CN111527561A - 可变输出仓传感器组件 - Google Patents
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Abstract
外科器械仓可与不同型式的外科器械一起使用。外科器械包括具有不同输出模式的传感器和联接到传感器的控制电路。该控制电路被配置成能够确定该模块化部件的型式是否对应于该外科器械的型式，并且使所述传感器以不同输出格式输出由所述传感器检测到的数据，该不同输出格式与其中仓已被插入的特定外科器械的型式兼容。
Description
相关申请的交叉引用
本专利申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定要求2018年6月28日提交的标题为“CONTROLLING A SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO SENSED CLOSUREPARAMETERS”的美国临时专利申请序列号62/691,227的优先权权益，该临时专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
本申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定要求2018年3月30日提交的标题为“SURGICAL SYSTEMS WITH OPTIMIZED SENSING CAPABILITIES”的美国临时专利申请序列号62/650,887、2018年3月30日提交的标题为“SURGICAL SMOKE EVACUATION SENSINGAND CONTROLS”的美国临时专利申请序列号62/650,877、2018年3月30日提交的标题为“SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/650,882和2018年3月30日提交的标题为“CAPACITIVE COUPLED RETURN PATHPAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS”的美国临时专利申请序列号62/650,898的优先权权益，这些临时专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文。
本专利申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定还要求2018年3月8日提交的标题为“TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEMTHEREFOR”的美国临时专利申请序列号62/640,417和2018年3月8日提交的标题为“ESTIMATING STATE OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR”的临时专利申请序列号62/640,415的优先权权益，这些临时专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文。
本专利申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定还要求2017年12月28日提交的标题为交互式外科平台(INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM)的美国临时专利申请序列号62/611,341、2017年12月28日提交的标题为基于云的医学分析(CLOUD-BASED MEDICALANALYTICS)的美国临时专利申请序列号62/611,340和2017年12月28日提交的标题为机器人辅助的外科平台(ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM)的美国临时专利申请序列号62/611,339的优先权的权益，这些临时专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文。
背景技术
本公开涉及各种外科系统。
发明内容
在一个总体方面，提供了与外科器械一起使用的模块化部件。模块化部件包括传感器和联接到传感器的控制电路。所述控制电路被配置成能够在所述模块化部件联接到所述外科器械的情况下确定所述模块化部件的型式(version)是否对应于所述外科器械的型式，并且使所述传感器根据所述模块化部件的所述型式是否对应于所述外科器械的所述型式而以第一输出模式或第二输出模式中的一者输出由所述传感器检测到的数据。第一输出模式的数据与外科器械的第一型式兼容，并且第二输出模式的数据与外科器械的第二型式兼容。
在另一个总体方面，提供了与外科器械一起使用的模块化部件。模块化部件包括传感器和联接到传感器的控制电路。所述控制电路被配置成能够接收来自传感器的数据输出，在所述模块化部件联接到所述外科器械的情况下确定模块化部件型式是否对应于外科器械型式，并且根据所述模块化部件型式是否对应于所述外科器械型式而将所述数据输出从第一格式转换为第二格式。第一格式与外科器械的第一型式兼容，并且第二格式与外科器械的第二型式兼容。
在另一总体方面，提供了一种外科系统。外科系统包括外科器械和可连接到外科器械的模块化部件。模块化部件包括传感器和联接到传感器的控制电路。所述控制电路被配置成能够在所述模块化部件联接到所述外科器械的情况下确定所述模块化部件的型式是否对应于所述外科器械的型式，并且使所述传感器根据所述模块化部件的所述型式是否对应于所述外科器械的所述型式而以第一输出模式或第二输出模式中的一者输出由所述传感器检测到的数据。第一输出模式的数据与外科器械的第一型式兼容，并且第二输出模式的数据与外科器械的第二型式兼容。
附图说明
各种方面的特征在所附权利要求书中进行了特别描述。然而，通过参考以下结合如下附图所作的说明可最好地理解所述多个方面(有关手术组织和方法)及其进一步的目的和优点。
图1为根据本公开的至少一个方面的计算机实现的交互式外科系统的框图。
图2为根据本公开的至少一个方面的用于在手术室中执行外科规程的外科系统。
图3为根据本公开的至少一个方面的与可视化系统、机器人系统和智能器械配对的外科集线器。
图4为根据本公开的至少一个方面的外科集线器壳体和可滑动地接纳在外科集线器壳体的抽屉中的组合发生器模块的局部透视图。
图5为根据本公开的至少一个方面的具有双极、超声和单极触点以及排烟部件的组合发生器模块的透视图。
图6示出了根据本公开的至少一个方面的用于横向模块化外壳的多个横向对接端口的单个电力总线附接件，该横向模块化外壳被配置成能够可滑动地接纳多个模块。
图7示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够可滑动地接纳多个模块的竖直模块化外壳。
图8示出了根据本公开的至少一个方面的包括模块化通信集线器的外科数据网络，该模块化通信集线器被配置成能够将位于医疗设施的一个或多个手术室中的模块化装置或专用于外科操作的医疗设施中的任何房间连接到云。
图9为根据本公开的至少一个方面的计算机实现的交互式外科系统。
图10示出了根据本公开的至少一个方面的包括联接到模块化控制塔的多个模块的外科集线器。
图11示出了根据本公开的至少一个方面的通用串行总线(USB)网络集线器装置的一个方面。
图12示出了根据本公开的至少一个方面的外科器械或工具的控制系统的逻辑图。
图13示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够控制外科器械或工具的各个方面的控制电路。
图14示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够控制外科器械或工具的各个方面的组合逻辑电路。
图15示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够控制外科器械或工具的各方面的时序逻辑电路。
图16示出了根据本公开的至少一个方面的包括多个马达的外科器械或工具，多个马达可被激活以执行各种功能。
图17为根据本公开的至少一个方面的被配置成能够操作本文所述的外科工具的机器人外科器械的示意图。
图18示出了根据本公开的至少一个方面的被编程以控制位移构件的远侧平移的外科器械的框图。
图19为根据本公开的至少一个方面的被配置成能够控制各个功能的外科器械的示意图。
图20为示出基于关节运动角度来修改夹持组件的行程长度的控制系统的示例的行程长度曲线图。
图21为示出基于关节运动角度来修改闭合管组件的纵向位置的控制系统的示例的闭合管组件定位曲线图；
图22为利用受控组织压缩的缝合方法与未利用受控组织压缩的缝合方法的比较。
图23为在A部分中示出的力曲线图和在B部分中示出的相关的位移曲线图，其中力曲线图和位移曲线图具有限定时间的x轴，位移曲线图的y轴限定击发连杆的行进位移，并且力曲线图的y轴限定马达上感测到的扭力，该马达被构造成能够推进该击发连杆。
图24为示出了在一对间隔开的接触板与组织接触时电路的完成的组织接触电路的示意图。
图25为根据本公开的至少一个方面的具有可操作地联接到其的可互换轴组件的外科器械的透视图。
图26为根据本公开的至少一个方面的图25的外科器械的一部分的分解组装图。
图27为根据本公开的至少一个方面的可互换轴组件的部分的分解组件视图。
图28为根据本公开的至少一个方面的图25的外科器械的端部执行器的分解图。
图29A为根据本公开的至少一个方面的图25的跨越两个图页的外科器械的控制电路的框图。
图29B为根据本公开的至少一个方面的图25的跨越两个图页的外科器械的控制电路的框图。
图30为根据本公开的至少一个方面的图25的外科器械的控制电路的框图，其示出了柄部组件与功率组件之间、以及柄部组件与可互换轴组件之间的接口。
图31描绘了可包括本公开的一个或多个方面的示例性医疗装置。
图32描绘了根据本公开的一个或多个方面的围绕组织的医疗装置的示例性端部执行器。
图33描绘了根据本公开的一个或多个方面的压缩组织的医疗装置的示例性端部执行器。
图34描绘了根据本公开的一个或多个方面的由压缩组织的医疗装置的端部执行器施加的示例性力。
图35也描绘了根据本公开的一个或多个方面的由压缩组织的医疗装置的端部执行器施加的示例性力。
图36描绘了根据本公开的一个或多个方面的示例性组织压缩传感器系统。
图37也描绘了根据本公开的一个或多个方面的示例性组织压缩传感器系统。
图38也描绘了根据本公开的一个或多个方面的示例性组织压缩传感器系统。
图39也为根据本公开的一个或多个方面的示例性电路图。
图40也为根据本公开的一个或多个方面的示例性电路图。
图41为描绘了根据本公开的一个或多个方面的示例性频率调制的曲线图。
图42为描绘了根据本公开的一个或多个方面的复合RF信号的曲线图。
图43为描绘了根据本公开的一个或多个方面的滤波RF信号的曲线图。
图44为具有能够进行关节运动的可互换的轴的外科器械的透视图。
图45为外科器械的末端的侧视图。
图46至图50为绘制随时间变化的间隙尺寸(图46)、随时间变化的击发电流(图47)、随时间变化的组织压缩(图48)、随时间变化的砧座应变(图49)以及随时间变化的触发力(图50)的曲线图。
图51为针对正常组织绘制组织压缩随着组织位移变化的曲线图。
图52为绘制组织压缩随着组织位移变化以区分正常组织和患病组织的曲线图。
图53示出了包括第一传感器和第二传感器的端部执行器的一个实施方案。
图54为示出了用于基于来自图53中所示的端部执行器的第二传感器的输入来调节第一传感器的测量结果的过程的一个实施方案的逻辑图。
图55为示出了用于基于来自第二传感器的输入来确定第一传感器的查找表的过程的一个实施方案的逻辑图。
图56为示出了用于响应于来自第二传感器的输入来校正第一传感器的过程的一个实施方案的逻辑图。
图57为示出了用于确定并且显示夹持在端部执行器的砧座和钉仓之间的组织区段的厚度的过程的一个实施方案的逻辑图。
图58为示出了用于确定并且显示夹持在端部执行器的砧座和钉仓之间的组织区段的厚度的过程的一个实施方案的逻辑图。
图59为示出与未修改的霍尔效应厚度测量结果进行比较的调节的霍尔效应厚度测量结果的曲线图。
图60示出了包括第一传感器和第二传感器的端部执行器的一个实施方案。
图61示出了包括第一传感器和多个第二传感器的端部执行器的一个实施方案。
图62为示出了用于响应于多个第二传感器来调节第一传感器的测量结果的过程的一个实施方案的逻辑图。
图63示出了被配置成能够将来自第一传感器和多个第二传感器的信号转换成能够由处理器接收的数字信号的电路的一个实施方案。
图64示出了包括多个传感器的端部执行器的一个实施方案。
图65为示出了用于基于多个传感器来确定一个或多个组织特性的过程的一个实施方案的逻辑图。
图66示出了包括联接到第二钳口构件的多个传感器的端部执行器的一个实施方案。
图67示出了包括一体地形成于其中的多个传感器的钉仓的一个实施方案。
图68为示出了用于确定夹持在端部执行器内的组织区段的一个或多个参数的过程的一个实施方案的逻辑图。
图69示出了包括多个冗余传感器的端部执行器的一个实施方案。
图70为示出了用于选择来自多个冗余传感器的最可靠输出的过程的一个实施方案的逻辑图。
图71示出了包括传感器的端部执行器的一个实施方案，该传感器包括特定采样率以限制或消除假信号。
图72为示出了用于产生定位在端部执行器的砧座和钉仓之间的组织区段的厚度测量结果的过程的一个实施方案的逻辑图。
图73和图74示出了包括用于识别不同类型的钉仓的传感器的端部执行器的一个实施方案。
图75示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够固定地附接到端部执行器的钳口构件的分段柔性电路的一个方面。
图76示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够安装到端部执行器的钳口构件的分段柔性电路的一个方面。
图77示出了根据本公开的至少一个方面的被构造成能够测量组织间隙GT的端部执行器的一个方面。
图78示出了根据本公开的至少一个方面的包括分段柔性电路的端部执行器的一个方面。
图79示出了根据本公开的至少一个方面的图78中示出的端部执行器，其中钳口构件将组织夹持在钳口构件和钉仓之间。
图80为根据本公开的至少一个方面的外科器械的绝对定位系统的图，其中绝对定位系统包括受控马达驱动电路布置，该受控马达驱动电路布置包括传感器布置。
图81为根据本公开的至少一个方面的位置传感器的图，该位置传感器包括磁性旋转绝对定位系统。
图82为根据本公开的至少一个方面的外科器械的端部执行器的剖视图，其示出了相对于抓持在端部执行器内的组织的击发构件行程。
图83为两个闭合力(FTC)曲线的第一曲线图(其描绘了在闭合阶段期间施加到闭合构件以在厚和薄组织上闭合的力)以及两个击发力(FTF)曲线的第二曲线图(其描绘了在击发阶段期间施加到击发构件以通过厚和薄组织进行击发的力)。
图84为根据本公开的至少一个方面的控制系统的图，该控制系统被配置成能够在击发构件朝远侧推进并且联接到夹持臂时在击发行程期间提供闭合构件的逐渐闭合，以便以期望的速率降低闭合构件上的闭合力负载并减小击发构件上的击发力负载。
图85示出了根据本公开的至少一个方面的比例积分微分(PID)控制器反馈控制系统。
图86为根据本公开的至少一个方面的描绘用于确定闭合构件的速度的控制程序或逻辑配置的过程的逻辑流程图。
图87为根据本公开的至少一个方面的描绘外科集线器的态势感知的时间线。
图88示出了根据本公开的至少一个方面的包括有源元件和传感器的钉仓的透视图。
图89示出了根据本公开的至少一个方面的有源传感器组件的框图。
图90示出了根据本公开的至少一个方面的用于确定组织类型的过程的逻辑流程图。
图91示出了根据本公开的至少一个方面的包括疏水区域的仓的透视图。
图92示出了根据本公开的至少一个方面的包括一对数据元的仓的透视图。
图93示出了根据本公开的至少一个方面的用于检测和/或接收来自与仓相关联的数据元的数据的传感器组件的框图。
图94示出了根据本公开的至少一个方面的用于解决数据识别冲突的过程的逻辑流程图。
图95示出了根据本公开的至少一个方面的包括可变输出传感器的电路的框图。
图96示出了根据本公开的至少一个方面的用于控制传感器的输出模式的过程的逻辑流程图。
图97示出了根据本公开的至少一个方面的包括第一传感器和第二传感器的端部执行器。
图98示出了根据本公开的至少一个方面的端部执行器的透视图，其中砧座处于打开位置，包括布置在仓平台的任一侧上的钉仓的近侧端部和远侧端部之间的多个光源。
具体实施方式
本专利申请的申请人拥有于2018年6月29日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每个的公开内容以引用方式全文并入本文：
·标题为“CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAYELEMENTS”(代理人案卷号END8542USNP/170755)的美国专利申请序列号__________，；
·标题为“CONTROLLING A SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO SENSEDCLOSURE PARAMETERS”(代理人案卷号END8543USNP/170760)的美国专利申请序列号__________；
·标题为“SYSTEMS FOR ADJUSTING END EFFECTOR PARAMETERS BASED ONPERIOPERATIVE INFORMATION”(代理人案卷号END8543USNP1/170760-1)的美国专利申请序列号__________；
·标题为“SAFETY SYSTEMS FOR SMART POWERED SURGICAL STAPLING”(代理人案卷号END8543USNP2/170760-2)的美国专利申请序列号__________；
·标题为“SAFETY SYSTEMS FOR SMART POWERED SURGICAL STAPLING”(代理人案卷号END8543USNP3/170760-3)的美国专利申请序列号__________；
·标题为“SURGICAL SYSTEMS FOR DETECTING END EFFECTOR TISSUEDISTRIBUTION IRREGULARITIES”(代理人案卷号END8543USNP4/170760-4)的美国专利申请序列号__________；
·标题为“SYSTEMS FOR DETECTING PROXIMITY OF SURGICAL END EFFECTOR TOCANCEROUS TISSUE”(代理人案卷号END8543USNP5/170760-5)的美国专利申请序列号__________；
·标题为“SURGICAL INSTRUMENT CARTRIDGE SENSOR ASSEMBLIES”(代理人案卷号END8543USNP6/170760-6)的美国专利申请序列号__________；
·标题为“SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE ELECTRODE”(代理人案卷号END8544USNP/170761)的美国专利申请序列号__________；
·标题为“SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE CIRCUIT”(代理人案卷号END8544USNP1/170761-1)的美国专利申请序列号__________；
·标题为“SURGICAL INSTRUMENT WITH A TISSUE MARKING ASSEMBLY”(代理人案卷号END8544USNP2/170761-2)的美国专利申请序列号__________；
·标题为“SURGICAL SYSTEMS WITH PRIORITIZED DATA TRANSMISSIONCAPABILITIES”(代理人案卷号END8544USNP3/170761-3)的美国专利申请序列号__________；
·标题为“SURGICAL EVACUATION SENSING AND MOTOR CONTROL”(代理人案卷号END8545USNP/170762)的美国专利申请序列号__________；
·标题为“SURGICAL EVACUATION SENSOR ARRANGEMENTS”(代理人案卷号END8545USNP1/170762-1)的美国专利申请序列号__________；
·标题为“SURGICAL EVACUATION FLOW PATHS”(代理人案卷号END8545USNP2/170762-2)的美国专利申请序列号__________；
·标题为“SURGICAL EVACUATION SENSING AND GENERATOR CONTROL”(代理人案卷号END8545USNP3/170762-3)的美国专利申请序列号__________；
·标题为“SURGICAL EVACUATION SENSING AND DISPLAY”(代理人案卷号END8545USNP4/170762-4)的美国专利申请序列号__________；
·标题为“COMMUNICATION OF SMOKE EVACUATION SYSTEM PARAMETERS TO HUBOR CLOUD IN SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”(代理人案卷号END8546USNP/170763)的美国专利申请序列号__________；
·标题为“SMOKE EVACUATION SYSTEM INCLUDING A SEGMENTED CONTROLCIRCUIT FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”(代理人案卷号END8546USNP1/170763-1)的美国专利申请序列号__________；
·标题为“SURGICAL EVACUATION SYSTEM WITH A COMMUNICATION CIRCUIT FORCOMMUNICATION BETWEEN A FILTER AND A SMOKE EVACUATION DEVICE”(代理人案卷号为END8547USNP/170764)的美国专利申请序列号__________；以及
·标题为“DUAL IN-SERIES LARGE AND SMALL DROPLET FILTERS”(代理人案卷号END8548USNP/170765)的美国专利申请序列号__________。
本专利申请的申请人拥有于2018年6月28日提交的以下美国临时专利申请，这些临时专利申请中的每个的公开内容以引用方式全文并入本文：
·标题为“A METHOD OF USING REINFORCED FLEX CIRCUITS WITH MULTIPLESENSORS WITH ELECTROSURGICAL DEVICES”的美国临时专利申请序列号62/691,228；
·标题为“CONTROLLING A SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO SENSEDCLOSURE PARAMETERS”的美国临时专利申请序列号62/691,227；
·标题为“SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE ELECTRODE”的美国临时专利申请序列号62/691,230；
·标题为“SURGICAL EVACUATION SENSING AND MOTOR CONTROL”的美国临时专利申请序列号62/691,219；
·标题为“COMMUNICATION OF SMOKE EVACUATION SYSTEM PARAMETERS TO HUBOR CLOUD IN SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/691,257；
·标题为“SURGICAL EVACUATION SYSTEM WITH A COMMUNICATION CIRCUIT FORCOMMUNICATION BETWEEN A FILTER AND A SMOKE EVACUATION DEVICE”美国临时专利申请序列号62/691,262；以及
·标题为“DUAL IN-SERIES LARGE AND SMALL DROPLET FILTERS”的美国临时专利申请序列号62/691,251。
本专利申请的申请人拥有于2018年3月29日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每个的公开内容以引用方式全文并入本文：
·标题为“INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH ENCRYPTED COMMUNICATIONCAPABILITIES”的美国专利申请序列号15/940,641；
·标题为“INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH CONDITION HANDLING OFDEVICES AND DATA CAPABILITIES”的美国专利申请序列号15/940,648；
·标题为“SURGICAL HUB COORDINATION OF CONTROL AND COMMUNICATION OFOPERATING ROOM DEVICES”的美国专利申请序列号15/940,656；
·标题为“SPATIAL AWARENESS OF SURGICAL HUBS IN OPERATING ROOMS”的美国专利申请序列号15/940,666；
·标题为“COOPERATIVE UTILIZATION OF DATA DERIVED FROM SECONDARYSOURCES BY INTELLIGENT SURGICAL HUBS”的美国专利申请序列号15/940,670；
·标题为“SURGICAL HUB CONTROL ARRANGEMENTS”的美国专利申请序列号15/940,677；
·标题为“DATA STRIPPING METHOD TO INTERROGATE PATIENT RECORDS ANDCREATE ANONYMIZED RECORD”的美国专利申请序列号15/940,632；
·标题为“COMMUNICATION HUB AND STORAGE DEVICE FOR STORING PARAMETERSAND STATUS OF A SURGICAL DEVICE TO BE SHARED WITH CLOUD BASED ANALYTICSSYSTEMS”的美国专利申请序列号15/940,640；
·标题为“SELF DESCRIBING DATA PACKETS GENERATED AT AN ISSUINGINSTRUMENT”的美国专利申请序列号15/940,645；
·标题为“DATA PAIRING TO INTERCONNECT A DEVICE MEASURED PARAMETERWITH AN OUTCOME”的美国专利申请序列号15/940,649；
·标题为“SURGICAL HUB SITUATIONAL AWARENESS”的美国专利申请序列号15/940,654；
·标题为“SURGICAL SYSTEM DISTRIBUTED PROCESSING”的美国专利申请序列号15/940,663；
·标题为“AGGREGATION AND REPORTING OF SURGICAL HUB DATA”的美国专利申请序列号15/940,668；
·标题为“SURGICAL HUB SPATIAL AWARENESS TO DETERMINE DEVICES INOPERATING THEATER”的美国专利申请序列号15/940,671；
·标题为“DISPLAY OF ALIGNMENT OF STAPLE CARTRIDGE TO PRIOR LINEARSTAPLE LINE”的美国专利申请序列号15/940,686；
·标题为“STERILE FIELD INTERACTIVE CONTROL DISPLAYS”的美国专利申请序列号15/940,700；
·标题为“COMPUTER IMPLEMENTED INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS”的美国专利申请序列号15/940,629；
·标题为“USE OF LASER LIGHT AND RED-GREEN-BLUE COLORATION TODETERMINE PROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT”的美国专利申请序列号15/940,704；
·标题为“CHARACTERIZATION OF TISSUE IRREGULARITIES THROUGH THE USE OFMONO-CHROMATIC LIGHT REFRACTIVITY”的美国专利申请序列号15/940,722；以及
·标题为“DUAL CMOS ARRAY IMAGING”的美国专利申请序列号15/940,742。
本专利申请的申请人拥有于2018年3月29日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每个的公开内容以引用方式全文并入本文：
·标题为“ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL DEVICES”的美国专利申请序列号15/940,636；
·标题为“ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL HUBS”的美国专利申请序列号15/940,653；
·标题为“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR CUSTOMIZATION ANDRECOMMENDATIONS TO A USER”的美国专利申请序列号15/940,660；
·标题为“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR LINKING OF LOCAL USAGETRENDS WITH THE RESOURCE ACQUISITION BEHAVIORS OF LARGER DATA SET”的美国专利申请序列号15/940,679；
·标题为“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR MEDICAL FACILITY SEGMENTEDINDIVIDUALIZATION OF INSTRUMENT FUNCTION”的美国专利申请序列号15/940,694；
·标题为“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR SECURITY ANDAUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES”的美国专利申请序列号15/940,634；
·标题为“DATA HANDLING AND PRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICSNETWORK”的美国专利申请序列号15/940,706；以及
·标题为“CLOUD INTERFACE FOR COUPLED SURGICAL DEVICES”的美国专利申请序列号15/940,675。
本专利申请的申请人拥有于2018年3月29日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每个的公开内容以引用方式全文并入本文：
·标题为“DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”的美国专利申请序列号15/940,627；
·标题为“COMMUNICATION ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICALPLATFORMS”的美国专利申请序列号15/940,637；
·标题为“CONTROLS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”的美国专利申请序列号15/940,642；
·标题为“AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICALPLATFORMS”的美国专利申请序列号15/940,676；
·标题为“CONTROLLERS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”的美国专利申请序列号15/940,680；
·标题为“COOPERATIVE SURGICAL ACTIONS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICALPLATFORMS”的美国专利申请序列号15/940,683；
·标题为“DISPLAY ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”的美国专利申请序列号15/940,690；以及
·标题为“SENSING ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”的美国专利申请序列号15/940,711。
本专利申请的申请人拥有于2018年3月28日提交的以下美国临时专利申请，这些临时专利申请中的每个的公开内容以引用方式全文并入本文：
·标题为“INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH ENCRYPTED COMMUNICATIONCAPABILITIES”的美国临时专利申请序列号62/649,302；
·标题为“DATA STRIPPING METHOD TO INTERROGATE PATIENT RECORDS ANDCREATE ANONYMIZED RECORD”美国临时专利申请序列号62/649,294；
·标题为“SURGICAL HUB SITUATIONAL AWARENESS”的美国临时专利申请序列号62/649,300；
·标题为“SURGICAL HUB SPATIAL AWARENESS TO DETERMINE DEVICES INOPERATING THEATER”的美国临时专利申请序列号62/649,309；
·标题为“COMPUTER IMPLEMENTED INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS”的美国临时专利申请序列号62/649,310；
·标题为“USE OF LASER LIGHT AND RED-GREEN-BLUE COLORATION TODETERMINE PROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT”的美国临时专利申请序列号62/649,291；
·标题为“ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL DEVICES”的美国临时专利申请序列号62/649,296；
·标题为“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR CUSTOMIZATION ANDRECOMMENDATIONS TO A USER”美国临时专利申请序列号62/649,333；
·标题为“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR SECURITY ANDAUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES”的美国临时专利申请序列号62/649,327；
·标题为“DATA HANDLING AND PRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICSNETWORK”的美国临时专利申请序列号62/649,315；
·标题为“CLOUD INTERFACE FOR COUPLED SURGICAL DEVICES”的美国临时专利申请序列号62/649,313；
·标题为“DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”的美国临时专利申请序列号62/649,320；
·标题为“AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICALPLATFORMS”的美国临时专利申请序列号62/649,307；以及
·标题为“SENSING ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”的美国临时专利申请序列号62/649,323。
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：
·标题为“METHOD OF HUB COMMUNICATION”的美国临时专利申请序列号62/659,900。
本专利申请的申请人拥有于2018年3月30日提交的以下美国临时专利申请，这些临时专利申请中的每个的公开内容以引用方式全文并入本文：
·标题为“SURGICAL SYSTEMS WITH OPTIMIZED SENSING CAPABILITIES”美国临时专利申请序列号62/650,887；
·标题为“SURGICAL SMOKE EVACUATION SENSING AND CONTROLS”的美国临时专利申请序列号62/650,877；
·标题为“SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/650,882；
以及
·标题为“CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAYELEMENTS”的美国临时专利申请序列号62/650,898。
本专利申请的申请人拥有于2018年3月8日提交的以下美国临时专利申请，这些临时专利申请中的每个的公开内容以引用方式全文并入本文：
·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；以及
·标题为“ESTIMATING STATE OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROLSYSTEM THEREFOR”的美国临时专利申请序列号62/640,415。
本专利申请的申请人拥有于2017年12月28日提交的以下美国临时专利申请，其中的每个的公开内容以引用方式全文并入本文：
·标题为“INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/611,341；
·标题为“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS”的美国临时专利申请序列号62/611,340；以及
·标题为“ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/611,339。
在详细说明外科装置和发生器的各个方面之前，应该指出的是，示例性示例的应用或使用并不局限于附图和具体实施方式中所示出的部件的配置和布置方式的细节。示例性示例可以单独实现，或与其它方面、变更形式和修改形式结合在一起实现，并可以通过多种方式实践或执行。此外，除非另外指明，否则本文所用的术语和表达是为了方便读者而对示例性实施例进行描述而所选的，并非为了限制性的目的。而且，应当理解，以下描述的方面中的一个或多个、方面和/或示例的表达可以与以下描述的其它方面、方面和/或示例的表达中的任何一个或多个组合。
参见图1，计算机实现的交互式外科系统100包括一个或多个外科系统102和基于云的系统(例如，可包括联接到存储装置105的远程服务器113的云104)。每个外科系统102包括与可包括远程服务器113的云104通信的至少一个外科集线器106。在一个示例中，如图1中所示，外科系统102包括可视化系统108、机器人系统110和手持式智能外科器械112，其被配置成能够彼此通信并且/或者与集线器106通信。在一些方面，外科系统102可包括M数量的集线器106、N数量的可视化系统108、O数量的机器人系统110和P数量的手持式智能外科器械112，其中M、N、O和P为大于或等于一的整数。
图3示出了用于对平躺在外科手术室116中的手术台114上的患者执行外科规程的外科系统102的示例。机器人系统110在外科规程中用作外科系统102的一部分。机器人系统110包括外科医生的控制台118、患者侧推车120(外科机器人)和外科机器人集线器122。当外科医生通过外科医生的控制台118观察外科部位时，患者侧推车120可通过患者体内的微创切口操纵至少一个可移除地联接的外科工具117。外科部位的图像可通过医疗成像装置124获得，该医疗成像装置可由患者侧推车120操纵以定向成像装置124。机器人集线器122可用于处理外科部位的图像，以随后通过外科医生的控制台118显示给外科医生。
其它类型的机器人系统可容易地适于与外科系统102一起使用。适用于本公开的机器人系统和外科工具的各种示例在2017年12月28日提交的标题为机器人辅助的外科平台(ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM)的美国临时专利申请序列号62/611,339中有所描述，该专利的公开内容全文以引用方式并入本文。
由云104执行并且适用于本公开的基于云的分析的各种示例描述于2017年12月28日提交的标题为“基于云的医疗分析(CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS)”的美国临时专利申请序列号62/611,340中，其公开内容全文以引用方式并入本文。
在各种方面，成像装置124包括至少一个图像传感器和一个或多个光学部件。合适的图像传感器包括但不限于电荷耦合器件(CCD)传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。
成像装置124的光学部件可包括一个或多个照明源和/或一个或多个透镜。一个或多个照明源可被引导以照明外科场地的多部分。一个或多个图像传感器可接收从外科场地反射或折射的光，包括从组织和/或外科器械反射或折射的光。
一个或多个照明源可被配置成能够辐射可见光谱中的电磁能以及不可见光谱。可见光谱(有时被称为光学光谱或发光光谱)是电磁光谱中对人眼可见(即，可被其检测)的那部分，并且可被称为可见光或简单光。典型的人眼将对空气中约380nm至约750nm的波长作出响应。
不可见光谱(即，非发光光谱)是电磁光谱的位于可见光谱之下和之上的部分(即，低于约380nm且高于约750nm的波长)。人眼不可检测到不可见光谱。大于约750nm的波长长于红色可见光谱，并且它们变为不可见的红外(IR)、微波和无线电电磁辐射。小于约380nm的波长比紫色光谱短，并且它们变为不可见的紫外、x射线和γ射线电磁辐射。
在各种方面，成像装置124被配置用于微创规程中。适用于本公开的成像装置的示例包括但不限于关节镜、血管镜、支气管镜、胆道镜、结肠镜、细胞检查镜、十二指镜、肠窥镜、食道-十二指肠镜(胃镜)、内窥镜、喉镜、鼻咽-肾内窥镜、乙状结肠镜、胸腔镜和子宫内窥镜。
在一个方面，成像装置采用多光谱监测来辨别形貌和底层结构。多光谱图像是捕集跨电磁波谱的特定波长范围内的图像数据的图像。可通过滤波器或通过使用对特定波长敏感的器械来分离波长，特定波长包括来自可见光范围之外的频率的光，例如IR和紫外。光谱成像可允许提取人眼未能用其红色，绿色和蓝色的受体捕集的附加信息。多光谱成像的使用在2017年12月28日提交的标题为“交互式外科平台(INTERACTIVE SURGICALPLATFORM)”的美国临时专利申请序列号62/611,341的标题“高级成像采集模块(AdvancedImaging Acquisition Module)”下更详细地描述，该专利的公开内容全文以引用方式并入本文。在完成外科任务以对处理过的组织执行一个或多个先前所述测试之后，多光谱监测可以是用于重新定位外科场地的有用工具。
不言自明的是，在任何外科期间都需要对手术室和外科设备进行严格消毒。在“外科室”(即，手术室或治疗室)中所需的严格的卫生和消毒条件需要所有医疗装置和设备的最高可能的无菌性。该灭菌过程的一部分是需要对接触患者或穿透无菌场的任何物质进行灭菌，包括成像装置124及其附接件和部件。应当理解，无菌场可被认为是被认为不含微生物的指定区域，诸如在托盘内或无菌毛巾内，或者无菌场可被认为是已准备用于外科规程的患者周围的区域。无菌场可包括被恰当地穿着的擦洗的团队构件，以及该区域中的所有家具和固定件。
在各种方面，可视化系统108包括一个或多个成像传感器、一个或多个图像处理单元、一个或多个存储阵列、以及一个或多个显示器，其相对于无菌场进行策略布置，如图2中所示。在一个方面，可视化系统108包括用于HL7、PACS和EMR的界面。可视化系统108的各种部件在2017年12月28日提交的标题为“交互式外科平台(INTERACTIVE SURGICALPLATFORM)”的美国临时专利申请序列号62/611,341的标题“高级成像采集模块(AdvancedImaging Acquisition Module)”下有所描述，该专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
如图2中所示，主显示器119被定位在无菌场中，以对在手术台114处的操作者可见。此外，可视化塔111被定位在无菌场之外。可视化塔111包括彼此背离的第一非无菌显示器107和第二非无菌显示器109。由集线器106引导的可视化系统108被配置成能够利用显示器107、109和119来将信息流协调到无菌场内侧和外侧的操作者。例如，集线器106可使成像系统108在非无菌显示器107或109上显示由成像装置124记录的外科部位的快照，同时保持外科部位在主显示器119上的实时馈送。非无菌显示器107或109上的快照可允许非无菌操作者例如执行与外科规程相关的诊断步骤。
在一个方面，集线器106还被配置成能够将由非无菌操作者在可视化塔111处输入的诊断输入或反馈路由至无菌场内的主显示器119，其中可由操作台上的无菌操作员查看。在一个示例中，输入可以是对显示在非无菌显示器107或109上的快照的修改形式，其可通过集线器106路由到主显示器119。
参见图2，外科器械112作为外科系统102的一部分在外科规程中使用。集线器106还被配置成能够协调流向外科器械112的显示器的信息流。例如，在2017年12月28日提交的标题为“交互式外科平台(INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM)”的美国临时专利申请序列号62/611,341，其公开内容全文以引用方式并入本文。由非无菌操作者在可视化塔111处输入的诊断输入或反馈可由集线器106路由至无菌场内的外科器械显示器115，其中外科器械112的操作者可观察到该输入或反馈。适用于外科系统102的示例性外科器械描述于2017年12月28日提交的标题为“交互式外科平台(INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM)”的美国临时专利申请序列号62/611,341的标题“外科器械硬件(Surgical Instrument Hardware)”下，该专利的公开内容以引用方式全文并入本文。
现在参见图3，集线器106被描绘为与可视化系统108、机器人系统110和手持式智能外科器械112通信。集线器106包括集线器显示器135、成像模块138、发生器模块140、通信模块130、处理器模块132和存储阵列134。在某些方面，如图3中所示，集线器106还包括排烟模块126和/或抽吸/冲洗模块128。
在外科规程期间，用于密封和/或切割的对组织的能量施加通常与排烟、抽吸过量流体和/或冲洗组织相关。来自不同来源的流体管线、功率管线和/或数据管线通常在外科规程期间缠结。在外科规程期间解决该问题可丢失有价值的时间。断开管线可需要将管线与其相应的模块断开连接，这可需要重置模块。集线器模块化壳体136提供用于管理功率管线、数据管线和流体管线的统一环境，这降低了此类管线之间缠结的频率。
本公开的各方面提供了用于外科规程的外科集线器，该外科规程涉及将能量施加到外科部位处的组织。外科集线器包括集线器壳体和可滑动地接纳在集线器壳体的对接底座中的组合发生器模块。对接底座包括数据触点和功率触点。组合发生器模块包括座置在单个单元中的超声能量发生器部件、双极RF能量发生器部件和单极RF能量发生器部件中的两个或更多个。在一个方面，组合发生器模块还包括排烟部件，用于将组合发生器模块连接到外科器械的至少一根能量递送缆线、被配置成能够排出通过向组织施加治疗能量而产生的烟雾、流体和/或颗粒的至少一个排烟部件、以及从远程外科部位延伸至排烟部件的流体管线。
在一个方面，流体管线是第一流体管线，并且第二流体管线从远程外科部位延伸至可滑动地接纳在集线器壳体中的抽吸和冲洗模块。在一个方面，集线器壳体包括流体接口。
某些外科规程可需要将多于一种能量类型施加到组织。一种能量类型可更有利于切割组织，而另一种不同的能量类型可更有利于密封组织。例如，双极发生器可用于密封组织，而超声发生器可用于切割密封的组织。本公开的各方面提供了一种解决方案，其中集线器模块化壳体136被配置成能够容纳不同的发生器，并且有利于它们之间的交互式通信。集线器模块化壳体136的优点之一是能够快速地移除和/或更换各种模块。
本公开的方面提供了在涉及将能量施加到组织的外科规程中使用的模块化外科壳体。模块化外科壳体包括第一能量发生器模块，该第一能量发生器模块被配置成能够生成用于施加到组织的第一能量，和第一对接底座，该第一对接底座包括第一对接端口，该第一对接端口包括第一数据和功率触点，其中第一能量发生器模块可滑动地移动成与该功率和数据触点电接合，并且其中第一能量发生器模块可滑动地移动出与第一功率和数据触点电接合。
对上文进行进一步描述，模块化外科壳体还包括第二能量发生器模块，该第二能量发生器模块被配置成能够生成不同于第一能量的第二能量以用于施加到组织，和第二对接底座，该第二对接底座包括第二对接端口，该第二对接端口包括第二数据和功率触点，其中第二能量发生器模块可滑动地移动成与功率和数据触点电接合，并且其中第二能量发生器模块可滑动地移动出与第二功率和数据触点电接合。
此外，模块化外科壳体还包括在第一对接端口和第二对接端口之间的通信总线，其被配置成能够有利于第一能量发生器模块和第二能量发生器模块之间的通信。
参见图3-7，本公开的各方面被呈现为集线器模块化壳体136，其允许发生器模块140、排烟模块126和抽吸/冲洗模块128的模块化集成。集线器模块化壳体136还有利于模块140、126、128之间的交互式通信。如图5中所示，发生器模块140可为具有集成的单极部件、双极部件和超声部件的发生器模块，该部件被支撑在可滑动地插入到集线器模块化壳体136中的单个外壳单元139中。如图5中所示，发生器模块140可被配置成能够连接到单极装置146、双极装置147和超声装置148。另选地，发生器模块140可包括通过集线器模块化壳体136进行交互的一系列单极发生器模块、双极发生器模块和/或超声发生器模块。集线器模块化壳体136可被配置成能够有利于多个发生器的插入和对接到集线器模块化壳体136中的发生器之间的交互通信，使得发生器将充当单个发生器。
在一个方面，集线器模块化壳体136包括具有外部和无线通信接头的模块化功率和通信底板149，以实现模块140、126、128的可移除附接件以及它们之间的交互通信。
在一个方面，集线器模块化壳体136包括对接底座或抽屉151(本文也称为抽屉)，其被配置成能够可滑动地接纳模块140、126、128。图4示出了可滑动地接纳在外科集线器壳体136的对接底座151中的外科集线器壳体136和组合发生器模块145的局部透视图。在组合发生器模块145的背面上具有功率和数据触点的对接端口152被配置成能够当组合发生器模块145滑动到集线器模块壳体136的对应的对接底座151内的适当位置时，将对应的对接端口150与集线器模块化壳体136的对应对接底座151的功率和数据触点接合。在一个方面，组合发生器模块145包括一起集成到单个外壳单元139中的双极、超声和单极模块以及排烟模块，如图5中所示。
在各种方面，排烟模块126包括流体管线154，该流体管线154将捕集/收集的烟雾和/或流体从外科部位传送到例如排烟模块126。源自排烟模块126的真空抽吸可将烟雾吸入外科部位处的公用导管的开口中。联接到流体管线的公用导管可以是端接在排烟模块126处的柔性管的形式。公用导管和流体管线限定朝向可滑动地接纳在集线器壳体136中的排烟模块126延伸的流体路径。
在各种方面，抽吸/冲洗模块128联接到包括吸出流体管线和抽吸流体管线的外科工具。在一个示例中，吸出流体管线和抽吸流体管线为从外科部位朝向抽吸/冲洗模块128延伸的柔性管的形式。一个或多个驱动系统可被配置成能够使流体冲洗到外科部位和从外科部位抽吸流体。
在一个方面，外科工具包括轴，该轴具有在其远侧端部处的端部执行器以及与端部执行器、吸出管和冲洗管相关联的至少一种能量处理。吸出管可在其远侧端部处具有入口，并且吸出管延伸穿过轴。类似地，吸出管可延伸穿过轴并且可具有邻近能量递送工具的入口。能量递送工具被配置成能够将超声能量和/或RF能量递送至外科部位，并且通过初始延伸穿过轴的缆线联接到发生器模块140。
冲洗管可与流体源流体连通，并且吸出管可与真空源流体连通。流体源和/或真空源可座置在抽吸/冲洗模块128中。在一个示例中，流体源和/或真空源可独立于抽吸/冲洗模块128座置在集线器壳体136中。在此类示例中，流体接口能够将抽吸/冲洗模块128连接到流体源和/或真空源。
在一个方面，集线器模块化壳体136上的模块140、126、128和/或其对应的对接底座可包括对齐特征部，该对齐特征部被配置成能够将模块的对接端口对齐成与其在集线器模块化壳体136的对接底座中的对应端口接合。例如，如图4中所示，组合发生器模块145包括侧支架155，侧支架155被配置成能够与集线器模块化壳体136的对应的对接底座151的对应支架156可滑动地接合。支架配合以引导组合发生器模块145的对接端口触点与集线器模块化壳体136的对接端口触点电接合。
在一些方面，集线器模块化壳体136的抽屉151为相同的或大体上相同的大小，并且模块的大小被调节为接纳在抽屉151中。例如，侧支架155和/或156可根据模块的大小而更大或更小。在其它方面，抽屉151的大小不同，并且各自被设计成容纳特定模块。
此外，可对特定模块的触点进行键控以与特定抽屉的触点接合，以避免将模块插入到具有不匹配触点的抽屉中。
如图4中所示，一个抽屉151的对接端口150可通过通信链路157联接到另一个抽屉151的对接端口150，以有利于座置在集线器模块化壳体136中的模块之间的交互式通信。另选地或附加地，集线器模块化壳体136的对接端口150可有利于座置在集线器模块化壳体136中的模块之间的无线交互通信。可采用任何合适的无线通信，诸如例如Air Titan-Bluetooth。
图6示出了用于横向模块化外壳160的多个横向对接端口的单个功率总线附接件，该横向模块化外壳160被配置成能够可滑动地接纳外科集线器206的多个模块。横向模块化外壳160被配置成能够横向可滑动地接纳和互连模块161。模块161可滑动地插入到横向模块化外壳160的对接底座162中，该横向模块化外壳160包括用于互连模块161的底板。如图6中所示，模块161横向布置在横向模块化外壳160中。另选地，模块161可竖直地布置在横向模块化外壳中。
图7示出了被配置成能够可滑动地接纳外科集线器106的多个模块165的竖直模块化外壳164。模块165可滑动地插入到竖直模块化外壳164的对接底座或抽屉167中，该竖直模块化外壳164包括用于互连模块165的底板。尽管竖直模块化外壳164的抽屉167竖直布置，但在某些情况下，竖直模块化外壳164可包括横向布置的抽屉。此外，模块165可通过竖直模块化外壳164的对接端口彼此交互。在图7的示例中，提供了用于显示与模块165的操作相关的数据的显示器177。此外，竖直模块化外壳164包括主模块178，该主模块座置可滑动地接纳在主模块178中的多个子模块。
在各种方面，成像模块138包括集成视频处理器和模块化光源，并且适于与各种成像装置一起使用。在一个方面，成像装置由可装配有光源模块和相机模块的模块化外壳构成。外壳可为一次性外壳。在至少一个示例中，一次性外壳可移除地联接到可重复使用的控制器、光源模块和相机模块。光源模块和/或相机模块可根据外科规程的类型选择性地选择。在一个方面，相机模块包括CCD传感器。在另一方面，相机模块包括CMOS传感器。在另一方面，相机模块被配置用于扫描波束成像。同样，光源模块可被配置成能够递送白光或不同的光，这取决于外科规程。
在外科规程期间，从外科场地移除外科装置并用包括不同相机或不同光源的另一外科装置替换外科装置可为低效的。暂时失去对外科场地的视线可导致不期望的后果。本公开的模块成像装置被配置成能够允许在外科规程期间中流替换光源模块或相机模块，而不必从外科场地移除成像装置。
在一个方面，成像装置包括包括多个通道的管状外壳。第一通道被配置成能够可滑动地接纳相机模块，该相机模块可被配置用于与第一通道按扣配合接合。第二通道被配置成能够可滑动地接纳光源模块，该光源模块可被配置用于与第二通道按扣配合接合。在另一个示例中，相机模块和/或光源模块可在其相应通道内旋转到最终位置。可采用螺纹接合代替按扣配合接合。
在各种示例中，多个成像装置被放置在外科场地中的不同位置以提供多个视图。成像模块138可被配置成能够在成像装置之间切换以提供最佳视图。在各种方面，成像模块138可被配置成能够集成来自不同成像装置的图像。
适用于本公开的各种图像处理器和成像装置描述于2011年8月9日公布的标题为组合SBI和常规图像处理器(COMBINED SBI AND CONVENTIONAL IMAGE PROCESSOR)美国专利7,995,045中，该专利以引用方式全文并入本文。此外，2011年7月19日公布的标题为SBI运动伪影去除设备和方法(SBI MOTION ARTIFACT REMOVAL APPARATUS AND METHOD)的美国专利7,982,776描述了用于从图像数据中去除运动伪影的各种系统，该专利以引用方式全文并入本文。此类系统可与成像模块138集成。此外，2011年12月15日公布的标题为“CONTROLLABLE MAGNETIC SOURCE TO FIXTURE INTRACORPOREAL APPARATUS”的美国专利申请公布No.2011/0306840和2014年8月28日公布的标题为“SYSTEM FOR PERFORMING AMINIMALLY INVASIVE SURGICAL PROCEDURE”的美国专利申请公布No.2014/0243597，这些专利申请中的每个的公开内容以引用方式全文并入本文。
图8示出了包括模块化通信集线器203的外科数据网络201，该模块化通信集线器203被配置成能够将位于医疗设施的一个或多个手术室中的模块化装置或专门配备用于外科操作的医疗设施中的任何房间连接到基于云的系统(例如，可包括联接到存储装置205的远程服务器213的云204)。在一个方面，模块化通信集线器203包括与网络路由器通信的网络集线器207和/或网络交换机209。模块化通信集线器203还可联接到本地计算机系统210以提供本地计算机处理和数据操纵。外科数据网络201可被配置为无源的、智能的或交换的。无源外科数据网络充当数据的管道，从而使其能够从一个装置(或区段)转移到另一个装置(或区段)以及云计算资源。智能外科数据网络包括附加特征，以使得能够监测穿过外科数据网络的流量并配置网络集线器207或网络交换器209中的每个端口。智能外科数据网络可被称为可管理的集线器或交换器。交换集线器读取每个包的目标地址，并且然后将包转发到正确的端口。
位于手术室中的模块化装置1a-1n可联接到模块化通信集线器203。网络集线器207和/或网络交换机209可联接到网络路由器211以将装置1a-1n连接至云204或本地计算机系统210。与装置1a-1n相关联的数据可经由路由器传输到基于云的计算机，用于远程数据处理和操纵。与装置1a-1n相关联的数据也可被传输至本地计算机系统210以用于本地数据处理和操纵。位于相同手术室中的模块化装置2a-2m也可联接到网络交换机209。网络交换机209可联接到网络集线器207和/或网络路由器211以将装置2a-2m连接至云204。与装置2a-2n相关联的数据可经由网络路由器211传输到云204以用于数据处理和操纵。与装置2a-2m相关联的数据也可被传输至本地计算机系统210以用于本地数据处理和操纵。
应当理解，可通过将多个网络集线器207和/或多个网络交换机209与多个网络路由器211互连来扩展外科数据网络201。模块化通信集线器203可被包含在模块化控制塔中，该模块化控制塔被配置成能够可滑动地接纳多个装置1a-1n/2a-2m。本地计算机系统210也可包含在模块化控制塔中。模块化通信集线器203连接到显示器212以显示例如在外科规程期间由装置1a-1n/2a-2m中的一些获得的图像。在各种方面，装置1a-1n/2a-2m可包括例如各种模块，诸如联接到内窥镜的成像模块138、联接到基于能量的外科装置的发生器模块140、排烟模块126、抽吸/冲洗模块128、通信模块130、处理器模块132、存储阵列134、联接到显示器的外科装置、和/或可连接到外科数据网络201的模块化通信集线器203的其它模块化装置中的非接触传感器模块。
在一个方面，外科数据网络201可包括将装置1a-1n/2a-2m连接至云的(一个或多个)网络集线器、(一个或多个)网络交换机和(一个或多个)网络路由器的组合。联接到网络集线器或网络交换机的装置1a-1n/2a-2m中的任何一个或全部可实时收集数据并将数据传输到云计算机中以进行数据处理和操纵。应当理解，云计算依赖于共享计算资源，而不是使用本地服务器或个人装置来处理软件应用程序。可使用“云”一词作为“互联网”的隐喻，尽管该术语不受此限制。因此，本文可使用术语“云计算”来指“基于互联网的计算的类型”，其中将不同的服务(诸如服务器、存储器和应用程序)递送至位于外科室(例如，固定、移动、临时或现场手术室或空间)中的模块化通信集线器203和/或计算机系统210以及通过互联网连接至模块化通信集线器203和/或计算机系统210的装置。云基础设施可由云服务提供方维护。在这种情况下，云服务提供方可以是协调位于一个或多个手术室中的装置1a-1n/2a-2m的使用和控制的实体。云计算服务可基于由智能外科器械、机器人和位于手术室中的其它计算机化装置所收集的数据来执行大量计算。集线器硬件使多个装置或连接能够连接到与云计算资源和存储器通信的计算机。
对由装置1a-1n/2a-2m所收集的数据应用云计算机数据处理技术，外科数据网络提供改善的外科结果，降低的成本和改善的患者满意度。可采用装置1a-1n/2a-2m中的至少一些来观察组织状态以评估在组织密封和切割规程之后密封的组织的渗漏或灌注。可采用装置1a-1n/2a-2m中的至少一些来识别病理学，诸如疾病的影响，使用基于云的计算检查包括用于诊断目的的身体组织样本的图像的数据。这包括组织和表型的定位和边缘确认。可采用装置1a-1n/2a-2m中的至少一些使用与成像装置和技术(诸如叠加由多个成像装置捕集的图像)集成的各种传感器来识别身体的解剖结构。由装置1a-1n/2a-2m收集的数据(包括图像数据)可被传输到云204或本地计算机系统210或两者以用于数据处理和操纵，包括图像处理和操纵。可分析数据以通过确定是否可继续进行进一步治疗(诸如内窥镜式干预、新兴技术、靶向辐射、靶向干预和精确机器人对组织特异性位点和条件的应用来改善外科规程结果。此类数据分析可进一步采用结果分析处理，并且使用标准化方法可提供有益反馈以确认外科治疗和外科医生的行为，或建议修改外科治疗和外科医生的行为。
在一个具体实施中，手术室装置1a-1n可通过有线信道或无线信道连接至模块化通信集线器203，这取决于装置1a-1n至网络集线器的配置。在一个方面，网络集线器207可被实现为在开放式系统互连(OSI)模型的物理层上工作的本地网络广播装置。该网络集线器提供与位于同一手术室网络中的装置1a-1n的连接。网络集线器207以包的形式收集数据，并以半双工模式将其发送至路由器。网络集线器207不存储用于传输装置数据的任何媒体访问控制/因特网协议(MAC/IP)。装置1a-1n中的仅一个可一次通过网络集线器207发送数据。网络集线器207没有关于在何处发送信息并在每个连接上广播所有网络数据以及通过云204向远程服务器213(图9)广播所有网络数据的路由表或智能。网络集线器207可以检测基本网络错误诸如冲突，但将所有信息广播到多个端口可带来安全风险并导致瓶颈。
在另一个具体实施中，手术室装置2a-2m可通过有线信道或无线信道连接到网络交换机209。网络交换机209在OSI模型的数据链路层中工作。网络交换机209是用于将位于相同手术室中的装置2a-2m连接到网络的多点广播装置。网络交换机209以帧的形式向网络路由器211发送数据并且以全双工模式工作。多个装置2a-2m可通过网络交换机209同时发送数据。网络交换机209存储并使用装置2a-2m的MAC地址来传输数据。
网络集线器207和/或网络交换机209联接到网络路由器211以连接到云204。网络路由器211在OSI模型的网络层中工作。网络路由器211创建用于将从网络集线器207和/或网络交换机211接收的数据包发射至基于云的计算机资源的路由，以进一步处理和操纵由装置1a-1n/2a-2m中的任一者或所有收集的数据。可采用网络路由器211来连接位于不同位置的两个或更多个不同的网络，诸如例如同一医疗设施的不同手术室或位于不同医疗设施的不同手术室的不同网络。网络路由器211以包的形式向云204发送数据并且以全双工模式工作。多个装置可以同时发送数据。网络路由器211使用IP地址来传输数据。
在一个示例中，网络集线器207可被实现为USB集线器，其允许多个USB装置连接到主机。USB集线器可以将单个USB端口扩展到多个层级，以便有更多端口可用于将装置连接到主机系统计算机。网络集线器207可包括用于通过有线信道或无线信道接收信息的有线或无线能力。在一个方面，无线USB短距离、高带宽无线无线电通信协议可用于装置1a-1n和位于手术室中的装置2a-2m之间的通信。
在其它示例中，手术室装置1a-1n/2a-2m可经由蓝牙无线技术标准与模块化通信集线器203通信，以用于在短距离(使用ISM频带中的2.4至2.485GHz的短波长UHF无线电波)从固定装置和移动装置交换数据以及构建个人局域网(PAN)。在其它方面，手术室装置1a-1n/2a-2m可经由多种无线或有线通信标准或协议与模块化通信集线器203通信，包括但不限于Wi-Fi(IEEE 802.11系列)、WiMAX(IEEE 802.16系列)、IEEE 802.20、长期演进(LTE)和Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、及其以太网衍生物、以及指定为3G、4G、5G和以上的任何其它无线和有线协议。计算模块可包括多个通信模块。例如，第一通信模块可专用于较短距离的无线通信诸如Wi-Fi和蓝牙，并且第二通信模块可专用于较长距离的无线通信，诸如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO等。
模块化通信集线器203可用作手术室装置1a-1n/2a-2m中的一者或全部的中心连接，并且处理被称为帧的数据类型。帧携带由装置1a-1n/2a-2m生成的数据。当模块化通信集线器203接收到帧时，其被放大并发射至网络路由器211，该网络路由器211通过使用如本文所述的多个无线或有线通信标准或协议将数据传输到云计算资源。
模块化通信集线器203可用作独立装置或连接到兼容的网络集线器和网络交换机以形成更大的网络。模块化通信集线器203通常易于安装、配置和维护，使得其成为对手术室装置1a-1n/2a-2m进行联网的良好选项。
图9示出了计算机实现的交互式外科系统200。计算机实现的交互式外科系统200在许多方面类似于计算机实现的交互式外科系统100。例如，计算机实现的交互式外科系统200包括在许多方面类似于外科系统102的一个或多个外科系统202。每个外科系统202包括与可包括远程服务器213的云204通信的至少一个外科集线器206。在一个方面，计算机实现的交互式外科系统200包括模块化控制塔236，该模块化控制塔236连接到多个手术室装置，诸如例如智能外科器械、机器人和位于手术室中的其它计算机化装置。如图10中所示，模块化控制塔236包括联接到计算机系统210的模块化通信集线器203。如图9的示例中所示，模块化控制塔236联接到联接到内窥镜239的成像模块238、联接到能量装置241的发生器模块240、排烟器模块226、抽吸/冲洗模块228、通信模块230、处理器模块232、存储阵列234、任选地联接到显示器237的智能装置/器械235、和非接触传感器模块242。手术室装置经由模块化控制塔236联接到云计算资源和数据存储。机器人集线器222也可连接到模块化控制塔236和云计算资源。装置/器械235、可视化系统208等等可经由有线或无线通信标准或协议联接到模块化控制塔236，如本文所述。模块化控制塔236可联接到集线器显示器215(例如，监测器、屏幕)以显示和叠加从成像模块、装置/器械显示器和/或其它可视化系统208接收的图像。集线器显示器还可结合图像和叠加图像来显示从连接到模块化控制塔的装置接收的数据。
图10示出了包括联接到模块化控制塔236的多个模块的外科集线器206。模块化控制塔236包括模块化通信集线器203(例如，网络连接性装置)和计算机系统210，以提供例如本地处理、可视化和成像。如图10中所示，模块化通信集线器203可以分层配置连接以扩展可连接到模块化通信集线器203的模块(例如，装置)的数量，并将与模块相关联的数据传输至计算机系统210、云计算资源或两者。如图10中所示，模块化通信集线器203中的网络集线器/交换机中的每个包括三个下游端口和一个上游端口。上游网络集线器/交换机连接至处理器以提供与云计算资源和本地显示器217的通信连接。与云204的通信可通过有线或无线通信信道进行。
外科集线器206采用非接触传感器模块242来测量手术室的尺寸，并且使用超声或激光型非接触测量装置来生成外科室的标测图。基于超声的非接触传感器模块通过发射一阵超声波并在其从手术室的围墙弹回时接收回波来扫描手术室，如在2017年12月28日提交的标题为“交互式外科平台(INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM)”的美国临时专利申请序列号62/611,341中的标题“手术室内的外科集线器空间感知(Surgical Hub SpatialAwareness Within an Operating Room)”下所述，该专利全文以引用方式并入本文，其中传感器模块被配置成能够确定手术室的大小并调节蓝牙配对距离限制。基于激光的非接触传感器模块通过发射激光脉冲、接收从手术室的围墙弹回的激光脉冲，以及将发射脉冲的相位与所接收的脉冲进行比较来扫描手术室，以确定手术室的尺寸并调节蓝牙配对距离限制。
计算机系统210包括处理器244和网络接口245。处理器244经由系统总线联接到通信模块247、存储装置248、存储器249、非易失性存储器250和输入/输出接口251。系统总线可为若干类型的总线结构中的任一者，该总线结构包括存储器总线或存储器控制器、外围总线或外部总线、和/或使用任何各种可用总线架构的本地总线，包括但不限于9位总线、工业标准架构(ISA)、微型Charmel架构(MSA)、扩展ISA(EISA)、智能驱动电子器件(IDE)、VESA本地总线(VLB)、外围部件互连(PCI)、USB、高级图形端口(AGP)、个人计算机存储卡国际协会总线(PCMCIA)、小型计算机系统接口(SCSI)或任何其它外围总线。
处理器244可为任何单核或多核处理器，诸如由德克萨斯器械公司(TexasInstruments)提供的商品名为ARM Cortex的那些处理器。在一个方面，处理器可为购自例如德克萨斯器械公司(Texas Instruments)LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F处理器核心，其包括256KB的单循环闪存或其它非易失性存储器(最多至40MHZ)的片上存储器、用于改善40MHz以上的性能的预取缓冲器、32KB单循环序列随机存取存储器(SRAM)、装载有
软件的内部只读存储器(ROM)、2KB电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、和/或一个或多个脉宽调制(PWM)模块、一个或多个正交编码器输入(QEI)模拟、具有12个模拟输入信道的一个或多个12位模数转换器(ADC)，其细节可见于产品数据表。
在一个方面，处理器244可包括安全控制器，该安全控制器包括两个基于控制器的系列(诸如TMS570和RM4x)，已知同样由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)生产的商品名为Hercules ARM Cortex R4。安全控制器可被配置成能够专门用于IEC 61508和ISO26262安全关键应用等等，以提供先进的集成安全特征部，同时递送可定标的性能、连接性和存储器选项。
系统存储器包括易失性存储器和非易失性存储器。基本输入/输出系统(BIOS)(包含诸如在启动期间在计算机系统内的元件之间传输信息的基本例程，)存储在非易失性存储器中。例如，非易失性存储器可包括ROM、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、EEPROM或闪存。易失存储器包括充当外部高速缓存存储器的随机存取存储器(RAM)。此外，RAM可以多种形式可用，诸如SRAM、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据速率SDRAM(DDRSDRAM)增强SDRAM(ESDRAM)、同步链路DRAM(SLDRAM)和直接Rambus RAM(DRRAM)。
计算机系统210还包括可移除/不可移除的、易失性/非易失性的计算机存储介质，诸如例如磁盘存储器。磁盘存储器包括但不限于诸如装置如磁盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、Jaz驱动器、Zip驱动器、LS-60驱动器、闪存存储卡或内存条。此外，磁盘存储器可包括单独地或与其它存储介质组合的存储介质，包括但不限于光盘驱动器诸如光盘ROM装置(CD-ROM)、光盘可记录驱动器(CD-R驱动器)、光盘可重写驱动器(CD-RW驱动器)或数字通用磁盘ROM驱动器(DVD-ROM)。为了有利于磁盘存储装置与系统总线的连接，可使用可移除或非可移除接口。
应当理解，计算机系统210包括充当用户与在合适的操作环境中描述的基本计算机资源之间的中介的软件。此类软件包括操作系统。可存储在磁盘存储装置上的操作系统用于控制并分配计算机系统的资源。系统应用程序利用操作系统通过存储在系统存储器或磁盘存储装置中的程序模块和程序数据来管理资源。应当理解，本文所述的各种部件可用各种操作系统或操作系统的组合来实现。
用户通过联接到I/O接口251的(一个或多个)输入装置将命令或信息输入到计算机系统210中。输入装置包括但不限于指向装置，诸如鼠标、触控球、触笔、触摸板、键盘、麦克风、操纵杆、游戏垫、卫星盘、扫描仪、电视调谐器卡、数字相机、数字摄像机、幅材相机等。这些和其它输入装置经由(一个或多个)接口端口通过系统总线连接到处理器。(一个或多个)接口端口包括例如串口、并行端口、游戏端口和USB。(一个或多个)输出装置使用与(一个或多个)输入装置相同类型的端口。因此，例如，USB端口可用于向计算机系统提供输入并将信息从计算机系统输出到输出装置。提供了输出适配器来说明在其它输出装置中存在需要特殊适配器的一些输出装置(如监测器、显示器、扬声器和打印机。输出适配器以举例的方式包括但不限于提供输出装置和系统总线之间的连接装置的视频和声卡。应当指出，其它装置或装置诸如(一个或多个)远程计算机的系统提供了输入能力和输出能力两者。
计算机系统210可使用与一个或多个远程计算机(诸如(一个或多个)云计算机)或本地计算机的逻辑连接在联网环境中操作。(一个或多个)远程云计算机可为个人计算机、服务器、路由器、网络PC、工作站、基于微处理器的器具、对等装置或其它公共网络节点等，并且通常包括相对于计算机系统所述的元件中的许多或全部。为简明起见，仅示出了具有(一个或多个)远程计算机的存储器存储装置。(一个或多个)远程计算机通过网络接口在逻辑上连接到计算机系统，并且然后经由通信连接物理连接。网络接口涵盖通信网络诸如局域网(LAN)和广域网(WAN)。LAN技术包括光纤分布式数据接口(FDDI)、铜分布式数据接口(CDDI)、以太网/IEEE 802.3、令牌环/IEEE 802.5等。WAN技术包括但不限于点对点链路、电路交换网络如综合业务数字网络(ISDN)及其变体、分组交换网络和数字用户管线(DSL)。
在各种方面，图10的计算机系统210、成像模块238和/或可视化系统208、和/或图9-10的处理器模块232可包括图像处理器、图像处理引擎、媒体处理器、或用于处理数字图像的任何专用数字信号处理器(DSP)。图像处理器可采用具有单个指令、多数据(SIMD)或多指令、多数据(MIMD)技术的并行计算以提高速度和效率。数字图像处理引擎可执行一系列任务。图像处理器可为具有多核处理器架构的芯片上的系统。
(一个或多个)通信连接是指用于将网络接口连接到总线的硬件/软件。虽然示出了通信连接以便在计算机系统内进行示例性澄清，但其也可位于计算机系统210的外部。连接到网络接口所必需的硬件/软件仅出于示例性目的包括内部和外部技术，诸如调制解调器，包括常规的电话级调制解调器、电缆调制解调器和DSL调制解调器、ISDN适配器和以太网卡。
图11示出了根据本公开的至少一个方面的USB网络集线器300装置的一个方面的功能框图。在例示的方面，USB网络集线器装置300采用得克萨斯器械公司(TexasInstruments)的TUSB2036集成电路集线器。USB网络集线器300是根据USB 2.0规范提供上游USB收发器端口302和多达三个下游USB收发器端口304、306、308的CMOS装置。上游USB收发器端口302为差分根数据端口，其包括与差分数据正(DM0)输入配对的差分数据负(DP0)输入。三个下游USB收发器端口304、306、308为差分数据端口，其中每个端口包括与差分数据负(DM1-DM3)输出配对的差分数据正(DP1-DP3)输出。
USB网络集线器300装置用数字状态机而不是微控制器来实现，并且不需要固件编程。完全兼容的USB收发器集成到用于上游USB收发器端口302和所有下游USB收发器端口304、306、308的电路中。下游USB收发器端口304、306、308通过根据附接到端口的装置的速度自动设定转换速率来支持全速度装置和低速装置两者。USB网络集线器300装置可被配置成能够处于总线供电模式或自供电模式，并且包括用于管理功率的集线器功率逻辑312。
USB网络集线器300装置包括串行接口引擎310(SIE)。SIE 310是USB网络集线器300硬件的前端，并处理USB规范第8章中描述的大多数协议。SIE 310通常包括多达交易级别的信令。其处理的功能可包括：包识别、事务排序、SOP、EOP、RESET和RESUME信号检测/生成、时钟/数据分离、不返回到零反转(NRZI)数据编码/解码和数位填充、CRC生成和校验(令牌和数据)、包ID(PID)生成和校验/解码、和/或串行并行/并行串行转换。310接收时钟输入314并且联接到暂停/恢复逻辑和帧定时器316电路以及集线器中继器电路318，以通过端口逻辑电路320、322、324控制上游USB收发器端口302和下游USB收发器端口304、306、308之间的通信。SIE 310经由接口逻辑联接到命令解码器326，以经由串行EEPROM接口330来控制来自串行EEPROM的命令。
在各种方面，USB网络集线器300可将配置在多达六个逻辑层(层级)中的127功能连接至单个计算机。此外，USB网络集线器300可使用提供通信和电力分配两者的标准化四线电缆连接到所有外装置。功率配置为总线供电模式和自供电模式。USB网络集线器300可被配置成能够支持四种功率管理模式：具有单独端口功率管理或成套端口功率管理的总线供电集线器，以及具有单独端口功率管理或成套端口功率管理的自供电集线器。在一个方面，使用USB电缆将USB网络集线器300、上游USB收发器端口302插入USB主机控制器中，并且将下游USB收发器端口304、306、308暴露以用于连接USB兼容装置等。
外科器械硬件
图12示出了根据本公开的一个或多个方面的外科器械或工具的控制系统470的逻辑图。系统470包括控制电路。该控制电路包括微控制器461，该微控制器包括处理器462和存储器468。例如，传感器472、474、476中的一个或多个向处理器462提供实时反馈。由马达驱动器492驱动的马达482可操作地联接纵向可移动的位移构件以驱动I形梁刀元件。跟踪系统480被配置成能够确定纵向可移动的位移构件的位置。将位置信息提供给处理器462，该处理器可被编程或配置成能够确定纵向可移动的驱动构件的位置以及击发构件、击发杆和I形梁刀元件的位置。附加马达可设置在工具驱动器接口处，以控制I形梁击发、闭合管行进、轴旋转和关节运动。显示器473显示器械的多种操作条件并且可包括用于数据输入的触摸屏功能。显示在显示器473上的信息可叠加有经由内窥镜式成像模块获取的图像。
在一个方面，微控制器461可为任何单核或多核处理器，诸如已知的由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)生产的商品名为ARM Cortex的那些。在一个方面，主微控制器461可为购自例如德克萨斯器械公司(Texas Instruments)的LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F处理器核心，其包括256KB的单循环闪存或其它非易失性存储器(最多至40MHZ)的片上存储器、用于改善40MHz以上的性能的预取缓冲器、32KB单循环SRAM、装载有
软件的内部ROM、2KB的EEPROM、一个或多个PWM模块、一个或多个QEI模拟、和/或具有12个模拟输入信道的一个或多个12位ADC，其细节可见于产品数据表。
在一个方面，微控制器461可包括安全控制器，该安全控制器包括两个基于控制器的系列(诸如TMS570和RM4x)，已知同样由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)生产的商品名为Hercules ARM Cortex R4。安全控制器可被配置成能够专门用于IEC 61508和ISO26262安全关键应用等等，以提供先进的集成安全特征部，同时递送可定标的性能、连接性和存储器选项。
可对微控制器461进行编程以执行各种功能，诸如对刀和关节运动系统的速度和位置的精确控制。在一个方面，微控制器461包括处理器462和存储器468。电动马达482可为有刷直流(DC)马达，其具有齿轮箱以及至关节运动或刀系统的机械链路。在一个方面，马达驱动器492可为可购自Allegro微系统公司(Allegro Microsystems,Inc)的A3941。其它马达驱动器可容易地被替换以用于包括绝对定位系统的跟踪系统480中。绝对定位系统的详细描述在2017年10月19日公布的标题为用于控制外科缝合和切割器械的系统和方法(SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING A SURGICAL STAPLING AND CUTTINGINSTRUMENT)的美国专利申请公布2017/0296213中有所描述，该专利申请全文以引用方式并入本文。
微控制器461可被编程为提供对位移构件和关节运动系统的速度和位置的精确控制。微控制器461可被配置成能够计算微控制器461的软件中的响应。将计算的响应与实际系统的所测量响应进行比较，以获得“观察到的”响应，其用于实际反馈决定。观察到的响应为有利的调谐值，该值使所模拟响应的平滑连续性质与所测量响应均衡，这可检测对系统的外部影响。
在一个方面，马达482可由马达驱动器492控制并可被外科器械或工具的击发系统采用。在各种形式中，马达482可为具有大约25,000RPM的最大旋转速度的有刷DC驱动马达。在其他布置中，马达482可包括无刷马达、无绳马达、同步马达、步进马达或任何其他合适的电动马达。马达驱动器492可包括例如包括场效应晶体管(FET)的H桥驱动器。马达482可通过可释放地安装到柄部组件或工具外壳的功率组件来供电，以用于向外科器械或工具供应控制功率。功率组件可包括电池，该电池可以包括串联连接的、可用作功率源以为外科器械或工具提供电力的多个电池单元。在某些情况下，功率组件的电池单元可以是可替换的和/或可再充电的。在至少一个示例中，电池单元可为锂离子电池，其可联接到功率组件并且可与功率组件分离。
马达驱动器492可为可购自Allegro微系统公司(Allegro Microsystems,Inc)的A3941。A3941 492为全桥控制器，其用于与针对电感负载(诸如有刷DC马达)特别设计的外部N信道功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)一起使用。驱动器492包括独特的电荷泵调整器，其为低至7V的电池电压提供完整的(>10V)栅极驱动并且允许A3941在低至5.5V的减小的栅极驱动下操作。可采用自举电容器来提供N信道MOSFET所需的上述电池供电电压。高边驱动装置的内部电荷泵允许直流(100％占空比)操作。可使用二极管或同步整流在快衰减模式或慢衰减模式下驱动全桥。在慢衰减模式下，电流再循环可穿过高边或低边FET。通过电阻器可调式空载时间保护功率FET不被击穿。整体诊断提供欠压、过热和功率桥故障的指示，并且可被配置成能够在大多数短路条件下保护功率MOSFET。其它马达驱动器可容易地被替换以用于包括绝对定位系统的跟踪系统480中。
跟踪系统480包括根据本公开的至少一个方面的包括位置传感器472的受控马达驱动电路布置方式。用于绝对定位系统的位置传感器472提供对应于位移构件的位置的独特位置信号。在一个方面，位移构件表示纵向可移动的驱动构件，其包括用于与齿轮减速器组件的对应驱动齿轮啮合接合的驱动齿的齿条。在其它方面，位移构件表示击发构件，该击发构件可被适配和配置为包括驱动齿的齿条。在又一个方面，位移构件表示击发杆或I形梁，每一者可被适配和配置成能够包括驱动齿的齿条。因此，如本文所用，术语位移构件通常用于指外科器械或工具的任何可移动的构件诸如驱动构件、击发构件、击发杆、I形梁或可进行移位的任何元件。在一个方面，纵向可移动的驱动构件联接到击发构件、击发杆和I形梁。因此，绝对定位系统实际上可通过跟踪纵向可移动的驱动构件的线性位移来跟踪I形梁的线性位移。在各种其它方面，位移构件可联接到适于测量线性位移的任何位置传感器472。因此，纵向可移动的驱动构件、击发构件、击发杆或I形梁或它们的组合可联接到任何合适的线性位移传感器。线性位移传感器可包括接触式位移传感器或非接触式位移传感器。线性位移传感器可包括线性可变差分变压器(LVDT)、差分可变磁阻换能器(DVRT)、滑动电位计、包括可移动磁体和一系列线性布置的霍尔效应传感器的磁感测系统、包括固定磁体和一系列可移动的线性布置的霍尔效应传感器的磁感测系统、包括可移动光源和一系列线性布置的光电二极管或光电检测器的光学感测系统、包括固定光源和一系列可移动的线性布置的光电二极管或光电检测器的光学感测系统、或它们的任何组合。
电动马达482可包括可操作地与齿轮组件交接的可旋转轴，该齿轮组件与驱动齿的组或齿条啮合接合安装在位移构件上。传感器元件可以可操作地联接到齿轮组件，使得位置传感器472元件的单次旋转对应于位移构件的一些线性纵向平移。传动装置和传感器的布置方式可经由齿条和小齿轮布置方式连接至线性致动器，或者经由正齿轮或其它连接方式连接至旋转致动器。功率源为绝对定位系统供电，并且输出指示器可显示绝对定位系统的输出。位移构件表示纵向可移动的驱动构件，该纵向可移动的驱动构件包括形成于其上的驱动齿的齿条，以用于与齿轮减速器组件的对应驱动齿轮啮合接合。位移构件表示纵向可移动的击发构件、击发杆、I形梁或它们的组合。
与位置传感器472相关联的传感器元件的单次旋转等同于位移构件的纵向线性位移d1，其中d1为在联接到位移构件的传感器元件的单次旋转之后位移构件从点“a”移动到点“b”的纵向线性距离。可经由齿轮减速连接传感器布置方式，该齿轮减速使得位置传感器472针对位移构件的全行程仅完成一次或多次旋转。位置传感器472可针对位移构件的全行程完成多次旋转。
可单独或结合齿轮减速采用一系列开关(其中n为大于一的整数)以针对位置传感器472的多于一次旋转提供独特位置信号。开关的状态被馈送回微控制器461，该微控制器应用逻辑以确定对应于位移构件的纵向线性位移d1+d2+…dn的独特位置信号。位置传感器472的输出被提供给微控制器461。该传感器布置方式的位置传感器472可包括磁性传感器、模拟旋转传感器(如电位差计)、模拟霍尔效应元件的阵列，该霍尔效应元件的阵列输出位置信号或值的独特组合。
位置传感器472可包括任何数量的磁性感测元件，诸如例如根据它们是否测量磁场的总磁场或矢量分量而被分类的磁性传感器。用于产生上述两种类型磁性传感器的技术涵盖物理学和电子学的多个方面。用于磁场感测的技术包括探查线圈、磁通门、光泵、核旋、超导量子干涉仪(SQUID)、霍尔效应、各向异性磁电阻、巨磁电阻、磁性隧道结、巨磁阻抗、磁致伸缩/压电复合材料、磁敏二极管、磁敏晶体管、光纤、磁光，以及基于微机电系统的磁性传感器等等。
在一个方面，用于包括绝对定位系统的跟踪系统480的位置传感器472包括磁性旋转绝对定位系统。位置传感器472可被实现为AS5055EQFT单片磁性旋转位置传感器，其可购自奥地利微系统公司(Austria Microsystems,AG)。位置传感器472与微控制器461交接，以提供绝对定位系统。位置传感器472为低电压和低功率部件，并且包括位于磁体上的位置传感器472的区域中的四个霍尔效应元件。在芯片上还提供了高分辨率ADC和智能功率管理控制器。提供了坐标旋转数字计算机(CORDIC)处理器(也被称为逐位法和Volder算法)以执行简单有效的算法来计算双曲线函数和三角函数，其仅需要加法、减法、数位位移和表格查找操作。角位置、报警位和磁场信息通过标准串行通信接口(诸如串行外围接口(SPI)接口)发射到微控制器461。位置传感器472提供12或14位分辨率。位置传感器472可为以小QFN16引脚4×4×0.85mm封装提供的AS5055芯片。
包括绝对定位系统的跟踪系统480可包括并且/或者可被编程以实现反馈控制器，诸如PID、状态反馈和自适应控制器。功率源将来自反馈控制器的信号转换为对系统的物理输入：在这种情况下为电压。其它示例包括电压、电流和力的PWM。除了由位置传感器472所测量的位置之外，可提供(一个或多个)其它传感器来测量物理系统的物理参数。在一些方面，(一个或多个)其它传感器可包括传感器布置方式，诸如在以下专利中所述的那些：2016年5月24日发布的标题为钉仓组织厚度传感器系统(STAPLE CARTRIDGE TISSUETHICKNESS)的美国专利9,345,481，该专利全文以引用方式并入本文；2014年9月18日公布的标题为钉仓组织厚度传感器系统(STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS)的美国专利申请公布2014/0263552，该专利全文以引用方式并入本文；以及2017年6月20日提交的标题为用于外科缝合和切割器械的马达速度的自适应控制的技术(TECHNIQUES FOR ADAPTIVECONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT)的美国专利申请序列号15/628,175，该专利申请全文以引用方式并入本文。在数字信号处理系统中，绝对定位系统联接到数字数据采集系统，其中绝对定位系统的输出将具有有限分辨率和采样频率。绝对定位系统可包括比较和组合电路，以使用算法(诸如加权平均和理论控制环路)将计算响应与测量响应进行组合，该算法驱动计算响应朝向所测量的响应。物理系统的计算响应将特性如质量、惯性、粘性摩擦、电感电阻考虑在内，以通过得知输入预测物理系统的状态和输出。
因此，绝对定位系统在器械上电时提供位移构件的绝对位置，并且不使位移构件回缩或推进至如常规旋转编码器可需要的复位(清零或本位)位置，这些编码器仅对马达482采取的向前或向后的步骤数进行计数以推断装置致动器、驱动棒、刀等等的位置。
传感器474(诸如，例如应变仪或微应变仪)被配置成能够测量端部执行器的一个或多个参数，诸如例如在夹持操作期间施加在砧座上的应变的振幅，该振幅可以指示施加到砧座的闭合力。将测得的应变转换成数字信号并提供给处理器462。另选地或除了传感器474之外，传感器476(诸如负荷传感器)可以测量由闭合驱动系统施加到砧座的闭合力。传感器476诸如负荷传感器可以测量在外科器械或工具的击发行程中施加到I形梁的击发力。I形梁被构造成能够接合楔形滑动件，该楔形滑动件被构造成能够使钉驱动器向上凸轮运动以将钉推出以与砧座变形接触。I形梁还包括锋利切割刃，当通过击发杆向远侧推进I形梁时，该切割刃可用于切断组织。另选地，可以采用电流传感器478来测量由马达482消耗的电流。推进击发构件所需的力可对应于例如由马达482消耗的电流。将测得的力转换成数字信号并提供给处理器462。
在一种形式中，应变仪传感器474可用于测量由端部执行器施加到组织的力。应变计可联接到端部执行器以测量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持的组织的力的系统包括应变仪传感器474，诸如例如微应变仪，其被配置成能够测量例如端部执行器的一个或多个参数。在一个方面，应变仪传感器474可测量在夹持操作期间施加到端部执行器的钳口构件上的应变的振幅或量值，这可指示组织压缩。将测得的应变转换成数字信号并将其提供到微控制器461的处理器462。负荷传感器476可测量用于操作刀元件例如以切割被捕集在砧座和钉仓之间的组织的力。可采用磁场传感器来测量捕集的组织的厚度。磁场传感器的测量值也可被转换成数字信号并提供给处理器462。
微控制器461可使用分别由传感器474、476测量的组织压缩、组织厚度和/或闭合端部执行器所需的力的测量来表征击发构件的所选择的位置和/或击发构件的速度的对应值。在一个实例中，存储器468可存储可由微控制器461在评估中所采用的技术、公式和/或查找表。
外科器械或工具的控制系统470还可包括有线或无线通信电路以与模块化通信集线器通信，如图8-11中所示。
图13示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够控制外科器械或工具的各方面的控制电路500。控制电路500可被配置成能够实现本文所述的各种过程。电路500可以包括微控制器，该微控制器包括联接到至少一个存储器电路504的一个或多个处理器502(例如，微处理器、微控制器)。存储器电路504存储在由处理器502执行时使处理器502执行机器指令以实现本文所述的各种过程的机器可执行指令。处理器502可为本领域中已知的多种单核或多核处理器中的任一种。存储器电路504可以包括易失性存储介质和非易失性存储介质。处理器502可以包括指令处理单元506和运算单元508。指令处理单元可以被配置成能够从本公开的存储器电路504接收指令。
图14示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够控制外科器械或工具的各方面的组合逻辑电路510。组合逻辑电路510可被配置成能够实现本文所述的各种过程。组合逻辑电路510可包括有限状态机，该有限状态机包括组合逻辑512，该组合逻辑512被配置成能够在输入514处接收与外科器械或工具相关联的数据，通过组合逻辑512处理数据并提供输出516。
图15示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够控制外科器械或工具的各方面的时序逻辑电路520。时序逻辑电路520或组合逻辑522可被配置成能够实现本文所述的各种过程。时序逻辑电路520可包括有限状态机。时序逻辑电路520可包括例如组合逻辑522、至少一个存储器电路524和时钟529。至少一个存储器电路524可以存储有限状态机的当前状态。在某些情况下，时序逻辑电路520可以是同步的或异步的。组合逻辑522被配置成能够从输入526接收与外科器械或工具相关联的数据，通过组合逻辑522处理数据并提供输出528。在其它方面，电路可包括处理器(例如，处理器502，图13)和有限状态机的组合以实现本文的各种过程。在其它实施方案中，有限状态机可以包括组合逻辑电路(例如，组合逻辑电路510，图14)和时序逻辑电路520的组合。
图16示出了包括可被激活以执行各种功能的多个马达的外科器械或工具。在某些情况下，第一马达可被激活以执行第一功能，第二马达可被激活以执行第二功能，并且第三马达可被激活以执行第三功能。在某些情况下，机器人外科器械600的多个马达可被单独地激活以导致端部执行器中的击发运动、闭合运动、和/或关节运动。击发运动、闭合运动、和/或关节运动可例如通过轴组件传输到端部执行器。
在某些情况下，外科器械系统或工具可包括击发马达602。击发马达602可操作地联接到击发马达驱动组件604，该击发马达驱动组件可被构造成能够将由马达602生成的击发运动传输到端部执行器，具体地用于使I形梁元件移位。在某些情况下，由马达602生成的击发运动可使例如钉从钉仓部署到由端部执行器捕集的组织内并且/或者使I形梁元件的切割刃被推进以切割所捕集组织。I形梁元件可通过反转马达602的方向而回缩。
在某些情况下，外科器械或工具可包括闭合马达603。闭合马达603可以可操作地联接到闭合马达驱动组件605，该闭合马达驱动组件605被配置成能够将由马达603生成的闭合运动传输到端部执行器，具体地用于移置闭合管以闭合砧座并且压缩砧座和钉仓之间的组织。闭合运动可使例如端部执行器从打开构型转变成接近构型以捕集组织。端部执行器可通过反转马达603的方向而转变到打开位置。
在某些情况下，外科器械或工具可包括例如一个或多个关节运动马达606a、606b。马达606a、606b可以可操作地联接到相应的关节运动马达驱动组件608a、608b，该关节运动马达驱动组件可被配置成能够将由马达606a、606b生成的关节运动传输到端部执行器。在某些情况下，关节运动可使端部执行器相对于轴进行关节运动，例如。
如上所述，外科器械或工具可包括多个马达，该多个马达可被配置成能够执行各种独立功能。在某些情况下，外科器械或工具的多个马达可被单独地或独立地激活以执行一个或多个功能，而其它马达保持非活动的。例如，关节运动马达606a、606b可被激活以使端部执行器进行关节运动，而击发马达602保持非活动的。另选地，击发马达602可被激活以击发多个钉并且/或者推进切割刃，而关节运动马达606保持非活动的。此外，闭合马达603可与击发马达602同时启动，以使闭合管和I形梁元件朝远侧推进，如下文更详细地描述。
在某些情况下，外科器械或工具可包括公共控制模块610，该公共控制模块610可与外科器械或工具的多个马达一起使用。在某些情况下，公共控制模块610每次可调节多个马达中的一个。例如，公共控制模块610可单独地联接到外科器械的多个马达并且可从外科器械的多个马达分离。在某些情况下，外科器械或工具的多个马达可共用一个或多个公共控制模块诸如公共控制模块610。在某些情况下，外科器械或工具的多个马达可独立地和选择性地接合公共控制模块610。在某些情况下，公共控制模块610可从与外科器械或工具的多个马达中的一个交接切换到与外科器械或工具的多个马达中的另一个交接。
在至少一个示例中，公共控制模块610可在可操作地接合关节运动马达606a、606b与可操作地接合击发马达602或闭合马达603之间选择性地切换。在至少一个示例中，如图16中所示，开关614可在多个位置和/或状态之间移动或转变。在第一位置616中，开关614可以将公共控制模块610电联接到击发马达602；在第二位置617中，开关614可以将公共控制模块610电联接到闭合马达603；在第三位置618a中，开关614可以将公共控制模块610电联接到第一关节运动马达606a；并且在第四位置618b中，开关614可以将公共控制模块610电联接到例如第二关节运动马达606b。在某些情况下，单独的公共控制模块610可同时电联接到击发马达602、闭合马达603和关节运动马达606a、606b。在某些情况下，开关614可为机械开关、机电开关、固态开关、或任何合适的开关机构。
马达602、603、606a、606b中的每个可包括扭矩传感器以测量马达的轴上的输出扭矩。可以任何常规方式感测端部执行器上的力，诸如通过钳口的外侧上的力传感器或通过用于致动钳口的马达的扭矩传感器来感测端部执行器上的力。
在各种情况下，如图16中所示，公共控制模块610可包括马达驱动器626，该马达驱动器626可包括一个或多个H桥场效应FET。马达驱动器626可例如基于得自微控制器620(“控制器”)的输入来调节从功率源628发射到联接到公共控制模块610的马达的电力。在某些情况下，当马达联接到公共控制模块610时，可例如采用微控制器620来确定由马达消耗的电流，如上所述。
在某些情况下，微控制器620可包括微处理器622(“处理器”)和一个或多个非暂态计算机可读介质或存储单元624(“存储器”)。在某些情况下，存储器624可存储各种程序指令，该各种程序指令在被执行时可使处理器622执行本文所述的多个功能和/或计算。在某些情况下，存储器单元624中的一个或多个可例如联接到处理器622。
在某些情况下，功率源628可例如用于为微控制器620供电。在某些情况下，功率源628可包括电池(或者“电池组”或“功率组”)，诸如锂离子电池，例如。在某些情况下，电池组可被配置成能够可释放地安装到柄部以用于给外科器械600供电。可将多个串联连接的电池单元用作功率源628。在某些情况下，功率源628可为例如可替换的和/或可再充电的。
在各种情况下，处理器622可控制马达驱动器626以控制联接到公共控制器610的马达的位置、旋转方向、和/或速度。在某些情况下，处理器622可发信号通知马达驱动器626，以停止和/或停用联接到公共控制器610的马达。应当理解，如本文所用的术语“处理器”包括任何合适的微处理器、微控制器、或将计算机的中央处理单元(CPU)的功能结合在一个集成电路或至多几个集成电路上的其它基础计算装置。处理器是多用途的可编程装置，该装置接收数字数据作为输入，根据其存储器中存储的指令来处理输入，然后提供结果作为输出。因为处理器具有内部存储器，所以是顺序数字逻辑的示例。处理器的操作对象是以二进制数字系统表示的数字和符号。
在一个实例中，处理器622可为任何单核或多核处理器，诸如已知的由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)生产的商品名为ARM Cortex的那些。在某些情况下，微控制器620可以是例如可购自Texas Instruments的LM4F230H5QR。在至少一个示例中，TexasInstruments LM4F230H5QR为ARM Cortex-M4F处理器芯，其包括：256KB的单循环闪存或其它非易失性存储器(最多至40MHZ)的片上存储器、用于改善40MHz以上的性能的预取缓冲器、32KB的单循环SRAM、装载有
软件的内部ROM、2KB的EEPROM、一个或多个PWM模块、一个或多个QEI模拟、具有12个模拟输入信道的一个或多个12位ADC、以及易得的其它特征。可容易地换用其它微控制器，以与模块4410一起使用。因此，本公开不应限于这一上下文。
在某些情况下，存储器624可包括用于控制可联接到公共控制器610的外科器械600的马达中的每个的程序指令。例如，存储器624可包括用于控制击发马达602、闭合马达603和关节运动马达606a、606b的程序指令。此类程序指令可使处理器622根据来自外科器械或工具的算法或控制程序的输入来控制击发、闭合和关节运动功能。
在某些情况下，一个或多个机构和/或传感器(诸如，传感器630)可用于警示处理器622应当在特定设定中使用的程序指令。例如，传感器630可警示处理器622使用与击发、闭合和关节运动端部执行器相关联的程序指令。在某些情况下，传感器630可包括例如可用于感测开关614的位置的位置传感器。因此，处理器622可以在例如通过传感器630检测到开关614处于第一位置616时使用与击发端部执行器的I形梁相关联的程序指令；处理器622可以在例如通过传感器630检测到开关614处于第二位置617时使用与闭合砧座相关联的程序指令；并且处理器622可以在例如通过传感器630检测到开关614处于第三位置618a或第四位置618b时使用与使端部执行器进行关节运动相关联的程序指令。
图17为根据本公开的至少一个方面的被构造成能够操作本文所述的外科工具的机器人外科器械700的示意图。机器人外科器械700可被编程或配置为控制位移构件的远侧/近侧平移、闭合管的远侧/近侧位移、轴旋转、以及具有单个或多个关节运动驱动连杆的关节运动。在一个方面，外科器械700可被编程或配置为单独地控制击发构件、闭合构件、轴构件、和/或一个或多个关节运动构件。外科器械700包括控制电路710，该控制电路被配置成能够控制马达驱动的击发构件、闭合构件、轴构件、和/或一个或多个关节运动构件。
在一个方面，机器人外科器械700包括控制电路710，该控制电路被配置成能够经由多个马达704a-704e来控制端部执行器702的砧座716和I形梁714(包括锋利切割刃)部分，可移除钉仓718、轴740、以及一个或多个关节运动构件742a、742b。位置传感器734可被配置成能够向控制电路710提供I形梁714的位置反馈。其他传感器738可被配置成能够向控制电路710提供反馈。定时器/计数器731向控制电路710提供定时和计数信息。可提供能量源712以操作马达704a-704e，并且电流传感器736向控制电路710提供马达电流反馈。马达704a-704e可通过控制电路710在开环或闭环反馈控制中单独操作。
在一个方面，控制电路710可包括用于执行使一个或多个处理器执行一个或多个任务的指令的一个或多个微控制器、微处理器或其它合适的处理器。在一个方面，定时器/计数器731向控制电路710提供输出信号，诸如耗用的时间或数字计数，以将如由位置传感器734确定的I形梁714的位置与定时器/计数器731的输出相关联，使得控制电路710可确定I形梁714在特定时间(t)相对于起始位置的位置或I形梁714处于相对于起始位置的特定位置时的时间(t)。定时器/计数器731可被配置成能够测量所耗用的时间、计数外部事件或时间外部事件。
在一个方面，控制电路710可被编程为基于一个或多个组织状况来控制端部执行器702的功能。控制电路710可以被编程为直接或间接地感测组织状况，诸如厚度，如本文所述。控制电路710可以被编程为基于组织状况选择击发控制程序或闭合控制程序。击发控制程序可以描述位移构件的远侧运动。可以选择不同的击发控制程序以更好地处理不同的组织状况。例如，当存在较厚的组织时，控制电路710可以被编程为以较低的速度和/或以较低的功率平移位移构件。当存在较薄的组织时，控制电路710可以被编程为以较高的速度和/或以较高的功率平移位移构件。闭合控制程序可控制由砧座716施加到组织的闭合力。其它控制程序控制轴740和关节运动构件742a、742b的旋转。
在一个方面，控制电路710可生成马达设定点信号。马达设定点信号可以被提供给各种马达控制器708a-708e。马达控制器708a-708e可以包括一个或多个电路，这些电路被配置成能够向马达704a-704e提供马达驱动信号，以驱动马达704a-704e，如本文所述。在一些示例中，马达704a-704e可为有刷DC电动马达。例如，马达704a-704e的速度可与相应的马达驱动信号成比例。在一些示例中，马达704a-704e可为无刷DC电动马达，并且相应的马达驱动信号可包括提供给马达704a-704e的一个或多个定子绕组的PWM信号。而且，在一些示例中，可以省略马达控制器708a-708e，并且控制电路710可以直接生成马达驱动信号。
在一个方面，控制电路710可以针对位移构件的行程的第一开环部分初始以开环构型操作马达704a-704e中的每个。基于在行程的开环部分期间机器人外科器械700的响应，控制电路710可以选择处于闭环构型的击发控制程序。器械的响应可以包括在开环部分期间位移构件的平移距离、在开环部分期间耗用的时间、在开环部分期间提供给马达704a-704e中的一者的能量、马达驱动信号的脉冲宽度之和等。在开环部分之后，控制电路710可以对位移构件行程的第二部分实现所选择的击发控制程序。例如，在行程的闭环部分期间，控制电路710可以基于以闭环方式描述位移构件的位置的平移数据来调制马达704a-704e中的一者，以使位移构件以恒定速度平移。
在一个方面，马达704a-704e可从能量源712接收电力。能量源712可为由主交流功率源、电池、超级电容器或任何其它合适的能量源驱动的DC功率源。马达704a-704e可经由相应的传动装置706a-706e机械地联接到单独的可移动机械元件，诸如I形梁714、砧座716、轴740、关节运动742a和关节运动742b。变速器706a-706e可以包括一个或多个齿轮或其它连杆部件，以将马达704a-704e联接到可移动机械元件。位置传感器734可感测I形梁714的位置。位置传感器734可为或包括能够生成指示I形梁714的位置的位置数据的任何类型的传感器。在一些示例中，位置传感器734可包括编码器，该编码器被配置成能够在I形梁714向远侧和向近侧平移时向控制电路710提供一系列脉冲。控制电路710可跟踪脉冲以确定I形梁714的位置。可使用其它合适的位置传感器，包括例如接近传感器。其他类型的位置传感器可提供指示I形梁714的运动的其他信号。而且，在一些示例中，可省略位置传感器734。在马达704a-704e中的任一个是步进马达的情况下，控制电路710可以通过聚合马达704已被命令执行的步骤的数量和方向来跟踪I形梁714的位置。位置传感器734可位于端部执行器702中或器械的任何其他部分处。马达704a-704e中的每个的输出包括用于感测力的扭矩传感器744a-744e，并且具有用于感测驱动轴的旋转的编码器。
在一个方面，控制电路710被配置成能够驱动击发构件诸如端部执行器702的I形梁714部分。控制电路710向马达控制708a提供马达设定点，该马达控制向马达704a提供驱动信号。马达704a的输出轴联接到扭矩传感器744a。扭矩传感器744a联接到与I形梁714联接的传动装置706a。传动装置706a包括可移动的机械元件诸如旋转元件和击发构件，以控制I形梁714沿端部执行器702的纵向轴线朝远侧和近侧的移动。在一个方面，马达704a可联接到刀齿轮组件，该刀齿轮组件包括刀齿轮减速组，该刀齿轮减速组包括第一刀驱动齿轮和第二刀驱动齿轮。扭矩传感器744a向控制电路710提供击发力反馈信号。击发力信号表示击发或移位I形梁714所需的力。位置传感器734可被配置成能够将I形梁714沿击发行程的位置或击发构件的位置作为反馈信号提供给控制电路710。端部执行器702可包括被配置成能够向控制电路710提供反馈信号的附加传感器738。当准备好使用时，控制电路710可向马达控制708a提供击发信号。响应于击发信号，马达704a可沿端部执行器702的纵向轴线将击发构件从近侧行程开始位置朝远侧驱动至行程开始位置远侧的行程结束位置。在击发构件朝远侧平移时，具有定位在远侧端部处的切割元件的I形梁714朝远侧推进以切割位于钉仓718和砧座716之间的组织。
在一个方面，控制电路710被配置成能够驱动闭合构件，诸如端部执行器702的砧座716部分。控制电路710向马达控制708b提供马达设定点，该马达控制708b向马达704b提供驱动信号。马达704b的输出轴联接到扭矩传感器744b。扭矩传感器744b联接到与砧座716联接的传动装置706b。传动装置706b包括可移动机械元件诸如旋转元件和闭合构件，以控制砧座716从打开位置和闭合位置的移动。在一个方面，马达704b联接到闭合齿轮组件，该闭合齿轮组件包括被支撑成与闭合正齿轮啮合接合的闭合减速齿轮组。扭矩传感器744b向控制电路710提供闭合力反馈信号。闭合力反馈信号表示施加到砧座716的闭合力。位置传感器734可被配置成能够将闭合构件的位置作为反馈信号提供给控制电路710。端部执行器702中的附加传感器738可向控制电路710提供闭合力反馈信号。可枢转砧座716被定位成与钉仓718相对。当准备好使用时，控制电路710可向马达控制708b提供闭合信号。响应于闭合信号，马达704b推进闭合构件以将组织抓持在砧座716和钉仓718之间。
在一个方面，控制电路710被配置成能够使轴构件诸如轴740旋转，以使端部执行器702旋转。控制电路710向马达控制708c提供马达设定点，该马达控制708c向马达704c提供驱动信号。马达704c的输出轴联接到扭矩传感器744c。扭矩传感器744c联接到变速器706c，该变速器706c联接到轴740。变速器706c包括可移动机械元件诸如旋转元件，以控制轴740顺时针或逆时针旋转360°以上。在一个方面，马达704c联接到旋转变速器组件，该旋转变速器组件包括管齿轮区段，该管齿轮区段形成于(或附接到)近侧闭合管的近侧端部上，以通过可操作地支撑在工具安装板上的旋转齿轮组件可操作地接合。扭矩传感器744c向控制电路710提供旋转力反馈信号。旋转力反馈信号表示施加到轴740的旋转力。位置传感器734可被配置成能够将闭合构件的位置作为反馈信号提供给控制电路710。附加传感器738诸如轴编码器可向控制电路710提供轴740的旋转位置。
在一个方面，控制电路710被配置成能够使端部执行器702进行关节运动。控制电路710向马达控制708d提供马达设定点，该马达控制708d向马达704d提供驱动信号。马达704d的输出轴联接到扭矩传感器744d。扭矩传感器744d联接到变速器706d，该变速器706d联接到关节运动构件742a。变速器706d包括可移动的机械元件诸如关节运动元件，以控制端部执行器702±65°的关节运动。在一个方面，马达704d联接到关节运动螺母，该关节运动螺母可旋转地轴颈连接在远侧脊部的近侧端部部分上并且通过关节运动齿轮组件在其上可旋转地驱动。扭矩传感器744d向控制电路710提供关节运动力反馈信号。关节运动力反馈信号表示施加到端部执行器702的关节运动力。传感器738(诸如关节运动编码器)可向控制电路710提供端部执行器702的关节运动位置。
在另一方面，机器人外科系统700的关节运动功能可包括两个关节运动构件或连杆742a、742b。这些关节运动构件742a、742b由两个马达708d、708e所驱动的机器人接口(齿条)上的单独的盘驱动。当提供单独的击发马达704a时，关节运动连杆742a、742b中的每个可相对于另一个连杆进行拮抗驱动，以便在头部未运动时向头部提供阻力保持运动和负载，并且在头部进行关节运动时提供关节运动。当头部旋转时，关节运动构件742a、742b以固定的半径附接到头部。因此，当头部旋转时，推拉连杆的机械优点发生变化。机械优点的该变化对于其它关节运动连杆驱动系统可更明显。
在一个方面，一个或多个马达704a-704e可包括具有齿轮箱的有刷DC马达和与击发构件、闭合构件或关节运动构件的机械链路。另一个示例包括操作可移动机械元件诸如位移构件、关节运动连杆、闭合管和轴的电动马达704a-704e。外部影响是事物如组织、周围身体和摩擦对物理系统的未测量的、不可预测的影响。此类外部影响可被称为曳力，其相对电动马达704a-704e中的一个作用。外部影响诸如曳力可使物理系统的操作偏离物理系统的期望操作。
在一个方面，位置传感器734可被实现为绝对定位系统。在一个方面，位置传感器734可包括磁性旋转绝对定位系统，该磁性旋转绝对定位系统被实现为AS5055EQFT单片磁性旋转位置传感器，其可购自奥地利微系统公司(Austria Microsystems,AG)。位置传感器734可与控制电路710交接，以提供绝对定位系统。位置可包括位于磁体上方并联接到CORDIC处理器的多个霍尔效应元件，该CORDIC处理器也被已知为逐位方法和Volder算法，提供该CORDIC处理器以实现用于计算双曲线函数和三角函数的简单有效的算法，双曲线函数和三角函数仅需要加法操作、减法操作、数位位移操作和表格查找操作。
在一个方面，控制电路710可与一个或多个传感器738通信。传感器738可定位在端部执行器702上并且适于与机器人外科器械700一起操作以测量各种衍生参数，诸如间隙距离对时间、组织压缩与时间、以及砧座应变与时间。传感器738可包括磁性传感器、磁场传感器、应变仪、负荷传感器、压力传感器、力传感器、扭矩传感器、电感式传感器诸如涡流传感器、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或用于测量端部执行器702的一个或多个参数的任何其他合适的传感器。传感器738可包括一个或多个传感器。传感器738可位于钉仓718平台上，以使用分段电极来确定组织位置。扭矩传感器744a-744e可被配置成能够感测力诸如击发力、闭合力和/或关节运动力等。因此，控制电路710可感测(1)远侧闭合管所经历的闭合负载及其位置，(2)在齿条处的击发构件及其位置，(3)钉仓718的上面具有组织的部分，以及(4)两个关节运动杆上的负载和位置。
在一个方面，一个或多个传感器738可包括应变仪诸如微应变仪，该应变仪被配置成能够在夹持条件期间测量砧座716中的应变的量值。应变仪提供电信号，该电信号的振幅随着应变量值而变化。传感器738可包括压力传感器，该压力传感器被配置成能够检测由砧座716和钉仓718之间的压缩组织的存在所生成的压力。传感器738可被配置成能够检测位于砧座716与钉仓718之间的组织区段的阻抗，该阻抗指示位于其间的组织的厚度和/或完全性。
在一个方面，传感器738可实现为一个或多个限位开关、机电装置、固态开关、霍尔效应装置、磁阻(MR)装置、巨磁电阻(GMR)装置、磁力计等等。在其它具体实施中，传感器738可被实现为在光的影响下操作的固态开关，诸如光学传感器、IR传感器、紫外线传感器等等。同样，开关可为固态装置，诸如晶体管(例如，FET、结型FET、MOSFET、双极型晶体管等)。在其它具体实施中，传感器738可包括无电导体开关、超声开关、加速度计和惯性传感器等等。
在一个方面，传感器738可被配置成能够测量由闭合驱动系统施加在砧座716上的力。例如，一个或多个传感器738可位于闭合管和砧座716之间的交互点处，以检测由闭合管施加到砧座716的闭合力。施加在砧座716上的力可表示捕集在砧座716和钉仓718之间的组织区段所经历的组织压缩。一个或多个传感器738可沿闭合驱动系统定位在各种交互点处，以检测由闭合驱动系统施加到砧座716的闭合力。一个或多个传感器738可在夹持操作期间由控制电路710的处理器实时取样。控制电路710接收实时样本测量结果以提供和分析基于时间的信息，并实时评估施加到砧座716的闭合力。
在一个方面，电流传感器736可用于测量由马达704a-704e中的每个所消耗的电流。推进可移动的机械元件(诸如I形梁714)中的任一者所需的力对应于由马达704a-704e中的一个所消耗的电流。将该力转换成数字信号并将其提供给处理电路710。控制电路710可被配置成能够模拟器械的实际系统在控制器的软件中的响应。可致动位移构件以将端部执行器702中的I形梁714以目标速度或接近目标速度移动。机器人外科系统700可包括反馈控制器，该反馈控制器可为任何反馈控制器中的一者，包括但不限于例如PID、状态反馈、线性平方(LQR)和/或自适应控制器。机器人外科器械700可包括功率源，以例如将来自反馈控制器的信号转换成物理输入，诸如外壳电压、PWM电压、频率调制电压、电流、扭矩和/或力。附加细节公开于2017年6月29日提交的标题为用于机器人外科器械的闭环速度控制技术(CLOSED LOOP VELOCITY CONTROL TECHNIQUES FOR ROBOTIC SURGICAL INSTRUMENT)的美国专利申请序列号15/636,829中，该专利全文以引用方式并入本文。
图18示出了根据本公开的至少一个方面的被编程以控制位移构件的远侧平移的外科器械750的框图。在一个方面，外科器械750被编程为控制位移构件诸如I形梁764的远侧平移。外科器械750包括端部执行器752，该端部执行器可包括砧座766、I形梁764(包括锋利切割刃)和可移除钉仓768。
线性位移构件诸如I形梁764的位置、移动、位移和/或平移可通过绝对定位系统、传感器布置和位置传感器784来测量。由于I形梁764联接到纵向可移动的驱动构件，因此I形梁764的位置可通过采用位置传感器784测量纵向可移动的驱动构件的位置来确定。因此，在以下描述中，I形梁764的位置、位移和/或平移可通过如本文所述的位置传感器784来实现。控制电路760可以被编程为控制位移构件诸如I形梁764的平移。在一些示例中，控制电路760可包括用于执行使一个或多个处理器以所述方式控制位移构件(例如，I形梁764)的指令的一个或多个微控制器、微处理器或其他合适的处理器。在一个方面，定时器/计数器781向控制电路760提供输出信号，诸如耗用时间或数字计数，以将如由位置传感器784确定的I形梁764的位置与定时器/计数器781的输出相关联，使得控制电路760可确定I形梁764在特定时间(t)相对于起始位置的位置。定时器/计数器781可被配置成能够测量所耗用的时间，对外部事件进行计数或测定外部事件的时间。
控制电路760可生成马达设定点信号772。马达设定点信号772可被提供给马达控制器758。马达控制器758可包括被配置成能够向马达754提供马达驱动信号774以驱动马达754的一个或多个电路，如本文所述。在一些示例中，马达754可为有刷DC电动马达。例如，马达754的速度可与马达驱动信号774成比例。在一些示例中，马达754可为无刷DC电动马达，并且马达驱动信号774可以包括提供给马达754的一个或多个定子绕组的PWM信号。而且，在一些示例中，可以省略马达控制器758，并且控制电路760可以直接生成马达驱动信号774。
马达754可从能量源762接收电力。能量源762可以是或包括电池、超级电容器或任何其它合适的能量源。马达754可经由传动装置756机械地联接到I形梁764。传动装置756可包括用于将马达754联接到I形梁764的一个或多个齿轮或其他连杆部件。位置传感器784可感测I形梁764的位置。位置传感器784可为或包括能够生成指示I形梁764的位置的位置数据的任何类型的传感器。在一些示例中，位置传感器784可包括编码器，该编码器被配置成能够在I形梁764向远侧和向近侧平移时向控制电路760提供一系列脉冲。控制电路760可跟踪脉冲以确定I形梁764的位置。可使用其它合适的位置传感器，包括例如接近传感器。其他类型的位置传感器可提供指示I形梁764的运动的其他信号。而且，在一些示例中，可省略位置传感器784。在马达754是步进马达的情况下，控制电路760可通过聚合马达754已被指示执行的步骤的数量和方向来跟踪I形梁764的位置。位置传感器784可位于端部执行器752中或器械的任何其他部分处。
控制电路760可与一个或多个传感器788通信。传感器788可定位在端部执行器752上并且适于与外科器械750一起操作以测量各种衍生参数，诸如间隙距离与时间、组织压缩与时间，以及砧座应变与时间。传感器788可包括磁性传感器、磁场传感器、应变仪、压力传感器、力传感器、电感式传感器(诸如涡流传感器)、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或用于测量端部执行器752的一个或多个参数的任何其他合适的传感器。传感器788可包括一个或多个传感器。
一个或多个传感器788可包括应变仪诸如微应变仪，该应变仪被配置成能够在夹持条件期间测量砧座766中的应变的量值。应变仪提供电信号，该电信号的振幅随着应变量值而变化。传感器788可包括压力传感器，该压力传感器被配置成能够检测由砧座766和钉仓768之间的压缩组织的存在所生成的压力。传感器788可被配置成能够检测位于砧座766与钉仓768之间的组织区段的阻抗，该阻抗指示位于其间的组织的厚度和/或完全性。
传感器788可被配置成能够测量由闭合驱动系统施加在砧座766上的力。例如，一个或多个传感器788可位于闭合管和砧座766之间的交互点处，以检测由闭合管施加到砧座766的闭合力。施加在砧座766上的力可表示捕集在砧座766和钉仓768之间的组织区段所经历的组织压缩。一个或多个传感器788可沿闭合驱动系统定位在各种交互点处，以检测由闭合驱动系统施加到砧座766的闭合力。一个或多个传感器788可在夹持操作期间由控制电路760的处理器实时取样。控制电路760接收实时样本测量结果以提供和分析基于时间的信息，并实时评估施加到砧座766的闭合力。
可采用电流传感器786来测量由马达754消耗的电流。推进I形梁764所需的力对应于由马达754消耗的电流。将该力转换成数字信号并将其提供给控制电路760。
控制电路760可被配置成能够在控制器的软件中模拟器械的实际系统的响应。可致动位移构件以将端部执行器752中的I形梁764以目标速度或接近目标速度移动。外科器械750可包括反馈控制器，该反馈控制器可为任何反馈控制器中的一者，包括但不限于例如PID、状态反馈、LQR和/或自适应控制器。外科器械750可包括功率源，以例如将来自反馈控制器的信号转换为物理输入，诸如外壳电压、PWM电压、频率调制电压、电流、扭矩和/或力。
外科器械750的实际驱动系统被配置成能够通过具有齿轮箱和与关节运动和/或刀系统的机械连接件的有刷直流马达来驱动位移构件、切割构件或I形梁764。另一示例为操作例如可互换轴组件的位移构件和关节运动驱动器的电动马达754。外部影响是事物如组织、周围身体和摩擦对物理系统的未测量的、不可预测的影响。这种外部影响可被称为相对电动马达754作用的曳力。外部影响诸如曳力可使物理系统的操作偏离物理系统的期望操作。
各种示例性方面涉及外科器械750，其包括具有马达驱动的外科缝合和切割工具的端部执行器752。例如，马达754可沿着端部执行器752的纵向轴线朝远侧和朝近侧驱动位移构件。端部执行器752可包括可枢转砧座766，并且当被构造用于使用时，钉仓768与砧座766相对定位。临床医生可将组织抓持砧座766与钉仓768之间，如本文所述。当准备好使用器械750时，临床医生可例如通过按下器械750的触发器来提供击发信号。响应于该击发信号，马达754可沿端部执行器752的纵向轴线将位移构件从近侧行程开始位置朝远侧驱动到行程开始位置远侧的行程结束位置。当位移构件朝远侧平移时，带有定位在远侧端部处的切割元件的I形梁764可切割钉仓768与砧座766之间的组织。
在各种示例中，外科器械750可包括控制电路760，该控制电路被编程为基于一个或多个组织状况控制位移构件(诸如I形梁764)的远侧平移。控制电路760可以被编程为直接或间接地感测组织状况，诸如厚度，如本文所述。控制电路760可被编程为基于组织状况来选择击发控制程序。击发控制程序可以描述位移构件的远侧运动。可以选择不同的击发控制程序以更好地处理不同的组织状况。例如，当存在较厚的组织时，控制电路760可以被编程为以较低的速度和/或以较低的功率平移位移构件。当存在较薄的组织时，控制电路760可以被编程为以较高的速度和/或以较高的功率平移位移构件。
在一些示例中，控制电路760可针对位移构件的行程的第一开环部分初始以开环构型来操作马达754。基于在行程的开环部分期间器械750的响应，控制电路760可选择击发控制程序。器械的响应可以包括在开环部分期间位移构件的平移距离、在开环部分期间耗用的时间、在开环部分期间提供给马达754的能量、马达驱动信号的脉冲宽度之和等。在开环部分之后，控制电路760可以对位移构件行程的第二部分实施所选择的击发控制程序。例如，在行程的闭环部分期间，控制电路760可基于描述位移构件的位置的平移数据以闭环方式来调节马达754，以使位移构件以恒定速度平移。附加细节公开于2017年9月29日提交的标题为用于控制外科器械的显示器的系统和方法(SYSTEM AND METHODS FOR CONTROLLINGA DISPLAY OF A SURGICAL INSTRUMENT)的美国专利申请序列号15/720,852中，该专利申请全文以引用方式并入本文。
图19为根据本公开的至少一个方面的被配置成能够控制各个功能的外科器械790的示意图。在一个方面，外科器械790被编程为控制位移构件诸如I形梁764的远侧平移。外科器械790包括端部执行器792，该端部执行器可以包括砧座766、I形梁764和可移除钉仓768，该可移除钉仓可以与RF仓796(以虚线示出)互换。
在一个方面，传感器788可被实现为限位开关、机电装置、固态开关、霍尔效应装置、MR装置、GMR装置、磁力计等等。在其它具体实施中，传感器638可被实现为在光的影响下操作的固态开关，诸如光学传感器、IR传感器、紫外线传感器等等。同样，开关可为固态装置，诸如晶体管(例如，FET、结型FET、MOSFET、双极型晶体管等)。在其他具体实施中，传感器788可包括无电导体开关、超声开关、加速度计和惯性传感器等等。
在一个方面，位置传感器784可被实现为绝对定位系统，该绝对定位系统包括被实现为AS5055EQFT单片磁性旋转位置传感器的磁性旋转绝对定位系统，其可购自奥地利微系统公司(Austria Microsystems,AG)。位置传感器784与控制电路760交接，以提供绝对定位系统。位置可包括位于磁体上方并联接到CORDIC处理器的多个霍尔效应元件，该CORDIC处理器也被已知为逐位方法和Volder算法，提供该CORDIC处理器以实现用于计算双曲线函数和三角函数的简单有效的算法，双曲线函数和三角函数仅需要加法操作、减法操作、数位位移操作和表格查找操作。
在一个方面，I形梁764可被实现为包括刀主体的刀构件，该刀主体将组织切割刀片可操作地支撑在其上，并且该I形梁还可包括砧座接合插片或特征部以及通道接合特征部或脚部。在一个方面，钉仓768可被实现为标准(机械)外科紧固件仓。在一个方面，RF仓796可被实现为RF仓。这些和其他传感器布置在2017年6月20日提交的标题为“TECHNIQUESFOR ADAPTIVE CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTINGINSTRUMENT”的共同拥有的美国专利申请序列号15/628,175中描述，该专利全文以引用方式并入本文。
线性位移构件诸如I形梁764的位置、移动、位移和/或平移可通过绝对定位系统、传感器布置和表示为位置传感器784的位置传感器来测量。由于I形梁764联接到纵向可移动的驱动构件，因此I形梁764的位置可通过采用位置传感器784测量纵向可移动的驱动构件的位置来确定。因此，在以下描述中，I形梁764的位置、位移和/或平移可通过如本文所述的位置传感器784来实现。控制电路760可以被编程为控制位移构件诸如I形梁764的平移，如本文所述。在一些示例中，控制电路760可包括用于执行使一个或多个处理器以所述方式控制位移构件(例如，I形梁764)的指令的一个或多个微控制器、微处理器或其他合适的处理器。在一个方面，定时器/计数器781向控制电路760提供输出信号，诸如耗用时间或数字计数，以将如由位置传感器784确定的I形梁764的位置与定时器/计数器781的输出相关联，使得控制电路760可确定I形梁764在特定时间(t)相对于起始位置的位置。定时器/计数器781可被配置成能够测量所耗用的时间，对外部事件进行计数或测定外部事件的时间。
控制电路760可生成马达设定点信号772。马达设定点信号772可被提供给马达控制器758。马达控制器758可包括被配置成能够向马达754提供马达驱动信号774以驱动马达754的一个或多个电路，如本文所述。在一些示例中，马达754可为有刷DC电动马达。例如，马达754的速度可与马达驱动信号774成比例。在一些示例中，马达754可为无刷DC电动马达，并且马达驱动信号774可以包括提供给马达754的一个或多个定子绕组的PWM信号。而且，在一些示例中，可以省略马达控制器758，并且控制电路760可以直接生成马达驱动信号774。
马达754可从能量源762接收电力。能量源762可以是或包括电池、超级电容器或任何其它合适的能量源。马达754可经由传动装置756机械地联接到I形梁764。传动装置756可包括用于将马达754联接到I形梁764的一个或多个齿轮或其他连杆部件。位置传感器784可感测I形梁764的位置。位置传感器784可为或包括能够生成指示I形梁764的位置的位置数据的任何类型的传感器。在一些示例中，位置传感器784可包括编码器，该编码器被配置成能够在I形梁764向远侧和向近侧平移时向控制电路760提供一系列脉冲。控制电路760可跟踪脉冲以确定I形梁764的位置。可使用其它合适的位置传感器，包括例如接近传感器。其他类型的位置传感器可提供指示I形梁764的运动的其他信号。而且，在一些示例中，可省略位置传感器784。在马达754是步进马达的情况下，控制电路760可通过聚合该马达已被指示执行的步骤的数量和方向来跟踪I形梁764的位置。位置传感器784可位于端部执行器792中或器械的任何其他部分处。
控制电路760可与一个或多个传感器788通信。传感器788可定位在端部执行器792上并且适于与外科器械790一起操作以测量各种衍生参数，诸如间隙距离与时间、组织压缩与时间，以及砧座应变与时间。传感器788可包括磁性传感器、磁场传感器、应变仪、压力传感器、力传感器、电感式传感器(诸如涡流传感器)、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或用于测量端部执行器792的一个或多个参数的任何其他合适的传感器。传感器788可包括一个或多个传感器。
一个或多个传感器788可包括应变仪诸如微应变仪，该应变仪被配置成能够在夹持条件期间测量砧座766中的应变的量值。应变仪提供电信号，该电信号的振幅随着应变量值而变化。传感器788可包括压力传感器，该压力传感器被配置成能够检测由砧座766和钉仓768之间的压缩组织的存在所生成的压力。传感器788可被配置成能够检测位于砧座766与钉仓768之间的组织区段的阻抗，该阻抗指示位于其间的组织的厚度和/或完全性。
传感器788可被配置成能够测量由闭合驱动系统施加在砧座766上的力。例如，一个或多个传感器788可位于闭合管和砧座766之间的交互点处，以检测由闭合管施加到砧座766的闭合力。施加在砧座766上的力可表示捕集在砧座766和钉仓768之间的组织区段所经历的组织压缩。一个或多个传感器788可沿闭合驱动系统定位在各种交互点处，以检测由闭合驱动系统施加到砧座766的闭合力。一个或多个传感器788可在夹持操作期间由控制电路760的处理器部分实时取样。控制电路760接收实时样本测量结果以提供和分析基于时间的信息，并实时评估施加到砧座766的闭合力。
可采用电流传感器786来测量由马达754消耗的电流。推进I形梁764所需的力对应于由马达754消耗的电流。将该力转换成数字信号并将其提供给控制电路760。
当RF仓796代替钉仓768被装载在端部执行器792中时，RF能量源794联接到端部执行器792并且被施加到RF仓796。控制电路760控制RF能量到RF仓796的递送。
附加细节公开于2017年6月28日提交的美国专利申请序列号15/636,096，其标题为可与钉仓和射频仓联接的外科系统及其使用方法(SURGICAL SYSTEM COUPLABLE WITHSTAPLE CARTRIDGE AND RADIO FREQUENCY CARTRIDGE,AND METHOD OF USING SAME)，该专利全文以引用方式并入本文。
图20示出了行程长度曲线图20740，其示出了控制系统可如何基于关节运动角度θ来修改闭合管组件的行程长度。行程长度的此类修改包括随着关节角度θ的增加(例如，沿着x轴限定)而将行程长度缩短到补偿行程长度(例如，沿y轴限定)。补偿行程长度限定了闭合管组件在远侧方向上的行进长度，以闭合端部执行器的钳口，该补偿的行程长度取决于关节运动角度θ，并防止闭合管组件的过度行进对外科装置造成损坏。
例如，如行程长度曲线图20740所示，当端部执行器未进行关节运动时，闭合管组件闭合钳口的行程长度为约0.250英寸，而当关节运动角度θ为约60度时，补偿行程长度为约0.242英寸。此类测量结果仅作为示例提供，并且在不脱离本公开的范围的情况下，可包括各种角度和对应行程长度以及补偿行程长度中的任一者。此外，关节运动角度θ与补偿行程长度之间的关系为非线性的，并且补偿行程长度的缩短速率随着关节运动角度的增加而增加。例如，补偿行程长度在45度和60度关节运动之间的减小大于补偿行程长度在0度和15度关节运动之间的减小。尽管利用这种方法，控制系统基于关节运动角度θ来调节行程长度以防止损坏外科装置(例如，将闭合管组件的远侧端部卡在远侧位置)，但仍然允许远侧闭合管在关节运动期间推进，从而可能至少部分地闭合钳口。
图21示出了闭合管组件定位曲线图20750，其示出控制系统基于关节运动角度θ修改闭合管组件的纵向位置的一个方面。闭合管组件的纵向位置的此类修改包括当端部执行器进行关节运动时并且基于关节运动角度θ(例如，沿x轴限定)使闭合管组件朝近侧回缩补偿距离(例如，沿y轴限定)。闭合管组件朝近侧回缩的补偿距离防止远侧闭合管朝远侧推进，从而在关节运动期间将钳口保持在打开位置。通过在关节运动期间使闭合管组件朝近侧回缩补偿距离，闭合管组件可从近侧回缩位置开始行进行程长度，以在激活闭合组件时闭合钳口。
例如，如闭合管组件定位曲线图20750所示，当端部执行器未进行关节运动时的补偿距离为零，并且当关节运动角度θ为约60度时的补偿距离为约0.008英寸。在该示例中，闭合管组件在关节运动期间回缩0.008英寸的补偿距离。因此，为了闭合钳口，闭合管组件可从该回缩位置开始推进行程长度。此类测量结果仅出于示例的目的提供，并且在不脱离本公开的范围的情况下可包括各种角度和对应的补偿距离中的任一者。如图21所示，关节运动角度θ与补偿距离之间的关系为非线性的，并且补偿距离延长的速率随关节运动角度θ的增加而增加。例如，补偿距离在45度和60度之间的增加大于补偿距离在0度和15度之间的增加。
当夹持患者组织时，通过夹持装置(例如，线性缝合器)施加的力和组织可达到不可接受的高水平。例如，当采用恒定的闭合速率时，该力可变得足够高以对被夹持组织造成过度创伤，并且可在夹持装置中造成变形，使得在整个缝合路径上不保持可接受的组织间隙。图22为示出在压缩期间以恒定砧座闭合速率(即，不使用受控组织压缩(CTC))施加到组织的功率相对于和在压缩期间以可变砧座闭合速率(即，使用CTC)施加到组织的功率的曲线图。可调节闭合速率以控制组织压缩，使得施加到组织中的功率在压缩的一部分上保持恒定。当利用可变砧座闭合速率时，根据图22施加到组织中的峰值功率低得多。基于所施加的功率，可计算由外科装置施加的力(或与力相关或成比例的参数)。就这一点而言，可限制功率，使得通过外科装置(例如，通过线性缝合器的钳口)施加的力不超过导致钳口张开的屈服力或压力，使得当处于完全闭合位置时，组织间隙不在沿整个缝合长度的可接受范围内。例如，钳口应平行或足够接近平行，使得组织间隙对于沿钳口的整个长度的所有钉位置保持在可接受或目标范围内。此外，对所施加的功率的限制避免或至少最小化对组织的创伤或损伤。
在图22中，在不使用CTC的方法中施加的总能量与在使用CTC的方法中施加的总能量相同，即，图22的功率曲线下的面积相同或基本上相同。然而，所利用的功率分布的差异很大，因为与不使用CTC的示例相比，使用CTC的示例中的峰值功率要低得多。
在使用CTC的示例中，功率的限制通过减慢闭合速率来实现，如线20760所示。应当注意，压缩时间B'长于闭合时间B。如图22所示，提供恒定闭合速率(即，不使用CTC)的装置和方法在与提供可变闭合速率(即，使用CTC)的装置和方法相同的1mm组织间隙下实现相同的50lb压缩力。虽然与使用可变闭合速率的装置和方法相比，提供恒定闭合速率的装置和方法可在较短时间段内在期望的组织间隙处实现压缩力，但这产生施加到组织的功率的峰值，如图22所示。相比之下，使用CTC所示的示例性方面开始减慢闭合速率，以将施加到组织的功率量限制在某一水平以下。通过限制施加到组织的功率，可以相对于不使用CTC的系统和方法使组织创伤最小化。
图22和附加的示例在2012年6月1日提交的标题为“DEVICE AND METHOD FORCONTROLLING COMPRESSION OF TISSUE”的美国专利No.8,499,992中进一步描述，该专利公布于2013年8月6日，其全部公开内容以引用方式并入本文。
在一些方面，控制系统可包括多个预定义的力阈值，所述多个预定义的力阈值帮助控制系统确定电子束的位置和/或击发轴的关节运动角度并且基于此类确定适当地控制至少一个马达。例如，力阈值可根据被配置成能够平移击发轴的击发杆的行进长度而改变，并且此类力阈值可与与控制系统通信的一个或多个马达的所测量的扭力进行比较。所测量的扭力与力阈值的比较可为控制系统提供确定电子束的位置和/或端部执行器的关节运动的可靠方式。这可允许控制系统适当地控制一个或多个马达(例如，减小或停止扭转负载)以确保击发组件的正确击发和端部执行器的关节运动，以及防止对系统的损坏，如将在下文更详细地描述。
图23示出了力和位移曲线图20800，其包括A部分中与B部分中的所测量的位移相关的所测量的力。A部分和B部分均具有限定时间的x轴(例如，秒)。B部分的y轴限定击发连杆的行进位移(例如，以毫米为单位)，并且A部分的y轴限定施加到击发杆的力，从而推进击发轴。如A部分所示，击发杆在第一关节运动范围20902内的行进(例如，行进的第一约12mm)使端部执行器进行关节运动。例如，在12mm位移位置处，端部执行器完全向右进行关节运动并且机械上不能进一步进行关节运动。由于处于完全关节运动，马达上的扭力将增加，并且控制系统可感测到关节运动力峰值20802超过预定义的关节运动阈值20804，如A部分所示。控制系统可包括多于一个预定义的关节运动阈值20804，以用于感测多于一个的最大关节运动方向(例如，左关节运动和右关节运动)。在控制系统检测到超过预先确定的关节运动阈值20804的关节运动力峰值20802之后，控制系统可减小或停止马达的致动，从而保护至少马达免受损坏。
在击发杆推进超过关节运动范围20902之后，外科缝合器内的移位机构可导致击发杆的进一步远侧行进以导致击发轴的远侧行进。例如，如B部分所示，在约12mm和70mm的行进位移之间行进可使电子束沿击发行程20904推进并切割捕集在钳口之间的组织，然而，其他行进长度也在本公开的范围内。在该示例中，电子束的最大击发行程位置20906发生在70mm行进处。此时，电子束或刀邻接仓或钳口的远侧端部，从而增加马达上的扭力并导致控制系统感测到如A部分所示的刀行进力峰值20806。如A部分所示，控制系统可包括马达阈值20808和刀行进阈值20810的末端，该刀行进阈值从马达阈值20808分支并且随着电子束接近最大击发行程位置20906而减小(例如，非线性地)。
控制系统可被配置成能够在电子束到达最大击发行程位置20906之前，在电子束的远侧行程20907的至少最后一部分(例如，击发行程904的最后10％)期间监测感测到的马达扭力。当沿着远侧行程20907的此类最后部分监测时，控制系统可使马达减小扭力，从而减小电子束上的负载。这可通过在电子束接近最大击发行程位置20906时减少电子束上的负载来保护外科缝合器(包括电子束)免受损坏，从而减少电子束对仓或钳口的远侧端部的冲击。如上所述，此类冲击可产生刀行进力峰值20806，该刀行进力峰值可超过刀行进阈值20810但不超过马达阈值20808，从而不损坏马达。因此，控制系统可在刀行进力峰值20806超过刀行进阈值20810之后并且在刀行进力峰值20806超过马达阈值20808之前停止马达的致动，从而保护马达免受损坏。此外，刀行进阈值20810的逐渐减小防止控制系统初步认为电子束已达到最大击发行程位置20906。
在控制系统检测到刀行进力峰值20806超过刀行进阈值20810之后，控制系统可确认电子束的位置(例如，在70mm位移处和/或在击发行程20904结束处)，并且可基于此类已知的位移位置回缩击发杆以将电子束在最近侧位置20908(例如，0mm位移)处复位。在最近侧位置20908处，控制系统可感测到超过预定义刀回缩阈值20814的刀回缩力峰值20812，如A部分所示。此时，如果需要，控制系统可重新校准，并且将电子束的位置关联为处于原始位置，在该原始位置处击发连杆在远侧方向上的后续推进(例如，约12mm长)将导致移位器使电子束与击发杆脱离接合。一旦脱离接合，击发杆在关节运动范围20902内行进将再次引起端部执行器的关节运动。
因此，控制系统可感测控制击发杆的行进的马达上的扭力，并且将此类感测到的扭力与多个阈值进行比较以确定电子束的位置或端部执行器的关节运动角度，从而适当地控制马达以防止对马达的损坏，以及确认击发杆和/或电子束的定位。
如上所述，组织接触或压力传感器确定钳口构件何时最初与组织“T”接触。这使得外科医生能够在夹持之前确定组织“T”的初始厚度和/或组织“T”的厚度。在上述外科器械方面的任一个中，如图24所示，钳口构件与组织“T”的接触通过建立与设置在钳口构件上的一对相对的板“P1、P2”的接触来闭合原本断开的感测电路“SC”。接触传感器还可包括确定施加到传感器的力的量的力敏换能器，该力的量可被假设为与施加到组织“T”的力的量相同。然后可将施加到组织的此类力转换成一定量的组织压缩。力传感器测量组织所承受的压缩量，并且向外科医生提供关于施加到组织“T”的力的信息。过度组织压缩可对正被手术的组织“T”产生负面影响。例如，组织“T”的过度压缩可导致组织坏死，并且在某些规程中导致钉线故障。关于施加到组织“T”的压力的信息使得外科医生能够更好地确定未向组织“T”施加过度的压力。
本文所公开的接触传感器中的任一个可包括但不限于放置在钳口的内表面上的电触点，该钳口在与组织接触时闭合原本断开的感测电路。接触传感器还可包括力敏换能器，该力敏换能器检测被夹持的组织何时首先抵抗压缩。力换能器可包括但不限于压电元件、压阻元件、金属膜或半导体应变仪、电感式压力传感器、电容式压力传感器，以及使用弹簧管、胶囊或波纹管来驱动电阻元件上的弧刷臂的电位压力换能器。
在一个方面，前述外科器械中的任一个可包括一个或多个压电元件以检测在钳口构件上发生的压力变化。压电元件是将应力转换成电势的双向换能器。元件可由金属化石英或陶瓷组成。在操作中，当向晶体施加应力时，材料的电荷分布发生变化，从而导致整个材料上生成电压。压电元件可用于指示钳口构件中的任一个或两个何时与组织“T”接触以及在建立接触之后施加在组织“T”上的压力的量。
在一个方面，前述外科器械中的任一者可包括或设置有一个或多个金属应变仪，该一个或多个金属应变仪放置在外科器械的主体的一部分内或其主体的一部分上。金属应变仪的工作原理是材料的电阻取决于长度、宽度和厚度。因此，当金属应变仪的材料经历应变时，材料的电阻改变。因此，由这种材料制成的电阻器结合到电路中，将使应变转换为电信号的变化。有利地，应变仪可放置在外科器械上，使得施加到组织的压力影响该应变仪。
另选地，在另一方面，可以与上述金属应变仪类似的方式使用一个或多个半导体应变仪，但换能模式不同。在操作中，当半导体应变仪的晶格结构由于所施加的应力而变形时，材料的电阻改变。该现象被称为压阻效应。
在另一方面，前述外科器械中的任一者可包括或设置有一个或多个感应压力传感器，以将压力或力转换成感应元件相对于彼此的运动。感应元件相对于彼此的这种运动改变了总体电感或电感耦合。电容式压力换能器类似地将压力或力转换成电容元件相对于彼此的运动，从而改变总电容。
在又一方面，前述外科器械中的任何一者可包括或设置有一个或多个电容式压力换能器，以将压力或力转换成电容元件相对于彼此的运动，从而改变总电容。
在一个方面，前述外科器械中的任一者可包括或设置有一个或多个机械压力换能器，以将压力或力转换成运动。在使用中，机械元件的运动用于使计量器上的指针或刻度盘偏转。指针或刻度盘的这种移动可表示施加到组织“T”的压力或力。机械元件的示例包括但不限于弹簧管、胶囊或波纹管。以举例的方式，机械元件可与其他测量和/或感测元件诸如电位计压力换能器联接。在该示例中，机械元件与可变电阻器上的弧刷联接。在使用中，压力或力可转换成机械运动，该机械运动使电位计上的弧刷件偏转，从而改变电阻以反映所施加的压力或力。
上述方面的组合，尤其是间隙和组织接触传感器的组合，为外科医生提供关于手术部位和/或靶组织“T”的状况的反馈信息和/或实时信息。例如，关于组织“T”的初始厚度的信息可引导外科医生选择适当的钉尺寸，关于组织“T”的夹持厚度的信息可让外科医生知道所选择的钉是否将适当地成形，与组织“T”的初始厚度和夹持厚度相关的信息可用于确定组织“T”上的压缩或应变的量，并且与组织“T”上的应变相关的信息可使用该应变以避免将组织压缩到过度应变值和/或避免缝合已经历过度应变的组织。
另外，力传感器可用于向外科医生提供施加到组织的压力的量。外科医生可使用该信息以避免对组织“T”施加过度压力或避免缝合已经历过度应变的组织“T”。
图24和附加的示例在2011年6月27日提交的标题为“SURGICAL INSTRUMENTEMPLOYING SENSORS”的美国专利No.8,181,839中进一步描述，该专利公布于2012年5月5日，其全部公开内容以引用方式并入本文。
示出并且描述了某些方面以提供对所公开的装置和方法的结构、功能、制造和使用的理解。在一个示例中示出或描述的特征可与其它示例的特征组合，并且修改和变型在本公开的范围内。
术语“近侧”和“远侧”相对于操纵外科器械的柄部的临床医生，其中“近侧”是指更靠近临床医生的部分，并且“远侧”是指距临床医生更远的部分。为了方便起见，相对于图使用的空间术语“竖直”、“水平”、“向上”和“向下”并非旨在是限制性的和/或绝对的，因为外科器械可用于许多定向和位置。
提供了用于执行腹腔镜式和微创外科规程的示例性装置和方法。然而，此类装置和方法可用于其它外科规程和应用，包括例如开放式外科规程。外科器械可穿过自然孔口或穿过形成在组织中的切口或穿刺孔被插入。器械的工作部分或端部执行器部分可被直接插入身体中或者通过具有工作通道的进入装置插入，外科器械的端部执行器和细长轴可穿过该工作通道推进。
图25至图28描绘用于切割和紧固的马达驱动的外科器械150010，其可重复使用或可不重复使用。在例示的示例中，外科器械150010包括外壳150012，该外壳包括被构造成能够由临床医生抓持、操纵并且致动的柄部组件150014。外壳150012被构造用于可操作地附接到可互换轴组件150200，该可互换轴组件具有可操作地联接到其上的端部执行器150300，该端部执行器被构造成能够执行一种或多种外科任务或外科规程。根据本公开，可结合机器人控制的外科系统有效地采用各种形式的可互换轴组件。术语“外壳”可涵盖容纳或以其他方式可操作地支撑至少一个驱动系统的机器人系统的外壳或类似部分，该至少一个驱动系统被构造成能够生成并且施加可用于致动可互换轴组件的至少一个控制运动。术语“框架”可指手持式外科器械的一部分。术语“框架”还可表示机器人控制的外科器械的一部分和/或机器人系统的可用于可操作地控制外科器械的一部分。可互换轴组件可与标题为“SURGICAL STAPLING INSTRUMENTS WITH ROTATABLE STAPLE DEPLOYMENTARRANGEMENTS”的美国专利No.9,072,535中公开的各种机器人系统、器械、部件和方法一起使用，该专利全文以引用方式并入本文。
图25为根据本公开的至少一个方面的具有可操作地联接到其的可互换轴组件150200的外科器械150010的透视图。外壳150012包括端部执行器150300，该端部执行器包括被构造成能够在其中可操作地支撑外科钉仓150304的外科切割和紧固装置。外壳150012可被构造用于与可互换轴组件结合使用，该可互换轴组件包括端部执行器，该端部执行器适于支撑不同尺寸和类型的钉仓，具有不同的轴长度、尺寸和类型。外壳150012可与各种可互换轴组件一起使用，包括被构造成能够将其他运动和形式的能量(诸如射频(RF)能量、超声能量和/或运动)施加到端部执行器布置的组件，该端部执行器布置适于与各种外科应用和规程结合使用。端部执行器、轴组件、柄部、外科器械和/或外科器械系统可利用任何合适的一个紧固件或多个紧固件来紧固组织。例如，包括可移除地被存储在其中的多个紧固件的紧固件仓能够可移除地插入轴组件的端部执行器中和/或附接到轴组件的端部执行器。
柄部组件150014可包括一对可互连柄部外壳段150016、150018，该对柄部外壳段通过螺钉、按扣特征部、粘合剂等互连。柄部外壳段150016、150018配合以形成可被临床医生抓握和操纵的手枪式握把部150019。柄部组件150014可操作地支撑多个驱动系统，该多个驱动系统被构造成能够生成控制运动并且将控制运动施加到可操作地附接到其的可互换轴组件的对应部分。显示器可设置在覆盖件150045下方。
图26为根据本公开的至少一个方面的图25的外科器械150010的一部分的分解组件视图。柄部组件150014可包括可操作地支撑多个驱动系统的框架150020。框架150020可操作地支撑“第一”或闭合驱动系统150030，该“第一”或闭合驱动系统可将闭合和打开运动施加到可互换轴组件150200。闭合驱动系统150030可包括致动器，诸如由框架150020枢转地支撑的闭合触发器150032。闭合触发器150032通过枢轴销150033枢转地联接到柄部组件150014，以使得闭合触发器150032能够由临床医生操纵。当临床医生抓持柄部组件150014的手枪式握把部150019时，闭合触发器150032可从启动或“未致动”位置枢转到“致动”位置并且更具体地枢转到完全压缩或完全致动位置。
柄部组件150014和框架150020可操作地支撑击发驱动系统150080，该击发驱动系统被构造成能够将击发运动施加到附接到其的可互换轴组件的对应部分。击发驱动系统150080可采用位于柄部组件150014的手枪式握把部150019中的电动马达150082。电动马达150082可为具有例如约25,000RPM的最大旋转速度的直流有刷马达。在其它构造中，马达可包括无刷马达、无绳马达、同步马达、步进马达、或任何其它合适的电动马达。电动马达150082可由功率源150090供电，该功率源可包括可移除电源组150092。可移除电源组150092可包括被构造成能够附接到远侧外壳部分150096的近侧外壳部分150094。近侧外壳部分150094和远侧外壳部分150096被构造成能够在其中可操作地支撑多个电池150098。电池150098可各自包括例如锂离子(LI)或其他合适的电池。远侧外壳部分150096被配置用于以可移除方式可操作地附接到可操作地联接到电动马达150082的控制电路板150100。串联连接的若干电池150098可向外科器械150010供电。功率源150090可为可替换的和/或可再充电的。位于覆盖件150045下方的显示器150043电联接到控制电路板150100。可移除覆盖件150045以暴露显示器150043。
电动马达150082可包括与齿轮减速器组件150084可操作地交接的可旋转轴(未示出)，该齿轮减速器组件被安装成与纵向可移动的驱动构件150120上的驱动齿150122的组或齿条啮合接合。纵向可移动的驱动构件150120具有形成在其上的驱动齿150122的齿条，以用于与齿轮减速器组件150084的对应驱动齿轮150086啮合接合。
在使用中，功率源150090所提供的电压极性可沿顺时针方向操作电动马达150082，其中由电池施加给电动马达的电压极性可被反转，以便沿逆时针方向操作电动马达150082。当电动马达150082在一个方向上旋转时，纵向可移动的驱动构件150120将在远侧方向“DD”上被轴向地驱动。当电动马达150082在相反的旋转方向上被驱动时，纵向可移动的驱动构件150120将在近侧方向“PD”上被轴向地驱动。柄部组件150014可包括开关，该开关可被配置成能够使由功率源150090施加到电动马达150082的极性反转。柄部组件150014可包括传感器，该传感器被配置成能够检测纵向可移动的驱动构件150120的位置和/或纵向可移动的驱动构件150120正在移动的方向。
电动马达150082的致动可由被枢转地支撑在柄部组件150014上的击发触发器150130控制。击发触发器150130可在未致动位置和致动位置之间枢转。
重新转到图25，可互换轴组件150200包括端部执行器150300，该端部执行器包括被构造成能够在其中可操作地支撑外科钉仓150304的细长通道150302。端部执行器150300可包括砧座150306，该砧座相对于细长通道150302被枢转地支撑。可互换轴组件150200可包括关节运动接头150270。端部执行器150300和关节运动接头150270的构造和操作在标题为“ARTICULATABLE SURGICAL INSTRUMENT COMPRISING AN ARTICULATION LOCK”的美国专利申请公布No.2014/0263541中阐述，该专利申请公布全文以引用方式并入本文。可互换轴组件150200可包括近侧外壳或喷嘴150201，该近侧外壳或喷嘴由喷嘴部分150202、150203构成。可互换轴组件150200可包括可被利用以闭合和/或打开端部执行器150300的砧座150306的沿着轴轴线SA延伸的闭合管150260。
重新转到图25，闭合管150260朝远侧(方向“DD”)平移以例如响应于闭合触发器150032的致动而以前述参考文献美国专利申请公布No.2014/0263541中所述的方式闭合砧座150306。通过朝近侧平移闭合管150260来打开砧座150306。在砧座打开位置，闭合管150260移动至近侧位置。
图27为根据本公开的至少一个方面的可互换轴组件150200的部分的另一分解组件视图。可互换轴组件150200可包括被支撑用于在脊150210内的轴向行进的击发构件150220。击发构件150220包括被构造成能够附接到远侧切割部分或刀杆150280的中间击发轴150222。击发构件150220可被称为“第二轴”和/或“第二轴组件”。中间击发轴150222可在远侧端部中包括纵向狭槽150223，该纵向狭槽被构造成能够接纳刀杆150280的近侧端部150282上的插片150284。纵向狭槽150223和近侧端部150282可被构造成能够允许该两者之间的相对移动并且可包括滑动接头150286。滑动接头150286可允许击发构件150220的中间击发轴150222在不移动或至少基本上不移动刀杆150280的情况下使端部执行器150300围绕关节运动接头150270进行关节运动。一旦端部执行器150300已合适地取向，中间击发轴150222便可朝远侧推进，直到纵向狭槽150223的近侧侧壁接触插片150284以推进刀杆150280并击发定位在通道150302内的钉仓为止。脊150210在其中具有细长开口或窗口150213，以便于将中间击发轴150222组装和插入脊150210中。一旦中间击发轴150222已被插入脊中，顶部框架段150215就可与轴框架150212接合，以封闭其中的中间击发轴150222和刀杆150280。击发构件150220的操作可见于美国专利申请公布No.2014/0263541中。脊150210可被构造成能够可滑动地支撑击发构件150220和围绕脊150210延伸的闭合管150260。脊150210可以可滑动地支撑关节运动驱动器150230。
可互换轴组件150200可包括被构造成能够选择性地且可释放地将关节运动驱动器150230联接到击发构件150220的离合器组件150400。离合器组件150400包括围绕击发构件150220定位的锁定衬圈或锁定套筒150402，其中锁定套筒150402可在接合位置和脱离接合位置之间旋转，在接合位置处，锁定套筒150402将关节运动驱动器150230联接到击发构件150220，在脱离接合位置处，关节运动驱动器150230未可操作地联接到击发构件150220。当锁定套筒150402处于接合位置时，击发构件150220的远侧移动可使关节运动驱动器150230朝远侧移动；并且相应地，击发构件150220的近侧移动可使关节运动驱动器150230朝近侧移动。当锁定套筒150402处于脱离接合位置时，击发构件150220的移动不传输到关节运动驱动器150230；并且因此，击发构件150220可独立于关节运动驱动器150230移动。喷嘴150201可用于以在美国专利申请公布No.2014/0263541中描述的各种方式来使关节运动驱动系统与击发驱动系统可操作地接合和脱离接合。
可互换轴组件150200可包括滑环组件150600，该滑环组件可被构造成能够例如将电力传导到端部执行器150300和/或从该端部执行器传导电力，和/或将信号传达到端部执行器150300和/或从该端部执行器传达信号。滑环组件150600可包括定位在限定于喷嘴部分150202、150203中的狭槽内的近侧连接器凸缘150604和远侧连接器凸缘150601。近侧连接器凸缘150604可包括第一面，并且远侧连接器凸缘150601可包括与第一面相邻定位且可相对于第一面移动的第二面。远侧连接器凸缘150601可围绕轴轴线SA-SA(图25)相对于近侧连接器凸缘150604旋转。近侧连接器凸缘150604可包括限定在其第一面中的多个同心或至少基本上同心的导体150602。连接器150607可安装在远侧连接器凸缘150601的近侧侧面上，并且可具有多个触点，其中每个触点对应于导体150602中的一个并与之电接触。这种布置在保持近侧连接器凸缘150604和远侧连接器凸缘150601之间的电接触的同时允许这两个凸缘之间的相对旋转。近侧连接器凸缘150604可包括可例如使导体150602与轴电路板进行信号通信的电连接器150606。在至少一个实例中，包括多个导体的线束可在电连接器150606和轴电路板之间延伸。电连接器150606可朝近侧延伸穿过限定在底盘安装凸缘中的连接器开口。标题为“STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS SENSOR SYSTEM”的美国专利申请公开No.2014/0263551的全文以引用方式并入本文。标题为“STAPLE CARTRIDGETISSUE THICKNESS SENSOR SYSTEM”的美国专利申请公开No.2014/0263552的全文以引用方式并入本文。有关滑环组件150600的更多细节可见于美国专利申请公开No.2014/0263541。
可互换轴组件150200可包括可固定地安装到柄部组件150014的近侧部分，以及可围绕纵向轴线旋转的远侧部分。可旋转远侧轴部分可围绕滑环组件150600相对于近侧部分旋转。滑环组件150600的远侧连接器凸缘150601可定位在可旋转的远侧轴部分内。
图28为根据本公开的至少一个方面的图25的外科器械150010的端部执行器150300的一方面的分解视图。端部执行器150300可包括砧座150306和外科钉仓150304。砧座150306可联接到细长通道150302。孔150199可限定在细长通道150302中，以接纳从砧座150306延伸的销150152，以便允许砧座150306相对于细长通道150302和外科钉仓150304从打开位置枢转到闭合位置。击发杆150172被构造成能够纵向平移到端部执行器150300中。击发杆150172可由一个实心部分构成，或者可包括层合材料，该层合材料包括钢板叠堆。击发杆150172包括I形梁150178和在其远侧端部处的切割刃150182。击发杆150172的远侧突出端部可附接到I形梁150178，以在砧座150306处于闭合位置时有助于将砧座150306与定位在细长通道150302中的外科钉仓150304间隔开。I形梁150178可包括锋利切割刃150182，当通过击发杆150172向远侧推进I形梁150178时，该切割刃切断组织。在操作中，I形梁150178可击发外科钉仓150304。外科钉仓150304可包括模塑的仓体150194，该仓体保持多个钉150191，这些多个钉安置在钉驱动器150192上，这些钉驱动器位于相应向上打开的钉腔150195中。楔形滑动件150190由I形梁150178朝远侧驱动，从而在外科钉仓150304的仓托盘150196上滑动。楔形滑动件150190使钉驱动器150192向上进行凸轮运动，以将钉150191挤出成与砧座150306变形接触，同时I形梁150178的切割刃150182切断被夹持组织。
I形梁150178可包括在击发期间与砧座150306接合的上部销150180。I形梁150178可包括与仓体150194、仓托盘150196和细长通道150302的各部分接合的中间销150184和底部基座150186。当外科钉仓150304定位在细长通道150302内时，限定在仓体150194中的狭槽150193可与限定在仓托盘150196中的纵向狭槽150197以及限定在细长通道150302中的狭槽150189对齐。在使用中，I形梁150178可滑动穿过对齐的纵向狭槽150193、150197和150189，其中，如图28所示，I形梁150178的底部基座150186可沿着狭槽150189的长度与沿着细长通道150302的底表面延伸的沟槽接合，中间销150184可沿着纵向狭槽150197的长度与仓托盘150196的顶表面接合，并且上部销150180可与砧座150306接合。在击发杆150172朝远侧推进以从外科钉仓150304击发钉和/或切入在砧座150306和外科钉仓150304之间捕集的组织时，I形梁150178可隔开或限制砧座150306和外科钉仓150304之间的相对移动。击发杆150172和I形梁150178可朝近侧回缩，从而允许打开砧座150306，以释放两个缝合和切断的组织部分。
图29A和图29B为根据本公开的至少一个方面的图25的跨越两个图页的外科器械150010的控制电路150700的框图。主要参见图29A和图29B，柄部组件150702可包括马达150714，该马达可由马达驱动器150715控制，并可由外科器械150010的击发系统使用。在各种形式中，马达150714可为具有约25,000RPM的最大旋转速度的直流有刷驱动马达。在其他布置中，马达150714可包括无刷马达、无绳马达、同步马达、步进马达或任何其他合适的电动马达。马达驱动器150715可包括例如包括场效应晶体管(FET)150719的H桥驱动器。马达150714可由功率组件150706供电，该功率组件可释放地安装到柄部组件150200，以用于向外科器械150010供应控制功率。功率组件150706可包括电池，该电池可包括串联连接的、可用作功率源为外科器械150010供电的多个电池单元。在某些情况下，功率组件150706的电池单元可为可替换的和/或可再充电的。在至少一个示例中，电池单元可为可分离地联接到功率组件150706的锂离子电池。
轴组件150704可包括轴组件控制器150722，该轴组件控制器可在轴组件150704与功率组件150706联接到柄部组件150702时，通过接口与安全控制器和功率管理控制器150716通信。例如，接口可包括第一接口部分150725和第二接口部分150727，其中第一接口部分可包括用于与对应的轴组件电连接器实现联接接合的一个或多个电连接器，第二接口部分可包括用于与对应的功率组件电连接器实现联接接合的一个或多个电连接器，从而在轴组件150704与功率组件150706联接到柄部组件150702时，允许轴组件控制器150722与功率管理控制器150716之间进行电通信。可通过接口传输一个或多个通信信号，以将附接的可互换轴组件150704的一个或多个功率要求传送到功率管理控制器150716。作为响应，功率管理控制器可根据附接轴组件150704的功率要求，调节功率组件150706的电池的功率输出，如下文更详细地描述。连接器可包括开关，这些开关可在柄部组件150702机械联接接合到轴组件150704和/或功率组件150706，以允许轴组件控制器150722与功率管理控制器150716之间进行电通信之后被启动。
例如，接口将一个或多个通信信号路由通过位于柄部组件150702中的主控制器150717，由此可利于在功率管理控制器150716与轴组件控制器150722之间传送这类通信信号。在其他情况下，当轴组件150704和功率组件150706联接到柄部组件150702时，接口可有利于功率管理控制器150716与轴组件控制器150722之间的直接通信线路穿过柄部组件150702。
主控制器150717可以是任何单核或多核处理器，诸如由德克萨斯器械公司(TexasInstruments)提供的商品名为ARM Cortex的那些处理器。在一个方面，主控制器150717可为例如购自德克萨斯器械公司(Texas Instruments)的LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F处理器内核，其包括：256KB的单循环闪存或其他非易失性存储器(最多至40MHZ)的片上存储器、用于使性能改善超过40MHz的预取缓冲器、32KB的单循环串行随机存取存储器(SRAM)、装载有
软件的内部只读存储器(ROM)、2KB的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、一个或多个脉宽调制(PWM)模块、一个或多个正交编码器输入(QEI)模拟、具有12个模拟输入信道的一个或多个12位模数转换器(ADC)，其细节可见于产品数据表。
安全控制器可以是包括两个基于控制器的系列(诸如TMS570和RM4x，已知同样由Texas Instruments生产且商品名为Hercules ARM Cortex R4)的安全控制器平台。安全控制器可被配置成能够专门用于IEC 61508和ISO 26262安全关键应用等等，以提供先进的集成安全特征部，同时递送可定标的性能、连接性和存储器选项。
功率组件150706可包括功率管理电路，该功率管理电路可包括功率管理控制器150716、功率调制器150738和电流感测电路150736。在轴组件150704与功率组件150706联接到柄部组件150702时，功率管理电路可被配置成能够基于轴组件150704的功率要求调节电池的功率输出。功率管理控制器150716可被编程用于控制功率调制器150738调节功率组件150706的功率输出，电流感测电路150736可用于监测功率组件150706的功率输出，以便为功率管理控制器150716提供与电池的功率输出有关的反馈，使得功率管理控制器150716可调节功率组件150706的功率输出以维持理想的输出。功率管理控制器150716和/或轴组件控制器150722各自可包括可存储多个软件模块的一个或多个处理器和/或存储器单元。
外科器械150010(图25-图28)可包括输出装置150742，该输出装置可包括用于将感官反馈提供给用户的装置。此类装置可包括例如视觉反馈装置(例如，LCD显示屏、LED指示器)、音频反馈装置(例如，扬声器、蜂鸣器)或触觉反馈装置(例如，触觉致动器)。在某些情况下，输出装置150742可包括显示器150743，该显示器可包含在柄部组件150702中。轴组件控制器150722和/或功率管理控制器150716可通过输出装置150742向外科器械150010的用户提供反馈。接口可被配置成能够将轴组件控制器150722和/或功率管理控制器150716连接到输出装置150742。作为替代，输出装置150742可与功率组件150706集成。在此类情况下，当轴组件150704联接到柄部组件150702时，输出装置150742与轴组件控制器150722之间的通信可通过接口实现。
控制电路150700包括被配置成能够控制电动外科器械150010的操作的电路段。安全控制器段(段1)包括安全控制器和主控制器150717段(段2)。安全控制器和/或主控制器150717被配置成能够与一个或多个附加电路段(诸如加速度段、显示器段、轴段、编码器段、马达段和功率段)相互作用。电路段中的每个都可联接到安全控制器和/或主控制器150717。主控制器150717还联接到闪存存储器。主控制器150717还包括串行通信接口。主控制器150717包括联接到例如一个或多个电路段、电池和/或多个开关的多个输入。分段电路可通过任何合适的电路(诸如，电动外科器械150010内的印刷电路板组件(PCBA))来实施。应当理解，本文使用的术语“处理器”包括任一种微处理器、处理器、微控制器、控制器，或者将计算机的中央处理单元(CPU)的功能结合到一个集成电路或最多几个集成电路上的其它基础计算装置。主控制器150717是多用途的可编程装置，该装置接收数字数据作为输入，根据其存储器中存储的指令来处理输入，并提供结果作为输出。因为处理器具有内部存储器，所以是顺序数字逻辑的示例。控制电路150700可被配置成能够实现本文所述的一个或多个过程。
加速度段(段3)包括加速度计。加速度计被配置成能够检测电动外科器械150010的移动或加速度。来自加速度计的输入可用于例如转换到休眠模式和从休眠模式转换到其他模式、识别电动外科器械的取向，并且/或者识别外科器械何时已被放下。在一些示例中，加速度段联接到安全控制器和/或主控制器150717。
显示器段(段4)包括联接到主控制器150717的显示器连接器。显示器连接器通过显示器的一个或多个集成电路驱动器将主控制器150717联接到显示器。显示器的集成电路驱动器可与显示器集成，并且/或者可与显示器分开定位。显示器可包括任一种合适的显示器，诸如有机发光二极管(OLED)显示器、液晶显示器(LCD)和/或任何其他合适的显示器。在一些示例中，显示器段联接到安全控制器。
轴段(段5)包括用于联接到外科器械150010(图25至图28)的可互换轴组件150200(图25和图27)的控件，和/或用于联接到可互换轴组件150200的端部执行器150300的一个或多个控件。轴段包括轴连接器，该轴连接器被配置成能够将主控制器150717联接到轴PCBA。轴PCBA包括具有铁电随机存取存储器(FRAM)、关节运动开关、轴释放霍尔效应开关和轴PCBA EEPROM的低功率微控制器。轴PCBA EEPROM包括特定于可互换轴组件150200和/或轴PCBA的一个或多个参数、例程和/或程序。轴PCBA可联接到可互换轴组件150200和/或与外科器械150010集成。在一些示例中，轴段包括第二轴EEPROM。第二轴EEPROM包括对应于可与电动外科器械150010交接的一个或多个轴组件150200和/或端部执行器150300的多个算法、例程、参数和/或其他数据。
位置编码器段(段6)包括一个或多个磁性角旋转位置编码器。一个或多个磁性角旋转位置编码器被配置成能够识别外科器械150010(图25至图28)的马达150714、可互换轴组件150200(图25和图27)和/或端部执行器150300的旋转位置。在一些示例中，磁性角旋转位置编码器可联接到安全控制器和/或主控制器150717。
马达电路段(段7)包括被配置成能够控制电动外科器械150010(图25至图28)的移动的马达150714。马达150714通过包括一个或多个H桥场效应晶体管(FET)的H桥驱动器和马达控制器联接到主微控制器处理器150717。H桥驱动器也联接到安全控制器。马达电流传感器与马达串联联接，用于测量马达的电流消耗。马达电流传感器与主控制器150717和/或安全控制器进行信号通信。在一些示例中，马达150714联接到马达电磁干扰(EMI)滤波器。
马达控制器控制第一马达标记和第二马达标记，以向主控制器150717指示马达150714的状态和位置。主控制器150717通过缓冲器向马达控制器提供脉宽调制(PWM)高信号、PWM低信号、方向信号、同步信号和马达复位信号。功率段被构造成向电路段中的每一者提供段电压。
功率段(段8)包括联接到安全控制器、主控制器150717和附加电路段的电池。电池通过电池连接器和电流传感器联接到分段电路。电流传感器被构造成测量分段电路的总电流消耗。在一些示例中，一个或多个电压转换器被构造成向一个或多个电路段提供预先确定的电压值。例如，在一些示例中，分段电路可包括3.3V的电压转换器和/或5V的电压转换器。升压转换器被构造成提供最高为预先确定的量(诸如，最高至13V)的升压电压。升压转换器被构造成在功率密集操作期间提供附加的电压和/或电流，并且能够防止电压降低状况或低功率状况。
多个开关联接到安全控制器和/或主控制器150717。这些开关可被配置成能够控制外科器械150010(图25至图28)的操作、分段电路的操作，并且/或者指示外科器械150010的状态。用于应急的应急门开关和霍尔效应开关被构造成指示应急门的状态。多个关节运动开关(诸如，左侧向左关节运动开关、左侧向右关节运动开关、左侧向中心关节运动开关、右侧向左关节运动开关、右侧向右关节运动开关和右侧向中心关节运动开关)被配置成能够控制可互换轴组件150200(图25和图27)和/或端部执行器150300(图25和图28)的关节运动。左侧换向开关和右侧换向开关联接到主控制器150717。左侧开关(包括左侧向左关节运动开关、左侧向右关节运动开关、左侧向中心关节运动开关和左侧换向开关)通过左挠性连接器联接到主控制器150717。右侧开关(包括右侧向左关节运动开关、右侧向右关节运动开关、右侧向中心关节运动开关和右侧换向开关)通过右挠性连接器联接到主控制器150717。击发开关、夹持释放开关和轴接合开关联接到主控制器150717。
任何合适的机械开关、机电开关或固态开关可以任意组合，用于实现多个开关。例如，开关可为利用与外科器械150010(图25至图28)相关联的部件的运动或存在某个物体来操作的限位开关。此类开关可用于控制与外科器械150010相关联的各种功能。限位开关是由机械地连接到一组触点的致动器构成的机电装置。当某个物体与致动器接触时，该装置操作触点以形成或断开电连接。限位开关不仅耐用、安装简便，还操作可靠，故适用于多种应用和环境。限位开关可确定物体的存在或不存在、经过、定位、以及物体行程的结束。在其他具体实施中，开关可以是在磁场影响下操作的固态开关，诸如霍尔效应装置、磁阻(MR)装置、巨磁阻(GMR)装置、磁力计等等。在其他具体实施中，开关可以是在光影响下操作的固态开关，诸如光学传感器、红外线传感器、紫外线传感器及其他。同样，开关可以是固态装置，诸如晶体管(例如，FET、结型FET、金属氧化物半导体FET(MOSFET)、双极型晶体管等)。其他开关可包括无线开关、超声开关、加速度计、惯性传感器及其他。
图30为根据本公开的至少一个方面的图25的外科器械的控制电路150700的另一个框图，其示出了柄部组件150702与功率组件150706之间、以及柄部组件150702与可互换轴组件150704之间的接口。柄部组件150702可包括主控制器150717、轴组件连接器150726和功率组件连接器150730。功率组件150706可包括功率组件连接器150732、功率管理电路150734，该功率管理电路可包括功率管理控制器150716、功率调制器150738和电流感测电路150736。轴组件连接器150730、150732形成接口150727。功率管理电路150734可被配置成能够在可互换轴组件150704与功率组件150706联接到柄部组件150702时，基于可互换轴组件150704的功率要求调节电池150707的功率输出。功率管理控制器150716可被编程用于控制功率调制器150738调节功率组件150706的功率输出，并且电流感测电路150736可用于监测功率组件150706的功率输出，以便为功率管理控制器150716提供与电池150707的功率输出有关的反馈，使得功率管理控制器150716可调节功率组件150706的功率输出以维持理想的输出。轴组件150704包括轴处理器150720，该轴处理器联接到非易失性存储器150721和轴组件连接器150728以将轴组件150704电联接到柄部组件150702。轴组件连接器150726、150728形成接口150725。主控制器150717、轴处理器150720和/或功率管理控制器150716可被配置成能够实现本文所述的过程中的一者或多者。
外科器械150010(图25至图28)可包括用于将感官反馈提供给用户的输出装置150742。此类装置可以包括视觉反馈装置(例如，LCD显示屏、LED指示器)、听觉反馈装置(例如，扬声器、蜂鸣器)或触觉反馈装置(例如，触觉致动器)。在某些情况下，输出装置150742可包括显示器150743，该显示器可包含在柄部组件150702中。轴组件控制器150722和/或功率管理控制器150716可通过输出装置150742向外科器械150010的用户提供反馈。接口150727可被配置成能够将轴组件控制器150722和/或功率管理控制器150716连接到输出装置150742。输出装置150742可与功率组件150706集成。当可互换轴组件150704联接到柄部组件150702时，输出装置150742与轴组件控制器150722之间的通信可通过接口150725实现。在描述用于控制外科器械150010(图25至图28)的操作的控制电路150700(图29A、图29B和图6)后，本公开现在转向外科器械150010(图25至图28)和控制电路150700的各种配置。
参见图31，外科缝合器151000可包括柄部部件151002、轴部件151004和端部执行器部件151006。外科缝合器151000被类似地构造和配备为结合图25所述的马达驱动的外科切割和紧固器械150010。因此，为方便和清楚起见，此处将不重复对操作和构造的细节。端部执行器151006可用于压缩、切割或缝合组织。现在参见图32，在进行压缩、切割或缝合之前，医师可将端部执行器151030定位成围绕组织151032。如图32所示，在准备使用端部执行器时，不可对组织施加压缩。现在参见图33，通过与外科缝合器的柄部(例如，柄部151002)接合，医师可使用端部执行器151030来压缩组织151032。在一个方面，组织151032可被压缩到其最大阈值，如图33所示。
参见图34，可通过端部执行器151030将各种力施加到组织151032。例如，当组织151032在端部执行器151030的砧座151034和通道框架151036之间被压缩时，可通过砧座和通道框架施加垂直力F1和F2。现在参见图35，当组织151032被端部执行器151030压缩时，还可向该组织施加各种对角线力和/或横向力。例如，可施加力F3。为了操作医疗装置诸如外科缝合器151000，可期望感测或计算由端部执行器施加到组织的各种形式的压缩。例如，已知垂直或横向压缩可允许端部执行器更精确或准确地实施钉操作或者可通知外科缝合器的操作者，使得能够更正确或安全地使用外科缝合器。
可以从组织151032的阻抗确定穿过组织151032的压缩。在各种压缩水平下，组织151032的阻抗Z可以增加或减小。通过将电压V和电流I施加到组织151032，可以在各种压缩水平下确定组织151032的阻抗Z。例如，可以通过将施加的电压V除以电流I来计算阻抗Z。
现在参见图36，在一个方面，RF电极151038可定位在端部执行器151030上(例如，在端部执行器151030的钉仓、刀或通道框架上)。此外，电触点151040可以定位在端部执行器151030的砧座151034上。在一个方面，电触点可以定位在端部执行器的通道框架上。当组织151032在端部执行器151030的砧座151034与例如通道框架151036之间被压缩时，组织151032的阻抗Z改变。由端部执行器151030引起的垂直组织压缩151042可以作为组织151032的阻抗Z的函数来测量。
现在参见图37，在一个方面，当定位RF电极151038时，电触点151044可以定位在端部执行器151030的砧座151034的相对端上。当组织151032在端部执行器151030的砧座151034与例如通道框架151036之间被压缩时，组织151032的阻抗Z改变。由端部执行器151030引起的横向组织压缩151046可以作为组织151032的阻抗Z的函数来测量。
现在参见图38，在一个方面，电触点151050可以定位在砧座151034上，并且电触点151052可以定位在通道框架151036处的端部执行器151030的相对端上。RF电极151048可以横向于端部执行器151030的中心定位。当组织151032在端部执行器151030的砧座151034与例如通道框架151036之间被压缩时，组织151032的阻抗Z改变。RF电极151048任一侧的横向压缩151054或角度压缩151056可以由端部执行器151030引起，并且可以基于RF电极151048和电触点151050和151052的相对定位作为组织151032的不同阻抗Z的函数来测量。
现在参见图39，频率发生器151222可以从功率源151221接收功率或电流，并且可以将一个或多个RF信号供应给一个或多个RF电极151224。如上所述，一个或多个RF电极可以定位在端部执行器或外科缝合器上的各种位置或部件处，诸如钉仓或通道框架。一个或多个电触点，诸如电触点151226或151228可以定位在端部执行器的通道框架或砧座上。此外，一个或多个滤波器(诸如滤波器151230或151232)可以通信地联接到电触点151226或151228。滤波器151230和151232可以在接合单个返回路径151234之前对由频率发生器151222提供的一个或多个RF信号进行滤波。与一个或多个RF信号相关联的电压V和电流I可用于计算与组织相关联的阻抗Z，该组织可在一个或多个RF电极151224与电触点151226或151228之间被压缩和/或通信地联接。
仍然参见图39，本文描述的组织压缩传感器系统的各种部件可位于外科缝合器的柄部151236中。例如，如电路图151220a所示，频率发生器151222可以位于柄部151236中并从功率源151221接收功率。另外，可以在对应于电触点151228和151226的返回路径上测量电流I1和电流I2。使用在供应路径和返回路径之间施加的电压V可以计算阻抗Z1和Z2。Z1可以对应于在RF电极151224和电触点151228中的一个或多个之间被压缩和/或通信地联接的组织的阻抗。此外，Z2可以对应于在RF电极151224和电触点151226中的一个或多个之间被压缩和/或通信地联接的组织的阻抗。应用公式Z1＝V/I1和Z2＝V/I2可以计算对应于由端部执行器压缩的组织的不同压缩水平的阻抗Z1和Z2。
现在参见图40，在电路图151250中描述了本公开的一个或多个方面。在一个具体实施中，外科缝合器的柄部151252处的功率源可以向频率发生器151254提供功率。频率发生器151254可以生成一个或多个RF信号。一个或多个RF信号可以在多路复用器151256处被多路复用或叠加，该多路复用器可以在外科缝合器的轴151258中。这样，两个或更多个RF信号可以被叠加(或者，例如，嵌套或一起调制)并且被传输到端部执行器。一个或多个RF信号可以为在外科缝合器的端部执行器151262(例如，定位在钉仓中)处的一个或多个RF电极151260供电。组织(未示出)可以在RF电极151260中的一个或多个与一个或多个电触点之间被压缩和/或通信地联接。例如，组织可以在一个或多个RF电极151260和定位在端部执行器151262的通道框架中的电触点151264或定位在端部执行器151262的砧座中的电触点151266之间被压缩和/或通信地联接。滤波器151268可以通信地联接到电触点151264，并且滤波器151270可以通信地联接到电触点151266。
与一个或多个RF信号相关联的电压V和电流I可以用于计算与组织相关联的阻抗Z，该组织可以在钉仓(并且通信地联接到一个或多个RF电极151260)和通道框架或砧座(并且通信地联接到电触点151264或151266中的一个或多个)之间被压缩。
在一个方面，本文所述的组织压缩传感器系统的各种部件可位于外科缝合器的轴151258中。例如，如电路图151250所示(并且除了频率发生器151254之外)，阻抗计算器151272、控制器151274、非易失性存储器151276和通信通道151278可以位于轴151258中。在一个示例中，频率发生器151254、阻抗计算器151272、控制器151274、非易失性存储器151276和通信通道151278可以定位在轴151258中的电路板上。
两个或更多个RF信号可以经由电触点在公共路径上返回。此外，可以在公共路径上接合RF信号之前对两个或更多个RF信号进行滤波，以区分由两个或更多个RF信号表示的单独的组织阻抗。可以在对应于电触点151264和151266的返回路径上测量电流I1和电流I2。使用在供应路径和返回路径之间施加的电压V可以计算阻抗Z1和Z2。Z1可以对应于在RF电极151260和电触点151264中的一个或多个之间被压缩和/或通信地联接的组织的阻抗。此外，Z2可以对应于在RF电极151260和电触点151266中的一个或多个之间被压缩和/或通信地联接的组织的阻抗。应用公式Z1＝V/I1和Z2＝V/I2可以计算对应于由端部执行器151262压缩的组织的不同压缩的阻抗Z1和Z2。在示例中，阻抗Z1和Z2可以由阻抗计算器151272计算。阻抗Z1和Z2可用于计算组织的各种压缩水平。
现在参见图41，示出了频率曲线图151290。频率曲线图151290示出了嵌套两个RF信号的频率调制。如上所述，两个RF信号可在到达端部执行器处的RF电极之前嵌套。例如，具有频率1的RF信号和具有频率2的RF信号可嵌套在一起。现在参见图42，在频率曲线图151300中示出了所得的嵌套RF信号。频率曲线图151300中所示的复合信号包括复合的频率曲线图151290的两个RF信号。现在参见图43，示出了频率曲线图151400。频率曲线图151400示出了在被滤波(通过例如滤波器151268和151270)之后具有频率1和频率2的RF信号。所得的RF信号可用于在返回路径上进行单独的阻抗计算或测量，如上所述。
在一个方面，滤波器151268和151270可以是高Q滤波器，使得滤波器范围可以是窄的(例如，Q＝10)。Q可以由中心频率(Wo)/带宽(BW)限定，其中Q＝Wo/BW。在一个示例中，频率1可以是150kHz，并且频率2可以是300kHz。可行的阻抗测量范围可以是100kHz-20MHz。在各种示例中，可使用诸如相关、正交检测等的其它复杂技术来分离RF信号。
使用本文描述的一种或多种技术和特征，钉仓上的单个通电电极或端部执行器的隔离刀可用于同时进行多个组织压缩测量。如果两个或更多个RF信号被叠加或多路复用(或嵌套或调制)，则它们可以在端部执行器的单个功率侧向下传输，并且可以在通道框架或端部执行器的砧座上返回。如果在砧座和通道触点接合到公共返回路径之前将过滤器构建到砧座和通道触点中，则可以区分由两个路径表示的组织阻抗。这可以提供垂直组织与侧向组织压缩的量度。这种方法还可根据过滤器的放置和金属回路的位置来提供近侧和远侧组织压缩。频率发生器和信号处理器可以位于电路板或子板(可能已经存在于外科缝合器中)上的一个或多个芯片上。
在一个方面，本公开提供了被配置成具有各种感测系统的器械150010(结合图25至图30所述)。因此，为方便和清楚起见，此处将不重复对操作和构造的细节。在一个方面，感测系统包括粘弹性/变化率感测系统，以监测刀加速度、阻抗变化率和组织接触变化率。在一个示例中，刀加速度的变化率可以用作组织类型的量度。在另一个示例中，阻抗的变化率可以用脉冲传感器测量，并且可以用作可压缩性的量度。最后，可利用基于刀击发率的传感器来测量组织接触变化率以测量组织流动。
感测参数的变化率或另外说明的是，组织参数达到渐近稳态值需要多长时间，其本身是单独的测量，并且可能比其衍生的感测参数更有价值。为了增强组织参数的测量，诸如在进行测量之前等待预先确定量的时间，本公开提供了一种用于采用该测量衍生的新颖技术，诸如组织参数的变化率。
衍生技术或变化率测量变得最有用，应理解，不存在单独的测量可以单独采用以显著改善钉形成。多种测量的组合使测量有效。在组织间隙的情况下，了解有多少钳口被组织覆盖以使间隙测量相关是有帮助的。阻抗的变化率测量可以与砧座中的应变测量结合，以将施加到抓握于端部执行器的钳口构件(诸如砧座和钉仓)之间的组织的力和压力相关联。内窥镜外科装置可以采用变化率测量来确定组织类型而不仅仅是组织压缩。虽然胃和肺组织有时具有相似的厚度，甚至在肺组织钙化时具有相似的压缩特性，但是器械可以通过采用诸如间隙、压缩、施加的力、组织接触区域、压缩变化率或间隙变化率的测量的组合来区分这些组织类型。如果单独使用这些测量结果中的任何一个，则内窥镜外科装置可能难以将一种组织类型与另一种组织类型区分开来。压缩变化率也可能有助于使装置确定组织是否“正常”或是否存在某些异常。不仅要测量已经过了多少时间，而且要测量传感器信号的变化并确定信号的衍生将提供另一种测量以使得内窥镜外科装置能够测量信号。还可以采用变化率信息来确定何时达到稳态以发信号通知过程中的下一步骤。例如，在将组织抓握在端部执行器(诸如砧座和钉仓)的钳口构件之间之后，当组织压缩达到稳态(例如，大约15秒)时，开始击发装置的指示器或触发器可以被启用。
本文还提供了用于对传感器数据进行时间依赖性评估以确定外科器械操作期间组织的稳定性、蠕变和粘弹性特征的方法、装置和系统。外科器械，诸如图25中所示的缝合器，可以包括用于测量操作参数(诸如钳口间隙尺寸或距离、击发电流、组织压缩、被组织覆盖的钳口的量、砧座应变和触发力等等)的各种传感器。这些感测的测量对于外科器械的自动控制和向临床医生提供反馈是重要的。
可以采用结合图30至图49示出的示例来测量各种衍生的参数，诸如间隙距离与时间、组织压缩与时间、以及砧座应变与时间。可采用与电池2308串联的电流传感器监测马达电流。
现在转到图44，其描绘了可重复使用或可不重复使用的马达驱动外科切割和紧固器械151310。马达驱动外科切割和紧固器械151310被类似地构造和配备为结合图25至图30所述的马达驱动外科切割和紧固器械150010。在图44所示示例中，器械151310包括外壳151312，该外壳包括被构造成能够由临床医生抓持、操纵并致动的柄部组件151314。外壳151312被构造用于可操作地附接到可互换轴组件151500，该可互换轴组件具有可操作地联接到其的外科端部执行器151600，该外科端部执行器被构造成能够执行一种或多种外科任务或外科规程。由于马达驱动外科切割和紧固器械151310被类似地构造和配备为结合图25至图30所述的马达驱动外科切割和紧固器械150010，为方便和清楚起见，此处将不重复对操作和构造的细节。
图44描绘的外壳151312结合可互换轴组件151500示出，该可互换轴组件包括端部执行器151600，该端部执行器包括被构造成能够在其中可操作地支撑外科钉仓151304的外科切割和紧固装置。外壳151312可被配置用于与可互换轴组件结合使用，该可互换轴组件包括端部执行器，该端部执行器适于支撑不同尺寸和类型的钉仓，具有不同的轴长度、尺寸和类型等。另外，外壳151312还可有效地用于多种其他可互换轴组件，其包括被构造成能够将其他运动和形式的能量(诸如射频(RF)能量、超声能量和/或运动)施加到适合与各种外科应用和规程结合使用的端部执行器布置的那些组件。此外，该端部执行器、轴组件、柄部、外科器械和/或外科器械系统可利用任意合适的紧固件来紧固组织。例如，包括可移除地被存储在其中的多个紧固件的紧固件仓能够可移除地插入轴组件的端部执行器中和/或附接到轴组件的端部执行器。
图44示出了可互换轴组件151500可操作地联接到其的外科器械151310。在示出的布置中，柄部外壳形成可被临床医生抓持和操纵的手枪式握把部151319。柄部组件151314在其中可操作地支撑多个驱动系统，该多个驱动系统被构造成能够生成各种控制运动并将各种控制运动施加到可操作地附接到其的可互换轴组件的对应部分。触发器151332可操作地与手枪式握把部相关联，用于控制各种这些控制运动。
继续参见图44，可互换轴组件151500包括外科端部执行器151600，该外科端部执行器包括被构造成能够在其中可操作地支撑钉仓151304的细长通道151302。端部执行器151600还可包括砧座151306，该砧座相对于细长通道151302被枢转地支撑。
本发明人已经发现，对于控制外科器械(诸如图44中所示的器械)，衍生参数甚至可比衍生参数所基于的一个或多个感测参数更有用。衍生参数的非限制性示例包括感测参数的变化率(例如，钳口间隙距离)以及在组织参数达到渐近稳态值(例如，15秒)之前经过的时间长度。衍生参数(诸如变化率)特别有用，因为它们显著提高了测量精度，并且还提供了直接来自感测参数的信息。例如，阻抗(即，组织压缩)变化率可以与砧座中的应变组合，以将压缩和力相关联，这使得微控制器能够确定组织类型而不仅仅是组织压缩量。该示例仅是示例性的，并且任何衍生参数可以与一个或多个感测参数组合，以提供关于组织类型(例如，胃与肺)、组织健康(钙化与正常)和外科装置操作状态的更准确信息(例如，夹持完成)。不同的组织具有独特的粘弹性和独特的变化率，使得本文讨论的这些和其它参数成为用于监测和自动调节外科规程的有用标记。
图46为示出间隙距离随时间变化的示例性曲线图，其中间隙是由被夹持组织占据的钳口之间的间隔。垂直(y)轴为距离，并且水平(x)轴为时间。具体地，参见图44和图45，间隙距离151340是端部执行器的砧座151306与细长通道151302之间的距离。在打开钳口位置，在时间零点，砧座151306与细长构件之间的间隙151340处于其最大距离。间隙151340的宽度随砧座151306的闭合而减小，诸如在组织夹持期间。间隙距离变化率可以变化，因为组织具有不均匀的弹性。例如，某些组织类型最初可能显示出快速压缩，从而导致更快的变化速率。然而，随着组织被连续压缩，组织的粘弹性可使变化率降低，直到组织不能被进一步压缩，此时间隙距离将保持基本恒定。随着组织在端部执行器151340的砧座151306和钉仓151304之间被挤压，间隙随时间变化而减小。结合图31至图43描述的一个或多个传感器，诸如磁场传感器、应变仪、压力传感器、力传感器、电感式传感器(诸如，涡流传感器)、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或任何其他合适的传感器可适于并且被配置成能够测量砧座151306与钉仓151304之间的随时间“t”变化的间隙距离“d”，如图46中以图形方式表示。间隙距离“d”随时间“t”的变化率为图46所示曲线的斜率，其中斜率＝Δd/Δt。
图47为示出端部执行器钳口的击发电流的示例性曲线图。垂直(y)轴为电流，并且水平(x)轴为时间。如本文所述，如结合图25所示和所述，外科器械和/或其微控制器可包括电流传感器，该电流传感器检测在各种操作(诸如夹持、切割和/或缝合组织)期间利用的电流。例如，当组织电阻增加时，器械的电动马达可能需要更多的电流来夹持、切割和/或缝合组织。类似地，如果电阻较低，则电动马达可需要较少的电流来夹持、切割和/或缝合组织。因此，击发电流可被用作组织电阻的近似值。感测到的电流可单独使用或更优选地与其他测量结果结合使用，以提供关于靶组织的反馈。仍然参见图47，在一些操作(诸如缝合)期间，击发电流最初在时间零点较高，但随时间变化而减小。在其他装置操作期间，如果马达消耗更多电流以克服逐渐增加的机械负载，则电流可随时间变化而增加。此外，击发电流的变化率可用作组织从一种状态向另一状态转变的指示器。因此，击发电流，特别是击发电流的变化率可用于监测装置操作。当刀切穿组织时，击发电流随时间变化而降低。如果正被切割的组织由于组织特性或刀151305(图45)的锐度而提供更多或更少的电阻，则击发电流的变化率可变化。当切割条件变化时，马达所做的功变化，因此将随时间变化而改变击发电流。当刀151305正在击发时，可采用电流传感器来测量随时间变化的击发电流，如图47中以图形方式表示。例如，可采用电流传感器监测马达电流。电流传感器可适于并被配置成能够测量随时间“t”变化的马达击发电流“i”，如图47中以图形方式表示。击发电流“i”随时间“t”的变化率是图47所示曲线的斜率，其中斜率＝Δi/Δt。
图48为阻抗随时间变化的示例性曲线图。垂直(y)轴为阻抗，并且水平(x)轴为时间。在时间零点阻抗较低，但阻抗随着组织压力在操纵(例如，夹持和缝合)下增加而随时间增加。变化率随时间变化，因为端部执行器151340的砧座151306和钉仓151304之间的组织被刀切断或使用位于端部执行器151340的砧座151306和钉仓151304之间的电极之间的RF能量密封。例如，随着组织被切割，电阻抗增加，并且当组织被刀完全切断时，电阻抗达到无穷大。另外，如果端部执行器151340包括联接到RF能量源的电极，则随着能量通过端部执行器151340的砧座151306和钉仓151304之间的组织递送，组织的电阻抗增加。随着通过组织的能量通过蒸发组织中的水分而干燥组织，电阻抗增加。最终，当将合适量的能量递送到组织时，阻抗在组织被切断时增加到非常高的值或无穷大。此外，如图48所示，不同的组织可具有区分组织的独特的压缩特性，诸如压缩速率。可通过驱动亚治疗射频电流通过抓持在第一钳口构件9014和第二钳口构件9016之间的组织来测量组织阻抗。一个或多个电极可定位在砧座151306和钉仓151304中的任一者或两者上。可测量砧座151306与钉仓151304之间的组织的随时间变化的组织压缩/阻抗，如图48中以图形方式表示。结合图31至图43所述的传感器，诸如磁场传感器、应变仪、压力传感器、力传感器、电感式传感器(诸如，涡流传感器)、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或任何其他合适的传感器可适于并被配置成能够测量组织压缩/阻抗。传感器可适于并被配置成能够测量随时间“t”变化的组织阻抗“Z”，如图48中以图形方式表示的。
图49是砧座151306(图44、图45)应变随时间变化的示例性曲线。垂直(y)轴为应变，并且水平(x)轴为时间。在缝合期间，例如，砧座151306应变初始较高，但随着组织达到稳态而减小，并且对砧座151306施加较小的压力。砧座151306应变的变化率可由定位在砧座151306和钉仓151304(图44、图45)中的任一者或两者上的压力传感器或应变仪测量，以测量施加到抓持在砧座151306和钉仓151304之间的组织的压力或应变。可测量随时间变化的砧座151306应变，如图49中以图形方式表示。应变“S”随时间“t”的变化率是图49所示曲线的斜率，其中斜率＝ΔS/Δt。
图50是触发力随时间变化的示例性曲线图。垂直(y)轴为触发力，并且水平(x)轴为时间。在某些示例中，触发力是渐进的，以向临床医生提供触觉反馈。因此，在时间零点，触发器151320(图44)压力可处于其最低处，并且触发器压力可增加，直到完成操作(例如，夹持、切割或缝合)。可通过定位在器械151310(图44)的柄部151319的触发器151302上的压力传感器或应变仪测量触发力的变化率，以测量驱动刀151305(图45)通过抓持在砧座151306和钉仓151304之间的组织所需的力。可测量触发器151332的随时间变化的力，如图50中以图形方式表示。应变触发力“F”随时间“t”的变化率为图50所示曲线的斜率，其中斜率＝ΔF/Δt。
例如，即使胃和肺组织可具有类似的厚度，这些组织也可被区分，并且如果肺组织钙化，这些组织可具有类似的压缩特性。可通过分析钳口间隙距离、组织压缩、所施加的力、组织接触面积、压缩变化率和钳口间隙变化率来区分胃和肺组织。例如，图51示出了组织压力“P”随着各种组织的组织位移变化的曲线图。垂直(y)轴为组织压力，并且水平(x)轴为组织位移。当组织压力达到预先确定的阈值(诸如50磅每平方英寸至100磅每平方英寸(psi))时，可使用组织位移量以及组织位移在达到阈值之前的速率来区分组织。例如，血管组织以比结肠、肺或胃组织更小的组织位移和更快的变化速率达到预先确定的压力阈值。此外，血管组织的变化率(组织压力除以位移)在50psi至100psi的阈值下几乎渐近，而结肠、肺和胃的变化率在50psi至100psi的阈值下不是渐近的。应当理解，可使用任何压力阈值，诸如介于1psi和1000psi之间，更优选地介于10psi和500psi之间，并且还更优选地介于50psi和100psi之间。此外，可使用多个阈值或渐进式阈值来提供具有类似粘弹性的组织类型的进一步分辨率。
压缩变化率还可使微控制器能够确定组织是否“正常”或是否存在一些异常，诸如钙化。例如，参见图52，钙化肺组织的压缩遵循与正常肺组织的压缩不同的曲线。因此，组织位移和组织位移的变化率可用于诊断和/或区分钙化肺组织与正常肺组织。
此外，某些感测到的测量结果可受益于附加的感官输入。例如，就钳口间隙而言，知道有多少钳口被组织覆盖可使间隙测量结果更有用且更准确。如果钳口的一小部分覆盖在组织中，则组织压缩可看起来小于整个钳口覆盖在组织中的情况。因此，当分析组织压缩和其他感测到的参数时，可由微控制器考虑钳口覆盖的量。
在某些情况下，实耗时间也可为重要参数。测量经过了多少时间，连同感测到的参数和导数参数(例如，变化率)，提供了更有用的信息。例如，如果钳口间隙变化率在设定的时间段(例如，5秒)之后保持恒定，则参数可能已经达到其渐近值。
变化率信息对于确定何时达到稳态从而发信号通知过程中的下一步骤而言也是有用的。例如，在夹持期间，当组织压缩达到稳定状态(例如，在设定的时间段之后不发生显著的变化速率)时，微控制器可向显示器发送信号，从而警示临床医生开始手术中的下一个步骤，诸如钉击发。另选地，微控制器可被编程为一旦达到稳态就自动开始下一个手术阶段(例如，钉击发)。
类似地，阻抗变化率可与砧座中的应变组合，以将力和压缩相关联。变化率将允许装置确定组织类型而不是仅测量压缩值。例如，如果肺钙化，则胃和肺有时具有类似的厚度，并且甚至具有类似的压缩特性。
一个或多个感测到的参数与导出的参数的组合提供了对组织类型和组织健康的更可靠和准确的评估，并且允许更好的装置监测、控制和临床医生反馈。
图53示出了包括第一传感器152008a和第二传感器152008b的端部执行器152000的一个实施方案。端部执行器152000类似于上述端部执行器150300。端部执行器152000包括枢转地联接到第二钳口构件152004的第一钳口构件或砧座152002。第二钳口构件152004被构造成能够在其中接纳钉仓152006。钉仓152006包括多个钉(未示出)。该多个钉可在外科手术期间从钉仓152006部署。端部执行器152000包括第一传感器152008a。第一传感器152008a被配置成能够测量端部执行器152000的一个或多个参数。例如，在一个实施方案中，第一传感器152008a被配置成能够测量砧座152002与第二钳口构件152004之间的间隙152010。第一传感器152008a可包括例如霍尔效应传感器，该霍尔效应传感器被配置成能够检测由嵌入第二钳口构件152004和/或钉仓152006中的磁体152012生成的磁场。又如，在一个实施方案中，第一传感器152008a被配置成能够测量由第二钳口构件152004和/或夹持在砧座152002和第二钳口构件152004之间的组织施加于砧座152002上的一个或多个力。
端部执行器152000包括第二传感器152008b。第二传感器152008b被配置成能够测量端部执行器152000的一个或多个参数。例如，在各种实施方案中，第二传感器152008b可包括应变仪，该应变仪被配置成能够测量夹持状态期间的砧座152002中的应变量值。应变仪提供电信号，该电信号的振幅随着应变量值而变化。在各种实施方案中，第一传感器152008a和/或第二传感器152008b可包括例如磁传感器(诸如霍尔效应传感器)、应变仪、压力传感器、力传感器、电感式传感器(诸如涡流传感器)、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或用于测量端部执行器152000的一个或多个参数的任何其他合适的传感器。第一传感器152008a和第二传感器152008b可被布置成串联构型和/或并联构型。在串联构型中，第二传感器152008b可被配置成能够直接影响第一传感器152008a的输出。在并联构型中，第二传感器152008b可被配置成能够间接影响第一传感器152008a的输出。
在一个实施方案中，由第一传感器152008a测量的一个或多个参数与由第二传感器152008b测量的一个或多个参数相关。例如，在一个实施方案中，第一传感器152008a被配置成能够测量砧座152002与第二钳口构件152004之间的间隙152010。间隙152010表示夹持在砧座152002和钉仓152006之间的组织区段的厚度和/或可压缩性。第一传感器152008a可包括例如霍尔效应传感器，该霍尔效应传感器被配置成能够检测由联接到第二钳口构件152004和/或钉仓152006的磁体152012生成的磁场。单个位置处的测量精确地描述了经校正的组织的完全咬合的压缩组织厚度，但在组织的部分咬合设置在砧座152002与第二钳口构件152004之间时可提供不精确的结果。组织的部分咬合(近侧部分咬合或远侧部分咬合)改变砧座152002的夹持几何形状。
在一些实施方案中，第二传感器152008b被配置成能够检测指示组织咬合类型(例如，完全咬合、部分近侧咬合和/或部分远侧咬合)的一个或多个参数。第二传感器152008b的测量结果可用于调节第一传感器152008a的测量结果以精确地表示近侧或远侧定位的部分咬合的真实压缩组织厚度。例如，在一个实施方案中，第二传感器152008b包括应变仪诸如微应变仪，该应变仪被配置成能够监测夹持状态期间的砧座中的应变振幅。砧座152002的应变振幅用于修改第一传感器152008a(例如，霍尔效应传感器)的输出，以精确地表示近侧或远侧定位的部分咬合的真实压缩组织厚度。可在夹持操作期间实时地测量第一传感器152008a和第二传感器152008b。实时测量结果允许基于时间的信息例如由主处理器(例如，处理器462(图12))进行分析，并且用于选择一个或多个算法和/或查找表，由此识别组织特性和夹持定位，以动态地调节组织厚度测量结果。
在一些实施方案中，可将第一传感器152008a的组织测量结果提供给联接到端部执行器152000的外科器械150010的输出装置。例如，在一个实施方案中，端部执行器152000联接到包括例如显示器(例如，显示器473(图12))的外科器械150010。将第一传感器152008a的测量结果提供给处理器，例如，主处理器。主处理器基于第二传感器152008b的测量结果调节第一传感器152008a的测量结果，以反映夹持在砧座152002与钉仓152006之间的组织区段的真实组织厚度。主处理器将调节的组织厚度测量结果和完全或部分咬合的指示输出到显示器。操作者可基于显示的值来确定是否部署钉仓152006中的钉。
在一些实施方案中，第一传感器152008a和第二传感器152008b可定位在不同的环境中，诸如第一传感器152008a定位在患者体内的治疗部位处并且第二传感器152008b定位在患者的外部。第二传感器152008b可被配置成能够校正和/或修改第一传感器152008a的输出。第一传感器152008a和/或第二传感器152008b可包括例如环境传感器。环境传感器可包括例如温度传感器、湿度传感器、压力传感器、和/或任何其它合适的环境传感器。
图54为示出了用于基于来自第二传感器152008b的输入来调节第一传感器152008a的测量结果的过程152020的一个实施方案的逻辑图。通过第一传感器152008a捕集第一信号152022a。可基于一个或多个预先确定的参数(诸如，平滑函数、查找表和/或任何其他合适的调节参数)调节第一信号152022a。通过第二传感器152008b捕集第二信号152022b。可基于一个或多个预先确定的调节参数调节第二信号152022b。将第一信号152022a和第二信号152022b提供给处理器，诸如主处理器。处理器基于来自第二传感器的第二信号152022b调节由第一信号152022a表示的第一传感器152008a的测量结果。例如，在一个实施方案中，第一传感器152008a包括霍尔效应传感器并且第二传感器152008b包括应变仪。通过由第二传感器152008b测量的应变振幅调节第一传感器152008a的距离测量结果，以确定端部执行器152000中的组织咬合的完全性。将调节的测量结果通过例如嵌入在外科器械150010中的显示器显示152026给操作者。
图55为示出了用于基于来自第二传感器152008b的输入来确定第一传感器152008a的查找表的过程152030的一个实施方案的逻辑图。第一传感器152008a捕集指示端部执行器152000的一个或多个参数的信号152022a。可基于一个或多个预先确定的参数(诸如，平滑函数、查找表和/或任何其他合适的调节参数)调节第一信号152022a。通过第二传感器152008b捕集第二信号152022b。可基于一个或多个预先确定的调节参数调节第二信号152022b。将第一信号152022a和第二信号152022b提供给处理器，诸如主处理器。处理器基于第二信号的值从一个或多个可用查找表152034a、152034b选择查找表。所选择的查找表用于将第一信号转换成定位在砧座152002与钉仓152006之间的组织的厚度测量结果。将调节的测量结果通过例如嵌入在外科器械150010中的显示器显示152026给操作者。
图56为示出了用于响应于来自第二传感器152008b的输入来校正第一传感器152008a的过程152040的一个实施方案的逻辑图。第一传感器152008a被配置成能够捕集指示端部执行器152000的一个或多个参数的信号152022a。可基于一个或多个预先确定的参数(诸如，平滑函数、查找表和/或任何其他合适的调节参数)调节第一信号152022a。通过第二传感器152008b捕集第二信号152022b。可基于一个或多个预先确定的调节参数调节第二信号152022b。将第一信号152022a和第二信号152022b提供给处理器，诸如主处理器。主处理器响应于第二信号152022b来校正152042第一信号152022a。校正152042第一信号152022a以反映端部执行器152000中的组织咬合的完全性。将校正的信号通过例如嵌入在外科器械150010中的显示器显示152026给操作者。
图57为示出了用于确定并且显示夹持在端部执行器152000的砧座152002和钉仓152006之间的组织区段的厚度的过程152050的一个实施方案的逻辑图。过程152050包括通过例如定位在砧座152002的远侧末端处的霍尔效应传感器获得霍尔效应电压152052。将霍尔效应电压152052提供给模数转换器152054并且转换成数字信号。将该数字信号提供给处理器，诸如主处理器。主处理器校正152056霍尔效应电压152052信号的曲线输入。应变仪152058(诸如，微应变仪)被配置成能够测量端部执行器152000的一个或多个参数，诸如夹持操作期间施加于砧座152002上的应变的振幅。将测量的应变转换152060成数字信号并且提供给处理器，诸如主处理器。主处理器响应于由应变仪152058测量的应变来利用一个或多个算法和/或查找表调节霍尔效应电压152052，以反映由砧座152002和钉仓152006夹持的组织的真实厚度和咬合完全性。将调节的厚度通过例如嵌入在外科器械150010中的显示器显示152026给操作者。
在一些实施方案中，外科器械还可包括负荷元件或负荷传感器152082。负荷传感器152082可定位在例如轴组件150200中(如上所述)或者外壳150012中(也如上所述)。图58为示出了用于确定并且显示夹持在端部执行器152000的砧座152002和钉仓152006之间的组织区段的厚度的过程152070的一个实施方案的逻辑图。该过程包括通过例如定位在砧座152002的远侧末端处的霍尔效应传感器获得霍尔效应电压152072。将霍尔效应电压152072提供给模数转换器152074并且转换成数字信号。将该数字信号提供给处理器，诸如主处理器。主处理器校正152076霍尔效应电压152072信号的曲线输入。应变仪152078(诸如，微应变仪)被配置成能够测量端部执行器152000的一个或多个参数，诸如夹持操作期间施加于砧座152002上的应变的振幅。将测量的应变转换152080成数字信号并且提供给处理器，诸如主处理器。负荷传感器152082测量砧座152002相对于钉仓152006的夹持力。将测量的夹持力转换152084成数字信号并且提供给处理器，诸如主处理器。主处理器响应于由应变仪152078测量的应变和由负荷传感器152082测量的夹持力来利用一个或多个算法和/或查找表调节霍尔效应电压152072，以反映由砧座152002和钉仓152006夹持的组织的真实厚度和咬合完全性。将调节的厚度通过例如嵌入在外科器械150010中的显示器显示152026给操作者。
图59为示出与未修改的霍尔效应厚度测量结果152094进行比较的调节的霍尔效应厚度测量结果152092的曲线图152090。如图59所示，未修改的霍尔效应厚度测量结果152094指示较厚的组织测量结果，因为单个传感器不能补偿部分远侧/近侧咬合，所述部分远侧/近侧咬合导致不正确的厚度测量结果。通过例如图57所示的过程152050生成调节的厚度测量结果152092。基于来自一个或多个附加传感器(诸如，应变仪)的输入来校正调节的霍尔效应厚度测量结果152092。调节的霍尔效应厚度152092反映定位在砧座152002与钉仓152006之间的组织的真实厚度。
图60示出了包括第一传感器152108a和第二传感器152108b的端部执行器152100的一个实施方案。端部执行器152100类似于图53中所示的端部执行器152000。端部执行器152100包括枢转地联接到第二钳口构件152104的第一钳口构件或砧座152102。第二钳口构件152104被配置成能够在其中接纳钉仓152106。端部执行器152100包括联接到砧座152102的第一传感器152108a。第一传感器152108a被配置成能够测量端部执行器152100的一个或多个参数，诸如砧座152102与钉仓152106之间的间隙152110。间隙152110可对应于例如夹持在砧座152102和钉仓152106之间的组织的厚度。第一传感器152108a可包括任何合适的传感器，以用于测量端部执行器的一个或多个参数。例如，在各种实施方案中，第一传感器152108a可包括磁传感器(诸如霍尔效应传感器)、应变仪、压力传感器、电感式传感器(诸如涡流传感器)、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或任何其他合适的传感器。
在一些实施方案中，端部执行器152100包括第二传感器152108b。第二传感器152108b联接到第二钳口构件152104和/或钉仓152106。第二传感器152108b被配置成能够检测端部执行器152100的一个或多个参数。例如，在一些实施方案中，第二传感器152108b被配置成能够检测一个或多个器械状态，诸如联接到第二钳口构件152104的钉仓152106的颜色、钉仓152106的长度、端部执行器152100的夹持状态、端部执行器152100和/或钉仓152106的使用次数/剩余使用次数和/或任何其他合适的器械状态。第二传感器152108b可包括用于检测一个或多个器械状态的任何合适的传感器，诸如磁传感器(诸如霍尔效应传感器)、应变仪、压力传感器、电感式传感器(诸如涡流传感器)、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或任何其他合适的传感器。
端部执行器152100可与图54至图57所示的过程中的任一者一起使用。例如，在一个实施方案中，来自第二传感器152108b的输入可用于校正第一传感器152108a的输入。第二传感器152108b可被配置成能够检测钉仓152106的一个或多个参数，诸如钉仓152106的颜色和/或长度。检测到的参数(诸如钉仓152106的颜色和/或长度)可对应于仓的一个或多个特性，诸如仓平台的高度、用于钉仓的可用/最佳组织厚度和/或钉仓152106中的钉图案。钉仓152106的已知参数可用于调节由第一传感器152108a提供的厚度测量结果。例如，如果钉仓152106具有较高的平台高度，则可减小由第一传感器152108a提供的厚度测量结果以补偿增加的平台高度。可将调节的厚度通过例如联接到外科器械150010的显示器显示给操作者。
图61示出了包括第一传感器152158和多个第二传感器152160a、152160b的端部执行器152150的一个实施方案。端部执行器152150包括第一钳口构件或砧座152152和第二钳口构件152154。第二钳口构件152154被配置成能够接纳钉仓152156。砧座152152可相对于第二钳口构件152154枢转地移动以将组织夹持在砧座152152与钉仓152156之间。砧座包括第一传感器152158。第一传感器152158被配置成能够检测端部执行器152150的一个或多个参数，诸如砧座152152与钉仓152156之间的间隙152110。间隙152110可对应于例如夹持在砧座152152和钉仓152156之间的组织的厚度。第一传感器152158可包括任何合适的传感器，以用于测量端部执行器的一个或多个参数。例如，在各种实施方案中，第一传感器152158可包括磁传感器(诸如霍尔效应传感器)、应变仪、压力传感器、电感式传感器(诸如涡流传感器)、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或任何其他合适的传感器。
在一些实施方案中，端部执行器152150包括多个第二传感器152160a、152160b。第二传感器152160a、152160b被配置成能够检测端部执行器152150的一个或多个参数。例如，在一些实施方案中，第二传感器152160a、152160b被配置成能够测量夹持规程期间施加于砧座152152上的应变振幅。在各种实施方案中，第二传感器152160a、152160b可包括磁传感器(诸如霍尔效应传感器)、应变仪、压力传感器、电感式传感器(诸如涡流传感器)、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或任何其他合适的传感器。第二传感器152160a、152160b可被配置成能够测量砧座152152的不同位置处的一个或多个相同参数、砧座152152上的相同位置处的不同参数和/或砧座152152上的不同位置处的不同参数。
图62为示出了用于响应于多个第二传感器152160a、152160b来调节第一传感器152158的测量结果的过程152170的一个实施方案的逻辑图。在一个实施方案中，例如通过霍尔效应传感器获得152172霍尔效应电压。通过模数转换器转换152174霍尔效应电压。校正152176所转换的霍尔效应电压信号。校正曲线表示定位在砧座152152与钉仓152156之间的组织区段的厚度。通过多个第二传感器(诸如，多个应变仪)获得152178a、152178b的多个第二测量结果。将应变仪的输入例如通过多个电子μStrain转换电路转换152180a、152180b成一个或多个数字信号。将校正的霍尔效应电压和多个第二测量结果提供给处理器，诸如主处理器。主处理器利用第二测量结果并且例如通过应用算法和/或利用一个或多个查找表来调节152182霍尔效应电压。调节的霍尔效应电压表示由砧座152152和钉仓152156夹持的组织的真实厚度和咬合的完全性。将调节的厚度通过例如嵌入在外科器械150010中的显示器显示152026给操作者。
图63示出了电路152190的一个实施方案，该电路被配置成能够将来自第一传感器152158和多个第二传感器152160a、152160b的信号转换成可由处理器(诸如，主处理器)接收的数字信号。电路152190包括模数转换器152194。在一些实施方案中，模数转换器152194包括4通道、18位模数转换器。本领域中的技术人员将会认识到，模数转换器152194可包括任何合适的通道数和/或位数以将一个或多个输入从模拟信号转换成数字信号。电路152190包括一个或多个电平转换电阻器152196，该电平转换电阻器被配置成能够接收来自第一传感器152158(诸如，霍尔效应传感器)的输入。电平转换电阻器152196调节来自第一传感器的输入，由此根据该输入将该值转换成较高或较低电压。电平转换电阻器152196将来自第一传感器152158的电平转换输入提供给模数转换器。
在一些实施方案中，多个第二传感器152160a、152160b联接到电路152190内的多个桥152192a、152192b。多个桥152192a、152192b可对来自多个第二传感器152160a、152160b的输入提供滤波。在对输入信号滤波之后，多个桥152192a、152192b将来自多个第二传感器152160a、152160b的输入提供给模数转换器152194。在一些实施方案中，联接到一个或多个电平转换电阻器的开关152198可联接到模数转换器152194。开关152198被配置成能够校正输入信号中的一个或多个，诸如来自霍尔效应传感器的输入。开关152198可用于提供一个或多个电平转换信号，以调节传感器中的一个或多个的输入，诸如由此来校正霍尔效应传感器的输入。在一些实施方案中，调节并非必需的，并且开关152198保持在打开位置以使电平转换电阻器脱离。开关152198联接到模数转换器152194。模数转换器152194将输出提供给一个或多个处理器，诸如主处理器。主处理器基于来自模数转换器152194的输入来计算端部执行器152150的一个或多个参数。例如，在一个实施方案中，主处理器基于来自一个或多个传感器152158、152160a、152160b的输入来计算定位在砧座152152与钉仓152156之间的组织的厚度。
图64示出了包括多个传感器152208a-152208d的端部执行器152200的一个实施方案。端部执行器152200包括枢转地联接到第二钳口构件152204的砧座152202。第二钳口构件152204被构造成能够在其中接纳钉仓152206。砧座152202包括其上的多个传感器152208a-152208d。多个传感器152208a-152208d被配置成能够检测端部执行器152200(诸如砧座152202)的一个或多个参数。多个传感器152208a-152208d可包括一个或多个相同传感器和/或不同传感器。多个传感器152208a-152208d可包括例如磁传感器(诸如霍尔效应传感器)、应变仪、压力传感器、电感式传感器(诸如涡流传感器)、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或任何其他合适的传感器或者它们的组合。例如，在一个实施方案中，多个传感器152208a-152208d可包括多个应变仪。
在一个实施方案中，多个传感器152208a-152208d允许实现鲁棒性组织厚度感测过程。通过检测沿砧座152202的长度的各个参数，多个传感器152208a-152208d允许外科器械(诸如，外科器械150010)计算钳口中的组织厚度，而无论咬合如何，例如，部分咬合或完全咬合。在一些实施方案中，多个传感器152208a-152208d包括多个应变仪。多个应变仪被配置成能够测量砧座152202上的各个点处的应变。砧座152202上的各个点中的每个处的应变振幅和/或斜率可用于确定砧座152202与钉仓152206之间的组织的厚度。多个应变仪可被配置成能够基于夹持动力学来优化最大振幅和/或斜率差，以确定厚度、组织布置、和/或组织的材料特性。夹持期间的多个传感器152208a-152208d的基于时间的监测允许处理器(诸如，主处理器)利用算法和查找表来识别组织特性和夹持位置并且动态地调节端部执行器152200和/或夹持在砧座152202与钉仓152206之间的组织。
图65为示出了用于基于多个传感器152208a-152208d来确定一个或多个组织特性的过程152220的一个实施方案的逻辑图。在一个实施方案中，多个传感器152208a-152208d生成152222a-152222d指示端部执行器152200的一个或多个参数的多个信号。将多个生成的信号转换152224a-152224d成数字信号并且提供给处理器。例如，在包括多个应变仪的一个实施方案中，多个电子μStrain(微应变)转换电路将应变仪信号转换152224a-152224d成数字信号。将数字信号提供给处理器，诸如主处理器。主处理器基于该多个信号来确定152226一个或多个组织特性。该处理器可通过应用算法和/或查找表来确定一个或多个组织特性。将该一个或多个组织特性通过例如嵌入在外科器械150010中的显示器显示152026给操作者。
图66示出了包括联接到第二钳口构件3254的多个传感器152260a-152260d的端部执行器152250的一个实施方案。端部执行器152250包括枢转地联接到第二钳口构件152254的砧座152252。砧座152252可相对于第二钳口构件152254移动以在两者间夹持一种或多种材料，诸如组织区段152264。第二钳口构件152254被构造成能够接纳钉仓152256。第一传感器152258联接到砧座152252。第一传感器被配置成能够检测端部执行器152150的一个或多个参数，诸如砧座152252与钉仓152256之间的间隙152110。间隙152110可对应于例如夹持在砧座152252和钉仓152256之间的组织的厚度。第一传感器152258可包括任何合适的传感器，以用于测量端部执行器的一个或多个参数。例如，在各种实施方案中，第一传感器152258可包括磁传感器(诸如霍尔效应传感器)、应变仪、压力传感器、电感式传感器(诸如涡流传感器)、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或任何其他合适的传感器。
多个第二传感器152260a-152260d联接到第二钳口构件152254。多个第二传感器152260a-152260d可与第二钳口构件152254和/或钉仓152256一体地形成。例如，在一个实施方案中，多个第二传感器152260a-152260d设置在钉仓152256的外侧排上(参见图67)。多个第二传感器152260a-152260d被配置成能够检测端部执行器152250和/或夹持在砧座152252与钉仓152256之间的组织区段152264的一个或多个参数。多个第二传感器152260a-152260d可包括用于检测端部执行器152250和/或组织区段152264的一个或多个参数的任何合适的传感器，例如，磁传感器(诸如霍尔效应传感器)、应变仪、压力传感器、电感式传感器(诸如涡流传感器)、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或任何其他合适的传感器或者它们的组合。多个第二传感器152260a-152260d可包括相同的传感器和/或不同的传感器。
在一些实施方案中，多个第二传感器152260a-152260d包括两用传感器和组织稳定元件。多个第二传感器152260a-152260d包括电极和/或感测几何结构，该电极和/或感测几何结构被配置成能够当多个第二传感器152260a-152260d例如在夹持操作期间与组织区段152264接合时产生稳定组织状态。在一些实施方案中，多个第二传感器152260a-152260d中的一个或多个可由非感测组织稳定元件替换。第二传感器152260a-152260d通过控制夹持、缝合和/或其他处理过程期间的组织流动、钉变形和/或其他组织状态来产生稳定组织状态。
图67示出了包括一体地形成于其中的多个传感器152272a-152272h的钉仓152270的一个实施方案。钉仓152270包括多个排，该多个排包含多个孔以用于在其中存储钉。外侧排152278中的一个或多个孔由多个传感器152272a-152272h中的一个替换。剖面部分被示出以图解说明联接到传感器线152276b的传感器152272f。传感器线152276a、152276b可包括多个线以用于将多个传感器152272a-152272h联接到外科器械(诸如，外科器械150010)的一个或多个电路。在一些实施方案中，多个传感器152272a-152272h中的一个或多个包括两用传感器和组织稳定元件，该两用传感器和组织稳定元件具有被配置成能够提供组织稳定的电极和/或感测几何结构。在一些实施方案中，多个传感器152272a-152272h可由多个组织稳定元件替换和/或占据。可通过例如控制夹持和/或缝合过程期间的组织流动和/或钉成形来提供组织稳定。多个传感器152272a-152272h将信号提供给外科器械150010的一个或多个电路，以增强缝合性能和/或组织厚度感测的反馈。
图68为示出了用于确定夹持在端部执行器(诸如图66所示的端部执行器152250)内的组织区段152264的一个或多个参数的过程152280的一个实施方案的逻辑图。在一个实施方案中，第一传感器152258被配置成能够检测端部执行器152250和/或定位在砧座152252与钉仓152256之间的组织区段152264的一个或多个参数。通过第一传感器152258生成152282第一信号。第一信号指示由第一传感器152258检测的一个或多个参数。一个或多个第二传感器152260被配置成能够检测端部执行器152250和/或组织区段152264的一个或多个参数。如同第一传感器152258，第二传感器152260可被配置成能够检测相同的参数、附加的参数或不同的参数。通过第二传感器152260生成第二信号152284。第二信号152284指示由第二传感器152260检测的一个或多个参数。将第一信号和第二信号提供给处理器，诸如主处理器。处理器基于由第二传感器152260生成的输入来调节152286由第一传感器152258生成的第一信号。调节的信号可指示例如组织区段152264的真实厚度和咬合完全性。将调节的信号通过例如嵌入在外科器械150010中的显示器显示152026给操作者。
图69示出了包括多个冗余传感器152308a、152308b的端部执行器152300的一个实施方案。端部执行器152300包括枢转地联接到第二钳口构件152304的第一钳口构件或砧座152302。第二钳口构件152304被配置成能够在其中接纳钉仓152306。砧座152302可相对于钉仓152306移动以将材料(诸如，组织区段)抓持在砧座152302与钉仓152306之间。多个传感器152308a、152308b联接到砧座。多个传感器152308a、152308b被配置成能够检测端部执行器152300和/或定位在砧座152302与钉仓152306之间的组织区段的一个或多个参数。在一些实施方案中，多个传感器152308a、152308b被配置成能够检测砧座152302与钉仓152306之间的间隙152310。间隙152310可对应于例如定位在砧座152302和钉仓152306之间的组织的厚度。多个传感器152308a、152308b可通过例如检测由联接到第二钳口构件152304的磁体152312生成的磁场来检测间隙152310。
在一些实施方案中，多个传感器152308a、152308b包括冗余传感器。冗余传感器被配置成能够检测端部执行器152300和/或定位在砧座152302与钉仓152306之间的组织区段的相同特性。冗余传感器可包括例如霍尔效应传感器，该霍尔效应传感器被配置成能够检测砧座152302与钉仓152306之间的间隙152310。冗余传感器提供表示一个或多个参数的信号，从而允许处理器(例如，主处理器)评估多个输入并且确定最可靠的输入。在一些实施方案中，冗余传感器用于降低噪声、假信号、和/或漂移。可在夹持期间实时地测量冗余传感器中的每个，由此允许分析基于时间的信息并且利用算法和/或查找表来动态地识别组织特性和夹持定位。可调节和/或选择冗余传感器中的一个或多个的输入以识别真实组织厚度和定位在砧座152302与钉仓152306之间的组织区段的咬合。
图70为示出了用于选择来自多个冗余传感器(诸如，图69中所示的多个传感器152308a、152308b)的最可靠输出的过程152320的一个实施方案的逻辑图。在一个实施方案中，通过第一传感器152308a生成第一信号。通过模数转换器转换152322a第一信号。通过一个或多个冗余传感器152308b生成一个或多个附加的信号。通过模数转换器转换152322b该一个或多个附加的信号。将转换的信号提供给处理器，诸如主处理器。主处理器评估152324冗余输入以确定最可靠的输出。最可靠的输出可基于一个或多个参数来选择，例如，算法、查找表、得自另外传感器的输入、和/或器械状态。在选择最可靠的输出之后，处理器可基于一个或多个附加的传感器来调节输出，以反映例如定位在砧座152302与钉仓152306之间的组织区段的真实厚度和咬合。将调节的最可靠输出通过例如嵌入在外科器械150010中的显示器显示152026给操作者。
图71示出了包括传感器152358的端部执行器152350的一个实施方案，该传感器包括特定采样率以限制或消除假信号。端部执行器152350包括可枢转地联接到第二钳口构件152354的第一钳口构件或砧座152352。第二钳口构件152354被构造成能够在其中接纳钉仓152356。钉仓152356包括多个钉，所述多个钉可被递送到定位在砧座152352与钉仓152356之间的组织区段。传感器152358联接到砧座152352。传感器152358被配置成能够检测端部执行器152350的一个或多个参数，诸如砧座152352与钉仓152356之间的间隙152364。间隙152364可对应于材料(诸如，组织区段)的厚度和/或定位在砧座152352与钉仓152356之间的材料的咬合完全性。传感器152358可包括用于检测端部执行器152350的一个或多个参数的任何合适的传感器，例如，磁传感器(诸如霍尔效应传感器)、应变仪、压力传感器、电感式传感器(诸如涡流传感器)、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或任何其他合适的传感器。
在一个实施方案中，传感器152358包括磁传感器，该磁传感器被配置成能够检测由联接到第二钳口构件152354和/或钉仓152356的电磁源152360生成的磁场。电磁源152360生成被传感器152358检测的磁场。检测到的磁场的强度可对应于例如定位在砧座152352和钉仓152356之间的组织的厚度和/或咬合完全性。在一些实施方案中，电磁源152360生成已知频率(诸如，1MHz)的信号。在其他实施方案中，由电磁源152360生成的信号可基于例如安装在第二钳口构件152354中的钉仓152356的类型、一个或多个附加的传感器、算法和/或一个或多个参数来调节。
在一个实施方案中，信号处理器152362联接到端部执行器152350，诸如砧座152352。信号处理器152362被配置成能够处理由传感器152358生成的信号，以消除假信号并且增强来自传感器152358的输入。在一些实施方案中，信号处理器152362可被定位成独立于端部执行器152350，诸如定位在外科器械150010的柄部150014中。在一些实施方案中，信号处理器152362与由通用处理器(诸如，主处理器)执行的算法一体地形成并且/或者包括该算法。信号处理器152362被配置成能够处理来自传感器152358的某一频率的信号，该频率基本上等同于由电磁源152360生成的信号的频率。例如，在一个实施方案中，电磁源152360生成1MHz频率的信号。通过传感器152358检测该信号。传感器152358生成信号，该信号指示提供给信号处理器152362的检测到的磁场。该信号由信号处理器152362在1MHz的频率下进行处理以消除假信号。将处理的信号提供给处理器，诸如主处理器。主处理器使所接收到的信号与端部执行器152350的一个或多个参数(诸如，砧座152352与钉仓152356之间的间隙152364)相关联。
图72为示出了用于产生定位在端部执行器(诸如，图71中所示的端部执行器152350)的砧座和钉仓之间的组织区段的厚度测量结果的过程152370的一个实施方案的逻辑图。在过程152370的一个实施方案中，通过调制的电磁源152360生成152372信号。生成的信号可包括例如1MHz信号。磁传感器152358被配置成能够检测152374由电磁源152360生成的信号。磁传感器152358生成指示检测到的磁场的信号并且将该信号提供给信号处理器152362。信号处理器152362处理152376该信号以移除噪音、假信号并且/或者增强该信号。将处理的信号提供给模数转换器以用于转换152378成数字信号。可例如通过应用校正曲线输入算法和/或查找表来校正152380该数字信号。信号处理152376、转换152378和校正152380可由一个或多个电路来执行。将校正的信号通过例如与外科器械150010一体地形成的显示器显示152026给用户。
图73和图74示出了包括用于识别不同类型的钉仓152406的传感器152408的端部执行器152400的一个实施方案。端部执行器152400包括枢转地联接到第二钳口构件或细长通道152404的第一钳口构件或砧座152402。细长通道152404被构造成能够在其中可操作地支撑钉仓152406。端部执行器152400还包括定位在近侧区域中的传感器152408。传感器152408可为光学传感器、磁传感器、电传感器或任何其他合适的传感器中的任一个。
传感器152408可操作以检测钉仓152406的特性并且由此识别钉仓152406类型。图74示出了传感器152408为光学发射器和检测器152410的示例。钉仓152406的主体可具有不同的颜色，使得颜色识别钉仓152406类型。光学发射器和检测器152410可操作以询问钉仓152406主体的颜色。在例示的示例中，光学发射器和检测器152410可通过接收到红色、绿色和蓝色光谱中的等强度的反射光来检测白色152412。光学发射器和检测器152410可通过接收到绿色和蓝色光谱中极少的反射光同时接收到红色光谱中较高强度的光来检测红色152414。
另选地或除此之外，光学发射器和检测器152410或另一个合适的传感器152408可询问和识别钉仓152406上的一些其他符号或标记。符号或标记可为条形码、形状或字符、颜色编码的标志、或任何其他合适的标记中的任一者。可将由传感器152408读取的信息传送给外科装置150010中的微控制器，诸如微控制器(例如，微控制器461(图12))。微控制器可被配置成能够将有关钉仓152406的信息传送给器械的操作者。例如，所识别的钉仓152406可能不适用于给定应用；在这种情况下，器械的操作者可被告知，并且/或者该器械的功能不合适。在这种情况下，微控制器可任选地被配置成能够禁用外科器械可被禁用的功能。另选地或除此之外，微控制器可被配置成能够向外科器械150010的操作者通知所识别的钉仓152406类型的参数，诸如钉仓152406的长度，或有关钉的信息(诸如，高度和长度)。
图75示出了被配置成能够固定地附接至端部执行器的钳口构件153434的分段柔性电路153430的一个方面。分段柔性电路153430包括远侧段153432a和横向段153432b、153432c，其包括用于提供局部组织存在检测的可单独寻址的传感器。段153432a、153432b、153432c可单独寻址以检测组织并且基于位于段153432a、153432b、153432c中的每个内的单个传感器测量组织参数。分段柔性电路153430的段153432a、153432b、153432c被安装到钳口构件153434并且经由导电元件153436电联接到能量源诸如电路。霍尔效应传感器153438或任何合适的磁性传感器位于钳口构件153434的远侧端部上。霍尔效应传感器153438结合磁体操作，以提供对由钳口构件153434限定的孔的测量，该孔也可被称为组织间隙，如图77中特别示出的那样。分段柔性电路153430可用于测量端部执行器内的组织厚度、力、位移、压缩、组织阻抗和组织位置。
图76示出了被配置成能够安装到端部执行器的钳口构件153444的分段柔性电路153440的一个方面。分段柔性电路153440包括具有用于组织控制的可单独寻址的传感器的远侧段153442a和横向段153442b、153442c。段153442a、153442b、153442c可单独寻址以处理组织并且读取位于段153442a、153442b、153442c中的每个内的单个传感器。分段柔性电路153440的段153442a、153442b、153442c被安装到钳口构件153444并且通过导电元件153446电联接到能量源。霍尔效应传感器153448或其他合适的磁性传感器设置在钳口构件153444的远侧端部上。霍尔效应传感器153448结合磁体操作，以提供对由端部执行器的钳口构件153444限定的孔或组织间隙的测量，如图77中特别示出的那样。另外，多个横向非对称温度传感器153450a、153450b安装在分段式柔性电路153440上或与其一体地形成，以向控制电路提供组织温度反馈。分段柔性电路153440可用于测量端部执行器内的组织厚度、力、位移、压缩、组织阻抗和组织位置。
图77示出了被配置成能够测量组织间隙GT的端部执行器153460的一个方面。端部执行器153460包括钳口构件153462和钳口构件153444。图76中所述的柔性电路153440被安装到钳口构件153444。柔性电路153440包括霍尔效应传感器153448，该霍尔效应传感器结合安装到钳口构件153462的磁体153464操作以测量组织间隙GT。该技术可用于测量限定于钳口构件153444和钳口构件153462之间的孔。钳口构件153462可为钉仓。
图78示出了包括分段柔性电路153468的端部执行器153470的一个方面。端部执行器153470包括钳口构件153472和钉仓153474。分段柔性电路153468被安装到钳口构件153472。设置在段1-5内的每个传感器被配置成能够检测定位在钳口构件153472和钉仓153474之间的组织的存在并且表示组织区域1-5。在图78所示的构型中，端部执行器153470被示出为处于准备好接收或抓持钳口构件153472和钉仓153474之间的组织的打开位置。分段柔性电路153468可用于测量端部执行器153470内的组织厚度、力、位移、压缩、组织阻抗和组织位置。
图79示出了图78所示的端部执行器153470，其中钳口构件153472将组织153476夹持在钳口构件153472(例如，砧座)和钉仓之间。如图79所示，组织153476被定位在段1-3之间并且表示组织区域1-3。因此，组织153476由段1-3中的传感器检测，并且通过段4-5在区段153469中检测组织的不存在(空)。与分别定位于某些段1-3和4-5内的组织153476的存在和不存在有关的信息经由例如接口电路被传送到如本文所述的控制电路。控制电路被配置成能够检测位于段1-3中的组织。应当理解，段1-5可包括测量位于某些段1至5内的组织的组织参数的任何合适的温度、力/压力和/或霍尔效应磁性传感器以及将能量递送到位于某些段1-5中的组织的电极。分段柔性电路153468可用于测量端部执行器153470内的组织厚度、力、位移、压缩、组织阻抗和组织位置。
图80为可与根据本公开的外科器械或系统一起使用的绝对定位系统153100的示意图。绝对定位系统153100包括根据本公开的至少一个方面的包括传感器布置153102的受控马达驱动电路布置。用于绝对定位系统153100的传感器布置153102提供对应于位移构件153111的位置的独特位置信号。在一个方面，位移构件153111表示联接到切割器械或刀(例如，切割器械、I形梁和/或I形梁153514(图82))的纵向可移动的驱动构件。在其他方面，位移构件153111表示击发构件，该击发构件联接到切割器械或刀，该切割器械或刀可被适配和配置成能够包括驱动齿的齿条。在又一个方面，位移构件153111表示击发杆或I形梁，该击发杆或I形梁中的每个可被适配和配置成能够包括驱动齿的齿条。
因此，如本文所用，术语位移构件一般用来指如本文所述的外科器械或系统的任何可移动构件，诸如驱动构件、击发构件、击发杆、切割器械、刀和/或I形梁，或可被移位的任何元件。因此，绝对定位系统153100实际上可通过跟踪纵向可移动的驱动构件的位移来跟踪切割器械I形梁153514(图82)的位移。在各种其他方面，位移构件153111可联接到适于测量位移的任何传感器。因此，纵向可移动的驱动构件、击发构件、击发杆或I形梁或它们的组合可联接到任何合适的位移传感器。位移传感器可包括接触式位移传感器或非接触式位移传感器。位移传感器可包括线性可变差分变压器(LVDT)、差分可变磁阻换能器(DVRT)、滑动电位计、包括可移动磁体和一系列线性布置的霍尔效应传感器的磁感测系统、包括固定磁体和一系列可移动的线性布置的霍尔效应传感器的磁感测系统、包括可移动光源和一系列线性布置的光电二极管或光电检测器的光学感测系统、或包括固定光源和一系列可移动的线性布置的光电二极管或光电检测器的光学感测系统、或它们的任何组合。
电动马达153120可包括与齿轮组件153114可操作地交接的可旋转轴153116，该齿轮组件安装成与位移构件153111上的驱动齿的组或齿条啮合接合。传感器元件153126可操作地联接到齿轮组件153114，使得传感器元件153126的单次旋转对应于位移构件153111的一些线性纵向平移。齿轮传动装置和传感器153118的布置可经由齿条和小齿轮布置方式连接至线性致动器，或者经由正齿轮或其他连接方式连接至旋转致动器。功率源153129将电力供应到绝对定位系统153100，并且输出指示器153128可显示绝对定位系统153100的输出。
与位置传感器153112相关联的传感器元件153126的单次旋转等同于位移构件153111的纵向位移d1，其中d1为在联接到位移构件153111的传感器元件153126的单次旋转之后位移构件153111从点“a”移动到点“b”的纵向距离。可经由齿轮减速连接传感器布置153102，该齿轮减速使得位置传感器153112针对位移构件153111的全行程完成一次或多次旋转。位置传感器153112可针对位移构件153111的全行程完成多次旋转。
一系列开关153122a-153122n(其中n为大于一的整数)可单独或结合齿轮减速使用以针对位置传感器153112的不止一次旋转提供独特位置信号。开关153122a-153122n的状态被馈送回控制器153110，该控制器应用逻辑以确定对应于位移构件153111的纵向位移d1+d2+…dn的独特位置信号。位置传感器153112的输出153124被提供给控制器153110。传感器布置153102的位置传感器153112可包括磁性传感器、模拟旋转传感器(比如电位计)、模拟霍尔效应元件的阵列，该模拟霍尔效应元件的阵列输出位置信号或值的独特组合。控制器153110可包含在主控制器内或可包含在根据本公开的外科器械或系统的工具安装部分外壳内。
绝对定位系统153100在外科器械或系统上电时提供位移构件153111的绝对位置，而不使位移构件153111回缩或推进到如常规旋转编码器可能需要的复位(清零或本位)位置，这些常规旋转编码器仅对马达153120采取的向前或向后的步骤数进行计数以推断装置致动器、驱动棒、刀等的位置。
可对控制器153110进行编程以执行各种功能，诸如对刀和关节运动系统的速度和位置的精确控制。在一个方面，控制器153110包括处理器153108和存储器153106。电动马达153120可为有刷直流马达，其具有齿轮箱以及到关节运动或刀系统的机械链接。在一个方面，马达驱动器153110可为可购自Allegro微系统公司(Allegro Microsystems,Inc)的A3941。其他马达驱动器可容易地被替换以用于绝对定位系统153100中。
控制器153110可被编程为提供对位移构件153111和关节运动系统的速度和位置的精确控制。控制器153110可被配置成能够计算控制器153110的软件中的响应。将计算的响应与实际系统的所测量响应进行比较，以获得“观察到的”响应，其用于实际反馈决定。观察到的响应为有利的调谐值，该值使所模拟响应的平滑连续性质与所测量响应均衡，其可检测对系统的外部影响。
绝对定位系统153100可包括并且/或者可被编程以实现反馈控制器，诸如PID、状态反馈和自适应控制器。功率源153129将来自反馈控制器的信号转换为对系统的物理输入，在这种情况下为电压。其它示例包括电压、电流和力的脉宽调制(PWM)。除了位置传感器153112所测量的位置之外，可提供一个或多个其他传感器153118以测量物理系统的物理参数。在数字信号处理系统中，绝对定位系统153100联接到数字数据采集系统，其中绝对定位系统153100的输出将具有有限分辨率和采样频率。绝对定位系统153100可包括比较和组合电路，以使用算法(诸如加权平均和理论控制环路)将计算响应与测量响应进行组合，该算法朝向测量响应驱动计算响应。物理系统的计算响应将特性如质量、惯性、粘性摩擦、电感电阻等考虑在内，以通过得知输入预测物理系统的状态和输出。
马达驱动器153110可为可购自Allegro微系统公司(Allegro Microsystems,Inc)的A3941。A3941驱动器153110为全桥控制器，其用于与针对电感负载(诸如有刷直流马达)特别设计的外部N沟道功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)一起使用。驱动器153110包括独特的电荷泵稳压器，其为低至7V的电池电压提供完整的(>10V)栅极驱动并且允许A3941在低至5.5V的减速栅极驱动下工作。可采用自举电容器提供N沟道MOSFET所需的上述电池供电电压。高边驱动装置的内部电荷泵允许直流(100％占空比)操作。可使用二极管或同步整流在快衰减模式或慢衰减模式下驱动全桥。在慢衰减模式下，电流再循环可穿过高边或低边FET。通过电阻器可调式空载时间保护功率FET不被击穿。整体诊断指示欠压、过热和功率桥故障，并且可被配置成能够在大多数短路状况下保护功率MOSFET。其他马达驱动器可容易地被替换以用于绝对定位系统153100中。
图81为根据本公开的至少一个方面的绝对定位系统153100’的位置传感器153200的示意图，该绝对定位系统包括磁性旋转绝对定位系统。绝对定位系统153100'在许多方面类似于绝对定位系统153100。位置传感器153200可被实现为AS5055EQFT单片磁性旋转位置传感器，其可购自奥地利微系统公司(Austria Microsystems,AG)。位置传感器153200与控制器153110交接，以提供绝对定位系统153100’。位置传感器153200是低电压和低功率部件，并且在位置传感器153200的区域153230中包括四个霍尔效应元件153228A、153228B、153228C、153228D，该区域位于磁体上方，该磁体定位在与位移构件(诸如刀驱动齿轮和/或闭合驱动齿轮)相关联的旋转元件上，使得可以精确地跟踪击发构件和/或闭合构件的位移。在芯片上也提供了高分辨率ADC153232和智能型功率管理控制器153238。CORDIC处理器153236(用于坐标旋转数字计算机(Coordinate Rotation DIgital Computer))，也称为逐位法和Volder算法，被设定为实现简单有效的算法来计算双曲线函数和三角函数，这些函数仅需要加法操作、减法操作、位位移操作和表查找操作。角位置、报警位和磁场信息通过标准串行通信接口诸如SPI接口153234传送到控制器153110。位置传感器153200提供12或14位分辨率。位置传感器153200可为以小QFN 16引脚4×4×0.85mm封装提供的AS5055芯片。
霍尔效应元件153228A、153228B、153228C、153228D位于旋转磁体正上方。霍尔效应是众所周知的效应，并且为了方便，本文中将不对其进行详细描述，但是，通常，霍尔效应在整个电导体上产生横向于导体中的电流的电压差(霍尔电压)以及垂直于电流的磁场。霍尔系数被定义为感应电场与电流密度和所施加磁场的乘积的比率。其为从中制备导体的材料的特性，因为其值取决于构成电流的电荷载体的类型、数目和性能。在AS5055位置传感器153200中，霍尔效应元件153228A、153228B、153228C、153228D能够产生电压信号，其指示根据磁体经过单次旋转的角度的磁体的绝对位置。由CORDIC处理器153236计算角度的这个值(其为独特位置信号)，并且将其以机载方式存储在寄存器或存储器中的AS5055位置传感器153200上。在多种技术中，如在上电时或在控制器153110发出请求时，向控制器153110提供角度的值，其指示经过一次旋转的磁体的位置。
AS5055位置传感器153200在连接至控制器153110时仅需要几个外部部件就可操作。使用单一功率源的简单应用需要六根电线：两根电线用于功率，四根电线153240用于与控制器153110交接的SPI接口153234。可加入第七连接，以便向控制器153110发送中断以通知可读取新的有效角度。在上电时，AS5055位置传感器153200执行完全上电序列，包括一个角度测量结果。该循环的完成指示为INT输出153242，并且角度值存储在内部寄存器中。一旦设定了这一输出，AS5055位置传感器153200就暂停为休眠模式。控制器153110可通过SPI接口153234从AS5055位置传感器153200读取角度值来响应INT输出153242处的INT请求。一旦控制器153110读取了角度值，就再次清除INT输出153242。由控制器153110通过SPI接口153234向位置传感器153200发送“读取角度”命令也自动使芯片上电并且启动另一个角度测量。控制器153110一完成角度值的读取，就清除INT输出153242并且将新的结果存储在角度寄存器中。通过设定INT输出153242和状态寄存器中的对应标记再次指示角度测量的完成。
由于AS5055位置传感器153200的测量原理，每个上电序列之后，在非常短的时间(～600μs)内仅执行单次角度测量。一个角度的测量一完成，AS5055位置传感器153200就暂停为掉电状态。未实现根据数字平均化的角度值的片上过滤，因为这将需要不止一个角度测量并且因此需要更长加电时间，这在低功率应用中是不期望的。可通过在控制器153110中对若干角度样品进行平均来减少角度抖动。例如，平均四个采样可使抖动减少6dB(50％)。
图82为根据本公开的至少一个方面的端部执行器153502的剖视图，其示出了相对于抓持在端部执行器153502内的组织153526的I形梁153514击发行程。端部执行器153502被配置成能够与根据本公开的任何外科器械或系统一起操作。端部执行器153502包括砧座153516和细长通道153503，其中钉仓153518定位在细长通道153503中。击发杆153520能够沿着端部执行器153502的纵向轴线153515朝远侧和朝近侧平移。当端部执行器153502不进行关节运动时，端部执行器153502与器械的轴成一直线。在击发构件153520的远侧部分处示出了包括切割刃153509的I形梁153514。楔形滑动件153513定位在钉仓153518中。当I形梁153514朝远侧平移时，切割刃153509接触并可切割定位在砧座153516与钉仓153518之间的组织153526。而且，I形梁153514接触楔形滑动件153513并将其朝远侧推动，从而使楔形滑动件153513接触钉驱动器153511。钉驱动器153511可以被向上驱动到钉153505中，从而使钉153505推进穿过组织并进入限定在砧座153516中的凹坑153507中，该凹坑使钉153505成形。
示例性I形梁153514击发行程由与端部执行器153502对齐的图表153529示出。还示出了与端部执行器153502对齐的示例性组织153526。击发构件行程可包括行程开始位置153527和行程结束位置153528。在I形梁153514击发行程期间，I形梁153514可以从行程开始位置153527朝远侧推进到行程结束位置153528。I形梁153514示出在行程开始位置153527的一个示例性位置处。I形梁153514击发构件行程图表153529示出了五个击发构件行程区域153517、153519、153521、153523、153525。在第一击发行程区域153517中，I形梁153514可以开始朝远侧推进。在第一击发行程区域153517中，I形梁153514可以接触楔形滑动件153513并开始朝远侧移动它。然而，在第一区域中，切割刃153509可以不接触组织，并且楔形滑动件153513可以不接触钉驱动器153511。在克服静摩擦力之后，在第一区域153517中驱动I形梁153514的力可以是基本恒定的。
在第二击发构件行程区域153519中，切割刃153509可以开始接触并切割组织153526。而且，楔形滑动件153513可以开始接触钉驱动器153511以驱动钉153505。驱动I形梁153514的力可以开始斜升。如图所示，由于砧座153516相对于钉仓153518枢转的方式，起初遇到的组织可以被压缩和/或变薄。在第三击发构件行程区域153521中，切割刃153509可以连续地接触并切割组织153526，并且楔形滑动件153513可以重复地接触钉驱动器153511。驱动I形梁153514的力可以在第三区域153521中平稳。通过第四击发行程区域153523，驱动I形梁153514的力可能开始下降。例如，端部执行器153502的对应于第四击发区域153523的部分中的组织可以比更靠近砧座153516的枢转点的组织压缩得更少，从而需要更少的切割力。而且，切割刃153509和楔形滑动件153513可以在第四区域153523中时到达组织153526的端部。当I形梁153514到达第五区域153525时，组织153526可以被完全切断。楔形滑动件153513可以在组织的端部处或附近接触一个或多个钉驱动器153511。可以减小使I形梁153514推进通过第五区域153525的力，并且在一些示例中，该力可以类似于在第一区域153517中驱动I形梁153514的力。在击发构件行程结束时，I形梁153514可以到达行程结束位置153528。图82中的击发构件行程区域153517、153519、153521、153523、153525的定位仅是一个示例。在一些示例中，例如，基于组织在砧座153516和钉仓153518之间的定位，不同区域可以沿着端部执行器纵向轴线153515在不同位置处开始。
如上所述并且现在参见图80至图82，可利用定位在外科器械的主控制器内的电动马达153120来使轴组件的击发系统(包括I形梁153514)相对于轴组件的端部执行器153502推进和/或回缩，以便缝合和/或切入在端部执行器153502内捕集的组织。I形梁153514可以期望的速度或在期望的速度范围内推进或回缩。控制器153110可被配置成能够控制I形梁153514的速度。控制器153110可被配置成能够基于例如向电动马达153120提供的功率的各种参数(诸如电压和/或电流)和/或电动马达153120的其他操作参数或外部影响来预测I形梁153514的速度。控制器153110可被配置成能够基于向电动马达153120提供的电流和/或电压的先前值和/或系统的先前状态(如速度、加速度和/或位置)来预测I形梁153514的当前速度。控制器153110可被配置成能够利用本文所述的绝对定位传感器系统感测I形梁153514的速度。控制器可被配置成能够将I形梁153514的预测速度与I形梁153514的感测速度进行比较，以确定是否应当增加电动马达153120的功率以便增加I形梁153514的速度并且/或者减小功率以便减小I形梁153514的速度。
可以使用各种技术来确定作用在I形梁153514上的力。I形梁153514力可通过测量马达153120电流来确定，其中马达153120电流基于I形梁153514当期朝远侧推进时所经历的负载。可通过将应变仪定位在驱动构件、击发构件、I形梁153514、击发杆和/或切割刃153509的近侧端部上来确定I形梁153514力。可通过监测以基于在预先确定的经过时间段T1之后马达153120的当前设定速度的预期速度移动的I形梁153514的实际位置并且将I形梁153514的实际位置与基于时间段T1结束处马达153120的当前设定速度的I形梁153514的预期位置进行比较来确定I形梁153514力。因此，如果I形梁153514的实际位置小于I形梁153514的预期位置，则I形梁153514上的力大于标称力。相反，如果I形梁153514的实际位置大于I形梁153514的预期位置，则I形梁153514上的力小于标称力。I形梁153514的实际位置和预期位置之间差值跟I形梁153514上的力与标称力的偏差成比例。
在转向对闭合管和击发构件的闭环控制技术的描述之前，描述简要地转向图83。图83为描绘两个闭合力(FTC)曲线153606、153608的曲线图153600(其描绘了在闭合阶段期间施加到闭合构件以在厚和薄组织上闭合的力)以及描绘两个击发力(FTF)曲线153622、153624的曲线图153601(其描绘了在击发阶段期间施加到击发构件以通过厚和薄组织进行击发的力)。参见图83，曲线图153600描绘了在闭合行程期间施加到厚和薄组织以相对于抓持在砧座153516和钉仓153518之间的组织闭合端部执行器153502的力的示例，其中闭合力被绘制为时间的函数。在两个轴上绘制闭合力曲线153606、153608。垂直轴153602指示以牛顿(N)为单位的端部执行器153502的闭合力(FTC)。水平轴153604指示以秒为单位的时间，并且为了描述清楚起见标记为t0至t13。第一闭合力曲线153606是在闭合行程期间施加到厚组织以相对于抓持在砧座153516和钉仓153518之间的组织闭合端部执行器153502的力的示例，并且第二曲线153608是在闭合行程期间施加到薄组织以相对于抓持在砧座153516和钉仓153518之间的组织闭合端部执行器153502的力的示例。第一闭合力曲线153606和第二闭合力曲线153608被分为三个阶段：闭合行程(CLOSE)、等待周期(WAIT)和击发行程(FIRE)。在闭合行程期间，闭合管朝远侧(方向“DD”)平移以响应于闭合马达对闭合行程的致动，使砧座153516例如相对于钉仓153518移动。在其他情况下，闭合行程涉及响应于闭合马达的致动使钉仓153518相对于砧座153516移动，并且在其他情况下，闭合行程涉及响应于闭合马达的致动而移动钉仓153518和砧座153516。参考第一闭合力曲线153606，在闭合行程期间，闭合力153610从时间t0到t1从0增加到最大力F1。参考第二闭合力曲线153608，在闭合行程期间，闭合力153616从时间t0到t1从0增加到最大力F3。最大力F1和F3之间的相对差是由于厚组织相对于薄组织所需的闭合力的差值引起的，其中与薄组织相比，需要更大的力才能将砧座闭合到厚组织上。
第一闭合力曲线153606和第二闭合力曲线153608指示端部执行器153502中的闭合力在时间(t1)处结束的初始夹持时间段期间增加。闭合力在时间(t1)处达到最大力(F1,F3)。初始夹持时间段可例如为约一秒。可以在启动击发行程之前施加等待周期。等待周期允许流体从被端部执行器153502压缩的组织流出，这减小了压缩组织的厚度，从而在砧座153516和钉仓153518之间产生了较小的间隙，并且在等待周期结束时减小了闭合力。参考第一闭合力曲线153606，在t1至t4之间的等待周期期间，闭合力153612从F1到F2出现标称下降。类似地，参考第二闭合力曲线153608，在t1至t4之间的等待周期期间，闭合力153618从F3到F4标称地下降。在一些示例中，通常采用选自约10秒至约20秒的范围的等待周期(t1至t4)。在示例性第一闭合力曲线153606和第二闭合力曲线153608中，采用约15秒的时间段。等待周期在击发行程之后，该击发行程通常持续选自例如约3秒至例如约5秒的范围的时间段。随着I形梁153514相对于端部执行器推进通过击发行程，闭合力减小。分别如第一闭合力曲线153606和第二闭合力曲线153608的闭合力153614、153620所指示，施加在闭合管上的闭合力153614、153620从约时间t4到约时间t5急剧下降。时间t4表示I形梁153514联接到砧座153516中并开始承受闭合负载的时刻。因此，如第一击发力曲线153622和第二击发力曲线153624所示，闭合力随着击发力增加而减小。
图83还描绘了根据本公开的第一击发力曲线153622和第二击发力曲线153624的曲线图153601，其绘制了在外科器械或系统的击发行程期间施加以推进I形梁153514的力。在两个轴上绘制击发力曲线153622、153624。垂直轴153626指示在击发行程期间施加以推进I形梁153514的以牛顿(N)为单位的击发力。I形梁153514被构造成能够推进刀或切割元件并且在击发行程期间激励驱动器以部署钉。水平轴153605以与上部曲线图153600的水平轴153604相同的时间标度指示以秒为单位的时间。
如前所述，闭合管力从时间t4到约时间t5急剧下降，这表示I形梁153514联接到砧座153516中并开始承受负载并且闭合力随着击发力的增加而减小的时刻，如第一击发力曲线153622和第二击发力曲线153624所示。当I形梁153514从时间t4时的行程开始位置推进，对于薄组织，击发力曲线153624到t8和t9之间的行程结束位置，以及对于厚组织，击发力曲线153622到t13时的行程结束位置。当I形梁153514在击发行程期间向远侧推进时，闭合组件将对钉仓153518和砧座153516的控制交给击发组件，这使击发力增加而闭合力减小。
在厚组织击发力曲线153622中，在击发周期(FIRE)期间，曲线153622被分成三个不同段。第一段153628指示在击发力从t4处的0增加到恰好在t5之前的峰值力F1’时的击发力。第一段153628是在击发行程的初始阶段期间的击发力，其中I形梁153514从闭合斜坡的顶部朝远侧推进直到I形梁153514接触组织。第二段153630指示在击发行程的第二阶段期间的击发力，其中I形梁153514正在朝远侧推进，从而部署钉并切割组织。在击发行程的第二阶段期间，击发力在约t12处从F1’下降到F2’。第三段153632指示在击发行程的第三阶段和最后阶段期间的击发力，其中I形梁153514离开组织并推进到无组织区域中的行程终点。在击发行程的第三阶段期间，击发力在约t13处从F2’下降到零(0)，其中I形梁153514到达行程终点。总之，在击发行程期间，当I形梁153514进入组织区域时，击发力急剧上升，在缝合和切割操作期间，击发力在组织区域中稳定下降，而当I形梁153514离开组织区域并在行程终点进入无组织区域时，击发力急剧下降。
薄组织击发力曲线153624遵循与厚组织击发力曲线153622相同的图案。因此，在击发行程的第一阶段期间，击发力153634在约t5处从0急剧增加到F3’。在击发行程的第二阶段期间，击发力153636在约t8处从F3’稳定下降到F4’。在击发行程的最后阶段期间，击发力153638在t8和t9之间从F’4急剧下降到0。
为了克服闭合力从时间t4到约时间t5的急剧下降，这表示I形梁153514联接到砧座153516中并开始承受负载并且闭合力随着击发力的增加而减小的时刻，如第一击发力曲线153622和第二击发力曲线153624所示，闭合管可在击发构件(诸如I形梁153514)朝远侧推进的同时朝远侧推进。闭合管被表示为将闭合力施加到砧座153516的传动装置元件。如本文所述，控制电路将马达设定点施加到马达控制，该马达控制将马达控制信号施加到马达，以驱动传动装置元件并使闭合管朝远侧前进，以向砧座153516施加闭合力。联接到马达的输出轴的扭矩传感器可用于测量施加到闭合管的力。在其他方面，闭合力可用应变仪、负荷传感器或其他合适的力传感器来测量。
图84为根据本公开的至少一个方面的控制系统153950的示意图，该控制系统被配置成能够在击发构件(例如，I形梁153514)朝远侧推进并且联接到夹持臂(例如，砧座153516)时提供闭合构件(例如，闭合管)的逐渐闭合，从而以期望的速率降低闭合构件上的闭合力负载并减小击发构件上的击发力负载。在一个方面，控制系统153950可被实现为嵌套PID反馈控制器。PID控制器是控制环路反馈机构(控制器)，其用于将误差值连续地计算为期望的设定点和测量的过程变量之间的差值，并基于比例、积分和导数项(有时分别表示为P、I和D)施加校正。嵌套PID控制器反馈控制系统153950包括主(外部)反馈环路153954中的主控制器153952和次级(内部)反馈环路153956中的次级控制器153955。主控制器153952可为如图84中所示的PID控制器153972，并且次级控制器153955也可为如图85中所示的PID控制器153972。主控制器153952控制主过程153958，并且次级控制器153955控制次级过程153960。主过程153958的输出153966(OUTPUT)为从主设定点SP1减去第一求和器153962。第一求和器153962产生施加到主控制器153952的单个和输出信号。主控制器153952的输出为次级设定点SP2。次级过程153960的输出153968为从次级设定点SP2减去第二求和器153964。
在控制闭合管的位移的情形中，控制系统153950可被配置成使得主设定点SP1为期望的闭合力值，并且主控制器153952被配置成能够从联接到闭合马达的输出的扭矩传感器接收闭合力并且确定闭合马达的设定点SP2马达速度。在其它方面，闭合力可用应变仪、负荷传感器或其它合适的力传感器来测量。将闭合马达速度设定点SP2与闭合管的实际速度进行比较，该实际速度由次级控制器153955确定。闭合管的实际速度可以通过比较闭合管与位置传感器的位移并用计时器/计数器测量耗用的时间来测量。可采用其它技术诸如线性编码器或旋转编码器来测量闭合管的位移。次级过程153960的输出153968为闭合管的实际速度。将该闭合管速度输出153968提供给主过程153958，该主过程确定作用于闭合管上的力并反馈回到加法器153962，该加法器从主设定点SP1减去测量的闭合力。主设定点SP1可为上限阈值或下限阈值。基于加法器153962的输出，主控制器153952如本文所述控制闭合管马达的速度和方向。次级控制器153955基于由次级过程153960测量的闭合管的实际速度和次级设定点SP2来控制闭合马达的速度，该速度基于实际击发力与击发力上限阈值和下限阈值的比较。
图85示出了根据本公开的至少一个方面的PID反馈控制系统153970。主控制器153952或次级控制器153955或两者可被实现为PID控制器153972。在一个方面，PID控制器153972可包括比例元件153974(P)、积分元件153976(I)和导数元件153978(D)。P元件153974、I元件153976、D元件153978的输出由求和器153986求和，该求和器向过程153980提供控制变量u(t)。过程153980的输出为过程变量y(t)。求和器153984计算期望的设定点r(t)和测量的过程变量y(t)之间的差值。PID控制器153972将误差值e(t)(例如，闭合力阈值和测得的闭合力之间的差值)连续地计算为期望的设定点r(t)(例如，闭合力阈值)与测量的过程变量y(t)(例如，闭合管的速度和方向)之间的差值，并且基于分别由比例元件153974(P)、积分元件153976(I)和导数元件153978(D)计算出的比例、积分和导数项来施加校正。PID控制器153972尝试通过调节控制变量u(t)(例如，闭合管的速度和方向)来最小化随时间变化的误差e(t)。
根据PID算法，“P”元件153974计算误差的当前值。例如，如果误差为大的且为正的，那么控制输出也将为大的和正的。根据本公开，误差项e(t)在闭合管的期望闭合力和所测量的闭合力之间是不同的。“I”元件153976计算误差的过去值。例如，如果当前输出不够强，那么误差的积分会随着时间推移而累积，并且控制器将通过施加更强的动作进行响应。“D”元件153978根据其当前的变化率计算该误差的未来可能趋势。例如，在继续上述P示例的情况下，当大的正控制输出成功地使误差更接近于零时，它也将过程置于最近的将来的大的负误差的路径中。在这种情况下，导数变为负，并且D模块减小动作的强度以防止该过冲。
应当理解，可根据反馈控制系统153950、153970来监测和控制其他变量和设定点。例如，本文所述的自适应闭合构件速度控制算法可测量以下参数中的至少两个：击发构件行程位置、击发构件负载、切割元件的位移、切割元件的速度、闭合管行程位置、闭合管负载等等。
图86为根据本公开的至少一个方面的描绘用于确定闭合构件的速度的控制程序或逻辑配置的过程153990的逻辑流程图。根据本公开的外科器械或系统的控制电路被配置成能够确定153992闭合构件的实际闭合力。控制电路比较153994实际闭合力与阈值闭合力，并且基于该比较来确定153996设定点速度以移位闭合构件。控制电路基于设定点速度来控制153998闭合构件的实际速度。
现在还参见图84和图85，在一个方面，控制电路包括比例、积分和微分(PID)反馈控制系统153950、153970。PID反馈控制系统153950、153970包括主要PID反馈环路153954和次级PID反馈环路153956。主要反馈环路153954确定闭合构件的实际闭合力与阈值闭合力SP1之间的第一误差并基于该第一误差来设定闭合构件速度设定点SP2。次级反馈环路153956确定闭合构件的实际速度与闭合构件的设定点速度之间的第二误差并基于该第二误差来设定闭合构件速度。
在一个方面，阈值闭合力SP1包括上限阈值和下限阈值。设定点速度SP2被构造成能够在实际闭合力小于下限阈值时将闭合构件朝远侧推进，并且设定点速度被构造成能够在实际闭合力大于下限阈值时使闭合构件朝近侧回缩。在一个方面，设定点速度被构造成能够当实际闭合力在上限阈值和下限阈值之间时将闭合构件保持就位。
在一个方面，控制系统还包括联接到控制电路的力传感器(例如，传感器472、474、476(图12)中的任一个)。力传感器被配置成能够测量该闭合力。在一个方面，力传感器包括扭矩传感器，该扭矩传感器联接到马达的输出轴，该马达联接到闭合构件。在一个方面，力传感器包括联接到闭合构件的应变仪。在一个方面，力传感器包括联接到闭合构件的负荷传感器。在一个方面，控制系统包括联接到闭合构件的位置传感器，其中位置传感器被构造成能够测量闭合构件的位置。
在一个方面，控制系统包括第一马达，该第一马达被构造成能够联接到闭合构件，并且控制电路被配置成能够在击发行程的至少一部分期间推进闭合构件。
本文所述的功能或方法153990可由本文所述的任何处理电路执行。可以在没有本文公开的具体细节的情况下实践机动外科器械的各方面。一些方面已被显示为框图而不是细节。
本公开的部分可以呈现为对存储在计算机存储器中的数据进行操作的指令。算法是指导致所需结果的步骤的自相容序列，其中“步骤”是指物理量的操纵，物理量可以采用能被存储、转移、组合、比较和以其它方式操纵的电或磁信号的形式。这些信号可以称为位、值、元素、符号、字符、项、数字。这些和类似的术语可与适当的物理量相关联并且仅仅是应用于这些量的方便的标签。
一般来讲，可以用多种硬件、软件、固件或它们的任何组合单独和/或共同实现的本文所述的各方面可以被看作是由多种类型的“电子电路”组成。因此，“电子电路”包括具有至少一个离散电路的电子电路、具有至少一个集成电路的电子电路、具有至少一个专用集成电路的电子电路、形成由计算机程序配置的通用计算设备的电子电路(例如，至少部分地实施本文描述的过程和/或设备的由计算机程序配置的通用计算机或处理器)、形成存储器设备(例如，随机存取存储器的形式)的电子电路，和/或形成通信设备(例如，调制解调器、通信开关或光电设备)的电子电路。这些方面可以模拟或数字形式或其组合来实现。
前面的描述已经经由使用框图、流程图和/或示例阐述了装置和/或过程的各方面，这些方面可包含一个或多个功能和/或操作。此类框图、流程图或示例内的每个功能和/或操作可通过各种硬件、软件、固件或其实际上的任何组合来单独和/或共同地实现。在一个方面，本文所述的主题的若干部分可经由专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑器件(DSP)、电路、寄存器和/或软件部件(例如，程序、子例程、逻辑和/或硬件和软件部件的组合)、逻辑门或其他集成格式来实现。本文公开的一些方面可作为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，作为在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序)，作为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，作为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，作为固件，或作为实际上它们的任何组合全部或部分地在集成电路中等效地实现，并且根据本公开，设计电路和/或编写软件和/或硬件的代码将在本领域技术人员的技术范围内。
本文公开的主题的机构能够作为多种形式的程序产品进行分布，并且本文所述主题的示例性方面适用，而不管用于实际实施分布的信号承载介质的具体类型是什么。信号承载介质的示例包括如下：可录式介质，诸如软盘、硬盘驱动器、光盘(CD)、数字视频光盘(DVD)、数字磁带、计算机存储器等；和传输式介质，诸如数字和/或模拟通信介质(例如，光纤缆线、波导、有线通信链路、无线通信链路(例如，发射器、接收器、传输逻辑、接收逻辑)等)。
为了举例说明和描述的目的，已经提供了这些方面的上述说明。这些具体实施方式并非意图为详尽的或限定到本发明所公开的精确形式。可以按照上述教导内容对本发明进行修改或变型。所选择和描述的这些方面是为了示出原理和实际应用，从而使得本领域的普通技术人员能够利用各方面，并且在适合设想的具体应用的情况下进行修改。与此一同提交的权利要求书旨在限定完整范围。
态势感知
态势感知是指外科系统的一些方面的根据从数据库和/或器械接收的数据来确定或推断与外科规程相关的信息的能力。该信息可包括正在进行的规程的类型、正在接受手术的组织的类型或作为规程的对象的体腔。利用与外科规程相关的背景信息，外科系统可例如改善该外科系统控制连接到其的模块化装置(例如，机器人臂和/或机器人外科工具)的方式，并且在外科规程的过程期间向外科医生提供背景信息或建议。
现在参见图87，其示出了描绘集线器(例如，外科集线器106或206)的态势感知的时间轴5200。时间轴5200是说明性的外科规程以及外科集线器106、206可以从外科规程中每个步骤从数据源接收的数据导出的背景信息。时间轴5200描绘了护士、外科医生和其它医疗人员在肺段切除规程期间将采取的典型步骤，从建立手术室开始到将患者转移到术后恢复室为止。
态势感知外科集线器106、206在整个外科规程过程中从数据源接收数据，包括每次医疗人员利用与外科集线器106、206配对的模块化装置时生成的数据。外科集线器106、206可从已配对的模块化装置和其他数据源接收该数据，并且在接收新数据时不断导出关于正在进行的规程的推论(即，背景信息)，诸如在任何给定时间执行规程的哪个步骤。外科集线器106、206的态势感知系统能够例如记录与用于生成报告的过程相关的数据，验证医务人员正在采取的步骤，提供可能与特定规程步骤相关的数据或提示(例如，经由显示屏)，基于背景调节模块化装置(例如，激活监测器，调节医学成像装置的视场(FOV)，或者改变超声外科器械或RF电外科器械的能量水平)，以及采取上述任何其它此类动作。
作为该示例性规程中的第一步5202，医院工作人员从医院的EMR数据库中检索患者的EMR。基于EMR中的选择的患者数据，外科集线器106、206确定待执行的规程是胸腔规程。
第二步5204，工作人员扫描用于规程的进入的医疗用品。外科集线器106、206与在各种类型的规程中使用的用品列表交叉引用扫描的用品，并确认供应的混合物对应于胸腔规程。另外，外科集线器106、206还能够确定规程不是楔形规程(因为进入的用品缺乏胸腔楔形规程所需的某些用品，或者在其它方面不对应于胸腔楔形规程)。
第三步5206，医疗人员经由可通信地连接到外科集线器106、206的扫描器来扫描患者频带。然后，外科集线器106、206可基于所扫描的数据来确认患者的身份。
第四步5208，医务工作人员打开辅助设备。所利用的辅助设备可根据外科规程的类型和外科医生待使用的技术而变化，但在此示例性情况下，它们包括排烟器、吹入器和医学成像装置。当激活时，作为其初始化过程的一部分，作为模块化装置的辅助设备可以自动与位于模块化装置特定附近的外科集线器106、206配对。然后，外科集线器106、206可通过检测在该术前阶段或初始化阶段期间与其配对的模块化装置的类型来导出关于外科规程的背景信息。在该具体示例中，外科集线器106、206确定外科规程是基于配对模块化装置的该特定组合的VATS规程。基于来自患者的EMR的数据的组合，规程中使用的医疗用品的列表以及连接到集线器的模块化装置的类型，外科集线器106、206通常可推断外科小组将执行的具体规程。一旦外科集线器106、206知道正在执行什么具体规程，外科集线器106、206便可从存储器或云中检索该规程的步骤，然后交叉参照其随后从所连接的数据源(例如，模块化装置和患者监测装置)接收的数据，以推断外科团队正在执行的外科规程的什么步骤。
第五步5210，工作人员成员将EKG电极和其它患者监测装置附接到患者。EKG电极和其它患者监测装置能够与外科集线器106、206配对。当外科集线器106、206开始从患者监测装置接收数据时，外科集线器106、206因此确认患者在手术室中。
第六步5212，医疗人员诱导患者麻醉。外科集线器106、206可基于来自模块化装置和/或患者监测装置的数据(包括例如EKG数据、血压数据、呼吸机数据、或它们的组合)推断患者处于麻醉下。在第六步5212完成时，肺分段切除规程的术前部分完成，并且手术部分开始。
第七步5214，折叠正在操作的患者肺部(同时通气切换到对侧肺)。例如，外科集线器106、206可从呼吸机数据推断出患者的肺已经塌缩。外科集线器106、206可推断规程的手术部分已开始，因为其可将患者的肺部塌缩的检测与规程的预期步骤(可先前访问或检索)进行比较，从而确定使肺塌缩是该特定规程中的第一手术步骤。
第八步5216，插入医疗成像装置(例如，内窥镜)，并启动来自医疗成像装置的视频。外科集线器106、206通过其与医疗成像装置的连接来接收医疗成像装置数据(即，视频或图像数据)。在接收到医疗成像装置数据之后，外科集线器106、206可确定外科规程的腹腔镜式部分已开始。另外，外科集线器106、206可确定正在执行的特定规程是分段切除术，而不是叶切除术(注意，楔形规程已经基于外科集线器106、206基于在规程的第二步5204处接收到的数据而排除)。来自医疗成像装置124(图2)的数据可用于以多种不同的方式确定与正在执行的规程类型相关的背景信息，包括通过确定医疗成像装置相对于患者解剖结构的可视化取向的角度，监测所利用的医疗成像装置的数量(即，被激活并与外科集线器106、206配对)，以及监测所利用的可视化装置的类型。例如，一种用于执行VATS肺叶切除术的技术将摄像机放置在隔膜上方的患者胸腔的下前拐角中，而一种用于执行VATS分段切除术的技术将摄像机相对于分段裂缝放置在前肋间位置。例如，使用模式识别或机器学习技术，可对态势感知系统进行训练，以根据患者解剖结构的可视化识别医疗成像装置的定位。作为另一个示例，一种用于执行VATS肺叶切除术的技术利用单个医疗成像装置，而用于执行VATS分段切除术的另一种技术利用多个摄像机。作为另一示例，一种用于执行VATS分段切除术的技术利用红外光源(其可作为可视化系统的一部分可通信地联接到外科集线器)以可视化不用于VATS肺部切除术中的分段裂隙。通过从医疗成像装置跟踪这些数据中的任何或所有，外科集线器106、206因此可确定正在进行的外科规程的具体类型和/或用于特定类型的外科规程的技术。
第九步5218，外科团队开始规程的解剖步骤。外科集线器106、206可推断外科医生正在解剖以调动患者的肺，因为其从RF发生器或超声发生器接收指示正在击发能量器械的数据。外科集线器106、206可将所接收的数据与外科规程的检索步骤交叉，以确定在过程中的该点处(即，在先前讨论的规程步骤完成之后)击发的能量器械对应于解剖步骤。在某些情况下，能量器械可为安装到机器人外科系统的机械臂的能量工具。
第十步5220，外科团队继续进行规程的结扎步骤。外科集线器106、206可推断外科医生正在结扎动脉和静脉，因为其从外科缝合和切割器械接收指示器械正在被击发的数据。与先前步骤相似，外科集线器106、206可通过将来自外科缝合和切割器械的数据的接收与该过程中的检索步骤进行交叉引用来推导该推论。在某些情况下，外科器械可以是安装到机器人外科系统的机器人臂的外科工具。
第十一步5222，执行规程的分段切除术部分。外科集线器106、206可推断外科医生正在基于来自外科缝合和切割器械的数据(包括来自其仓的数据)横切实质。仓数据可对应于例如由器械击发的钉的大小或类型。由于不同类型的钉用于不同类型的组织，因此仓数据可指示正被缝合和/或横切的组织的类型。在这种情况下，被击发的钉的类型用于实质(或其它类似的组织类型)，这允许外科集线器106、206推断规程的分段切除术部分正在进行。
第十二步5224中，执行节点解剖步骤。外科集线器106、206可基于从发生器接收的指示正在击发RF或超声器械的数据来推断外科团队正在解剖节点并且执行渗漏测试。对于该特定规程，在横切实质后使用的RF或超声器械对应于节点解剖步骤，该步骤允许外科集线器106、206进行此类推论。应当指出的是，外科医生根据规程中的具体步骤定期在外科缝合/切割器械和外科能量(即，RF或超声)器械之间来回切换，因为不同器械更好地适于特定任务。因此，其中使用缝合/切割器械和外科能量器械的特定序列可指示外科医生正在执行的规程的步骤。此外，在某些情况下，机器人工具可用于外科规程中的一个或多个步骤，并且/或者手持式外科器械可用于外科规程中的一个或多个步骤。(一个或多个)外科医生可例如在机器人工具与手持式外科器械之间交替和/或可同时使用装置。在第十二步5224完成时，切口被闭合并且规程的术后部分开始。
第十三步5226，逆转患者的麻醉。例如，外科集线器106、206可基于例如呼吸机数据(即，患者的呼吸率开始增加)推断出患者正在从麻醉中醒来。
最后，第十四步5228是医疗人员从患者移除各种患者监测装置。因此，当集线器从患者监测装置丢失EKG、BP和其它数据时，外科集线器106、206可推断患者正在被转移到恢复室。如从该示例性规程的描述可以看出，外科集线器106、206可根据从可通信地联接到外科集线器106、206的各种数据源接收的数据来确定或推断给定外科规程的每个步骤何时发生。
态势感知在2018年3月29日提交的标题为“SURGICAL HUB SITUATIONALAWARENESS”的美国专利申请15/940,654中进一步描述，该专利申请全文据此以引用方式并入本文。在某些情况下，机器人外科系统(包括本文所公开的各种机器人外科系统)的操作可例如由集线器106、206基于其态势感知和/或来自其部件的反馈和/或基于来自云104的信息来控制。
外科器械仓传感器组件
仓传感器组件
在外科器械中利用的典型传感器组件仅能够无源地检测组织和物理环境条件，这可限制其能够检测的数据的量、类型和细节。本公开的各方面呈现了一种解决方案，其中与外科器械一起使用的仓包括有源传感器，该有源传感器可用于通过在外科规程的过程中刺激或扰动组织并且然后检测组织中的对应响应来动态地评估组织。由通过与仓结合的有源传感器向组织施加刺激，外科器械可感测与使用无源传感器可检测到的信息相比附加或不同的信息。
图88示出了根据本公开的至少一个方面的包括有源传感器27006的钉仓27000的透视图。钉仓27000可被接收在外科器械150010的端部执行器150300内，诸如相对于图25所述的外科器械150010。在一个方面，钉仓27006包括有源传感器27006，该有源传感器继而包括有源元件27002和传感器27004。有源传感器27006被配置成能够经由有源元件27002有源地扰动或刺激其环境，然后经由传感器27004测量对应环境响应。有源传感器27006不同于被配置成能够无源地测量其环境的无源传感器。
有源元件27002被配置成能够向由钉仓27000插入其中的端部执行器150300夹持的组织(即，定位或固定在仓平台27008和端部执行器150300的砧座150306之间的组织)提供刺激。传感器27004被配置成能够感测与施加到组织的扰动或刺激相关联的组织参数，并由此确定由刺激引起的组织参数的变化。在一个方面，有源元件27002和传感器27004结合在一起或以其他方式彼此相关联以形成作为单个整体单元的有源传感器27006。在另一方面，有源元件27002和传感器27004彼此独立地定位在仓上或仓中或以其他方式彼此分离以形成作为分布式单元的有源传感器27006。
图89示出了根据本公开的至少一个方面的电路27010的框图。在一个方面，仓27000包括电路27010，该电路包括有源元件27002、传感器27004、可通信地连接到有源元件27002和传感器27004中的每一者的控制电路27012，以及连接到控制电路27012以用于向其提供功率的功率源27014。电路27010和/或控制电路27012可包括例如硬连线电路、可编程电路、状态机电路、存储由可编程电路执行的指令的固件，以及它们的任何组合。在一个方面，控制电路27012可被配置成能够启动有源元件27002，使有源元件27002对由端部执行器夹持的组织放电或向其提供刺激，或以其他方式控制有源元件27002的状态。控制电路27014可被配置成能够启动传感器27004，接收来自传感器27004的指示组织属性的数据或电信号，或以其他方式控制传感器27004。在各个方面，有源元件27002和传感器27004中的任一者或两者可暴露或定位在仓27000的平台27008上以接触抵靠仓平台27008定位的组织，诸如图88所示。在一个方面，图89所示的电路27010可实施为柔性电路。在一个方面，电路27010为独立于仓电路和/或通道电路的电路，诸如在2017年6月28日提交的标题为“SURGICAL SYSTEM COUPLABLE WITH STAPLE CARTRIDGE AND RADIO FREQUENCYCARTRIDGE,AND METHOD OF USING SAME”的美国专利申请15/636,096中所公开的仓电路和通道电路，该专利申请据此全文以引用方式并入本文。在此类方面，电路27010可以通信的方式或可以不通信的方式联接到仓电路和/或通道电路。在另一个方面，将电路27010整合到仓电路和/或通道电路中。
在一个方面，有源元件27002包括加热元件，并且传感器27004包括温度传感器(例如，温度测量阵列)。在该方面，有源元件27002被配置成能够以热量或热能的形式向由端部执行器150300抓持和/或抵靠仓平台27008定位的组织提供刺激(扰动)。此外，传感器27004被配置成能够感测施加有来自有源元件27002的热能的组织的生理响应。因此，控制电路27012可被配置成能够经由从传感器27004接收的数据和/或信号来评估组织的生理响应。
在一个方面，有源元件27002被配置成能够将热能施加到由端部执行器150300抓持和/或抵靠仓平台27008定位的组织的预先确定的区域或局部区域。例如，加热元件可包括散热器(例如，由铝和/或铜构造)，该散热器被配置成能够将电能(例如，来自功率源27014)转换成热量以将热能施加到邻近散热器或局部化于该散热器的组织的预先确定的区域或局部区域。在另一个方面，有源元件27002被配置成能够将热能施加在仓平台27008的整个表面或较大部分的表面上。例如，加热元件可包括内置于仓电路的一个或多个层中的柔性加热栅格。在此类方面，加热栅格可被配置成能够使仓27000的全部或大部分能够发射热能。另选地或除此之外，加热栅格可被配置成能够使得加热栅格的各个区域可被激活以产生热能。在该示例中，加热栅格同样可用于以指定量的热能输出在局部加热区域或预定义的加热区域处施加热能以施加到组织。
向组织施加热能可用于导出关于组织的各种生理信息。例如，组织的温度升高的速率是其水含量的函数。因此，向组织施加热能可用于通过感测组织的温度响应于所施加的热能而增加的速率来确定组织的总水含量。组织的水含量继而对应于例如组织类型。此外，将热能施加到组织的不同部分可用于通过比较组织的不同部分的温度响应于所施加的热能而增加的速率来确定高水含量组织或低水含量组织的位置。
在一个方面，有源元件27002包括施压元件，并且传感器27004包括组织压缩传感器。施压元件可包括例如磁性或电活性聚合物，该磁性或电活性聚合物在通电时被配置成能够在形状上变形，并由此向抵靠该磁性或电活性聚合物坐落的组织的特定区域施加局部压力。施压元件可设置在例如仓平台27008上，使得施压元件接触抵靠该仓平台坐落的组织并向其施加压力。组织压缩传感器可包括例如被配置成能够测量组织的阻抗的阻抗传感器。由于组织的阻抗可对应于组织的厚度(即，组织压缩)，因此监测组织阻抗的时间速率变化可用于监测组织响应于压力刺激而随时间推移的粘弹性的变化。组织的此类粘弹性可包括例如组织蠕变和稳定性。组织压缩传感器也可包括例如：力传感器(例如，负荷传感器或力敏电阻器)，该力传感器被配置成能够感测施加在组织上的力或压力；或间隙传感器(例如，霍尔效应传感器)，该间隙传感器被配置成能够感测端部执行器150300的钳口(例如，图25中所示的外科器械150010的砧座150306和/或通道150302)之间的间隙或距离，该间隙或距离继而对应于由端部执行器150300抓持的组织被压缩的程度。
磁性或电活性聚合物可被配置成能够根据其制造方式以预先确定的方式变形。在一个方面，控制电路27012可被配置成能够在施加所添加的压力时接收来自传感器27004的关于组织压缩的测量结果，以确定组织的加速蠕变方面。在一个方面，控制电路27012可被配置成能够在释放所添加的压力之后接收来自传感器27004的关于组织压力的测量结果，以评估组织的组织恢复特性。
向组织施加压力可用于导出关于组织的各种生理信息。例如，由组织表现出的粘弹性对应于其组织类型。换句话讲，不同类型的组织各自表现出一致的粘弹性。因此，向组织施加压力可用于通过感测组织压缩的速率、当移除压力时组织回到其先前形状的速率以及其他粘弹性来确定组织的粘弹性。关于监测组织的粘弹性的附加细节可见于标题为“外科器械硬件”和在2015年9月14日提交的标题为“TIME DEPENDENT EVALUATION OF SENSORDATA TO DETERMINE STABILITY,CREEP,AND VISCOELASTIC ELEMENTS OF MEASURES”的美国专利公布2016/0256156下，该专利申请据此全文以引用方式并入本文。
图90示出了用于确定组织类型的过程27050的逻辑流程图。在过程27050的以下描述中，还应当参考图89。例示的过程可由例如控制电路27012执行。因此，执行过程27050的控制电路27012使有源元件27002向夹持在端部执行器150300处或由其夹持的组织施加27052刺激。刺激可包括例如热量或压力。因此，控制电路27012检测27054由传感器27004感测的组织属性的变化，其中由传感器27004感测的组织属性对应于由有源元件27002施加到组织上的刺激。由传感器27004感测的组织属性可包括例如组织温度或组织的粘弹性。因此，控制电路27012通过响应于施加刺激来表征感测到的组织属性的所得变化来确定27056夹持组织的组织类型。组织类型可包括例如生理组织类型(例如，肺组织或胃组织)或表现出特定组织特性的组织类型(例如，具有特定水含量的组织)。
在其中仓电路为柔性电路的方面，柔性电路可包括用于固定传感器、芯片和其他电子器件的增强区段。在一个方面，控制电路可设置在模制仓内具有正附接点的刚性基板上。在另一个方面，控制芯片或电路可设置在柔性电路的增强半刚性区段上，在该增强半刚性区段中电路被设计成固定到仓(例如，经由夹置在仓的层之间或夹置在端部执行器通道和仓之间的粘着力)。在另一个方面，柔性电路的远侧部分可包括与控制电路27012一起使用的传感器27004或感测阵列(其可同样或可不同样设置在电路的增强区段或半刚性区段上)。
图91示出了根据本公开的至少一个方面的包括疏水区域27102的仓27100的透视图。在一个方面，仓(例如，钉仓或RF能量仓)可包括设置在仓平台27104上的疏水区域27102。疏水区域27102可被配置成能够排除液体接触，除非组织的直接压力被强迫与疏水区域27102接触。疏水区域27102可包括例如由沿仓平台27104设置的一种或多种疏水材料构造的区域。此外，应当指出的是，尽管仓27200被示出为钉仓，但是仓27200也包括RF仓和任何其他此类仓。
在一个方面，疏水区域27102的位置可被定位成邻近各种仓传感器的位置、定位在各种仓传感器的位置周围或以其他方式对应于各种仓传感器的位置。例如，仓27100可包括对应于设置在端部执行器150300上的第一电极的位置的疏水区域27102，该第一电极被配置成能够接收来自对应第二电极的RF信号，诸如在相对于图36至图43所讨论的方面。由于疏水区域27102的位置对应于图36至图38所示的电极的位置(即，RF电极151038、151048和/或电触点151040、151044、151050、151052)，因此疏水区域27102防止抵靠电极的液体接触，除非组织被强迫直接与其接触。当电极利用液体来传输RF信号时，联接到电极的控制电路诸如电路151250(图40)被配置成能够仅测量组织的加压区域。
在另一个方面，疏水区域27012设置在RF仓或其他能量仓上或以其他方式与其集成，该RF仓或其他能量仓被配置成能够驱动流体离开组织以便切割和/或凝结组织。在该方面，仓传感器可定位在疏水区域27102上、该疏水区域中或邻近该疏水区域。在仓传感器包括被配置成能够感测组织的阻抗的阻抗传感器的方面，与感测从组织驱动的流体相反，疏水区域27102可使阻抗传感器更有可能在组织熔融时感测组织的电阻性方面。
在一个方面，仓柔性电路和/或端部执行器柔性电路可包括定位在仓27100和/或端部执行器150300的各个位置上或其各个位置处的图形覆盖(例如，印刷图片或图标)。图形覆盖可被定位成指示例如感测在柔性电路上发生的位置或组织应相对于待感测的柔性电路定位的位置。
在一个方面，仓柔性电路和/或端部执行器柔性电路可包括浮动柔性电路感测阵列，该浮动柔性电路感测阵列被配置成能够允许传感器在相对于仓27100的组织移动而不是相对于感测阵列的组织移动期间与组织保持接触。浮动柔性电路阵列可包括例如浮动层或可移动层，该浮动层或可移动层被配置成能够相对于固定层移动以保持与组织接触。浮动层和固定层可电连接，使得浮动层的移动不会断开与固定层的电连接。关于浮动电路感测阵列的附加细节可见于标题“外科器械硬件”下。
在一个方面，仓电路可包括阻抗电路，该阻抗电路被配置成能够向组织施加非治疗水平的电能(即，不具有治疗效果或具有最小治疗效果的电能的程度)，并且然后对应地感测组织的压缩，诸如参考图36至图43所讨论的。外科器械的仓电路和/或控制电路可被配置成能够监测使端部执行器闭合的力(FTC)并且将FTC与组织中的阻抗变化相关联以确定组织构型、组织类型和/或组织特性。然后可利用组织构型、组织类型和/或组织特性来确定适于击发的力(FTF)的阈值、推进速度和/或蠕变速率以指示稳定性。
上文所述的技术增加了能够由外科器械的传感器组件检测的数据的量和细节，并且改善了外科器械基于组织对所施加的刺激的响应来区分组织类型的能力。
仓识别和状态检测
外科器械仓可具有用于存储或中继与仓相关联的数据(即，数据元)的多个和/或重复装置。与仓相关联的数据可包括例如仓类型、仓的特性以及仓是否先前已被击发。如果数据元中的一个数据元存在错误或数据元中的一个数据元被破坏，则数据冗余有利于避免总数据丢失。然而，如果数据元中的一个数据元错误地存储数据，不能存储数据，或者在传输数据中具有错误，则可能在数据元之间产生不可解决的冲突。当外科器械或另一个系统尝试从仓检索数据时，数据冲突可使外科器械或其他系统在检索数据时出现错误。本公开的各方面呈现了一种解决方案，其中外科器械被配置成能够通过使数据元中的一个数据元优先于其他数据元来解决数据存储元件之间的冲突。这样，优先的数据元将取代其他数据元，从而避免尝试选择供外科器械或另一个系统的控制电路使用的正确仓数据时的冲突。
图92示出了根据本公开的至少一个方面的包括一对数据元的仓27200的透视图。在一个方面，数据元包括与仓27200相关联并且能够存储、表示和/或中继与仓相关联的数据的特征、特性和/或装置。数据元可包括例如：数据存储元件27202，该数据存储元件被配置成能够存储与仓相关的数据；以及数据表示特征结构27204，该数据表示特征结构被配置成能够表示与仓相关的数据。在一些方面，数据元可被广义地表征为自动识别和数据捕获(AIDC)技术。尽管图92所示的仓包括两个数据元，但在另选的方面，仓可包括仓的数据存储元件和数据表示特征结构的各种组合中的一个或多于两个数据元。此外，应当指出的是，尽管仓27200被示出为钉仓，但是仓27200也包括RF仓和任何其他此类仓。
在各个方面，数据表示特征结构27204可包括例如与仓27200相关联或设置在该仓上的物理或视觉上可识别的特征结构或结构。在一个此类方面，数据表示特征结构27204可包括仓体27205由其构造的材料和/或仓体27205的厚度。仓体27205的材料和/或厚度可对于各种仓类型不同，以便为每种仓类型产生键合电阻范围，该键合电阻范围然后可由与外科器械150302的端部执行器150300相关联的传感器27224(图93)检测。用于检测仓体27205的材料和/或厚度的传感器27224可例如设置在端部执行器150300的通道150302中。在此类方面，端部执行器150300可为电绝缘的。
在另一个此类方面，数据表示特征结构27204可包括设置在仓平台27206上(例如，在仓平台27206的近侧端部处)的材料层或结构，该材料层或结构被构造成能够影响夹持力的初始阶段。例如，在图92中，数据表示特征结构27204包括从仓平台27206的近侧端部大致正交地延伸的结构，使得在砧座150306被夹持关闭时，端部执行器150300的砧座150306将接触该结构。然后，砧座150306接触数据表示特征结构27204的力可由控制电路27222(图93)经由例如检测马达电流(其对应于当砧座150306由马达754驱动闭合时由砧座150306施加的力)的电流传感器786(图18)检测。设置在仓平台27206上的数据表示特征结构27204的材料和/或几何形状可针对各种仓类型中的每一种仓类型进行定制，以在使砧座150306闭合的力(FTC)上产生不同的可检测的响应。因此，联接到能够检测数据表示特征结构27204的传感器的控制电路27222可根据最大FTC的程度或水平、FTC响应的特性(例如，FTC曲线随时间绘制的形状，如在标题“外科器械硬件”下所述的各种图形所示，诸如图83)，以及随时间推移检测到的FTC的其他此类特性来确定仓类型。例如，第一仓类型可包括由刚性材料构造的数据表示特征结构27204，并且第二仓类型可包括由柔性材料构造的数据表示特征结构27204。根据由控制电路27222检测到的FTC响应的类型，当砧座150306闭合时，控制电路27222可因此确定砧座150306是与刚性结构接触还是与柔性结构接触，并由此分别确定仓27200是第一仓类型还是第二仓类型。
在各个方面，数据存储元件27202可例如与仓27200相关联或设置在该仓上，并且被配置成能够经由有线或无线连接传输由数据存储元件27202存储的数据。在一个方面，数据存储元件27202包括具有数字签名的RFID微转发器或RFID芯片。在另一个此类方面，数据存储元件包括电池辅助的无源RFID标签。与RFID微转发器和/或RFID芯片相比，电池辅助的无源RFD标签可表现出改善的范围和信号长度。在该方面，RFID标签可包括可写入的区段，该可写入的区段可用于存储与仓27200相关的数据，诸如仓27200是否已被击发。数据可经由电路(诸如仓27200的控制电路或外科器械)写入仓27200的可写入的区段。随后可通过外科器械的传感器读取可写入的区段，使得外科器械可确定例如仓27200不应被重新击发。
在其中数据存储元件27202包括利用超高频率和更高频率的RFID标签的方面，RFID标签可远离外科器械的读取器(传感器)多于一个无线电波长。因此，简单地传输RF信号可能不足以传送来自RFID标签的数据。在这些方面，RFID标签可被配置成能够反向散射信号。有源RFID标签可包含在功能上分离的发射器和接收器，并且RFID标签不需要对与读取器的询问信号相关的频率作出响应。
在另一个方面，数据存储元件27202可包括被配置成能够存储识别数据的单线芯片。数据存储元件27202可被配置成能够在仓27200插入端部执行器中时或响应于接收来自外科器械的查询而将所存储的识别数据传输或提供给外科器械。在此类方面，单线芯片可包括可写入的区段，该可写入的区段可用于存储与仓27200相关的数据，诸如仓27200是否已被击发。在另一个此类方面，数据存储元件包括执行特定通信协议(诸如I-平方-C(即，I-二-C)、SPI或其他多主、多从、分组交换、单端型串行计算机总线)的集成电路(IC)。关于仓27200和外科器械之间的有线电连接的各种附加细节可见于2017年6月28日提交的标题为“SURGICAL SYSTEM COUPLABLE WITH STAPLE CARTRIDGE AND RADIO FREQUENCYCARTRIDGE,AND METHOD OF USING SAME”的美国专利申请15/636,096，该专利申请全文据此以引用方式并入本文。
尽管图92示出了包括单个数据表示特征结构27204和单个数据存储元件27202的仓27200，但是应当指出的是，仓27200的不同方面可包括前述数据元的各种组合。换句话讲，仓27200的各个方面可包括多个数据表示特征结构27204、多个数据存储元件27202、不同类型的数据存储元件27202和/或数据表示特征结构27204等的组合。
数据存储元件27202可存储或表示与仓27200有关的多种数据，包括例如识别仓类型的数据和识别仓特性(例如，仓尺寸)的数据。在一个方面，数据存储元件27202可被配置成能够存储电子产品代码(EPC)。在其中数据存储元件为RFID标签的方面，EPC可由RFID打印机写入标签中并且可包含例如96位数据串。数据串可包括例如识别协议版本的标头(例如，八位的标头)；识别管理该标签的数据的组织的组织编号(例如，28位的组织编号)(其可由EPC全球联盟分配)；识别产品种类的对象类别(例如，24位的对象类别)；以及用于特定标签的唯一序列号(例如，36位的序列号)。对象类别和唯一序列号字段可由发布标签的组织设定。类似于URL，EPC编号可用作全球数据库中的密钥以唯一地识别特定产品。
图93示出了根据本公开的至少一个方面的用于检测和/或接收来自与仓27200相关联的数据元的数据的传感器组件27220的框图。在传感器组件27220的以下描述中，还应当参考图92。传感器组件27220可包括在被配置成能够接收仓27200的外科器械中或与该外科器械可通信地联接。在一个方面，传感器组件27220包括可通信地连接到传感器27224和I/O接口27228的控制电路27222，该传感器被配置成能够检测表示仓数据的数据表示特征结构27204，该I/O接口被配置成能够接收来自存储仓数据的数据存储元件27202的数据。在一个方面，传感器组件27220为设置在端部执行器150300的通道150302(图25)中的电路(诸如在美国专利申请15/636,096中所公开的通道电路)的部件或与该电路集成。在另一个方面，传感器组件27220与通道电路(诸如在美国专利申请15/636,096中所公开的通道电路)不同或分开。控制电路27222还连接到功率源以从其汲取功率。传感器27224可包括能够识别识别仓27200的特定物理或视觉特征的任何类型的传感器。在一个方面，传感器27224可包括电流传感器(例如，结合图18至图19所讨论的电流传感器786)，该电流传感器被配置成能够在击发构件行程的至少初始部分或夹持部分期间检测由马达754(图18)消耗的电流，从而允许控制电路27222确定FTC，并由此确定端部执行器150300的砧座150306是否正遇到设置在仓27200上的识别仓类型的物理特征，如上所述。在另一个方面，传感器27224可包括光学传感器(例如，结合图73至图74所讨论的传感器152408)，该光学传感器被配置成能够检测设置在仓27200上的识别仓类型的图标、颜色、条形码或其他标记或一系列标记。在一个方面，I/O接口27228可包括总线线路(例如，在美国专利申请15/636,096中所公开的仓和通道电触点)，该总线线路被配置成能够电连接到存储数据的数据存储元件27202以利用有线通信协议(例如，I-平方-C)接收存储在其上的数据。在另一个方面，I/O接口27228可包括无线发射器，该无线发射器被配置成能够无线地连接到存储数据的数据存储元件27202以利用无线通信协议(例如，蓝牙)接收存储在其上的数据。
传感器组件27220的其他方面可包括传感器27224和I/O接口27228的各种组合，该传感器被配置成能够检测数据表示特征结构27204，该I/O接口被配置成能够接收来自与仓2700相关联的数据存储元件27202的数据，该各种组合包括多个传感器27224(相同或不同类型)、多个I/O接口27228(相同或不同类型)、无I/O接口27228、无传感器27224以及它们的所有组合。包括在传感器组件27220中以检测与仓27200相关联的数据的传感器27224和/或I/O接口27228的特定组合对应于由仓27200用来存储仓数据的数据元的组合。
图94示出了根据本公开的至少一个方面的用于解决数据识别冲突的过程27300的逻辑流程图。在过程27300的以下描述中，还应当参考图92至图93。例示的过程27300可由例如图93中所示的传感器组件27220的控制电路27222执行。
因此，执行例示的过程27300的控制电路27222确定27302、27304与第一数据元和第二数据元相关联的仓数据(即，识别仓27200的数据和/或关于仓27200的特性的数据)。在其中第一数据元为数据表示特征结构的方面，诸如在图92中，控制电路27222通过经由传感器27224感测数据表示特征结构27204的存在和身份标识来确定27302仓数据，如上所述，然后检索对应于所识别的数据表示特征结构27204的适当的仓数据。仓数据可从例如查找表中检索。在第二数据元为数据存储元件27202的方面，诸如在图92中，控制电路27222通过接收来自数据存储元件27202的所存储的仓数据来确定仓数据。
因此，控制电路27222确定27306来自两个源(即，第一数据元和第二数据元)的仓数据是否彼此对应。如果来自两个源的数据确实彼此对应，则过程27300沿“是”分支继续，并且控制电路27222选择两个匹配数据中的一者并相应地行进。如果来自两个源的数据彼此不对应，则过程27300沿“否”分支继续，并且控制电路27222确定两个数据元中的哪个数据元具有较高优先级，并因此从较高优先级的数据存储元件选择27310仓数据。例如，不同类型的数据元之间的优先级可由制造商预编程或由用户设定。所选择的数据可例如存储在外科器械的存储器264(图16)中以供后续使用，在用于控制外科器械的一个或多个操作的控制算法中利用，或者以其他方式由外科器械的控制电路利用。
上述技术允许仓中的数据冗余，而不会产生无法解决的处理冲突。
可变输出仓传感器组件
向后兼容的传感器组件
随着新型式的外科器械及其相关联的模块化部件(例如，缝合器仓)的开发，较旧型式的外科器械可变得与较新型式的模块化部件不兼容，这是由于附加或另选特征结构被结合到模块化部件中、模块化部件的传感器架构的改变，以及为模块化部件开发的其他此类更新。因此，发布不再与相关联的外科器械的现有型式兼容的更新模块化部件可缩短外科器械的有效寿命，即使外科器械以其他方式完全工作。本公开的各方面提供了一种解决方案，其中模块化部件可包括被配置成能够以两种或更多种不同模式或格式输出数据的传感器。来自传感器的第一数据输出格式可与外科器械的当前型式兼容，而来自传感器的第二数据输出格式可与外科器械的先前型式兼容(即，第二数据输出格式可模拟模块化装置的先前型式的数据输出格式)。模块化部件还可被配置成能够确定其是连接到外科器械的失效型式还是最新型式，然后使其传感器以与外科器械的型式兼容的格式输出数据。
图95示出了根据本公开的至少一个方面的包括可变输出传感器28004的电路28000的框图。在一个方面，电路28000包括可通信地联接到传感器28004的控制电路28002。在一个方面，传感器28004可被配置成能够以第一模式28006a或第二模式28006b输出数据。电路28000还包括连接到控制电路28002以用于向其提供功率的功率源28008。在一个方面，当传感器28004处于第一输出模式28006a时，由传感器28004输出的传感器数据馈送被配置成能够由当前型式的外科器械(诸如结合图25所述的外科器械150010)使用。在一个方面，当传感器28004处于第二输出模式28006b时，由传感器28004输出的传感器数据馈送被配置成能够由先前或较旧型式的外科器械使用。在各个方面，与第二输出模式28006b的传感器数据馈送相比，第一输出模式28006a的传感器数据馈送可例如提供更复杂的数据、更大体积的数据或以适于与外科器械的当前型式一起使用的更新或另选格式的数据。在各个方面，第二输出模式28006b的传感器数据馈送可例如提供格式比第一输出模式28006a的传感器数据馈送更简单或不同的数据。在各个方面，第一输出模式28006a的传感器数据馈送可与较旧型式的外科器械不兼容，并且/或者第二输出模式28006b的传感器数据馈送可与当前型式或较近型式的外科器械不兼容。
在一个方面，电路28000可包括在被配置成能够由外科器械150010(图25)的端部执行器150300(图25)接收的仓150304(图25)(诸如缝合器仓或RF仓)中。在将仓150304插入端部执行器15300中或以其他方式连接到外科器械150010时，电路28000和/或控制电路28002能够可通信地联接到外科器械150010的控制电路760(图18至图19)。在一个方面，仓150304的电路28000和/或控制电路28002可经由对应电触点可通信地连接到外科器械150010的控制电路760，在仓150304被接收在端部执行器150300内时，该对应电触点可通信地联接仓150304和外科器械150010，诸如在2017年6月28日提交的标题为“SURGICALSYSTEM COUPLABLE WITH STAPLE CARTRIDGE AND RADIO FREQUENCY CARTRIDGE,ANDMETHOD OF USING SAME”的美国专利申请15/636,096中所公开的，该专利申请据此全文以引用方式并入本文。
在一个方面，传感器28004可包括磁阻和阻抗组合阵列，与霍尔效应传感器相比，该磁阻和阻抗组合阵列被配置成能够在测量被感测的磁场以及一些组织接触相关数据时提供更好的准确性。在该示例中，传感器28004包括第一输出模式28006a，该第一输出模式可输出磁阻和阻抗数据馈送以提供智能间隙感测度量。传感器28004的第一输出模式28006a的磁阻和阻抗数据馈送可例如使用算法(例如，由仓150304的控制电路28002执行)作为输出信号来组合。传感器28004还可包括第二输出模式28006b，该第二输出模式可输出等同于霍尔效应传感器输出的信号。然而，当包括传感器28004的模块化部件(例如，仓150304)的电路28000检测到其与较旧一代外科器械正在一起使用时，电路28000可被配置成能够使传感器28004计算并输出第二输出模式28006b的传感器数据馈送，这模拟用于被感测的间隙测量结果的霍尔效应传感器的输出。因此，电路28000可允许传感器28004也与被编程接收来自霍尔效应传感器的数据馈送和/或信号的较旧一代外科器械兼容。
在另一个方面，传感器28004可包括被配置成能够替换位置或限位开关的较小霍尔效应或其他类型的接近传感器。类似地如上所述，当模块化部件(例如，仓150304)的电路28000检测到其与较旧一代外科器械正在一起使用时，电路28000可被配置成能够使传感器28004计算并输出模仿模拟开关闭合件的输出的传感器数据馈送，从而允许传感器28004也与较旧一代外科器械兼容，这些较旧一代外科器械被编程为接收来自位置或限位开关的数据馈送和/或信号。
图96示出了根据本公开的至少一个方面的用于控制传感器28004的输出模式的过程28050的逻辑流程图。在过程28050的以下描述中，还应当参考图95。例示的过程28050可由例如控制电路28002执行。由过程28050控制的传感器28004可包括在模块化部件中，该模块化部件旨在与外科器械150010(诸如缝合器仓)连接或以其他方式相关联。
因此，执行例示的过程28050的控制电路28002确定28052模块化部件的型式是对应于外科器械150010的型式还是以其他方式与其兼容。控制电路28002可通过例如从外科器械150010检索型式编号、EPC或其他标识符(例如，当模块化装置连接到外科器械时)然后检索列出与模块化部件兼容的外科器械150010的型式的查找表(例如，存储在模块化部件的存储器中)来确定模块化装置和外科器械150010是否兼容。如果模块化部件和外科器械150010兼容，则过程28050沿“是”分支继续，并且控制电路280002使传感器28004以第一数据模式28006a输出数据。如果模块化部件和外科器械150010不兼容，则过程28050沿“否”分支继续，并且控制电路28002使传感器28004以第二数据模式28006b输出数据。
在一个方面，当传感器28004处于第一输出模式28006a时由传感器28004输出的传感器数据流可仅当数据移动到特定公差或阈值之外时与较旧型式的外科器械不兼容。在该方面，控制电路28002可被配置成能够仅当传感器数据流移动到较旧型式的外科器械的可接受阈值之外时使传感器28004在第二输出模式28006b下输出数据。
上文所述的技术允许过期型式的外科器械利用较新型式或当前型式的模块化部件而不丧失任何功能，并且当发布新型式的对应模块化部件时通过不强迫用户升级到较新型式的外科器械而为外科器械提供更长的有效寿命。
电路制成
在一个方面，用于模块化部件(例如，仓)的所有电路(例如，柔性电路)由各种类型和型式的模块化部件所利用的所有传感器技术制成。一旦制成，就可利用激光修整技术来启用/禁用传感器和特征结构，以及校准传感器。
在一个方面，利用非导电涂层技术的选择性蚀刻和沉积来制成电路，这些非导电涂层技术包括例如在1995年3月27日提交的标题为“NON-CONDUCTIVE COATINGS FORUNDERWATER CONNECTOR BACKSHELLS”的美国专利5,942,333中所述的金属氧化物非导电涂层，该专利申请全文据此以引用方式并入；聚氨酯和其他聚合物涂层；以及等离子喷涂陶瓷涂层。
在一个方面，利用将导电路径3D打印到仓和其他模块化部件中的技术来制成电路。此类技术可包括例如3D打印可用导电环氧树脂或气相沉积或利用石墨烯浸渍的可溶解的通道。
在一个方面，通过激光刮削电路内具有已知或预先确定的维度的开口来制成电路。例如，激光刮削可产生仅穿透电路的一个或多个层的通孔或部分深孔。又如，激光刮削可在电路的表面中产生多个小开口，以仅允许一定量的流体或一定尺寸的颗粒渗透表面。以此类方式制成的电路可用于本文所述的各种传感器或检测布置。
感测内部器械参数
在一个方面，外科器械150010和/或可通信地联接到外科器械150010的系统(例如，外科器械150010与之配对的外科集线器106，如上文参考图1至图11所述)可被改造成能够感测外科器械150010的内部参数。外科器械150010的所感测的内部参数可用于更好地理解器械如何操作以在操作期间调整参数。例如，外科器械150010可被配置成能够感测闭合致动(例如，马达电流和FTC)、击发致动(例如，马达电流和FTF)、关节运动(例如，端部执行器的角位置)、轴或端部执行器的旋转、驱动部件的闭环致动行程以及驱动部件的局部加载(导致在负载控制中运行驱动系统而不考虑侧隙和公差的能力)。
装置反馈显示能力
本文所述的外科器械(诸如在标题“外科器械硬件”下所述的外科器械)还可被配置成能够检测和显示组织特异性数据，诸如边缘周边、粘连、组织脆性、灌注水平和血管形成。
在一个方面，外科器械150010(图25)可被配置成能够显示钳口与围绕装置周边的解剖结构和组织的附带接触。换句话讲，外科器械可被配置成能够当钳口与预期操作部位周围的组织无意接触时显示钳口的位置或提供反馈。外科器械的各个方面可被配置成能够经由压电传感器、薄导电膜、阻抗传感器和/或光声传感器来检测附带组织接触，并且更一般地检测组织接触，如将在下文更详细地讨论。
在一个方面，外科器械可被配置成能够利用一个或多个传感器来评估所抓持的组织的活力。图D10示出了根据本公开的至少一个方面的包括第一传感器28102和第二传感器28104的端部执行器28100。端部执行器28100可包括被配置成能够感测由端部执行器3000夹持的组织的pCO2、血流和/或病理的一个或多个传感器28102、28104，诸如光学传感器、压声传感器、阻抗传感器和/或光声传感器。关于各种此类传感器和传感器组件的附加细节可见于标题“外科器械硬件”下。
在一个方面，外科器械被配置成能够经由例如二氧化碳图来评估所抓持的组织的通气或pCO2含量。在该方面，外科器械包括红外(IR)发射源(例如，LED)，诸如图98所示的光源28106；以及传感器(光电探测器)，诸如图97所示的传感器28102、28104中的一个或多个，该传感器接收透射穿过所抓持的组织的IR光以测量组织中IR光的吸光度。IR光的吸光度指示组织中存在的CO2的比例(更多的吸光度等于更多的CO2)。在一个方面，IR光源可设置在砧座28108上，并且光电探测器可设置在仓28110上。在另一个方面，IR光源可设置在仓28110上，并且光电检测器可设置在砧座28108上(如图97至图98所示)。
在一个方面，外科器械被配置成能够经由例如脉搏血氧定量法来评估所抓持的组织的灌注或所抓持的组织中的血流。在该方面，外科器械包括一个或多个光源，例如LED，该一个或多个光源被配置成能够发射两种不同波长的光，诸如例如IR和红色。此类光源可为例如图98所示的光源28106。在各种情况下，外科器械还包括传感器，例如光传感器，诸如图97所示的传感器28102、28104中的一个或多个，该传感器接收透射穿过所抓持的组织的光以测量组织中的光的吸光度。当两个波长的光(例如红色和IR)穿过组织时，两个波长的吸光度变化与组织中的氧饱和度相关。这是由于氧合血红蛋白吸收更多IR光并且脱氧血红蛋白吸收更多红光的事实。在一个方面，外科器械可利用反射脉搏血氧定量技术来测量氧饱和度，其中例如光源28106设置在砧座28108上并且传感器设置在砧座28108或仓28110上。在传感器28102、28104设置在砧座28108上的此类情况下，可使用反射仓。在各种情况下，反射仓包括仓28110，该仓具有设置在仓平台28112上的反射层或材料。在另一个方面，外科器械可利用传输脉搏血氧定量技术，其中例如光源28106设置在砧座28108上并且传感器28102、28104设置在仓28110上。这些方面提供了检测局部氧饱和度的能力，诸如例如组织是否正在失去氧气，并且可指示组织是否正被过度压缩。在各种情况下，如果钉击发能够在非固定组织间隙处发生并且/或者提供关于击发的go/no-go数据，则这些方面可用于帮助识别钉击发的理想压缩力。
在一个方面，外科器械被配置成能够经由例如一般光体积描记术来评估所抓持的组织的灌注或所抓持的组织中的血流。在该方面，外科器械包括被配置成能够发射光的一个或多个光源(诸如例如，LED)，诸如图98所示的光源28106。在各种情况下，外科器械还包括传感器，诸如，例如光电探测器。此类传感器可包括例如图97所示的传感器28102、28104中的一者或多者。传感器28102、28104可被配置成能够接收由光源28106透射穿过所抓持的组织的光，以测量组织中的光的吸光度。当光通过光源28106透射穿过组织时，在组织中的脉动的血液将引起所吸收的光的量或程度的变化，该光随后可由传感器28102、28104检测。所接收的光的波形频率与脉搏相关，并且振幅与脉压相关。在一个方面，外科器械可利用反射光体积描记技术来测量血流，其中例如光源28106设置在砧座28108上并且传感器28102、28104设置在砧座28108或仓28110上。在传感器28102、28104设置在砧座28108上的情况下，可使用反射仓。反射仓可包括仓28110，该仓具有设置在仓平台28112上的反射层或材料。在另一个方面，外科器械可利用传输光体积描记技术，其中例如光源28106设置在砧座28108上并且传感器28102、28104设置在仓28110上。这些方面在执行钉击发行程之前提供了局部灌注的感测，诸如血液是否流过主血管，并且可指示组织是否被压缩不足。此外，这些方面可提供击发时的go/no-go数据。
在一个方面，外科器械被配置成能够经由例如压声传感器或薄膜涂层来评估所抓持的组织的组织病理或位置。外科器械可包括压声传感器，诸如图97所示的传感器28102、28104中的一者或多者，或设置在例如仓28110上的薄膜涂层(例如，导电材料的薄膜涂层)。薄膜涂层的示例可包括例如导电材料。压声传感器和薄膜涂层被配置成能够测量组织属性的变化，以在钉击发行程之前确定组织的含量/特性和/或病理。利用导电材料来评估组织状况在标题“外科器械硬件”下更详细地讨论，诸如结合图66至图67更详细地讨论。压声传感器和/或薄膜涂层可用于测量和/或区分组织中的钙化和非钙化、组织和/或纤维组织和非纤维组织中的斑块和非斑块。
在一个方面，外科器械被配置成能够经由例如电阻抗传感器来评估所抓持的组织的组织病理或位置。外科器械可包括阻抗传感器，诸如图97所示的传感器28102、28104中的一者或多者。在一个方面，阻抗传感器可位于沿砧座28108和/或仓28110的一个或多个离散位置处。在该方面，阻抗传感器可用于确定是否存在定位在砧座28108和/或仓28110的该离散位置处或抵靠该离散位置定位的组织。在另一个方面，阻抗传感器可位于沿砧座28108和/或仓28110的长度的多个位置处。在该方面，阻抗传感器可用于确定沿砧座28108和/或仓28110的点中的任一个处的组织的存在。在一个方面，阻抗传感器的多个位置可各自包括绝缘区域和传导区域。关于阻抗传感器的更多细节可见于标题“外科器械硬件”下，诸如结合图36至图43所示。
在一个方面，外科器械被配置成能够经由例如光声传感器和/或薄膜涂层来评估所抓持的组织的组织病理和/或位置。外科器械可包括光声传感器，诸如图97所示的传感器28102、28104中的一者或多者，或设置在例如仓28110上的薄膜涂层。薄膜涂层可包括例如导电材料。外科器械可包括具有宽带超声检测器的基于可调谐光学参数振荡器的激光系统。在该方面，外科器械可包括用于传输光的光纤。柄部单元可包括附接到其上或与其成一整体的控制和/或分析单元。光声传感器和薄膜涂层被配置成能够测量由参数振荡器引起的组织属性的变化，以在钉击发行程之前确定组织的特性和/或病理。利用导电材料来评估组织状况在标题“外科器械硬件”下更详细地讨论，诸如结合图66至图67更详细地讨论。光声传感器或薄膜涂层可用于测量和/或区分组织中的钙化和非钙化、组织和/或纤维组织和非纤维组织中的斑块和非斑块。
在各种示例中，除了检测到与癌组织的接近度之外，本公开的端部执行器还可被配置成能够靶向特定组织中的特定癌症类型。如在Altenberg B和Greulich KO，Genomics，第84卷，第2004期，第1014-1020页的杂志出版物(其全文以引用方式并入本文)中所指出的，某些癌症通过糖酵解基因的过表达来表征，而其他癌症不通过糖酵解基因的过表达来表征。因此，本公开的端部执行器可配备有对某些癌组织具有高特异性的传感器阵列，这些癌组织通过糖酵解基因的过表达来表征，诸如肺癌或肝癌。
在各个方面，根据本公开的传感器阵列的传感器读数由外科器械传送到外科集线器(例如，外科集线器106、206)，以用于附加分析和/或用于态势感知。
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1：一种与外科器械一起使用的模块化部件。所述模块化部件包括传感器；和联接到所述传感器的控制电路。所述控制电路被配置成能够：在所述模块化部件联接到所述外科器械的情况下确定所述模块化部件的型式是否对应于所述外科器械的型式；以及使所述传感器根据所述模块化部件的所述型式是否对应于所述外科器械的所述型式而以第一输出模式或第二输出模式中的一者输出由所述传感器检测到的数据；其中第一输出模式的数据与外科器械的第一型式兼容，并且第二输出模式的数据与外科器械的第二型式兼容。
实施例2：根据实施例1所述的模块化部件，其中，所述模块化部件包括钉仓。
实施例3：根据实施例1或2所述的模块化部件，其中，所述第一型式包括所述外科器械的当前型式，并且所述第二型式包括所述外科器械的先前型式。
实施例4：根据实施例1-3中任一项所述的模块化部件，其中：所述第一输出模式对应于磁阻和阻抗数据馈送；并且所述第二输出模式对应于霍尔效应数据馈送。
实施例5：根据实施例1-3中任一项所述的模块化部件，其中：所述第一输出模式对应于霍尔效应数据馈送；并且所述第二输出模式对应于限位开关数据馈送。
实施例6：一种与外科器械一起使用的模块化部件，所述模块化部件包括：传感器；和联接到所述传感器的控制电路。所述控制电路被配置成能够：接收来自传感器的数据输出；在所述模块化部件联接到所述外科器械的情况下，确定模块化部件型式是否对应于外科器械型式；以及根据所述模块化部件型式是否对应于所述外科器械型式而将所述数据输出从第一格式转换为第二格式；其中所述第一格式与所述外科器械的第一型式兼容，并且所述第二格式与所述外科器械的第二型式兼容。
实施例7：根据实施例6所述的模块化部件，其中，所述模块化部件包括钉仓。
实施例8：根据实施例6或7所述的模块化部件，其中，所述第一型式包括所述外科器械的当前型式，并且所述第二型式包括所述外科器械的先前型式。
实施例9：根据实施例6-8中任一项所述的模块化部件，其中：所述第一格式对应于磁阻和阻抗数据馈送；并且所述第二格式对应于霍尔效应数据馈送。
实施例10：根据实施例6-8中任一项所述的模块化部件，其中：所述第一格式对应于霍尔效应数据馈送；并且所述第二格式对应于限位开关数据馈送。
实施例11：一种外科系统，所述外科系统包括外科器械；和能够连接到所述外科器械的模块化部件，所述模块化部件包括：传感器；和联接到所述传感器的控制电路，所述控制电路被配置成能够：在所述模块化部件联接到所述外科器械的情况下确定所述模块化部件的型式是否对应于所述外科器械的型式；以及使所述传感器根据所述模块化部件的所述型式是否对应于所述外科器械的所述型式而以第一输出模式或第二输出模式中的一者输出由所述传感器检测到的数据；其中第一输出模式的数据与外科器械的第一型式兼容，并且第二输出模式的数据与外科器械的第二型式兼容。
实施例12：根据实施例11所述的外科系统，其中，所述模块化部件包括钉仓。
实施例13：根据实施例11或12所述的外科系统，其中，所述第一型式包括所述外科器械的当前型式，并且所述第二型式包括所述外科器械的先前型式。
实施例14：根据实施例11-13中任一项所述的外科系统，其中：所述第一输出模式对应于磁阻和阻抗数据馈送；并且所述第二输出模式对应于霍尔效应数据馈送。
实施例15：根据实施例11-13中任一项所述的外科系统，其中：所述第一输出模式对应于霍尔效应数据馈送；并且所述第二输出模式对应于限位开关数据馈送。
实施例16：根据实施例11-15中任一项所述的外科系统，其中，所述外科器械包括外科缝合器。
上述具体实施方式已通过使用框图、流程图和/或示例阐述了装置和/或方法的各种形式。只要此类框图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作，本领域的技术人员就要将其理解为此类框图、流程图和/或示例中的每个功能和/或操作都可以单独和/或共同地通过多种硬件、软件、固件或实际上它们的任何组合来实施。本领域的技术人员将会认识到，本文公开的形式中的一些方面可作为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序(如，作为在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序)，作为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(如，作为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，作为固件，或作为实际上它们的任何组合全部或部分地在集成电路中等效地实现，并且根据本发明，设计电子电路和/或编写软件和/或硬件的代码将在本领域技术人员的技术范围内。另外，本领域的技术人员将会认识到，本文所述主题的机制能够作为多种形式的一个或多个程序产品进行分布，并且本文所述主题的示例性形式适用，而不管用于实际进行分布的信号承载介质的具体类型是什么。
用于编程逻辑以执行各种所公开的方面的指令可存储在系统内的存储器内，诸如动态随机存取存储器(DRAM)、高速缓存、闪存存储器或其它存储器。此外，指令可经由网络或通过其它计算机可读介质来分发。因此，机器可读介质可包括用于存储或发射以机器(例如，计算机)读形式的信息的机构，但不限于软盘、光学盘、光盘、只读存储器(CD-ROM)、磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁卡或光卡、闪存存储器、或经由电信号、光学信号、声学信号或其它形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)在因特网上发射信息时使用的有形的、机器可读存储装置。因此，非暂态计算机可读介质包括适于以机器(例如，计算机)可读的形式存储或发射电子指令或信息的任何类型的有形机器可读介质。
如本文任一方面所用，术语“控制电路”可指例如硬连线电路系统、可编程电路系统(例如，计算机处理器，该计算机处理器包括一个或多个单独指令处理内核、处理单元，处理器、微控制器、微控制器单元、控制器、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑装置(PLD)、可编程逻辑阵列(PLA)、场可编程门阵列(FPGA))、状态机电路系统、存储由可编程电路系统执行的指令的固件、以及它们的任何组合。控制电路可以集体地或单独地实现为形成更大系统的一部分的电路系统，例如集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、片上系统(SoC)、台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、服务器、智能电话等。因此，如本文所用，“控制电路”包括但不限于具有至少一个离散电路的电子电路、具有至少一个集成电路的电子电路、具有至少一个专用集成电路的电子电路、形成由计算机程序配置的通用计算设备的电子电路(如，至少部分地实施本文所述的方法和/或设备的由计算机程序配置的通用计算机，或至少部分地实施本文所述的方法和/或设备的由计算机程序配置的微处理器)、形成存储器设备(如，形成随机存取存储器)的电子电路，和/或形成通信设备(如，调节解调器、通信开关或光电设备)的电子电路。本领域的技术人员将会认识到，可以模拟或数字方式或它们的一些组合实施本文所述的主题。
如本文的任何方面所用，术语“逻辑”可指被配置成能够执行前述操作中的任一者的应用程序、软件、固件和/或电路系统。软件可体现为记录在非暂态计算机可读存储介质上的软件包、代码、指令、指令集和/或数据。固件可以体现为在存储器设备中硬编码(例如，非易失性)的代码、指令或指令集和/或数据。
如本文任一方面所用，术语“部件”、“系统”、“模块”等可指计算机相关实体、硬件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件。
如本文任一方面中所用，“算法”是指导致所需结果的有条理的步骤序列，其中“步骤”是指物理量和/或逻辑状态的操纵，物理量和/或逻辑状态可以(但不一定)采用能被存储、转移、组合、比较和以其它方式操纵的电或磁信号的形式。常用于指这些信号，如位、值、元素、符号、字符、术语、数字等。这些和类似的术语可与适当的物理量相关联并且仅仅是应用于这些量和/或状态的方便的标签。
网络可包括分组交换网络。通信装置可能够使用所选择的分组交换网络通信协议来彼此通信。一个示例性通信协议可包括可允许使用传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)进行通信的以太网通信协议。以太网协议可符合或兼容电气和电子工程师学会(IEEE)于2008年12月发布的名为“IEEE 802.3标准”的以太网标准和/或本标准的更高版本。另选地或附加地，通信装置可以能够使用X.25通信协议彼此通信。X.25通信协议可符合或符合国际电信联盟电信标准化部门(ITU-T)颁布的标准。另选地或附加地，通信装置可以能够使用帧中继通信协议彼此通信。帧中继通信协议可符合或符合国际电话和电话协商委员会(CCITT)和/或美国国家标准学会(ANSI)发布的标准。另选地或附加地，收发器可以能够使用异步传输模式(ATM)通信协议彼此通信。ATM通信协议可符合或兼容ATM论坛于2001年8月发布的名为“ATM-MPLS网络互通2.0”的ATM标准和/或该标准的更高版本。当然，本文同样设想了不同的和/或之后开发的连接取向的网络通信协议。
除非上述公开中另外明确指明，否则可以理解的是，在上述公开中，使用术语如“处理”、“估算”、“计算”、“确定”、“显示”等的讨论是指计算机系统或类似的电子计算设备的动作和进程，其操纵表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据并将其转换成相似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其他此类信息存储、传输或显示设备内的物理量的其他数据。
一个或多个部件在本文中可被称为“被配置成能够”、“可被配置成能够”、“可操作/可操作地”、“适于/可适于”、“能够”、“可适形/适形于”等。本领域的技术人员将会认识到，除非上下文另有所指，否则“被配置成能够”通常可涵盖活动状态的部件和/或未活动状态的部件和/或待机状态的部件。
术语“近侧”和“远侧”在本文中是相对于操纵外科器械的柄部部分的临床医生来使用的。术语“近侧”是指最靠近临床医生的部分，术语“远侧”是指远离临床医生定位的部分。还应当理解，为简洁和清楚起见，本文可结合附图使用诸如“竖直”、“水平”、“上”和“下”等空间术语。然而，外科器械在许多方向和位置中使用，并且这些术语并非限制性的和/或绝对的。
本领域的技术人员将认识到，一般而言，本文、以及特别是所附权利要求(例如，所附权利要求的正文)中所使用的术语通常旨在为“开放”术语(例如，术语“包括”应解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”，术语“包含”应解释为“包含但不限于”等)。本领域的技术人员还应当理解，如果所引入权利要求叙述的具体数目为预期的，则这样的意图将在权利要求中明确叙述，并且在不存在这样的叙述的情况下，不存在这样的意图。例如，为有助于理解，下述所附权利要求可含有对介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求。然而，对此类短语的使用不应视为暗示通过不定冠词“一个”或“一种”引入权利要求表述将含有此类引入权利要求表述的任何特定权利要求限制在含有仅一个这样的表述的权利要求中，甚至当同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和诸如“一个”或“一种”(例如，“一个”和/或“一种”通常应解释为意指“至少一个”或“一个或多个”)的不定冠词时；这也适用于对用于引入权利要求表述的定冠词的使用。
术语“包括(comprise)”(以及“包括(comprise)”的任何形式，诸如“包括(comprises)”和“包括(comprising)”)、“具有(have)”(以及“具有(have)”的任何形式，诸如“具有(has)”和“具有(having)”)、“包含(include)”(以及“包含(include)”的任何形式，诸如“包含(includes)”和“包含(including)”)、以及“含有(contain)”(以及“含有(contain)”的任何形式，诸如“含有(contains)”和“含有(containing)”)为开放式系动词。因此，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个元件的外科系统、装置、或设备具有这些一个或多个元件，但不限于仅具有这些一个或多个元件。同样，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个特征部的系统、装置、或设备的元件具有那些一个或多个特征部，但不限于仅具有那些一个或多个特征部。
另外，即使明确叙述引入权利要求叙述的特定数目，本领域的技术人员应当认识到，此种叙述通常应解释为意指至少所叙述的数目(例如，在没有其它修饰语的情况下，对“两个叙述”的裸叙述通常意指至少两个叙述、或两个或更多个叙述)。此外，在其中使用类似于“A、B和C中的至少一者等”的惯例的那些情况下，一般而言，这种结构意在具有本领域的技术人员将理解所述惯例的意义(例如，“具有A、B和C中的至少一者的系统”将包括但不限于具有仅A、仅B、仅C、A和B一起、A和C一起、B和C一起和/或A、B和C一起等的系统)。在其中使用类似于“A、B或C中的至少一者等”的惯例的那些情况下，一般而言，这种结构意在具有本领域的技术人员将理解所述惯例的意义(例如，“具有A、B或C中的至少一者的系统”应当包括但不限于具有仅A、仅B、仅C、A和B一起、A和C一起、B和C一起和/或A、B和C一起等的系统)。本领域的技术人员还应当理解，通常，除非上下文另有指示，否则无论在具体实施方式、权利要求或附图中呈现两个或更多个替代术语的转折性词语和/或短语应理解为涵盖包括所述术语中的一者、所述术语中的任一个或这两个术语的可能性。例如，短语“A或B”通常将被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
对于所附的权利要求，本领域的技术人员将会理解，其中表述的操作通常可以任何顺序进行。另外，尽管以(一个或多个)序列出了多个操作流程图，但应当理解，可以不同于所示顺序的其它顺序进行所述多个操作，或者可以同时进行所述多个操作。除非上下文另有规定，否则此类替代排序的示例可包括叠加、交错、中断、重新排序、增量、预备、补充、同时、反向，或其他改变的排序。此外，除非上下文另有规定，否则像“响应于”、“相关”这样的术语或其它过去式的形容词通常不旨在排除此类变体。
值得一提的是，任何对“一个方面”、“一方面”、“一范例”、“一个范例”的提及均意指结合所述方面所述的具体特征、结构或特性包括在至少一个方面中。因此，在整个说明书的不同位置出现的短语“在一个方面”、“在一方面”、“在一范例”、“在一个范例”不一定都指同一方面。此外，具体特征、结构或特性可在一个或多个方面中以任何合适的方式组合。
本说明书提及和/或在任何申请数据表中列出的任何专利申请，专利，非专利公布或其它公开材料均以引用方式并入本文，只要所并入的材料在此不一致。因此，并且在必要的程度下，本文明确列出的公开内容代替以引用方式并入本文的任何冲突材料。据称以引用方式并入本文但与本文列出的现有定义、陈述或其他公开材料相冲突的任何材料或其部分，将仅在所并入的材料与现有的公开材料之间不产生冲突的程度下并入。
概括地说，已经描述了由采用本文所述的概念产生的许多有益效果。为了举例说明和描述的目的，已经提供了一个或多个形式的上述具体实施方式。这些具体实施方式并非意图为详尽的或限定到本发明所公开的精确形式。可以按照上述教导内容对本发明进行修改或变型。选择和描述的一个或多个形式是为了说明原理和实际应用，从而使本领域的普通技术人员能够利用适用于预期的特定用途的所述多个形式和多种修改形式。与此一同提交的权利要求书旨在限定完整范围。
Claims (16)
1.一种与外科器械一起使用的模块化部件，所述模块化部件包括：
传感器；和
联接到所述传感器的控制电路，所述控制电路被配置成能够：
在所述模块化部件联接到所述外科器械的情况下确定所述模块化部件的型式是否对应于所述外科器械的型式；以及
使所述传感器根据所述模块化部件的所述型式是否对应于所述外科器械的所述型式而以第一输出模式或第二输出模式中的一者输出由所述传感器检测到的数据；
其中所述第一输出模式的数据与所述外科器械的第一型式兼容，并且所述第二输出模式的数据与所述外科器械的第二型式兼容。
2.根据权利要求1所述的模块化部件，其中，所述模块化部件包括钉仓。
3.根据权利要求1所述的模块化部件，其中，所述第一型式包括所述外科器械的当前型式，并且所述第二型式包括所述外科器械的先前型式。
4.根据权利要求1所述的模块化部件，其中：
所述第一输出模式对应于磁阻和阻抗数据馈送；并且
所述第二输出模式对应于霍尔效应数据馈送。
5.根据权利要求1所述的模块化部件，其中：
所述第一输出模式对应于霍尔效应数据馈送；并且
所述第二输出模式对应于限位开关数据馈送。
6.一种与外科器械一起使用的模块化部件，所述模块化部件包括：
传感器；和
联接到所述传感器的控制电路，所述控制电路被配置成能够：
接收来自所述传感器的数据输出；
在所述模块化部件联接到所述外科器械的情况下，确定模块化部件型式是否对应于外科器械型式；以及
根据所述模块化部件型式是否对应于所述外科器械型式而将所述数据输出从第一格式转换为第二格式；
其中所述第一格式与所述外科器械的第一型式兼容，并且所述第二格式与所述外科器械的第二型式兼容。
7.根据权利要求6所述的模块化部件，其中，所述模块化部件包括钉仓。
8.根据权利要求6所述的模块化部件，其中，所述第一型式包括所述外科器械的当前型式，并且所述第二型式包括所述外科器械的先前型式。
9.根据权利要求6所述的模块化部件，其中：
所述第一格式对应于磁阻和阻抗数据馈送；并且
所述第二格式对应于霍尔效应数据馈送。
10.根据权利要求6所述的模块化部件，其中：
所述第一格式对应于霍尔效应数据馈送；并且
所述第二格式对应于限位开关数据馈送。
11.一种外科系统，包括：
外科器械；和
能够连接到所述外科器械的模块化部件，所述模块化部件包括：
传感器；和
联接到所述传感器的控制电路，所述控制电路被配置成能够：
在所述模块化部件联接到所述外科器械的情况下确定所述模块化部件的型式是否对应于所述外科器械的型式；以及
使所述传感器根据所述模块化部件的所述型式是否对应于所述外科器械的所述型式而以第一输出模式或第二输出模式中的一者输出由所述传感器检测到的数据；
其中所述第一输出模式的数据与所述外科器械的第一型式兼容，并且所述第二输出模式的数据与所述外科器械的第二型式兼容。
12.根据权利要求11所述的外科系统，其中，所述模块化部件包括钉仓。
13.根据权利要求11所述的外科系统，其中，所述第一型式包括所述外科器械的当前型式，并且所述第二型式包括所述外科器械的先前型式。
14.根据权利要求11所述的外科系统，其中：
所述第一输出模式对应于磁阻和阻抗数据馈送；并且
所述第二输出模式对应于霍尔效应数据馈送。
15.根据权利要求11所述的外科系统，其中：
所述第一输出模式对应于霍尔效应数据馈送；并且
所述第二输出模式对应于限位开关数据馈送。
16.根据权利要求11所述的外科系统，其中，所述外科器械包括外科缝合器。
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