CN111526831A - 外科排抽感测和显示 - 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，并且可包括一个或多个传感器以用于检测例如外科系统、排抽系统、外科手术、外科部位和/或患者组织的一种或多种特性。

Description

外科排抽感测和显示
相关申请的交叉引用
本专利申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定要求2018年6月28日提交的标题为“SURGICAL EVACUATION SENSING AND MOTOR CONTROL”的美国临时专利申请序列号62/691,219的优先权，该临时专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
本专利申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定要求2018年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 EVACUATIONSENSING AND CONTROLS”的美国临时专利申请序列号62/650,877，2018年3月30日提交的标题为“SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/650,882，以及2018年3月30日提交的标题为“CAPACITIVE COUPLED RETURNPATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS”的美国临时专利申请序列号62/650,898的优先权的权益，这些临时专利申申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文。
本专利申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定还要求2018年3月8日提交的标题为“TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEMTHEREFOR”的美国临时专利申请序列号62/640,417和2018年3月8日提交的标题为“ESTIMATING STATE OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR”的临时专利申请序列号62/640,415的优先权的权益，这些临时专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文。
本专利申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定还要求2017年12月28日提交的标题为“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手术期间，可在外科部位处产生烟雾。
发明内容
在各种实施方案中，公开了外科排抽系统，该外科排抽系统包括：外壳，该外壳包括显示器；泵；马达，该马达可操作地联接到泵；流动路径，该流动路径流体地联接到泵；以及传感器系统。该传感器系统包括沿着流动路径定位的内部传感器。该内部传感器被配置成能够监测流经流动路径的流体的第一参数。该传感器系统还包括定位在外壳上的外部传感器。该传感器被配置成能够监测离开流动路径的流体的第二参数。该外科排抽系统还包括控制电路，该控制电路被配置成能够向内部传感器询问第一参数并且向外部传感器询问第二参数，分析第一参数和第二参数以确定外科排抽系统的效率水平，并且在显示器上显示所确定的效率水平。
在各种实施方案中，公开了一种包括外壳的外科排抽系统。该外壳包括马达和被配置成能够产生流量的泵。该外科排抽系统还包括穿过外壳的流动路径和定位在外壳上的外部传感器。该外部传感器被配置成能够监测离开流动路径的流体的参数。该外科排抽系统还包括控制电路，该控制电路被配置成能够随时间推移询问外部传感器以确定参数，随时间推移分析该参数，并且基于该参数随时间推移调整流量。
在各种实施方案中，外科排抽系统包括显示器、泵、可操作地联接到泵的马达、流体地联接到泵的流动路径、以及传感器系统。该传感器系统包括传感器，该传感器被配置成能够监测离开流动路径的流体的参数。该外科排抽系统还包括控制电路，该控制电路被配置成能够向传感器询问参数，并且在参数超过阈值时提供警报。
附图说明
各种方面的特征在所附权利要求书中进行了特别描述。然而，通过参考以下结合如下附图所作的说明可最好地理解所述多个方面(有关手术组织和方法)及其进一步的目的和优点。
图1为根据本公开的至少一个方面的用于外科排抽系统的排抽器外壳的透视图。
图2为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为根据本公开的至少一个方面的可释放地固定到电外科铅笔的外科排抽工具的正视图。
图4为示出根据本公开的至少一个方面的用于外科排抽系统的排抽器外壳内的内部部件的示意图。
图5为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为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为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为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为根据本公开的至少一个方面的沿着图8所示的平面的图8的排抽器外壳中的承窝的正视剖面图。
图10为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为根据本公开的至少一个方面的沿着过滤器的中心纵向平面截取的图10的过滤器的透视剖面图。
图12为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为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为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为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为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面图。
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面图，其中为清楚起见移除了部分，并且示出了捕获在流体捕集器内的液体和流经流体捕集器的烟雾。
图18为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为根据本公开的至少一个方面的另一个排抽系统的排抽器外壳的示意图。
图20为根据本公开的至少一个方面的用于外科排抽系统的光电传感器的示意图。
图21为根据本公开的至少一个方面的用于外科排抽系统的另一个光电传感器的示意图。
图22为根据本公开的至少一个方面的用于外科排抽系统的电离传感器的示意图。
图23为根据本公开的至少一个方面的外科排抽系统的(A)随时间推移的颗粒计数的图形表示和(B)随时间推移的马达速度的图形表示。
图24A为根据本公开的至少一个方面的用于外科排抽系统的分流阀的剖面图，示出了处于第一位置的分流阀。
图24B为根据本公开的至少一个方面的处于第二位置的图24A的分流阀的剖面图。
图25为根据本公开的至少一个方面的外科排抽系统的(A)随时间推移的气流流体含量和(B)随时间推移的占空比的图形表示。
图26为根据本公开的至少一个方面的示出用于外科排抽系统的调整算法的流程图。
图27为根据本公开的至少一个方面的示出用于外科排抽系统的调整算法的流程图。
图28为根据本公开的至少一个方面的示出用于外科排抽系统的调整算法的流程图。
图29为根据本公开的至少一个方面的示出用于外科系统的调整算法的流程图。
图30为根据本公开的至少一个方面的外科系统的透视图。
图31为根据本公开的至少一个方面的示出用于显示外科排抽系统的效率数据的算法的流程图。
图32为根据本公开的至少一个方面的示出用于外科排抽系统的调整算法的流程图。
图33为根据本公开的至少一个方面的外科系统的(A)随时间推移的颗粒计数和(B)随时间推移的RF电流与电压的比率的图形表示。
图34为根据本公开的至少一个方面的示出用于外科系统的调整算法的流程图。
图35为根据本公开的至少一个方面的用于基于从排抽系统的第一传感器接收的第一信号和从排抽系统的第二传感器接收的第二信号中的至少一者来控制马达的流程图。
图36为根据本公开的至少一个方面的排抽系统的(A)随时间推移的颗粒计数，(B)随时间推移的发生器的功率和电压，以及(C)随时间推移的马达速度的图形表示。
图37为根据本公开的至少一个方面的在第一传感器处检测的压力与在第二传感器处检测的压力的比率以及排抽系统的马达随时间推移的脉宽调制占空比的图形表示。
图38为根据本公开的至少一个方面的排抽系统的(A)随时间推移的颗粒计数和(C)随时间推移的气流速度的图形表示。
图39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40为根据本公开的至少一个方面的用于在手术室中执行外科手术的外科系统。
图41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42为根据本公开的至少一个方面的外科集线器壳体和可滑动地接收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43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44示出了根据本公开的至少一个方面的用于侧向模块化外壳的多个侧向对接端口的单个电力总线附接件，该侧向模块化外壳被配置成能够接收多个模块。
图45示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够接收多个模块的竖直模块化外壳。
图46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47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48示出了根据本公开的至少一个方面的包括联接到模块化控制塔的多个模块的外科集线器。
图49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50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51示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够控制外科器械或工具的各方面的控制电路。
图52示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够控制外科器械或工具的各方面的组合逻辑电路。
图53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54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，所述多个马达可被激活以执行各种功能。
图55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56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57为根据本公开的至少一个方面的被配置成能够控制各种功能的外科器械的示意图。
图58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59示出根据本公开的至少一个方面的发生器的示例，该发生器为图20的发生器的一种形式。
图60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轴。
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，这些申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国专利申请序列号__________，其标题为“CAPACITIVE COUPLED RETURNPATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS”，代理人案卷号END8542USNP/170755；
·美国专利申请序列号__________，其标题为“CONTROLLING A SURGICALINSTRUMENT ACCORDING TO SENSED CLOSURE PARAMETERS”，代理人案卷号END8543USNP/170760；
·美国专利申请序列号__________，其标题为“SYSTEMS FOR ADJUSTING ENDEFFECTOR PARAMETERS BASED ON PERIOPERATIVE INFORMATION”，代理人案卷号END8543USNP1/170760-1；
·美国专利申请序列号__________，其标题为“SAFETY SYSTEMS FOR SMARTPOWERED SURGICAL STAPLING”，代理人案卷号END8543USNP2/170760-2；
·美国专利申请序列号__________，其标题为“SAFETY SYSTEMS FOR SMARTPOWERED SURGICAL STAPLING”，代理人案卷号END8543USNP3/170760-3；
·美国专利申请序列号__________，其标题为“SURGICAL SYSTEMS FORDETECTING END EFFECTOR TISSUE DISTRIBUTION IRREGULARITIES”，代理人案卷号END8543USNP4/170760-4；
·美国专利申请序列号__________，其标题为“SYSTEMS FOR DETECTINGPROXIMITY OF SURGICAL END EFFECTOR TO CANCEROUS TISSUE”，代理人案卷号END8543USNP5/170760-5；
·美国专利申请序列号__________，其标题为“SURGICAL INSTRUMENT CARTRIDGESENSOR ASSEMBLIES”，代理人案卷号END8543USNP6/170760-6；
·美国专利申请序列号__________，其标题为“VARIABLE OUTPUT CARTRIDGESENSOR ASSEMBLY”，代理人案卷号END8543USNP7/170760-7；
·美国专利申请序列号__________，其标题为“URGICAL INSTRUMENT HAVING AFLEXIBLE ELECTRODE”，代理人案卷号END8544USNP/170761；
·美国专利申请序列号__________，其标题为“SURGICAL INSTRUMENT HAVING AFLEXIBLE CIRCUIT”，代理人案卷号END8544USNP1/170761-1；
·美国专利申请序列号__________，其标题为“SURGICAL INSTRUMENT WITH ATISSUE MARKING ASSEMBLY”，代理人案卷号END8544USNP2/170761-2；
·美国专利申请序列号__________，其标题为“SURGICAL SYSTEMS WITHPRIORITIZED DATA TRANSMISSION CAPABILITIES”，代理人案卷号END8544USNP3/170761-3；·美国专利申请序列号__________，其标题为“SURGICAL EVACUATION SENSING ANDMOTOR CONTROL”，代理人案卷号END8545USNP/170762；
·美国专利申请序列号__________，其标题为“SURGICAL EVACUATION SENSORARRANGEMENTS”，代理人案卷号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；
·美国专利申请序列号__________，其标题为“SURGICAL EVACUATION SENSINGAND GENERATOR CONTROL”，代理人案卷号END8545USNP3/170762-3；
·美国专利申请序列号__________，其标题为“COMMUNICATION OF SMOKEEVACUATION SYSTEM PARAMETERS TO HUB OR CLOUD IN SMOKE EVACUATION MODULE FORINTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”，代理人案卷号END8546USNP/170763；
·美国专利申请序列号__________，其标题为“SMOKE EVACUATION SYSTEMINCLUDING A SEGMENTED CONTROL CIRCUIT FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”，代理人案卷号END8546USNP1/170763-1；
·美国专利申请序列号__________，其标题为“SURGICAL EVACUATION SYSTEMWITH A COMMUNICATION CIRCUIT FOR COMMUNICATION BETWEEN A FILTER AND A SMOKEEVACUATION DEVICE”，代理人案卷号END8547USNP/170764；以及
·美国专利申请序列号__________，其标题为“DUAL IN-SERIES LARGE ANDSMALL DROPLET FILTERS”，代理人案卷号END8548USNP/170765。
本专利申请的申请人拥有于2018年6月28日提交的以下美国临时专利申请，这些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 DEVICE”；
·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 PARAMETER”；
·美国临时专利申请序列号62/691,230，其标题为“SURGICAL INSTRUMENTHAVING A FLEXIBLE ELECTROD”；
·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3月29日提交的以下美国专利申请，这些申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国专利申请序列号15/940,641，其标题为“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”；
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，或与其他方面、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他方面、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手术期间产生。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产生振荡电流以对电极通能。对于超声装置，发生器被配置成能够产生超声振动以对超声刀通能。本文进一步描述了发生器。
超声能量可用于凝结和切割组织。超声能量通过振动与组织接触的能量递送表面(例如，超声刀)来凝结和切割组织。超声刀可联接到从超声换能器传输振动能量的波导，该超声换能器产生机械振动并且由发生器供电。以高频振动(例如每秒55,500次)，超声刀在刀和组织之间(即，在刀-组织界面处)产生摩擦和热量，这使组织中的蛋白质变性以形成粘性凝结物。由刀表面施加在组织上的压力使血管塌缩并且允许凝结物形成止血密封。可通过临床医生的技术并且通过调整例如功率电平、刀刃、组织牵引力和刀压力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手术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通过凝结的止血，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尖端来实现。超声端部执行器将超声能量传输到与端部执行器接触的组织。具有该性质的超声器械可被构造用于开放性外科用途、腹腔镜式外科手术或内窥镜式外科手术，包括例如机器人辅助的手术。
电能也可用于凝结和/或切割。电外科装置通常包括手持件、在远侧安装有端部执行器(例如，一个或多个电极)的器械。该端部执行器可抵靠和/或邻近组织定位，使得电流被引入组织中。电外科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。
电外科器装置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RF信号携带回到电外科发生器，从而为RF信号提供返回路径。
电外科装置可被构造用于双极或单极操作。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或抵靠患者身体定位的返回电极(例如，接地垫)返回。由流经组织的电流所产生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，电外科装置可穿过组织传输低频RF电流，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能量的低操作温度可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能量可尤其良好地适用于结缔组织，所述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至器械。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。电流经过组织以烧灼(一种形式的凝结，其中组织上的电流电弧产生组织炭化)，干燥(驱动细胞水的直接能量施加)和/或切割(使细胞液蒸发从而引起细胞爆炸的间接能量施加)组织。组织对电流的响应根据组织的电阻、穿过组织的电流密度、功率输出以及电流施加的持续时间而变化。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EN60601-2-2:2009+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，频率几乎可为任何值。在某些情况下，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，则较低频率可用于双极技术。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，也可使用较高的频率。
在某些情况下，发生器可被配置成能够数字地产生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/超声装置供应能量。发生器可经由波形形成来促进组织特异性效应，并且/或者可将RF和超声能量同时和/或顺序地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，包括超声外科器械、RF电外科器械、以及组合超声/RF电外科器械。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15/265,279(现在为美国专利申请公布2017/0086914)中进一步所述，该申请全文以引用方式并入本文。
如本文所述，切割组织和/或烧灼血管的医学手术通常通过利用RF电能来执行，该RF电能由发生器产生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。放电使得细胞物质升温以便切割组织和/或烧灼血管。
电外科中涉及的高温可使得与电极相邻的组织的热坏死。组织在电外科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，以及增加远离切割部位定位的组织的热损伤的发生率。
RF能量放电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两者。对于标准的电极几何形状，RF能量趋于均匀地分布在邻近预期切口部位的相对较大的区域上。RF能量放电的大体均匀分布增加了外部电荷损失到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产生各种操作频率的RF电能和输出功率电平。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手术期间的需要而变化。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电平。恰当地调整这些各种设定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定进行了期望的调整，发生器便可在电外科手术期间保持这些输出参数。通常，用于电外科手术的波发生器适于产生RF波，该RF波的输出功率范围在切割模式下为1-300W，并且在凝结模式下为1-120W，并且频率范围为300-600kHz。典型的波发生器适于在电外科手术期间保持所选择的设定。例如，如果临床医生要将发生器的输出功率电平设置为50W，然后将电极触摸到患者以执行电外科手术，则发生器的功率电平将快速上升并保持在50W。虽然将功率电平设置为特定设定(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电平增加了患者组织的热坏死的可能性。
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能量放电的浓度的电极有效地执行电外科手术，而同时限制不需要的组织损伤、减少术后并发症、并且有利于更快的愈合。例如，来自发生器的波形可在整个外科手术期间由控制电路优化。然而，本发明受权利要求书保护的主题并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一个示例。
如本文所提供，能量装置将机械能和/或电能递送到目标组织以便处理组织(例如，切割组织、烧灼血管和/或使目标组织内和/或附近的组织凝结)。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。在外科手术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％的内窥镜式外科手术和开放式外科手术产生一定含量的烟雾。烟雾可能令临床医生、助手和/或患者的嗅觉不适，可能妨碍临床医生查看外科部位，并且在某些情况下可能吸入有害健康。例如，在电外科手术期间产生的烟雾可包含有毒化学物质，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(pyridene)、苯乙烯、甲苯和二甲苯，以及死细胞和活细胞物质(包括血液片段)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，在电外科手术期间烧灼的一克组织可等同于六根未过滤香烟的毒素和致癌物。另外，据报道，暴露于电外科手术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大小可能对临床医生、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，该外科排抽系统从外科手术捕获所得的烟雾，并且引导所捕获的烟雾通过过滤器和排气端口远离临床医生和/或远离患者。例如，排抽系统可被配置成能够排抽在电外科手术期间产生的烟雾。读者将理解，这样的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不仅仅是烟雾。在整个本公开中，由排抽系统排抽的“烟雾”不限于仅仅烟雾。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、蒸汽或上述的组合。流体可以是生物起源的并且/或者可在手术期间从外部源引入到外科部位。流体可包括例如水、盐水、淋巴液、血液、渗出物和/或化脓性排出物。此外，流体可包括由排抽系统排抽的颗粒或其他物质(例如，多孔物质或碎片)。例如，此类颗粒可悬浮在流体中。
排抽系统通常包括泵和过滤器。泵产生抽吸，该抽吸将烟雾抽入过滤器中。例如，抽吸可被配置成能够将烟雾从外科部位抽入导管开口中，穿过排抽导管，并且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。被抽入排抽器外壳50018中的烟雾经由抽吸导管50036行进到过滤器，并且有害毒素和刺鼻气味在烟雾运动经过过滤器时从烟雾中被过滤出来。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排气离开外科排抽系统。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期望位置，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可端接在手持件处，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捕获在外科手术期间释放的流体和/或颗粒。在这样的情况下，排抽系统50000集成到电外科器械50032中。仍然参考图2，烟雾S被拉入抽吸导管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吸出到系统中。在另外的其他情况下，包括排抽导管和开口的工具可卡扣配合到电外科工具上，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(或与其相邻定位)。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限定穿过具有入口端口50522和出口端口50524的排抽器外壳50518的流动路径50504。过滤器50502、排气机构50520和泵50506在入口端口50522和出口端口50524之间顺序地布置为与穿过排抽器外壳50518的流动路径50504成一行。入口端口50522可流体地联接到抽吸导管，诸如图1中的抽吸导管50036，该抽吸导管可包括能够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。压差被配置成能够将烟雾50508从外科部位抽入到入口端口50522中并且沿着流动路径50504。在烟雾50508已经运动经过过滤器50502之后，烟雾50508可以被认为是过滤后的烟雾或空气50510，其可继续穿过流动路径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中的流体更高的压力。马达50512驱动泵50506。本文进一步描述了各种合适的马达。排气机构50520是可以控制在出口端口50524处离开排抽系统50500的过滤后的烟雾50510的速度、方向和/或其他特性的机构。
穿过排抽系统50500的流动路径50504可由管或其他导管构成，该管或其他导管基本上含有运动经过流动路径50504的流体和/或将运动经过流动路径的流体与流动路径50504之外的流体隔离。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泵送穿过流动路径50504，使得烟雾50508被抽入过滤器50502中。然后，过滤后的烟雾50510可以被泵送穿过排气机构50520并从排抽系统50500的出口端口50524出去。在出口端口50524处离开排抽系统50500的过滤后的烟雾50510是排气，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)可结合到例如计算机实现的交互式外科系统中，诸如系统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可包括至少一个集线器106和云104。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用以根据从数据库和/或器械接收的数据确定或推断与外科手术相关的信息的能力。该信息可包括正在进行的手术的类型、正在手术的组织的类型或作为手术对象的体腔。利用与外科手术相关的背景信息，外科系统可例如改善其控制连接到其的模块化装置(例如，排烟系统)的方式，并且在外科手术的过程期间向临床医生提供背景化信息或建议。态势感知进一步描述于本文中和2017年12月28日提交的名称为“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。处理器可被编程为基于例如感测到的和/或聚合数据和/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的交流电转换为360V的直流电。然后将360V直流电引导到功率转换器50306(例如，降压转换器)。功率转换器50306是步降DC-DC转换器。功率转换器50306适于将输入的360V步降至0-150V范围内的期望电平。
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可确定例如在许多方面可类似于图2中的电极尖端50034和/或图3中的电极尖端51034的电极尖端50334处的期望输出功率电平，并且引导功率转换器50306将电压步降至指定电平，以便提供期望的输出功率。处理器50308联接到存储器50310，该存储器被配置成能够存储机器可执行指令以操作电外科系统50300和/或其子系统。
连接在处理器50308与功率转换器50306之间的是数模转换器(“DAC”)50312。DAC50312适于将由处理器50308产生的数字代码转换成控制由功率转换器50306执行的电压步降的模拟信号(电流、电压或电荷)。一旦功率转换器50306将360V步降至处理器50308已确定将提供期望的输出功率电平的电平，步降的电压便被引导到电极尖端50334以实现患者组织的电外科治疗，然后被引导到返回或接地电极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电平。如本文所述，典型的波发生器适于在整个电外科手术过程中保持所选择的设定。在其他情况下，发生器的操作参数可例如在外科手术期间基于到处理器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联接到通信装置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地通信的收发器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、
Figure BDA0002558547570000271
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可包括以下各项或可被配置成能够与以下各项通信：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、平板计算机(例如，
Figure BDA0002558547570000272
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。在本公开的至少一个方面，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，以将串行传输数据调制到RF载波上以产生传输RF信号并经由相应的天线来传输该传输RF信号。收发器进一步被配置成能够经由包括利用串行接收数据调制的RF载波的相应天线来接收接收RF信号，解调接收RF信号以提取串行接收数据并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收发器50320的作频率范围相关。每个信道带宽进一步与收发器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
Figure BDA0002558547570000273
的IEEE802.11a/b/g/n和/或用于使用Zigbee路由的无线网状网络的IEEE802.15.4。
处理器50308联接到感测和智能控制装置50324，该感测和智能控制装置联接到排烟器50326。排烟器50326可包括一个或多个传感器50327，并且还可包括由马达驱动器50328控制的泵和泵马达。马达驱动器50328通信地联接到排烟器50326中的处理器50308和泵马达。感测和智能控制装置50324包括传感器算法50321和通信算法50322，它们便于排烟器50326和其他装置之间的通信以适应其控制程序。感测和智能控制装置50324被配置成能够评估经由排抽导管50336提取的流体、颗粒和气体，以改善烟雾提取率和/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，感测和智能控制装置50324通信地联接到排烟器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制装置，该感测和智能控制装置可在许多方面类似于例如感测和智能控制装置50324。例如，这样的感测和智能控制装置可与传感器50430和/或外部传感器50432中的一者或多者和/或处理器50408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种或多种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)被配置成能够感测穿过真空源的气流，以便调整例如排烟系统和/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，传感器系统可包括沿着外科排抽系统的气流路径定位的多个传感器。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状况或状态。例如，两个传感器之间的系统可以是过滤器，并且压差可用于在穿过过滤器的流动减少时增加泵马达的速度，以便保持穿过系统的流量。作为另一个示例，系统可为排抽系统的流体捕集器，并且压差可用于确定穿过排抽系统的气流路径。在又一个示例中，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低于阈值。
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提取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大小和/或组成的传感器，该传感器用于选择穿过排抽系统的气流路径。在此类情况下，排抽系统可包括可具有不同特性的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。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精细的颗粒过滤器。还设想到附加的和/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，感测和智能控制装置50324可感测颗粒计数和类型，以便调整超声发生器的功率电平，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/或污染百分比的传感器，并且可将检测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/或其感测和智能控制装置50324可被配置成能够调整排抽流量和/或泵的马达速度，并且在预定颗粒含量下，可以可操作地影响发生器的输出功率或波形，以降低由端部执行器产生的烟雾。
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以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排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例如排烟系统上，诸如在排抽器外壳上，以便将信息传送给临床医生和/或确定排烟系统及其过滤器的有效性。
在本公开的一个方面，处理器，诸如处理器50308或处理器50408(图5和图6)例如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，感测和智能控制装置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烟雾排抽速率。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手术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，以基于感测到的进入排烟器的入口和/或从排烟器的出口或排气口离开的颗粒来自动改变马达泵速度。例如，感测和智能控制装置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，穿过排抽系统的气流可基于进入排抽系统的烟雾和/或从排烟系统离开的过滤颗粒的缺乏而定标。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。
在本发明的一个方面，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特征，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，诸如处理器50308(图5)和处理器50408(图6)例如可包括分段控制电路，该分段控制电路在分阶段方法中被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未通电的部分，直到通电的部分执行第一功能。分段控制电路可包括用以识别状态更新并向附接部件的用户显示该状态更新的电路元件。分段控制电路还包括用于在第一状态和第二状态下运行马达的电路元件，在该第一状态下马达被用户激活，在该第二状态下马达尚未被用户激活，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轮集线器和/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。可操作参数包括气流、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(诸如外科排抽系统50400)还可包括壳体和可替换的部件、控件和显示器。提供了用于在此类可替换的部件之间传送安全识别(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/或禁用构型参数的特征。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提取过滤器以及气流构型。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提取或气流控制特征和第二组提取或气流控制特征，这两组提取或气流控制特征彼此串联以分别提取大液滴和小液滴。在某些情况下，气流路径可包含从主要流体管理室的排气端口下游回到主要贮存器的再循环通道或次级流体通道。
在本公开的一个方面，推进垫可联接到电外科系统。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推进垫，该局部感测集成到垫中，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，这些元件可用于感测神经控制信号和/或选择解剖位置的运动，以便检测单极尖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。连接到电外科器械的是实用导管。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/或流体远离外科部位的真空软管。图7中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联接到排抽系统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流体地联接到抽吸软管50636，该抽吸软管延伸到过滤器的过滤器端盖50603，该过滤器端盖安装在排抽系统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可包括未联接到发生器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可包括端接在远侧导管开口处的夹式或按扣式导管，该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给患者，以便加热紧密接触或靠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。返回电极50646被施加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手术期间释放的烟雾。真空抽吸可将烟雾穿过电外科器械50630抽入到导管开口50634中，并且朝向排烟系统50600的排抽器外壳50618汲取到抽吸软管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定为接收过滤器的承窝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包括第一接收器50622和第二接收器50624。转变表面50626在第一接收器50622和第二接收器50624之间延伸。
现在主要参见图9，示出了沿着图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，该第一端部打开以接收过滤器，该第二端部与穿过排抽器外壳50618的流动路径50699连通。过滤器50670(图10和图11)可以与承窝50620一起可移除地定位。例如，可从承窝50620的第一端部50621插入和移除过滤器50670。第二接收器50624被配置成能够接收过滤器50670的连接接头。
外科排抽系统通常在烟雾作为排气释放之前使用过滤器从烟雾中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可为可替换的和/或一次性的过滤器。
过滤器50670包括前盖50672、后盖50674和设置在其间的过滤器主体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可被流体捕集器(例如，图14-图17所示的流体捕集器50760)替换，该流体捕集器直接从烟雾源引导烟雾，并且在从其移除流体的至少一部分之后，将部分处理的烟雾传递到过滤器主体50676中，以进行进一步处理。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-图17)接收烟雾，以将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，烟雾就便可通过容纳在过滤器主体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离开过滤器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中产生的抽吸可通过过滤器排气口50680传送到过滤器50670，以牵拉烟雾穿过过滤器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来过滤颗粒：直接拦截(其中捕获超过1.0微米的颗粒，因为它们太大而不能穿过介质过滤器的纤维)，惯性撞击(其中介于0.5和1.0微米之间的颗粒与纤维碰撞并保留在那里)，以及扩散拦截(其中当颗粒“搜索出”纤维并附着到它们时，小于0.5微米的颗粒被布朗无规热运动的效应捕获)。
木炭过滤器被配置成能够移除由外科烟雾产生的有毒气体和/或气味。在各种情况下，木炭可为“活化的”，意指其已用加热过程处理以暴露有效吸收部位。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。在另外的其他情况下，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。在过滤层50684和50686移除颗粒物之后，烟雾被抽吸穿过过滤器50670中的碳贮存器50688，以移除例如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。现在基本上不含颗粒物和气体污染物的过滤后的烟雾被抽吸穿过过滤器排气口50680并进入排抽系统50600中以用于进一步处理和/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定位在例如过滤器入口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定位在例如第二颗粒过滤器(诸如细颗粒过滤器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形密封圈，该垫圈或O形密封圈被配置成能够防止部件在过滤器主体50676内的运动。在各种情况下，挡板50690、50692和50694的大小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的大部分颗粒物。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的大部分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。这包括例如能够过滤更高百分比的与粗介质过滤器50684相同大小的颗粒和/或能够过滤比粗介质过滤器50684更小大小的颗粒的过滤器。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可为褶皱的以增加其表面积。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，烟雾进入包括碳贮存器50688的过滤器50670的下游区段。碳贮存器50688由分别设置在中间挡板50692和末端挡板50694之间的多孔分隔件50696和50698界定。在本公开的一些方面，多孔分隔件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吸附剂，诸如氧化镁和/或氧化铜，其可用于吸附气态污染物，诸如一氧化碳、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、下方或其内的不同层中。
再次参见图4，排抽系统50500包括在排抽器外壳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，该泵可产生抽吸以将烟雾从外科部位牵拉穿过抽吸软管50636并穿过过滤器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中提取有害的、污染的或换句话讲不需要的颗粒。
泵可设置为与穿过排抽器外壳50618的流动路径成一行，使得流经排抽器外壳50618的气体在一个端部处进入泵并在另一个端部处离开泵。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运动经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加了气体的压力。第二加压体积的气体可在泵出口处从泵中释放。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、爪式泵、凸轮压缩机和/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产生的振动和噪声。附加地或另选地，排抽系统50600可包括用于使流体运动经过其中的风扇。
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包括定子涡旋50652和运动涡旋50654。定子涡旋50652可固定在适当位置，而运动涡旋50654偏心地轨道运动。例如，运动涡旋50654可偏心地轨道运动，使得其围绕定子涡旋50652的中心纵向轴线旋转。如图12所示，定子涡旋50652和运动涡旋50654的中心纵向轴线垂直于涡旋50652、50654的视平面延伸。定子涡旋50652和运动涡旋50654彼此交错以形成离散的密封压缩室50656。
在使用中，气体可在入口50658处进入涡旋式压缩机泵50650。当运动涡旋50654相对于定子涡旋50652轨道运动时，入口气体首先被捕集在压缩室50656中。压缩室50656被配置成能够沿着涡旋50652和50654的螺旋轮廓朝向涡旋式压缩机泵50650的中心运动离散体积的气体。压缩室50656限定气体驻留的密封空间。此外，当运动涡旋50654将捕获的气体朝向定子涡旋50652的中心运动时，压缩室50656的体积减小。这种体积减小增加了压缩室50656内部的气体的压力。当体积减小时，密封压缩室50656内部的气体被捕集，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，加压气体便通过出口50659释放。
现参见图13，示出了排抽系统50700的一部分。排抽系统50700可在许多方面类似于排抽系统50600(图7)。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，排抽系统50600被配置成能够产生抽吸，从而将烟雾从抽吸软管50636的远侧端部抽入到排抽器外壳50618中以进行处理。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，该第一处理点在将部分处理的烟雾中继到排抽系统50700以用于进一步处理和过滤之前从烟雾中提取和保留流体(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，以减少或消除与外科手术室(或其他手术环境)中的烟雾产生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提取液滴和/或气溶胶，流体捕集器50760(除了其他方面以外)可以提高排抽系统50700的效率和/或增加与其相关联的过滤器的寿命。
主要参见图14-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收抽吸软管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，过盈配合可以是流体密封的和/或气密的配合，使得穿过抽吸软管50636的基本上所有烟雾都被传递到流体捕集器50760中。在一些情况下，可采用用于将抽吸软管50636联接或接合到入口端口50762的其他机构，诸如基于闩锁的压缩配件、将抽吸软管50636与入口端口50762螺纹联接的O形密封圈、和/或其他联接机构。
在各种情况下，抽吸软管50636与流体捕集器50760之间的流体密封的和/或气密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可通过中间联接装置(诸如O形密封圈和/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之间的气密和/或流体密封的连接。
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的内室50770与外部环境之间的开放通道。在一些情况下，排气端口50766的大小和形状被设定成与外科排抽系统或其部件紧密相关联。例如，排气端口50766的尺寸和形状可被设计成与来自流体捕集器50760的至少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内的过滤器(图13)。在某些情况下，排气端口50766可远离流体捕集器50760的前板、顶表面或侧表面延伸。
在某些情况下，排气端口50766包括将排气口50766与排抽器外壳50618间隔开的膜。这样的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/或蒸气自由地传递到排抽器外壳50618中。例如，高流量微孔聚四氟乙烯(PTFE)可定位在排气口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，该抓握区域的位置和尺寸被设定为帮助用户抓握流体捕集器50760并且/或者将流体捕集器50760与抽吸软管50636和/或排抽器外壳50618连接。抓握区域50772被示出为细长凹槽；然而，读者将容易理解，抓握区域50772可包括例如至少一个凹槽、沟槽、突起、吊穗和/或环，其大小和形状可被设定为适应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的内室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中时促进从烟雾中提取和保持流体。在某些情况下，入口端口50762可以包括带凹口的圆柱形形状，其可以将烟雾和伴随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。这样的流体流的示例在图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(由箭头A示出)进入流体捕集器50760，并且通过排气端口50766(由箭头E示出)离开流体捕集器50760。至少部分地由于入口端口的几何形状(例如，较长的上侧壁50761和较短的下侧壁50763)，进入入口端口50762的烟雾最初主要向下被引导到流体捕集器50760的流体贮存器50774中(由箭头B示出)。当烟雾继续沿着箭头A和B向下牵拉到流体捕集器50760中时，最初向下引导的烟雾向下滚落，并且侧向地远离其源引导，以在基本上相对但平行的路径中朝向流体捕集器50760的上部部分行进并离开排气端口50766(由箭头D和E示出)。
烟雾穿过流体捕集器50760的定向流动可以确保烟雾内的液体被提取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处于直立位置时，排气端口50766竖直地在入口端口50762上方的相对定位被配置成能够通过烟雾的流动阻止液体无意中通过排气端口50766被携带，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的构型和/或流体捕集器50760本身的大小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，如本文相对于例如图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的流体的温度，该流体运动经过外科排抽系统，和/或从外科排抽系统排入外科手术室中。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，诸如在排抽器外壳内的颗粒。颗粒传感器可在例如过滤器的上游、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，以便确定例如外科手术室中的空气质量。
图18中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，并且/或者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有进一步的描述。读者将理解，某些排抽器外壳可不包括图18所示的每个传感器并且/或者可包括附加传感器。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在入口50822和出口50824之间沿着穿过排抽器外壳50818的流动路径50804顺序地对准。
排抽器外壳可包括模块化和/或可替换的部件，如本文进一步所述。例如，排抽器外壳可包括尺寸被设定为接收模块化流体捕集器和/或可替换过滤器的承窝或接收器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，该可互换模块可为模块化的和/或可替换的，并且能够可移除地安装在排抽器外壳50818中的接收器50871中。在其他情况下，流体捕集器50860和过滤器50870可为可组装在一起和/或单独安装在排抽器外壳50818中的单独且不同的模块化部件。
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兼容的模块化部件可包括处理器，诸如处理器50308和50408(分别为图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。本文中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抽入到排抽器外壳50818的入口50822中。通过图18中的排抽器外壳50818的流动路径50804可包括在各种内嵌式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，这在本文中进一步描述。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其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，然后可引导烟雾流入可互换模块50859的过滤器50870中。在到过滤器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过滤，如图18所示。
在离开过滤器后，过滤后的烟雾可流过压力传感器50846，并且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。在运动经过泵50806后，过滤后的烟雾可流过颗粒传感器50848和出口处的压力传感器50850到达排抽器外壳50818。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和周围压力传感器50854，以检测周围环境(诸如外科手术室内的环境)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。本文中进一步描述了图18中示出的各种传感器。此外，在各种情况下，可在本文所公开的排烟系统中使用另选的感测装置。例如，本文中进一步公开了用于计数颗粒和/或确定流体中颗粒浓度的另选传感器。
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流体的溢出和/或泄漏。例如，可选择流体捕集器50860的几何形状以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/或防溅筛(诸如筛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形状来捕获抽入排抽器外壳50818中的流体。
在某些情况下，过滤器50870可包括附加的和/或较少的过滤级别。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。细介质过滤器可以是高效颗粒空气(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形状来过滤沿着穿过排抽器外壳50818的流动路径抽入的烟雾。
在一种或多种情况下，图18所示的泵50806可被例如另一个压缩机和/或泵(诸如混合式再生鼓风机、爪式泵和/或凸轮压缩机)代替和/或与其结合使用。读者将容易理解，可采用各种替代泵送布置和几何形状来在流动路径50804内产生抽吸，以将烟雾抽入排抽器外壳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。处理器可以结合到排抽系统中，并且/或者可以是另一个外科器械和/或外科集线器的部件。本文中进一步描述了各种处理器。机载处理器可被配置成能够基于来自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，机载处理器可被配置成能够基于来自传感器的输入来调整另一个装置(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限定排抽器外壳50918的入口50922与排抽器外壳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收模块化流体捕集器和/或可替换的过滤器的承窝或接收器50971，类似于接收器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可包括例如导流板(诸如导流板50964)和/或防溅筛(诸如筛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在各种内嵌式部件之间延伸。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装置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穿过流体捕集器50960。例如，如果流体检测传感器50836检测到流体，则可打开再循环阀50990，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被抽入。离心式鼓风机装置50980与再循环导管50982接合，以在再循环导管50982中产生再循环抽吸力。更具体地，当再循环阀50990打开并且泵50906被激活时，由过滤器50970下游的泵50906产生的抽吸力可产生第一离心鼓风机或鼠笼50984的旋转，该旋转可被传递到第二离心式鼓风机或鼠笼50986，这将再循环的流体抽吸穿过再循环阀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使用。
从外科部位排抽的烟雾可包括液体、气溶胶和/或气体，并且/或者可包括例如具有不同化学和/或物理特性的材料，诸如具有不同大小和/或密度的颗粒物和颗粒。从外科部位排抽的不同类型的材料可影响外科排抽系统及其泵的效率。此外，某些类型的材料可能需要泵汲取过量的功率并且/或者可能存在损坏泵的马达的风险。
可以基于来自沿着流动路径的一个或多个传感器的输入来调制供应到泵的功率以控制烟雾穿过排抽系统的流量。来自传感器的输出可以指示例如排烟系统的状态或质量和/或排抽的烟雾的一个或多个特性，诸如物质的类型和比率、化学特性、密度和/或颗粒的大小。在本公开的一个方面，排抽系统中的两个压力传感器之间的压差可指示例如其间的区域的状态，诸如过滤器、流体捕集器和/或整个系统的状态。基于传感器输入，可以通过改变供应给马达的电流和/或占空比来调整泵的马达的操作参数，该操作参数被配置成能够改变马达速度。
在本公开的一个方面，通过调制烟雾穿过排抽系统的流量，可以提高过滤器的效率和/或防止马达被烧坏。
外科排抽系统可以包括用于检测烟雾内颗粒的大小和/或浓度的一个或多个颗粒计数器或颗粒传感器。再次参见图18和图19，示出了颗粒传感器50838和50848。读者将容易理解，各种颗粒测量装置是可能的。例如，颗粒传感器可以是光学传感器、激光传感器、光电传感器、电离传感器、静电传感器和/或它们的组合。本文中进一步描述了各种颗粒传感器。
在各种情况下，马达的速度以及因此泵的速度可基于由外科排抽系统中的一个或多个颗粒传感器检测的颗粒浓度来调整。例如，当颗粒传感器检测到流动路径中增加的颗粒浓度(这可对应于流动路径中增加的烟雾量)时，可以增加马达的速度以增加泵的速度并且将更多流体从外科部位抽入排烟系统中。类似地，当颗粒传感器检测到流动路径中降低的颗粒浓度(这可对应于流动路径中降低的烟雾量)时，可降低马达的速度以降低泵的速度并减少来自外科部位的抽吸。本文中进一步描述了用于外科排抽系统的附加的和另选的调整算法。此外，在某些情况下，基于来自排烟系统的传感器数据，可以控制外科系统中的发生器以调整在外科部位处产生的烟雾量，如本文进一步所述。
除了沿着外科排抽系统的流动路径定位的颗粒传感器之外，该系统还可包括一个或多个传感器以用于检测周围房间中(例如，手术室或外科手术室中)的颗粒浓度。再次参见图18和图19，空气质量颗粒传感器50852安装在排抽器外壳50818的外表面上。还设想到空气质量颗粒传感器50852的另选位置。
在至少一种情况下，颗粒传感器可定位在过滤器的下游，并且在某些情况下，可定位在过滤器的出口处或附近。例如，颗粒传感器50848定位在排烟系统50800中的过滤器50870和泵50806的下游，并且定位在排烟系统50900中的过滤器50970和泵50906的下游。因为颗粒传感器50848定位在过滤器50870、50970的下游，所以颗粒传感器被配置成能够确认过滤器50870、50970已经从烟雾中移除足够的颗粒。在各种情况下，这样的传感器可分别邻近排抽器外壳50818、50918的排气出口50824、50924。在本公开的一个方面，可利用静电颗粒传感器。例如，排气出口50824、50924可包括静电颗粒传感器，该静电颗粒传感器感测到排气流过过滤系统的下游并且然后排出到外科手术室中。
由外科排抽系统的一个或多个传感器检测的颗粒浓度可以多种不同的方式传送给临床医生。例如，排抽器外壳50818、50918和/或排抽装置(例如，图2中的电外科器械50032)可包括指示器，诸如一个或多个灯和/或显示屏。例如，排抽器外壳50818、50819上的LED可根据由传感器检测的颗粒体积而改变颜色(例如，从蓝色变为红色)。在其他情况下，指示器可包括警报或警告，该警报或警告可为例如触觉的、听觉的和/或视觉的。在此类情况下，当由空气质量传感器(例如，颗粒传感器50852)检测的周围空气中的颗粒浓度超过阈值量时，可由指示器通知外科手术室中的临床医生。
在某些情况下，外科排抽系统可包括光学传感器。光学传感器可包括将光或光的变化转换成电信号的电子传感器。光学传感器可利用光散射方法来对烟雾中的颗粒进行检测和计数，以确定烟雾中颗粒的浓度。在各种情况下，光是基于激光的。例如，在一种情况下，激光源被配置成能够在颗粒运动经过检测室时照亮颗粒。当颗粒穿过激光束时，光源变得模糊、被重新引导和/或吸收。通过光检测器记录散射光，并且分析所记录的光。例如，所记录的光可以被转换为指示颗粒的大小和数量的电信号，该电信号对应于烟雾中的颗粒浓度。烟雾中的颗粒浓度可例如通过例如激光光学传感器实时计算。在本公开的一个方面，颗粒传感器50838、50848、50852中的至少一者是激光光学传感器。
用于检测烟雾中的颗粒的光电传感器可以是穿通光束传感器、反射传感器或漫射传感器。反射光电传感器51000示于图20中。参见图20，反射光电传感器51000是光散射传感器，其中从光源51006通过透镜51012发射的光束51002从光检测器或光电池51004偏移。例如，图20中的光检测器51004从光源51006偏移90度。当烟雾S遮挡光源51006和光捕捉器51008中间的光束51002时，光被反射并且反射光51010朝向透镜51014散射并散射到光检测器51004上。光检测器51004将光转换成对应于烟雾S中的颗粒浓度的电信号(电流)。输出信号可被提供给处理器51016，该处理器可以在许多方面类似于分别在图5和图6中示出的处理器50308和/或50408，这可基于电信号和对应的颗粒浓度来影响马达的操作参数。例如，来自反射光电传感器51000的输出信号可为到马达的控制算法的输入和/或到外科集线器的输入。
图21中示出了穿通光电传感器51100。如图21所示，视线在光源51102和光检测器51104之间延伸。在此类情况下，到达光检测器51104的光的强度可以被转换成对应于烟雾S中的颗粒浓度的电信号(电流)。可以将输出信号提供给联接到24V直流电源的处理器51106，该处理器可在许多方面类似于5和图6中示出的处理器50308和/或50408。处理器51106可基于电信号和对应的颗粒浓度来影响马达的操作参数。例如，来自光电传感器51100的输出信号可为到马达的控制算法的输入和/或到外科集线器的输入。
在用于外科排抽系统的光电传感器(诸如图20中的传感器51000和/或图21中的传感器51100)中，可以选择光的波长以针对特定类型的烟雾调谐传感器51000，同时忽略其他类型的烟雾。在某些情况下，可使用多个传感器和/或多个波长将传感器51000拨入正确的组合中。水蒸气，甚至浓水蒸气，吸收特定波长的光。例如，水蒸气吸收红外光而不是反射红外光。由于水蒸气的这些吸收特性，在存在水蒸气的情况下，红外光可用于在外科排抽系统中精确地对流体中的颗粒进行计数。
在某些情况下，电离传感器可用于检测烟雾中的颗粒。电离传感器包括两个电极和放射性材料，该放射性材料将空气分子转化为正离子和负离子。正离子朝向负电极运动，并且负离子朝向正电极运动。如果烟雾在电极之间穿过，则烟雾与离子结合，这破坏了电路。通过电路的电流的下降可被转换成对应于在电极之间穿过的烟雾的体积的电信号(电流)。
电离传感器51200示于图22中。电离传感器51200利用镅-241来电离限制区域中的空气。传感器51200包括具有间隔开的两个电极51204的小电离室51202。电离室51202可由例如聚氯乙烯或聚苯乙烯制成，并且电极51204可例如在电离室51202内间隔开约1cm。镅-241源51208可向电离室51202提供镅-241。例如，可将约0.3μg的镅-241嵌入夹在银背衬和2微米厚钯层压体层之间的金箔基质中。镅-241可具有432年的半衰期，并且通过发射α射线51206而衰减。金箔基质被配置成能够保留放射性材料，同时仍允许α射线51206穿过。在各种情况下，α射线优于β射线和γ波，因为它们易于电离空气颗粒，具有低穿透功率，并且可易于容纳。
在电离期间，电子被敲除氧和氮分子，这产生带电离子。带电离子被吸引到带相反电荷的电极，从而在室中形成电流。因为烟雾颗粒51210大于空气分子，所以电离颗粒与烟雾颗粒碰撞并组合。组合的颗粒充当复合中心并中和离子，这减少了电离室51202中的电离颗粒的量并减少了总电流。电流的下降可被转换为对应于在电极51204之间通过的烟雾体积的电信号。输出信号可被提供给处理器，诸如分别在图5和图6中示出的处理器50308和/或处理器50408，这可影响马达的操作参数。例如，来自电离传感器51200的输出信号可为到马达的控制算法的输入和/或到外科集线器的输入，如本文进一步所述。
在各种情况下，可使用双电离室。充当感测室的第一室可对大气开放并且受颗粒物、湿度和大气压力的影响。第二室可与烟雾和颗粒物隔离。尽管定位在烟雾流动路径的外部，但第二室仍然受湿度和大气压力的影响。通过使用两个室，可使湿度和大气压力变化最小化，因为来自两个室的输出受到同等的影响并且彼此抵消。由于在外科手术期间湿度和压力可显著变化(这取决于例如外科手术的类型、所采用的外科装置以及遇到的组织的类型)，因此双电离室可有助于排烟系统补偿压力和湿度的变化。
在某些情况下，可以利用组合方法来确定烟雾中的颗粒浓度。例如，可以利用多种不同类型的烟雾检测器或传感器。此类传感器可与流动路径串联布置。例如，多个颗粒传感器可沿着图18中的流动路径50804和/或图19中的流动路径50904定位。各种传感器可向泵马达控制算法(诸如本文所述的各种调整算法)提供输入。
在某些情况下，外科排抽系统可被配置成能够调谐传感器参数以更准确地检测烟雾内的颗粒。传感器参数的调整可取决于外科装置的类型、外科手术的类型和/或组织的类型。外科装置通常产生可预测类型的烟雾。例如，在某些手术中，可预测类型的烟雾可以是具有高水蒸气含量的烟雾。在此类情况下，可采用红外光电传感器，因为红外光基本上被水蒸气吸收并且不被水蒸气反射。附加地或另选地，可预测类型的烟雾可以是具有特定大小或浓度的颗粒的烟雾。基于颗粒的预期大小，可以调谐传感器以更准确地确定烟雾中的颗粒浓度。
在某些情况下，态势感知可有利于传感器参数的调谐。与态势感知相关的信息可由临床医生、与外科排抽系统进行信号通信的智能电外科器械、机器人系统、集线器和/或云提供给外科排抽系统。例如，集线器可以包括态势感知模块，该态势感知模块可以聚集来自各种传感器系统和/或输入系统(包括例如排烟系统)的数据。整个计算机实现的交互式外科系统中的传感器和/或输入可用于确定和/或确认例如外科手术中使用的外科装置、外科手术的类型和/或步骤、和/或组织的类型。在某些情况下，态势感知可预测将在特定时间产生的烟雾的类型。例如，态势感知模块可确定外科手术的类型和其中的步骤，以确定将可能产生哪种烟雾。基于预期类型的烟雾，可以调谐传感器。
在某些情况下，本文所公开的颗粒传感器中的一个或多个可为流体检测传感器。例如，颗粒传感器可被定位和配置成能够确定气溶胶和/或液滴是否存在于排抽的烟雾中。在本公开的一个方面，检测的颗粒的大小和/或浓度可对应于气溶胶、液滴、固体物质和/或它们的组合。在某些情况下，态势感知可确定和/或确认检测的颗粒是气溶胶还是固体物质。例如，与处理器(例如，图5中的处理器50308和/或图6中的处理器50408)进行信号通信的态势感知模块可通知流体中颗粒的识别。
现在参见图23，示出了例如外科排抽系统，诸如外科排抽系统50400(图6)的随时间推移的颗粒计数51300和马达速度51302的图形表示。目标马达速度51304可被预定义并存储在与马达进行信号通信的处理器的存储器中(参见例如图5和图6)。在各种情况下，处理器可被配置成能够在正常操作条件下保持目标马达速度51304。例如，目标马达速度51304可存储在存储器50410(图6)中，并且处理器50408(图6)可被配置成能够在正常操作条件下保持目标马达速度51304。在此类情况下，当外科排抽系统50400(图6)被激活时，马达50451可在目标马达速度51304下操作并且可在目标马达速度51304下继续操作，除非检测到一个或多个条件和/或将其传送到处理器50408。
在某些情况下，处理器50408可以与颗粒传感器进行信号通信，该颗粒传感器被配置成能够实时检测进气烟雾中的颗粒浓度。本文中描述了颗粒浓度传感器诸如激光颗粒计数器传感器的各种示例。在本公开的一个方面，颗粒传感器50838(图18和图19)可与处理器50408(图6)进行信号通信，该颗粒传感器被定位在到图18中的过滤器50870的入口和到图19中的过滤器50970的入口处。例如，激光颗粒传感器50838可对应于图6中的传感器50430中的一个传感器。
在各种情况下，当颗粒传感器50838(图18和图19)检测到颗粒浓度(例如，流体中每百万分之一的颗粒物)下降到低于阈值量51306时，处理器50408可引导马达驱动器50428降低马达50451的速度。例如，在图23中的时间t1处，颗粒计数或颗粒浓度51300下降到低于阈值量51306。因为颗粒计数51300已下降到低于阈值量51306，所以马达速度51302可减小到低于目标马达速度51304。然后，如果颗粒传感器50838(图18和图19)检测到颗粒计数51300再次超过阈值量51306，诸如在时间t2处，则处理器50408可引导马达驱动器50428增加马达50451的速度以恢复目标马达速度51304。颗粒浓度可对应于烟雾中颗粒的大小。例如，烟雾可以在时间t1和时间t2之间包含较小的颗粒。通过降低马达50451的速度，可减小由泵50450产生的抽吸，这可确保较小的颗粒不被抽吸穿过外科排抽系统50400的过滤器。例如，降低马达速度或降低泵的压力可确保过滤系统具有足够的时间和容量来捕获颗粒并确保细介质过滤器可捕获较小的颗粒。换句话说，较慢的速度可改善外科排抽系统50400的过滤效率。
在某些情况下，可基于定位在过滤器下游的颗粒传感器来调整驱动泵50450的马达50451的速度。例如，再次参见图18和图19，颗粒传感器50848定位在图18中的过滤器50870的下游和图19中的过滤器50970的下游。因为颗粒传感器50848定位在过滤器组件的下游，所以颗粒传感器50848被配置成能够检测来自例如外科排抽系统50800或排抽系统50900的排气中的颗粒。换句话讲，这样的颗粒传感器50848被配置成能够检测已穿过排抽器外壳50818、50918并被排出到环境空气中的颗粒。颗粒传感器50848邻近出口50824、50924分别定位到排抽器外壳50818、50918。在一种情况下，当排气中的颗粒浓度(例如，由颗粒传感器50848检测的颗粒浓度)超过预定义的阈值量时，处理器50308(图5)和/或处理器50408(图6)可对泵实施调节。例如，再次参见图6，可调整马达50451的速度以提高外科排抽系统50400的过滤效率。
可通过限制供应给马达的电流和/或改变马达的占空比来调整马达速度。例如，脉冲调制电路可采用脉宽调制和/或脉冲频率调制来调整脉冲的长度和/或频率。
附加地或另选地，如果排气口中的颗粒计数超过可能对手术室中的操作者和临床医生危险或有害的定义的阈值量，则排出的流体可通过外科排抽系统中的一个或多个过滤器重新引导。例如，如果颗粒传感器50838检测到排气中的颗粒计数高于阈值量，则处理器50308(图5)和/或处理器50408(图6)可打开过滤器下游的阀，该阀可再循环排气并将再循环的排气注入过滤器上游的流动路径中。在某些情况下，阀可将再循环的排气注入包括例如一个或多个附加的和/或不同的过滤器的另选流动路径中。
在某些情况下，外科排抽系统可包括超控选项，其中尽管超过设定阈值，但排抽系统仍继续操作和/或继续操作预定义的功率电平。例如，在超控模式下，即使过滤器下游的颗粒传感器检测到超过阈值量的颗粒浓度，外科排抽系统也可继续操作并排出颗粒。例如，外科手术室中的操作者可通过激活排抽器外壳上的开关、拨动开关、按钮或其他致动器和/或到外科集线器的输入来激活超控特征或超控模式。
现在参见图27，示出了描绘用于外科排抽系统的调整算法52300的流程图。本文所公开的各种外科排抽系统可利用图27的调整算法52300。此外，读者将容易理解，在某些情况下，调整算法52300可与本文所述的一个或多个附加调整算法组合。对外科排抽系统的调整可通过处理器来实现，该处理器与排抽器泵的马达(参见例如图5和图6中的处理器和泵)进行信号通信。例如，处理器50408可实现调整算法52300。此类处理器还可与外科排抽系统中的一个或多个传感器进行信号通信。
在各种情况下，外科排抽系统最初可以待机模式52302操作，如图27所示，在该待机模式下马达以低功率操作，如框52310所示，以便从外科部位对流体进行采样。例如，在待机模式52302下，外科排抽系统可从外科部位排抽流体的小样本。待机模式52302可为排抽系统的默认模式。
如果过滤器上游的颗粒传感器(例如，颗粒传感器50838)检测到大于阈值X的颗粒计数或颗粒浓度，如框52312中所指示，则外科排抽系统可进入自动排抽模式52304。在自动排抽模式52304中，可以在框52314处增加马达速度以从外科部位抽出附加烟雾。例如，当电外科手术开始时或当特定电外科功率电平被激活时，颗粒计数或颗粒浓度可增加到高于阈值量X。在某些情况下，可在自动排抽模式52304期间基于检测的颗粒浓度来调整马达的速度。例如，当由颗粒传感器50838检测的颗粒浓度增加时，马达速度可相应地增加。在某些情况下，预定义的马达速度可对应于由颗粒传感器50838检测的颗粒浓度的预定义范围。
仍然参见图27，如果过滤器下游的颗粒传感器(例如，颗粒传感器50848)在框52316处检测到小于阈值量Y的颗粒计数或颗粒浓度，则马达可在框52310处恢复低功率模式并且/或者在框52314处被进一步调整，如本文所规定的。此外，如果下游颗粒传感器50848在框52318处检测到大于阈值量Y且小于阈值量Z的颗粒计数或颗粒浓度，则可在框52320处降低马达速度以提高过滤器的效率。例如，由颗粒传感器50848在阈值Y和Z之间检测的颗粒浓度可以对应于通过排烟系统的过滤器的小颗粒。
仍然参见图27，如果过滤器下游的颗粒传感器50848在框52318处检测到大于阈值量Z的颗粒计数，则可在框52322处断开马达以终止排抽手术，并且外科排抽系统可进入超控模式52306。例如，阈值Z可对应于临床医生和/或外科手术室中的其他人员的空气质量风险。在某些情况下，操作者可选择性地超控关机功能，如本文进一步规定，使得马达在框52310处继续操作。例如，外科排抽系统可返回待机模式52302，在该待机模式下，流体样本从外科部位被排抽并且由外科排抽系统监测。
在某些情况下，泵的功率电平可以是外科排抽系统的至少一部分上的压差的函数。例如，外科排抽系统可包括至少两个压力传感器。再次参见图18和图19，周围压力传感器50854被配置成能够检测环境房间中的压力。压力传感器50840被配置成能够检测图18中的流体捕集器50860和过滤器或过滤系统50870中间的流动路径50804中的压力，并且检测图19中的流体捕集器50960和过滤器系统50970中间的流动路径50904中的压力。另外，压力传感器50846被配置成能够检测图18中的过滤系统50870和泵50806中间的流动路径50804中，以及图19中的过滤系统50970和泵50906中间的流动路径50904中的压力。最后，压力传感器50850被配置成能够检测分别在排气端口或出口50824和50924处的流动路径50804和50904中的压力。读者将容易理解，某些排烟系统可包括少于或多于图18和图19所示的四个压力传感器50840、50846、50850和50854。此外，压力传感器可定位在整个外科排抽系统中的另选位置处。例如，一个或多个压力传感器可以沿着在排抽器和外壳之间延伸的排抽导管定位在例如排烟器装置中，并且定位在外壳内，诸如流体捕集器的上游和/或过滤系统的不同层的中间。
现在参见图28，示出了描绘用于外科排抽系统的调整算法52400的流程图。在各种情况下，本文所公开的外科排抽系统可利用图28的调整算法。此外，读者将容易理解，在某些情况下，图28的调整算法52400可与本文所述的一个或多个附加调整算法组合。对外科排抽系统的调整可通过处理器来实现，该处理器与排抽器泵的马达(参见例如图5和图6中的处理器和泵)进行信号通信。例如，处理器50408可实现调整算法52400。处理器还可与外科排抽系统中的一个或多个压力传感器进行信号通信。
在各种情况下，处理器50408被配置成能够在框52402处从第一压力传感器获得压力测量结果P1，并且在框52404处从第二压力传感器获得第二压力测量结果P2。第一压力传感器和第二压力传感器可由例如图6中的传感器50430提供。处理器50408被配置成能够在框52406处比较测量结果P1和P2以确定第一压力传感器和第二压力传感器之间的压差。在一种情况下，如果压差小于或等于阈值量X，诸如在框52408处，则可保持泵的速度。相反，如果压差大于阈值量X，诸如在框52410处，则可调整泵的速度。对马达的操作参数的调整被配置成能够调整泵的速度。调整算法52400可连续地和/或以规则的间隔重复。在某些情况下，临床医生可触发调整算法52400的实施。
烟雾穿过排抽系统的流量可以是压差的函数。在一种情况下，如果整个排抽系统上的压差显著增加，则穿过系统的流量也可增加。实际流量可基于压差和马达速度来预测。因此，通过监测压差，可更准确地确定流量。
另外，流动路径中的阻塞可对应于压差的增加。例如，当过滤器从烟雾中捕获颗粒时，整个过滤器上的压差可针对给定的泵速而增加。响应于整个过滤器上的预定义的压降，可增加马达的速度和泵的对应速度，以保持烟雾穿过系统的流量，而不管过滤器中的阻塞。例如，再次参见图18和图19，第一压力传感器可定位在过滤器的上游(例如，压力传感器50840)，并且第二压力传感器可定位在过滤器的下游(例如，压力传感器50846)。压力传感器50840与压力传感器50846之间的压差可对应于整个过滤器上的压降。当过滤器捕获烟雾中的颗粒时，所捕获的颗粒可阻塞流动路径，这可增加整个过滤器上的压差。响应于增大的压差，处理器可调整马达的操作参数以保持整个系统上的流量。例如，可增加马达的速度和泵的对应速度以补偿流动路径中的部分阻塞的过滤器。
在其他情况下，预定义的压降可对应于排抽导管中的堵塞。在一个示例中，为了避免当排抽导管被组织阻挡时的组织损坏，例如，可以降低马达的速度和泵的对应速度。在此类情况下降低泵的速度可被配置成能够避免潜在的组织创伤。
在另一种情况下，第一压力传感器可定位在流体捕集器的上游，并且第二压力传感器可定位在流体捕集器的下游(例如，压力传感器50840)。传感器之间的压差可对应于整个流体捕集器上的压降，该压降可对应于穿过流体捕集器的流量和/或流动路径。整个流体捕集器上的压差也可由流体排抽系统中的其他传感器估计。在某些情况下，期望减小穿过流体捕集器的流量，以确保在烟雾进入下游过滤器和泵之前充分地从烟雾中移除液体。在此类情况下，可通过降低马达的速度和泵的对应速度来减小压差。
在其他情况下，第一压力传感器可定位在到外科排抽系统或其排抽器外壳的入口处，并且第二压力传感器可定位在到外科排抽系统的出口处(例如，压力传感器50850)。传感器之间的压差可对应于整个外科排抽系统上的压降。在某些情况下，可通过监测整个系统上的压降来将系统的最大抽吸负载保持低于阈值。当压降超过阈值量时，处理器可调整马达的操作参数(例如，减慢马达)以减小压差。
在一种情况下，例如，化学传感器50832可检测例如与传感器物理接触的物质(诸如溅射到传感器50832上的流体)的pH。在本公开的一个方面，化学传感器50832可检测流体中的葡萄糖和/或氧含量。化学传感器50382可被配置成能够在某些情况下检测癌性副产物。如果检测到癌性副产物，则可调整排抽系统的参数以降低此类副产物进入外科手术室的可能性。在一种情况下，可降低泵速度以提高例如排抽系统中的过滤器的效率。在其他情况下，排抽系统可以断电，以确保癌性副产物不排入外科手术室中。
由外科排抽系统从外科部位提取的流体可包含液体和各种颗粒。排抽的流体中不同类型和/或状态的物质的组合可使得排抽的流体难以过滤。附加地或另选地，某些类型和/或状态的物质可能对某些过滤器有害。例如，烟雾中液滴的存在可损坏某些过滤器，并且烟雾中较大颗粒的存在可阻挡某些细颗粒过滤器。
传感器可被配置成能够检测运动经过排抽系统的流体的参数。基于由传感器检测的参数，外科排抽系统可沿着适当的流动路径引导排抽的流体。例如，包含高于特定阈值参数的一定百分比的液滴的流体可被引导穿过流体捕集器。作为另一个示例，包含高于阈值大小的颗粒的流体可被引导穿过粗介质过滤器，并且包含低于阈值大小的颗粒的流体可绕过粗介质过滤器并被引导至细介质过滤器。
通过提供穿过外科排抽系统的另选流动路径，外科排抽系统及其过滤器可以更有效地操作，并且不易损坏和/或堵塞。过滤器的使用寿命也可延长。如本文所提供，过滤器可包括一个或多个过滤层，并且在某些情况下，过滤系统可包括一个或多个过滤器。
用于外科排抽系统的分流阀52934详细地示于图24A和图24B中。在本公开的一个方面，在图18和图19中的外科排抽系统50800和50900中示出的分流阀50834和50934可分别包括分流阀52934。分流阀52934包括球阀52396，该球阀被可操作地配置成沿着第一路径52940或第二路径52938从入口路径52942引导流体。在各种情况下，球阀52396可为包括控制器的电致动的球阀。例如，用于外科排抽系统的处理器，诸如处理器50408(图6)，可以向球阀控制器发送信号以启动球阀52396的旋转，从而改变烟雾穿过其中的流动路径。当分流阀52934处于第一位置(图24A)时，穿过分流阀52934的烟雾进气沿着第一路径52940被引导。当分流阀52934处于第二位置(图24B)时，穿过分流阀52934的烟雾进气沿着第二路径52938被引导。
第一路径52940可以对应于当在烟雾内未检测到液体时或者当检测的液体与气体比率或气溶胶百分比低于阈值时的流动路径。第二路径52938可对应于当已在烟雾内检测到液体(例如气溶胶)时，或者当检测的液体与气体比率或气溶胶百分比等于或高于阈值时的流动路径。在本公开的某些方面，第一路径52940可以绕过流体捕集器，并且第二路径52938可以引导烟雾穿过流体捕集器，以在烟雾被引导到过滤器中之前捕获来自烟雾的流体。通过根据气溶胶百分比选择流动路径，可以提高外科排抽系统的效率。
在其他情况下，分流阀52934可包括多于两个流体路径出口。此外，流体路径可以相对于流体捕集器绕过/再循环流体并且/或者根据检测的流体参数沿着包括流体捕集器、冷凝器和/或颗粒过滤器的不同布置的不同过滤路径引导烟雾。
再次参见图18和图19，流体检测传感器50830被配置成能够检测烟雾中气溶胶的存在或液体与气体比率。例如，图18中的流体检测传感器50830定位在到排抽器外壳50818的入口50822处。在其他情况下，流体检测传感器50830可定位在入口50822附近和/或过滤器50870和/或用于接收过滤器50870的承窝上游的位置处。本文中进一步描述了流体检测传感器的示例。例如，流体检测传感器50830可包括本文中进一步公开的颗粒传感器中的一个或多个颗粒传感器。附加地或另选地，在本公开的一个方面，流体检测传感器50830包括连续性传感器。
在一种情况下，如果流体检测传感器50830检测到等于或高于阈值的液体与气体比率，则进气可以在进入颗粒过滤器之前转移到冷凝器中。冷凝器可被配置成能够冷凝流动路径中的小液滴。在各种情况下，冷凝器可包括蜂窝结构。冷凝器可包括多个导流板或其他结构，液体被配置成能够在该多个导流板或其他结构上冷凝。当烟雾流过冷凝器时，液体可在冷凝器中的导流板上冷凝，并且可被引导向下滴入流体贮存器中。
主要参见图18，其中的分流阀50834被定位成引导烟雾进气绕过冷凝器50835，使得烟雾直接流向过滤器50870。在绕过冷凝器50835时，外科排抽系统50800可能需要来自驱动泵的马达(参见例如图6中的马达50451和泵50450)的较少功率。现在参见图19，分流阀50934被定位成在烟雾流入过滤器50970之前将烟雾引导到流体捕集器50960内的冷凝器50935中。相反，如果流体检测传感器50830检测到低于阈值的液体与气体比率，则进气可绕过冷凝器50935并被直接引导到过滤器50970。
在各种情况下，流体检测传感器50830可检测流动路径中烟雾的存在。例如，流体检测传感器50830可包括颗粒传感器。检测到颗粒或检测到高于阈值的颗粒浓度可指示烟雾存在于流动路径中。在某些情况下，流体检测传感器可以不区分固体颗粒(例如，碳)和气溶胶颗粒。在其他情况下，流体检测传感器50830还可检测气溶胶的存在。例如，流体检测传感器可包括连续性传感器，如本文所述，该连续性传感器可确定例如检测的颗粒是否为气溶胶。
在各种情况下，外科排抽系统可包括附加或另选的流动路径。例如，外科排抽系统可包括高颗粒流动路径和低颗粒流动路径。例如，当颗粒传感器诸如颗粒传感器50838(图18和图19)检测到颗粒浓度等于或高于阈值时，进气烟雾可以被转移到颗粒过滤器中。相反，如果激光颗粒传感器检测到颗粒浓度低于阈值，则进气烟雾可绕过颗粒过滤器。类似地，不同的流动路径可对应于颗粒的不同大小和/或类型。例如，如果颗粒传感器50838检测到较大颗粒，则烟雾可沿着与检测到较小颗粒时不同的路径被引导。例如，外科排抽系统可包括不同类型的颗粒过滤器(例如，大介质过滤器和细介质过滤器)，并且可基于检测的颗粒大小(或大小范围)来使用不同的过滤方法，诸如直接拦截、惯性撞击和扩散拦截。可以选择不同的流动路径，以优化烟雾的流体提取和/或颗粒过滤，同时使马达上的功率消耗和/或应力最小化。在某些情况下，默认流动路径可以是更直接的流动路径，并且在检测到超过阈值极限的流体参数时，流体可被转移到不太直接的流动路径。不太直接的流动路径可能需要更多的功率。
在各种情况下，可基于进气烟雾和/或安装在外科排抽系统中的过滤器的特性来调整用于外科排抽系统的马达。再次参见图6所示的示意图，处理器50408与马达驱动器50428进行信号通信，该马达驱动器联接到泵50450的马达50451。处理器50408可被配置成能够基于烟雾和/或安装的过滤器的特性来调整马达50451。在一种情况下，处理器50408可以接收对应于流动路径内的液体体积的输入，包括悬浮在烟雾内的气溶胶的体积和/或与外科排抽系统的管道接触或搁置在该管道上的液滴的体积。本文中进一步描述了用于检测进气烟雾的流体密度的各种传感器，诸如连续性传感器。
烟雾的液体与气体比率可影响排烟泵的效率。例如，烟雾内的液体的可压缩性可小于烟雾内的气体，这可影响泵的效率。另外，不同类型的泵可在气溶胶的存在下不同地表现。在某些情况下，泵速度可被加速，并且在其他情况下，泵速度可被减速。为了优化泵对相应液体与气体比率的效率，处理器可被配置成能够调整驱动泵的马达。换句话讲，用于马达的控制程序可基于流动路径中的检测的液体与气体比率来可操作地调整泵速度。
某些泵可有效地处理具有高液体与气体比率的流体，使得泵的效率保持不变或增加。例如，某些涡旋式泵可以处理烟雾路径中的气溶胶。在此类情况下，泵的旋转速度可随着不可压缩(或可压缩性较小)的流体而降低，从而增加真空的空气处理。其他泵可对具有高液体与气体比率的流体更敏感，并且因此可被减慢以限制穿过流体捕集器的压差。
在各种情况下，传感器可被配置成能够检测穿过外科排抽系统的流量。例如，光学传感器可以被配置成能够测量外科排抽系统内的颗粒的流量。在某些情况下，所检测的穿过外科排抽系统的流量可用于管理压缩机的抽吸速率。算法可以基于流量和/或烟雾的一个或多个检测的参数(例如，颗粒浓度、液体与气体比率等)来确定适当的抽吸速率。例如，当具有高液体与气体比率的烟雾进入外科排抽系统时，可以降低马达速度以减少穿过包括其流体捕集器的外科排抽系统的流量，使得在烟雾进入泵之前可以从烟雾中提取更多液体。液体可损坏某些泵。例如，如果允许烟雾内的液体进入，则凸轮泵和再生鼓风机可能被损坏。
图25示出了外科排抽系统，诸如外科排抽系统50800(图18)和/或50900(图19)的随时间推移的气流流体含量和占空比的图形表示。流体含量可包括排抽系统内的气溶胶和液滴，并且可由例如流体检测传感器50830和50836(图18和图19)检测。再次参见图25，在手术开始时，流体检测传感器50830和50836检测烟雾中相同或基本上相同的流体含量。换句话讲，相应流体捕集器50860、50960上游的流体含量与相应流体捕集器50860、50960下游的流体含量相同或基本上相同。由传感器50830和50836检测的流体含量随着手术的继续而继续上升。
在时间t1处，由传感器50830和50836检测的流体含量超过流体含量阈值(CT)52102，并且为了防止损坏过滤系统，烟雾被重新引导穿过流体捕集器，诸如流体捕集器50860和/或50960。流体含量阈值CT 52102可对应于将对过滤系统有害的流体体积和/或气溶胶百分比。主要参见图19中的排抽系统50900，再循环阀50990可被打开(如图19所示)，使得流体可在进入过滤器50970之前被重新引导回到流体捕集器50960的冷凝器50935中。通过再循环流体，可从其中移除附加液滴。因此，再次参见图25，由定位在过滤器50970上游的流体检测传感器50836检测的流体含量可降低至低于流体量阈值CT 52102。在各种情况下，通过穿过排抽器外壳的气流路径在时间t1处进行调整，可保持马达的占空比，如图25所示。
仍然参见图25中的图形表示，当烟雾再循环穿过流体捕集器(其捕获气溶胶和/或液滴中的一些)时，下游流体检测传感器50836开始检测烟雾中的较少液体含量。然而，上游流体检测传感器50830继续检测烟雾中增加的液体量。此外，在时间t2处，下游流体检测传感器50836再次检测超过流体含量阈值CT 52102的流体含量。为了解决增加的流体含量，尽管烟雾再循环穿过流体捕集器，泵马达的占空比在时间t2处减小以降低泵的速度，使得在烟雾进入泵之前可以从烟雾中提取更多液体。当泵调整到减小的占空比时，流体捕集器可更有效地将气溶胶和/或液滴捕获在烟雾内，并且由流体检测传感器50836检测的流体含量最终开始减小到低于流体含量阈值CT 52102。
在某些情况下，流体捕集器中的流体体积和/或外壳的水平度可用于确定其中的流体水平是否接近阈值极限，该阈值极限可对应于到达防溢出导流板和/或流体捕集器到颗粒过滤器的出口端口。液体可损坏颗粒过滤器和/或降低其效率，如本文进一步所述。为了防止液体进入颗粒过滤器，处理器可调整马达以使将液体抽入颗粒过滤器的可能性最小化。例如，当预定义体积的液体进入流体捕集器时和/或当捕集器内的液体达到外壳内的超过预定义安全水平的设定标记或水平时，处理器可引导马达减速。
在各种情况下，可通过使用排抽系统中的压力传感器(诸如外科排抽系统50900(图19)中的压力传感器50840和50846)之间的压差来进一步影响马达的控制程序。例如，基于整个过滤器50970上的压差和泵50906的马达的速度，外科排抽系统50900的处理器可被配置成能够预测穿过过滤器50970的实际流量。此外，可调整流量(例如，通过调整马达速度)来限制流量并降低流体将被抽出流体捕集器50960中的贮存器并进入过滤器50970的可能性。
如本文所述，外科排抽系统可包括被配置成能够检测烟雾内气溶胶的存在(例如，液体与气体比率)的一个或多个传感器，以及被配置成能够检测烟雾内的碳化颗粒的存在(例如，百万分率测量)的一个或多个传感器。通过确定所提取的流体是否主要是蒸汽、主要是烟雾和/或每一者的相应比率，外科排抽系统可以向临床医生、智能电外科器械、机器人系统、集线器和/或云提供有价值的信息。例如，蒸汽与烟雾的比率可指示组织焊接和/或胶原烧灼的程度。在各种情况下，可基于蒸汽与烟雾的比率来调谐电外科器械及其发生器的能量算法。
在本公开的一个方面，当提取的流体主要为蒸汽或具有高气溶胶百分比时，处理器可调整超声发生器诸如发生器800(图58)的振幅和/或功率。例如，用于排烟系统的处理器可以通信地联接到发生器800。在一种情况下，当功率对于特定外科场景而言太高时，可能产生过量的蒸汽或气溶胶。在此类情况下，可降低发生器的功率电平以减少能量工具产生的蒸汽/气溶胶。在其他情况下，对于较高的颗粒比率，处理器可调整发生器的功率电平。例如，对于高于阈值的颗粒比率，可降低功率电平。在某些情况下，可调整电压以减少由能量工具生成的颗粒。
现在参见图26，示出了用于外科排抽系统的调整算法52200。本文所公开的各种外科排抽系统可利用调整算法52200。此外，读者将容易理解，在某些情况下，调整算法52200可与本文所述的一个或多个附加调整算法组合。对外科排抽系统的调整可通过处理器来实现，该处理器与排抽器泵的马达(参见例如图5和图6中的处理器和泵)进行信号通信。例如，调整算法52200可由与马达驱动器50428和/或分流阀的控制器进行信号通信的处理器50408实现，如本文进一步所述。处理器被配置成能够利用各种传感器来监测排抽的烟雾的特性。在本公开的一个方面，参见图26，处理器被配置成能够确定进气烟雾是否包括高于阈值的颗粒和气溶胶。
在调整算法52200开始时，标准流量可在框52202处开始，并且可在框52204处监测进气烟雾的一个或多个特性。在框52206处，传感器可被配置成能够检查流体中的颗粒。如果传感器未检测到颗粒，则可在框52202处保持标准流量和/或功率电平。在一种情况下，标准流量可以是最小流量或空转流量，如本文进一步所述。如果在框52206处检测到颗粒并且在框52208处确定颗粒不是气溶胶颗粒，则可在框52210处实现对流量和/或功率电平的第一调整。例如，可增加流量和功率电平以增加颗粒(即，烟雾)从外科部位的排抽。在某些情况下，如果在框52208处颗粒被确定为气溶胶颗粒，或者如果颗粒的一部分为气溶胶颗粒，则可实现第二调整。
在本公开的一个方面，第二调整可以取决于烟雾中的气溶胶百分比。例如，如果在图26的框52212中确定气溶胶百分比大于第一阈值量，诸如X％，则可在框52214处将烟雾引导到流体捕集器。相反，如果烟雾中的气溶胶浓度小于或等于阈值量X％，则可在框52216处引导烟雾绕过流体捕集器。本文中进一步描述了用于引导排烟系统内的流体流的导管和阀。在某些情况下，可调整流量和/或功率电平以沿着例如所选择的流动路径充分地抽出流体，诸如朝向流体捕集器和/或围绕流体捕集器。在本公开的一个方面，可能需要附加功率和/或抽吸来将流体抽入流体捕集器中。
仍然参见图26，在离开流体捕集器后，如果在框52218处在烟雾中仍然检测到气溶胶颗粒，并且如果在框52220处气溶胶浓度大于第二阈值量，诸如图26中的Y％，则可在框52224处减小流量以确保气溶胶从烟雾中充分提取。相反，如果流体捕集器下游的气溶胶浓度小于或等于第二阈值量Y％，则可在框52222处保持流量。如图26所示，在调整算法52200中重新引导流动路径并且/或者调整和/或保持流量后，调整算法可以返回到框52204，以继续监测排烟系统的一个或多个参数。在某些情况下，调整算法52200可连续循环，使得烟雾特性被连续监测并且/或者实时或接近实时地传输到处理器。在其他情况下，调整算法52200可重复预定义的时间和/或间隔。
在某些情况下，外科排抽系统还可包括化学传感器，诸如化学传感器50832(图18和图19)。化学传感器50832位于到外科排抽系统50800的入口50822附近和到外科排抽系统50900的入口50922附近。化学传感器50832被配置成能够检测由外科排抽系统排抽的颗粒的化学特性。例如，化学传感器50832可以识别在电外科手术期间从患者的腹腔排抽的烟雾中的颗粒的化学组成。可利用不同类型的化学传感器来确定由外科排抽系统提取的材料的类型。在某些情况下，排烟系统可以基于从外科部位提取的内容物(诸如通过由化学传感器50832检测的内容物)来控制。
提取的流体和/或颗粒的化学分析可用于调整发生器功能，诸如发生器800(图58)的功能。例如，可基于化学传感器50832对癌性材料的检测来调整发生器功能。在某些情况下，当化学传感器50832不再检测到癌性材料时，可警示临床医生所有癌性材料已被移除并且/或者发生器可停止能量装置的操作。另选地，当化学传感器50832检测到癌性材料时，可警示临床医生并且发生器可优化能量装置的操作以移除癌性材料。
在某些情况下，可基于由外科系统检测的组织特性来调整发生器功能。主要参见图29，示出了描绘用于外科系统的调整算法52500的流程图。本文所公开的各种外科系统可利用调整算法52500。此外，读者将容易理解，在某些情况下，调整算法52500可与本文所述的一个或多个附加调整算法组合。对外科系统的调整可由处理器(参见例如图5中的处理器50308)实现。在本公开的各个方面，为了确定组织的类型，处理器50308(图5)可被配置成能够从多个源接收信息。
仍然参见图29，外科排抽系统中的一个或多个传感器52502可向处理器50308(图5)提供信息。仍然主要参见图28，外科排抽系统的颗粒传感器52502a、化学传感器52502b和/或流体检测传感器52502c(其可类似于图18和图19所示的传感器)例如可向处理器50308提供指示组织类型的数据。另外，外部传感器52504可向处理器50308提供信息。外部传感器52504可远离外科排抽系统，但定位在与外科手术相关的其他外科装置上。例如，一个或多个外部传感器52504可定位在外科器械、机器人工具和/或内窥镜上。在某些情况下，内部传感器52502和外部传感器52504可向态势感知模块或外科集线器提供信息，该态势感知模块或外科集线器可向各种传感器52502、52504提供态势感知52506。此外，态势感知52506可通知处理器50308关于各种传感器数据。基于态势感知52506和来自传感器52502、52504的数据，可在框52510处由处理器50308(图5)确定组织类型。
在某些情况下，提取的材料的弹性蛋白与胶原比率可由组织类型确定。例如，弹性蛋白可对应于第一熔化温度，并且胶原可对应于高于第一熔化温度的第二熔化温度。在外部传感器52504被配置成能够检测夹持臂的速度和/或电动马达的对应于夹持速度的参数的情况下，外部传感器52504可指示组织的熔化温度，并且因此指示弹性蛋白与胶原比率。弹性蛋白和胶原也限定不同的折射率和吸收率。在某些情况下，可利用红外光谱仪和/或折射相机传感器来确定和/或确认组织类型。
在某些情况下，可基于检测的组织类型(弹性蛋白、胶原和/或弹性蛋白与胶原比率)来调整能量模态。例如，某些能量装置在熔化胶原方面比弹性蛋白更有效，但是可通过调整能量模态进行调整以更好地熔化弹性蛋白。在其他情况下，可能有利的是熔化胶原并保留弹性蛋白。附加地或另选地，弹性蛋白与胶原比率可指示物理结构的类型，诸如静脉或动脉，其可通知系统的态势感知52506。例如，如果在框52510处检测到胶原，则可以在框52512处实现能量模态A。在其他情况下，如果在框52510处检测到弹性蛋白，则可以在框52516处实现能量模态C。在另外的其他情况下，当在框52510处检测到胶原和弹性蛋白的组合时，可在框52514处实现能量模态B。读者将容易理解，设想到附加和/或另选的能量模态。例如，可根据弹性蛋白与胶原的特定比率和/或基于正在被执行的外科手术和/或其步骤来使用不同的模态。
在采用能量装置来处理组织的各种外科手术中，流体和/或颗粒可被释放，从而污染外科部位中和/或周围的大气，如本文进一步所述。例如，为了改善外科部位中的大气的可视性，可将污染物抽入排烟系统中。此外，当污染物沿着排烟系统中的气流路径被引导时，悬浮流体和/或颗粒可被滤出以改善空气质量。根据排烟系统的效率和/或在激活电外科器械之后产生的烟雾和/或污染物的量，烟雾可以累积在外科部位中和/或周围的大气中。污染物的这种积聚可例如防止临床医生能够看到外科部位。
在本公开的一个方面，外科系统可以包括排烟系统，该排烟系统包括颗粒传感器、电外科器械和发生器。当电外科器械在外科手术期间向组织施加能量时，这样的排烟系统可以监测颗粒浓度。例如，当临床医生请求将功率供应给电外科器械时，发生器被配置成能够提供所请求的功率。外科系统内的处理器被配置成能够分析监测的颗粒浓度和来自发生器的临床医生请求的功率。如果临床医生请求的功率产生将颗粒浓度驱动到高于预先确定的阈值的污染物，则处理器可阻止发生器供应请求的功率。相反，在此类情况下，发生器可以使颗粒浓度回到预先确定的阈值以下的电平供应功率。
在此类情况下，作为响应，临床医生和/或助手不必单独监测颗粒浓度并调整能量模态。相反，外科系统的器械和装置之间可以相互通信，以基于来自排烟系统中的传感器的输入引导发生器在特定情况下供应特定功率电平。读者将容易理解，态势感知可进一步通知发生器的决策过程。本文中还公开了实现前述监测过程和/或调整的各种算法。
外科系统可包括电外科装置、被配置成能够为所述电外科装置供应功率的发生器以及排烟系统。排烟系统可以包括传感器系统，该传感器系统被配置成能够监测烟雾和/或进气排抽导管内的颗粒的大小和/或浓度。现在参见图18和图19，示出了颗粒传感器50838。颗粒传感器50838是位于沿着流动路径50804(图18)和流动路径50904(图19)的位置处的内部传感器。在各种情况下，颗粒传感器50838分别在被过滤器系统50870、50970过滤之前定位在流动路径50804、50904上的点处；然而，内部颗粒传感器50838可定位在沿着流动路径50804、50904的任何合适的位置处，以监测从外科部位流入的受污染空气。在各种情况下，排烟系统50800和/或50900可以包括分别定位在沿着流动路径50804和/或50904的各个位置处的多于一个内部颗粒传感器50838。读者将容易理解，各种颗粒测量装置是可能的。例如，颗粒浓度传感器可以是光学传感器、激光传感器、光电传感器、电离传感器、静电传感器和/或它们的任何合适的组合。本文中进一步描述了各种传感器。
电外科发生器是电外科电路中的关键部件，因为它们产生电外科波形。发生器被配置成能够将电力转换成高频波形并且产生用于电外科电流的流动的电压。在各种情况下，发生器被配置成能够产生各种波形，其中每个波形对组织产生不同的影响。“切割电流”将切割组织，但几乎不提供止血。“凝结电流”提供具有有限组织解剖的凝结并且产生增加的加热深度。“混合电流”是切割电流和凝结电流之间的中间电流，然而，混合电流通常不是切割电流和凝结电流的组合。相反，混合电流可以是切割电流，其中电流实际流动的时间从该时间的100％减少到大约50％。在各种情况下，发生器可自动监测组织阻抗并且调整对能量装置的功率输出以便减少组织损伤，从而在最低可能设定下产生有效且准确的切割效果。
被称为高级切割效果(ACE)的附加电外科切割模式为临床医生提供了手术刀样切割效果，该切割效果提供很少乃至不提供热坏死并且不提供止血。当发生器被置于ACE模式时，在端部执行器上的电极的尖端处保持恒定电压。端部执行器的端部上的有源电极将RF电流从发生器递送到外科部位。通过利用ACE模式，临床医生具有以下能力：在皮肤上使用电外科装置并且实现等效伤口愈合结果，而通常无需使用某些外科器械，诸如手术刀、针和/或可对患者和/或负责他们的任何人员造成伤口和/或穿刺的任何外科器械。
在本公开的各个方面，电外科装置包括ACE切割系统。
在整个外科手术的持续时间期间，可产生污染物和/或烟雾。如果外科部位中和/或周围的大气不能被排烟系统有效地过滤，则污染物在大气中聚集，使得临床医生和/或助手难以看到外科部位。本文中还公开了关于外科手术室中烟雾的附加问题。在各种情况下，外科系统内的处理器可以将特定于当临床医生在特定持续时间内使用特定外科器械时产生的烟雾和/或污染物的量的信息存储在存储器中。此类信息可直接存储在处理器的存储器中、集中式集线器中和/或云中。在各种情况下，图5和图6中示出的处理器和存储器可用于存储此类信息。
在各种情况下，在排烟系统和发生器之间建立通信通路，以便控制供应给电外科器械的功率。这样的功率被控制，以便有效地引起电外科器械产生较少的烟雾和/或释放较少的污染物，并且允许外科部位被有效地过滤。在各种情况下，外科系统的部件可彼此直接通信。在各种情况下，外科系统的部件通过集中式集线器彼此通信，如本文相对于例如图39-图60进一步所述。读者将容易理解，可使用任何合适的通信通路。
当外科手术开始并且电外科器械被激活时，排烟系统内的传感器被配置成能够监测关于空气质量的参数。此类参数可包括例如颗粒计数和/或浓度、温度、流体含量和/或污染百分比。传感器被配置成能够将监测的参数传送到处理器。在各种情况下，传感器在检测之后自动传送监测的参数。在各种情况下，传感器在传感器已被询问之后将监测的参数传送到处理器；然而，读者将理解，可使用传送监测的信息的任何合适的方式。在各种情况下，传感器将监测的信息连续地传送到处理器；然而，读者将理解，可使用任何合适的采样率。监测的信息可例如实时或几乎实时传送。
在各种情况下，处理器存储关于预先确定的阈值的信息。预先确定的阈值基于由排烟系统的传感器监测的参数而变化。例如，当传感器正在监测颗粒计数和/或浓度时，这样的阈值可指示有效地和/或不安全地遮挡临床医生在外科部位内的视线的外科部位大气内的颗粒水平。在其他情况下，阈值可对应于排抽器外壳中的过滤系统以及过滤系统充分过滤颗粒的能力。例如，如果颗粒浓度超过特定阈值，则过滤可能无法充分过滤来自烟雾的颗粒，并且毒素可能穿过排抽系统并且/或者阻塞和/或堵塞其过滤器。当处理器从排烟系统的传感器接收关于监测的参数的信息时，处理器被配置成能够将监测的参数与预先确定的阈值进行比较以确保不超过阈值。
在各种情况下，如果处理器认识到已经超过和/或接近超过预先确定的阈值，则处理器可以控制排烟系统的各种马达功能。处理器可以通过增加或降低马达的速度来调整排烟系统的流量，以更有效地从外科部位过滤污染物。例如，如果传感器向处理器传送建议已经达到颗粒阈值的信息，则处理器可以增加马达的速度以将更多的流体以及可能更多的污染物从外科部位抽入排烟系统中以用于过滤。
在各种情况下，如果处理器认识到已经超过和/或接近超过预先确定的阈值，则处理器可改变由发生器供应给电外科器械的功率。例如，如果传感器向处理器传送建议已达到颗粒阈值的信息，则处理器将阻止发生器向手持式电外科器械供应任何附加的所请求功率。当排烟系统将污染物从大气中滤出到低于颗粒阈值的水平时，处理器然后可以允许发生器向手持式电外科器械供应所请求的功率。
图33是在外科手术期间一段时间内检测的颗粒计数和功率电平之间的相关性的图形表示。顶部曲线图53300表示当颗粒和污染物从外科部位过滤到排烟系统50800和/或50900中时，由内部颗粒传感器50838(图18和19)检测的颗粒计数和/或颗粒浓度。颗粒浓度CT表示排抽流体量内的预先确定的颗粒计数和/或浓度阈值。底部曲线图53302表示在外科手术期间达到的功率电平，包括临床医生通过手持式电外科器械请求的功率(虚线)，以及由外科系统的发生器实际供应的功率(实线)。功率电平被定义为电外科系统的RF电流与电压的比率。
在时间t<t1处开始外科手术之前，检测基线颗粒浓度53304。当临床医生和/或助手在时间t1处激活电外科器械时，临床医生和/或助手请求供应特定功率电平以便执行特定功能。此类功能包括解剖和/或切穿外科部位内的组织。例如，向组织施加功率会产生烟雾和/或污染物，这些烟雾和/或污染物可以被引导到排烟系统中，以提高外科部位内的可见性。在时间t1处，发生器供应所请求的功率。检测的颗粒浓度低于阈值CT；然而，在时间t1处激活电外科器械之后，内部颗粒传感器50838在时间t2处开始检测颗粒浓度的增加。
在图33的图形表示中，临床医生直到时间t3才请求附加功率。例如，t1和t3的之间“断开”时间53306可允许组织冷却，从而产生一定程度的止血。如在图33中可见，检测的颗粒浓度和功率电平在时间t2和时间t3之间减小。在时间t3处，临床医生请求高功率电平，该高功率电平在由发生器供应时在时间t4处产生颗粒浓度的增加。最终，临床医生请求的功率电平在时间t5处产生升高约预先确定的阈值CT的颗粒浓度。在一些情况下，超过阈值CT可指示由于污染物和/或颗粒的积聚、低效的排烟系统和/或不可操作的排烟系统而在外科部位内的低可见性。
响应于颗粒浓度在时间t5处超过颗粒阈值CT，外科系统的处理器被配置成能够调整发生器的供应功率以使颗粒浓度回到低于颗粒阈值CT。如图33所示，当由于高手持件请求的功率而达到和/或超过颗粒阈值CT时，发生器供应的功率不同于手持件请求的功率。当颗粒浓度返回到阈值CT和/或下降到低于阈值CT时，诸如在时间t6处，发生器再次供应手持式电外科器械所请求的功率电平。此外，随着手持件请求的功率在时间t6之后下降，由颗粒传感器50838检测的颗粒浓度也减小。
图34示出了例如由外科系统的存储器(诸如图5和图6中的存储器)存储的指令53400的表示。在各种情况下，本文所公开的外科系统可利用指令53400。例如，指令53400可包括用于外科系统的调整算法。此外，读者将容易理解，在某些情况下，指令53400可与本文所述的一种或多种附加算法和/或指令组合。指令53400可例如由处理器(诸如图5中的处理器50308)实现。
在指令53400中的框53402处，处理器可从电外科器械接收对功率的请求。例如，电外科器械可包括手持装置和/或机器人工具。所请求的功率可以是用户经由例如控件和/或控制台提供的。如上所述，传感器被配置成能够监测与穿过排抽系统的流体相关的参数。这样的参数可包括例如粒度、温度、流体含量和/或污染百分比。处理器被配置成能够从传感器接收监测的参数。在各种情况下，处理器响应于询问传感器而接收此类信息，如框53404所指示。在各种情况下，传感器在检测后自动传送信息。然后在框53406处，处理器确定所接收的信息是否超过预先确定的阈值。在框53408处，如果已超过阈值和/或接近超过阈值，则处理器被配置成能够防止发生器向电外科器械供应任何或所有所请求的功率。在其他情况下，在框53410处，可调整发生器波形以减少由外科装置产生的烟雾，如本文进一步所述。
在各种情况下，发生器可以不会导致超过阈值的电平供应功率。在框53410处，如果尚未超过阈值，则处理器被配置成能够允许发生器向电外科器械供应所请求的功率。在各种情况下，处理器被配置成能够在外科手术的整个持续时间内，或至少只要处理器正在从电外科器械接收对递送功率的请求，从排烟系统的传感器接收信息。
在各种外科手术中，射频(RF)功率可用于切割组织并凝结出血。当RF功率用于处理组织时，流体和/或颗粒可被释放，从而污染外科部位中和/或周围的空气。例如，为了改善外科部位对临床医生的可见性，可将外科部位内部的受污染空气抽入排烟系统中。当沿着气流路径引导受污染空气时，悬浮流体和/或颗粒可从受污染空气中滤出。过滤后的空气最终通过出口离开排烟系统并且被释放到手术室的大气中。根据排烟系统的效率和/或功效，过滤后的空气在释放到手术室大气中时仍可包含流体和/或颗粒。剩余的污染物可能例如令临床医生、助手和/或患者的嗅觉不适，并且污染物在某些情况下吸入可能不健康。
排烟系统可以包括传感器系统，该传感器系统被配置成能够监测在沿着气流路径的各个点(包括在排抽系统外部和排抽系统内部的位置)处检测的空气中颗粒的大小和/或浓度。在本公开的一个方面，排烟系统可以基于比较排抽系统外部和排抽系统内部的颗粒浓度和/或通过监测随时间推移的颗粒浓度来确定排抽系统的效率。此外，排烟系统可以通过显示器向临床医生警示手术室中的受污染空气。
可使临床医生知道悬浮在手术室大气中的污染物诸如流体和/或颗粒的水平。空气中污染物的指示可以指示手术室中的空气质量，并且向临床医生和/或助手警示排烟系统需要调整和/或维护。
排烟系统可以包括传感器系统，该传感器系统被配置成能够监测空气内颗粒的大小和/或浓度。再次参见图18和图19，示出了颗粒传感器50838和50852。颗粒传感器50838是位于沿着流动路径的位置处的内部传感器。在各种情况下，颗粒传感器50838在过滤之前定位在流动路径50804(图18)、50904(图19)上的点处；然而，内部颗粒传感器50838可定位在沿着相应流动路径50804、50904的任何合适的位置处，以监测从外科部位流入的受污染空气。在各种情况下，排烟系统50800、50900可以包括分别定位在沿着流动路径50804、50904的各个位置处的多于一个内部颗粒传感器50838。
颗粒传感器50852是定位在排烟系统50800(图18)、50900(图19)的外表面上的外部传感器。在各种情况下，排烟系统50800、50900可以包括多于一个外部颗粒传感器50852。在各种情况下，外部颗粒传感器50852位于排烟系统50800、50900的外壳的凹槽内；然而，外部颗粒传感器50852可定位在任何合适的表面上以检测手术室中的空气质量。在各种情况下，外部颗粒传感器50852分别位于排烟系统50800、50900的入口50822(图18)、50922(图19)附近，以确保未过滤空气不会从外科部位泄漏到手术室大气中。在各种情况下，外部颗粒传感器50852分别位于排烟系统50800、50900的出口端口50824(图18)、50924(图19)附近，以分析流出排烟系统50800、50900的空气。
读者将容易理解，外部颗粒传感器50852可位于任何合适的位置处以适当地监测手术室的大气。此外，读者将容易理解，各种颗粒测量装置是可能的。例如，颗粒传感器50852可为任何合适的颗粒浓度传感器，诸如光学传感器、激光传感器、光电传感器、电离传感器、静电传感器和/或它们的任何合适的组合。本文中进一步描述了各种传感器。
在各种情况下，用于排烟系统的传感器系统被配置成能够评估手术室污染物的粒度和/或浓度并显示检测的空气质量。此类信息的显示可以传送例如排烟系统的有效性。在各种情况下，所传送的信息包括关于排烟系统内的过滤器的详细信息，并且可以防止受污染空气和/或烟雾累积在手术室的大气中。排烟系统可被配置成能够感测例如颗粒浓度、温度、流体含量和/或污染百分比，并且将其传送到发生器以调整其输出，如本文进一步所述。在本公开的一个方面，排烟系统可以被配置成能够调整其流量和/或马达速度，并且在预定义的颗粒水平下，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产生的烟雾的量。
在各种情况下，如本文所述，传感器系统可以用于检测排烟系统中的过滤器是否正确且有效地移除空气中的污染物和/或烟雾。通过检测手术室的空气质量水平，排烟系统被配置成能够防止高水平的污染物累积在手术室大气中。由传感器系统监测的参数可以用于通知临床医生排烟系统是否正在运行和/或执行其预期目的。在各种情况下，临床医生和/或助手可以使用监测的参数来确定排烟系统内的过滤器需要修理和/或更换。例如，如果外部传感器50852(图18和图19)检测到污染物粒度和/或浓度高于预先确定的和/或可接受的阈值时，指导临床医生检查是否需要修理和/或更换排烟系统内的过滤器。
在各种情况下，如上所述，排烟系统内的处理器将外部传感器的检测的参数与由内部传感器检测的参数进行比较。在各种情况下，排烟系统包括例如位于沿着流动路径的各个点处(诸如在每个单独的过滤器之后)的多个内部传感器。读者应当理解，内部传感器可定位在整个流动路径中的任何点处以提供对过滤效率的有意义的比较。使用该检测的信息，临床医生可确定特定位置处的过滤器不能有效地从空气中移除污染物和/或烟雾。在此类情况下，临床医生被引导至需要修理和/或更换的过滤器(或过滤层)的精确位置。
在各种情况下，传感器系统被配置成能够评估手术室的大气内污染物和/或颗粒的稀释。如本文所述，内部传感器可位于沿着流动路径的任何合适的位置处。当内部传感器位于排烟系统的出口端口附近和过滤器的下游时，内部传感器正在有效地测量排放到操作系统大气中的颗粒的大小和/或浓度。换句话讲，内部传感器被配置成能够检测在过滤过程期间未捕获的颗粒和/或污染物。外部传感器被配置成能够监测在手术室的整个大气中稀释的颗粒的浓度和/或大小。内部传感器和外部传感器的读数之间的差异对于确定特定手术室的空气质量可能是重要的。
排放到大气中的颗粒的大小和/或浓度可基于例如参数(诸如，手术室的大小和/或手术室的通风)对手术室中的空气质量具有不同的影响。在一种情况下，如果在较小的手术室中排放，与在较大的手术室中排放相同大小和/或浓度的颗粒相比，排放的颗粒的大小和/或浓度对空气质量的不利影响更大。在各种情况下，手术室中通风系统的存在和/或效率可影响空气质量如何响应于来自排烟系统的颗粒的排放而波动。例如，在没有通风系统的手术室或具有低效通风系统的手术室中，从排烟系统排放的颗粒可以更快地累积到潜在的有害等级，从而在手术室内产生不令人满意的空气质量。
在各种情况下，由传感器系统检测的信息可以用于控制排烟系统的一个或多个马达功能。在外科手术开始之前，外部传感器可检测初始空气质量水平。在整个外科手术中能够连续监测空气质量；然而，读者应当理解，空气质量可以任何合适的速率监测。外部传感器将检测的信息传送到排烟系统的处理器(例如，分别在图5和图6中的处理器50308和50408)。处理器使用初始空气质量水平作为基线以与连续检测的空气质量水平进行比较。当处理器确定由外部传感器50852检测的空气质量水平在手术室大气中表现出较高污染物粒度和/或浓度的迹象时，处理器引导马达以较高水平运行。随着马达以增加的速度运行，更多受污染的空气和/或烟雾从手术部位被拉入排烟系统50800、50900中以进行过滤。在各种情况下，当内部传感器50838确定烧灼装置和/或产生烟雾的其他电外科装置处于活动中时，处理器存储指令以增加在手术期间被引导到排烟系统50800、50900中的受污染空气和/或烟雾的流量。通过检测产生烟雾的外科装置的激活，排烟系统50800、50900通过马达控制防止高水平的污染物累积在手术室大气中。
在各种情况下，当处理器确定手术室大气具有不可接受的空气质量水平时，自动控制马达速度水平。在各种情况下，当处理器确定产生烟雾的外科装置已被激活时，自动控制马达速度水平。例如，当外部传感器50852检测到手术室大气中的污染水平超过预先确定的阈值时，处理器可自动指导马达以更快的速度操作。然后，当外部传感器50852检测到下降到低于预先确定的阈值的污染水平时，处理器自动降低马达的速度。在各种情况下，在临床医生被通知不可接受的空气质量水平之后手动控制马达速度水平。在各种情况下，在临床医生激活产生烟雾的外科装置之后手动控制马达速度水平。读者将理解，可以实现自动和/或手动控制的任何合适的组合并且/或者将其结合到排烟系统50800、50900的控制算法中。
在各种情况下，排烟系统的处理器可以识别外部传感器50852何时检测到手术室大气的不可接受的和/或增加的污染水平。这样的检测指示排烟系统50800、50900效率低下。检测的低效率可指示一个或多个过滤器失效和/或需要被替换。当临床医生被通知过滤器发生故障时，临床医生可确保更换过滤器处于库存状态以用于将来维护，从而防止延迟。
在各种情况下，排烟系统可以在外科手术期间与摄像机镜结合使用，以有效地管理从外科部位的污染物和/或烟雾排抽。例如，排烟系统50800、50900可以与成像模块238和内窥镜239(图47)结合使用。在本公开的一个方面，外科集线器诸如集线器206(图48)可协调例如成像模块238与外科排抽系统诸如排烟器226(图48)之间的通信。摄像机镜被配置成能够通过以特定采样率捕获一系列图像来监测空气中的视觉遮蔽。所收集的图像被发送到处理器(例如，分别在图5和图6中的处理器50308、50408)以供评估。在各种情况下，处理器还被配置成能够从传感器系统接收监测数据，该传感器系统可包括内部传感器50838和/或外部传感器50852，如本文所述。处理器被配置成能够将从摄像机镜接收的图像与从传感器系统接收的颗粒计数和/或浓度进行比较，以确定相关性，从而提高从外科部位和/或手术室大气中排抽烟雾和/或污染物的效率。
在此类情况下，将由摄像机镜确定的视觉遮蔽与由传感器系统确定的颗粒计数和/或浓度进行比较，以便将颗粒计数量度调谐到排烟系统的马达速度。在比较从传感器系统和摄像机镜收集的数据后，处理器可采取多个步骤中的任一个步骤。例如，基于比较，处理器可以决定：接通排烟系统；增加排烟系统的马达速度；降低排烟系统的马达速度；并且/或者断开排烟系统。在各种情况下，比较自动完成；然而，读者将理解，这样的比较可在手动激活之后进行。
在各种情况下，由摄像机镜捕获的图像和由传感器系统检测的颗粒计数和/或浓度可存储在存储器中作为基线比较。在未来的外科手术中，临床医生和/或助手可单独使用由摄像机镜采集的图像来确认烟雾和/或污染物密度。在此类情况下，由摄像机镜检测的视觉遮蔽与特定颗粒计数和/或浓度相关联。在处理器分析空气之后，处理器可采取多个步骤中的任一个。例如，基于根据存储的基线比较由摄像机镜捕获的分析图像，处理器可以决定：接通排烟系统；增加排烟系统的马达速度；降低排烟系统的马达速度；并且/或者断开排烟系统。
在各种情况下，态势感知可进一步通知本文所述的决策过程。例如，来自镜的图像在特定外科手术和/或其步骤的上下文中可以是有意义的，该特定外科手术和/或其步骤可以基于与其通信的排烟系统和/或集线器的态势感知来配置和/或确定。例如，在某些外科手术和/或其特定步骤期间和/或当处理特定类型的组织时，预计可能会有更多的烟雾。
在各种情况下，排烟系统与位于手术室中的其他外科装置和/或集线器无线通信，以提高外科手术期间排烟的效率。例如，外科装置的发生器的激活可以被传送到集中式集线器，该集中式集线器将信息转发到排烟系统上。集中式集线器可以检测穿过外科能量装置的电流和/或感测发生器的功率消耗的变化，以传送到排烟系统。在各种情况下，集中式集线器可存储与外科手术和/或激活的外科装置相关的信息。这样的信息可包括例如在特定外科手术期间产生的预期烟雾量，并且可使用特定外科装置和/或与特定患者的组织组成相关的信息来确定预期量。接收此类信息可以允许排烟系统预期特定的排烟速率，以更有效地将烟雾和/或污染物移出外科部位。读者将理解，各种外科装置可以将信息直接传送到排烟系统和/或通过集中式集线器间接传送。集中式集线器可以是例如外科集线器，诸如外科集线器206(图48)。
在各种情况下，排烟系统与位于手术室中的其他外科装置和/或集线器有线通信，以提高外科手术期间排烟的效率。这样的有线通信可通过发生器与排烟系统之间的缆线互连来建立，以用于发生器激活的通信。例如，激活指示信号缆线可以连接在外科装置的发生器和排烟系统之间。当发生器被激活并且信号经由有线连接被接收时，排烟系统被自动激活。
外科装置的发生器和/或集中式集线器和/或排烟系统之间的无线和/或有线通信可以包括关于激活的外科装置的信息。此类信息可包括例如外科装置的当前操作模式和/或关于特定能量设定和/或递送的强度的信息。在各种情况下，一旦从外科装置传送此类信息，则集中式集线器和/或排烟系统的存储器被配置成能够存储此类信息以供将来使用。例如，集中式集线器可存储关于在特定手术期间使用的外科装置以及平均烟雾和/或污染物计数和/或浓度的信息。在未来的外科手术中，当在处理相同(或类似)类型的组织的相同(或类似)外科手术中激活相同(或类似)的外科装置时，集中式集线器可在烟雾和/或污染物积聚之前将此类信息传送到排烟系统。
在各种情况下，排烟系统被配置成能够向临床医生通知手术室的大气中检测的污染水平。排烟系统可以利用传感器系统来监测由第一内部传感器和第二外部传感器检测的颗粒的粒度和/或浓度之间的差异。在各种情况下，当检测的污染水平超过预先确定的阈值时，传感器系统的监测的参数可用于警示临床医生和/或助手。
在各种情况下，处理器引导显示器显示由传感器系统监测的参数。在各种情况下，显示器位于排烟系统的外壳的外部上。处理器还可将监测的参数与位于手术室中的其他外科器械和/或集线器通信，以帮助交互式外科系统的态势感知。这样，其他外科器械和/或集线器可更有效地一起使用。在整个手术室中传送监测的参数的情况下，临床医生和/或助手可从手术室周围的各种显示器看到污染警报。除了排烟系统上的显示器之外，监测的参数可以显示在手术室中的多个监视器上。读者将理解，可使用显示器的任何合适的组合来传送手术室中检测的空气质量。
图30示出了排烟系统53000，该排烟系统被配置成能够监测手术室大气的空气质量并且在检测的空气质量超过预先确定的阈值和/或变得潜在有害时警示临床医生。排烟系统53000在许多方面类似于排烟系统50600(图7)。例如，排烟系统53000包括发生器50640、第一电连接件50642、外科器械50630和抽吸软管50636。如图30所示，在各种情况下，排烟系统53000包括显示器或空气质量指数屏幕53002。空气质量指数屏幕53002被配置成能够显示由传感器系统(诸如包括传感器50830、50832、50836、50838、50840、50846、50848、50850、50852中的一个或多个的传感器系统)检测的信息，这些传感器在本文中进一步描述并在图18和图19中示出。处理器，诸如处理器50308和/或50408(图5和图6)可与传感器系统和空气质量指数屏幕53002进行信号通信。在各种情况下，空气质量指数屏幕53002被配置成能够显示由外部传感器50852监测的污染物颗粒计数，以验证污染物并未以危险水平循环到手术室大气中。
在各种情况下，排烟系统53000包括闩锁门53004，该闩锁门可被临床医生可触及以替换和/或更换容纳在排烟系统53000的排抽器外壳中的过滤器。例如，通过监测穿过排烟系统53000的颗粒浓度，其处理器可以确定一个或多个过滤器基本上被阻塞并且接近其使用寿命的终点，因此需要被替换。在此类情况下，临床医生可打开闩锁门53004以替换一个或多个过滤器。如本文进一步所述，基于内部传感器在排烟系统53000中的相对放置，可以识别特定过滤器和/或需要替换的过滤器。
在各种情况下，处理器，诸如处理器50308和/或50408(图5和图6)被配置成能够将烟雾参数诸如检测的粒度和/或浓度传送到显示器53002。显示器53002被配置成能够以任何合适的方式显示此类检测的信息。例如，显示器53002可显示在整个传感器系统中由每个传感器(内部和外部)检测的污染水平。在各种情况下，显示器53002被配置成能够仅当空气质量不满足预先确定的阈值时才显示信息。在各种情况下，显示器53002包括触摸屏，该触摸屏允许临床医生确定显示什么信息和/或显示信息的位置。
在各种情况下，显示器53002包括图形界面、LCD屏幕和/或触摸屏。读者将理解，显示检测的信息和/或其组合的任何合适的装置都可以用于排烟系统53000中。例如，LED灯可用作显示器53002。当处理器50308和/或50408(图5和图6)确定手术室中存在不可接受的空气质量，处理器50308和/或50408被配置成能够激活LED灯。
图31示出了例如由外科排抽系统的存储器(诸如图5和图6中的存储器50310和50410)存储的指令53100的表示。在各种情况下，本文所公开的外科排抽系统可利用图31的指令53100。此外，读者将容易理解，在某些情况下，图31的指令53100可与本文所述的一种或多种附加算法和/或指令组合。存储在存储器中的指令53100可由例如处理器(诸如图5和图6中的处理器50308和/或50408)实现。
仍然参见图31，如上所述，内部传感器，诸如传感器50838(图18和19)被配置成能够监测内部参数，诸如流体的粒度和/或浓度。当流体流经流动路径时，颗粒和/或污染物在流体离开外科排抽系统之前被滤出。位于外科排抽系统的外部外壳上的外部传感器，诸如传感器50852(图18和图19)被配置成能够在过滤后的流体离开外科排抽系统时监测外部参数。此类外部参数包括例如手术室中大气中的颗粒的粒度和/或浓度。
在指令53100中的框53102处，处理器被配置成能够分别向内部传感器和外部传感器询问所检测的内部参数和所检测的外部参数。在各种情况下，处理器连续地向内部传感器和外部传感器询问该信息；然而，也可使用任何合适的采样率。然后在框53104处，处理器被配置成能够分析从内部传感器和外部传感器接收的信息以确定外科排抽系统的效率水平。在确定外科排抽系统的效率水平之后，在框53106处，处理器被配置成能够将确定的效率水平显示在显示器上。这样的显示可包括从内部传感器和外部传感器接收的原始信息、由处理器确定的效率水平，和/或在效率水平降至低于预先确定的阈值的情况下向临床医生的警示。降至低于预先确定的阈值可指示例如过滤器需要被替换和/或颗粒未被有效地滤出并且累积在手术室的大气中。
图32示出了由类似于图31所示的那些的外科排抽系统的存储器存储的指令53200的表示。在各种情况下，本文所公开的外科排抽系统可利用图32的指令。此外，读者将容易理解，在某些情况下，图32的指令可与本文所述的一种或多种附加算法和/或指令组合。指令可例如存储在存储器中并由处理器执行，诸如图5和图6中的存储器50310和/或50410和/或处理器50308和/或50408。
仍然参见图32，在开始外科手术之前，在框53202处，处理器被配置成能够向外部传感器，诸如传感器50852(图18和图19)询问基线空气质量参数。基线空气质量参数指示外科手术之前手术室的空气质量。在框53204处，处理器被配置成能够连续地询问内部传感器，以便识别正在进行的外科手术。在处理器已确定正在进行外科手术之后，在框53206处，处理器连续地询问外部传感器。当处理器确定由外部传感器检测的空气质量恶化时，诸如在框53208处，例如，处理器被配置成能够在框53210处增加马达的速度以将更多流体引导到外科排抽系统中。如果检测的空气质量与基线空气质量相同，诸如在框53212处，则处理器被配置成能够在框53214处保持马达的速度。如果检测的空气质量已从基线空气质量改善，诸如框53216，则处理器被配置成能够在框53218处保持或降低马达的速度。在各种情况下，处理器连续地向内部传感器和外部传感器询问信息；然而，也可使用任何合适的采样率。
排烟系统通过从外科手术室去除有害毒素和/或刺鼻气味而在电外科系统中起重要作用。然而，可能缺乏对某些排烟系统的控制和可调节性，这可导致例如马达寿命缩短和/或过滤器寿命变差。
在本公开的一个方面，传感器可被定位和配置成能够检测运动经过排抽系统的流动路径中的各个点的流体中颗粒的存在。在本公开的一些方面，控制电路可用于基于在沿着流动路径的各个点处检测的颗粒浓度来修改驱动排抽系统的泵的马达的速度。附加地或另选地，控制电路可用于基于在流动路径中的各个点处检测的压力来修改马达的速度。
排抽系统的马达速度的有效调节可增加马达的寿命和/或增加过滤器寿命。另外的益处包括例如外科手术室中潜在的节能和较少的噪声。
如本文所述，电外科器械可将能量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。切割和烧灼可导致烟雾释放到空气中。在各种情况下，烟雾可能令人不适、阻碍医师的视野并且吸入有害健康，如本文进一步所述。电外科系统可以采用排抽系统，该排抽系统捕获所得的烟雾，引导所捕获的烟雾穿过一个或多个过滤器，并且排出过滤后的烟雾。更具体地，烟雾可以经由真空管行进穿过排抽系统。当烟雾运动经过排抽系统中的过滤器中的一个或多个时，有害毒素和刺鼻气味可从烟雾中滤出。然后，过滤后的空气可作为通过排气端口的排气离开排抽系统。
在本公开的各个方面，排抽系统包括过滤器接收器或承窝。过滤器接收器被配置成能够接收过滤器。排抽系统还包括具有密封正位移流动路径的泵和驱动泵的马达。泵的密封正位移流动路径可包括泵内的流体的一个或多个循环路径。在本公开的一个方面，泵具有第一操作压力和第二操作压力。在某些情况下，泵可压缩进入的流体以沿着流动路径产生压差，如本文进一步所述。
如图4所示，排抽系统50500包括联接到马达50512并由该马达驱动的泵50506。如本文所述，泵50506可为例如正位移泵，诸如往复式正位移泵、旋转式正位移泵或线性正位移泵。在各种情况下，泵50506可为例如混合式再生鼓风机、爪式泵、凸轮压缩机或涡旋式压缩机。在本公开的一个方面，马达50512可为永磁同步直流(DC)马达。一些方面可包括无刷DC马达。
根据本公开的各方面，马达50512可出于各种原因而被调节和/或控制，包括例如保持流量，增加马达效率，增加马达寿命，增加泵寿命，增加过滤器寿命和/或节省能量。一旦排抽系统的控制电路(参见例如图5和图6中的控制示意图)得知特定条件，诸如流动路径中的阻塞、不期望的压力和/或不期望的颗粒计数，例如，控制电路可调节马达50512以调整或保持流量，这可例如增加马达效率、增加马达寿命、增加泵寿命、增加过滤器寿命和/或节省能量。
在本公开的一个方面，参见图6，处理器可位于排抽系统的内部。例如，处理器50408可位于图7中的排抽器外壳50618的内部。在本公开的其他方面，处理器可位于排抽系统50600外部。外部处理器50308在例如图5中示出。外部处理器可以是外科集线器的处理器。在另一个方面，内部处理器和外部处理器可通信以协作地控制马达50512。
根据本公开的一个方面，马达50512可由控制电路调节以增加马达效率。例如，参见图18和图19中的排抽系统，流体检测传感器50830定位在过滤器的上游和过滤器接收器的上游。在各种情况下，流体检测传感器50830被配置成能够检测过滤器上游的流体。例如，流体检测传感器50830被配置成能够检测气溶胶或液滴是否存在于排抽的烟雾中。基于来自流体检测传感器50830的输出，控制电路可例如调整排烟系统的控制参数，诸如调整阀和/或马达的功率。
在某些情况下，排抽系统可以检测流体(例如，烟雾)是否存在于流动路径中。在某些情况下，例如，当临床医生开始使用电外科器械处理患者组织时，诸如当电外科器械50630(图7)被发生器50640(图7)激活时，流体检测传感器50830可自动扫描流体或特定类型的流体。另选地或与流体检测传感器50830结合，单独的传感器可被配置成能够检测例如外科部位处的流体，诸如外科器械或成像装置的端部执行器。在一种情况下，单独的传感器可定位在电外科器械50630的尖端附近。当在一个或多个流体检测传感器处检测的流体低于阈值时，控制电路可将泵的马达速度调节到足以监测流体或特定类型的流体的存在的水平。此类情况下的马达速度可为允许在流体检测传感器处的准确读数的最小马达速度或空转马达速度。另选地，可将马达速度降低至零并周期性地增加至最小马达速度或空转马达速度，以监测流体或特定类型的流体的存在。
在通过流体检测传感器检测到流体或者流体水平高于阈值时，控制电路可以将马达50512的速度调节到足以从手术部位完全排出流体的水平。在一个示例中，云，诸如云104(图39)和/或云204(图46)可跟踪和/或存储已确定为足以对相同或类似外科手术有效地排抽流体的马达速度水平。在这样的示例中，当为该外科手术设定适当的马达速度水平时，控制电路可访问和/或参考存储在云中的历史马达速度水平。
附加地或另选地，可基于沿着流动路径检测的颗粒浓度来调整马达的速度。例如，再次参见图18和图19，排抽系统50800和50900包括沿着相应的流动路径50804和50904的激光颗粒传感器50838和50848。颗粒传感器50838定位在外科排抽系统50800中的过滤器50842、50844和接收器50871的上游，以及外科排抽系统50900中的过滤器50942、50944和接收器50971的上游。颗粒传感器50838被配置成能够对过滤器上游的颗粒进行检测和/或计数。颗粒传感器50848定位在外科排抽系统50800中的过滤器50842、50844和接收器50871的下游，以及外科排抽系统50900中的过滤器50942、50944和接收器50971的下游。颗粒传感器50848被配置成能够对过滤器下游的颗粒进行检测和/或计数。
在此类情况下，排抽系统50800、50900可以检测(例如，经由激光颗粒计数器传感器)是否存在流体(例如，包含颗粒物的烟雾)。例如，传感器可以检测烟雾中的颗粒浓度。在某些情况下，例如，当医师开始使用电外科器械处理患者组织时，诸如当电外科器械50630被发生器50640激活时，激光颗粒计数器传感器可自动扫描颗粒并对颗粒进行计数。
当由颗粒传感器50838检测的颗粒浓度低于阈值时，控制电路可将马达速度调节到足以对流动路径的颗粒浓度进行采样的水平。例如，可将马达速度设定为允许在传感器处的准确读数的最小或空转马达速度。在另选的方面，可将马达速度降低至零并周期性地增加至足以监测流体的存在(例如，烟雾中的颗粒浓度高于阈值)的最小或空转马达速度水平。在此类方面，在检测到颗粒浓度高于阈值时，控制电路可将马达50512(图4)的速度调节到足以完全排抽烟雾并从外科部位过滤颗粒的水平。同样，云可基于由传感器检测的颗粒浓度来跟踪和/或存储已确定为足以对相同或类似外科手术有效地排抽流体的马达速度水平。在这样的示例中，当为该外科手术设定适当的马达速度水平时，控制电路可访问和/或参考此类历史马达速度水平。
在本公开的一个方面，马达50512更高效，因为除非检测到流体和/或阈值颗粒浓度，否则其将关闭(即，零马达速度)或以预先确定的最小速度或空转速度运行。在此类情况下，可节省能量并且可使外科手术室中的噪声最小化。此外，如果检测到流体和/或阈值颗粒浓度，则马达50512可以有效马达速度操作，即，以基于历史数据被确定为足以有效地排抽流体和/或颗粒的马达速度操作。这是对基于主观评估(例如，特定临床医生的经验)设定马达速度水平和/或仅在视觉和/或嗅觉提示下(例如，看到和/或闻到烟雾)接通排抽系统和/或增加马达速度水平的其他手动方法的改进。
根据本公开的各个方面，马达参数诸如马达的速度可适于基于外科部位处的需要来调整(例如，增加)排抽系统及其过滤器的效率。如本文所述，如果在外科部位处检测的烟雾低于阈值，则排抽系统不必要地过滤空气体积可能是无效的。在这样的情况下，马达速度可降低、减小到零、或保持为零，使得由排抽箱过滤的空气的体积分别降低、减小到零、或保持为零。有效使用排抽系统最终延长排抽系统和/或其部件(例如，流体捕集器、过滤器、马达、泵等)的使用寿命，并降低排抽系统和/或其部件的相关联修理和/或更换成本。避免了始终以全速或超过足够的速度运行马达所引起的应力和磨损。此外，在排抽系统中驱动泵的马达可产生各种水平的运行和/或振动噪声。例如，在外科手术室和/或环境中可能不期望这样的运行和/或振动噪声，因为它可能抑制外科工作人员之间的通信和/或打搅外科工作人员和/或使外科工作人员分心。
在某些情况下，可能不期望将马达速度降低到零。电动马达(诸如永磁同步DC马达)例如可能需要从完全停止状态开始的较大起动扭矩，以与本文所述的各种泵一起使用。此处，再次参见图4，泵50506在进入泵50506的流体和离开泵50506的流体之间产生压差。泵50506的该压差或压缩比可导致马达50512的高起动扭矩，以便启动马达50512以使泵50506旋转。在一个示例中，泵50506可包括鼓风机(例如，混合式再生鼓风机)。在这样的方面，鼓风机可以介于约1.1和1.2之间的压缩比操作，以在例如介于约1.5psig和1.72psig之间的操作压力下递送较高的流体量(例如，相对于风扇或压缩机)。在另一个示例中，泵50506可包括压缩机(例如，图12中的涡旋式压缩机泵50650)。在这样的方面，压缩机可以大于约2的压缩比操作，以在例如大于约2.72psig的操作压力下递送较低的流体量(例如，相对于风扇或鼓风机)。
本公开的各方面涉及用于改善过滤器组件寿命的系统和方法。过滤器组件可包括多个过滤层。例如，再次参见图11，过滤器组件包括粗介质过滤器50684、细颗粒过滤器50686和碳贮存器50688。
根据本公开的各个方面，第一压力传感器(例如，图18和图19中的压力传感器50840)可定位在流动路径内的过滤器接收器的上游，并且第二压力传感器(例如，图18和19中的压力传感器50846)可定位在流动路径内的过滤器接收器的下游。在此类情况下，第一压力传感器被配置成能够检测第一压力并将指示第一压力的信号传输到控制电路。类似地，第二压力传感器被配置成能够检测第二压力并将指示第二压力的信号传输到控制电路。此外，接收指示第一压力的信号和指示第二压力的信号的控制电路被配置成能够计算第一压力传感器和第二压力传感器之间的压差。控制电路可以以各种方式利用所计算的压差。在第一种情况下，控制电路可基于压差来调整马达速度。在第二种情况下，控制电路可基于压差指示需要维护。例如，指示器可出现在排抽系统接口和/或外科集线器接口上。控制电路可连续地、实时地、周期性地或在系统计算资源可用时计算压差。
再次参见图4，在某些情况下，进入排抽系统50500的流动路径50504的颗粒可在其中造成阻塞。例如，颗粒可至少部分地堵塞和/或阻塞流动路径50504的一部分。在一种情况下，过滤器50502可被颗粒阻塞。当排抽系统被操作时，阻塞可突然发生或随时间推移而发生。排抽系统50500内的阻塞可使得流动路径50504中的压差随着流动被阻碍而升高。为了保持期望的流量并补偿阻塞，泵50506和/或马达50512可需要更多的功率和/或增加的速度。然而，增加的速度和/或功率可降低马达50512和/或泵50506的效率。此外，以增加的速度操作马达50512和/或泵50506以补偿阻塞可缩短其寿命。在其他情况下，为了补偿阻塞，控制电路可调整马达50512，如本文进一步所述。
在本公开的一个方面，控制电路可发送驱动信号以向马达50512供应经调整的电流。期望的电流供应可通过改变到马达50512的电输入的脉宽调制占空比来实现。在这样的方面，增加到马达的电流输入的占空比可增加马达速度，并且减小到马达的电流输入的占空比可降低马达速度。
在本公开的一个方面，排抽系统可包括流动路径内的安全阀，以减轻排抽系统中的过度阻力压力。例如，安全阀可与周围环境流体连通。经由这样的安全阀减轻过多的阻力压力可防止马达50512不得不或尝试补偿过多的阻力压力。在本公开的各个方面，这样的安全阀被配置成能够在接收到来自控制电路的信号后操作(例如，打开和/或关闭)。
在本公开的各个方面，控制电路可基于定位在排抽系统内的传感器而得知阻塞。例如，再次参见图18和图19，压力传感器50840被定位和配置成能够检测一个或多个过滤器上游的压力，并且压力传感器50846被定位和配置成能够检测一个或多个过滤器下游的压力。压力传感器50840进一步被配置成能够将指示所检测的压力的信号传输到控制电路。类似地，压力传感器50846被配置成能够将指示所检测的压力的信号传输到控制电路。在这样的情况下，控制电路可基于在50846处检测的压力和/或在50840与50846之间计算的压差来确定过滤器组件的一部分被至少部分地阻塞。在本公开的各个方面，如果例如(A)在压力传感器50846处检测的压力高于特定阈值，(B)计算的压力传感器50840和压力传感器50846之间的压差高于特定阈值，(C)在压力传感器50846处检测的压力高于为过滤器确定的特定阈值，和/或(D)计算的压力传感器50840和压力传感器50846之间的压差高于为过滤器确定的特定阈值，则控制电路可确定过滤器组件被阻塞。在一种情况下，控制电路被配置成能够基于存储在云，诸如云104(图39)和/或云204(图46)中的历史数据来访问和/或参考过滤器的预期压力。
再次参见图18和图19，压力传感器50850被定位和配置成检测排抽系统的出口处或附近的压力。另外，压力传感器50850被配置成能够将指示在出口处或附近检测的压力的信号传输到控制电路。在此类情况下，控制电路可基于在压力传感器50846处检测的压力和/或在压力传感器50846与压力传感器50850之间计算的压差来确定穿过过滤器下游的排抽系统的流动路径被至少部分地阻塞。在本公开的各个方面，如果例如在压力传感器50846处检测的压力高于特定阈值和/或压力传感器50846与压力传感器50850之间的压差高于特定阈值，则控制电路可确定流动路径被阻塞。当比较压力传感器50846和压力传感器50850的压差时，可考虑由泵产生的压差。在一种情况下，控制电路可基于存储在云，诸如云104(图39)和/或云204(图46)中的历史数据来访问和/或参考流动路径的预期压力。
马达50512的速度可对应于供应给马达50512的电流。在本公开的一个方面，控制电路可减小到马达50512的电流输入的脉宽调制(PWM)占空比以降低泵50506的旋转速度，并且/或者可增加到马达50512的电流输入的PWM占空比以增加泵50506的旋转速度。如本文所述，对PWM占空比的调整可被配置成能够在入口压力(例如，在压力传感器50840处测量)范围和/或出口压力(例如，在压力传感器50850处测量)范围内保持流量基本上恒定。
现在参见图37，控制电路可随时间推移跟踪和/或绘制在上游压力传感器50840处检测的压力与在下游压力传感器50846处检测的压力的比率(上游与下游压力比)。例如，包括处理器50308和/或50408(图5和图6)的控制电路可确定压力比并基于该压力比对外科排抽系统进行各种调整。
在一种情况下，参见图37中的图形表示54200，上游压力传感器50840和下游压力传感器50846之间的压差可随着过滤器被堵塞而增加。在本公开的一个方面，压力比可随着由压力传感器50846测量的下游压力减小和/或由压力传感器50840测量的上游压力增加而增加。压力传感器50840处的压力可等于或基本上等于外科部位处(例如，患者体内)的压力。压力传感器50846处的压力可为由泵抽吸的压力。压力比的增加可对应于下游压力传感器50846和上游压力传感器50840之间的阻塞，诸如过滤器中的阻塞。例如，当过滤器被堵塞时，压力传感器50840处的压力可保持相同或基本上相同(外科部位处的压力)，并且压力传感器50846处的压力可随着泵继续抽真空而减小。
上游与下游压力的比率可指示过滤器寿命。例如，低比率可指示过滤器不需要更换，并且高比率可指示过滤器需要更换。
图37中示出了从时间t0处的新的和无阻塞的过滤器到时间t2处的大部分被阻塞的过滤器的进展。如图37所示，上游与下游压力(上游压力传感器50840处的压力与下游压力传感器50846处的压力)的比率以非零比率开始，这可归因于穿过过滤器部件和材料的气流的基线压差。从时间t0到正好时间t1之前，该比率保持相对恒定。在时间t1处，上游与下游压力比以相对稳定的速率增加，斜率为α，直到上游与下游压力比达到置换比R”。在达到和/或超过置换比R”后，过滤器被认为是基本上被阻挡的，并且应当被替换以避免损坏例如马达和/或泵。在一种情况下，控制电路可访问和/或参考经由云安装或定位在排抽系统的过滤器接收器中的给定过滤器的置换比R”。例如，置换比R”可存储在图6中的处理器50408可访问的存储器50410中。另选地，置换比R”可以是用户定义的和/或基于云中局部和/或全局压力数据的历史。在本公开的各个方面，控制电路可利用跟踪和/或绘制的比率在排抽系统和/或外科集线器用户界面上显示过滤器寿命度量(例如，剩余40％)。
仍然参见图37，控制电路可进一步跟踪和/或绘制排抽系统的马达随时间推移的脉宽调制(PWM)占空比。例如，当认为过滤器在时间t0之后直到正好时间t1之前相对较新时，马达的PWM占空比被设定为相对较低的恒定占空比或百分比。在对应于部分堵塞比R’的时间t1处，控制电路被配置成能够以相对稳定的速率增加马达的PWM占空比，斜率为α1。可选择增加的占空比以补偿过滤器堵塞。当过滤器中的阻塞在使用期间继续累积时，占空比可相应地增加以补偿过滤器堵塞。在各种情况下，斜率α1可跟踪斜率α，如图37所示。控制电路可经由云诸如云104(图39)和/或云204(图46)访问和/或参考与安装在排抽系统的过滤器接收器中的给定过滤器相关联的部分堵塞比。另选地，部分堵塞比可以是用户定义的和/或基于云中局部和/或全局压力数据的历史。
在本公开的一个方面，增加马达的占空比可增加泵速度，使得泵通过排抽系统抽出更多空气。换句话讲，整个过滤器上的压差的增加可触发泵的马达的PWM占空比的对应增加。
用于排抽系统的泵被配置成能够通过机械作用传递或影响流体沿着流动路径的运动。在活动中，泵可随着流体运动而增加该流体的压力。泵可具有多于一个的操作压力。在本公开的一个方面，泵可以在第一操作压力下操作，从而导致穿过流动路径的流体的第一流量，并且泵可以在第二操作压力下操作，从而导致穿过流动路径的流体的第二流量。无论泵的第一操作压力和第二操作压力的差异如何，穿过流动路径的流体的第一流量和第二流量可相同或基本上类似。在一种情况下，当阻塞累积在流动路径内时，泵可在较高操作压力下操作以保持恒定流量。
仍然参见图37中的图形表示54200，控制电路可增加马达的PWM占空比以增加供应给马达的电流并且增加泵的操作压力。例如，控制电路可基于例如检测的压力、压差和/或检测的压力的比率来调整占空比。增加的操作压力可被配置成能够补偿阻塞，诸如图37中在时间t1附近开始的过滤器中的阻塞，同时保持穿过流动路径的流体的恒定流量。在此类情况下，例如，当过滤器被颗粒堵塞时，控制电路能够控制泵上的负载。
在本公开的各个方面，控制电路可将供应给马达的电流增加到高达已确定的马达电流阈值。在一个方面，控制电路可增加已确定的马达电流阈值，以实现保持期望流量所需的压差。例如，尽管流动路径中存在阻塞，但可保持压差和期望的流量。
在本公开的另一方面，由于各种原因，控制电路可减小已确定的马达电流阈值。例如，控制电路可减小已确定的马达电流阈值以防止外科部位处的无意组织损伤。例如，当外科端口被患者组织阻塞时，控制电路可减小马达电流以减小系统中的压力和施加到组织的抽吸力。在一种情况下，控制电路可经由云诸如云104(图39)和/或云204(图46)访问和/或参考已确定的马达电流阈值。另选地，已确定的马达电流阈值可以是用户定义的和/或基于云中局部和/或全局数据的历史。
在本公开的各个方面，控制电路可基于来自压力传感器的反馈在有限的时间段内提供增加的功率和/或马达速度。在该时间期间，压力和/或阻塞的指示可经由例如外科手术室中的接口传送给用户。在一种情况下，临床医生可例如通过清除阻塞和/或改变过滤器接收器中的一个或多个过滤器来解决阻塞。有限的时间段可基于存储在云中的数据来确定，诸如关于例如在增加的功率电平和/或马达和/或泵故障之前的速度下的运行周期的历史数据。在有限的时间段之后，可以降低功率和/或速度，如本文进一步所述，直到阻塞得到适当解决。
根据本公开的各个方面，用于排抽系统的控制电路可发送驱动信号以向排抽系统的马达供应增加或减小的电流，以便调整马达的速度和/或泵的速度。在一种情况下，控制电路可发送驱动信号以在排抽系统启动时和/或在功率电平之间转变时实现突发速度。例如，突发速度可被配置成能够在活动排抽模式开始时将排抽系统抽吸到高达指定水平。指定水平可对应于例如指定流量和/或指定压力。在各种情况下，突发速度可以节能方式有效地将排抽系统抽吸到指定水平。
在一种情况下，经由控制电路的突发速度设定不同于经由控制电路的恒定运行速度设定。例如，在排抽系统的初始启动之后和/或在为排抽系统设置增加的功率电平后，控制电路可发送驱动信号以向马达供应增加的电流，从而在短时间段内将马达速度增加到突发速度。突发速度可为例如比实现期望的流量所需的恒定马达速度高至少20％的马达速度。在本公开的一个方面，突发速度比实现期望的流量所需的恒定马达速度高至少50％或至少100％。
现在参见图38中的图形表示54300，示出了外科排抽系统的随时间推移的气流速度和颗粒计数。外科排抽系统50800和50900(图18和图19)的控制电路可调整气流速度，如例如图38中以图形方式所示。更具体地，气流速度包括外科排抽系统的马达的突发速度54302和54304。例如，突发速度可为在短时间段内实现高于期望的气流速度的气流速度所需的马达速度。如图38所示，突发速度54302可为例如在时间t1和时间t2之间的周期的一部分(例如，1/5)内实现比在时间t1和时间t2之间的期望气流速度V1高至少20％的气流速度所需的马达速度。类似地，突发速度54304可为例如在时间t2和时间t3之间的周期的一部分(例如，1/4)内实现比在时间t2和时间t3之间的期望气流速度V2高至少20％的气流速度所需的马达速度。在各种情况下，气流速度可取决于排抽系统内的颗粒计数，如本文进一步所述。
根据本公开的各个方面，排抽系统从第一空气流量到第二空气流量的转变可伴随着恰好在转变之前或恰好在转变之后以及在调整到第二空气流量之前空气流量的增加。例如，第一空气流量和第二空气流量可对应于恒定或基本上恒定的马达速度以及对应恒定或基本上恒定的气流速度。再次参见图38中的图形显示，除了分别在时间t1和时间t2之后不久的突发速度54302和54304之外，气流速度在时间t1和时间t2之间以及同样在时间t2和时间t3之间基本上恒定。图38所示的基本上恒定的气流速度可对应于排抽系统的相应操作模式中的相应恒定马达速度。
仍然参见图38，在时间t0处，气流速度可为V0和V1之间的非零值，其可对应于“安静”模式54310的马达速度。在“安静”模式54310中，排抽系统可被配置成能够从外科部位对流体进行采样。采样流体可用于确定例如排烟系统、能量装置和/或外科系统的另一个部件的操作状态。在时间t1处，排抽系统可进入“活动”模式54312。在某些情况下，“活动”模式54312可由排抽系统中的一个或多个传感器触发，如本文进一步所述。气流速度增加到时间t1处的速度V1和/或增加到时间t2处的速度V2可伴随着恰好在转变或启动至新速度水平之后气流速度的附加增加。更具体地，气流速度在图38中在时间t1之后不久并且在时间t2处的后续调整之前出现尖峰。另外，在第二“活动”模式54314中，当气流从速度v1转变为速度v2时，气流速度在时间t2之后不久出现尖峰。
附加地或另选地，排抽系统的功率电平从第一气流速度到第二气流速度的降低可伴随着恰好在降低之前气流速度的初始增加。例如，当气流速度从第一恒定或基本上恒定的水平降低至第二恒定或基本上恒定的水平时，气流速度可经历类似于图38所示的那些的气流速度尖峰。在一种情况下，控制电路可在从“活动模式”返回到恒定“安静模式”马达速度之前直接影响气流速度尖峰。在各种情况下，例如，安静模式之前的突发速度可冲洗外科系统和/或排烟系统。
根据本公开的各方面，各种颗粒传感器，诸如图18和图19中的颗粒传感器50838和50848，例如可被定位和配置成能够对流经排抽系统50800和50900和/或在该排抽系统内流动的颗粒进行计数。相似地，空气质量颗粒传感器，诸如图18和图19中的颗粒传感器50852，例如可被定位和配置成能够对排抽系统50800和50900周围和/或外科手术室内的周围空气中的颗粒进行计数。各种颗粒传感器(例如，颗粒传感器50838、50848、50852等)可进一步被配置成能够将指示颗粒浓度的信号传输到例如控制电路，以便调整气流速度。
再次参见图38，用于排抽系统的马达可在时间t0和时间t1之间以恒定“安静”模式54310运行。在时间t0和时间t1之间，至少一个颗粒传感器(例如，颗粒传感器50838和/或50848)可对流经排抽系统的颗粒进行主动计数。在某些情况下，至少一个颗粒传感器(例如，颗粒传感器50852)可对周围空气中的颗粒进行主动计数。在至少一种情况下，控制电路可将在颗粒传感器50838和/或颗粒传感器50848处计数的颗粒与在颗粒传感器50852处计数的颗粒进行比较。控制电路可确定例如由颗粒传感器50838和/或颗粒传感器50848检测的颗粒浓度超过第一阈值，诸如图38中的阈值C1。阈值C1可对应于例如颗粒浓度水平和/或在沿流动路径的各种传感器处计数的颗粒的比率。响应于颗粒浓度超过第一阈值C1，控制电路可在时间t1处将马达速度从与第一非零气流速度相关联的“安静”模式54310速度增加到与第二气流速度(例如，V1)相关联的第二马达速度或“活动”模式54312。如上所述，气流速度的增加可伴随着时间t1后不久的气流速度尖峰或突发54302。
仍然参见图38，控制电路可继续检测来自颗粒传感器50838、50848和/或50852中的至少一者的颗粒浓度，同时从时间t1到时间t2保持与气流速度V1相关联的马达速度。在时间t2处，控制电路可确定由颗粒传感器50838、50848和/或50852中的至少一者检测的颗粒浓度和/或比率超过次级阈值，诸如图38中的阈值C2。阈值C2可对应于颗粒浓度水平和/或在沿着流动路径的各种传感器处计数的颗粒的比率，其大于第一阈值C1。响应于在时间t2处超过第二阈值C2，控制电路被配置成能够将马达速度从与气流速度V1或第一“活动”模式54314相关联的马达速度增加至与增加的气流速度V2或第二“活动”模式54314相关联的马达速度。同样，从气流速度V1增加到气流速度V2可伴随着时间t2后不久的气流速度尖峰或突发54304。
在各种情况下，控制电路可例如通过颗粒传感器50838、50848和/或50852继续接收指示颗粒浓度的输入，同时在时间t2和时间t3之间保持与气流速度V2相关联的马达速度。在时间t3处，控制电路可确定由颗粒传感器50838、50848和/或50852中的至少一者检测的颗粒浓度和/或比率已降低到低于第一阈值C1。作为响应，控制电路可将马达速度从与气流速度V2相关联的马达速度降低回到与第一非零气流速度相关联的“安静”模式速度。如上所述，在某些情况下，从气流速度V2降低回到非零气流速度可伴随着时间t3后不久的气流速度尖峰。控制电路可例如继续检测和/或比较由颗粒传感器50838、50848和/或50852检测的颗粒浓度，同时在时间t3之后保持“安静”模式速度。
在本公开的各个方面，马达可为变速马达。例如，马达50512(图4)可为变速马达。在这样的情况下，可基于外部测量的参数来控制马达的速度。例如，可基于在排抽系统外部测量的参数来增加、降低或保持变速马达的速度。
根据本公开的各方面，马达50512(图4)可通过改变对马达50512的电流供应来调节。例如，可向马达50512供应第一电流量，以使得马达50512在第一操作水平下操作。另选地，可向马达50512供应第二电流量，以使得马达50512在第二操作水平下操作。更具体地讲，变化的电流供应可通过改变到马达50512的电输入的脉宽调制(PWM)占空比来实现。在其他方面，可通过调整供应给马达的电流的频率来改变电流。在本公开的各个方面，马达50512联接到旋转机构或泵50506(例如，如本文所述的压缩机、鼓风机等)，使得减小到马达50512的电流输入的占空比或频率降低泵50506的旋转速度。以类似的方式，增加到马达50512的电流输入的占空比或频率可增加泵50506的旋转速度。
在本公开的各个方面，当不需要排抽和/或抽吸时，马达50512的较低操作水平可比完全断开马达50512更有利，然后当需要抽吸时将马达50512切换回接通。例如，临床医生可能仅需要在长的手术周期期间间歇地使用抽吸。在此类方面，将马达50512从完全断开状态接通需要高启动扭矩，以便克服马达50512的静止惯性。以这种方式重复地将马达50512从完全断开模式接通是低效的，并且可缩短马达50512的寿命。另选地，采用较低的操作水平允许马达50512在手术期间在排抽系统的间歇使用期间保持接通，并且可以在不需要克服马达的静止惯性所需的更高扭矩的情况下调整到较高操作水平(例如，当需要附加抽吸时)。
在本公开的各个方面，可为马达参数确定或预先确定一系列变化。在一个示例中，马达速度范围对于变速马达可以是预先确定的。在各个方面，如上所述，控制电路可基于来自一个或多个传感器的反馈来确定外科部位处需要特定的流量或者需要增加或减少流量。例如，控制电路中的处理器50308和/或50408可被配置成能够从一个或多个传感器接收输入并且至少部分地基于传感器输入来实现对流量的调整。可实时或接近实时地确定调整。
在一个方面，控制电路可基于由外科系统中的传感器检测的测量结果来确定调整马达的需要，该传感器诸如为被定位和配置成能够检测流体的至少一个传感器(例如，图18和图19中的流体检测传感器50830)、和/或流体中的颗粒(例如，图18和图19中的颗粒传感器50838和/或50848)、和/或电外科器械上的能够定位在外科部位处/附近的单独传感器(例如，图7中的电外科器械50630)。响应于确定的需要，控制电路可发送驱动信号以向马达50512(图4)供应驱动电流，从而将其速度调整到经调整的马达速度。该经调整的马达速度可对应于期望的特定流量。
另选地，响应于确定的需要，控制电路可发送驱动信号以向马达50512供应驱动电流，从而将马达速度增加或减小到预先确定的马达速度范围内的速度。在此类情况下，控制电路将变速马达的速度增加或降低限制在预先确定的马达速度范围内。该经调整的马达速度可对应于或可不对应于期望的经调整的流量。例如，由于预先确定的马达速度范围，控制电路可能无法调整马达速度以实现期望的流量。
在本公开的另一方面，诸如当马达以手动模式操作时，外科手术室中的临床医生可选择马达速度。例如，临床医生可经由用户界面将变速马达手动改变为期望的马达速度。用户界面以在例如排抽系统的外壳和/或外科集线器接口上。在各个方面，用户界面可向临床医生显示外部测量参数(例如，经由外科部位处或附近的传感器测量的烟雾和/或颗粒的量)，并且临床医生可基于外部测量参数手动设定马达速度。在这样的方面，用户界面可发送驱动信号以向马达供应驱动电流，从而将马达速度设定、增加或降低到所选择的马达速度。
在本公开的一个方面，控制电路可基于在排抽系统内检测和/或测量的压力条件将第一驱动信号改变为第二驱动信号。例如，再次参见图18和图19，压力传感器50840、50846、50850和50854可将其相应的压力传输到控制电路，这可基于检测的压力中的一个或多个压力将第一驱动信号改变为第二驱动信号。值得注意的是，在这样的方面，实际马达速度可不等于用户经由用户界面所选择的马达速度。例如，如果排抽系统内测量的压力超过阈值压力，则允许与用户选择的马达速度相关联的增加马达速度可能损坏马达和/或排抽系统的其他部件。因此，控制电路可超控用户选择的马达速度，以防止对排抽系统及其部件的损坏。
在本公开的另一方面，马达速度可由控制电路自动选择，诸如当马达以自动模式操作时。在这样的方面，控制电路可发送驱动信号以向马达供应驱动电流，从而基于外部测量参数(例如，在外科部位处或附近测量的烟雾和/或颗粒的量)将马达速度设定、增加或降低到适当的马达速度。在另选的方面，控制电路可发送驱动信号，以向马达供应驱动电流，从而基于排抽系统内测量的参数(包括由其中的各种传感器检测的压力和颗粒浓度中的至少一者)来设定、增加或降低马达速度。在一个示例中，压力传感器50840、50846、50850和50854可将其相应的检测的和/或测量的压力传输到控制电路。附加地或另选地，颗粒传感器50838、50848和50852可将其相应的检测的和/或测量的颗粒计数传输到控制电路。
现在参见图35，示出了用于外科排抽系统的调整算法54000。本文所公开的各种外科排抽系统可利用图35的调整算法54000。此外，读者将容易理解，在某些情况下，调整算法54000可与本文所述的一个或多个附加调整算法组合。对外科排抽系统的调整可通过处理器来实现，该处理器与排抽器泵的马达(参见例如图5和图6中的处理器和泵)进行信号通信。例如，处理器50408可实现调整算法54000。此类处理器还可与外科排抽系统中的一个或多个传感器进行信号通信。
在一种情况下，控制电路54008可通信地联接到第一颗粒传感器54010(该第一颗粒传感器可类似于图18和图19中的颗粒传感器50838)，并且可在框54002处传输包括其检测的和/或测量的颗粒计数的第一信号。另外，控制电路54008可联接到第二颗粒传感器54012(该第二颗粒传感器在许多方面可类似于图18和图19中的颗粒传感器50848)，并且可在框54004处将包括其检测的和/或测量的颗粒计数的第二信号传输到控制电路。然后，控制电路54008可在框54006处传输驱动信号，以在框54016处将确定的驱动电流施加到排抽系统马达。例如，控制电路54008可在许多方面类似于图5和图6中的控制示意图，并且可包括通信地联接到存储器的处理器。在另一方面，传感器50840、50846、50850、50854、50838、50848和50852(图18和图19)的任何组合可将其相应的检测的和/或测量的参数传输到控制电路54008。在这样的另选的方面，控制电路可基于内部测量的参数来确定适当的马达速度。在任一种情况下，用户界面可在各种情况下显示当前马达速度。
在本公开的各个方面，适当的马达速度可以是基于存储在云，诸如云104(图39)和/或云204(图46)中的历史数据来确定的理想马达速度。例如，在给定测量的外部和/或内部参数的情况下，理想的马达速度可为最有效的速度。在其他方面，适当的马达速度可为理想马达速度，该理想马达速度被确定为使得所有测量的压力均低于阈值压力。换句话讲，例如，避免对排抽系统部件的损坏并且使颗粒浓度(诸如，在颗粒传感器50848处测量的浓度)最小化。在另外的方面，可手动调整由控制电路自动选择的马达速度。在这样的手动超控模式中，用户可选择与自动选择的马达速度不同的期望马达速度。在这样的方面，用户界面可显示所选择的马达速度。在本公开的另外的方面，用户界面可显示由控制电路确定的理想马达速度，使得通知用户已设定和/或选择小于(或大于)理想马达速度和/或流量。
在本公开的另一方面，供应给控制电路的外部测量参数可包括由发生器供应给电外科器械(诸如由图6中的发生器50640供应给电外科器械50630)的电外科信号的功率电平。在这样的方面，控制电路可与功率电平的增加成比例地增加马达速度。例如，各种增加的功率电平可与云数据库中增加的烟雾水平相关。以类似的方式，控制电路可与功率电平的降低成比例地降低马达速度。此处，在可另选的方面，可在排抽系统处设定(例如，如本文所述自动地和/或手动地)马达速度。此外，在这样的方面，设定在发生器50640处的功率电平可影响设定的马达速度。在一个方面，可基于在发生器50640处设定的功率电平来改变手动设定的马达速度。在另一方面，可基于在发生器50640处设定的功率电平来改变自动设定的马达速度。
图36示出了例如外科排抽系统(诸如排抽系统50800和50900)的颗粒计数、功率、电压和马达速度的图形显示54100。排抽系统的控制电路被配置成能够基于外部测量参数和内部测量参数来调节马达速度。在本公开的一个方面，图5和图6中的控制电路可实现所描绘的马达速度调整。在图36中，外部测量参数是由外科手术中使用的发生器供应给电外科器械(例如，由图7中的发生器50640供应给电外科器械50630)的电外科信号的功率电平。内部测量参数是例如由排抽系统检测的颗粒计数，诸如图18和图19中的激光颗粒计数计数器50838。读者将容易理解，在某些情况下，可基于外部测量参数或内部测量参数中的一者来调整马达速度。在某些情况下，可利用附加的内部或外部参数来调整马达速度。
在时间t0处，马达速度为零，供应给电外科器械的功率电平为零，并且由颗粒传感器50838检测的颗粒计数为零。在时间t1处，由发生器向电外科器械供应第一功率电平。在一个示例中，第一功率电平可对应于凝结模式。在时间t1处或其后不久的功率电平增加的同时，控制电路发送驱动信号以向马达供应启动电流。启动电流在马达在t1和t2之间稳定到基线(例如，空转)马达速度54104之前导致马达速度的突发54102。基线马达速度54104可对应于例如转动泵所需的最小扭矩。例如，当时间接近t2时，马达速度可以对应于睡眠或安静模式，在该模式中为排烟器供电以预期产生烟雾。在时间t1处，颗粒传感器50838不影响马达速度。
在时间t2处，颗粒传感器50838检测颗粒浓度的第一尖峰54106，其将颗粒计数增加到高于最小阈值54110，该最小阈值对应于排烟的“活动”模式。响应于该第一尖峰54106，在时间t2之后不久，控制电路发送第二驱动信号以向马达供应增加的电流，从而将穿过排抽系统的流量从例如“安静”模式增加到“活动”模式。响应于增加的流量，由颗粒传感器50838计数的颗粒浓度在时间t2和时间t3之间开始下降。控制电路主动监测来自颗粒传感器50838的输出，并且因为颗粒浓度下降，所以发送第三驱动信号以向马达50512供应与由颗粒传感器50838检测的降低的颗粒浓度成比例的减少的电流。换句话讲，时间t2和时间t3之间的马达速度与由颗粒传感器50838检测的颗粒浓度成比例。
在时间t3处，由发生器50640供应的在时间t1和t3之间保持相对恒定的第一功率电平从第一功率电平54112增加到第二功率电平54114。在一个示例中，第二功率电平54114可对应于切割模式。响应于发生器的功率电平增加，在时间t3之后不久，控制电路发送第三驱动信号以向马达供应增加的电流，从而再次增加穿过排抽系统的流量。例如，马达速度可响应于时间t3处的波形变化而改变。另外，由于增加的功率电平，颗粒传感器50838检测计数的颗粒中的第二尖峰54108。第三驱动信号可以解决烟雾中增加的颗粒浓度。响应于增加的马达速度，由颗粒传感器50838计数的颗粒在时间t3和t4之间减少。同样，控制电路主动监测颗粒传感器50838并且发送第四驱动信号以向马达提供与由颗粒传感器50838检测的颗粒浓度的降低成比例的减少的电流。
在时间t4处，由发生器供应的在时间t3和t4之间保持相对恒定的第二功率电平54114在时间t4和t5之间以稳定速率减小。作为响应，在时间t4之后，由颗粒传感器50838检测的颗粒浓度也减小。事实上，颗粒浓度在时间t4和时间t5之间下降到略低于最小阈值54110且高于关闭阈值54118的水平，并且在接近关闭阈值54118至时间t5保持相对恒定。在一种情况下，这可以对应于从外科部位排抽残余烟雾。控制电路在时间t4和t5之间继续监测颗粒传感器50838，并且发送后续驱动信号以与时间t4和时间t5之间的颗粒浓度的降低成比例地减少到马达的电流。
在时间t5处，颗粒浓度的第三尖峰54116可由颗粒传感器50838检测，这再次将颗粒计数增加到高于最小阈值54110。在一种情况下，在外科手术期间产生并由颗粒传感器50838检测的附加烟雾可能是组织状态的结果。例如，当组织在手术期间变干时，可产生附加烟雾。响应于在时间t5处增加的烟雾，发生器波形自动调整以使烟雾最小化。例如，可由发生器供应第三功率电平。此外，在时间t1和时间t5之间保持在相对恒定的第一电平的电压在时间t5之后下降到相对恒定的第二电平，直到时间t6。在功率增加，电压降低的时间t5处的波形调整54122可被配置成能够在某些情况下产生较少的烟雾。
响应于在时间t5处对发生器的功率电平进行调整，由颗粒传感器50838检测的颗粒浓度在时间t5和t6之间稳定地减小。在时间t6处，例如，发生器的功率电平和电压诸如在完成外科步骤后对应于断电状态减小到零。此外，由颗粒传感器50838检测的颗粒浓度在时间t6处下降到低于关闭阈值54118。作为响应，控制电路发送驱动信号以向马达供应减少的电流，从而将马达速度减小到睡眠或安静模式54120。
在各种情况下，排抽系统可自动感测并补偿腹腔镜使用。例如，排抽系统可自动检测外科系统的腹腔镜式模式。对于腹腔镜式外科手术，患者的体腔被吹入气体(例如，二氧化碳)以使体腔膨胀并且在外科手术期间为医师创建工作和/或观察空间。使体腔膨胀产生加压腔。在此类情况下，如本文所公开，排抽系统可被配置成能够感测例如加压腔并响应于加压腔参数来调整排抽系统参数的参数，诸如马达速度。
例如，再次参见图18和图19，压力传感器50840可检测高于特定阈值压力的压力，该阈值压力可对应于常规用于吹入的压力。在此类情况下，控制电路可初始确定正在被执行的外科手术是否为腹腔镜式外科手术。在某些情况下，排烟系统的控制电路(例如，图5和图6中的处理器50308和/或50408)可查询可通信地联接的外科集线器和/或云以确定是否正在执行腹腔镜式外科手术。例如，如本文进一步所述，态势感知可确定和/或确认是否正在执行腹腔镜式手术。
在某些情况下，外部控制电路(诸如与外科集线器相关联的控制电路)可查询可通信地联接的云。在另一方面，排抽系统的用户界面可以接收来自医师的输入。控制电路可从用户界面接收指示正在被执行的外科手术为腹腔镜式外科手术的信号。如果不是腹腔镜式外科手术，则控制电路可确定过滤器是否堵塞和/或部分堵塞，如本文所述。如果其为腹腔镜式外科手术，则控制电路可将在压力传感器50840处检测的压力调整预先确定的量，以在传感器50840处实现腹腔镜调整的压力。可根据本文所述的各个方面利用传感器50840处的这种腹腔镜调整的压力来代替在传感器50840处检测的实际压力。在此类方面，这可避免过滤器被堵塞和/或部分堵塞的不适当和/或过早指示。此外，前述调整可避免不必要的马达速度调整。
根据各个方面，响应于确定正在被执行的外科手术为腹腔镜式外科手术，排抽系统可进一步感测这样的加压腔并且调整排抽系统参数(例如，马达速度)。在此类方面，在压力传感器(诸如压力传感器50840)例如检测到排抽系统正在加压环境内使用之后，控制电路可发送驱动信号以将马达的一个或多个操作参数改变为腹腔镜式手术的有效排抽速率。在一个示例中，可向下调整基线(例如，空转)马达速度和/或上限马达速度以补偿由加压腔供应的添加压力(例如，参见图7，通过外科器械50630的尖端和抽吸软管50636附近的远侧导管开口50634)。在此类情况下，在压力传感器(诸如压力传感器50840)检测到排抽系统正在加压环境内使用之后，控制电路可相对于压力传感器处的压力损失设置次级阈值并且/或者监测建立的次级阈值。
如果在压力传感器50840处检测的压力下降到低于此类次级阈值，则排抽系统可不利地影响外科部位的吹入。例如，对马达速度的调整可使压力传感器50840处的压力下降到低于次级阈值。在某些情况下，可将单独的压力传感器定位在电外科器械上(即，使得其在腹腔镜式手术期间位于体腔内)，以在腹腔镜式外科手术期间初始检测加压腔和/或监测体腔内的压力。在此类方面，这样的压力传感器将向控制电路发送信号以适当地调整排抽系统参数(例如，马达速度)，如本文所述。
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。下文进一步描述了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39，计算机实现的交互式外科系统100包括一个或多个外科系统102和基于云的系统(例如，可包括联接到存储装置105的远程服务器113的云104)。每个外科系统102包括与可包括远程服务器113的云104通信的至少一个外科集线器106。在一个示例中，如图39中所示，外科系统102包括可视化系统108、机器人系统110和手持式智能外科器械112，其被配置成能够彼此通信并且/或者与集线器106通信。在一些方面，外科系统102可包括M数量的集线器106、N数量的可视化系统108、O数量的机器人系统110和P数量的手持式智能外科器械112，其中M、N、O和P为大于或等于一的整数。
图40示出了用于对平躺在外科手术室116中的手术台114上的患者执行外科手术的外科系统102的示例。机器人系统110在外科手术中用作外科系统102的一部分。机器人系统110包括外科医生的控制台118、患者侧推车120(外科机器人)和外科机器人集线器122。当外科医生通过外科医生的控制台120观察外科部位时，患者侧推车117可通过患者体内的微创切口操纵至少一个可移除地联接的外科工具118。外科部位的图像可通过医疗成像装置124获得，该医疗成像装置可由患者侧推车120操纵以定向成像装置124。机器人集线器122可用于处理外科部位的图像，以随后通过外科医生的控制台118显示给外科医生。
其他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的光学部件可包括一个或多个照明源和/或一个或多个透镜。一个或多个照明源可被引导以照明外科场地的多部分。一个或多个图像传感器可接收从外科场地反射或折射的光，包括从组织和/或外科器械反射或折射的光。
一个或多个照明源可被配置成能够辐射可见光谱中的电磁能以及不可见光谱。可见光谱(有时被称为光学光谱或发光光谱)是电磁光谱中对人眼可见(即，可被其检测)的那部分，并且可被称为可见光或简单光。典型的人眼将对空气中约380nm至约750nm的波长作出响应。
不可见光谱(即，非发光光谱)是电磁光谱的位于可见光谱之下和之上的部分(即，低于约380nm且高于约750nm的波长)。人眼不可检测到不可见光谱。大于约750nm的波长长于红色可见光谱，并且它们变为不可见的红外(IR)、微波和无线电电磁辐射。小于约380nm的波长比紫色光谱短，并且它们变为不可见的紫外、x射线和γ射线电磁辐射。
在各种方面，成像装置124被配置用于微创手术中。适用于本公开的成像装置的示例包括但不限于关节镜、血管镜、支气管镜、胆道镜、结肠镜、细胞检查镜、十二指镜、肠窥镜、食道-十二指肠镜(胃镜)、内窥镜、喉镜、鼻咽-肾内窥镜、乙状结肠镜、胸腔镜和子宫内窥镜。
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“外科手术室”(即，手术室或治疗室)中所需的严格的卫生和消毒条件需要所有医疗装置和设备的最高可能的无菌性。该灭菌过程的一部分是需要对接触患者或穿透无菌场的任何物质进行灭菌，包括成像装置124及其附接件和部件。应当理解，无菌场可被认为是被认为不含微生物的指定区域，诸如在托盘内或无菌毛巾内，或者无菌场可被认为是已准备用于外科手术的患者周围的区域。无菌场可包括被恰当地穿着的擦洗的团队构件，以及该区域中的所有家具和固定件。
在各种方面，可视化系统108包括一个或多个成像传感器、一个或多个图像处理单元、一个或多个存储阵列、以及一个或多个显示器，其相对于无菌场进行策略布置，如图40中所示。在一个方面，可视化系统108包括用于HL7、PACS和EMR的界面。可视化系统108的各种部件在2017年12月28日提交的标题为“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40中所示，主显示器119被定位在无菌场中，以对在手术台114处的操作者可见。此外，可视化塔111被定位在无菌场之外。可视化塔111包括彼此背离的第一非无菌显示器107和第二非无菌显示器109。由集线器106引导的可视化系统108被配置成能够利用显示器107、109和119来将信息流协调到无菌场内侧和外侧的操作者。例如，集线器106可使得成像系统108在非无菌显示器107或109上显示由成像装置124记录的外科部位的快照，同时保持外科部位在主显示器119上的实时馈送。非无菌显示器107或109上的快照可允许非无菌操作者例如执行与外科手术相关的诊断步骤。
在一个方面，集线器106还被配置成能够将由非无菌操作者在可视化塔111处输入的诊断输入或反馈路由至无菌场内的主显示器119，其中可由操作台上的无菌操作员查看。在一个示例中，输入可以是对显示在非无菌显示器107或109上的快照的修改形式，其可通过集线器106路由到主显示器119。
参见图40，外科器械112作为外科系统102的一部分在外科手术中使用。集线器106还被配置成能够协调流向外科器械112的显示器的信息流。例如，在2017年12月28日提交的标题为“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41，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41中所示，集线器106还包括排烟模块126和/或抽吸/冲洗模块128。
在外科手术期间，用于密封和/或切割的对组织的能量施加通常与排烟、抽吸过量流体和/或冲洗组织相关。来自不同来源的流体管线、功率管线和/或数据管线通常在外科手术期间缠结。在外科手术期间解决该问题可丢失有价值的时间。断开管线可需要将管线与其相应的模块断开连接，这可需要重置模块。集线器模块化壳体136提供用于管理功率管线、数据管线和流体管线的统一环境，这降低了此类管线之间缠结的频率。
本公开的各方面提供了用于外科手术的外科集线器，该外科手术涉及将能量施加到外科部位处的组织。外科集线器包括集线器壳体和可滑动地接收在集线器壳体的对接底座中的组合发生器模块。对接底座包括数据触点和功率触点。组合发生器模块包括座置在单个单元中的超声能量发生器部件、双极RF能量发生器部件和单极RF能量发生器部件中的两个或更多个。在一个方面，组合发生器模块还包括排烟部件，用于将组合发生器模块连接到外科器械的至少一根能量递送缆线、被配置成能够排出通过向组织施加治疗能量而产生的烟雾、流体和/或颗粒的至少一个排烟部件、以及从远程外科部位延伸至排烟部件的流体管线。
在一个方面，流体管线是第一流体管线，并且第二流体管线从远程外科部位延伸至可滑动地接收在集线器壳体中的抽吸和冲洗模块。在一个方面，集线器壳体包括流体接口。
某些外科手术可需要将多于一种能量类型施加到组织。一种能量类型可更有利于切割组织，而另一种不同的能量类型可更有利于密封组织。例如，双极发生器可用于密封组织，而超声发生器可用于切割密封的组织。本公开的各方面提供了一种解决方案，其中集线器模块化壳体136被配置成能够容纳不同的发生器，并且有利于它们之间的交互式通信。集线器模块化壳体136的优点之一是能够快速地移除和/或更换各种模块。
本公开的各方面提供了在涉及将能量施加到组织的外科手术中使用的模块化外科壳体。模块化外科壳体包括第一能量发生器模块，该第一能量发生器模块被配置成能够生成用于施加到组织的第一能量，和第一对接底座，该第一对接底座包括第一对接端口，该第一对接端口包括第一数据和功率触点，其中第一能量发生器模块能够可滑动地运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能够可滑动地运动出与第一功率和数据触点的电接合。
对上文进行进一步描述，模块化外科壳体还包括第二能量发生器模块，该第二能量发生器模块被配置成能够生成不同于第一能量的第二能量以用于施加到组织，和第二对接底座，该第二对接底座包括第二对接端口，该第二对接端口包括第二数据和功率触点，其中第二能量发生器模块能够可滑动地运动成与功率和数据触点电接合，并且其中第二能量发生器能够可滑动地运动出于第二功率和数据触点的电接触。
此外，模块化外科壳体还包括在第一对接端口和第二对接端口之间的通信总线，其被配置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41-图45，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43中所示，发生器模块140可为具有集成的单极、双极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42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)，其被配置成能够可滑动地接收模块140、126、128。图43示出了可滑动地接收在外科集线器壳体136的对接底座151中的外科集线器壳体136和组合发生器模块145的局部透视图。在组合发生器模块145的背面上具有功率和数据触点的对接端口152被配置成能够当组合发生器模块145滑动到集线器模块壳体136的对应的对接底座151内的适当位置时，将对应的对接端口150与集线器模块化壳体136的对应对接底座151的功率和数据触点接合。在一个方面，组合发生器模块145包括一起集成到单个外壳单元139中的双极、超声和单极模块以及排烟模块，如图43中所示。
在各种方面，排烟模块126包括流体管线154，该流体管线154将捕集/收集的烟雾和/或流体从外科部位传送到例如排烟模块126。源自排烟模块126的真空抽吸可将烟雾吸入外科部位处的公用导管的开口中。联接到流体管线的公用导管可以是端接在排烟模块126处的柔性管的形式。公用导管和流体管线限定朝向接收在集线器壳体136中的排烟模块126延伸的流体路径。
在各种方面，抽吸/冲洗模块128联接到包括吸出流体管线和抽吸流体管线的外科工具。在一个示例中，吸出流体管线和抽吸流体管线为从外科部位朝向抽吸/冲洗模块128延伸的柔性管的形式。一个或多个驱动系统可被配置成能够冲洗到外科部位的流体和从外科部位抽吸流体。
在一个方面，外科工具包括轴，该轴具有在其远侧端部处的端部执行器以及与端部执行器、吸出管和冲洗管相关联的至少一种能量处理。吸出管可在其远侧端部处具有入口，并且吸出管延伸穿过轴。类似地，吸出管可延伸穿过轴并且可具有邻近能量递送工具的入口。能量递送工具被配置成能够将超声能量和/或RF能量递送至外科部位，并且通过初始延伸穿过轴的缆线联接到发生器模块140。
冲洗管可与流体源流体连通，并且吸出管可与真空源流体连通。流体源和/或真空源可座置在抽吸/冲洗模块128中。在一个示例中，流体源和/或真空源可独立于抽吸/冲洗模块128座置在集线器壳体136中。在此类示例中，流体接口能够将抽吸/冲洗模块128连接到流体源和/或真空源。
在一个方面，集线器模块化壳体136上的模块140、126、128和/或其对应的对接底座可包括对准特征部，该对准特征部被配置成能够将模块的对接端口对准成与其在集线器模块化壳体136的对接底座中的对应端口接合。例如，如图42中所示，组合发生器模块145包括侧支架155，该侧支架被配置成能够与集线器模块化壳体136的对应对接底座151的对应支架156可滑动地接合。支架配合以引导组合发生器模块145的对接端口触点与集线器模块化壳体136的对接端口触点电接合。
在一些方面，集线器模块化壳体136的抽屉151为相同的或大体上相同的大小，并且模块的大小被调节为接收在抽屉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。在其他方面，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43中所示，一个抽屉151的对接端口150可通过通信链路157联接到另一个抽屉151的对接端口150，以有利于容纳在集线器模块化壳体136中的模块之间的交互式通信。另选地或附加地，集线器模块化壳体136的对接端口150可有利于座置在集线器模块化壳体136中的模块之间的无线交互式通信。可采用任何合适的无线通信，诸如例如Air Titan-Bluetooth。
图44示出了用于侧向模块化外壳160的多个侧向对接端口的单个功率总线附接件，该侧向模块化外壳被配置成能够接收外科集线器206的多个模块。侧向模块化外壳160被配置成能够侧向地接收模块161并使模块互连。模块161可滑动地插入到侧向模块化外壳160的对接底座162中，该侧向模块化外壳160包括用于互连模块161的底板。如图44中所示，模块161侧向地布置在侧向模块化外壳160中。另选地，模块161可竖直地布置在侧向模块化外壳中。
图45示出了被配置成能够接收外科集线器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竖直地布置，但在某些情况下，竖直模块化外壳164可包括侧向地布置的抽屉。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45的示例中，提供了用于显示与模块165的操作相关的数据的显示器177。此外，竖直模块化外壳164包括主模块178，该主模块座置可滑动地接收在主模块178中的多个子模块。
在各种方面，成像模块138包括集成视频处理器和模块化光源，并且适于与各种成像装置一起使用。在一个方面，成像装置由可装配有光源模块和相机模块的模块化外壳构成。外壳可为一次性外壳。在至少一个示例中，一次性外壳可移除地联接到可重复使用的控制器、光源模块和相机模块。光源模块和/或相机模块可根据外科手术的类型选择性地选择。在一个方面，相机模块包括CCD传感器。在另一方面，相机模块包括CMOS传感器。在另一方面，相机模块被配置用于扫描波束成像。同样，光源模块可被配置成能够递送白光或不同的光，具体取决于外科手术。
在外科手术期间，从外科场地移除外科装置并用包括不同相机或不同光源的另一外科装置替换外科装置可为低效的。暂时失去对外科场地的视线可导致不期望的后果。本公开的模块成像装置被配置成能够允许在外科手术期间中流替换光源模块或相机模块，而不必从外科场地移除成像装置。
在一个方面，成像装置包括包括多个通道的管状外壳。第一通道被配置成能够可滑动地接收相机模块，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收光源模块，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”的美国专利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 ARTIFACTREMOVAL APPARATUS AND METHOD”的美国专利7,982,776描述了用于从图像数据中去除运动伪影的各种系统，该专利以引用方式全文并入本文。此类系统可与成像模块138集成。此外，2011年12月15日公布的标题为“CONTROLLABLE MAGNETIC SOURCE TO FIXTUREINTRACORPOREAL APPARATUS”的美国专利申请公布2011/0306840和2014年8月28日公布的标题为“SYSTEM FOR 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46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手术的医疗设施中的任何房间连接到基于云的系统(例如，可包括联接到存储装置205的远程服务器213的云204)。在一个方面，模块化通信集线器203包括与网络路由器通信的网络集线器207和/或网络交换机209。模块化通信集线器203还可联接到本地计算机系统210以提供本地计算机处理和数据操纵。外科数据网络201可被配置成能够无源的、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部，以使得能够监测穿过外科数据网络的流量并配置网络集线器207或网络交换器209中的每个端口。智能外科数据网络可被称为可管理的集线器或交换器。交换集线器读取每个包的目标地址，并且然后将包转发到正确的端口。
位于手术室中的模块化装置1a-1n可联接到模块化通信集线器203。网络集线器207和/或网络交换机209可联接到网络路由器211以将装置1a-1n连接至云204或本地计算机系统210。与装置1a-1n相关联的数据可经由路由器传输到基于云的计算机，用于远程数据处理和操纵。与装置1a-1n相关联的数据也可被传输至本地计算机系统210以用于本地数据处理和操纵。位于相同手术室中的模块化装置2a-2m也可联接到网络交换机209。网络交换机209可联接到网络集线器207和/或网络路由器211以将装置2a-2m连接至云204。与装置2a-2n相关联的数据可经由网络路由器211传输到云204以用于数据处理和操纵。与装置2a-2m相关联的数据也可被传输至本地计算机系统210以用于本地数据处理和操纵。
应当理解，可通过将多个网络集线器207和/或多个网络交换机209与多个网络路由器211互连来扩展外科数据网络201。模块化通信集线器203可被包含在模块化控制塔中，该模块化控制塔被配置成能够接收多个装置1a-1n/2a-2m。本地计算机系统210也可包含在模块化控制塔中。模块化通信集线器203连接到显示器212以显示例如在外科手术期间由装置1a-1n/2a-2m中的一些获得的图像。在各种方面，装置1a-1n/2a-2m可包括例如各种模块，诸如联接到内窥镜的成像模块138、联接到基于能量的外科装置的发生器模块140、排烟模块126、抽吸/冲洗模块128、通信模块130、处理器模块132、存储阵列134、连接到显示器的外科装置、和/或可连接到外科数据网络201的模块化通信集线器203的其他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连接至云的网络集线器、网络交换机和网络路由器的组合。联接到网络集线器或网络交换机的装置1a-1n/2a-2m中的任何一者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、存储装置和应用程序)递送至位于外科手术室(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他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装置通信的计算机。
对由装置1a-1n/2a-2m所收集的数据应用云计算机数据处理技术，外科数据网络提供改善的外科结果，降低的成本和改善的患者满意度。可采用装置1a-1n/2a-2m中的至少一些来观察组织状态以评估在组织密封和切割手术之后密封的组织的渗漏或灌注。可采用装置1a-1n/2a-2m中的至少一些来识别病理学，诸如疾病的影响，使用基于云的计算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手术结果。此类数据分析可进一步采用结果分析处理，并且使用标准化方法可提供有益反馈以确认外科治疗和外科医生的行为，或建议修改外科治疗和外科医生的行为。
在一个具体实施中，手术室装置1a-1n可通过有线信道或无线信道连接至模块化通信集线器203，这取决于装置1a-1n至网络集线器的配置。在一个方面，网络集线器207可被实现为在开放式系统互连(OSI)模型的物理层上工作的本地网络广播装置。该网络集线器提供与位于同一手术室网络中的装置1a-1n的连接。网络集线器207以包的形式收集数据，并以半双工模式将其发送至路由器。网络集线器207不存储用以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中的仅一者可一次通过网络集线器207发送数据。网络集线器207没有关于在何处发送信息并在每个连接上广播所有网络数据以及通过云204向远程服务器213(图47)广播所有网络数据的路由表或智能。网络集线器207可以检测基本网络错误诸如冲突，但将所有信息广播到多个端口可带来安全风险并导致瓶颈。
在另一个具体实施中，手术室装置2a-2m可通过有线信道或无线信道连接到网络交换机209。网络交换机209在OSI模型的数据链路层中工作。网络交换机209是用于将位于相同手术室中的装置2a-2m连接到网络的多点广播装置。网络交换机209以帧的形式向网络路由器211发送数据并且以全双工模式工作。多个装置2a-2m可通过网络交换机209同时发送数据。网络交换机209存储并使用装置2a-2m的MAC地址来传输数据。
网络集线器207和/或网络交换机209联接到网络路由器211以连接到云204。网络路由器211在OSI模型的网络层中工作。网络路由器211创建用于将从网络集线器207和/或网络交换机211接收的数据包发射至基于云的计算机资源的路由，以进一步处理和操纵由装置1a-1n/2a-2m中的任一者或所有收集的数据。可采用网络路由器211来连接位于不同位置的两个或更多个不同的网络，诸如例如同一医疗设施的不同手术室或位于不同医疗设施的不同手术室的不同网络。网络路由器211以包的形式向云204发送数据并且以全双工模式工作。多个装置可以同时发送数据。网络路由器211使用IP地址来传输数据。
在一个示例中，网络集线器207可被实现为USB集线器，其允许多个USB装置连接到主机。USB集线器可以将单个USB端口扩展到多个层级，以便有更多端口可用于将装置连接到主机系统计算机。网络集线器207可包括用于通过有线信道或无线信道接收信息的有线或无线能力。在一个方面，无线USB短距离、高带宽无线无线电通信协议可用于装置1a-1n和位于手术室中的装置2a-2m之间的通信。
在其他示例中，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)。在其他方面，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和以上的任何其他无线和有线协议。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47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他计算机化装置。如图48中所示，模块化控制塔236包括联接到计算机系统210的模块化通信集线器203。如图47的示例中所示，模块化控制塔236联接到联接到内窥镜239的成像模块238、联接到能量装置241的发生器模块240、排烟器模块226、抽吸/冲洗模块228、通信模块230、处理器模块232、存储阵列234、任选地联接到显示器237的智能装置/器械235、以及非接触传感器模块242。手术室装置经由模块化控制塔236联接到云计算资源和数据存储装置。机器人集线器222也可连接到模块化控制塔236和云计算资源。装置/器械235、可视化系统208等等可经由有线或无线通信标准或协议联接到模块化控制塔236，如本文所述。模块化控制塔236可联接到集线器显示器215(例如，监测器、屏幕)以显示和叠加从成像模块、装置/器械显示器和/或其他可视化系统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48示出了包括联接到模块化控制塔236的多个模块的外科集线器206。模块化控制塔236包括模块化通信集线器203(例如，网络连接性装置)和计算机系统210，以提供例如本地处理、可视化和成像。如图48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48中所示，模块化通信集线器203中的网络集线器/交换机中的每者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手术室的标测图。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，该申请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。基于激光的非接触传感器模块通过发射激光脉冲、接收从手术室的围墙弹回的激光脉冲，以及将发射脉冲的相位与所接收的脉冲进行比较来扫描手术室，以确定手术室的尺寸并调节蓝牙配对距离限制。
计算机系统210包括处理器244和网络接口245。处理器244经由系统总线联接到通信模块247、存储装置248、存储器249、非易失性存储器250和输入/输出接口251。系统总线可为若干类型的总线结构中的任一者，该总线结构包括存储器总线或存储器控制器、外围总线或外部总线、和/或使用任何各种可用总线架构的本地总线，包括但不限于9位总线、工业标准架构(ISA)、微型Charmel架构(MSA)、扩展ISA(EISA)、智能驱动电子器件(IDE)、VESA本地总线(VLB)、外围部件互连(PCI)、USB、高级图形端口(AGP)、个人计算机存储卡国际协会总线(PCMCIA)、小型计算机系统接口(SCSI)或任何其他外围总线。
控制器244可为任何单核或多核处理器，诸如由Texas Instruments提供的商品名为ARM Cortex的那些处理器。在一个方面，处理器可为购自例如Texas InstrumentsLM4F230H5QR ARM Cortex-M4F处理器核心，其包括256KB的单循环闪存或其他非易失性存储器(最多至40MHZ)的片上存储器、用于改善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
Figure BDA0002558547570001191
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Texas Instruments生产的商品名为Hercules ARMCortex R4。安全控制器可被配置成能够专门用于IEC 61508和ISO 26262安全关键应用等等，以提供先进的集成安全特征部，同时递送可定标的性能、连接性和存储器选项。
系统存储器包括易失性存储器和非易失性存储器。基本输入/输出系统(BIOS)(包含诸如在启动期间在计算机系统内的元件之间传输信息的基本例程，)存储在非易失性存储器中。例如，非易失性存储器可包括ROM、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、EEPROM或闪存。易失存储器包括充当外部高速缓存存储器的随机存取存储器(RAM)。此外，RAM可以多种形式可用，诸如SRAM、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据速率SDRAM(DDRSDRAM)增强SDRAM(ESDRAM)、同步链路DRAM(SLDRAM)和直接Rambus RAM(DRRAM)。
计算机系统210还包括可移除/不可移除的、易失性/非易失性的计算机存储介质，诸如例如磁盘存储装置。磁盘存储装置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，磁盘存储装置可包括单独地或与其他存储介质组合的存储介质，包括但不限于光盘驱动器诸如光盘ROM装置(CD-ROM)、光盘可记录驱动器(CD-R驱动器)、光盘可重写驱动器(CD-RW驱动器)或数字通用磁盘ROM驱动器(DVD-ROM)。为了有利于磁盘存储装置与系统总线的连接，可使用可移除或非可移除接口。
应当理解，计算机系统210包括充当用户与在合适的操作环境中描述的基本计算机资源之间的中介的软件。此类软件包括操作系统。可存储在磁盘存储装置上的操作系统用于控制并分配计算机系统的资源。系统应用程序利用操作系统通过存储在系统存储器或磁盘存储装置中的程序模块和程序数据来管理资源。应当理解，本文所述的各种部件可用各种操作系统或操作系统的组合来实现。
用户通过联接到I/O接口251的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。这些和输入装置经由其他接口端口通过系统总线连接到处理器。接口端口包括例如串口、并行端口、游戏端口和USB。输出装置使用与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他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，装置或装置诸如其他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(诸如云计算机)或本地计算机的逻辑连接在联网环境中操作。其他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，仅示出了具有远程计算机的存储器存储装置。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48的计算机系统210、成像模块238和/或图48的可视化系统208、和/或图47和图48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。
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49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装置可被配置成能够处于总线供电模式或自供电模式，并且包括用于管理功率的集线器功率逻辑312。
USB网络集线器300装置包括串行接口引擎310(SIE)。SIE 310是USB网络集线器300硬件的前端，并处理USB规范第8章中描述的大多数协议。SIE 310通常包括多达交易级别的信令。其处理的功能可包括：包识别、事务排序、SOP、EOP、RESET和RESUME信号检测/生成、时钟/数据分离、不返回到零反转(NRZI)数据编码/解码和数位填充、CRC生成和校验(令牌和数据)、包ID(PID)生成和校验/解码、和/或串行并行/并行串行转换。310接收时钟输入314并且联接到暂停/恢复逻辑和帧定时器316电路以及集线器中继器电路318，以通过端口逻辑电路320、322、324控制上游USB收发器端口302和下游USB收发器端口304、306、308之间的通信。SIE 310经由接口逻辑联接到命令解码器326，以经由串行EEPROM接口330来控制来自串行EEPROM的命令。
在各种方面，USB网络集线器300可将配置在多达六个逻辑层(层级)中的127功能连接至单个计算机。此外，USB网络集线器300可使用提供通信和电力分配两者的标准化四线电缆连接到所有外装置。功率配置为总线供电模式和自供电模式。USB网络集线器300可被配置成能够支持四种功率管理模式：具有单独端口功率管理或成套端口功率管理的总线供电集线器，以及具有单独端口功率管理或成套端口功率管理的自供电集线器。在一个方面，使用USB电缆将USB网络集线器300、上游USB收发器端口302插入USB主机控制器中，并且将下游USB收发器端口304、306、308暴露以用于连接USB兼容装置等。
外科器械硬件
图50示出了根据本公开的一个或多个方面的外科器械或工具的控制系统470的逻辑图。系统470包括控制电路。控制电路包括微控制器461，该微控制器包括处理器462和存储器468。例如，传感器472、474、476中的一个或多个向处理器462提供实时反馈。由马达驱动器492驱动的马达482可操作地联接可纵向运动的位移构件以驱动I形梁刀元件。跟踪系统480被配置成能够确定可纵向运动的位移构件的位置。将位置信息提供给处理器462，该处理器可被编程或配置成能够确定可可纵向运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TexasInstruments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Texas Instruments的LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F处理器核心，其包括256KB的单循环闪存或其他非易失性存储器(最多至40MHZ)的片上存储器、用于改善40MHz以上的性能的预取缓冲器、32KB单循环SRAM、装载有
Figure BDA0002558547570001241
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Texas Instruments生产的商品名为HerculesARM Cortex R4。安全控制器可被配置成能够专门用于IEC 61508和ISO 26262安全关键应用等等，以提供先进的集成安全特征部，同时递送可定标的性能、连接性和存储器选项。
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 Microsystems,Inc的A3941。其他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 SURGICAL STAPLING ANDCUTTING 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，其可联接到功率组件并且可与功率组件分离。
驱动器492可为可购自Allegro Microsystems,Inc的A3941。A3941492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。其他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，位移构件表示可纵向运动的驱动构件，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。在其他方面，位移构件表示击发构件，该击发构件可被适配和配置成能够包括驱动齿的齿条。在另一个方面，位移构件表示击发杆或I形梁，其中每一者可被适配和配置成能够包括驱动齿的齿条。因此，如本文所用，术语位移构件通常用于指外科器械或工具的任何可运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，可纵向运动的驱动构件联接到击发构件、击发杆和I形梁。因此，绝对定位系统实际上可通过跟踪可纵向运动的驱动构件的线性位移来跟踪I形梁的线性位移。在各种其他方面，位移构件可联接到适于测量线性位移的任何位置传感器472。因此，可纵向运动的驱动构件、击发构件、击发杆或I形梁或它们的组合可联接到任何合适的线性位移传感器。线性位移传感器可包括接触式位移传感器或非接触式位移传感器。线性位移传感器可包括线性可变差分变压器(LVDT)、差分可变磁阻换能器(DVRT)、滑动电位计、包括可运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运动的线性布置的霍尔效应传感器的磁感测系统、包括可运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运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可包括与齿轮组件可操作地交接的可旋转轴，该齿轮组件与驱动齿的组或齿条啮合接合安装在位移构件上。传感器元件可以可操作地联接到齿轮组件，使得位置传感器472元件的单次旋转对应于位移构件的一些线性纵向平移。传动装置和传感器的布置方式可经由齿条和小齿轮布置方式连接至线性致动器，或者经由直齿齿轮或其他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。位移构件表示可纵向运动的驱动构件，该可纵向运动的驱动构件包括形成于其上的驱动齿的齿条，以用于与齿轮减速器组件的对应驱动齿轮啮合接合。位移构件表示可纵向运动的击发构件、击发杆、I形梁或它们的组合。
与位置传感器472相关联的传感器元件的单次旋转等同于位移构件的纵向线性位移d1，其中d1为在联接到位移构件的传感器元件的单次旋转之后位移构件从点“a”运动到点“b”的纵向线性距离。可经由齿轮减速连接传感器布置方式，该齿轮减速使得位置传感器472针对位移构件的全行程仅完成一次或多次旋转。位置传感器472可针对位移构件的全行程完成多次旋转。
可单独或结合齿轮减速采用一系列开关(其中n为大于一的整数)以针对位置传感器472的多于一次旋转提供独特位置信号。开关的状态被馈送回微控制器461，该微控制器应用逻辑以确定对应于位移构件的纵向线性位移d1+d2+…dn的独特位置信号。位置传感器472的输出被提供给微控制器461。该传感器布置方式的位置传感器472可包括磁性传感器、模拟旋转传感器(如电位差计)、模拟霍尔效应元件的阵列，该霍尔效应元件的阵列输出位置信号或值的独特组合。
位置传感器472可包括任何数量的磁性感测元件，诸如例如根据它们是否测量磁场的总磁场或矢量分量而被分类的磁性传感器。用于产生上述两种类型磁性传感器的技术涵盖物理学和电子学的多个方面。用于磁场感测的技术包括探查线圈、磁通门、光泵、核旋、超导量子干涉仪(SQUID)、霍尔效应、各向异性磁电阻、巨磁电阻、磁性隧道结、巨磁阻抗、磁致伸缩/压电复合材料、磁敏二极管、磁敏晶体管、光纤、磁光，以及基于微机电系统的磁性传感器等等。
在一个方面，用于包括绝对定位系统的跟踪系统480的位置传感器472包括磁性旋转绝对定位系统。位置传感器472可被实现为AS5055EQFT单片磁性旋转位置传感器，其可购自Austria Microsystems,AG。位置传感器472与微控制器461交接，以提供绝对定位系统。位置传感器472为低电压和低功率部件，并且包括位于磁体上的位置传感器472的区域中的四个霍尔效应元件。在芯片上还提供了高分辨率ADC和智能功率管理控制器。提供了坐标旋转数字计算机(CORDIC)处理器(也被称为逐位法和Volder算法)以执行简单有效的算法来计算双曲线函数和三角函数，其仅需要加法、减法、数位位移和表格查找操作。角位置、报警位和磁场信息通过标准串行通信接口(诸如串行外围接口(SPI)接口)发射到微控制器461。位置传感器472提供12或14位分辨率。位置传感器472可为以小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。其他示例包括电压、电流和力的PWM。除了由位置传感器472所测量的位置之外，可提供其他传感器来测量物理系统的物理参数。在一些方面，其他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 TISSUETHICKNESS”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 TISSUE THICKNESS”的美国专利申请公布2014/0263552，该专利全文以引用方式并入本文；以及2017年6月20日提交的标题为“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，该专利申请全文以引用方式并入本文。在数字信号处理系统中，绝对定位系统联接到数字数据采集系统，其中绝对定位系统的输出将具有有限分辨率和采样频率。绝对定位系统可包括比较和组合电路，以使用算法(诸如加权平均和理论控制环路)将计算响应与测量响应进行组合，该算法驱动计算响应朝向所测量的响应。物理系统的计算响应将特性如质量、惯性、粘性摩擦、电感电阻考虑在内，以通过得知输入预测物理系统的状态和输出。
因此，绝对定位系统在器械上电时提供位移构件的绝对位置，并且不使位移构件回缩或推进至如常规旋转编码器可需要的复位(清零或本位)位置，这些编码器仅对马达482采取的向前或向后的步骤数进行计数以推断装置致动器、驱动棒、刀等等的位置。
传感器474(诸如，例如应变仪或微应变仪)被配置成能够测量端部执行器的一个或多个参数，诸如例如在夹持操作期间施加在砧座上的应变的幅值，该幅值可以指示施加到砧座的闭合力。将测量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)可以测量在外科系统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。将测量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。在一种情况中，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50中所示。
图51示出了控制电路500，该控制电路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，该微控制器包括联接到至少一个存储器电路504的一个或多个处理器502(例如，微处理器、微控制器)。存储器电路504存储在由处理器502执行时使得处理器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52示出了组合逻辑电路510，该组合逻辑电路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512被配置成能够在输入514处接收与外科器械或工具相关联的数据，通过组合逻辑512处理数据并提供输出516。
图53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，电路可包括处理器(例如，处理器502，图51)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52)和时序逻辑电路520的组合。
图54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引起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可操作地联接到击发马达驱动组件604，该击发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，并且具体地用于移位I形梁元件。在某些情况下，由马达602产生的击发运动可使得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的组织。I形梁元件可通过反转马达602的方向而回缩。
在某些情况下，外科器械或工具可包括闭合马达603。闭合马达603可以可操作地联接到闭合马达驱动组件605，该闭合马达驱动组件605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。闭合运动可使得例如端部执行器从打开配置转变成接近配置以捕获组织。端部执行器可通过反转马达603的方向而转变到打开位置。
在某些情况下，外科器械或工具可包括例如一个或多个关节运动马达606a、606b。马达606a、606b可以可操作地联接到相应的关节运动马达驱动组件608a、608b，该关节运动马达驱动组件可被配置成能够将由马达606a、606b生成的关节运动发射到端部执行器。在某些情况下，关节运动可使得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，而其他马达保持非活动的。例如，关节运动马达606a、606b可被激活以使得端部执行器进行关节运动，而击发马达602保持非活动的。另选地，击发马达602可被激活以击发多个钉并且/或者推进切割边缘，而关节运动马达606保持非活动的。此外，闭合马达603可与击发马达602同时启动，以使得闭合管和I形梁元件朝远侧推进，如下文更详细地描述。
在某些情况下，外科器械或工具可包括公共控制模块610，该公共控制模块610可与外科器械或工具的多个马达一起使用。在某些情况下，公共控制模块610每次可调节多个马达中的一个。例如，公共控制模块610可单独地联接到外科器械的多个马达并且可从外科器械的多个马达分离。在某些情况下，外科器械或工具的多个马达可共用一个或多个公共控制模块诸如公共控制模块610。在某些情况下，外科器械或工具的多个马达可独立地和选择性地接合公共控制模块610。在某些情况下，公共控制模块610可从与外科器械或工具的多个马达中的一个交接切换到与外科器械或工具的多个马达中的另一个交接。
在至少一个示例中，公共控制模块610可在可操作地接合关节运动马达606a、606b与可操作地接合击发马达602或闭合马达603之间选择性地切换。在至少一个示例中，如图54中所示，开关614可在多个位置和/或状态之间运动或转变。在第一位置616，开关614可以将公共控制模块610电联接到击发马达602；在第二位置617，开关614可以将公共控制模块610电联接到闭合马达603；在第三位置618a，开关614可以将公共控制模块610电联接到第一关节运动马达606a；并且在第四位置618b，开关614可以将公共控制模块610电联接到例如第二关节运动马达606b。在某些情况下，单独的公共控制模块610可同时电联接到击发马达602、闭合马达603和关节运动马达606a、606b。在某些情况下，开关614可为机械开关、机电开关、固态开关、或任何合适的开关机构。
马达602、603、606a、606b中的每者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54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发射到联接到公共控制模块610的马达的电力。在某些情况下，当马达联接到公共控制模块610时，可例如采用微控制器620来确定由马达消耗的电流，如上所述。
在某些情况下，微控制器620可包括微处理器622(“处理器”)和一个或多个非暂态计算机可读介质或存储单元624(“存储器”)。在某些情况下，存储器624可存储各种程序指令，这些程序指令在被执行时可使得处理器622执行本文所述的多个功能和/或计算。在某些情况下，存储器单元624中的一个或多个可例如联接到处理器622。
在某些情况下，功率源628可例如用于为微控制器620供应功率。在某些情况下，功率源628可包括电池(或者“电池组”或“功率组”)，诸如锂离子电池，例如。在某些情况下，电池组可被配置成能够可释放地安装到柄部以用于给外科器械600供电。可将多个串联连接的电池单元用作功率源628。在某些情况下，功率源628可为例如可替换的和/或可再充电的。
在各种情况下，处理器622可控制马达驱动器626以控制联接到公共控制器610的马达的位置、旋转方向、和/或速度。在某些情况下，处理器622可发信号通知马达驱动器626，以停止和/或停用联接到公共控制器610的马达。应当理解，如本文所用的术语“处理器”包括任何合适的微处理器、微控制器、或将计算机的中央处理单元(CPU)的功能结合在一个集成电路或至多几个集成电路上的其他基础计算装置。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。
在一种情况下，处理器622可为任何单核或多核处理器，诸如已知的由TexasInstruments生产的商品名为ARM Cortex的那些。在某些情况下，微控制器620例如可以是购自Texas Instruments的LM4F230H5QR。在至少一个示例中，Texas InstrumentsLM4F230H5QR为ARM Cortex-M4F处理器芯，其包括：256KB的单循环闪存或其他非易失性存储器(最多至40MHZ)的片上存储器、用于改善40MHz以上的性能的预取缓冲器、32KB的单循环SRAM、装载有
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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、以及易得的其他特征。可容易地换用其他微控制器，以与模块4410一起使用。因此，本公开不应限于这一上下文。
在某些情况下，存储器624可包括用于控制可联接到公共控制器610的外科器械600的马达中的每个的程序指令。例如，存储器624可包括用于控制击发马达602、闭合马达603和关节运动马达606a、606b的程序指令。此类程序指令可使得处理器622根据来自外科器械或工具的算法或控制程序的输入来控制击发、闭合和关节运动功能。
在某些情况下，一个或多个机构和/或传感器(诸如传感器630)可用于警示处理器622应当在特定设定中使用的程序指令。例如，传感器630可警示处理器622使用与击发、闭合和关节运动端部执行器相关联的程序指令。在某些情况下，传感器630可包括例如可用于感测开关614的位置的位置传感器。因此，处理器622可以在例如通过传感器630检测到开关614处于第一位置616时使用与击发端部执行器的I形梁相关联的程序指令；处理器622可以在例如通过传感器630检测到开关614处于第二位置617时使用与闭合砧座相关联的程序指令；并且处理器622可以在例如通过传感器630检测到开关614处于第三位置618a或第四位置618b时使用与使端部执行器进行关节运动相关联的程序指令。
图55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(包括锋利切割刃)部分，可移除钉仓718、轴740、以及一个或多个关节运动构件742a、742b。位置传感器734可被配置成能够向控制电路710提供I形梁714的位置反馈。其他传感器738可被配置成能够向控制电路710提供反馈。定时器/计数器731向控制电路710提供定时和计数信息。可提供能量源712以操作马达704a-704e，并且电流传感器736向控制电路710提供马达电流反馈。马达704a-704e可通过控制电路710在开环或闭环反馈控制中单独操作。
在一个方面，控制电路710可包括用于执行使得一个或多个处理器执行一个或多个任务的指令的一个或多个微控制器、微处理器或其他合适的处理器。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所耗用的时间、计数外部事件或时间外部事件。
在一个方面，控制电路710可被编程为基于一个或多个组织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。其他控制程序控制轴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中的每者。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他合适的能量源驱动的DC功率源。马达704a-704e可经由相应的变速器706a-706e机械地联接到单独的可运动机械元件，诸如I形梁714、砧座716、轴740、关节运动742a和关节运动742b。变速器706a-706e可以包括一个或多个齿轮或其他连杆部件，以将马达704a-704e联接到可运动机械元件。位置传感器734可感测I形梁714的位置。位置传感器734可为或包括能够生成指示I形梁714的位置的位置数据的任何类型的传感器。在一些示例中，位置传感器734可包括编码器，该编码器被配置成能够在I形梁714向远侧和向近侧平移时向控制电路710提供一系列脉冲。控制电路710可跟踪脉冲以确定I形梁714的位置。可使用其他合适的位置传感器，包括例如接近传感器。其他类型的位置传感器可提供指示I形梁714的运动的其他信号。而且，在一些示例中，可省略位置传感器734。在马达704a-704e中的任一者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中的每者的输出包括用于感测力的扭矩传感器744a-744e，并且具有用于感测驱动轴的旋转的编码器。
在一个方面，控制电路710被配置成能够驱动击发构件诸如端部执行器702的I形梁714部分。控制电路710向马达控制708a提供马达设定点，该马达控制向马达704a提供驱动信号。马达704a的输出轴联接到扭矩传感器744a。扭矩传感器744a联接到变速器706a，该变速器联接到I形梁714。变速器706a包括可运动机械元件诸如旋转元件和击发构件，以控制I形梁714沿着端部执行器702的纵向轴线朝远侧和近侧的运动。在一个方面，马达704a可联接到刀齿轮组件，该刀齿轮组件包括刀齿轮减速组，该刀齿轮减速组包括第一刀驱动齿轮和第二刀驱动齿轮。扭矩传感器744a向控制电路710提供击发力反馈信号。击发力信号表示击发或移位I形梁714所需的力。位置传感器734可被配置成能够将I形梁714沿着击发行程的位置或击发构件的位置作为反馈信号提供给控制电路710。端部执行器702可包括被配置成能够向控制电路710提供反馈信号的附加传感器738。当准备好使用时，控制电路710可向马达控制708a提供击发信号。响应于击发信号，马达704a可沿端部执行器702的纵向轴线将击发构件从近侧行程开始位置朝远侧驱动至行程开始位置远侧的行程结束位置。在击发构件朝远侧平移时，具有定位在远侧端部处的切割元件的I形梁714朝远侧推进以切割位于钉仓718和砧座716之间的组织。
在一个方面，控制电路710被配置成能够驱动闭合构件，诸如端部执行器702的砧座716部分。控制电路710向马达控制708b提供马达设定点，该马达控制708b向马达704b提供驱动信号。马达704b的输出轴联接到扭矩传感器744b。扭矩传感器744b联接到变速器706b，该变速器联接到砧座716。变速器706b包括可运动机械元件诸如旋转元件和闭合构件，以控制砧座716从打开位置和闭合位置的运动。在一个方面，马达704b联接到闭合齿轮组件，该闭合齿轮组件包括被支撑成与闭合正齿轮啮合接合的闭合减速齿轮组。扭矩传感器744b向控制电路710提供闭合力反馈信号。闭合力反馈信号表示施加到砧座716的闭合力。位置传感器734可被配置成能够将闭合构件的位置作为反馈信号提供给控制电路710。端部执行器702中的附加传感器738可向控制电路710提供闭合力反馈信号。可枢转砧座716与钉仓718相对地定位。当准备好使用时，控制电路710可向马达控制708b提供闭合信号。响应于闭合信号，马达704b推进闭合构件以抓握砧座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的输出轴联接到扭矩传感器744c。扭矩传感器744c联接到变速器706c，该变速器联接到轴740。变速器706c包括可运动机械元件诸如旋转元件，以控制轴740顺时针或逆时针旋转360°以上。在一个方面，马达704c联接到旋转变速器组件，该旋转变速器组件包括管齿轮区段，该管齿轮区段形成于(或附接到)近侧闭合管的近侧端部上，以通过可操作地支撑在工具安装板上的旋转齿轮组件可操作地接合。扭矩传感器744c向控制电路710提供旋转力反馈信号。旋转力反馈信号表示施加到轴740的旋转力。位置传感器734可被配置成能够将闭合构件的位置作为反馈信号提供给控制电路710。附加传感器738诸如轴编码器可向控制电路710提供轴740的旋转位置。
在一个方面，控制电路710被配置成能够使端部执行器702进行关节运动。控制电路710向马达控制708d提供马达设定点，该马达控制708d向马达704d提供驱动信号。马达704d的输出轴联接到扭矩传感器744d。扭矩传感器744d联接到变速器706d，该变速器联接到关节运动构件742a。变速器706d包括可运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联接到关节运动螺母，该关节运动螺母可旋转地轴颈连接在远侧脊部的近侧端部部分上并且通过关节运动齿轮组件在其上可旋转地驱动。扭矩传感器744d向控制电路710提供关节运动力反馈信号。关节运动力反馈信号表示施加到端部执行器702的关节运动力。传感器738(诸如关节运动编码器)可向控制电路710提供端部执行器702的关节运动位置。
在另一方面，机器人外科系统700的关节运动功能可包括两个关节运动构件或连杆742a、742b。这些关节运动构件742a、742b由两个马达708d、708e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中的每者可相对于另一者连杆进行拮抗驱动，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他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运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购自AustriaMicrosystems,AG的AS5055EQFT单片磁性旋转位置传感器。位置传感器734可与控制器710交接，以提供绝对定位系统。位置可包括位于磁体上方并联接到CORDIC处理器的霍尔效应元件，该CORDIC处理器也被已知为逐位方法和Volder算法，提供该CORDIC处理器以实现用于计算双曲线函数和三角函数的简单有效的算法，双曲线函数和三角函数仅需要加法操作、减法操作、数位位移操作和表格查找操作。
在一个方面，控制电路710可与一个或多个传感器738通信。传感器738可定位在端部执行器702上并且适于与机器人外科器械700一起操作以测量各种衍生参数，诸如间隙距离对时间、组织压缩与时间、以及砧座应变与时间。传感器738可包括磁性传感器、磁场传感器、应变仪、负荷传感器、压力传感器、力传感器、扭矩传感器、电感式传感器诸如涡流传感器、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或用于测量端部执行器702的一个或多个参数的任何其他合适的传感器。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在其上具有组织的部分，以及(4)两个关节运动杆上的负载和位置。
在一个方面，一个或多个传感器738可包括应变仪，诸如微应变仪，其被配置成能够在夹持条件期间测量砧座716中的应变的量值。应变仪提供电信号，该电信号的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。在其他具体实施中，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)。在其他具体实施中，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可沿着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中的每者所消耗的电流。推进可运动机械元件(诸如I形梁714)中的任一者所需的力对应于由马达704a-704e中的一者所消耗的电流。将力转换成数字信号并将其提供给控制电路710。控制电路710可被配置成能够模拟器械的实际系统在控制器的软件中的响应。可致动位移构件以将端部执行器702中的I形梁714以目标速度或接近目标速度运动。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56示出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(包括锋利切割刃)和可移除钉仓768。
线性位移构件诸如I形梁764的位置、运动、位移和/或平移可通过绝对定位系统、传感器布置方式和位置传感器784来测量。由于I形梁764联接到可纵向运动的驱动构件，因此I形梁764的位置可通过采用位置传感器784测量可纵向运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可包括一个或多个微控制器、微处理器或其他合适的处理器，以用于执行使得一个或多个处理器以所述方式控制位移构件(例如，I形梁764)的指令。在一个方面，定时器/计数器781向控制电路760提供输出信号，诸如耗用时间或数字计数，以将如由位置传感器784确定的I形梁764的位置与定时器/计数器781的输出相关联，使得控制电路760可确定I形梁764在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所耗用的时间、计数外部事件或时间外部事件。
控制电路760可生成马达设定点信号772。马达设定点信号772可被提供给马达控制器758。马达控制器758可包括一个或多个电路，该一个或多个电路被配置成能够向马达754提供马达驱动信号774，以驱动马达754，如本文所述。在一些示例中，马达754可为有刷DC电动马达。例如，马达754的速度可与马达驱动信号774成比例。在一些示例中，马达754可为无刷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他合适的能量源。马达754可经由变速器756机械地联接到I形梁764。变速器756可包括一个或多个齿轮或其他连杆部件，以将马达754联接到I形梁764。位置传感器784可感测I形梁764的位置。位置传感器784可为或包括能够生成指示I形梁764的位置的位置数据的任何类型的传感器。在一些示例中，位置传感器784可包括编码器，该编码器被配置成能够在I形梁764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。可使用其他合适的位置传感器，包括例如接近传感器。其他类型的位置传感器可提供指示I形梁764的运动的其他信号。而且，在一些示例中，可省略位置传感器784。在马达754是步进马达的情况下，控制电路760可通过聚合马达754已被指示执行的步骤的数量和方向来跟踪I形梁764的位置。位置传感器784可位于端部执行器752中或器械的任何其他部分处。
控制电路760可与一个或多个传感器788通信。传感器788可定位在端部执行器752上并且适于与外科器械750一起操作以测量各种衍生参数，诸如间隙距离与时间、组织压缩与时间、以及砧座应变与时间。传感器788可包括例如磁性传感器、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可沿着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。将力转换成数字信号并将其提供给控制电路760。
控制电路760可被配置成能够模拟器械的实际系统在控制器的软件中的响应。可致动位移构件以将端部执行器752中的I形梁764以目标速度或接近目标速度运动。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于电动马达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，其包括带有马达驱动的外科密封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，带有定位在远侧端部处的切割元件的I形梁764可切割钉仓768与砧座766之间的组织。
在各种示例中，外科器械750可包括控制电路760，该控制电路被编程为例如基于一个或多个组织状况来控制位移构件诸如I形梁764的远侧平移。控制电路760可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可被编程为基于组织状况来选择击发控制程序。击发控制程序可以描述位移构件的远侧运动。可以选择不同的击发控制程序以更好地处理不同的组织状况。例如，当存在较厚的组织时，控制电路760可以被编程为以较低的速度和/或以较低的功率平移位移构件。当存在较薄的组织时，控制电路760可以被编程为以较高的速度和/或以较高的功率平移位移构件。
在一些示例中，控制电路760可针对位移构件的行程的第一开环部分初始以开环构型来操作马达754。基于在行程的开环部分期间器械750的响应，控制电路760可选择击发控制程序。器械的响应可以包括在开环部分期间位移构件的平移距离、在开环部分期间耗用的时间、在开环部分期间提供给马达754的能量、马达驱动信号的脉冲宽度之和等。在开环部分之后，控制电路760可以对位移构件行程的第二部分实施所选择的击发控制程序。例如，在行程的闭环部分期间，控制电路760可基于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 SURGICAL INSTRUMENT”的美国专利申请序列号15/720,852中，该专利申请全文以引用方式并入本文。
图57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。在其他具体实施中，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购自Austria Microsystems,AG的AS5055EQFT单片磁性旋转位置传感器。位置传感器784可与控制器760交接，以提供绝对定位系统。位置可包括位于磁体上方并联接到CORDIC处理器的霍尔效应元件，该CORDIC处理器也被已知为逐位方法和Volder算法，提供该CORDIC处理器以实现用于计算双曲线函数和三角函数的简单有效的算法，双曲线函数和三角函数仅需要加法操作、减法操作、数位位移操作和表格查找操作。
在一个方面，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可操作地支撑在其上，并且该I形梁还可包括砧座接合突片或特征部和通道接合特征部或脚部。在一个方面，钉仓768可被实现为标准(机械)外科紧固件仓。在一个方面，RF仓796可被实现为RF仓。这些和其他传感器布置在2017年6月20日提交的标题为“TECHNIQUES FORADAPTIVE CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTINGINSTRUMENT”的共同拥有的美国专利申请序列号15/628,175中有所描述，该专利申请全文以引用方式并入本文。
线性位移构件诸如I形梁764的位置、运动、位移和/或平移可通过绝对定位系统、传感器布置和表示为位置传感器784的位置传感器来测量。由于I形梁764联接到可纵向运动的驱动构件，因此I形梁764的位置可通过采用位置传感器784测量可纵向运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可包括一个或多个微控制器、微处理器或其他合适的处理器，以用于执行使得一个或多个处理器以所述方式控制位移构件(例如，I形梁764)的指令。在一个方面，定时器/计数器781向控制电路760提供输出信号，诸如耗用时间或数字计数，以将如由位置传感器784确定的I形梁764的位置与定时器/计数器781的输出相关联，使得控制电路760可确定I形梁764在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所耗用的时间、计数外部事件或时间外部事件。
控制电路760可生成马达设定点信号772。马达设定点信号772可被提供给马达控制器758。马达控制器758可包括一个或多个电路，该一个或多个电路被配置成能够向马达754提供马达驱动信号774，以驱动马达754，如本文所述。在一些示例中，马达754可为有刷DC电动马达。例如，马达754的速度可与马达驱动信号774成比例。在一些示例中，马达754可为无刷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他合适的能量源。马达754可经由变速器756机械地联接到I形梁764。变速器756可包括一个或多个齿轮或其他连杆部件，以将马达754联接到I形梁764。位置传感器784可感测I形梁764的位置。位置传感器784可为或包括能够生成指示I形梁764的位置的位置数据的任何类型的传感器。在一些示例中，位置传感器784可包括编码器，该编码器被配置成能够在I形梁764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。可使用其他合适的位置传感器，包括例如接近传感器。其他类型的位置传感器可提供指示I形梁764的运动的其他信号。而且，在一些示例中，可省略位置传感器784。在马达754是步进马达的情况下，控制电路760可通过聚合马达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可沿着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。将力转换成数字信号并将其提供给控制电路760。
当RF仓796代替钉仓768被装载在端部执行器792中时，RF能量源794联接到端部执行器792并且被施加到RF仓796。控制电路760控制RF能量到RF仓796的递送。
附加细节公开于2017年6月28日提交的美国专利申请序列号15/636,096，其标题为“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58是发生器800的简化框图，该发生器被配置成能够除了其他益处之外还提供无电感器调谐。发生器800的附加细节在2015年6月23日公布的标题为“SURGICALGENERATOR FOR ULTRASONIC AND ELECTROSURGICAL DEVICES”的美国专利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可包括患者隔离台802，该患者隔离台经由功率变压器806与非隔离台804通信。功率变压器806的次级绕组808包含在隔离台802中，并且可包括分接构型(例如，中心分接或非中心分接构型)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对应于功率变压器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/或单个外科器械，诸如多功能外科器械，其具有将超声能和电外科能两者传递至组织的能力。应当理解，提供给专用电外科器械和/或组合的多功能超声/电外科器械的电外科信号可以是治疗电平信号或亚治疗电平信号，其中亚治疗信号可用于例如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能量可用于血管密封。
非隔离台804可包括功率放大器812，该功率放大器具有连接到功率变压器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，非隔离台804还可包括逻辑装置816以用于向数模转换器(DAC)电路818提供数字输出，该数模转换器电路继而将对应的模拟信号提供给功率放大器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可包括可编程的门阵列(PGA)、FPGA、可编程的逻辑装置(PLD)。因此，通过经由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)中的任一个。在某些形式中，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。
可通过开关模式调整器820(例如，功率转换器)将功率供应至功率放大器812的功率轨。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，非隔离台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，诸如可得Analog Devices,Norwood,MA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对开关模式功率调节器820的操作。在一种形式中，例如，DSP处理器822可经由ADC电路824作为输入接收由功率放大器812放大的信号(例如，RF信号)的波形包络。随后，DSP处理器822可控制开关模式调节器820(例如，经由PWM输出)，使得被提供至功率放大器812的干线电压跟踪经放大信号的波形包络。通过基于波形包络以动态方式调制功率放大器812的干线电压，功率放大器812的效率相对于固定干线电压放大器方案可显著升高。
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)中的波形样本来实施DDS控制算法，该动态更新的查找表可被嵌入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。因为其他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，功率变压器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到算法(例如由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。
非隔离台804还可包括第一ADC电路826和第二ADC电路828，该第一ADC电路和第二ADC电路经由相应的隔离变压器830、832联接到功率变压器806的输出端，以分别用于对由发生器800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/秒(MSPS))进行采样，以实现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约200倍(根据频率而定)的过采样。在某些形式中，可通过经由二路式多路复用器接收输入电压信号和电流信号的单个ADC电路来执行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，还可实现对流经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、多路复用器)并被存储于数据存储器中，以供例如DSP处理器822后续取回。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样本或换句话讲与该对应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提供至逻辑装置816所实现的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，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。控制算法为了适当控制驱动信号的电流振幅而控制的变量可包括例如：存储在逻辑装置816中的LUT波形样本的定标和/或经由DAC电路834的DAC电路818(其为功率放大器812供应输入)的全标度输出电压。
非隔离台804还可包括第二处理器836以用于除别的之外还提供用户界面(UI)功能。在一种形式中，UI处理器836可包括例如购自Atmel Corporation,San Jose,California的具有ARM926EJ-S核的Atmel AT91SAM9263处理器。UI处理器836所支持的UI功能的示例可包括听觉和视觉用户反馈、与外围装置(例如，经由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，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转变至特定状态时，UI处理器836可证实所要求的转变是有效的。在UI处理器836确定所要求的状态间转变是无效的情况下，UI处理器836可使得发生器800进入无效模式。
非隔离台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的电容触摸传感器、电容触摸屏)。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可包括处理器(例如，购自Atmel的Meg168 8位控制器)，该处理器被配置成能够监测通过一个或多个电容触摸传感器提供的用户输入。在一种形式中，控制器838可包括触摸屏控制器(例如购自Atmel的QT5480触摸屏控制器)，以控制和管理从电容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的功率源的线，诸如以下所述的功率源854)。以这种方式，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可唤醒功率源(例如，启用功率源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转变至“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转变至功率关状态的序列。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，该处理器继而实现所需的过程序列以使发生器800转变至功率关状态。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去除功率的独立能力。
在某些形式中，控制器838可使得发生器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他过程开始之前提供此类警示。
在某些形式中，隔离台802可包括器械接口电路840，例如以在外科器械的控制电路与非隔离台804的部件(诸如，逻辑装置816、DSP处理器822、和/或UI处理器836)之间提供通信界面。器械接口电路840可经由保持隔离台802和非隔离台804之间的合适的电气隔离程度的通信链路(诸如基于IR的通信链路)与非隔离台804的部件交换信息。例如，可使用由隔离变压器供电的低压降电压调节器为器械接口电路840供应电力，该低压降电压调节器从非隔离台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。询问信号可被传送至外科器械控制电路(例如，通过使用将发生器800连接到外科器械的缆线中的导电对)并被监测，以确定控制电路的状态或构型。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、校正)，使得可基于一个或多个特性唯一地辨别控制电路的状态或构型。在一种形式中，例如信号调节电路844可包括ADC电路以用于产生由于询问信号通过控制电路而出现在控制电路输入中的电压信号的样本。随后，逻辑电路842(或非隔离台804的部件)可基于ADC电路样本来确定控制电路的状态或构型。
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关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于整体地附接到外科器械手持件的缆线中，或设置于用于使特定的外科器械类型或模型与发生器800交接的适配器。第一数据电路可以任何合适的方式实现并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分开地实现并包括合适的电路(例如，离散的逻辑装置、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可与逻辑电路842成一体。
在某些形式中，第一数据电路可存储与其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/或任何其他类型的信息。该信息可通过器械接口电路840(例如，通过逻辑电路842)读取、被传输至非隔离台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)，以经由输出装置呈现给用户和/或控制发生器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其中已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。
如在前所讨论，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)中所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现。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，但是也可使用其他接口。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/或任何其他类型的信息。
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特性和/或超声特性的信息。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可被配置成能够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为此提供附加的导体(例如，将手持件连接至发生器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发射至手持件中的控制电路的导体中的一者)而将信息发送至第二数据电路并从第二数据电路发送信息。以此方式，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，因为在共用物理通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，隔离台802可包括至少一个阻挡电容器850-1，该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、850-2之间的点发生的电流泄漏，以对泄漏电流所感应的电压进行采样。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，非隔离台804可包括功率源854以用于在适当的电压和电流下递送DC功率。功率源可包括例如400W功率源以用于输出48VDC系统电压。功率源854还可包括一个或多个DC/DC电压转换器856，以用于接收功率源的输出，以在发生器800的各种部件所需的电压和电流下产生DC输出。如以上结合控制器838所述，当控制器838检测到用户激活“接通/断开”输入装置以启用DC/DC电压转换器的操作或唤醒DC/DC电压转换器856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59示出了发生器900的示例，该发生器是发生器800(图58)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包括联接到波形发生器904的处理器902。处理器902和波形发生器904被配置成能够基于存储在联接到处理器902的存储器中的信息来生成各种信号波形，为了本公开清楚起见而未示出该存储器。与波形相关联的数字信息被提供给波形发生器904，该波形发生器904包括一个或多个DAC电路以将数字输入转换成模拟输出。模拟输出被馈送到放大器1106用于信号调节和放大。放大器906的经调节和放大的输出联接到电力变压器908。信号通过电力变压器908联接到患者隔离侧中的次级侧。第一能量模态的第一信号被提供给被标记为ENERGY1和RETURN的端子之间的外科器械。第二能量模态的第二信号联接到电容器910两端并被提供给被标记为ENERGY2和RETURN的端子之间的外科器械。应当理解，可输出超过两种能量模态，并且因此下标“n”可被用来指定可提供多至n个ENERGYn端子，其中n是大于1的正整数。还应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可提供多至“n”个返回路径RETURNn。
第一电压感测电路912联接到被标记为ENERGY1和RETURN路径的端子的两端，以测量其间的输出电压。第二电压感测电路924联接到被标记为ENERGY2和RETURN路径的端子的两端，以测量其间的输出电压。如图所示，电流感测电路914与电力变压器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通过将联接在被标记为ENERGY1/RETURN的端子两端的第一电压感测电路912或联接在被标记为ENERGY2/RETURN的端子两端的第二电压感测电路924的输出除以与功率变压器908的次级侧的RETURN支路串联设置的电流感测电路914的输出来确定。第一电压感测电路912和第二电压感测电路924的输出被提供给单独的隔离变压器916、922，并且电流感测电路914的输出被提供给另一隔离变压器916。来自ADC电路926的数字化电压和电流感测测量值被提供给处理器902以用于计算阻抗。例如，第一能量模态ENERGY1可以是超声能量，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，其他能量模态还包括不可逆和/或可逆电穿孔和/或微波能量等。而且，虽然图59所示的示例示出了可为两种或更多种能量模态提供单个返回路径RETURN，但在其他方面，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59中所示，包括至少一个输出端口的发生器900可包括具有单个输出和多个分接头的功率变压器908，以例如根据正在被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输出端的连接将优选地位于被标记为ENERGY1和RETURN的输出端之间，如图59所示。在一个示例中，RF双极电极与发生器900输出的连接将优选地位于被标记为ENERGY2和RETURN的输出端之间。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(IEEE802.11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和以上的任何其他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他数据流)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他电子系统的所有部件的集成电路(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可包括作为其部件之一的微控制器。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他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Texas Instruments的LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F处理器内核，其包括：256KB的单循环闪存或其他非易失性存储器(最多至40MHZ)的片上存储器、用于使性能改善超过40MHz的预取缓冲器、32KB的单循环串行随机存取存储器(SRAM)、装载有
Figure BDA0002558547570001631
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)、以及易得的其他特征。
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Texas Instruments提供的商品名为Hercules ARM Cortex R4的TMS570和RM4x。安全控制器可被配置成能够专门用于IEC 61508和ISO 26262安全关键应用等等，以提供先进的集成安全特征部，同时递送可定标的性能、连接性和存储器选项。
模块化装置包括可接收在外科集线器内的模块(如结合例如图41和图48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，通过模块化设备之中、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
态势感知是外科系统的一些方面用以根据从数据库和/或器械接收的数据确定或推断与外科手术相关的信息的能力。该信息可包括正在进行的手术的类型、正在手术的组织的类型或作为手术对象的体腔。利用与外科手术相关的背景信息，外科系统可例如改善其控制连接到其的模块化装置(例如，机器人臂和/或机器人外科工具)的方式，并且在外科手术的过程期间向外科医生提供背景化信息或建议。
现在参见图60，示出了描绘集线器(诸如外科集线器106或206)的态势感知的时间轴5200。时间轴5200是说明性的外科手术以及外科集线器106、206可以从外科手术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、外科医生和其他医疗人员在肺段切除手术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在整个外科手术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可从配对的模块化设备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被执行的手术的推论(即，背景信息)，诸如在任何给定时间执行手术的哪个步骤。外科集线器106、206的态势感知系统能够例如记录与用于生成报告的过程相关的数据，验证医务人员正在采取的步骤，提供可能与特定过程步骤相关的数据或提示(例如，经由显示屏)，基于背景调节模块化装置(例如，激活监测器，调节医学成像装置的视场(FOV)，或者改变超声外科器械或RF电外科器械的能量水平)，以及采取上述任何其他此类动作。
作为该示例性手术中的第一步5202，医院工作人员从医院的EMR数据库中检索患者的电子病历(EMR)。基于EMR中的选择的患者数据，外科集线器106、206确定待执行的手术是胸腔手术。
第二步5204，工作人员扫描用于手术的进入的医疗用品。外科集线器106、206与在各种类型的手术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手术。另外，外科集线器106、206还能够确定手术不是楔形手术(因为进入的用品缺乏胸腔楔形手术所需的某些用品，或者在其他方面不对应于胸腔楔形手术)。
第三步5206，医疗人员经由可通信地连接到外科集线器106、206的扫描器来扫描患者带。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手术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手术的背景信息。在该具体示例中，外科集线器106、206确定外科手术是基于配对模块化装置的该特定组合的VATS手术。基于来自患者的EMR的数据的组合，手术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手术。一旦外科集线器106、206知道正在执行什么具体手术，外科集线器106、206便可从存储器或云中检索该手术的步骤，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手术的什么步骤。
第五步5210，工作人员成员将EKG电极和其他患者监测装置附接到患者。EKG电极和其他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，肺分段切除手术的术前部分完成，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可推断手术的手术部分已开始，因为其可将患者的肺部塌缩的检测与手术的预期步骤(可先前访问或检索)进行比较，从而确定使肺塌缩是该特定手术中的手术步骤。
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可确定外科手术的腹腔镜式部分已开始。另外，外科集线器106、206可确定正在被执行的特定手术是分段切除术，而不是叶切除术(注意，楔形手术已经基于外科集线器106、206基于在手术的第二步5204处接收到的数据而排除)。来自医疗成像装置124(图40)的数据可用于以多种不同的方式确定与正在被执行的手术类型相关的背景信息，包括通过确定医疗成像装置相对于患者解剖结构的可视化取向的角度，监测所利用的医疗成像装置的数量(即，被激活并与外科集线器106、206配对)，以及监测所利用的可视化装置的类型。例如，一种用于执行VATS肺叶切除术的技术将摄像机放置在隔膜上方的患者胸腔的下前拐角中，而一种用于执行VATS分段切除术的技术将摄像机相对于分段裂缝放置在前肋间位置。例如，使用模式识别或机器学习技术，可对态势感知系统进行训练，以根据患者解剖结构的可视化识别医疗成像装置的定位。作为另一个示例，一种用于执行VATS肺叶切除术的技术利用单个医疗成像装置，而用于执行VATS分段切除术的另一种技术利用多个摄像机。作为另一示例，一种用于执行VATS分段切除术的技术利用红外光源(其可作为可视化系统的一部分可通信地联接到外科集线器)以可视化不用于VATS肺部切除术中的分段裂隙。通过从医疗成像装置跟踪这些数据中的任何或所有，外科集线器106、206因此可确定正在被执行的外科手术的具体类型和/或用于特定类型的外科手术的技术。
第九步5218，外科团队开始手术的解剖步骤。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手术的检索步骤交叉，以确定在过程中的该点处(即，在先前讨论的手术步骤完成之后)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器人臂的能量工具。
第十步5220，外科团队继续进行手术的结扎步骤。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，执行手术的分段切除术部分。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(或其他类似的组织类型)，这允许外科集线器106、206推断手术的分段切除术部分正在被执行。
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。对于该特定手术，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，外科医生根据手术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手术的步骤。此外，在某些情况下，机器人工具可用于外科手术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手术中的一个或多个步骤。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，切口被闭合并且手术的术后部分开始。
第十三步5226，逆转患者的麻醉。例如，外科集线器106、206可基于例如呼吸机数据(即，患者的呼吸率开始增加)推断出患者正在从麻醉中醒来。
最后，第十四步5228是医疗人员从患者移除各种患者监测装置。因此，当集线器从患者监测装置丢失EKG、BP和其他数据时，外科集线器106、206可推断患者正在被转移到恢复室。如从该示例性手术的描述可以看出，外科集线器106、206可根据从可通信地联接到外科集线器106、206的各种数据源接收的数据来确定或推断给定外科手术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1-一种外科排抽系统，包括外壳，该外壳包括显示器；泵；马达，该马达可操作地联接到泵；流动路径，该流动路径流体地联接到泵；以及传感器系统。该传感器系统包括沿着流动路径定位的内部传感器。该内部传感器被配置成能够监测流经流动路径的流体的第一参数。该传感器系统还包括定位在外壳上的外部传感器。该传感器被配置成能够监测离开流动路径的流体的第二参数。该外科排抽系统还包括控制电路，该控制电路被配置成能够向内部传感器询问第一参数并且向外部传感器询问第二参数，分析第一参数和第二参数以确定外科排抽系统的效率水平，并且在显示器上显示所确定的效率水平。
实施例2-根据实施例1所述的外科排抽系统，其中，控制电路被配置成能够确定第一参数和第二参数之间的差异。
实施例3-根据实施例1或2所述的外科排抽系统，其中，控制电路被配置成能够在第二参数超过阈值时在显示器上显示警报。
实施例4-根据实施例1、2或3所述的外科排抽系统，其中，外壳还包括过滤器接收器，该过滤器接收器被配置成能够接收可替换的过滤器。该控制电路被配置成能够基于所确定的效率水平来确定该可替换的过滤器的状态，并且在该显示器上显示该可替换的过滤器的状态。
实施例5-根据实施例4所述的外科排抽系统，其中，可替换的过滤器的状态包括可替换的过滤器的剩余使用寿命。
实施例6-根据实施例4或5所述的外科排抽系统，还包括可替换的过滤器。
实施例7-根据实施例4、5或6所述的外科排抽系统，还包括可移除地覆盖过滤器接收器的闩锁门。
实施例8-根据实施例4、5、6或7所述的外科排抽系统，其中，内部传感器包括位于过滤器接收器上游的第一颗粒计数器，并且其中外部传感器包括位于过滤器接收器下游的第二颗粒计数器。
实施例9-根据实施例1、2、3、4、5、6、7或8所述的外科排抽系统，其中控制电路包括处理器和通信地联接到处理器的存储器。该存储器存储能够由处理器执行以确定效率水平的指令。
实施例10-一种外科排抽系统，包括外壳。该外壳包括马达和被配置成能够产生流量的泵。该外科排抽系统还包括穿过外壳的流动路径和定位在外壳上的外部传感器。该外部传感器被配置成能够监测离开流动路径的流体的参数。该外科排抽系统还包括控制电路，该控制电路被配置成能够随时间推移询问外部传感器以确定参数，随时间推移分析该参数，并且基于该参数随时间推移调整流量。
实施例11-根据实施例10所述的外科排抽系统，其中，控制电路被配置成能够在参数超过阈值时增加流量。
实施例12-根据实施例10或11所述的外科排抽系统，其中，控制电路被配置成能够在参数达到阈值时激活泵以产生流量。
实施例13-根据实施例10、11或12所述的外科排抽系统，还包括通信地联接到控制电路的态势感知模块，其中控制电路被配置成能够基于来自态势感知模块的输入来预测参数。
实施例14-根据实施例10、11、12或13所述的外科排抽系统，其中，控制电路包括处理器和通信地联接到处理器的存储器。所述存储器存储能够由所述处理器执行的指令。
实施例15-根据实施例10、11、12、13或14所述的外科排抽系统，其中，参数包括颗粒浓度。
实施例16-一种外科排抽系统，包括显示器；泵；马达，该马达可操作地联接到泵；流动路径，该流动路径流体地联接到泵；以及传感器系统。该传感器系统包括传感器，该传感器被配置成能够监测离开流动路径的流体的参数。该外科排抽系统还包括控制电路，该控制电路被配置成能够向传感器询问参数，并且在参数超过阈值时提供警报。
实施例17-根据实施例16所述的外科排抽系统，还包括具有入口和出口的外壳，其中流动路径在入口和出口之间延伸，并且其中显示器定位在外壳上。
实施例18-根据实施例17所述的外科排抽系统，其中，传感器定位在外壳上。
实施例19-根据实施例10、16、17或18所述的外科排抽系统，其中，控制电路包括处理器和通信地联接到处理器的存储器。该存储器存储阈值和能够由处理器执行的指令。
实施例20-根据实施例16、17、18或19所述的外科排抽系统，其中，参数包括外科手术室中的颗粒浓度。
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装置。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、闪存存储器或其他存储装置。此外，指令可经由网络或通过其他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、声学信号或其他形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)在因特网上发射信息时使用的有形的、机器可读存储装置。因此，非暂态计算机可读介质包括适于以机器(例如，计算机)可读的形式存储或发射电子指令或信息的任何类型的有形机器可读介质。
如本文任一方面所用，术语“控制电路”可指例如硬连线电路系统、可编程电路系统(例如，计算机处理器，该计算机处理器包括一个或多个单独指令处理内核、处理单元，处理器、微控制器、微控制器单元、控制器、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑装置(PLD)、可编程逻辑阵列(PLA)、场可编程门阵列(FPGA))、状态机电路系统、存储由可编程电路系统执行的指令的固件、以及它们的任何组合。控制电路可以集体地或单独地实现为形成更大系统的一部分的电路系统，例如集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、片上系统(SoC)、台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、服务器、智能电话等。因此，如本文所用，“控制电路”包括但不限于具有至少一个离散电路的电子电路、具有至少一个集成电路的电子电路、具有至少一个专用集成电路的电子电路、形成由计算机程序配置的通用计算设备的电子电路(如，至少部分地实施本文所述的方法和/或设备的由计算机程序配置的通用计算机，或至少部分地实施本文所述的方法和/或设备的由计算机程序配置的微处理器)、形成存储器设备(如，形成随机存取存储器)的电子电路，和/或形成通信设备(如，调节解调器、通信开关或光电设备)的电子电路。本领域的技术人员将会认识到，可以模拟或数字方式或它们的一些组合实施本文所述的主题。
如本文的任何方面所用，术语“逻辑”可指被配置成能够执行前述操作中的任一者的应用程序、软件、固件和/或电路系统。软件可体现为记录在非暂态计算机可读存储介质上的软件包、代码、指令、指令集和/或数据。固件可以体现为在存储器设备中硬编码(例如，非易失性)的代码、指令或指令集和/或数据。
如本文任一方面所用，术语“部件”、“系统”、“模块”等可指计算机相关实体、硬件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件。
如本文任一方面中所用，“算法”是指导致所需结果的有条理的步骤序列，其中“步骤”是指物理量和/或逻辑状态的操纵，物理量和/或逻辑状态可以(但不一定)采用能被存储、转移、组合、比较和以其他方式操纵的电或磁信号的形式。常用于指这些信号，如位、值、元素、符号、字符、术语、数字等。这些和类似的术语可与适当的物理量相关联并且仅仅是应用于这些量和/或状态的方便的标签。
网络可包括分组交换网络。通信装置可能够使用所选择的分组交换网络通信协议来彼此通信。一个示例性通信协议可包括可允许使用传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)进行通信的以太网通信协议。以太网协议可符合或兼容电气和电子工程师学会(IEEE)于2008年12月发布的名为“IEEE 802.3标准”的以太网标准和/或本标准的更高版本。另选地或附加地，通信装置可以能够使用X.25通信协议彼此通信。X.25通信协议可符合或符合国际电信联盟电信标准化部门(ITU-T)颁布的标准。另选地或附加地，通信装置可以能够使用帧中继通信协议彼此通信。帧中继通信协议可符合或符合国际电话和电话协商委员会(CCITT)和/或美国国家标准学会(ANSI)发布的标准。另选地或附加地，收发器可以能够使用异步传输模式(ATM)通信协议彼此通信。ATM通信协议可符合或兼容ATM论坛于2001年8月发布的名为“ATM-MPLS网络互通2.0”的ATM标准和/或该标准的更高版本。当然，本文同样设想了不同的和/或之后开发的连接取向的网络通信协议。
除非上述公开中另外明确指明，否则可以理解的是，在上述公开中，使用术语如“处理”、“估算”、“计算”、“确定”、“显示”的讨论是指计算机系统或类似的电子计算设备的动作和进程，其操纵表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据并将其转换成相似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其他此类信息存储、传输或显示设备内的物理量的其他数据。
一个或多个部件在本文中可被称为“被配置成能够”、“可被配置成能够”、“可操作/可操作地”、“适于/可适于”、“能够”、“可适形/适形于”等。本领域的技术人员将会认识到，除非上下文另有所指，否则“被配置成能够”通常可涵盖活动状态的部件和/或未活动状态的部件和/或待机状态的部件。
术语“近侧”和“远侧”在本文中是相对于操纵外科器械的柄部部分的临床医生来使用的。术语“近侧”是指最靠近临床医生的部分，术语“远侧”是指远离临床医生定位的部分。还应当理解，为简洁和清楚起见，本文可结合附图使用诸如“竖直”、“水平”、“上”和“下”等空间术语。然而，外科器械在许多方向和位置中使用，并且这些术语并非限制性的和/或绝对的。
本领域的技术人员将认识到，一般而言，本文、以及特别是所附权利要求(例如，所附权利要求的正文)中所使用的术语通常旨在为“开放”术语(例如，术语“包括”应解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”，术语“包含”应解释为“包含但不限于”等)。本领域的技术人员还应当理解，如果所引入权利要求叙述的具体数目为预期的，则这样的意图将在权利要求中明确叙述，并且在不存在这样的叙述的情况下，不存在这样的意图。例如，为有助于理解，下述所附权利要求可含有对介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求。然而，对此类短语的使用不应视为暗示通过不定冠词“一个”或“一种”引入权利要求表述将含有此类引入权利要求表述的任何特定权利要求限制在含有仅一个这样的表述的权利要求中，甚至当同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和诸如“一个”或“一种”(例如，“一个”和/或“一种”通常应解释为意指“至少一个”或“一个或多个”)的不定冠词时；这也适用于对用于引入权利要求表述的定冠词的使用。
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，在没有其他修饰语的情况下，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，尽管以其他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”这样的术语或其他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，非专利公布或其他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)

1.一种外科排抽系统，包括：
外壳，所述外壳包括显示器；
泵；
马达，所述马达可操作地联接到所述泵；
流动路径，所述流动路径流体地联接到所述泵；
传感器系统，所述传感器系统包括：
内部传感器，所述内部传感器沿着所述流动路径定位，其中所述内部传感器被配置成能够监测流经所述流动路径的流体的第一参数；以及
外部传感器，所述外部传感器定位在所述外壳上，其中所述外部传感器被配置成能够监测离开所述流动路径的流体的第二参数；以及
控制电路，所述控制电路被配置成能够：
向所述内部传感器询问所述第一参数并且向所述外部传感器询问所述第二参数；
分析所述第一参数和所述第二参数以确定所述外科排抽系统的效率水平；并且
在所述显示器上显示所确定的效率水平。
2.根据权利要求1所述的外科排抽系统，其中，所述控制电路被配置成能够确定所述第一参数和所述第二参数之间的差异。
3.根据权利要求1所述的外科排抽系统，其中，所述控制电路被配置成能够在所述第二参数超过阈值时在所述显示器上显示警报。
4.根据权利要求1所述的外科排抽系统，其中，所述外壳还包括过滤器接收器，所述过滤器接收器被配置成能够接收可替换的过滤器，并且其中所述控制电路被配置成能够：
基于所确定的效率水平来确定所述可替换的过滤器的状态；并且
在所述显示器上显示所述可替换的过滤器的状态。
5.根据权利要求4所述的外科排抽系统，其中，所述可替换的过滤器的状态包括所述可替换的过滤器的剩余使用寿命。
6.根据权利要求4所述的外科排抽系统，还包括所述可替换的过滤器。
7.根据权利要求4所述的外科排抽系统，还包括可移除地覆盖所述过滤器接收器的闩锁门。
8.根据权利要求4所述的外科排抽系统，其中，所述内部传感器包括位于所述过滤器接收器上游的第一颗粒计数器，并且其中所述外部传感器包括位于所述过滤器接收器下游的第二颗粒计数器。
9.根据权利要求1所述的外科排抽系统，其中，所述控制电路包括：
处理器；以及
存储器，所述存储器通信地联接到所述处理器，其中所述存储器存储能够由所述处理器执行以确定所述效率水平的指令。
10.一种外科排抽系统，包括：
外壳，所述外壳包括马达和被配置成能够产生流量的泵；
流动路径，所述流动路径穿过所述外壳；
外部传感器，所述外部传感器定位在所述外壳上，其中所述外部传感器被配置成能够监测离开所述流动路径的流体的参数；以及
控制电路，所述控制电路被配置成能够：
随时间推移询问所述外部传感器以确定所述参数；
随时间推移分析所述参数；并且
基于所述参数随时间推移调整所述流量。
11.根据权利要求10所述的外科排抽系统，其中，所述控制电路被配置成能够在所述参数超过阈值时增加所述流量。
12.根据权利要求10所述的外科排抽系统，其中，所述控制电路被配置成能够在所述参数达到阈值时激活所述泵以产生流量。
13.根据权利要求10所述的外科排抽系统，还包括通信地联接到所述控制电路的态势感知模块，其中所述控制电路被配置成能够基于来自所述态势感知模块的输入来预测所述参数。
14.根据权利要求10所述的外科排抽系统，其中，所述控制电路包括：
处理器；以及
存储器，所述存储器通信地联接到所述处理器，其中所述存储器存储能够由所述处理器执行的指令。
15.根据权利要求10所述的外科排抽系统，其中，所述参数包括颗粒浓度。
16.一种外科排抽系统，包括：
显示器；
泵；
马达，所述马达可操作地联接到所述泵；
流动路径，所述流动路径流体地联接到所述泵；
传感器系统，所述传感器系统包括传感器，所述传感器被配置成能够监测离开所述流动路径的流体的参数；以及
控制电路，所述控制电路被配置成能够：
向所述传感器询问所述参数；并且
当所述参数超过阈值时提供警报。
17.根据权利要求16所述的外科排抽系统，还包括具有入口和出口的外壳，其中所述流动路径在所述入口和所述出口之间延伸，并且其中所述显示器定位在所述外壳上。
18.根据权利要求17所述的外科排抽系统，其中，所述传感器定位在所述外壳上。
19.根据权利要求16所述的外科排抽系统，其中，所述控制电路包括：
处理器；以及
存储器，所述存储器通信地联接到所述处理器，其中所述存储器存储所述阈值和能够由所述处理器执行的指令。
20.根据权利要求16所述的外科排抽系统，其中，所述参数包括外科手术室中的颗粒浓度。
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