通过烧灼产生凝结和/或切割组织的外科效果。在返回电极穿过患者之后，返回电极将相同的RF电流带回电外科发生器，从而提供RF信号的返回路径。
电外科装置可被配置用于双极操作或单极操作。在双极操作期间，电流分别通过端部执行器的有源电极和返回电极被引入到组织中并从组织返回。在单极操作期间，电流通过端部执行器的有源电极被引入组织中并且通过单独定位在患者身体上和抵靠患者身体定位的返回电极(例如，接地垫)返回。由流过组织的电流所生成的热量可在组织内和/或在组织之间形成止血密封，并因此可尤其适用于例如密封血管。电外科装置的端部执行器也可包括能够相对于组织运动的切割构件以及用以横切组织的电极。
在应用中，电外科装置可发射低频RF电流穿过组织，这会引起离子振荡或摩擦(实际上造成电阻性加热)，从而升高组织的温度。由于受影响的组织与周围组织之间形成边界，因此临床医生能够以高精确度进行操作，并在不损伤相邻的非目标组织的情况下进行控制。RF能量的低操作温度适用于在密封血管的同时移除、收缩软组织、或对软组织塑型。RF能量可尤其奏效地适用于结缔组织，该结缔组织主要由胶原构成并且在接触热时收缩。其他电外科器械包括但不限于不可逆和/或可逆电穿孔、和/或微波技术等等。本文所公开的技术可适用于超声、双极和/或单极RF(电外科)、不可逆和/或可逆电穿孔、和/或基于微波的外科器械等等。
由电外科装置施加的电能可从发生器传输到器械。发生器被配置成能够将电力转换成由振荡电流构成的高频波形，该振荡电流被传输到电极以影响组织。电流穿过组织以使组织电灼(凝结的一种形式，其中组织上的电流弧产生组织炭化)、脱水(驱动细胞的水的直接能量施加)和/或切割(蒸发细胞流体从而引起细胞爆炸的间接能量施加)。组织对电流的响应取决于组织的电阻、穿过组织的电流密度、功率输出以及电流施加的持续时间。在某些情况下，如本文进一步所述，可调整电流波形以影响不同的外科功能和/或适应不同特性的组织。例如，不同类型的组织(血管组织、神经组织、肌肉、皮肤、脂肪和/或骨)可对相同波形作出不同响应。
电能可为RF能量的形式，该RF能量可在EN 60601-2-2:2009+A11:2011，定义201.3.218-高频率中所述的频率范围内。例如，单极RF应用中的频率通常被限制为小于5MHz，以使与高频泄漏电流相关联的问题最小化。单极应用通常可使用高于200kHz的频率，以便避免由于使用低频电流而导致不希望的对神经和肌肉的刺激。
在双极RF应用中，频率可为几乎任何值。在某些情况下，双极技术可使用较低频率，诸如如果风险分析显示神经肌肉刺激的可能性已减轻至可接受的水平。通常认为，10mA是组织热效应的下限阈值。在双极技术的情况下，也可使用较高频率。
在某些情况下，发生器可被配置成能够以数字方式生成输出波形并将其提供给外科装置，使得外科装置可将波形用于各种组织效应。发生器可以是单极发生器、双极发生器和/或超声发生器。例如，单个发生器可向单极装置、双极装置、超声装置或组合电外科术/超声装置供应能量。发生器可通过波成形来促进组织特异性效应，和/或可将RF能量和超声能量同时和/或依次驱动到单个外科器械或多个外科器械。
在一种情况下，外科系统可包括发生器和可与其一起使用的各种外科器械，该外科器械包括超声外科器械、RF电外科器械和超声/RF电外科器械的组合。发生器可被配置用于与各种外科器械一起使用，如2016年9月14日提交的标题为“TECHNIQUES FOR OPERATINGGENERATOR FOR DIGITALLY GENERATING ELECTRICAL SIGNAL WAVEFORMS AND SURGICALINSTRUMENTS”的美国专利申请号15/265,279(现为美国专利申请公布号2017/0086914)中进一步所述，该专利申请全文以引用方式并入本文。
如本文所述，通常通过利用RF电能来执行切割组织和/或烧灼血管的医学规程，该RF电能由发生器生成并且通过由临床医生操作的电极传输到患者的组织。电极将放电递送到邻近电极的患者身体的细胞物质。放电致使细胞物质升温以便切割组织和/或烧灼血管。
电外科术中涉及的高温可致使邻近电极的组织的热坏死。组织在电外科术中涉及的高温下暴露的时间越久，组织越有可能遭受热坏死。在某些情况下，组织的热坏死可降低切割组织的速度并且增加术后并发症、焦痂产生和愈合时间，且增加被定位成远离切割部位的组织的热损伤的发生率。
RF能量释放的浓度影响电极能够切割组织的效率和远离切割部位的组织损伤的可能性。对于标准的电极几何结构，RF能量倾向于均匀地分布在邻近预期切口部位的相对大的区域上。RF能量释放的大体均匀分布增加了外部电荷损失进入周围组织中的可能性，这可增加周围组织中不需要的组织损伤的可能性。
典型的电外科发生器生成RF电能的各种操作频率和输出功率水平。发生器的特定操作频率和功率输出基于所使用的特定电外科发生器和医师在电外科规程期间的需要而变化。可由临床医生或其他手术室人员在发生器上手动调整特定操作频率和功率输出水平。恰当地调整这些各种设置需要临床医生或其他工作人员具有大量的知识、技能和注意力。一旦临床医生对发生器上的各种设置进行了所需的调整，发生器就可在电外科术期间保持这些输出参数。一般来讲，用于电外科术的波发生器适于产生RF波，该RF波在切割模式下具有1W至300W范围内的输出功率并且在凝结模式下具有1W至120W范围内的输出功率，以及300kHz至600kHz范围内的频率。典型的波发生器适于在电外科术期间保持所选择的设置。例如，如果临床医生将发生器的输出功率水平设定为50W，然后将电极触摸患者以执行电外科术，则发生器的功率水平将快速上升并保持在50W。虽然将功率水平设定为特定设定(诸如50W)将允许临床医生切穿患者的组织，但是保持这样高的功率水平增加了患者的组织发生热坏死的可能性。
在一些形式中，发生器被配置成能够提供足够的功率以结合增加RF能量释放浓度的电极有效地执行电外科术，同时限制不需要的组织损伤，减少术后并发症，并且有利于更快愈合。例如，来自发生器的波形可在整个外科规程由控制电路优化。然而，本文受权利要求书保护的主题不限于解决任何缺点或仅在诸如以上所描述的那些环境中操作的方面。相反，该背景技术仅被提供以示出本文所述的一些方面可在其中得以实践的技术领域的示例。
如本文所提供，能量装置将机械能和/或电能递送到靶组织以便处理组织(例如，切割组织、烧灼血管和/或凝结靶组织内和/或附近的组织)。组织的切割、烧灼和/或凝结可导致流体和/或颗粒被释放到空气中。在外科规程期间排出的此类流体和/或颗粒可构成烟雾，例如，该烟雾可包括悬浮在空气中的碳颗粒和/或其他颗粒。换句话讲，流体可包括烟雾和/或其他流体物质。大约90％的内窥镜式外科规程和开放式外科规程会生成一定水平的烟雾。烟雾可能令临床医生、助手和/或患者闻到不悦的气味，可能妨碍临床医生查看外科部位，并且在某些情况下可能不健康而不能吸入。例如，在电外科规程期间生成的烟雾可包含有毒化学品，包括丙烯醛、乙腈、丙烯腈、乙炔、烷基苯、苯、丁二烯、丁烯、一氧化碳、甲酚、乙烷、乙烯、甲醛、自由基、氰化氢、异丁烯、甲烷、苯酚、多环芳烃、丙烯(propene)、丙烯(propylene)、吡啶、吡咯、苯乙烯、甲苯和二甲苯，以及死细胞和活细胞物质(包括血液碎片)和病毒。在外科烟雾中已经识别的某些材料已经被识别为已知的致癌物。据估计，在电外科规程期间烧灼的一克组织可等同于六支未过滤香烟的毒素和致癌物。另外，据报道，暴露于电外科规程期间释放的烟雾会对保健工作者造成眼睛和肺刺激。
除了与外科烟雾中的材料相关联的毒性和气味之外，外科烟雾中颗粒物的尺寸可能对临床医生、助手和/或患者的呼吸系统有害。在某些情况下，颗粒可为极小的。在某些情况下，反复吸入极小颗粒物可导致急性和慢性呼吸道病症。
许多电外科系统采用外科排抽系统，该外科排抽系统捕获外科规程产生的烟雾，并且引导所捕获的烟雾通过过滤器和排气端口以远离临床医生和/或远离患者。例如，排抽系统可被配置成能够排抽在电外科规程期间生成的烟雾。读者将会知道，此类排抽系统可以被称为“排烟系统”，但是此类排抽系统可被配置成能够从外科部位排抽烟雾之外的物质。在整个本公开中，由排抽系统排抽的“烟雾”不限于仅烟雾。相反，本文所公开的排烟系统可以用于排抽多种流体，包括液体、气体、蒸气、烟雾、蒸汽或其组合。该流体可为生物产生的和/或可在规程期间从外部源引入外科部位。该流体可包括例如水、盐水、淋巴液、血液、渗出物和/或脓性分泌物。此外，该流体可包括由排抽系统排抽的颗粒或其他物质(例如，细胞物质或碎片)。例如，此类颗粒可悬浮在该流体中。
排抽系统通常包括泵和过滤器。泵产生抽吸，该抽吸将烟雾抽吸到过滤器中。例如，抽吸可被配置成能够将烟雾从外科部位抽吸到导管开口中，通过排抽导管，然后进入排抽系统的排抽器外壳中。用于外科排抽系统50000的排抽器外壳50018示于图1中。在本公开的一个方面，泵和过滤器定位在排抽器外壳50018内。被抽吸到排抽器外壳50018中的烟雾经由抽吸导管50036行进到过滤器，并且随着烟雾移动通过过滤器，有害毒素和刺鼻气味从烟雾中被过滤掉。抽吸导管也可被称为例如真空和/或排抽导管和/或管。然后，过滤后的空气可作为废气排出外科排抽系统。在某些情况下，本文所公开的各种排抽系统还可被配置成能够将流体递送到所需位置，诸如外科部位。
现在参见图2，来自排抽器外壳50018(图1)的抽吸导管50036可终止于手持件，诸如手持件50032。手持件50032包括电外科器械，该电外科器械包括电极尖端50034以及靠近和/或邻近电极尖端50034的排抽导管开口。排抽导管开口被配置成能够捕获在外科规程期间释放的流体和/或颗粒。在这种情况下，排抽系统50000集成到电外科器械50032中。仍然参见图2，烟雾S被牵引到抽吸导管50036中。
在某些情况下，排抽系统50000可以包括单独的外科工具，该外科工具包括导管开口并且被配置成能够将烟雾抽吸到系统中。在其他情况下，包括排抽导管和开口的工具可卡扣接合到电外科工具上，如图3所示。例如，抽吸导管51036的一部分可定位在电极尖端51034周围(或邻近该电极尖端定位)。在一种情况下，抽吸导管51036可以可释放地固定到电外科工具的手持件51032，该电外科工具包括具有夹具或其他紧固件的电极尖端51034。
排抽器外壳50518的各种内部部件在图4中示出。在各种情况下，图4中的内部部件也可结合到图1的排抽器外壳50018中。主要参见图4，排抽系统50500包括排抽器外壳50518、过滤器50502、排气机构50520和泵50506。排抽系统50500限定通过排抽器外壳50518的流动路径50504，该排抽器外壳具有入口端口50522和出口端口50524。过滤器50502、排气机构50520和泵50506依次与流动路径50504成直线布置，该流动路径在入口端口50522和出口端口50524之间通过排抽器外壳50518。入口端口50522可流体地耦接到抽吸导管，诸如例如图1中的抽吸导管50036，该抽吸导管可包括可定位在外科部位处的远侧导管开口。
泵50506被配置成能够通过机械作用在流动路径50504中产生压差。该压差被配置成能够将烟雾50508从外科部位抽吸到入口端口50522中并且沿着流动路径50504抽吸。在烟雾50508已经移动通过过滤器50502之后，烟雾50508可以被认为是过滤后的烟雾或空气50510，其可以继续通过流动路径50504并通过出口端口50524排出。流动路径50504包括第一区50514和第二区50516。第一区50514位于泵50506的上游；第二区50516位于泵50506的下游。泵50506被配置成能够对流动路径50504中的流体加压，使得第二区50516中的流体具有比第一区50514中的流体高的压力。马达50512驱动泵50506。本文还描述了各种合适的马达。排气机构50520是可控制在出口端口50524处排出排抽系统50500的过滤后的烟雾50510的速度、方向和/或其他特性的机构。
通过排抽系统50500的流动路径50504可由基本上含有移动通过流动路径50504的流体和/或将移动通过流动路径50504的流体与该流动路径之外的流体隔离的管或其他导管构成。例如，流动路径50504的第一区50514可包括流动路径50504在过滤器50502和泵50506之间延伸穿过的管。流动路径50504的第二区50516还可包括流动路径50504在泵50506和排气机构50520之间延伸穿过的管。流动路径50504还延伸穿过过滤器50502、泵50506和排气机构50520，使得流动路径50504从入口端口50522连续延伸到出口端口50524。
在操作中，烟雾50508可以在入口端口50522处流入过滤器50502中，并且可以由泵50506泵送通过流动路径50504，使得烟雾50508被抽吸到过滤器50502中。然后，过滤后的烟雾50510可以被泵送通过排气机构50520并从排抽系统50500的出口端口50524泵出。在出口端口50524处排出排抽系统50500的过滤后的烟雾50510是废气，并且可由已经穿过排抽系统50500的过滤后的气体组成。
在各种情况下，本文所公开的排抽系统(例如，排抽系统50000和排抽系统50500)可结合到计算机实现的交互式外科系统中，诸如例如系统100(图39)或系统200(图47)。在本公开的一个方面，例如，计算机实现的外科系统100可包括云104和至少一个集线器106。主要参见图41，集线器106包括排烟模块126。排烟模块126的操作可以由集线器106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。本文进一步描述了计算机实现的外科系统100和200以及其态势感知。
态势感知涵盖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、正在接受规程的组织的类型或作为规程对象的体腔。利用与外科规程相关的情境信息，外科系统可以例如改善其控制与其连接的模块化装置(例如，排烟系统)的方式，并且在外科规程期间向临床医生提供情境化的信息或建议。态势感知进一步描述于本文中以及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，该专利申请全文以引用方式并入本文。
在各种情况下，本文所公开的外科系统和/或排抽系统可包括处理器。该处理器可被编程为基于例如所感测和/或聚合的数据和/或一个或多个用户输入来控制外科系统和/或排抽系统的一个或多个操作参数。图5为包括处理器50308的电外科系统50300的示意图。电外科系统50300由AC源50302供电，该AC源提供120V或240V交流电。由AC源50302供应的电压被引导到AC/DC转换器50304，该转换器将120V或240V交流电转换成360V直流电。然后，360V直流电被引导到电源转换器50306(例如，降压转换器)。电源转换器50306是降压DC-DC转换器。电源转换器50306适于将传入360V降至0V至150V范围内的期望水平。
处理器50308可被编程为调节电外科系统50300的各个方面、功能和参数。例如，处理器50308可确定电极尖端50334处的期望输出功率水平，该电极尖端可在许多方面类似于例如图2中的电极尖端50034和/或图3中的电极尖端51034，并且引导电源转换器50306将电压降至指定水平，从而提供期望输出功率。处理器50308耦接到存储器50310，该存储器被配置成能够存储用于操作电外科系统50300和/或其子系统的机器可执行指令。
数模转换器(“DAC”)50312连接在处理器50308和电源转换器50306之间。DAC50312适于将由处理器50308产生的数字代码转换成控制由电源转换器50306执行的降压的模拟信号(电流、电压或电荷)。一旦电源转换器50306将360V降至处理器50308已确定的将提供期望输出功率水平的水平，降低的电压就被引导到电极尖端50334以实行对患者组织的电外科治疗，然后被引导到返回电极或接地电极50335。电压传感器50314和电流传感器50316适于检测存在于电外科电路中的电压和电流，并将检测到的参数传送到处理器50308，使得处理器50308可确定是否调整输出功率水平。如本文所述，典型的波发生器适于在整个电外科规程中保持所选择的设置。在其他情况下，发生器的操作参数可在外科规程期间基于对处理器5308的一个或多个输入(诸如来自外科集线器、云和/或态势感知模块的输入)来优化，如本文进一步所述。
处理器50308耦接到通信装置50318以通过网络进行通信。通信装置包括被配置成能够通过物理线或无线方式进行通信的收发器50320。通信装置50318还可包括一个或多个附加收发器。收发器可包括但不限于蜂窝调制解调器、无线网状网络收发器、
收发器、低功率广域(LPWA)收发器和/或近场通信收发器(NFC)。通信装置50318可包括移动电话、传感器系统(例如，环境、位置、运动等)和/或传感器网络(有线和/或无线)、计算系统(例如，服务器、工作站计算机、台式计算机、膝上型计算机、平板电脑(例如，
等)、超便携式计算机、超移动计算机、上网本计算机和/或小型笔记本计算机等或者可被配置成能够与这些装置通信。在本公开的至少一个方面，这些装置中的一个装置可以是协调器节点。
收发器50320可被配置成能够经由相应的UART从处理器50308接收串行传输数据，将串行传输数据调制到RF载波上以产生传输RF信号，以及经由相应的天线传输该传输RF信号。该收发器被进一步配置成能够经由相应天线来接收接收RF信号(接收RF信号包括利用串行接收数据调制的RF载波)，将接收RF信号解调以提取串行接收数据，以及将串行接收数据提供给相应UART以提供给处理器。每个RF信号具有相关联的载波频率和相关联的信道带宽。信道带宽与载波频率、传输数据和/或接收数据相关联。每个RF载波频率和信道带宽与一个或多个收发器50320的一个或多个操作频率范围相关。每个信道带宽还与一个或多个收发器50320可遵守的无线通信标准和/或协议相关。换句话讲，每个收发器50320可对应于所选择的无线通信标准和/或协议的具体实施，例如用于
的IEEE 802.11a/b/g/n和/或用于使用Zigbee路由的无线网状网络的IEEE 802.15.4。
处理器50308耦接到感测和智能控件装置50324，该感测和智能控件装置耦接到排烟器50326。排烟器50326可包括一个或多个传感器50327，并且还可包括泵和由马达驱动器50328控制的泵马达。马达驱动器50328通信地耦接到处理器50308和排烟器50326中的泵马达。感测和智能控件装置50324包括传感器算法50321和通信算法50322，这些算法有利于排烟器50326和其他装置之间的通信适应其控制程序。感测和智能控件装置50324被配置成能够评估经由排抽导管50336抽出的流体、颗粒和气体，以改善排烟效率和/或减少装置烟雾输出，例如，如本文进一步所述。在某些情况下，感测和智能控件装置50324通信地耦接到排烟器50326中的一个或多个传感器50327、电外科系统50300的一个或多个内部传感器50330和/或一个或多个外部传感器50332。
在某些情况下，处理器可位于外科排抽系统的排抽器外壳内。例如，参见图6，处理器50408及其存储器50410定位在外科排抽系统50400的排抽器外壳50440内。处理器50408与马达驱动器50428、各种内部传感器50430、显示器50442、存储器50410和通信装置50418进行信号通信。通信装置50418在许多方面类似于上文相对于图5所述的通信装置50318。通信装置50418可允许外科排抽系统50400中的处理器50408与外科系统内的其他装置进行通信。例如，通信装置50418可允许与一个或多个外部传感器50432、一个或多个外科装置50444、一个或多个集线器50448、一个或多个云50446和/或一个或多个附加外科系统和/或工具的有线和/或无线通信。读者将容易理解，在某些情况下，图6的外科排抽系统50400可结合到图5的电外科系统50300中。外科排抽系统50400还包括泵50450(包括其泵马达50451)、排抽导管50436和排气口50452。本文进一步描述了各种泵、排抽导管和排气口。外科排抽系统50400还可包括感测和智能控件装置，该感测和智能控件装置可在许多方面类似于例如感测和智能控件装置50324。例如，此类感测和智能控件装置可与处理器50408和/或传感器50430和/或外部传感器50432中的一者或多者进行信号通信。
电外科系统50300(图5)和/或外科排抽系统50400(图6)可被编程为监测外科系统的一个或多个参数，并且可基于存储在与处理器50308和/或50408进行信号通信的存储器中的一个或多个算法来影响外科功能。例如，本文所公开的各种示例性方面可通过此类算法来实现。
在本公开的一个方面，处理器和传感器系统(诸如处理器50308和50408以及与其通信的相应传感器系统(图5和图6))被配置成能够感测通过真空源的气流，以便调整排烟系统和/或与排烟系统串联使用的外部装置和/或系统(诸如例如电外科系统、能量装置和/或发生器)的参数。在本公开的一个方面，该传感器系统可包括沿外科排抽系统的气流路径定位的多个传感器。这些传感器可测量排抽系统内的压差，以便检测传感器之间的系统的情况或状态。例如，两个传感器之间的系统可以是过滤器，并且压差可用于在通过过滤器的流减少时增加泵马达的速度以便保持通过该系统的流量。又如，该系统可为排抽系统的流体捕集器，并且压差可用于确定通过排抽系统的气流路径。在又一个示例中，该系统可为排抽系统的入口和出口(或排气口)，并且压差可用于确定排抽系统中的最大抽吸负载以便将最大抽吸负载保持在阈值以下。
在本公开的一个方面，处理器和传感器系统(诸如处理器50308和50408以及与其通信的相应传感器系统(图5和图6))被配置成能够检测从外科部位抽出的流体中气溶胶或碳化颗粒(即，烟雾)的比率。例如，感测系统可包括检测颗粒的尺寸和/或组成的传感器，该传感器用于选择通过排抽系统的气流路径。在这种情况下，排抽系统可包括第一过滤路径或第一过滤状态以及第二过滤路径或第二过滤状态，它们可具有不同特性。在一种情况下，第一路径仅包括颗粒过滤器，并且第二路径包括流体过滤器和颗粒过滤器两者。在某些情况下，第一路径包括颗粒过滤器，并且第二路径包括串联布置的颗粒过滤器和更细颗粒过滤器。还设想了附加的和/或另选的过滤路径。
在本公开的一个方面，处理器和传感器系统(诸如处理器50308和50408以及与其通信的相应传感器系统(图5和图6))被配置成能够对从患者腹腔内排抽的颗粒执行化学分析。例如，感测和智能控件装置50324可感测颗粒计数和类型，以便调整超声发生器的功率水平，从而引起超声刀产生较少烟雾。在另一个示例中，传感器系统可包括用于检测排抽的流体的颗粒计数、温度、流体含量和/或污染物百分比的传感器，并且可将检测到的一个或多个特性传送到发生器以便调整其输出。例如，排烟器50326和/或其感测和智能控件装置50324可被配置成能够调整排抽流量和/或泵的马达速度，并且在预定颗粒水平下，可以可操作地影响发生器的输出功率或波形以减少由端部执行器生成的烟雾。
在本公开的一个方面，处理器和传感器系统(诸如处理器50308和50408及其相应的传感器系统(图5和图6))被配置成能够通过评估环境空气和/或来自排抽器外壳的废气中的一种或多种特性来评估手术室中的颗粒计数和污染。颗粒计数和/或空气质量可以显示在排烟系统上，诸如例如显示在排抽器外壳上，以便将该信息传达给临床医生和/或证实排烟系统及其一个或多个过滤器的效果。
在本公开的一个方面，处理器(诸如例如处理器50308或处理器50408(图5和图6))被配置成能够将从内窥镜获得的采样率图像与来自感测系统(例如，感测和智能控件装置50324)的排抽器颗粒计数进行比较，以便确定相关性和/或调整泵的每分钟转数(RPM)的速率。在一种情况下，发生器的激活可以被传送到排烟器，使得可以实现预期的所需排烟速率。发生器激活可通过例如外科集线器、云通信系统和/或直接连接传送到外科排抽系统。
在本公开的一个方面，用于排烟系统的传感器系统和算法(参见例如图5和图6)可被配置成能够控制排烟器，并且可调整其马达参数以基于外科场地在给定时间的需要来调整排烟器的过滤效率。在一种情况下，提供了自适应气流泵速度算法，以基于感测的进入排烟器的入口和/或离开排烟器的出口或排气口的颗粒来自动改变马达泵速度。例如，感测和智能控件装置50324(图5)可包括例如用户可选择的速度和自动模式速度。在自动模式速度下，通过排抽系统的气流可基于进入排抽系统的烟雾和/或离开排烟系统的过滤后的颗粒的缺乏而伸缩。在某些情况下，自动模式速度可为腹腔镜式模式提供自动感测和补偿。
在本公开的一个方面，排抽系统可包括电气和通信架构(参见例如图5和图6)，该架构提供数据收集和通信功能以便改善与外科集线器和云的交互性。在一个示例中，外科排抽系统和/或其处理器(诸如例如处理器50308(图5)和处理器50408(图6))可包括分段控制电路，该分段控制电路以分阶段方法来通电以检查系统的错误、短路和/或安全检查。分段控制电路还可被配置成能够具有通电的部分，和直到通电的部分执行第一功能时才通电的部分。分段控制电路可包括用于向附接部件的用户识别和显示状态更新的电路元件。分段控制电路还包括用于使马达在第一状态和第二状态下运行的电路元件，在该第一状态下，马达由用户激活，在该第二状态下，马达尚未由用户激活，而是以更安静的方式并以更慢的速率运行泵。例如，分段控制电路可允许排烟器分阶段通电。
用于排抽系统的电气和通信架构(参见例如图5和图6)也可以提供排烟器与外科集线器内的其他部件的互连性，以便于交互以及与云传送数据。可提供外科排抽系统参数到外科集线器和/或云的传送，以影响其他附接装置的输出或操作。参数可为可操作的或感测到的。操作参数包括气流、压差和空气质量。感测到的参数包括颗粒浓度、气溶胶百分比和化学分析。
在本公开的一个方面，排抽系统(诸如例如外科排抽系统50400)还可包括壳体和可替换部件、控件和显示器。提供了用于在此类可替换部件之间传送安全标识(ID)的电路元件。例如，可以提供过滤器和排烟电子器件之间的通信，以验证部件的真实性、剩余寿命，更新部件中的参数，记录错误，和/或限制可以由系统识别的部件的数量和/或类型。在各种情况下，通信电路可以认证用于启用和/或禁用配置参数的特征。通信电路可以采用加密和/或错误处理方案来管理部件和排烟电子器件之间的安全和专有关系。在某些情况下，包括一次性/可重复使用的部件。
在本公开的一个方面，排抽系统可提供流体管理和抽出过滤器以及气流配置。例如，提供了包括流体捕获机构的外科排抽系统，其中流体捕获机构具有第一组抽出或气流控制特征和第二组抽出或气流控制特征，这两组抽出或气流控制特征彼此串联以分别抽出大的流体液滴和小的流体液滴。在某些情况下，气流路径可包含从主流体管理室的排气端口的下游回到主要贮存器的再循环通道或次要流体通道。
在本公开的一个方面，高级垫可耦接到电外科系统。例如，电外科系统50300(图5)的接地电极50335可包括具有局部感测的高级垫，该局部感测集成到该垫中，同时保持电容耦合。例如，电容耦合返回路径垫可具有小的可分离阵列元件，该小的可分离阵列元件可用于感测神经控制信号和/或所选解剖位置的移动，以便检测单极末端与神经束的接近度。
电外科系统可包括信号发生器、电外科器械、返回电极和外科排抽系统。发生器可为产生RF电能的RF波发生器。实用导管连接到电外科器械。实用导管包括将电能从信号发生器传送到电外科器械的缆线。实用导管还包括传送所捕获/收集的烟雾和/或流体以远离外科部位的真空软管。图7示出了此类示例性电外科系统50601。更具体地，电外科系统50601包括发生器50640、电外科器械50630、返回电极50646和排抽系统50600。电外科器械50630包括柄部50632和远侧导管开口50634，该远侧导管开口流体地耦接到排抽系统50600的抽吸软管50636。电外科器械50630还包括由发生器50640供电的电极。第一电连接件50642(例如，导线)从电外科器械50630延伸到发生器50640。第二电连接件50644(例如，导线)从电外科器械50630延伸到电极，即返回电极50646。在其他情况下，电外科器械50630可为双极电外科器械。电外科器械50630上的远侧导管开口50634流体地耦接到抽吸软管50636，该抽吸软管延伸到过滤器的过滤器端盖50603，该过滤器安装在排抽系统50600的排抽器外壳50618中。
在其他情况下，排抽系统50600的远侧导管开口50634可位于与电外科器械50630分开的手持件或工具上。例如，排抽系统50600可包括未耦接到发生器50640和/或不包括组织通电表面的外科工具。在某些情况下，排抽系统50600的远侧导管开口50634能够可释放地附接到电外科工具。例如，排抽系统50600可包括终止于远侧导管开口处的夹式导管或按扣式导管，该夹式导管或按扣式导管能够可释放地附接到外科工具(参见例如图3)。
电外科器械50630被配置成能够将电能递送到患者的目标组织以切割组织和/或烧灼目标组织内和/或附近的血管，如本文所述。具体地，放电由电极尖端提供到患者，以便加热紧密接触或邻近电极尖端的患者的细胞物质。组织加热在适当的高温下发生以允许电外科器械50630用于执行电外科术。返回电极50646被施用到患者或紧靠患者放置(取决于返回电极的类型)，以便接通电路并为传递到患者体内的能量提供到达发生器50640的返回电路径。
通过电极尖端加热患者的细胞物质，或者烧灼血管以防止出血，通常导致在发生烧灼的地方释放出烟雾，如本文进一步所述。在此类情况下，因为排抽导管开口50634靠近电极尖端，所以排抽系统50600被配置成能够捕获在外科规程期间释放的烟雾。真空抽吸可将烟雾通过电外科器械50630抽吸到导管开口50634中，并且朝向排抽系统50600的排抽器外壳50618抽吸到抽吸软管50636中。
现在参见图8，示出了排抽系统50600(图7)的排抽器外壳50618。排抽器外壳50618包括尺寸和结构被设计为接纳过滤器的承窝50620。排抽器外壳50618可完全或部分地包围排抽器外壳50618的内部部件。承窝50620包括第一插孔50622和第二插孔50624。过渡表面50626在第一插孔50622和第二插孔50624之间延伸。
现在主要参见图9，其示出了沿图8所示横截面平面的承窝50620。承窝50620包括第一端部50621和第二端部50623，该第一端部开放以接纳过滤器，该第二端部与通过排抽器外壳50618的流动路径50699连通。过滤器50670(图10和图11)能够可移除地与承窝50620一起定位。例如，过滤器50670可从承窝50620的第一端部50621插入和从该第一端部移除。第二插孔50624被配置成能够接纳过滤器50670的连接接头。
外科排抽系统通常在烟雾作为废气释放之前使用过滤器从烟雾移除不需要的污染物。在某些情况下，过滤器可以是可替换的。读者将会知道，图10和图11所示的过滤器50670可用于本文所公开的各种排抽系统。过滤器50670可以是可替换和/或一次性过滤器。
过滤器50670包括前盖50672、后盖50674和设置在前盖和后盖之间的过滤器主体50676。前盖50672包括过滤器入口50678，在某些情况下，该过滤器入口被配置成能够直接从抽吸软管50636(图7)或其他烟雾源接收烟雾。在本公开的一些方面，前盖50672可由流体捕集器(例如，图14至图17所示的流体捕集器50760)替换，该流体捕集器引导直接来自烟雾源的烟雾，并且在从该烟雾移除流体的至少一部分之后，将经部分处理的烟雾传递到过滤器主体50676中以供进一步处理。例如，过滤器入口50678可被配置成能够经由流体捕集器排气端口(诸如流体捕集器50760中的端口50766(图14至图17))接收烟雾，以将经部分处理的烟雾传送到过滤器50670中。
一旦烟雾进入过滤器50670，烟雾就可以被容纳在过滤器主体50676内的部件过滤。然后，过滤后的烟雾可通过限定在过滤器50670的后盖50674中的过滤器排气口50680排出过滤器50670。当过滤器50670与排抽系统相关联时，在排抽系统50600的排抽器外壳50618中生成的抽吸可通过过滤器排气口50680传送到过滤器50670，以牵引烟雾通过过滤器50670的内部过滤部件。过滤器通常包括颗粒过滤器和木炭过滤器。颗粒过滤器可为例如高效颗粒空气(HEPA)过滤器或超低渗透空气(ULPA)过滤器。ULPA过滤利用类似于迷宫的深度过滤器。可使用以下方法中的至少一种方法来过滤颗粒：直接拦截(其中超过1.0微米的颗粒被捕获，因为它们太大而不能穿过介质过滤器的纤维)，惯性冲击(其中介于0.5微米和1.0微米之间的颗粒与纤维碰撞并保留在那里)，和扩散拦截(其中在颗粒“找到”纤维并附着到纤维时，小于0.5微米的颗粒被布朗无规则热运动效应捕获)。
木炭过滤器被配置成能够移除由外科烟雾生成的有毒气体和/或气味。在各种情况下，木炭可为“活化的”，意指其已用加热工艺处理以暴露活性吸收位点。木炭可来自例如活化的天然椰子壳。
现在参见图11，过滤器50670包括粗介质过滤层50684，然后是细颗粒过滤层50686。在其他情况下，过滤器50670可由单一类型的过滤器组成。在其他情况下，过滤器50670可包括多于两个过滤层和/或多于两种不同类型的过滤层。在颗粒物被过滤层50684和50686移除之后，烟雾被抽吸通过过滤器50670中的碳贮存器50688，以移除烟雾内的气体污染物，诸如挥发性有机化合物。在各种情况下，碳贮存器50688可包括木炭过滤器。过滤后的烟雾现在基本上不含颗粒物和气体污染物，它被抽吸通过过滤器排气口50680并进入排抽系统50600中以供进一步处理和/或消除。
过滤器50670包括在过滤器主体50676的部件之间的多个挡板。例如，第一挡板50690定位在过滤器入口50678(图10)和第一颗粒过滤器(诸如粗介质过滤器50684)中间。第二挡板50692定位在第二颗粒过滤器(诸如例如细颗粒过滤器50686)和碳贮存器50688中间。另外，第三挡板50694定位在碳贮存器50688和过滤器排气口50680中间。挡板50690、50692和50694可包括垫圈或O形环，该垫圈或O形环被配置成能够防止过滤器主体50676内的部件移动。在各种情况下，挡板50690、50692和50694的尺寸和形状可被选择为防止过滤器部件在所施加的抽吸的方向上扩张。
粗介质过滤器50684可包括低空气阻力过滤材料，诸如玻璃纤维、聚酯和/或褶皱型过滤器，其被配置成能够移除例如大于10μm的大多数颗粒物。在本公开的一些方面，这包括移除至少85％的大于10μm的颗粒物、大于90％的大于10μm的颗粒物、大于95％的大于10μm的颗粒物、大于99％的大于10μm的颗粒物、大于99.9％的大于10μm的颗粒物、或大于99.99％的大于10μm的颗粒物的过滤器。
附加地或另选地，粗介质过滤器50684可包括移除大于1μm的大多数颗粒物的低空气阻力过滤器。在本公开的一些方面，这包括移除至少85％的大于1μm的颗粒物、大于90％的大于1μm的颗粒物、大于95％的大于1μm的颗粒物、大于99％的大于1μm的颗粒物、大于99.9％的大于1μm的颗粒物、或大于99.99％的大于1μm的颗粒物的过滤器。
细颗粒过滤器50686可包括效率高于粗介质过滤器50684的任何过滤器。这包括例如能够比粗介质过滤器50684过滤更高百分比的相同尺寸颗粒和/或能够比粗介质过滤器50684过滤更小尺寸颗粒的过滤器。在本公开的一些方面，细颗粒过滤器50686可包括HEPA过滤器或ULPA过滤器。附加地或另选地，细颗粒过滤器50686可具有褶皱以增大其表面积。在本公开的一些方面，粗介质过滤器50684包括褶皱型HEPA过滤器，并且细颗粒过滤器50686包括褶皱型ULPA过滤器。
在颗粒过滤之后，烟雾进入过滤器50670的包括碳贮存器50688的下游部分。碳贮存器50688由分别设置在中间挡板50692和端部挡板50694之间的多孔隔离壁50696和50698界定。在本公开的一些方面，多孔隔离壁50696和50698是刚性的和/或不可挠曲的，并且限定碳贮存器50688的恒定空间体积。
碳贮存器50688可包括附加吸附剂，这些附加吸附剂与碳颗粒累积地作用或独立于碳颗粒作用以移除气态污染物。附加吸附剂可包括例如诸如氧化镁和/或氧化铜的吸附剂，其可用于吸附气态污染物，诸如例如一氧化碳、环氧乙烷和/或臭氧。在本公开的一些方面，附加吸附剂分散在整个贮存器50688中和/或定位在贮存器50688上方、下方或内部的不同层中。
再次参见图4，排抽系统50500包括位于排抽器外壳50518内的泵50506。相似地，图7所示的排抽系统50600可包括位于排抽器外壳50618中的泵，该泵可生成抽吸以将烟雾从外科部位牵引通过抽吸软管50636并通过过滤器50670(图10和图11)。在操作中，泵可在排抽器外壳50618内产生压差，该压差使得烟雾行进到过滤器50670中并在流动路径的出口处离开排气机构(例如，图4中的排气机构50520)。过滤器50670被配置成能够从烟雾抽出有害的、污染的或以其他方式不需要的颗粒。
泵可与通过排抽器外壳50618的流动路径成直线设置，使得流经排抽器外壳50618的气体在一端进入泵并在另一端排出泵。泵可提供密封的正位移流动路径。在各种情况下，泵可通过捕集(密封)第一体积的气体并在气体移动通过泵时将该体积减小到第二较小体积来产生密封的正位移流动路径。减小捕集气体的体积增大了该气体的压力。第二加压体积的气体可在泵出口处从泵释放出来。例如，泵可以是压缩机。更具体地，泵可包括混合式再生鼓风机、爪泵、螺杆压缩机和/或涡旋式压缩机。正位移压缩机可提供改善的压缩比和操作压力，同时限制由排抽系统50600生成的振动和噪声。附加地或另选地，排抽系统50600可包括用于使流体移动穿过其中的风扇。
图12中示出了正位移压缩机(例如，涡旋式压缩机泵50650)的示例。涡旋式压缩机泵50650包括定子涡壳50652和移动涡壳50654。定子涡壳50652可固定在适当位置，而移动涡壳50654偏心地进行轨道运动。例如，移动涡壳50654可偏心地进行轨道运行，使得其围绕定子涡壳50652的中心纵向轴线旋转。如图12所示，定子涡壳50652和移动涡壳50654的中心纵向轴线垂直于涡壳50652、50654的视平面延伸。定子涡壳50652和移动涡壳50654彼此交错以形成分立的密封压缩室50656。
在使用中，气体可在入口50658处进入涡旋式压缩机泵50650。在移动涡壳50654相对于定子涡壳50652进行轨道运动时，入口气体首先被捕集在压缩室50656中。压缩室50656被配置成能够使分立体积的气体沿着涡壳50652和50654的螺旋轮廓朝向涡旋式压缩机泵50650的中心移动。压缩室50656限定气体驻留的密封空间。此外，在移动涡壳50654使捕获的气体朝向定子涡壳50652的中心移动时，压缩室50656的体积减小。这种体积减小增大了压缩室50656内部气体的压力。密封压缩室50656内部的气体随着该体积的减小而被捕集，从而对气体加压。一旦加压气体到达涡旋式压缩机泵50650的中心，加压气体就通过出口50659释放。
现在参见图13，示出了排抽系统50700的一部分。排抽系统50700可在许多方面与排抽系统50600(图7)类似。例如，排抽系统50700包括排抽器外壳50618和抽吸软管50636。再次参见图7，抽吸系统50600被配置成能够产生抽吸，从而将烟雾从抽吸软管50636的远侧端部抽吸到排抽器外壳50618中以供处理。值得注意的是，抽吸软管50636未通过图13中的过滤器端盖50603连接到排抽器外壳50618。相反，抽吸软管50636通过流体捕集器50760连接到排抽器外壳50618。可将类似于过滤器50670的过滤器定位在排抽器外壳50618的位于流体捕集器50760后面的承窝内。
流体捕集器50760是第一处理点，它在将经部分处理的烟雾中继到排抽系统50700以供进一步处理和过滤之前，从烟雾中抽出并保留流体(例如，液体)的至少一部分。排抽系统50700被配置成能够处理、过滤和以其他方式清洁烟雾，以减少或消除与手术室(或其他操作环境)中的烟雾生成相关联的令人不悦的气味或其他问题，如本文所述。在某些情况下，通过在烟雾被排抽系统50700进一步处理之前从烟雾中抽出液滴和/或气溶胶，流体捕集器50760可以(除了别的以外)提高排抽系统50700的效率和/或延长与其相关联的过滤器的寿命。
主要参见图14至图17，流体捕集器50760被示出为与排抽器外壳50618(图13)分离。流体捕集器50760包括限定在流体捕集器50760的前盖或表面50764中的入口端口50762。入口端口50762可被配置成能够可释放地接纳抽吸软管50636(图13)。例如，抽吸软管50636的端部可至少部分地插入入口端口50762内并且可利用其间的过盈配合来固定。在各种情况下，过盈配合可以是不透流体的和/或不透气的配合，使得穿过抽吸软管50636的基本上所有烟雾都被传送到流体捕集器50760中。在一些情况下，可采用用于将抽吸软管50636耦接或接合到入口端口50762的其他机构，诸如例如基于闩锁的压合接头、将抽吸软管50636与入口端口50762螺纹耦接的O形环和/或其他耦接机构。
在各种情况下，抽吸软管50636与流体捕集器50760之间的不透流体的和/或不透气的配合被配置成能够防止排抽的烟雾中的流体和/或其他材料在这些部件的接合部处或附近泄漏。在一些情况下，抽吸软管50636可通过中间耦接装置(诸如例如O形环和/或适配器)与入口端口50762相关联，以进一步确保抽吸软管50636与流体捕集器50760之间的不透气的和/或不透流体的连接。
如上所述，流体捕集器50760包括排气端口50766。排气端口延伸远离流体捕集器50760的后盖或表面50768。排气端口50766限定流体捕集器50760的内腔50770与外部环境之间的开放通道。在一些情况下，排气端口50766的尺寸和形状被设定成与外科排抽系统或其部件紧密关联。例如，排气端口50766的尺寸和形状可被设定成与来自流体捕集器50760的至少经部分处理的烟雾相关联并将其传送到容纳在排抽器外壳50618(图13)内的过滤器。在某些情况下，排气端口50766可延伸远离流体捕集器50760的前板、顶表面或侧表面。
在某些情况下，排气端口50766包括将排气端口50766与排抽器外壳50618间隔开的隔膜。此类隔膜可用于防止收集在流体捕集器50760中的水或其他液体穿过排气端口50766并进入排抽器外壳50618，同时允许空气、水和/或蒸气自由地进入排抽器外壳50618。例如，高流量微孔聚四氟乙烯(PTFE)可定位在排气端口50766的下游和泵的上游，以保护泵或排抽系统50700的其他部件免受损坏和/或污染。
流体捕集器50760还包括抓握区域50772，该抓握区域的定位和尺寸被设定成帮助用户抓握流体捕集器50760和/或将流体捕集器50760与抽吸软管50636和/或排抽器外壳50618连接。抓握区域50772被示出为细长凹陷部；然而，读者将容易理解，抓握区域50772可包括例如至少一个凹陷部、沟槽、突起部、流苏和/或环，其尺寸和形状可被设定成容纳用户的手指或以其他方式提供抓握表面。
现在主要参见图16和图17，示出了流体捕集器50760的内腔50770。入口端口50762和排气端口50766的相对定位被配置成能够在烟雾进入流体捕集器50760中时促进从烟雾中抽出和保持流体。在某些情况下，入口端口50762可以包括带凹口的圆柱形形状，其可以将烟雾和附带的流体朝向流体捕集器50760的流体贮存器50774引导，或者以其他方式远离排气端口50766定向引导。此类流体流的示例在图17中用箭头A、B、C、D和E示出。
如图所示，烟雾通过入口端口50762进入流体捕集器50760(由箭头A示出)，并且通过排气端口50766排出流体捕集器50760(由箭头E示出)。至少部分地由于入口端口的几何结构(例如，较长的上部侧壁50761和较短的下部侧壁50763)，进入入口端口50762的烟雾最初主要被向下引导到流体捕集器50760的流体贮存器50774中(由箭头B示出)。在烟雾继续沿着箭头A和箭头B被向下牵引到流体捕集器50760中时，最初被向下引导的烟雾向下滚落，并且被横向引导远离其源，以沿着基本上相反但平行的路径朝向流体捕集器50760的上部部分行进并离开排气端口50766(由箭头D和箭头E示出)。
烟雾通过流体捕集器50760的定向流动可以确保烟雾内的液体被抽出并保持在流体捕集器50760的下部部分(例如，流体贮存器50774)内。此外，当流体捕集器50760处于竖直位置时，排器端口50766在入口端口50762上方竖直地相对定位被配置成能够阻止液体由于烟雾的流动无意中被携带通过排气端口50766，同时基本上不阻碍流体流入和流出流体捕集器50760。另外，在某些情况下，入口端口50762和出口端口50766的配置和/或流体捕集器50760本身的尺寸和形状可使流体捕集器50760能够抗溢出。
在各种情况下，排抽系统可包括多个传感器和智能控件，例如如本文相对于图5和图6进一步所述。在本公开的一个方面，排抽系统可包括一个或多个温度传感器、一个或多个流体检测传感器、一个或多个压力传感器、一个或多个颗粒传感器和/或一个或多个化学传感器。温度传感器可被定位成检测外科部位处、移动通过外科排抽系统和/或从外科排抽系统排入手术室的流体的温度。压力传感器可被定位成检测排抽系统内的压力，诸如排抽器外壳内的压力。例如，压力传感器可定位在过滤器的上游、过滤器和泵之间、和/或泵的下游。在某些情况下，压力传感器可被定位成检测排抽系统外部的周围环境中的压力。类似地，颗粒传感器可被定位成检测排抽系统内的颗粒，诸如排抽器外壳内的颗粒。例如，颗粒传感器可位于过滤器的上游、过滤器和泵之间、和/或泵的下游。在各种情况下，颗粒传感器可被定位成检测周围环境中的颗粒，以便确定例如手术室中的空气质量。
图18示意性地示出了用于排抽系统50800的排抽器外壳50818。排抽器外壳50818可在许多方面类似于例如排抽器外壳50018和/或50618，和/或可结合到本文所公开的各种排抽系统中。排抽器外壳50818包括许多传感器，这些传感器在本文中进一步描述。读者将会知道，某些排抽器外壳可不包括图18所示的每个传感器和/或可包括附加传感器。类似于本文所公开的排抽器外壳50018和50618，图18的排抽器外壳50818包括入口50822和出口50824。流体捕集器50860、过滤器50870和泵50806沿着在入口50822和出口50824之间通过排抽器外壳50818的流动路径50804依次对齐。
排抽器外壳可包括模块化和/或可替换部件，如本文进一步所述。例如，排抽器外壳可包括尺寸被设定成接纳模块化流体捕集器和/或可替换过滤器的承窝或插孔50871。在某些情况下，流体捕集器和过滤器可结合到单个可互换模块50859中，如图18所示。更具体地，流体捕集器50860和过滤器50870形成可互换模块50859，该可互换模块可以是模块化的和/或可替换的，并且能够可拆卸地安装在排抽器外壳50818中的插孔50871中。在其他情况下，流体捕集器50860和过滤器50870可为单独且不同的模块化部件，它们可组装在一起和/或单独安装在排抽器外壳50818中。
仍参见排抽器外壳50818，排抽器外壳50818包括用于检测其中的各种参数和/或周围环境的参数的多个传感器。附加地或另选地，安装在排抽器外壳50818中的一个或多个模块化部件可包括一个或多个传感器。例如，仍参见图18，可互换模块50859包括用于检测其中的各种参数的多个传感器。
在各种情况下，排抽器外壳50818和/或与排抽器外壳50818兼容的一个或多个模块化部件可包括处理器，诸如处理器50308和50408(图5和图6)，该处理器被配置成能够从一个或多个传感器接收输入和/或将输出传送到一个或多个系统和/或驱动器。本文进一步描述了与排抽器外壳50818一起使用的各种处理器。
在操作中，可将来自外科部位的烟雾经由流体捕集器50860抽吸到排抽器外壳50818的入口50822中。通过图18中的排抽器外壳50818的流动路径50804可包括在各种串联部件之间延伸的密封导管或管50805。在各种情况下，烟雾可流过流体检测传感器50830和化学传感器50832到达分流阀50834，如本文进一步所述。流体检测传感器诸如传感器50830可检测烟雾中的流体颗粒。在一种情况下，流体检测传感器50830可为连续性传感器。例如，流体检测传感器50830可包括两个间隔开的电极和用于检测这两者间的连续程度的传感器。当不存在流体时，连续性可为例如零或基本上为零。化学传感器50832可检测烟雾的化学特性。
在分流阀50834处，流体可被引导到流体捕集器50860的冷凝器50835中，并且烟雾可继续朝向过滤器50870。导流板50864定位在冷凝器50835内，以有利于流体液滴从烟雾冷凝到流体捕集器50860中的贮存器中。流体检测传感器50836可确保排抽器外壳中的任何流体完全或至少基本上被捕获在流体捕集器50860内。
仍然参见图18，然后烟雾可被引导流入可互换模块50859的过滤器50870中。在过滤器50870的入口处，烟雾可流过颗粒传感器50838和压力传感器50840。在一种形式中，颗粒传感器50838可包括激光颗粒计数器，如本文进一步所述。烟雾可经由褶皱型超低渗透空气(ULPA)过滤器50842和木炭过滤器50844被过滤，如图18所示。
在排出过滤器时，过滤后的烟雾可流过压力传感器50846，然后可沿着排抽器外壳50818内的流动路径50804朝向泵50806继续流动。在移动通过泵50806时，过滤后的烟雾可以流过通向排抽器外壳50818的出口处的颗粒传感器50848和压力传感器50850。在一种形式中，颗粒传感器50848可包括激光颗粒计数器，如本文进一步所述。图18中的排抽器外壳50818还包括空气质量颗粒传感器50852和环境压力传感器50854，这些传感器用以检测周围环境(诸如手术室内的环境)的各种特性。空气质量颗粒传感器或外部/环境空气颗粒传感器50852可包括至少一种形式的激光颗粒计数器。本文进一步描述了图18所示的各种传感器。此外，在各种情况下，可在本文所公开的排烟系统中利用另选的感测装置。例如，本文还公开了用于对颗粒进行计数和/或确定流体中颗粒浓度的另选的传感器。
在各种情况下，图18所示的流体捕集器50860可被配置成能够防止所捕获的流体的溢出和/或泄漏。例如，流体捕集器50860的几何结构可被选择为防止所捕获的流体溢出和/或泄漏。在某些情况下，流体捕集器50860可包括导流板和/或防溅板(诸如板50862)，以用于防止所捕获的流体溅出流体捕集器50860。在一种或多种情况下，流体捕集器50860可包括用于检测流体捕集器内的流体体积和/或确定流体捕集器50860是否被填充至容量的传感器。流体捕集器50860可包括用于从其清空流体的阀。读者将容易理解，可采用各种另选的流体捕集器布置和几何结构来捕获被抽吸到排抽器外壳50818中的流体。
在某些情况下，过滤器50870可包括附加的和/或更少的过滤水平。例如，过滤器50870可包括选自以下过滤器组的一个或多个过滤层：粗介质过滤器、细介质过滤器和基于吸附剂的过滤器。粗介质过滤器可为低空气阻力过滤器，其可由例如玻璃纤维、聚酯和/或褶皱型过滤器构成。细介质过滤器可为高效颗粒空气(HEPA)过滤器和/或ULPA过滤器。基于吸附剂的过滤器可为例如活性炭过滤器。读者将容易理解，可采用各种另选的过滤器布置和几何结构来过滤沿着通过排抽器外壳50818的流动路径被抽吸的烟雾。
在一种或多种情况下，图18所示的泵50806可用另一个压缩机和/或泵(诸如混合式再生鼓风机、爪泵和/或螺杆压缩机)代替和/或与其结合使用。读者将容易理解，可采用各种另选的泵送布置和几何结构来在流动路径50804内生成抽吸，以将烟雾抽吸到排抽器外壳50818中。
排抽系统中的各种传感器(诸如图18所示的传感器)可与处理器通信。该处理器可以结合到排抽系统中和/或可以是另一个外科器械和/或外科集线器的部件。本文还描述了各种处理器。机载处理器可被配置成能够基于来自一个或多个传感器的输入来调整排抽器系统(例如，泵50806的马达)的一个或多个操作参数。附加地或另选地，板载处理器可被配置成能够基于来自一个或多个传感器的输入来调整另一装置(诸如电外科工具和/或成像装置)的一个或多个操作参数。
现在参见图19，示出了用于排抽系统50900的另一个排抽器外壳50918。图19中的排抽器外壳50918可在许多方面类似于图18中的排抽器外壳50818。例如，排抽器外壳50918限定通向排抽器外壳50918的入口50922和通向排抽器外壳50918的出口50924之间的流动路径50904。在入口50922和出口50924中间依次布置有流体捕集器50960、过滤器50970和泵50906。排抽器外壳50918可包括例如尺寸被设定成接纳模块化流体捕集器和/或可替换过滤器的承窝或插孔50971(类似于插孔50871)。在分流阀50934处，流体可被引导到流体捕集器50960的冷凝器50935中，并且烟雾可继续朝向过滤器50970。在某些情况下，流体捕集器50960可包括导流板(诸如导流板50964)和/或防溅板(诸如例如板50962)，以用于防止所捕获的流体溅出流体捕集器50960。过滤器50970包括褶皱型超低渗透空气(ULPA)过滤器50942和木炭过滤器50944。密封导管或管50905在各种串联部件之间延伸。排抽器外壳50918还包括传感器50830、50832、50836、50838、50840、50846、50848、50850、50852和50854，它们在本文中进一步描述并在图18和图19中示出。
仍参见图19，排抽器外壳50918还包括离心式鼓风机布置50980和再循环阀50990。再循环阀50990可选择性地打开和关闭以使流体再循环通过流体捕集器50960。例如，如果流体检测传感器50836检测到流体，则再循环阀50990可以打开，使得流体被引导回远离过滤器50970并返回到流体捕集器50960中。如果流体检测传感器50836未检测到流体，则阀50990可以关闭，使得烟雾被引导到过滤器50970中。当流体经由再循环阀50990再循环时，流体可通过再循环导管50982被抽吸。离心式鼓风机布置50980与再循环导管50982接合，以在再循环导管50982中生成再循环抽吸力。更具体地，当再循环阀50990打开并且泵50906被激活时，过滤器50970下游的泵50906生成的抽吸力可生成第一离心式鼓风机或鼠笼50984的旋转，该抽吸力可转移到第二离心式鼓风机或鼠笼50986，该第二离心式鼓风机或鼠笼将再循环的流体抽吸通过再循环阀50990并进入流体捕集器50960中。
在本公开的各个方面，图5和图6的控制示意图可与图18和图19的各种传感器系统和排抽器外壳一起利用。
将排烟系统参数传送到外科集线器或云以实现其他附接装置的输出或操作
END8546USNP(M-1/164469)
在已经使用电外科器械的外科规程的过程中，先前没有监测诸如外科烟雾中的颗粒类型、颗粒浓度和颗粒尺寸的参数。未在外科规程期间执行烟雾监测意味着存在于外科部位处的排烟装置未能调整操作来更仔细地排抽烟雾以便补偿在外科规程的过程中的参数变化(例如，排抽的烟雾中的较高颗粒浓度等)。
参考图20至图22以及图25至图35，如本文所述的示例性智能排烟系统56100能够将检测到的或感测到的参数传送到外科集线器206或云分析计算环境204(下文称为云204)，这继而实现与外科集线器206或云204通信的其他装置的输出和操作。例如，如果检测到变化的颗粒浓度，则该变化的参数被传送到外科集线器206或云204，并且外科集线器206或云204可以调整智能排烟系统56100中的另一个部件的操作，诸如施加到电外科器械的功率水平，以补偿变化的参数。
通过因智能排烟系统检测到的参数而自动调整其他装置的操作，由电外科器械的操作产生的烟雾被更有效地移除，并且减少了外科规程期间存在对医生和其他人员的危险。
图20示出了根据本公开的至少一个方面的排烟系统56100，其中各种模块和装置彼此通信。在排烟系统56100中识别的模块和装置之间的通信可以直接发生或经由通过外科集线器204和/或云204的连接间接地发生。排烟系统56100可以交互地耦接到外科集线器206和/或云204，如例如图25至图35所述。这样，排烟模块226感测或检测到的参数可以影响计算机实现的外科系统中的其他模块、装置或部件的功能，诸如图32至图24所示的那些。例如，图20示出了计算机实现的排烟系统56100，该计算机实现的排烟系统包括云204、外科集线器206、排烟模块226以及模块A 56108、模块B 56106和模块C 56104。模块A 56108、B56106和C 56104可以是与外科集线器206连接或作为外科集线器206的一部分的任何模块或装置。例如，模块A 56108、B 56106和C 56104可以是可视化系统208、机器人系统222、智能器械235、成像模块238、发生器模块240、抽吸/冲洗模块228、通信模块230、处理器模块232、存储阵列234、手术室标测模块242等的部件。这些各种类型的模块和部件的示例和描述可见于例如图25至图35的讨论。
排烟模块226包括至少一个传感器。该传感器可以是任何类型的传感器，包括例如检测操作参数的传感器，诸如环境压力传感器、空气质量颗粒传感器等。此外，传感器可以是内部传感器，诸如例如压力传感器、流体检测传感器、化学传感器、激光颗粒计数器等。此外，排烟模块226中可以包括多于一个压力传感器，以便确定排烟模块226的各个部分上的压差。在排烟系统56100的背景中使用的传感器的描述可以例如结合图4至图6、图18和图19找到。
在各个方面，排烟模块226和模块A 56108、B 56106和C 56104可以例如与外科集线器206和/或云204直接或间接通信。重新转到图20，排烟模块206和模块A 56108、B 56106和C 56104被示出为与外科集线器206以双向通信的方式接合。这种双向通信由双向箭头指示，诸如箭头56112。在一个示例中，可以通过将排烟模块226或模块A 56108、B 56106和C56104的模块化外壳连接到包括内部连接器控制台的模块化底板来实现该双向通信。模块化底板被配置成能够通过外科集线器206横向地或竖直地连接到排烟模块226或模块A56108、B 56106和C 56104的模块化外壳。这样的一个示例在图27至图31中示出。在一个另选示例中，可以通过排烟模块226或模块A56108、B 56106和C 56104的外壳成为在装置的背部上具有允许其与外科集线器206交接的有线连接附接件的独立外壳来建立双向通信。另选地，又如，排烟模块226和模块A 56108、B 56106和C 56104可以彼此直接连接。再如，排烟模块226以及模块A 56108、B 56106和C 56104可以包括无线通信模块，以直接或间接地与外科集线器206和/或云204通信。在图20所示的示例中，外科集线器206被示出为与云204进行双向通信。另选地，又如，如虚线56110所示，排烟模块226以及模块A 56108、B 56106和C56104中的任一者或全部可以与云204直接通信，以便直接从云接收指令或信息而不继续通过外科集线器206。
图21示出了根据本公开的至少一个方面的外科集线器206、云204、排烟模块226和/或各种其他模块A 56108、B 56106和C 56104之间的互连性的示例性方法流程图56200。尽管参考图21中所示的流程图描述了示例性方法56200，但是应当理解，可以使用执行与该方法相关联的动作的许多其他方法。例如，一些块的次序可以改变，某些块可以与其他块组合，且所描述块中的一些是可选的。
同样参考图25至图35，最初，排烟模块226获取56202参数。例如，排烟模块226的传感器部件(诸如空气质量颗粒传感器)将检测参数。该参数可以是与手术室的周围环境相关的任何参数，诸如例如手术室的空气质量。虽然在该示例中仅存在一个感测参数，但本公开不应以这种方式进行限制。在一个另选示例中，任何数量的不同传感器可产生许多感测参数。感测参数的频率以及激活排烟模块226的频率取决于被排抽的烟雾量。例如，如果非常少的烟雾被排抽，则排烟模块226可以更慢地运行和/或更不频繁地感测参数。另选地，如果排烟模块226主动工作以排抽正在快速产生的烟雾，则排烟模块226可以有帮助地以更高的速率运行和/或更频繁地感测参数以确保设备正常工作。这可为手术室中存在的所有外科医生、人员和医疗设备提供更安全的环境。可被感测的其他参数包括由内部传感器感测的那些，诸如例如颗粒浓度、气溶胶百分比或化学分析。另选地，排烟模块226外壳上的传感器感测的操作参数包括例如气流、压差或空气质量。在排烟系统56100的背景中使用的传感器的描述可以见于例如图4至图6、图18和图19。
接下来，排烟模块226将该获取的参数的值传输56204到外科集线器206或云204。例如，如果获取了手术室的空气质量的值，则排烟模块226可以将其发送到外科集线器206。外科集线器206可处理该参数，和/或可将所接收的空气质量参数传送到云204。这可经由网络路由器211、网络集线器207、网络交换机209或它们的任何组合来实现。在一个另选示例中，排烟模块226可以使用有线或无线通信技术将空气质量参数直接传送到云204。
接下来，处理56206参数的值，并且确定56208参数的值是否对外科排抽系统56100或另一个模块化装置应如何操作有影响。该处理可发生在外科集线器206中、云204中、或外科集线器206和云204的组合中。对感测参数执行的处理包括在各种算法和学习软件中使用感测参数的值来确定是否应当自动调整排烟模块226或模块A 56108、B 56106和C 56104中的任一者的操作以补偿检测到的参数的值。参数的值是排烟变量。算法和学习软件可在处理之前存储在云204(存储装置105)或外科集线器206(存储装置248)中，并且可根据需要远程更新。
例如，如果感测到的空气质量参数的值指示空气中存在大量烟雾颗粒，则云204可以包含软件算法，该软件算法可以使用空气质量参数的值来确定如何改变排烟模块或模块A 56108、B 56106和C 56104的操作，以便改善手术室的环境空气质量。在该示例中，云204可确定必须修改智能器械235的操作，并且通过调整向智能器械235提供波形的发生器的输出来最佳地调整该操作。发生器模块240被配置将电力转换成由振荡电流构成的高频波形，该振荡电流被传输到电极以作用于组织。在一个另选示例中，云204可确定模块A 56108、B56106和C 56104中没有一个必须调整，但是必须调整排烟模块226的操作。在该另选示例中，如果排烟模块226的操作被调整以便更快地从手术室排抽烟雾，则云204可以确定空气质量参数的值指示排烟模块226可以提供更安全的环境。
接下来，向外科排抽系统56100或模块化装置发送56210指令以调整操作。例如，云204可基于所感测的空气质量参数的值来确定应调整智能器械235的操作。在该示例中，这先前由云204确定为通过修改发生器模块240的输出来最佳地实现。因此，在该示例性步骤56210中，云204向发生器模块240(例如，模块A 56108)发送指令。在该示例中，向发生器模块240发送指令，该指令指示发生器模块240的输出被修改以便改变智能器械235的操作。
最后，基于该指令调整56212外科排抽系统56100或模块化装置的操作。例如，发生器模块240将遵循其从云204接收的指令，并且改变输出到智能器械235的波形的形状。这种调整使得智能器械235以期望的方式作用于组织。在一个示例中，对各种模块的指令预先存储在云204或外科集线器206中，但可根据需要远程更新。另选地，这些指令由云204或外科集线器206根据需要动态地生成。
图22示出了根据本公开的至少一个方面的与各种其他模块和装置通信的排烟系统56300。图22所示的示例公开了图20所示的计算机实现的外科系统的一个另选示例。继续参考图25至图35和图22，示出了云204和外科集线器206。尽管所示示例示出了一个云204和一个外科集线器206，但在另选示例中，在计算机实现的外科系统中可存在多于一个云204和/或外科集线器206。
在图22中，外科集线器206可包括各种模块，诸如抽吸/冲洗模块228、排烟模块226和发生器模块240。排烟模块226可以包含检测不同参数的第一传感器56302和第二传感器56304。例如，第一传感器56302可以是对从手术室排抽的烟雾执行化学分析的化学传感器，并且第二传感器56304可以是确定从手术室排抽的烟雾的颗粒浓度的激光颗粒计数器。在一个另选示例中，排烟模块226中可以存在多于两个或少于两个传感器。
在该示例中，第一传感器56302感测第一参数56306，例如，从手术室排抽的烟雾的pH。第二传感器56304感测第二参数56308，例如，从手术室排抽的烟雾的颗粒计数(ppm)。排烟模块226可以连接到外科集线器206，或者可以是外科集线器206的一部分，因此第一参数56306和第二参数56308可以在被感测到之后自动提供给外科集线器206。在一个另选示例中，外科集线器206可以周期性地或者根据用户对感测参数信息的请求从排烟模块226请求任何感测参数，并且排烟模块226将根据请求提供感测参数的值。另选地，排烟模块226可以周期性地向外科集线器206提供感测的值而无需请求。
在一个示例中，外科集线器206可处理、修改或操纵第一参数56306和第二参数56308以变成第一处理参数56306'和第二处理参数56308'。在一个另选示例中，外科集线器206可不执行第一参数56306和第二参数56308的任何处理。外科集线器206可将第一处理参数56306'和第二处理参数56308'发送到云204以供进一步处理，以便基于感测参数的值来确定是否应调整各种模块的操作。云204可以运行各种算法以确定第一处理参数56306'和第二处理参数56308'的值是否指示是否应调整任何其他模块和装置(包括排烟模块226)以便在手术室中创造更理想的外科环境。在该示例中，云204可确定第一处理参数56306'和第二处理参数56308'的值高于或低于可接受阈值，因此应调整其他模块的操作以补偿第一处理参数56306'和第二处理参数56308'的感测/检测值。
在图22所示的示例中，云204可确定应调整可视化系统208的显示以准确地示出外科部位。在这种情况下，云204可向可视化系统208发送指令A 56312以调整其对外科部位的显示。可视化系统208通信地耦接到外科集线器206。
此外，在该示例中，云204可在运行多种算法之后基于第一处理参数56306'或第二处理参数56308'的值来确定还应调整抽吸/冲洗模块228的操作。在该示例中，指令B 56310可从云204发送到外科集线器206。外科集线器206可将指令B 56310传输到抽吸/冲洗模块228。在一个另选的示例中，外科集线器206可使得位于外科集线器206中的处理器244调整抽吸/冲洗模块228的操作。在另一个另选示例中，云204可将指令B 56310直接发送到抽吸/冲洗模块228，而不首先通过外科集线器206发送指令B 56310。
云204可在运行各种算法之后确定发生器模块240可能不会受益于操作的调整，或者所感测的参数可能不会受到发生器模块240的操作的调整的有效影响。因此，在图22所示的示例中，云204可不向发生器模块240发送指令。另选地，云204可向发生器模块240发送不需要修改操作的指示。
包含分段控制电路的排烟系统，其中该电路以分阶段方法通电以检查系统的错
误、短路和安全检查END8546USNP1(M-7/162220)
如果未检测到排烟系统中的故障，则当排抽系统未正常工作时，排烟系统可能在外科情境中被无意地操作。这可能导致不安全的外科环境，其中危险的或致癌的烟雾没有被适当地从手术室中滤除。另选地，虽然排烟系统的一些部分可能正常工作，但其他部分可能未正常工作。这可能使得排烟系统的通电和操作一般是危险的。
排烟系统56100、56300包括排烟模块226，该排烟模块耦接到例如如图20至图22所示的外科集线器206和/或云204，该排烟系统还可包括如图23所述的分段控制电路57100。分段控制电路57100可以分阶段通电以检查故障、错误、短路，并且可以在启动排烟模块226时运行各种安全检查来帮助确定排烟模块226操作安全。
通过以分阶段方法启动排烟模块226，可以在尝试操作排烟模块226之前识别故障和错误。这可以改善外科操作的整体安全性，因为可以修复排烟系统，或者如果需要，可以用替换排烟模块替换排烟系统。
在一个方面，图20至图22中描述的排烟模块226包括分段控制电路，其中该电路可以分阶段方法通电以检查错误、短路并执行系统的安全检查。图23示出了根据本公开的至少一个方面的分段控制电路57100的一个方面。应当指出的是，虽然某些特征、模块、处理器、马达等被划分在图23所示的各种区段中，但本公开不应限于该示例。在另选示例中，该区段可包括比图23中所公开的那些更多、更少或不同的部件。此外，在另一个另选示例中，示例性分段电路中的区段数量可以多于或少于三个区段。
在图23的示例中，分段控制电路57100包括第一区段57102、第二区段57104和第三区段57106。在一个示例中，第一区段57102包括主处理器57108和安全处理器57110。主处理器57108可直接有线连接到电源按钮或开关57120。因此，在该示例中，第一区段57102(并且具体地主处理器57108)是待激活的第一区段57102和部件57108。
安全处理器57110和/或主处理器57108可被配置成能够与一个或多个附加电路区段及其部件进行交互，诸如可包括感测电路57112和显示器电路57114的第二区段57104，以及可包括马达控制电路57116和马达57118的第三区段57106。电路区段及其部件都耦接到安全处理器57110和/或主处理器57108或与安全处理器57110和/或主处理器57108通信。主处理器57108和/或安全处理器57110还可耦接到存储器，或者包括内部存储器。主处理器57108和/或安全处理器57110还可耦接到通信装置或者与该通信装置有线或无线通信，该通信装置将允许通过网络诸如外科集线器206和/或云204进行通信。
主处理器57108包括耦接到例如一个或多个电路区段、电池和/或多个开关的多个输入端。分段控制电路57100可通过任何合适的电路(诸如例如排烟模块226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。主处理器57108和安全处理器57110为多用途的可编程装置，该装置接受数字数据作为输入，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。安全处理器57110可被配置成能够专门用于安全关键应用等等，以提供先进的集成安全特征，同时递送可伸缩的性能、连接性和存储器选项。
在图23所示的示例中，第二区段57104可包括感测电路57112和显示器电路57114，这两者均耦接到主处理器57108或与主处理器57108进行信号通信。本文大致描述的排烟模块226的感测电路57112包括各种传感器，一些在排烟模块226的内部，并且一些在排烟模块226的外部并且位于该排烟模块的外壳上。这些传感器包括各种压力传感器、流体传感器、化学传感器、激光颗粒计数器或其他激光传感器，以及空气质量传感器。在排烟系统56100的背景中使用的传感器的描述可以见于例如图4至图6、图18和图19。
在一个另选方面，感测电路57112可包括通信装置，因为位于排烟模块226的外部外壳上的一些传感器可涉及经由该通信装置与感测电路57112、主处理器57108和/或安全处理器57102的通信和/或与其连接。显示器电路57114可包括屏幕或其他显示器，其可以显示由排烟模块226或与排烟模块226或外科集线器206通信的另一个装置获得的文本、图像、图形、图表等。例如，显示器电路57114可包括监视器或屏幕(例如，显示器210、217或监视器135)，该监视器或屏幕可显示和覆盖从成像模块238、装置/器械235和/或其他可视化系统208接收的图像或数据。该显示器或屏幕可向用户呈现分段控制电路57100中的每个区段的状态或每个区段中的每个部件的状态。分段控制电路57100可通过识别每个部件或区段、接收或确定每个部件或区段的状态以及向用户显示每个部件或区段的状态来识别每个区段的状态或每个区段的每个部件的状态。可使用例如唯一数据包格式、认证、加密、ID号、密码、信号通信、标记等来识别部件或区段。可使用标记、指示、感测参数的值、测量等来确定部件或区段的状态。
这些功能(识别、确定和显示)可使用例如Wi-Fi、有线连接、信号通信、Thread、蓝牙、RFID或NFC来执行。例如，分段控制电路57100的部件可包括通过网络进行通信的通信装置，或者可耦接到允许通过网络进行通信的外部通信装置。通信装置可包括被配置成能够通过物理线或无线方式进行通信的收发器。该装置还可包括一个或多个附加收发器。收发器可包括但不限于蜂窝调制解调器、无线网状网络收发器、
收发器、低功率广域(LPWA)收发器和/或近场通信收发器(NFC)。通信装置可包括主处理器57108、安全处理器57110、显示器电路57114、外科集线器206或云204或被配置成能够与主处理器57108、安全处理器57110、显示器电路57114、外科集线器206或云204通信，其可验证部件的身份或可接收部件的身份及其相关联的状态。收发器可被配置成能够经由相应的UART从处理器接收串行传输数据，将串行传输数据调制到RF载波上以产生传输RF信号，以及经由相应的天线传输该RF信号。每个收发器可对应于所选择的无线通信标准和/或协议的具体实施，例如用于
的IEEE 802.11a/b/g/n和/或用于使用Zigbee路由的无线网状网络的IEEE802.15.4，如本文所述。在另选方面，显示器电路可包括用于可听地发信号通知的小扬声器或用于指示烟雾探测器的状态、开/关操作、过滤器剩余寿命等的小灯/显示器。每个部件的识别及其状态可由每个部件主动提供，以规则或不规则的时间间隔发送或传输此类信息。不规则时间间隔的一个示例可以是例如当用户指示要发送的信息时。在一个另选示例中，可以规则或不规则的时间间隔请求每个部件或区段的身份和状态信息。例如，可每分钟、20分钟、40分钟、一小时、3小时、24小时等请求马达控制电路57116的身份和状态。
在一个另选方面，分段控制电路57100允许状态电路的通电，状态电路允许排烟模块226查询或轮询所有附接的部件。状态电路可位于任何区段中，但对于该示例可位于第一区段57102中。该状态电路可能够查询/轮询所有部件，包括第一区段57102、第二区段57104、第三区段57106中的那些部件，以及任何其他附加部件，诸如图25至图35所示的那些部件。可以对附接的部件进行轮询/查询以便验证兼容性，即部件或区段可以与排烟系统或集线器兼容；真实性，即部件或区段可以是正确的部件并且可以是可信的；使用状态，或具有基于使用的寿命的任何区段或部件(诸如过滤器)的状态；以及区段或部件的正确插入，诸如在使马达和连接到马达的泵通电之前正确地插入过滤器。在一个示例中，可以进一步查询/轮询智能器械(诸如智能器械235)，以便验证正在使用正确的装置并且排烟器系统能够利用被轮询/查询的智能器械工作或知道如何工作。例如，被轮询或查询的智能器械235可以是Zip
了解正在使用哪个Zip
可帮助排烟系统确定如何工作。如果使用未识别的智能器械，则排烟系统可以确定使马达通电不适当或不安全，并且显示器电路57114可以显示错误。这可针对智能外科环境的任何部件而不仅仅是智能器械235进行。另选地，如果使用未识别的智能器械，则排烟系统可确定该装置可以普遍安全的操作模式使用。
如上所述，将允许排烟模块226查询/轮询其他部件的状态电路通电还可以为被查询/轮询的部件提供专有标识、认证和状态文本串。这允许排烟模块226和排烟模块226的子部件的受控标识，以便防止模仿装置欺骗安全装置。例如，欺骗安全装置的一个示例性尝试是通过构建“盗用器”来进行独特的连接。为了防止系统被欺骗，可执行操作以认证每个部件。可以基于存储的数据、安全加密、认证、参数或它们的某种组合来认证附接到排烟系统的每个部件。存储的数据可包括识别号或另一个标识符、产品名称、和产品类型、唯一的装置标识符、公司商标、序列号和/或其他制造数据、配置参数、使用信息、启用或禁用的特征、或关于如何使用附接的部件的算法/指令。
在图23所示的示例中，第三区段57106可包括马达控制电路57116和马达57118。马达控制电路57116和/或马达57118可耦接到主处理器57108和/或安全处理器57110或与其进行信号通信。主处理器57108可指示马达控制电路57116减小或增大马达57118的速度。在另选示例中，马达控制电路57116和马达57118可耦接到安全处理器57110或与其进行信号通信。马达57118可以耦接到排烟模块226中的泵(参见图4和图6至图19)，并且马达57118的操作可以使泵工作。具体地，在一个示例中，马达57118可在两种不同的状态下操作。第一状态可以是当马达57118由用户激活时。在该第一状态下，马达57118可以比在第二状态下更高的速率运行。在第二状态下，马达57118、马达控制电路57116、主处理器57108或安全处理器57110可感测到用户活动缺失，或者可从主处理器57108、安全处理器57110、外科集线器204、云206或位于外科集线器206内的另一个模块(例如，处理器模块232)接收减慢马达57118的操作速率的指令。
马达57118可操作的不同状态的数量不限于两个。马达57118可基于参数的各种测量值来改变或选择其操作状态。在另一方面，马达57118可基于落入特定阈值内、高于特定阈值或低于特定阈值的用户活动水平来确定或设置其操作状态。此外，这些阈值可以与排烟模块226的其他模块或部件的阈值相关或密切相关。
在一个另选示例中，马达57118可任选地具有被称为休眠模式的模式。在该示例中，当未在预先确定的时间量使用时，可激活休眠模式，或者马达57118可被关闭进入休眠模式(安静模式或低功率模式)。进入休眠模式之前不活动的阈值时间量可根据多种因素而变化，包括外科规程的类型、执行该规程的特定外科医生或其他因素。因此，预先确定量的时间可为预设的，但可为容易调整的。例如，从示例性活动状态切换到休眠模式状态的阈值可为十分钟。在该示例中，如果外科医生超过十分钟未使用智能器械235，则马达控制电路57116或马达57118可接收进入休眠模式的指令。在一个另选示例中，如果智能器械235超过十分钟未被外科医生使用，则智能器械235可通过将马达57118减慢到休眠模式状态来自动启动休眠模式。此外，当排烟模块226或智能器械235再次使用或感测用户交互时，排烟模块226可以经历唤醒序列以使分段电路57100重新通电。该唤醒序列可与用于在检查错误或故障时使分段电路57100通电的启动序列相同。另选地，唤醒序列可以是启动序列的缩写版本，以在感测到用户交互时快速地使分段电路57100重新通电。
图24所示的示例公开了根据本公开的至少一个方面的操作排烟模块226的控制电路部分以便分阶段地使分段控制电路57100通电的方法57200。这样，控制电路的各个部分将能够在使后续区段通电之前执行安全检查，从而提供安全电启动电路方法。尽管参考图24中所示的流程图描述了示例性方法57200，但是应当理解，可以使用执行与该方法相关联的动作的许多其他方法。例如，一些块的次序可以改变，某些块可以与其他块组合，且所描述块中的一些是可选的。
根据方法57200，控制电路57100首先激活57202第一区段57102。例如，如先前在图23中所示，第一区段57102可包括主处理器57108和安全处理器57110。在一个另选示例中，其他部件也可包括在第一区段57102中，或者第一区段57102可不包括主处理器57108和/或安全处理器57110。
接下来，第一区段57102执行第一功能57204。该第一功能例如可与验证控制电路57100和/或排烟模块226的安全性有关。例如，主处理器57108或安全处理器57110可在接合分段控制电路57100的高功率部分之前检查每个区段或区段的部件的短路和其他错误。主处理器57108和/或安全处理器57110可对每个部件或每个区段执行安全检查以确定它们正常工作。此外，在另一个示例中，主处理器57108或安全处理器57110可以执行验证功能以确保排烟模块226中的部件是正确的部件。例如，主处理器57108或安全处理器57110可包括可信平台模块(TPM)，或者TPM可以是分段控制电路57100中的单独部件，用于确保排烟器系统56100、56300的部件是正确的部件。可通过各种方式来完成该验证。例如，一种示例性方法是在TPM中为每个部件或区段存储密钥。如果将连接的部件进行比较并且在TPM内未发现每个部件或区段的键，则排烟模块226可能无法启用那些模块或不为那些模块供电。在另一个示例中，所讨论的密钥可以结合加密，或者另选地，可能需要排烟模块226的部件(诸如主处理器57108或安全处理器57110)的认证。
此外，例如，主处理器57108和/或安全处理器57110可包括存储在存储器中的开关逻辑部件，该开关逻辑部件防止分段控制电路57100在不满足特定安全条件的情况下激活电路的部分。例如，可存在存储在安全处理器57118内的附属于逻辑开关或多个逻辑开关的各种条件。例如，如果保护外壳未完全闭合，如果过滤器模块未完全或适当插入，如果流体贮存器未完全或适当插入，如果软管未适当或完全插入，并且如果流体贮存器未充分充满，则可以触发逻辑开关，并且可以不激活分段控制电路57100或排烟模块226的附属部分。
在一个另选示例中，可以存在单独的壳体电路，以确保外壳在允许排烟模块226或各区段中的一个被激活或操作之前完全且适当地闭合。例如，如果外壳未完全闭合，则该电路可不闭合。因此，分段控制电路57100的剩余区段或部件可不被激活。该壳体电路概念可在篡改电路中使用以防止未经授权的维修。例如，篡改电路可包括确认电路。如果打开了不应打开的外壳，则确认电路可永久地电断开或机械断开。该可断开确认电路具有可桥接两个刚性固定的电连接块的内部连接条，一个块可位于壳体的壳上，而另一个块可位于壳体的基部框架上。内部连接可具有刚性可插入电连接器，该刚性可插入电连接器可通过壳和基部框架中的每一者上的闩锁特征锁定到相应的连接块中。当断开时，可明显看出外壳已被打开或篡改。一旦断开，就可容易地释放电连接器，并且一旦外壳打开以便更换就可更换电连接器。在一个另选方面，块和闩锁特征可位于不同位置，并且每个区段可包括单独的块和闩锁特征。例如，第一区段57102、第二区段57104和第三区段57106可各自具有单独的确认电路。如果第一区段57102被篡改或打开，则确认电路可在刚性内部连接条可能断开时断开，因此可被识别为被篡改和/或确认电路可被替换。通过具有单独的确认电路，如果分段控制电路57100的各个区段或部件中的任一个已被篡改，则可容易地检测到。
另选地，壳体电路可用作分段安全装置。例如，如果系统的一部分需要维修，则壳体电路可使得系统的一部分能够被打开和维修，但是在分段控制电路57100的未授权的单独部分可能已经打开、拆卸或修改之后防止使用分段控制电路57100或排烟模块226。例如，如果排烟系统226的分段控制电路57100应当被维修，但是只有显示器电路57114需要维修，则维修技术人员或其他人员可能没有理由维修第三区段57106或第一区段57102。因此，第三区段57106和第一区段57102可包括单独的壳体电路，该壳体电路包含单次使用的熔断器或其他机械/机电装置或数字版本等。一旦第三区段57106和第一区段57102被打开、修改或拆卸，熔断器就可以熔断，从而不允许电力到达第三区段57106和第一区段57102。
如果检测到错误、短路、故障或其他问题，则分段控制电路57100可能能够运行分段控制电路57100的至少一个区段，而不运行其他区段。为了确保分段控制电路57100的安全性，分段控制电路57100的部分及其之间的连接可以物理地切换、熔断或断开，从而允许开关、熔断器和断路器在存在不安全状况的情况下跳闸并且防止通电。任何合适的机械开关、机电开关或固态开关可用于实施多个开关。例如，在主处理器57108与马达控制电路57116之间可存在单次使用的熔断器、可复位的熔断器或固态开关装置。一般来讲，熔断器是运行以提供电路的过电流保护的电气安全装置。其可包括金属线或金属条，该金属线或金属条在过多电流流过其中时熔融，从而使电流中断。一般来讲，可复位的熔断器为聚合物正温度系数(PPTC)装置，其为用于防止电路中的过电流故障的无源电子部件。该装置也可被称为多晶硅熔丝或自恢复熔丝。一般来讲，固态开关在磁场影响下操作，诸如霍尔效应装置、磁阻(MR)装置、巨磁阻(GMR)装置和磁力计等。在其它具体实施中，开关可以是在光影响下操作的固态开关，诸如光学传感器、红外线传感器和紫外线传感器等。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)。其它开关可包括无线开关、超声开关、加速度计和惯性传感器等。
接下来，可激活57206第二区段。例如，包括感测电路57112和显示器电路57114的第二区段57104可通电。接下来，可激活第三区段57208。例如，包括马达控制电路57116和马达57118的第三区段57106可通电。尽管该示例性方面公开了在第二区段57104之前激活第一区段57102以及在第三区段57106之前激活第二区段57104，但如果认为合适，则可修改区段激活的顺序。此外，在一个另选示例中，可在使第二区段57104和第三区段57106通电之间执行各种错误检查、验证等。
读者将容易理解，本文所述的各种外科排抽系统和部件可结合到计算机实现的交互式外科系统、外科集线器和/或机器人系统中。例如，外科排抽系统可将数据传送到外科集线器、机器人系统和/或计算机实现的交互式外科系统，并且/或者可从外科集线器、机器人系统和/或计算机实现的交互式外科系统接收数据。下文进一步描述计算机实现的交互式外科系统、机器人系统和外科集线器的各种示例。
计算机实现的交互式外科系统
参见图25，计算机实现的交互式外科系统100包括一个或多个外科系统102和基于云的系统(例如，可包括耦接到存储装置105的远程服务器113的云104)。每个外科系统102包括与可包括远程服务器113的云104通信的至少一个外科集线器106。在一个示例中，如图25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，它们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27示出了用于对平躺在外科手术室116中的手术台114上的患者执行外科规程的外科系统102的示例。机器人系统110在外科规程中用作外科系统102的一部分。机器人系统110包括外科医生的控制台118、患者侧推车120(外科机器人)和外科机器人集线器122。当外科医生通过外科医生的控制台120观察外科部位时，患者侧推车117可通过患者体内的微创切口操纵至少一个可移除地耦接的外科工具118。外科部位的图像可通过医疗成像装置124获得，该医疗成像装置可由患者侧推车120操纵以定向成像装置124。机器人集线器122可用于处理外科部位的图像，以随后通过外科医生的控制台118显示给外科医生。
其它类型的机器人系统可容易地适于与外科系统102一起使用。适用于本公开的机器人系统和外科工具的各种示例在2017年12月28日提交的标题为“ROBOT ASSISTEDSURGICAL 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“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的光学器件可包括一个或多个照明源和/或一个或多个透镜。一个或多个照明源可被引导以照明外科场地的多部分。一个或多个图像传感器可接收从外科场地反射或折射的光，包括从组织和/或外科器械反射或折射的光。
一个或多个照明源可被配置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。多光谱图像是捕获跨电磁波谱的特定波长范围内的图像数据的图像。可通过滤波器或通过使用对特定波长敏感的器械来分离波长，特定波长包括来自可见光范围之外的频率的光，例如IR和紫外。光谱成像可允许提取人眼未能用其红色，绿色和蓝色的受体捕获的附加信息。多光谱成像的使用在2017年12月28日提交的标题为“INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/611,341的标题“Advanced Imaging Acquisition Module”下更详细地描述，该专利的公开内容全文以引用方式并入本文。在完成外科任务以对处理过的组织执行一个或多个先前所述测试之后，多光谱监测可以是用于重新定位外科场地的有用工具。
不言自明的是，在任何外科期间都需要对手术室和外科设备进行严格消毒。在“外科室”(即，手术室或治疗室)中所需的严格的卫生和消毒条件需要所有医疗装置和设备的最高可能的无菌性。该灭菌过程的一部分是需要对接触患者或穿透无菌场的任何物质进行灭菌，包括成像装置124及其附接件和器件。应当理解，无菌场可被认为是被认为不含微生物的指定区域，诸如在托盘内或无菌毛巾内，或者无菌场可被认为是已准备用于外科规程的患者周围的区域。无菌场可包括被恰当地穿着的擦洗的团队构件，以及该区域中的所有家具和固定件。
在各种方面，可视化系统108包括一个或多个成像传感器、一个或多个图像处理单元、一个或多个存储阵列、以及一个或多个显示器，它们相对于无菌场进行策略布置，如图26中所示。在一个方面，可视化系统108包括用于HL7、PACS和EMR的界面。可视化系统108的各种器件在2017年12月28日提交的标题为“INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/611,341的标题“Advanced Imaging 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26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来协调流向无菌场内侧和外侧的操作者的信息。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。例如，非无菌显示器107或109上的快照可允许非无菌操作者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者查看。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，该非无菌显示器可通过集线器106路由至主显示器119。
参见图26，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。例如，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，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“INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/611,341的标题“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27，集线器106被示出为与可视化系统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27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容纳在单个单元中的超声能量发生器器件、双极RF能量发生器器件和单极RF能量发生器器件中的两个或更多个。在一个方面，组合发生器模块还包括排烟部件、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生成的烟雾、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和第一对接底座，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，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成不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和第二对接底座，该第二能量发生器模块被配置成能够生成用于施加到组织的不同于第一能量的第二能量，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成不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，该通信总线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-图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29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29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式通信，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式通信。
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)，该对接底座或抽屉被配置成能够可滑动地接纳模块140、126、128。图28示出了可滑动地容纳在外科集线器壳体136的对接底座151中的外科集线器壳体136和组合发生器模块145的局部透视图。在组合发生器模块145的背面上具有功率和数据触点的对接端口152被配置成能够在组合发生器模块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的对应的对接底座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29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将捕获/收集的烟雾和/或流体从外科部位传送到例如排烟模块126。源自排烟模块126的真空抽吸可将烟雾吸入外科部位处的公用导管的开口中。耦接到流体管线的公用导管可以是端接在排烟模块126处的柔性管的形式。公用导管和流体管线限定朝向接纳在集线器壳体136中的排烟模块126延伸的流体路径。
在各种方面，抽吸/冲洗模块128耦接到包括吸出流体管线和抽吸流体管线的外科工具。在一个示例中，吸出流体管线和抽吸流体管线为从外科部位朝向抽吸/冲洗模块128延伸的柔性管的形式。一个或多个驱动系统可被配置成能够冲洗到外科部位的流体和从外科部位抽吸流体。
在一个方面，外科工具包括轴，该轴具有在其远侧端部处的端部执行器以及与端部执行器、吸出管和冲洗管相关联的至少一种能量处理。吸出管可在其远侧端部处具有入口，并且吸出管延伸穿过轴。类似地，吸出管可延伸穿过轴并且可具有邻近能量递送工具的入口。能量递送工具被配置成能够将超声能量和/或RF能量递送至外科部位，并且通过初始延伸穿过轴的缆线耦接到发生器模块140。
冲洗管可与流体源流体连通，并且吸出管可与真空源流体连通。流体源和/或真空源可容纳在抽吸/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容纳在集线器壳体136中。在此类示例中，流体接口可被配置成能够将抽吸/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件，该对齐特征件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28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整为接纳在抽屉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28中所示，一个抽屉151的对接端口150可通过通信链路157耦接到另一个抽屉151的对接端口150，以有利于座置在集线器模块化壳体136中的模块之间的交互式通信。另选地或附加地，集线器模块化壳体136的对接端口150可有利于容纳在集线器模块化壳体136中的模块之间的无线交互式通信。可采用任何合适的无线通信，诸如例如Air Titan-Bluetooth。
图30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被配置成能够容纳外科集线器206的多个模块。横向模块化外壳160被配置成能够横向接纳和互连模块161。模块161可滑动地插入到横向模块化外壳160的对接底座162中，该横向模块化外壳160包括用于互连模块161的底板。如图30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31示出了被配置成能够容纳外科集线器106的多个模块165的竖直模块化外壳164。模块165可滑动地插入到竖直模块化外壳164的对接底座或抽屉167中，该竖直模块化外壳164包括用于互连模块165的底板。尽管竖直模块化外壳164的抽屉167竖直布置，但在某些情况下，竖直模块化外壳164可包括横向布置的抽屉。此外，模块165可通过竖直模块化外壳164的对接端口彼此交互。在图31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，该主模块容纳可滑动地接纳在主模块178中的多个子模块。
在各种方面，成像模块138包括集成视频处理器和模块化光源，并且适于与各种成像装置一起使用。在一个方面，成像装置由可装配有光源模块和相机模块的模块化外壳构成。外壳可为一次性外壳。在至少一个示例中，一次性外壳可移除地耦接到可重复使用的控制器、光源模块和相机模块。光源模块和/或相机模块可根据外科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搭扣配合接合。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搭扣配合接合。在另一个示例中，相机模块和/或光源模块可在其相应通道内旋转到最终位置。可采用螺纹接合代替搭扣配合接合。
在各种示例中，多个成像装置被放置在外科场地中的不同位置以提供多个视图。成像模块138可被配置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“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 MOTION ARTIFACT REMOVALAPPARATUS AND METHOD”的美国专利7,982,776描述了用于从图像数据中移除运动伪影的各种系统，该专利以引用方式全文并入本文。此类系统可与成像模块138集成。此外，2011年12月15日公布的标题为“CONTROLLABLE MAGNETIC SOURCE TO FIXTURE INTRACORPOREALAPPARATUS”的美国专利申请公布2011/0306840和2014年8月28日公布的标题为“SYSTEMFOR PERFORMING A MINIMALLY INVASIVE SURGICAL PROCEDURE”的美国专利申请公布2014/0243597，以上专利中的每个全文以引用方式并入本文。
图32示出了包括模块化通信集线器203的外科数据网络201，该模块化通信集线器203被配置成能够将位于医疗设施的一个或多个手术室中的模块化装置或专门配备用于外科操作的医疗设施中的任何房间连接到基于云的系统(例如，可包括耦接到存储装置205的远程服务器213的云204)。在一个方面，模块化通信集线器203包括与网络路由器通信的网络集线器207和/或网络交换机209。模块化通信集线器203还可耦接到本地计算机系统210以提供本地计算机处理和数据操纵。外科数据网络201可被配置为无源的、智能的或交换的。无源外科数据网络充当数据的管道，从而使其能够从一个装置(或区段)转移到另一个装置(或区段)以及云计算资源。智能外科数据网络包括附加特征，以使得能够监测穿过外科数据网络的流量并配置网络集线器207或网络交换器209中的每个端口。智能外科数据网络可被称为可管理的集线器或交换器。交换集线器读取每个包的目标地址，并且然后将包转发到正确的端口。
位于手术室中的模块化装置1a-1n可耦接到模块化通信集线器203。网络集线器207和/或网络交换机209可耦接到网络路由器211以将装置1a-1n连接至云204或本地计算机系统210。与装置1a-1n相关联的数据可经由路由器传输到基于云的计算机，用于远程数据处理和操纵。与装置1a-1n相关联的数据也可被传输至本地计算机系统210以用于本地数据处理和操纵。位于相同手术室中的模块化装置2a-2m也可耦接到网络交换机209。网络交换机209可耦接到网络集线器207和/或网络路由器211以将装置2a-2m连接至云204。与装置2a-2n相关联的数据可经由网络路由器211传输到云204以用于数据处理和操纵。与装置2a-2m相关联的数据也可被传输至本地计算机系统210以用于本地数据处理和操纵。
应当理解，可通过将多个网络集线器207和/或多个网络交换机209与多个网络路由器211互连来扩展外科数据网络201。模块化通信集线器203可被包含在模块化控制塔中，该模块化控制塔被配置成能够接纳多个装置1a-1n/2a-2m。本地计算机系统210也可包含在模块化控制塔中。模块化通信集线器203连接到显示器212以显示例如在外科规程期间由装置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，诸如耦接到内窥镜的成像模块138、耦接到基于能量的外科装置的发生器模块140、排烟模块126、抽吸/冲洗模块128、通信模块130、处理器模块132、存储阵列134、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。耦接到网络集线器或网络交换机的装置1a-1n/2a-2m中的任何一个或全部可实时收集数据并将数据传输到云计算机中以进行数据处理和操纵。应当理解，云计算依赖于共享计算资源，而不是使用本地服务器或个人装置来处理软件应用程序。可使用“云”一词作为“互联网”的隐喻，尽管该术语不受此限制。因此，本文可使用术语“云计算”来指“基于互联网的计算的类型”，其中将不同的服务(诸如服务器、存储器和应用程序)递送至位于外科室(例如，固定、移动、临时或现场手术室或空间)中的模块化通信集线器203和/或计算机系统210以及通过互联网连接至模块化通信集线器203和/或计算机系统210的装置。云基础设施可由云服务提供方维护。在这种情况下，云服务提供方可以是协调位于一个或多个手术室中的装置1a-1n/2a-2m的使用和控制的实体。云计算服务可基于由智能外科器械、机器人和位于手术室中的其它计算机化装置所收集的数据来执行大量计算。集线器硬件使多个装置或连接能够连接到与云计算资源和存储器通信的计算机。
对由装置1a-1n/2a-2m所收集的数据应用云计算机数据处理技术，外科数据网络提供改善的外科结果，降低的成本和改善的患者满意度。可采用装置1a-1n/2a-2m中的至少一些来观察组织状态以评估在组织密封和切割规程之后密封的组织的渗漏或灌注。可采用装置1a-1n/2a-2m中的至少一些来识别病理学，诸如疾病的影响，使用基于云的计算检查包括用于诊断目的的身体组织样本的图像的数据。这包括组织和表型的定位和边缘确认。可采用装置1a-1n/2a-2m中的至少一些使用与成像装置和技术(诸如重叠由多个成像装置捕获的图像)集成的各种传感器来识别身体的解剖结构。由装置1a-1n/2a-2m收集的数据(包括图像数据)可被传输到云204或本地计算机系统210或两者以用于数据处理和操纵，包括图像处理和操纵。可分析数据以通过确定是否可继续进行进一步治疗(诸如内窥镜式干预、新兴技术、靶向辐射、靶向干预和精确机器人对组织特异性位点和条件的应用来改善外科规程结果。此类数据分析可进一步采用结果分析处理，并且使用标准化方法可提供有益反馈以确认外科治疗和外科医生的行为，或建议修改外科治疗和外科医生的行为。
在一个具体实施中，手术室装置1a-1n可通过有线信道或无线信道连接至模块化通信集线器203，这取决于装置1a-1n至网络集线器的配置。在一个方面，网络集线器207可被实现为在开放式系统互连(OSI)模型的物理层上工作的本地网络广播装置。该网络集线器提供与位于同一手术室网络中的装置1a-1n的连接。网络集线器207以包的形式收集数据，并以半双工模式将其发送至路由器。网络集线器207不存储用于传输装置数据的任何媒体访问控制/互联网协议(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没有关于向何处发送信息的路由表或智能，所以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33)广播所有网络数据。网络集线器207可以检测基本网络错误诸如冲突，但将所有信息广播到多个端口可带来安全风险并导致瓶颈。
在另一个具体实施中，手术室装置2a-2m可通过有线信道或无线信道连接到网络交换机209。网络交换机209在OSI模型的数据链路层中工作。网络交换机209是用于将位于相同手术室中的装置2a-2m连接到网络的多点广播装置。网络交换机209以帧的形式向网络路由器211发送数据并且以全双工模式工作。多个装置2a-2m可通过网络交换机209同时发送数据。网络交换机209存储并使用装置2a-2m的MAC地址来传输数据。
网络集线器207和/或网络交换机209耦接到网络路由器211以连接到云204。网络路由器211在OSI模型的网络层中工作。网络路由器211创建用于将从网络集线器207和/或网络交换机211接收的数据包发射至基于云的计算机资源的路由，以进一步处理和操纵由装置1a-1n/2a-2m中的任一者或所有收集的数据。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33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34中所示，模块化控制塔236包括耦接到计算机系统210的模块化通信集线器203。如图33的示例中所示，模块化控制塔236耦接到耦接到内窥镜239的成像模块238、耦接到能量装置241的发生器模块240、排烟器模块226、抽吸/冲洗模块228、通信模块230、处理器模块232、存储阵列234、任选地耦接到显示器237的智能装置/器械235、和非接触传感器模块242。手术室装置经由模块化控制塔236耦接到云计算资源和数据存储。机器人集线器222也可连接到模块化控制塔236和云计算资源。装置/器械235、可视化系统208等等可经由有线或无线通信标准或协议耦接到模块化控制塔236，如本文所述。模块化控制塔236可耦接到集线器显示器215(例如，监测器、屏幕)以显示和叠加从成像模块、装置/器械显示器和/或其它可视化系统208接收的图像。集线器显示器还可结合图像和叠加图像来显示从连接到模块化控制塔的装置接收的数据。
图34示出了包括耦接到模块化控制塔236的多个模块的外科集线器206。模块化控制塔236包括模块化通信集线器203(例如，网络连接性装置)和计算机系统210，以提供例如本地处理、可视化和成像。如图34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34中所示，模块化通信集线器203中的网络集线器/交换器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“INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/611,341中的标题“Surgical Hub Spatial Awareness Within an Operating Room”下所述，该专利的公开内容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整蓝牙配对距离限制。例如，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，以及将发射的脉冲的相位与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整蓝牙配对距离限制。
计算机系统210包括处理器244和网络接口245。处理器244经由系统总线耦接到通信模块247、存储装置248、存储器249、非易失性存储器250和输入/输出接口251。系统总线可为若干类型的总线结构中的任一者，该总线结构包括存储器总线或存储器控制器、外围总线或外部总线、和/或使用任何各种可用总线架构的本地总线，包括但不限于9位总线、工业标准架构(ISA)、微型Charmel架构(MSA)、扩展ISA(EISA)、智能驱动电子器件(IDE)、VESA本地总线(VLB)、外围器件互连(PCI)、USB、高级图形端口(AGP)、个人计算机存储卡国际协会总线(PCMCIA)、小型计算机系统接口(SCSI)或任何其它外围总线。
控制器244可为任何单核或多核处理器，诸如由德克萨斯器械公司(TexasInstruments)提供的商品名为ARM Cortex的那些处理器。在一个方面，处理器可为购自例如德克萨斯器械公司(Texas Instruments)LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F处理器核心，其包括256KB的单循环闪存或其它非易失性存储器(最多至40MHZ)的片上存储器、用于改善40MHz以上的性能的预取缓冲器、32KB单循环序列随机存取存储器(SRAM)、装载有
软件的内部只读存储器(ROM)、2KB电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、和/或一个或多个脉宽调制(PWM)模块、一个或多个正交编码器输入(QEI)模拟、具有12个模拟输入信道的一个或多个12位模数转换器(ADC)，其细节可见于产品数据表。
在一个方面，处理器244可包括安全控制器，该安全控制器包括两个基于控制器的系列(诸如TMS570和RM4x)，已知同样由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)生产的商品名为Hercules ARM Cortex R4。安全控制器可被配置为专门用于IEC 61508和ISO 26262安全关键应用等等，以提供先进的集成安全特征件，同时递送可定标的性能、连接性和存储器选项。
系统存储器包括易失性存储器和非易失性存储器。基本输入/输出系统(BIOS)(包含诸如在启动期间在计算机系统内的元件之间传输信息的基本例程，)存储在非易失性存储器中。例如，非易失性存储器可包括ROM、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、EEPROM或闪存。易失存储器包括充当外部高速缓存存储器的随机存取存储器(RAM)。此外，RAM可以多种形式可用，诸如SRAM、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据速率SDRAM(DDRSDRAM)増强SDRAM(ESDRAM)、同步链路DRAM(SLDRAM)和直接Rambus RAM(DRRAM)。
计算机系统210还包括可移除/不可移除的、易失性/非易失性的计算机存储介质，诸如例如磁盘存储器。磁盘存储器包括但不限于诸如装置如磁盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、Jaz驱动器、Zip驱动器、LS-60驱动器、闪存存储卡或内存条。此外，磁盘存储器可包括单独地或与其它存储介质组合的存储介质，包括但不限于光盘驱动器诸如光盘ROM装置(CD-ROM)、光盘可记录驱动器(CD-R驱动器)、光盘可重写驱动器(CD-RW驱动器)或数字通用磁盘ROM驱动器(DVD-ROM)。为了有利于磁盘存储装置与系统总线的连接，可使用可移除或非可移除接口。
应当理解，计算机系统210包括充当用户与在合适的操作环境中描述的基本计算机资源之间的中介的软件。此类软件包括操作系统。可存储在磁盘存储装置上的操作系统用于控制并分配计算机系统的资源。系统应用程序利用操作系统通过存储在系统存储器或磁盘存储装置中的程序模块和程序数据来管理资源。应当理解，本文所述的各种器件可用各种操作系统或操作系统的组合来实现。
用户通过耦接到I/O接口251的一个或多个输入装置将命令或信息输入到计算机系统210中。输入装置包括但不限于指向装置，诸如鼠标、触控球、触笔、触摸板、键盘、麦克风、操纵杆、游戏垫、卫星盘、扫描仪、电视调谐器卡、数字相机、数字摄像机、幅材相机等。这些和其它输入装置经由一个或多个接口端口通过系统总线连接到处理器。一个或多个接口端口包括例如串口、并行端口、游戏端口和USB。一个或多个输出装置使用与一个或多个输入装置相同类型的端口。因此，例如，USB端口可用于向计算机系统提供输入并将信息从计算机系统输出到输出装置。提供了输出适配器来说明在其它输出装置中存在需要特殊适配器的一些输出装置(如监测器、显示器、扬声器和打印机。输出适配器以举例的方式包括但不限于提供输出装置和系统总线之间的连接装置的视频和声卡。应当指出，其它装置或装置诸如一个或多个远程计算机的系统提供了输入能力和输出能力两者。
计算机系统210可使用与一个或多个远程计算机(诸如一个或多个云计算机)或本地计算机的逻辑连接在联网环境中操作。一个或多个远程云计算机可为个人计算机、服务器、路由器、网络PC、工作站、基于微处理器的器具、对等装置或其它公共网络节点等，并且通常包括相对于计算机系统所述的元件中的许多或全部。为简明起见，仅示出了具有一个或多个远程计算机的存储器存储装置。一个或多个远程计算机通过网络接口在逻辑上连接到计算机系统，并且然后经由通信连接物理连接。网络接口涵盖通信网络诸如局域网(LAN)和广域网(WAN)。LAN技术包括光纤分布式数据接口(FDDI)、铜分布式数据接口(CDDI)、以太网/IEEE 802.3、令牌环/IEEE 802.5等。WAN技术包括但不限于点对点链路、电路交换网络如综合业务数字网络(ISDN)及其变体、分组交换网络和数字用户管线(DSL)。
在各种方面，图34的计算机系统210、成像模块238和/或可视化系统208、以及/或者图9至图10的处理器模块232可包括图像处理器、图像处理引擎、媒体处理器、或用于处理数字图像的任何专用数字信号处理器(DSP)。图像处理器可采用具有单个指令、多数据(SIMD)或多指令、多数据(MIMD)技术的并行计算以提高速度和效率。数字图像处理引擎可执行一系列任务。图像处理器可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35示出了根据本公开的一个方面的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(Texas Instruments)的TUSB2036集成电路集线器。USB网络集线器300是根据USB 2.0规范提供上游USB收发器端口302和多达三个下游USB收发器端口304、306、308的CMOS装置。上游USB收发器端口302为差分根数据端口，其包括与差分数据正(DM0)输入配对的差分数据负(DP0)输入。三个下游USB收发器端口304、306、308为差分数据端口，其中每个端口包括与差分数据负(DM1-DM3)输出配对的差分数据正(DP1-DP3)输出。
USB网络集线器300装置用数字状态机而不是微控制器来实现，并且不需要固件编程。完全兼容的USB收发器集成到用于上游USB收发器端口302和所有下游USB收发器端口304、306、308的电路中。下游USB收发器端口304、306、308通过根据附接到端口的装置的速度自动设置转换速率来支持全速度装置和低速装置两者。USB网络集线器300装置可被配置为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并且耦接到暂停/恢复逻辑和帧定时器316电路以及集线器中继器电路318，以通过端口逻辑电路320、322、324控制上游USB收发器端口302和下游USB收发器端口304、306、308之间的通信。SIE 310经由接口逻辑耦接到命令解码器326，以经由串行EEPROM接口330来控制来自串行EEPROM的命令。
在各种方面，USB网络集线器300可将配置在多达六个逻辑层(层级)中的127功能连接至单个计算机。此外，USB网络集线器300可使用提供通信和电力分配两者的标准化四线电缆连接到所有外装置。功率配置为总线供电模式和自供电模式。USB网络集线器300可被配置成能够支持四种功率管理模式：具有单独端口功率管理或成套端口功率管理的总线供电集线器，以及具有单独端口功率管理或成套端口功率管理的自供电集线器。在一个方面，使用USB电缆将USB网络集线器300、上游USB收发器端口302插入USB主机控制器中，并且将下游USB收发器端口304、306、308暴露以用于连接USB兼容装置等。
外科器械硬件
图36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可操作地耦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被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，微处理器461可为任何单核或多核处理器，诸如已知的由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)生产的商品名为ARM Cortex的那些。在一个方面，微控制器461可为购自例如德克萨斯器械公司(Texas Instruments)的LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F处理器核心，其包括256KB的单循环闪存或其它非易失性存储器(最多至40MHZ)的片上存储器、用于改善40MHz以上的性能的预取缓冲器、32KB单循环SRAM、装载有
软件的内部ROM、2KB电EEPROM、一个或多个PWM模块、一个或多个QEI模拟、具有12个模拟输入信道的一个或多个12位ADC，其细节可见于产品数据表。
在一个方面，微控制器461可包括安全控制器，该安全控制器包括两个基于控制器的系列(诸如TMS570和RM4x)，已知同样由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)生产的商品名为Hercules ARM Cortex R4。安全控制器可被配置为专门用于IEC 61508和ISO26262安全关键应用等等，以提供先进的集成安全特征件，同时递送可定标的性能、连接性和存储器选项。
微控制器461可被编程为执行各种功能，诸如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“SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING A SURGICALSTAPLING AND CUTTING INSTRUMENT”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，其可耦接到功率组件并且可与功率组件分离。
驱动器492可为可购自Allegro微系统公司(Allegro Microsystems,Inc)的A3941。A3941 492为全桥控制器，其用于与针对电感负载(诸如有刷DC马达)特别设计的外部N信道功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)一起使用。驱动器492包括独特的电荷泵调整器，其为低至7V的电池电压提供完整的(>10V)栅极驱动并且允许A3941在低至5.5V的减小的栅极驱动下操作。可采用自举电容器来提供N信道MOSFET所需的上述电池供电电压。高边驱动装置的内部电荷泵允许直流(100％占空比)操作。可使用二极管或同步整流在快衰减模式或慢衰减模式下驱动全桥。在慢衰减模式下，电流再循环可穿过高边或低边FET。通过电阻器可调式空载时间保护功率FET不被击穿。整体诊断提供欠压、过热和功率桥故障的指示，并且可被配置成能够在大多数短路条件下保护功率MOSFET。其它马达驱动器可容易地被替换以用于包括绝对定位系统的跟踪系统480中。
跟踪系统480包括根据本公开的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被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，每一者可被适配和被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耦接到击发构件、击发杆和I形梁。因此，绝对定位系统实际上可通过跟踪纵向可移动的驱动构件的线性位移来跟踪I形梁的线性位移。在各种其它方面，位移构件可耦接到适于测量线性位移的任何位置传感器472。因此，纵向可移动的驱动构件、击发构件、击发杆或I形梁或它们的组合可耦接到任何合适的线性位移传感器。线性位移传感器可包括接触式位移传感器或非接触式位移传感器。线性位移传感器可包括线性可变差分变压器(LVDT)、差分可变磁阻换能器(DVRT)、滑动电位计、包括可移动磁体和一系列线性布置的霍尔效应传感器的磁感测系统、包括固定磁体和一系列可移动的线性布置的霍尔效应传感器的磁感测系统、包括可移动光源和一系列线性布置的光电二极管或光电检测器的光学感测系统、包括固定光源和一系列可移动的线性布置的光电二极管或光电检测器的光学感测系统、或它们的任何组合。
电动马达482可包括可操作地与齿轮组件交接的可旋转轴，该齿轮组件与驱动齿的组或齿条啮合接合安装在位移构件上。传感器元件可以可操作地耦接到齿轮组件，使得位置传感器472元件的单次旋转对应于位移构件的一些线性纵向平移。传动装置和传感器的布置方式可经由齿条和小齿轮布置方式连接至线性致动器，或者经由直齿齿轮或其它连接连接至旋转致动器。功率源为绝对定位系统供电，并且输出指示器可显示绝对定位系统的输出。位移构件表示纵向可移动驱动构件，该纵向可移动驱动构件包括形成于其上的驱动齿的齿条，以用于与齿轮减速器组件的对应驱动齿轮啮合接合。位移构件表示纵向可移动的击发构件、击发杆、I形梁或它们的组合。
与位置传感器472相关联的传感器元件的单次旋转等同于位移构件的纵向线性位移d1，其中d1为在耦接到位移构件的传感器元件的单次旋转之后位移构件从点“a”移动到点“b”的纵向线性距离。可经由齿轮减速连接传感器布置方式，该齿轮减速使得位置传感器472针对位移构件的全行程仅完成一次或多次旋转。位置传感器472可针对位移构件的全行程完成多次旋转。
可单独或结合齿轮减速采用一系列开关(其中n为大于一的整数)以针对位置传感器472的多于一次旋转提供独特位置信号。开关的状态被馈送回微控制器461，该微控制器应用逻辑以确定对应于位移构件的纵向线性位移d1+d2+…dn的独特位置信号。位置传感器472的输出被提供给微控制器461。该传感器布置方式的位置传感器472可包括磁性传感器、模拟旋转传感器(如电位差计)、模拟霍尔效应元件的阵列，该霍尔效应元件的阵列输出位置信号或值的独特组合。
位置传感器472可包括任何数量的磁性感测元件，诸如例如根据它们是否测量磁场的总磁场或矢量分量而被分类的磁性传感器。用于产生上述两种类型磁性传感器的技术涵盖物理学和电子学的多个方面。用于磁场感测的技术包括探查线圈、磁通门、光泵、核旋、超导量子干涉仪(SQUID)、霍尔效应、各向异性磁电阻、巨磁电阻、磁性隧道结、巨磁阻抗、磁致伸缩/压电复合材料、磁敏二极管、磁敏晶体管、光纤、磁光，以及基于微机电系统的磁性传感器等等。
在一个方面，用于包括绝对定位系统的跟踪系统480的位置传感器472包括磁性旋转绝对定位系统。位置传感器472可被实现为AS5055EQFT单片磁性旋转位置传感器，其可购自奥地利微系统公司(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为低电压和低功率器件，并且包括位于磁体上的位置传感器472的区域中的四个霍尔效应元件。在芯片上还提供了高分辨率ADC和智能功率管理控制器。提供了坐标旋转数字计算机(CORDIC)处理器(也被称为逐位法和Volder算法)以执行简单有效的算法来计算双曲线函数和三角函数，其仅需要加法、减法、数位位移和表格查找操作。角位置、报警位和磁场信息通过标准串行通信接口(诸如串行外围接口(SPI)接口)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2016年5月24日发布的标题为“STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS”的美国专利9,345,481中所述的那些，该专利全文以引用方式并入本文；2014年9月18日公布的标题为“STAPLE CARTRIDGE TISSUETHICKNESS”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“TECHNIQUES FOR ADAPTIVE CONTROL OF MOTOR VELOCITYOF 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，绝对定位系统耦接到数字数据采集系统，其中绝对定位系统的输出将具有有限分辨率和采样频率。绝对定位系统可包括比较和组合电路，以使用算法(诸如加权平均和理论控制环路)将计算响应与测量响应进行组合，该算法驱动计算响应朝向所测量的响应。物理系统的计算响应将特性如质量、惯性、粘性摩擦、电感电阻考虑在内，以通过得知输入预测物理系统的状态和输出。
因此，绝对定位系统在器械上电时提供位移构件的绝对位置，并且不使位移构件回缩或推进至如常规旋转编码器可需要的复位(清零或本位)位置，这些编码器仅对马达482采取的向前或向后的步骤数进行计数以推断装置致动器、驱动棒、刀等等的位置。
传感器474(诸如例如应变仪或微应变仪)被配置成能够测量端部执行器的一个或多个参数，诸如例如在夹持操作期间施加在砧座上的应变的幅值，该幅值可以指示施加到砧座的闭合力。将测得的应变转换成数字信号并将其提供给处理器462。另选地或除了传感器474之外，传感器476诸如例如负荷传感器可以测量由闭合驱动系统施加到砧座的闭合力。传感器476诸如例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形梁被配置成能够接合楔形滑动件，该楔形滑动件被配置成能够使钉驱动器向上凸轮运动以将钉推出以与砧座变形接触。I形梁还包括锋利切割刃，当通过击发杆向远侧推进I形梁时，该切割刃可用于切断组织。另选地，可以采用电流传感器478来测量由马达482消耗的电流。推进击发构件所需的力可对应于例如由马达482消耗的电流。将测得的力转换成数字信号并将其提供给处理器462。
在一种形式中，应变仪传感器474可用于测量由端部执行器施加到组织的力。应变计可联接到端部执行器以测量被端部执行器处理的组织上的力。用于测量施加到由端部执行器抓握的组织的力的系统包括应变仪传感器474，诸如例如微应变仪，其被配置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。负载传感器476可测量用于操作刀元件例如以切割被捕获在砧座和钉仓之间的组织的力。可采用磁场传感器来测量捕获的组织的厚度。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-图11中所示。
图37示出了控制电路500，该控制电路500被配置成能够控制根据本公开的一个方面的外科器械或工具的各方面。控制电路500可被配置成能够实现本文所述的各种过程。电路500可以包括微控制器，该微控制器包括耦接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38示出了组合逻辑电路510，该组合逻辑电路510被配置成能够控制根据本公开的一个方面的外科器械或工具的各方面。组合逻辑电路510可被配置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39示出了根据本公开的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。在其他方面，该电路可包括处理器(例如，处理器502，图37)和有限状态机的组合以实现本文的各种过程。在其他实施方案中，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38)和时序逻辑电路520的组合。
图40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发射到端部执行器。
在某些情况下，外科器械系统或工具可包括击发马达602。击发马达602可以可操作地耦接到击发马达驱动组件604，该击发马达驱动组件可被配置成能够将由马达602生成的击发运动发射到端部执行器，具体地用于移置I形梁元件。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获的组织内并且/或者导致I形梁元件的切割刃被推进以切割所捕获组织。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可以可操作地耦接到闭合马达驱动组件605，该闭合马达驱动组件可被配置成能够将由马达603生成的闭合运动发射到端部执行器，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配置转变成接近配置以捕获组织。端部执行器可通过反转马达603的方向而转变到打开位置。
在某些情况下，外科器械或工具可包括例如一个或多个关节运动马达606a、606b。马达606a、606b可以可操作地耦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生成的关节运动发射到端部执行器。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/或者推进切割边缘，而关节运动马达606保持非活动的。此外，闭合马达603可与击发马达602同时被激活，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每次可适应多个马达中的一个马达。例如，公共控制模块610可单独地耦接到外科器械的多个马达并且可从外科器械的多个马达分离。在某些情况下，外科器械或工具的多个马达可共用一个或多个公共控制模块诸如公共控制模块610。在某些情况下，外科器械或工具的多个马达可独立地和选择性地接合公共控制模块610。在某些情况下，公共控制模块610可从与外科器械或工具的多个马达中的一个马达交接切换到与外科器械或工具的多个马达中的另一个马达交接。
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40中所示，开关614可在多个位置和/或状态之间移动或转变。在第一位置616中，开关614可以将公共控制模块610电耦接到击发马达602；在第二位置617中，开关614可以将公共控制模块610电耦接到闭合马达603；在第三位置618a中，开关614可以将公共控制模块610电耦接到第一关节运动马达606a；并且在第四位置618b中，开关614可以将公共控制模块610电耦接到例如第二关节运动马达606b。在某些情况下，单独的公共控制模块610可同时电耦接到击发马达602、闭合马达603和关节运动马达606a、606b。在某些情况下，开关614可为机械开关、机电开关、固态开关、或任何合适的开关机构。
马达602、603、606a、606b中的每个可包括扭矩传感器以测量马达的轴上的输出扭矩。可以任何常规方式感测端部执行器上的力，诸如通过钳口的外侧上的力传感器或通过用于致动钳口的马达的扭矩传感器来感测端部执行器上的力。
在各种情况下，如图40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FET。马达驱动器626可例如基于得自微控制器620(“控制器”)的输入来调节从功率源628发射到耦接到公共控制模块610的马达的电力。在某些情况下，当马达耦接到公共控制模块610时，可例如采用微控制器620来确定由马达消耗的电流，如上所述。
在某些情况下，微控制器620可包括微处理器622(“处理器”)和一个或多个非暂态计算机可读介质或存储单元624(“存储器”)。在某些情况下，存储器624可存储各种程序指令，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耦接到处理器622。
在某些情况下，功率源628可例如用于为微控制器620供电。在某些情况下，功率源628可包括电池(或者“电池组”或“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可以是例如可替换的和/或可再充电的。
在各种情况下，处理器622可控制马达驱动器626以控制耦接到公共控制器610的马达的位置、旋转方向、和/或速度。在某些情况下，处理器622可发信号通知马达驱动器626，以停止和/或停用耦接到公共控制器610的马达。应当理解，如本文所用的术语“处理器”包括任何合适的微处理器、微控制器、或将计算机的中央处理单元(CPU)的功能结合在一个集成电路或至多几个集成电路上的其它基础计算装置。处理器是多用途的可编程装置，该装置接收数字数据作为输入，根据其存储器中存储的指令来处理输入，然后提供结果作为输出。因为处理器具有内部存储器，所以是顺序数字逻辑的示例。处理器的操作对象是以二进制数字系统表示的数字和符号。
在一个实例中，处理器622可为任何单核或多核处理器，诸如已知的由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)生产的商品名为ARM Cortex的那些。在某些情况下，微控制器620可以是例如可从德克萨斯器械公司购得的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可包括用于控制可耦接到公共控制器610的外科器械600的马达中的每个的程序指令。例如，存储器624可包括用于控制击发马达602、闭合马达603和关节运动马达606a、606b的程序指令。此类程序指令可使得处理器622根据来自外科器械或工具的算法或控制程序的输入来控制击发、闭合和关节运动功能。
在某些情况下，一个或多个机构和/或传感器(诸如例如传感器630)可用于警示处理器622注意应当在特定设置中使用的程序指令。例如，传感器630可警示处理器622使用与击发、闭合和关节运动端部执行器相关联的程序指令。在某些情况下，传感器630可包括例如可用于感测开关614的位置的位置传感器。因此，处理器622可以在例如通过传感器630检测到开关614处于第一位置616时使用与击发端部执行器的I形梁相关联的程序指令；处理器622可以在例如通过传感器630检测到开关614处于第二位置617时使用与闭合砧座相关联的程序指令；并且处理器622可以在例如通过传感器630检测到开关614处于第三位置618a或第四位置618b时使用与使端部执行器进行关节运动相关联的程序指令。
图41是根据本公开的一个方面的被配置成能够操作本文所述的外科工具的机器人外科器械700的示意图。机器人外科器械700可被编程或被配置成能够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可被编程或被配置成能够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(包括锋利刀刃)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在相对于起始位置的特定时间(t)或I形梁714处于相对于起始位置的特定位置时的时间(t)处的位置。定时器/计数器731可被配置成能够测量耗用时间、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条件来控制端部执行器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条件，诸如厚度，如本文所述。控制电路710可以被编程为基于组织条件选择击发控制程序或闭合控制程序。击发控制程序可以描述位移构件的远侧运动。可以选择不同的击发控制程序以更好地处理不同的组织状况。例如，当存在较厚的组织时，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马达，并且相应的马达驱动信号可包括提供给马达704a-704e的一个或多个定子绕组的PWM信号。而且，在一些示例中，可以省略马达控制器708a-708e，并且控制电路710可以直接生成马达驱动信号。
在一些示例中，控制电路710可以针对位移构件的行程的第一开环部分初始以开环配置操作马达704a-704e中的每个。基于在行程的开环部分期间机器人外科器械700的响应，控制电路710可以选择处于闭环配置的击发控制程序。器械的响应可以包括在开环部分期间位移构件的平移距离、在开环部分期间耗用的时间、在开环部分期间提供给马达704a-704e中的一者的能量、马达驱动信号的脉冲宽度之和等。在开环部分之后，控制电路710可以对位移构件行程的第二部分实现所选择的击发控制程序。例如，在行程的闭环部分期间，控制电路710可以基于以闭环方式描述位移构件的位置的平移数据来调制马达704a-704e中的一者，以使位移构件以恒定速度平移。
在一个方面，马达704a-704e可从能量源712接收电力。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机械地耦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。传动装置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耦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或包括该传感器。在一些示例中，位置传感器734可包括编码器，该编码器被配置成能够在I形梁714朝远侧和朝近侧平移时向控制电路710提供一系列脉冲。控制电路710可跟踪脉冲以确定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的动作的其他信号。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的输出轴耦接到扭矩传感器744a。扭矩传感器744a耦接到传动装置706a，该传动装置耦接到I形梁714。传动装置706a包括可移动机械元件诸如旋转元件和击发构件，以控制I形梁714沿端部执行器702的纵向轴线朝远侧和朝近侧的移动。在一个方面，马达704a可耦接到刀齿轮组件，该刀齿轮组件包括刀齿轮减速组，该刀齿轮减速组包括第一刀驱动齿轮和第二刀驱动齿轮。扭矩传感器744a向控制电路710提供击发力反馈信号。击发力信号表示击发或移位I形梁714所需的力。位置传感器734可被配置成能够将I形梁714沿击发行程的位置或击发构件的位置作为反馈信号提供给控制电路710。端部执行器702可包括被配置成能够向控制电路710提供反馈信号的附加传感器738。当准备好使用时，控制电路710可向马达控制708a提供击发信号。响应于击发信号，马达704a可沿端部执行器702的纵向轴线将击发构件从近侧行程开始位置朝远侧驱动至行程开始位置远侧的行程结束位置。在击发构件朝远侧平移时，具有定位在远侧端部处的切割元件的I形梁714朝远侧推进以切割位于钉仓718和砧座716之间的组织。
在一个方面，控制电路710被配置成能够驱动闭合构件，诸如端部执行器702的砧座716部分。控制电路710向马达控制708b提供马达设定点，该马达控制708b向马达704b提供驱动信号。马达704b的输出轴耦接到扭矩传感器744b。扭矩传感器744b耦接到耦接到砧座716的传动装置706b。传动装置706b包括可移动机械元件诸如旋转元件和闭合构件，以控制砧座716从打开位置和闭合位置开始的移动。在一个方面，马达704b耦接到闭合齿轮组件，该闭合齿轮组件包括被支撑成与闭合正齿轮啮合接合的闭合减速齿轮组。扭矩传感器744b向控制电路710提供闭合力反馈信号。闭合力反馈信号表示施加到砧座716的闭合力。位置传感器734可被配置成能够将闭合构件的位置作为反馈信号提供给控制电路710。端部执行器702中的附加传感器738可向控制电路710提供闭合力反馈信号。可枢转砧座716与钉仓718相对地定位。当准备好使用时，控制电路710可向马达控制708b提供闭合信号。响应于闭合信号，马达704b推进闭合构件以抓握砧座716和钉仓718之间的组织。
在一个方面，控制电路710被配置成能够使轴构件诸如轴740旋转，以使端部执行器702旋转。控制电路710向马达控制708c提供马达设定点，该马达控制708c向马达704c提供驱动信号。马达704c的输出轴耦接到扭矩传感器744c。扭矩传感器744c耦接到耦接到轴740的传动装置706c。传动装置706c包括可移动机械元件诸如旋转元件，以控制轴740顺时针或逆时针旋转360°以上。在一个方面，马达704c耦接到旋转传动装置组件，该旋转传动装置组件包括管齿轮区段，该管齿轮区段形成于(或附接到)近侧闭合管的近侧端部上，以通过可操作地支撑在工具安装板上的旋转齿轮组件可操作地接合。扭矩传感器744c向控制电路710提供旋转力反馈信号。旋转力反馈信号表示施加到轴740上的旋转力。位置传感器734可被配置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的输出耦接接到扭矩传感器744d。扭矩传感器744d耦接到耦接到关节运动构件742a的传动装置706d。传动装置706d包括可移动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耦接到关节运动螺母，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。这些铰接构件742a、742b由由两个马达708d、708e驱动的机器人接口(齿条)上的单独的盘驱动。当提供单独的击发马达704a时，关节运动连杆742a、742b中的每个可相对于另一个连杆进行拮抗驱动，以便在头部未运动时向头部提供阻力保持运动和负载，并且在头部进行关节运动时提供关节运动。当头部旋转时，关节运动构件742a、742b以固定的半径附接到头部。因此，当头部旋转时，推拉连杆的机械优点发生变化。机械优点的该变化对于其它关节运动连杆驱动系统可更明显。
在一个方面，一个或多个马达704a-704e可包括具有齿轮箱的有刷DC马达和与击发构件、闭合构件或关节运动构件的机械链路。另一个示例包括操作可移动机械元件诸如位移构件、关节运动连杆、闭合管和轴的电动马达704a-704e。外部影响是事物如组织、周围身体和摩擦对物理系统的未测量的、不可预测的影响。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耦接到CORDIC处理器的霍尔效应元件，该CORDIC处理器也被已知为逐位方法和Volder算法，提供该CORDIC处理器以实现用于计算双曲线函数和三角函数的简单有效的算法，双曲线函数和三角函数仅需要加法操作、减法操作、数位位移操作和表格查找操作。
在一个方面，控制电路710可与一个或多个传感器738通信。传感器738可定位在端部执行器702上并且适于与机器人外科器械700一起操作以测量各种衍生参数，诸如间隙距离对时间、组织压缩与时间、以及砧座应变与时间。传感器738可包括磁性传感器、磁场传感器、应变仪、负荷传感器、压力传感器、力传感器、扭矩传感器、电感式传感器诸如涡流传感器、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或用于测量端部执行器702的一个或多个参数的任何其他合适的传感器。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荷及其位置，(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，其被配置成能够在夹持条件期间测量砧座716中的应变的量值。应变仪提供电信号，该电信号的幅值随着应变量值而变化。传感器738可包括压力传感器，该压力传感器被配置成能够检测由砧座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上的力可表示在砧座716和钉仓718之间捕获的组织区段所经受的组织压缩。一个或多个传感器738可沿闭合驱动系统定位在各种交互点处，以检测由闭合驱动系统施加到砧座716的闭合力。一个或多个传感器738可在夹持操作期间由控制电路710的处理器实时取样。控制电路710接收实时样本测量值以提供和分析基于时间的信息，并实时评估施加到砧座716的闭合力。
在一个方面，电流传感器736可用于测量由马达704a-704e中的每个所消耗的电流。推进可移动机械元件中的任一者(诸如I形梁714)所需的力对应于由马达704a-704e中的一者消耗的电流。该力被转换成数字信号并提供给控制电路710。控制电路710可被配置成能够模拟器械的实际系统在控制器的软件中的响应。可致动位移构件以将端部执行器702中的I形梁714以目标速度或接近目标速度移动。机器人外科系统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“CLOSED LOOP VELOCITY CONTROL TECHNIQUESFOR 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42示出了根据本公开的一个方面的被编程为控制位移构件的远侧平移的外科器械750的框图。在一个方面，外科器械750被编程为控制位移构件诸如I形梁764的远侧平移。外科器械750包括端部执行器752，该端部执行器可包括砧座766、I形梁764(包括锋利刀刃)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耦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I形梁764的如由位置传感器784确定的位置与定时器/计数器781的输出相关联，使得控制电路760可确定I形梁764在相对于起始位置的特定时间(t)处的位置。定时器/计数器781可被配置成能够测量耗用时间，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机械耦接到I形梁764。传动装置756可包括用于将马达754耦接到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或包括该传感器。在一些示例中，位置传感器784可包括编码器，该编码器被配置成能够在I形梁764朝远侧和朝近侧平移时向控制电路760提供一系列脉冲。控制电路760可跟踪脉冲以确定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的动作的其他信号。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可包括例如磁性传感器、磁场传感器、应变仪、压力传感器、力传感器、电感式传感器(诸如涡流传感器)、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器、和/或用于测量端部执行器752的一个或多个参数的任何其他合适的传感器。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，其被配置成能够在夹持条件期间测量砧座766中的应变的量值。应变仪提供电信号，该电信号的幅值随着应变量值而变化。传感器788可包括压力传感器，该压力传感器被配置成能够检测由砧座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上的力可表示在砧座766和钉仓768之间捕获的组织区段所经受的组织压缩。一个或多个传感器788可沿闭合驱动系统定位在各种交互点处，以检测由闭合驱动系统施加到砧座766的闭合力。一个或多个传感器788可在夹持操作期间由控制电路760的处理器实时取样。控制电路760接收实时样本测量值以提供和分析基于时间的信息，并实时评估施加到砧座766的闭合力。
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所需的力对应于例如由马达754消耗的电流。该力被转换成数字信号并提供给控制电路760。
控制电路760可被配置成能够模拟器械的实际系统在控制器的软件中的响应。可致动位移构件以将端部执行器752中的I形梁764以目标速度或接近目标速度移动。外科器械750可包括反馈控制器，该反馈控制器可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/或刀系统的机械链路的有刷DC马达来驱动位移构件、切割构件或I形梁764。另一示例为操作例如可互换轴组件的位移构件和关节运动驱动器的电动马达754。外部影响是事物如组织、周围身体和摩擦对物理系统的未测量的、不可预测的影响。这种外部影响可被称为相对电动马达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，并且当被配置用于使用时，钉仓768与砧座766相对定位。临床医生可握持砧座766与钉仓768之间的组织，如本文所述。当准备好使用器械750时，临床医生可例如通过按下器械750的触发器来提供击发信号。响应于击发信号，马达754可沿着端部执行器752的纵向轴线将位移构件从近侧行程开始位置朝远侧驱动到行程开始位置远侧的行程结束位置。当位移构件朝远侧平移时，具有定位在远侧端部处的切割元件的I形梁764可切割钉仓768与砧座766之间的组织。
在各种示例中，外科器械750可包括控制电路760，该控制电路被编程为例如基于一个或多个组织条件来控制位移构件诸如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条件，诸如厚度，如本文所述。控制电路760可以被编程为基于组织条件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最初可针对位移构件的行程的第一开环部分以开环配置来操作马达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可基于以闭环方式描述位移构件的位置的平移数据来调节马达754，以使位移构件以恒定速度平移。附加细节公开于2017年9月29日提交的标题为“(SYSTEM AND METHODS FOR CONTROLLING A DISPLAY OF A SURGICALINSTRUMENT”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43是根据本公开的一个方面的被配置成能够控制各种功能的外科器械790的示意图。在一个方面，外科器械790被编程为控制位移构件诸如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，该传感器可购自奥地利微系统公司(Austria Microsystems,AG)。位置传感器784可与控制电路760交接以提供绝对定位系统。位置可包括位于磁体上方并耦接到CORDIC处理器的霍尔效应元件，该CORDIC处理器也被已知为逐位方法和Volder算法，提供该CORDIC处理器以实现用于计算双曲线函数和三角函数的简单有效的算法，双曲线函数和三角函数仅需要加法操作、减法操作、数位位移操作和表格查找操作。
在一个方面，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，并且还可包括砧座接合插片或特征部和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日提交的共同拥有的标题为“TECHNIQUESFOR ADAPTIVE CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTINGINSTRUMENT”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耦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测量该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I形梁764的如由位置传感器784确定的位置与定时器/计数器781的输出相关联，使得控制电路760可确定I形梁764在相对于起始位置的特定时间(t)处的位置。定时器/计数器781可被配置成能够测量耗用时间，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机械耦接到I形梁764。传动装置756可包括用于将马达754耦接到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或包括该传感器。在一些示例中，位置传感器784可包括编码器，该编码器被配置成能够在I形梁764朝远侧和朝近侧平移时向控制电路760提供一系列脉冲。控制电路760可跟踪脉冲以确定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的动作的其他信号。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可包括例如磁性传感器、磁场传感器、应变仪、压力传感器、力传感器、电感式传感器(诸如涡流传感器)、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器、和/或用于测量端部执行器792的一个或多个参数的任何其他合适的传感器。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，其被配置成能够在夹持条件期间测量砧座766中的应变的量值。应变仪提供电信号，该电信号的幅值随着应变量值而变化。传感器788可包括压力传感器，该压力传感器被配置成能够检测由砧座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上的力可表示在砧座766和钉仓768之间捕获的组织区段所经受的组织压缩。一个或多个传感器788可沿闭合驱动系统定位在各种交互点处，以检测由闭合驱动系统施加到砧座766的闭合力。一个或多个传感器788可在夹持操作期间由控制电路760的处理器部分实时取样。控制电路760接收实时样本测量值以提供和分析基于时间的信息，并实时评估施加到砧座766的闭合力。
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所需的力对应于例如由马达754消耗的电流。该力被转换成数字信号并提供给控制电路760。
当RF仓796代替钉仓768被装载在端部执行器792中时，RF能量源794耦接到端部执行器792并且被施加到RF仓796。控制电路760控制RF能量到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“SURGICAL SYSTEM COUPLABLE WITH STAPLE CARTRIDGE AND RADIO FREQUENCYCARTRIDGE,AND METHOD OF USING SAME”，该专利全文以引用方式并入本文。
发生器硬件
图44为被配置成除了其他益处之外还能够提供无电感器调谐的发生器800的简化框图。发生器800的其他细节在公布于2015年6月23日的标题为“SURGICAL GENERATOR FORULTRASONIC AND ELECTROSURGICAL DEVICES”的美国专利号9,060,775中有所描述，该专利全文以引用方式并入本文。发生器800可包括患者隔离级802，该患者隔离级经由电力变压器806与非隔离级804通信。电力变压器806的次级绕组808包含在隔离级802中，并且可包括分接配置(例如，中心分接或非中心分接配置)以限定驱动信号输出810a、810b、810c，该驱动信号输出用于将驱动信号递送至不同的外科器械，诸如例如超声外科器械、RF电外科器械和包括能够单独或同时递送的超声能量模式和RF能量模式的多功能外科器械。具体而言，驱动信号输出810a、810c可将超声驱动信号(例如，420V均方根(RMS)驱动信号)输出至超声外科器械，并且驱动信号输出810b、810c可将RF电外科驱动信号(例如，100V RMS驱动信号)输出至RF电外科器械，其中驱动信号输出810b对应于电力变压器806的中心抽头。
在某些形式中，超声驱动信号和电外科驱动信号可同时提供至不同的外科器械和/或具有将超声能量和电外科能量两者递送至组织的能力的单个外科器械，诸如多功能外科器械。应当理解，提供至专用电外科器械和/或提供至组合多功能超声/电外科器械的电外科信号可以是治疗级信号或亚治疗级信号，其中可以使用例如亚治疗信号来监测组织或器械状况并向发生器提供反馈。例如，超声信号和RF信号可从具有单个输出端口的发生器单独地或同时递送，以便向外科器械提供期望的输出信号，如将在下文更详细地讨论。因此，发生器可组合超声能量和电外科RF能量并且将组合的能量递送到多功能超声/电外科器械。双极电极可被放置在端部执行器的一个或两个钳口上。除了电外科RF能量之外，一个钳口可由超声能量同时驱动。超声能量可用于解剖组织，而电外科RF能量可用于脉管密封。
非隔离级804可包括功率放大器812，该功率放大器具有连接到电力变压器806的初级绕组814的输出。在某些形式中，功率放大器812可包括推挽放大器。例如，非隔离级804还可包括用于向数模转换器(DAC)电路818提供数字输出的逻辑装置816，该DAC电路又将对应的模拟信号提供至功率放大器812的输入。在某些形式中，例如除其他逻辑电路之外，逻辑装置816可包括可编程门阵列(PGA)、FPGA、可编程逻辑装置(PLD)。因此，由于经由DAC电路818控制功率放大器812的输入，逻辑装置816可控制在驱动信号输出810a、810b、810c处出现的驱动信号的多个参数(例如，频率、波形形状、波形振幅)中的任一者。在某些形式中并且如下所述，逻辑装置816结合处理器(例如，以下所述的DSP)可实现多个基于DSP的算法和/或其他控制算法，以控制发生器800所输出的驱动信号的参数。
可通过开关模式调节器820(例如，电源转换器)将功率供应至功率放大器812的电力轨。在某些形式中，开关模式调节器820例如可包括可调式降压调节器。例如，非隔离级804还可包括第一处理器822，在一种形式中，该第一处理器可包括DSP处理器，诸如可从马萨诸塞州诺伍德的Analog Devices(Norwood,MA)购得的Analog Devices ADSP-21469SHARC DSP，但可在各种形式中采用任何合适的处理器。在某些形式中，DSP处理器822可响应于由DSP处理器822经由ADC电路824从功率放大器812接收的电压反馈数据来控制开关模式调节器820的操作。在一种形式中，例如，DSP处理器822可经由ADC电路824接收由功率放大器812放大的信号(例如，RF信号)的波形包络作为输入。然后，DSP处理器822可控制开关模式调节器820(例如，经由PWM输出)，使得被供应至功率放大器812的干线电压跟踪放大的信号的波形包络。通过基于波形包络以动态方式调制功率放大器812的干线电压，功率放大器812的效率可相对于固定干线电压放大器方案显著升高。
在某些形式中，逻辑装置816结合DSP处理器822可实现数字合成电路诸如直接数字合成器控制方案，以控制发生器800所输出的驱动信号的波形形状、频率和/或振幅。在一种形式中，例如逻辑装置816可通过召回存储于动态更新的查找表(LUT)(诸如RAM LUT)中的波形样本来实现DDS控制算法，该动态更新的LUT可被嵌入FPGA中。该控制算法尤其可用于如下超声应用，其中超声换能器诸如超声换能器可由其谐振频率下的纯正弦式电流驱动。因为其它频率可激发寄生谐振，因此最小化或降低动态支路电流的总失真可相应地最小化或降低不利的谐振效应。因为发生器800所输出的驱动信号的波形形状受输出驱动电路(例如，电力变压器806、功率放大器812)中所存在的各种畸变源的影响，所以基于驱动信号的电压和电流反馈数据可被输入至算法(诸如由DSP处理器822实施的误差控制算法)中，该算法通过适当地以动态行进方式(例如，实时)使存储于LUT中的波形样本预先畸变或修改来补偿畸变。在一种形式中，对LUT样本所施加的预先畸变量或程度可根据所计算的动态支路电流与期望的电流波形形状之间的误差而定，其中所述误差可基于逐一样本确定。以该方式，预先失真的LUT样本在通过驱动电路进行处理时，可使动态支路驱动信号具有所期望的波形形状(例如，正弦形状)，以最佳地驱动超声换能器。因此，在此类形式中，当考虑到畸变效应时，LUT波形样本将不呈现驱动信号的期望波形形状，而是呈现要求最终产生动态支路驱动信号的期望波形形状的波形形状。
非隔离级804还可包括经由相应的隔离变压器830、832耦接到电力变压器806的输出的第一ADC电路826和第二ADC电路828，以用于分别对发生器800所输出的驱动信号的电压和电流进行采样。在某些形式中，ADC电路826、828可被配置成能够以高速(例如，80兆样本每秒(MSPS))进行采样，以能够对驱动信号进行过采样。在一种形式中，例如ADC电路826、828的采样速度可实现驱动信号的大约200x(根据频率而定)的过采样。在某些形式中，可通过单个ADC电路经过双向复用器接收输入电压和电流信号来执行ADC电路826、828的采样操作。通过在发生器800的形式中使用高速采样，除可实现其他事物之外，还可实现对流过动态支路的复杂电流的计算(这在某些形式中可用于实施上述基于DDS的波形形状控制)、对采样信号进行精确的数字滤波、以及以高精度计算实际功耗。ADC电路826、828所输出的电压和电流反馈数据可由逻辑装置816接收并处理(例如，先进先出(FIFO)缓冲器、复用器)，并且被存储在数据存储器中，以供例如DSP处理器822后续检索。如上所述，电压和电流反馈数据可用作算法的输入用于以动态行进方式使LUT波形样本预先失真或修改。在某些形式中，当采集到电压和电流反馈数据对时，可能需要基于由逻辑装置816输出的对应LUT样本或换句话讲与所述对应LUT样本相关联，为每一所存储的电压和电流反馈数据对进行编索引。以此方式使LUT样本和电压和电流反馈数据同步有助于预失真算法的准确计时和稳定性。
在某些形式中，可使用电压和电流反馈数据来控制驱动信号的频率和/或振幅(例如，电流振幅)。在一种形式中，例如，可使用电压和电流反馈数据来确定阻抗相位。随后，可控制驱动信号的频率以最小化或减小所确定阻抗相位与阻抗相位设定点(例如，0°)之间的差值，从而最小化或减小谐波畸变的影响，并相应地提高阻抗相位测量精确度。相位阻抗和频率控制信号的确定可在DSP处理器822中实现，例如，其中频率控制信号作为输入被供应至逻辑装置816所实施的DDS控制算法。
在另一形式中，例如可监视电流反馈数据，以便将驱动信号的电流振幅保持在电流振幅设定点。电流振幅设定点可被直接指定或基于特定的电压振幅和功率设定点而间接地确定。在某些形式中，例如可通过DSP处理器822中的控制算法(诸如例如，比例积分微分(PID)控制算法)来实现对电流振幅的控制。由控制算法控制以适当地控制驱动信号的电流振幅的变量可包括：例如，存储在逻辑装置816中的LUT波形样本的标度和/或经由DAC电路834的DAC电路818(其将输入提供给功率放大器812)的满标度输出电压。
非隔离级804还可包括第二处理器836，该第二处理器用于除别的之外还提供用户接口(UI)功能性。在一种形式中，UI处理器836可包括例如购自加利福利亚州圣何塞的Atmel公司(San Jose,CA)的具有ARM 926EJ-S核芯的Atmel AT91SAM9263处理器。UI处理器836所支持的UI功能性的示例可包括听觉和视觉用户反馈、与外围装置(例如，经由USB接口)的通信、与脚踏开关的通信、与输入装置(例如，触摸屏显示器)的通信、以及与输出装置(例如，扬声器)的通信。UI处理器836可(例如，经由SPI总线)与DSP处理器822和逻辑装置816通信。尽管UI处理器836可主要支持UI功能性，然而在某些形式中，其也可与DSP处理器822配合以实现风险减缓。例如，UI处理器836可被编程为监测用户输入和/或其他输入(例如，触摸屏输入、脚踏开关输入、温度传感器输入)的各个方面，并且当检测到错误状况时可停用发生器800的驱动输出。
在某些形式中，例如DSP处理器822与UI处理器836两者可确定并监测发生器800的操作状态。对于DSP处理器822，发生器800的操作状态例如可指示DSP处理器822实施的是哪些控制和/或诊断过程。对于UI处理器836，发生器800的操作状态例如可指示：UI的哪些元素(例如，显示屏、声音)可呈现给用户。相应的DSP处理器822和UI处理器836可独立地保持发生器800的当前操作状态并识别和评估当前操作状态的可能转变。DSP处理器822可用作此关系中的主体并确定何时会发生操作状态间的转变。UI处理器836可注意到操作状态间的有效转变并可证实特定的转变是否适当。例如，当DSP处理器822命令UI处理器836转变到特定状态时，UI处理器836可证实所要求的转变是有效的。如果UI处理器836确定所要求的状态间转变是无效的，则UI处理器836可使发生器800进入无效模式。
非隔离级804还可包括控制器838，以用于监测输入装置(例如，用于接通和断开发生器800的电容式触摸传感器、电容式触摸屏)。在某些形式中，控制器838可包括至少一个处理器和/或与UI处理器836通信的其他控制器装置。在一种形式中，例如控制器838可包括被配置成能够监测经由一个或多个电容式触摸传感器提供的用户输入的处理器(例如，可从Atmel购得的Meg168 8位控制器)。在一种形式中，控制器838可包括触摸屏控制器(例如可从Atmel购得的QT5480触摸屏控制器)，以控制和管理从电容式触摸屏对触摸数据的采集。
在某些形式中，当发生器800处于“功率关”状态时，控制器838可继续接收操作功率(例如，通过来自发生器800的电源的线，诸如以下所述的电源854)。以此方式，控制器838可继续监测输入装置(例如，位于发生器800的前面板上的电容式触摸传感器)，以用于接通和断开发生器800。当发生器800处于功率关状态时，如果检测到用户“接通/断开”输入装置的激活，则控制器838可唤醒电源(例如，启用电源854的一个或多个DC/DC电压转换器856的操作)。控制器838可因此开始使发生器800转变到“功率开”状态的序列。相反，当发生器800处于功率开状态时，如果检测到“接通/断开”输入装置的激活，则控制器838可开始使发生器800转变到功率关状态的序列。在某些形式中，例如，控制器838可向UI处理器836报告“接通/断开”输入装置的激活，该UI处理器继而实施所需的过程序列以使发生器800转变到功率关状态。在此类形式中，控制器838可能不具有在建立起功率开状态之后从发生器800移除功率的独立能力。
在某些形式中，控制器838可使发生器800提供听觉或其他感观反馈，以警示用户功率开或功率关序列已开始。可在功率开或功率关序列开始时以及在与序列相关联的其它过程开始之前提供此类警示。
在某些形式中，隔离级802可包括器械接口电路840以例如在外科器械的控制电路(例如，包括手持件开关的控制电路)与非隔离级804的部件(诸如例如，逻辑装置816、DSP处理器822和/或UI处理器836)之间提供通信接口。器械接口电路840可经由通信连接装置(诸如例如，基于IR的通信连接装置)与非隔离级804的部件交换信息，该通信连接装置在隔离级802与非隔离级804之间保持合适程度的电隔离。例如，可使用由隔离变压器供电的低压差稳压器为器械接口电路840供应电力，该低压差稳压器从非隔离级804被驱动。
在一种形式中，器械接口电路840可包括与信号调节电路844通信的逻辑电路842(例如，逻辑电路、可编程逻辑电路、PGA、FPGA、PLD)。信号调节电路844可被配置成能够从逻辑电路842接收周期性信号(例如，2kHz的方波)，以生成具有相同频率的双极性询问信号。例如，可使用由差分放大器馈送的双极电流源生成询问信号。询问信号可被传送到外科器械控制电路(例如，通过使用将发生器800连接到外科器械的缆线中的导体对)并被监测，以确定控制电路的状态或配置。控制电路可包括多个开关、电阻器和/或二极管，以修改询问信号的一个或多个特性(例如，振幅、整流)，使得可基于所述一个或多个特性唯一地辨别控制电路的状态或配置。在一种形式中，例如信号调节电路844可包括ADC电路，其用于生成由于询问信号通过控制电路而出现在控制电路的输入中的电压信号的样本。然后，逻辑电路842(或非隔离级804的部件)可基于ADC电路样本来确定控制电路的状态或配置。
在一种形式中，器械接口电路840可包括第一数据电路接口846，以实现逻辑电路842(或器械接口电路840的其他元件)与设置于外科器械中的或换句话讲与外科器械相联的第一数据电路之间的信息交换。在某些形式中，例如第一数据电路可设置在整体地附接到外科器械手持件的缆线中，或设置在用于使特定的外科器械类型或型号与发生器800交接的适配器中。第一数据电路可以任何合适的方式实施且可根据包括(例如)本文关于第一数据电路所述的任何合适的协议与发生器通信。在某些形式中，第一数据电路可包括非易失性存储装置，诸如EEPROM装置。在某些形式中，第一数据电路接口846可与逻辑电路842分开实施并且包括合适的电路(例如，分立逻辑装置、处理器)，以实现逻辑电路842与第一数据电路之间的通信。在其他形式中，第一数据电路接口846与逻辑电路842可以是一体式的。
在某些形式中，第一数据电路可存储与相关联的特定外科器械相关的信息。此类信息可包括例如型号、序列号、其中已使用外科器械的多个操作、和/或任何其它类型的信息。该信息可被器械接口电路840(例如，由逻辑电路842)读取、被传输至非隔离级804的部件(例如，传输至逻辑装置816、DSP处理器822和/或UI处理器836)，以用于经由输出装置呈现给用户和/或用于控制发生器800的功能或操作。另外，任何类型的信息均可经由第一数据电路接口846(例如，使用逻辑电路842)被传送至第一数据电路以存储于其中。此类信息可包括例如使用外科器械的操作的更新数量和/或其使用的日期和/或时间。
如此前所述，外科器械可从手持件拆卸(例如，多功能外科器械可从手持件拆卸)以促进器械可互换性和/或可处置性。在此类情形中，常规发生器的识别所使用特定器械构型和相应地优化控制和诊断过程的能力可受限。然而，从兼容性角度来看，通过对外科器械添加可读数据电路来解决此问题是有问题的。例如，设计外科器械来保持与缺少必备数据读取功能的发生器的向后兼容可能由于例如不同的信号方案、设计复杂性和成本而不切实际。本文所述器械的形式通过使用数据电路来解决这些问题，所述数据电路可经济地实施于现有外科器械中并具有最小的设计变化，以保持外科器械与电流发生器平台的兼容性。
另外，发生器800的形式可实现与基于器械的数据电路的通信。例如，发生器800可被配置成能够与器械(例如，多功能外科器械)中包含的第二数据电路进行通信。在一些形式中，第二数据电路可以类似于本文所述的第一数据电路的方式实施。器械接口电路840可包括用于实现该通信的第二数据电路接口848。在一种形式中，第二数据电路接口848可包括三态数字接口，然而也可使用其他接口。在某些形式中，第二数据电路通常可为用于传输和/或接收数据的任何电路。在一种形式中，例如第二数据电路可存储与相关联的特定外科器械相关的信息。此类信息可包括例如型号、序列号、其中已使用外科器械的多个操作、和/或任何其它类型的信息。
在一些形式中，第二数据电路可存储关于相关联的超声换能器、端部执行器或超声驱动系统的电性能和/或超声性能的信息。例如，第一数据电路可指示老化频率斜率，如本文所述。附加地或另选地，任何类型的信息均可经由第二数据电路接口848(例如，使用逻辑电路842)被传送至第二数据电路以存储于其中。此类信息例如可包括其中使用外科器械的操作的更新数目和/或其使用的日期和/或时间。在某些形式中，第二数据电路可传输由一个或多个传感器(例如，基于器械的温度传感器)采集的数据。在某些形式中，第二数据电路可从发生器800接收数据并基于所接收的数据向用户提供指示(例如，发光二极管指示或其他可视指示)。
在某些形式中，第二数据电路和第二数据电路接口848可被配置为使得可实现逻辑电路842与第二数据电路之间的通信而无需提供用于此目的的附加导体(例如，将手持件连接到发生器800的缆线的专用导体)。在一种形式中，例如，可使用实施于现有缆线上的单总线通信方案(诸如用于将询问信号从信号调节电路844发射到手持件中的控制电路的导体中的一者)而将信息传送至第二数据电路并从第二数据电路传送信息。这样，可最小化或减少原本可能必要的外科器械的设计变化或修改。此外，因为在共用物理信道上实施的不同类型的通信可为频带分离的，所以第二数据电路的存在对于不具有必备数据读取功能的发生器而言可为“隐形的”，因此能够实现外科器械的向后兼容性。
在某些形式中，隔离级802可包括至少一个阻挡电容器850-1，该至少一个阻挡电容器连接到驱动信号输出810b以防止DC电流流向患者。例如，可要求信号阻挡电容器符合医疗规则或标准。尽管相对而言单电容器设计中很少出现错误，然而此类错误可造成不良后果。在一种形式中，可设置有与阻挡电容器850-1串联的第二阻挡电容器850-2，其中例如通过ADC电路852来监测从阻挡电容器850-1与850-2之间的点发生的电流渗漏，以对泄漏电流所感生的电压进行采样。这些样本例如可由逻辑电路842接收。基于泄漏电流的变化(如电压样本所指示)，发生器800可以确定阻挡电容器850-1、850-2中的至少一者何时发生故障，从而提供优于具有单个故障点的单电容器设计的益处。
在某些形式中，非隔离级804可包括电源854，其用于在适当的电压和电流下递送DC功率。该电源可包括例如400W的电源，以用于输出48VDC的系统电压。电源854还可包括一个或多个DC/DC电压转换器856，其用于接收电源的输出以在发生器800的各种部件所需的电压和电流下生成DC输出。如以上结合控制器838所述，当控制器838检测到用户“接通/断开”输入装置的激活以启用DC/DC电压转换器856的操作或唤醒该DC/DC电压转换器时，DC/DC电压转换器856中的一个或多个可从控制器838接收输入。
图45示出了发生器900的一个示例，该发生器是发生器800(图44)的一种形式。发生器900被配置成能够将多个能量模态递送至外科器械。发生器900提供用于独立地或同时将能量递送至外科器械的RF信号和超声信号。RF信号和超声信号可单独或组合提供，并且可同时提供。如上所述，至少一个发生器输出可通过单个端口递送多种能量模态(例如，超声、双极或单极RF、不可逆和/或可逆电穿孔和/或微波能量等等)，并且这些信号可分开或同时被递送到端部执行器以处理组织。
发生器900包括耦接到波形发生器904的处理器902。处理器902和波形发生器904被配置成能够基于存储在耦接到处理器902的存储器中的信息来生成各种信号波形，为了本公开清楚起见而未示出该存储器。与波形相关联的数字信息被提供给波形发生器904，该波形发生器904包括一个或多个DAC电路以将数字输入转换成模拟输出。模拟输出被馈送到放大器1106用于信号调节和放大。放大器906的经调节和放大的输出耦接到电力变压器908。信号通过电力变压器908耦接到患者隔离侧中的次级侧。第一能量模态的第一信号被提供给被标记为ENERGY1和RETURN的端子之间的外科器械。第二能量模态的第二信号耦接在电容器910两端并被提供给被标记为ENERGY2和RETURN的端子之间的外科器械。应当理解，可输出超过两种能量模态，并且因此下标“n”可被用来指定可提供多至n个ENERGYn端子，其中n是大于1的正整数。还应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可提供多至“n”个返回路径RETURNn。
第一电压感测电路912耦接在被标记为ENERGY1的端子和RETURN路径两端，以测量其间的输出电压。第二电压感测电路924耦接在被标记为ENERGY2的端子和RETURN路径两端，以测量其间的输出电压。如图所示，电流感测电路914与电力变压器908的次级侧的RETURN支路串联设置，以测量任一能量模态的输出电流。如果为每种能量模态提供不同的返回路径，则应在每个返回支路中提供单独的电流感测电路。第一电压感测电路912和第二电压感测电路924的输出被提供给相应的隔离变压器916、922，并且电流感测电路914的输出被提供给另一隔离变压器918。电力变压器908(非患者隔离侧)的初级侧上的隔离变压器916、928、922的输出被提供给一个或多个ADC电路926。ADC电路926的数字化输出被提供给处理器902用于进一步处理和计算。可采用输出电压和输出电流反馈信息来调整提供给外科器械的输出电压和电流，并且计算输出阻抗等参数。处理器902和患者隔离电路之间的输入/输出通信通过接口电路920提供。传感器也可通过接口920与处理器902电气通信。
在一个方面，阻抗可由处理器902通过将耦接在被标记为ENERGY1/RETURN的端子两端的第一电压感测电路912或耦接在被标记为ENERGY2/RETURN的端子两端的第二电压感测电路924的输出除以与电力变压器908的次级侧的RETURN支路串联设置的电流感测电路914的输出来确定。第一电压感测电路912和第二电压感测电路924的输出被提供给单独的隔离变压器916、922，并且电流感测电路914的输出被提供给另一隔离变压器916。来自ADC电路926的数字化电压和电流感测测量值被提供给处理器902以用于计算阻抗。例如，第一能量模态ENERGY1可以是超声能量，并且第二能量模态ENERGY2可以是RF能量。然而，除了超声和双极或单极RF能量模态之外，其它能量模态还包括不可逆和/或可逆电穿孔和/或微波能量等。而且，尽管图45所示的示例示出了可为两种或更多种能量模态提供单个返回路径RETURN，但是在其他方面，可为每种能量模态ENERGYn提供多个返回路径RETURNn。因此，如本文所述，超声换能器阻抗可通过将第一电压感测电路912的输出除以电流感测电路914的输出来测量，并且组织阻抗可通过将第二电压感测电路924的输出除以电流感测电路914的输出来测量。
如图45中所示，包括至少一个输出端口的发生器900可包括具有单个输出和多个分接头的电力变压器908，以例如根据正在执行的组织处理类型以一种或多种能量模态(诸如超声、双极或单极RF、不可逆和/或可逆电穿孔和/或微波能量等等)的形式向端部执行器提供功率。例如，发生器900可用较高电压和较低电流递送能量以驱动超声换能器，用较低电压和较高电流递送能量以驱动RF电极以用于密封组织，或者用凝固波形递送能量以用于使用单极或双极RF电外科电极。来自发生器900的输出波形可被操纵、切换或滤波，以向外科器械的端部执行器提供频率。超声换能器与发生器900输出的连接将优选地位于被标记为ENERGY1与RETURN的输出端之间，如图45所示。在一个示例中，RF双极电极与发生器900输出端的连接将优选地位于被标记为ENERGY2和RETURN的输出端之间。在单极输出的情况下，优选的连接将是ENERGY2输出端的有源电极(例如，铅笔或其他探头)以及连接至RETURN输出端的合适的返回垫。
附加细节公开于2017年3月30日公布的标题为“TECHNIQUES FOR OPERATINGGENERATOR FOR DIGITALLY GENERATING ELECTRICAL SIGNAL WAVEFORMS AND SURGICALINSTRUMENTS”的美国专利申请公布2017/0086914中，该专利申请全文以引用方式并入本文。
如本说明书通篇所用，术语“无线”及其衍生物可用于描述可通过使用经调制的电磁辐射通过非固体介质来传送数据的电路、装置、系统、方法、技术、通信信道等。该术语并不意味着相关联的组织不包含任何电线，尽管在一些方面它们可能不包含。通信模块可实现多种无线或有线通信标准或协议中的任一种，包括但不限于Wi-Fi(IEEE 802.11系列)、WiMAX(IEEE 802.16系列)、IEEE 802.20、长期演进(LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、蓝牙、及其以太网衍生物、以及被指定为3G、4G、5G和以上的任何其它无线和有线协议计算模块可包括多个通信模块。例如，第一通信模块可专用于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。
如本文所用，处理器或处理单元是对一些外部数据源(通常为存储器或一些其它数据流)执行操作的电子电路。本文所用术语是指组合多个专门的“处理器”的一个或多个系统(尤其是片上系统(SoC))中的中央处理器(中央处理单元)。
如本文所用，片上系统或芯片上系统(SoC或SOC)为集成了计算机或其它电子系统的所有器件的集成电路(也被称为“IC”或“芯片”)。它可以包含数字、模拟、混合信号以及通常射频功能—全部在单个基板上。SoC将微控制器(或微处理器)与高级外围装置如图形处理单元(GPU)、Wi-Fi模块或协处理器集成。SoC可以包含或可不包含内置存储器。
如本文所用，微控制器或控制器为将微处理器与外围电路和存储器集成的系统。微控制器(或微控制器单元的MCU)可被实现为单个集成电路上的小型计算机。其可类似于SoC；SoC可包括作为其器件之一的微控制器。微控制器可包含一个或多个核心处理单元(CPU)以及存储器和可编程输入/输出外围装置。以铁电RAM、NOR闪存或OTP ROM形式的程序存储器以及少量RAM也经常包括在芯片上。与个人计算机或由各种分立芯片组成的其它通用应用中使用的微处理器相比，微控制器可用于嵌入式应用。
如本文所用，术语控制器或微控制器可为与外围装置交接的独立式IC或芯片装置。这可为计算机的两个部件或用于管理该装置的操作(以及与该装置的连接)的外部装置上的控制器之间的链路。
如本文所述的处理器或微控制器中的任一者可为任何单核或多核处理器，诸如由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)提供的商品名为ARM Cortex的那些。在一个方面，处理器可为例如购自德克萨斯器械公司(Texas Instruments)的LM4F230H5QR ARMCortex-M4F处理器内核，其包括：256KB的单循环闪存或其它非易失性存储器(最多至40MHZ)的片上存储器、用于使性能改善超过40MHz的预取缓冲器、32KB的单循环串行随机存取存储器(SRAM)、装载有
软件的内部只读存储器(ROM)、2KB的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、一个或多个脉宽调制(PWM)模块、一个或多个正交编码器输入(QEI)模拟、具有12个模拟输入信道的一个或多个12位模数转换器(ADC)、以及易得的其它特征。
在一个示例中，处理器可包括安全控制器，该安全控制器包括两个基于控制器的系列，诸如同样由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)提供的商品名为Hercules ARMCortex R4的TMS570和RM4x。安全控制器可被配置为专门用于IEC 61508和ISO 26262安全关键应用等等，以提供先进的集成安全特征件，同时递送可定标的性能、连接性和存储器选项。
模块化装置包括可接纳在外科集线器内的模块(如结合图3和图9所述)和外科装置或器械，该外科装置或器械可连接到各种模块以便与对应的外科集线器连接或配对。模块化装置包括例如智能外科器械、医疗成像装置、抽吸/冲洗装置、排烟器、能量发生器、呼吸机、吹入器和显示器。本文所述的模块化装置可通过控制算法来控制。控制算法可在模块化装置自身上、在与特定模块化装置配对的外科集线器上或在模块化装置和外科集线器两者上执行(例如，经由分布式计算架构)。在一些示例中，模块化装置的控制算法基于由模块化装置自身感测到的数据来控制装置(即，通过模块化装置之中、之上或连接到模块化装置的传感器)。该数据可与正在手术的患者(例如，组织特性或吹入压力)或模块化装置本身相关(例如，刀被推进的速率、马达电流或能量水平)。例如，外科缝合和切割器械的控制算法可根据刀在其前进时遇到的阻力来控制器械的马达驱动其刀穿过组织的速率。
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、正在接受规程的组织的类型或作为规程对象的体腔。利用与外科规程相关的情境信息，外科系统可以例如改善其控制与其连接的模块化装置(例如，机器人臂和/或机器人外科工具)的方式，并且在外科规程期间向外科医生提供情境化的信息或建议。
现在参考图46，其示出了示出集线器(诸如例如，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，情境信息)，诸如在任何给定时间执行规程的哪个步骤。外科集线器106、206的态势感知系统能够例如记录与用于生成报告的过程相关的数据，验证医务人员正在采取的步骤，提供可能与特定过程步骤相关的数据或提示(例如，经由显示屏)，基于背景调整模块化装置(例如，激活监测器，调整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电子病历(EMR)数据库中检索患者的EMR。基于EMR中的选择的患者数据，外科集线器106、206确定待执行的规程是胸腔规程。
第二步5204，工作人员扫描用于规程的进入的医疗用品。外科集线器106、206与在各种类型的规程中使用的用品列表交叉引用扫描的用品，并确认供应的混合物对应于胸腔规程。另外，外科集线器106、206还能够确定规程不是楔形规程(因为进入的用品缺乏胸腔楔形规程所需的某些用品，或者在其它方面不对应于胸腔楔形规程)。
第三步5206，医疗人员经由可通信地连接到外科毂集线器106、206的扫描器来扫描患者带。然后，外科集线器106、206可基于所扫描的数据来确认患者的身份。
第四步5208，医务工作人员打开辅助设备。所利用的辅助设备可根据外科规程的类型和外科医生待使用的技术而变化，但在此示例性情况下，它们包括排烟器、吹入器和医学成像装置。当激活时，作为其初始化过程的一部分，作为模块化装置的辅助设备可以自动与位于模块化装置特定附近的外科集线器106、206配对。然后，外科集线器106、206可通过检测在该术前阶段或初始化阶段期间与其配对的模块化装置的类型来导出关于外科规程的背景信息。在该具体示例中，外科集线器106、206确定外科规程是基于配对模块化装置的该特定组合的VATS规程。基于来自患者的EMR的数据的组合，规程中使用的医疗用品的列表以及连接到集线器的模块化装置的类型，外科集线器106、206通常可推断外科小组将执行的具体规程。一旦外科集线器106、206知道正在执行什么具体规程，外科集线器106、206便可从存储器或云中检索该规程的步骤，然后交叉参照其随后从所连接的数据源(例如，模块化装置和患者监测装置)接收的数据，以推断外科团队正在执行的外科规程的什么步骤。
第五步5210，工作人员成员将EKG电极和其它患者监测装置附接到患者。EKG电极和其它患者监测装置能够与外科集线器106、206配对。当外科集线器106、206开始从患者监测装置接收数据时，外科集线器106、206因此确认患者在手术室中。
第六步5212，医疗人员诱导患者麻醉。外科集线器106、206可基于来自模块化装置和/或患者监测装置的数据(包括例如EKG数据、血压数据、呼吸机数据、或它们的组合)推断患者处于麻醉下。在第六步5212完成时，肺分段切除规程的术前部分完成，并且手术部分开始。
第七步5214，折叠正在操作的患者肺部(同时通气切换到对侧肺)。例如，外科集线器106、206可从呼吸机数据推断出患者的肺已经塌缩。外科集线器106、206可推断规程的手术部分已开始，因为其可将患者的肺部塌缩的检测与规程的预期步骤(可先前访问或检索)进行比较，从而确定使肺塌缩是该特定规程中的手术步骤。
第八步5216，插入医疗成像装置(例如，内窥镜)，并启动来自医疗成像装置的视频。外科集线器106、206通过其与医疗成像装置的连接来接收医疗成像装置数据(即，视频或图像数据)。在接收到医疗成像装置数据之后，外科集线器106、206可确定外科规程的腹腔镜式部分已开始。另外，外科集线器106、206可确定正在执行的特定规程是分段切除术，而不是叶切除术(注意，楔形规程已经基于外科集线器106、206基于在规程的第二步5204处接收到的数据而排除)。来自医疗成像装置124(图26)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耦接到外科集线器)以可视化不用于VATS肺部切除术中的分段裂隙。通过从医疗成像装置跟踪这些数据中的任何或所有，外科集线器106、206因此可确定正在进行的外科规程的具体类型和/或用于特定类型的外科规程的技术。
第九步5218，外科团队开始规程的解剖步骤。外科集线器106、206可推断外科医生正在解剖以调动患者的肺，因为其从RF发生器或超声发生器接收指示正在击发能量器械的数据。外科集线器106、206可将所接收的数据与外科规程的检索步骤交叉，以确定在过程中的该点处(即，在先前讨论的规程步骤完成之后)击发的能量器械对应于解剖步骤。在某些情况下，能量器械可为安装到机器人外科系统的机械臂的能量工具。
第十步5220，外科团队继续进行规程的结扎步骤。外科集线器106、206可推断外科医生正在结扎动脉和静脉，因为其从外科缝合和切割器械接收指示器械正在被击发的数据。与先前步骤相似，外科集线器106、206可通过将来自外科缝合和切割器械的数据的接收与该过程中的检索步骤进行交叉引用来推导该推论。在某些情况下，外科器械可以是安装到机器人外科系统的机器人臂的外科工具。
第十一步5222，执行规程的分段切除术部分。外科集线器106、206可推断外科医生正在基于来自外科缝合和切割器械的数据(包括来自其仓的数据)横切软组织。仓数据可对应于例如由器械击发的钉的大小或类型。由于不同类型的钉用于不同类型的组织，因此仓数据可指示正被缝合和/或横切的组织的类型。在这种情况下，被击发的钉的类型用于软组织(或其它类似的组织类型)，这允许外科集线器106、206推断规程的分段切除术部分正在进行。
第十二步5224中，执行节点解剖步骤。外科集线器106、206可基于从发生器接收的指示正在击发RF或超声器械的数据来推断外科团队正在解剖节点并且执行泄漏测试。对于该特定规程，在横切软组织后使用的RF或超声器械对应于节点解剖步骤，该步骤允许外科集线器106、206进行此类推论。应当指出的是，外科医生根据规程中的具体步骤定期在外科缝合/切割器械和外科能量(即，RF或超声)器械之间来回切换，因为不同器械更好地适于特定任务。因此，其中使用缝合/切割器械和外科能量器械的特定序列可指示外科医生正在执行的规程的步骤。此外，在某些情况下，机器人工具可用于外科规程中的一个或多个步骤，并且/或者手持式外科器械可用于外科规程中的一个或多个步骤。一个或多个外科医生可例如在机器人工具与手持式外科器械之间交替和/或可同时使用装置。在第十二步5224完成时，切口被闭合并且规程的术后部分开始。
第十三步5226，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，患者的呼吸率开始増加)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可根据从可通信地耦接到外科集线器106、206的各种数据源接收的数据来确定或推断给定外科规程的每个步骤何时发生。
态势感知进一步描述于2017年12月28日提交的标题为“INTERACTIVE SURGICALPLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/611,341中，该专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。在某些情况下，机器人外科系统(包括本文所公开的各种机器人外科系统)的操作可由集线器106、206基于其态势感知和/或来自其部件的反馈和/或基于来自云104的信息来控制。
实施例
本文所述主题的各个方面在以下编号的实施例中陈述。
实施例1.一种外科集线器，包括：控制电路，所述控制电路包括多个区段；所述多个区段包括第一区段、第二区段和第三区段；所述第一区段包括主处理器和安全处理器，其中所述主处理器耦接到存储器，并且所述存储器存储能够由所述主处理器执行的指令，以在所述第二区段和所述第三区段通电之前使所述第一区段通电，从而在所述第一区段执行第一功能之后使所述第二区段和所述第三区段通电；所述第二区段包括感测电路和显示器电路；并且所述第三区段包括马达控制电路和马达。
实施例2.根据实施例1所述的外科集线器，其中所述第一功能是对所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段检查短路和错误中的至少一者。
实施例3.根据实施例1至2中任一项所述的外科集线器，其中所述第一功能是对所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段执行安全检查。
实施例4.根据实施例1至3中任一项所述的外科集线器，其中所述第一功能是验证所述感测电路、所述显示器电路、所述马达控制电路和所述马达是正确的部件。
实施例5.根据实施例1至4中任一项所述的外科集线器，其中所述控制电路识别所述主处理器、所述安全处理器、所述感测电路、所述显示器电路、所述马达控制电路和所述马达，并且在显示装置上显示所述主处理器、所述安全处理器、所述感测电路、所述显示器电路、所述马达控制电路和所述马达的状态。
实施例6.根据实施例1至5中任一项所述的外科集线器，其中所述控制电路识别所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段，并且在显示装置上向用户显示所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段的状态。
实施例7.根据实施例1至6中任一项所述的外科集线器，还包括耦接到所述马达的泵。
实施例8.根据实施例1至7中任一项所述的外科集线器，其中所述马达在第一状态或第二状态下进行操作。
实施例9.根据实施例1至8中任一项所述的外科集线器，其中所述第一状态由用户激活，并且所述马达使所述泵以第一速率进行操作。
实施例10.根据实施例1至9中任一项所述的外科集线器，其中所述马达在所述第二状态下使所述泵以第二速率进行操作。
实施例11.一种操作外科排抽系统中的分段控制电路的方法，包括：激活第一区段，其中所述第一区段包括主处理器和安全处理器；使所述第一区段执行第一功能；激活第二区段，其中所述第二区段包括感测电路和显示器电路；以及激活第三区段，其中所述第三区段包括马达控制电路和马达。
实施例12.根据实施例11所述的操作所述分段控制电路的方法，其中所述第一功能是对所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段检查短路和错误中的至少一者。
实施例13.根据实施例11至12中任一项所述的操作所述分段控制电路的方法，其中所述第一功能是对所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段执行安全检查。
实施例14.根据实施例11至13中任一项所述的操作所述分段控制电路的方法，其中所述第一功能是验证所述感测电路、所述显示器电路、所述马达控制电路和所述马达是正确的部件。
实施例15.根据实施例11至14中任一项所述的操作所述分段控制电路的方法，还包括：由所述控制电路识别所述主处理器、所述安全处理器、所述感测电路、所述显示器电路、所述马达控制电路和所述马达；以及在显示装置上显示所述主处理器、所述安全处理器、所述感测电路、所述显示器电路、所述马达控制电路和所述马达的状态。
实施例16.根据实施例11至15中任一项所述的操作所述分段控制电路的方法，还包括：由所述控制电路识别所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段；以及在显示装置上显示所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段的状态。
实施例17.根据实施例11至16中任一项所述的操作所述分段控制电路的方法，还包括：在第一状态或第二状态下操作所述马达。
实施例18.根据实施例11至17中任一项所述的操作所述分段控制电路的方法，其中所述第一状态由用户激活，其中所述马达使所述泵以第一速率进行操作。
实施例19.根据实施例11至18中任一项所述的操作所述分段控制电路的方法，其中所述马达在所述第二状态下使所述泵以第二速率进行操作。
实施例20.一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使机器：激活第一区段，其中所述第一区段包括主处理器和安全处理器；使所述第一区段执行第一功能；激活第二区段，其中所述第二区段包括感测电路和显示器电路；以及激活第三区段，其中所述第三区段包括马达控制电路和马达。
实施例21.一种外科排抽系统，包括控制电路，所述控制电路包括多个区段；所述多个区段包括第一区段、第二区段和第三区段；所述第一区段包括主处理器和安全处理器，其中所述主处理器耦接到存储器，并且所述存储器存储能够由所述主处理器执行的指令，以在所述第二区段和所述第三区段通电之前使所述第一区段通电，从而在所述第一区段执行第一功能之后使所述第二区段和所述第三区段通电；所述第二区段包括感测电路和显示器电路；并且所述第三区段包括马达控制电路和马达。
实施例22.根据实施例21所述的外科排抽系统，其中所述第一功能是对所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段检查短路和错误中的至少一者。
实施例23.根据实施例21至22中任一项所述的外科排抽系统，其中所述第一功能是对所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段执行安全检查。
实施例24.根据实施例21至23中任一项所述的外科排抽系统，其中所述第一功能是验证所述感测电路、所述显示器电路、所述马达控制电路和所述马达是正确的部件。
实施例25.根据实施例21至24中任一项所述的外科排抽系统，其中所述控制电路识别所述主处理器、所述安全处理器、所述感测电路、所述显示器电路、所述马达控制电路和所述马达，并且在显示装置上显示所述主处理器、所述安全处理器、所述感测电路、所述显示器电路、所述马达控制电路和所述马达的状态。
实施例26.根据实施例21至25中任一项所述的外科排抽系统，其中所述控制电路识别所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段，并且在显示装置上向用户显示所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段的状态。
实施例27.根据实施例21至26中任一项所述的外科排抽系统，还包括耦接到所述马达的泵。
实施例28.根据实施例21至27中任一项所述的外科排抽系统，其中所述马达在第一状态或第二状态下进行操作。
实施例29.根据实施例28所述的外科排抽系统，其中所述第一状态由用户激活，并且所述马达使所述泵以快速速率进行操作。
实施例30.根据实施例28至29中任一项所述的外科排抽，其中所述第二状态是缓慢状态，其中所述马达使所述泵以较慢速率进行操作。
实施例31.一种操作外科排抽系统中的分段控制电路的方法，包括：激活第一区段，其中所述第一区段包括主处理器和安全处理器；使所述第一区段执行第一功能；激活第二区段，其中所述第二区段包括感测电路和显示器电路；以及激活第三区段，其中所述第三区段包括马达控制电路和马达。
实施例32.根据实施例31所述的操作所述分段控制电路的方法，其中所述第一功能是对所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段检查短路和错误中的至少一者。
实施例33.根据实施例31至32中任一项所述的操作所述分段控制电路的方法，其中所述第一功能是对所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段执行安全检查。
实施例34.根据实施例31至33中任一项所述的操作所述分段控制电路的方法，其中所述第一功能是验证所述感测电路、所述显示器电路、所述马达控制电路和所述马达是正确的部件。
实施例35.根据实施例31至34中任一项所述的操作所述分段控制电路的方法，还包括：由所述控制电路识别所述主处理器、所述安全处理器、所述感测电路、所述显示器电路、所述马达控制电路和所述马达；以及在显示装置上显示所述主处理器、所述安全处理器、所述感测电路、所述显示器电路、所述马达控制电路和所述马达的状态。
实施例36.根据实施例31至35中任一项所述的操作所述分段控制电路的方法，还包括：由所述控制电路识别所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段；以及在显示装置上显示所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段的状态。
实施例37.根据实施例31至36中任一项所述的操作所述分段控制电路的方法，其中泵耦接到所述马达。
实施例38.根据实施例37所述的操作所述分段控制电路的方法，还包括：在第一状态或第二状态下操作所述马达。
实施例39.根据实施例38所述的操作所述分段控制电路的方法，其中所述第一状态由用户激活，其中所述马达使所述泵以快速速率进行操作。
实施例40.根据实施例38至39中任一项所述的操作所述分段控制电路的方法，其中所述第二状态是缓慢状态，其中所述马达使所述泵以较慢速率进行操作。
实施例41.一种外科集线器，所述外科集线器包括处理器和耦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执行根据实施例31至40中任一项所述的方法。
实施例42.一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使机器执行根据实施例31至40中任一项所述的方法。
实施例43.根据实施例38所述的操作所述分段控制电路的方法，其中所述第一状态由用户激活，其中所述马达使所述泵以第一速率进行操作。
实施例44.根据实施例38所述的操作所述分段控制电路的方法，其中所述马达在所述第二状态下使所述泵以第二速率进行操作。
实施例45.一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使机器：激活第一区段，其中所述第一区段包括主处理器和安全处理器；使所述第一区段执行第一功能；激活第二区段，其中所述第二区段包括感测电路和显示器电路；以及激活第三区段，其中所述第三区段包括马达控制电路和马达。
尽管已举例说明和描述了多个形式，但是申请人的意图并非将所附权利要求的范围约束或限制在此类细节中。在不脱离本公开的范围的情况下，可实现对这些形式的许多修改、变化、改变、替换、组合和等同物，并且本领域技术人员将想到这些形式的许多修改、变化、改变、替换、组合和等同物。此外，另选地，可将与所描述的形式相关联的每个元件的结构描述为用于提供由所述元件执行的功能的器件。另外，在公开了用于某些部件的材料的情况下，也可使用其他材料。因此，应当理解，上述具体实施方式和所附权利要求旨在涵盖属于本发明所公开的形式范围内的所有此类修改形式、组合和变型形式。所附权利要求旨在涵盖所有此类修改、变化、改变、替换、修改和等同物。
上述具体实施方式已通过使用框图、流程图和/或示例阐述了装置和/或方法的各种形式。只要此类框图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作，本领域的技术人员就要将其理解为此类框图、流程图和/或示例中的每个功能和/或操作都可以单独和/或共同地通过多种硬件、软件、固件或实际上它们的任何组合来实施。本领域的技术人员将会认识到，本文公开的形式中的一些方面可作为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序(如，作为在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序)，作为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(如，作为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，作为固件，或作为实际上它们的任何组合全部或部分地在集成电路中等效地实现，并且根据本发明，设计电子电路和/或编写软件和/或硬件的代码将在本领域技术人员的技术范围内。另外，本领域的技术人员将会认识到，本文所述主题的机制能够作为多种形式的一个或多个程序产品进行分布，并且本文所述主题的示例性形式适用，而不管用于实际进行分布的信号承载介质的具体类型是什么。
用于编程逻辑以执行各种所公开的方面的指令可存储在系统内的存储器内，诸如动态随机存取存储器(DRAM)、高速缓存、闪存存储器或其它存储器。此外，指令可经由网络或通过其它计算机可读介质来分发。因此，机器可读介质可包括用于存储或发射以机器(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装置的电子电路(如，至少部分地实施本文所述的方法和/或装置的由计算机程序配置的通用计算机，或至少部分地实施本文所述的方法和/或装置的由计算机程序配置的微处理器)、形成存储器装置(如，形成随机存取存储器)的电子电路，和/或形成通信装置(如，调节解调器、通信开关或光电设备)的电子电路。本领域的技术人员将会认识到，可以模拟或数字方式或它们的一些组合实施本文所述的主题。
如本文的任何方面所用，术语“逻辑”可指被配置成能够执行前述操作中的任一者的应用程序、软件、固件和/或电路系统。软件可体现为记录在非暂态计算机可读存储介质上的软件包、代码、指令、指令集和/或数据。固件可以体现为在存储器装置中硬编码(例如，非易失性)的代码、指令或指令集和/或数据。
如本文任一方面所用，术语“器件”、“系统”、“模块”等可指计算机相关实体、硬件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件。
如本文任一方面中所用，“算法”是指导致所需结果的有条理的步骤序列，其中“步骤”是指物理量和/或逻辑状态的操纵，物理量和/或逻辑状态可以(但不一定)采用能被存储、转移、组合、比较和以其它方式操纵的电或磁信号的形式。常用于指这些信号，如位、值、元素、符号、字符、术语、数字等。这些和类似的术语可与适当的物理量相关联并且仅仅是应用于这些量和/或状态的方便的标签。
网络可包括分组交换网络。通信装置可能够使用所选择的分组交换网络通信协议来彼此通信。一个示例性通信协议可包括可允许使用传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)进行通信的以太网通信协议。以太网协议可符合或兼容电气和电子工程师学会(IEEE)于2008年12月发布的名为“IEEE 802.3标准”的以太网标准和/或本标准的更高版本。另选地或附加地，通信装置可以能够使用X.25通信协议彼此通信。X.25通信协议可符合或符合国际电信联盟电信标准化部门(ITU-T)颁布的标准。另选地或附加地，通信装置可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，收发器可能够使用异步传输模式(ATM)通信协议彼此通信。ATM通信协议可符合或兼容ATM论坛于2001年8月发布的名为“ATM-MPLS网络互通2.0”的ATM标准和/或该标准的更高版本。当然，本文同样设想了不同的和/或之后开发的连接取向的网络通信协议。
除非上述公开中另外明确指明，否则可以理解的是，在上述公开中，使用术语如“处理”、“估算”、“计算”、“确定”、“显示”的讨论是指计算机系统或类似的电子计算装置的动作和进程，其操纵表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据并将其转换成相似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其它此类信息存储、传输或显示装置内的物理量的其它数据。
一个或多个部件在本文中可被称为“被配置成能够”、“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。
另外，即使明确叙述引入权利要求叙述的特定数目，本领域的技术人员应当认识到，此种叙述通常应解释为意指至少所叙述的数目(例如，在没有其它修饰语的情况下，对“两个叙述”的裸叙述通常意指至少两个叙述、或两个或更多个叙述)。此外，在其中使用类似于“A、B和C中的至少一者等”的惯例的那些情况下，一般而言，这种结构意在具有本领域的技术人员将理解所述惯例的意义(例如，“具有A、B和C中的至少一者的系统”将包括但不限于具有仅A、仅B、仅C、A和B一起、A和C一起、B和C一起和/或A、B和C一起等的系统)。在其中使用类似于“A、B或C中的至少一者等”的惯例的那些情况下，一般而言，这种结构意在具有本领域的技术人员将理解所述惯例的意义(例如，“具有A、B或C中的至少一者的系统”应当包括但不限于具有仅A、仅B、仅C、A和B一起、A和C一起、B和C一起和/或A、B和C一起等的系统)。本领域的技术人员还应当理解，通常，除非上下文另有指示，否则无论在具体实施方式、权利要求或附图中呈现两个或更多个替代术语的转折性词语和/或短语应理解为涵盖包括所述术语中的一者、所述术语中的任一个或这两个术语的可能性。例如，短语“A或B”通常将被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
对于所附的权利要求，本领域的技术人员将会理解，其中表述的操作通常可以任何顺序进行。另外，尽管以一个或多个序列出了多个操作流程图，但应当理解，可以不同于所示顺序的其它顺序进行所述多个操作，或者可以同时进行所述多个操作。除非上下文另有规定，否则此类替代排序的示例可包括重叠、交错、中断、重新排序、增量、预备、补充、同时、反向，或其他改变的排序。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)
1.一种外科集线器，包括：
控制电路，所述控制电路包括多个区段；
所述多个区段包括第一区段、第二区段和第三区段；
所述第一区段包括主处理器和安全处理器，其中所述主处理器耦接到存储器，并且所述存储器存储能够由所述主处理器执行的指令，以在所述第二区段和所述第三区段通电之前使所述第一区段通电，从而在所述第一区段执行第一功能之后使所述第二区段和所述第三区段通电；
所述第二区段包括感测电路和显示器电路；并且
所述第三区段包括马达控制电路和马达。
2.根据权利要求1所述的外科集线器，其中所述第一功能是对所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段检查短路和错误中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的外科集线器，其中所述第一功能是对所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段执行安全检查。
4.根据权利要求1所述的外科集线器，其中所述第一功能是验证所述感测电路、所述显示器电路、所述马达控制电路和所述马达是正确的部件。
5.根据权利要求1所述的外科集线器，其中所述控制电路识别所述主处理器、所述安全处理器、所述感测电路、所述显示器电路、所述马达控制电路和所述马达，并且在显示装置上显示所述主处理器、所述安全处理器、所述感测电路、所述显示器电路、所述马达控制电路和所述马达的状态。
6.根据权利要求1所述的外科集线器，其中所述控制电路识别所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段，并且在显示装置上向用户显示所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段的状态。
7.根据权利要求1所述的外科集线器，还包括耦接到所述马达的泵。
8.根据权利要求1所述的外科集线器，其中所述马达在第一状态或第二状态下进行操作。
9.根据权利要求8所述的外科集线器，其中所述第一状态由用户激活，并且所述马达使所述泵以第一速率进行操作。
10.根据权利要求8所述的外科集线器，其中所述马达在所述第二状态下使所述泵以第二速率进行操作。
11.一种操作外科排抽系统中的分段控制电路的方法，包括：
激活第一区段，其中所述第一区段包括主处理器和安全处理器；
使所述第一区段执行第一功能；
激活第二区段，其中所述第二区段包括感测电路和显示器电路；以及
激活第三区段，其中所述第三区段包括马达控制电路和马达。
12.根据权利要求11所述的操作所述分段控制电路的方法，其中所述第一功能是对所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段检查短路和错误中的至少一者。
13.根据权利要求11所述的操作所述分段控制电路的方法，其中所述第一功能是对所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段执行安全检查。
14.根据权利要求11所述的操作所述分段控制电路的方法，其中所述第一功能是验证所述感测电路、所述显示器电路、所述马达控制电路和所述马达是正确的部件。
15.根据权利要求11所述的操作所述分段控制电路的方法，还包括：
由所述控制电路识别所述主处理器、所述安全处理器、所述感测电路、所述显示器电路、所述马达控制电路和所述马达；以及
在显示装置上显示所述主处理器、所述安全处理器、所述感测电路、所述显示器电路、所述马达控制电路和所述马达的状态。
16.根据权利要求11所述的操作所述分段控制电路的方法，还包括：
由所述控制电路识别所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段；以及在显示装置上显示所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段的状态。
17.根据权利要求17所述的操作所述分段控制电路的方法，还包括：
在第一状态或第二状态下操作所述马达。
18.根据权利要求18所述的操作所述分段控制电路的方法，其中所述第一状态由用户激活，其中所述马达使所述泵以第一速率进行操作。
19.根据权利要求18所述的操作所述分段控制电路的方法，其中所述马达在所述第二状态下使所述泵以第二速率进行操作。
20.一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使机器：
激活第一区段，其中所述第一区段包括主处理器和安全处理器；
使所述第一区段执行第一功能；
激活第二区段，其中所述第二区段包括感测电路和显示器电路；以及
激活第三区段，其中所述第三区段包括马达控制电路和马达。
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