CN111566753A - 外科集线器态势感知 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了各种外科集线器。外科集线器被配置成能够可通信地耦接到数据源和模块化装置。所述外科集线器具有处理器和耦接到所述处理器的存储器，或者可以具有控制电路或计算机可读介质。执行指令以使所述外科集线器从所述数据源接收围术期数据、根据所述围术期数据确定有关所述外科手术的背景信息、根据所述背景信息确定用于所述模块化装置的控制调节以及根据所述控制调节来控制所述模块化装置。所述围术期数据包括在外科手术过程期间由所述数据源检测到的数据。
Description
相关申请的交叉引用
本申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定要求2018年3月28日提交的标题为外科集线器态势感知(SURGICAL HUB SITUATIONAL AWARENESS)的美国临时专利申请序列号62/649,300的优先权的权益，该临时专利申请的公开内容据此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、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。外科手术通常在诸如例如医院的医疗设施的外科手术室或房间中执行。通常在患者周围创建无菌场。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。在执行外科手术时利用各种外科装置和系统。
发明内容
在一个大体方面，提供了一种外科集线器。该外科集线器被配置成能够可通信地耦接到数据源和模块化装置。该外科集线器包括处理器和耦接到处理器的存储器。存储器存储指令，这些指令在由处理器执行时使外科集线器从数据源接收围术期数据。所述围术期数据包括在外科手术过程期间由所述数据源检测到的数据。由处理器执行的这些指令还根据围术期数据确定有关外科手术的背景信息、根据背景信息确定用于模块化装置的控制调节以及根据控制调节来控制模块化装置。
在另一个大体方面，提供了一种外科集线器，该外科集线器被配置成能够可通信地耦接到数据源和模块化装置。该外科集线器包括控制电路。控制电路被配置成能够从数据源接收围术期数据，其中该围术期数据包括在外科手术过程期间由数据源检测到的数据。控制电路还被配置成能够根据围术期数据确定有关外科手术的背景信息、根据背景信息确定用于模块化装置的控制调节以及根据控制调节来控制模块化装置。
在又一个大体方面，一种非暂态计算机可读介质存储计算机可读指令，该计算机可读指令在由被配置成能够可通信地耦接到数据源和模块化装置的外科集线器执行时使外科集线器从数据源接收围术期数据、根据围术期数据确定有关外科手术的背景信息、根据背景信息确定用于模块化装置的控制调节以及根据控制调节来控制模块化装置。
附图说明
各种方面的特征在所附权利要求书中进行了特别描述。然而，通过参考以下结合如下附图所作的说明可最好地理解所述多个方面(有关手术组织和方法)及其进一步的目的和优点。
图1为根据本公开的至少一个方面的计算机实现的交互式外科系统的框图。
图2为根据本公开的至少一个方面的用于在手术室中执行外科手术的外科系统。
图3为根据本公开的至少一个方面的与可视化系统、机器人系统和智能器械配对的外科集线器。
图4为根据本公开的至少一个方面的外科集线器壳体和可滑动地容纳在外科集线器壳体的抽屉中的组合发生器模块的局部透视图。
图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器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容纳多个模块。
图7示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够容纳多个模块的竖直模块化外壳。
图8示出了根据本公开的至少一个方面的包括模块化通信集线器的外科数据网络，该模块化通信集线器被配置成能够将位于医疗设施的一个或多个手术室中的模块化装置或专用于外科操作的医疗设施中的任何房间连接到云。
图9为根据本公开的至少一个方面的计算机实现的交互式外科系统。
图10示出了根据本公开的至少一个方面的包括耦接到模块化控制塔的多个模块的外科集线器。
图11示出了根据本公开的至少一个方面的通用串行总线(USB)网络集线器装置的一个方面。
图12示出了根据本公开的至少一个方面的外科器械或工具的控制系统的逻辑图。
图13示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够控制外科器械或工具的各个方面的控制电路。
图14示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够控制外科器械或工具的各个方面的组合逻辑电路。
图15示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够控制外科器械或工具的各方面的时序逻辑电路。
图16示出了根据本公开的至少一个方面的包括多个马达的外科器械或工具，多个马达可被激活以执行各种功能。
图17为根据本公开的至少一个方面的被配置成能够操作本文所述的外科工具的机器人外科器械的示意图。
图18示出了根据本公开的至少一个方面的被编程以控制位移构件的远侧平移的外科器械的框图。
图19为根据本公开的至少一个方面的被配置成能够控制各个功能的外科器械的示意图。
图20为根据本公开的至少一个方面的被配置成能够提供无电感器调谐以及其他益处的发生器的简化框图。
图21示出了根据本公开的至少一个方面的为图20的发生器的一种形式的发生器的示例。
图22示出了根据本公开的至少一个方面的态势感知外科系统的图。
图23A示出了根据本公开的至少一个方面的用于根据从所接收的数据导出的背景信息来控制模块化装置的方法的逻辑流程图。
图23B示出了根据本公开的至少一个方面的用于根据从第一模块化装置接收的围术期数据导出的背景信息来控制第二模块化装置的方法的逻辑流程图。
图23C示出了根据本公开的至少一个方面的用于根据从第一模块化装置和第二模块化装置接收的围术期数据导出的背景信息来控制第二模块化装置的方法的逻辑流程图。
图23D示出了根据本公开的至少一个方面的根据从第一模块化装置和第二模块化装置接收的围术期数据导出的背景信息来控制第三模块化装置的方法的逻辑流程图。
图24A示出了根据本公开的至少一个方面的可通信地耦接到特定的一组模块化装置和电子医疗记录(EMR)数据库的外科集线器的图。
图24B示出了根据本公开的至少一个方面的包括压力传感器的排烟器的图。
图25A示出了根据本公开的至少一个方面的用于根据排烟器围术期数据来确定手术类型的方法的逻辑流程图。
图25B示出了根据本公开的至少一个方面的用于根据排烟器、吹入器和医学成像装置围术期数据来确定手术类型的方法的逻辑流程图。
图25C示出了根据本公开的至少一个方面的用于根据医学成像装置围术期数据来确定手术类型的方法的逻辑流程图。
图25D示出了根据本公开的至少一个方面的用于根据吹入器围术期数据来确定手术步骤的方法的逻辑流程图。
图25E示出了根据本公开的至少一个方面的用于根据能量发生器围术期数据来确定手术步骤的方法的逻辑流程图。
图25F示出了根据本公开的至少一个方面的用于根据能量发生器围术期数据来确定手术步骤的方法的逻辑流程图。
图25G示出了根据本公开的至少一个方面的用于根据缝合器围术期数据来确定手术步骤的方法的逻辑流程图。
图25H示出了根据本公开的至少一个方面的用于根据呼吸机、脉搏血氧仪、血压监测器和/或EKG监测器围术期数据来确定患者状态的方法的逻辑流程图。
图25I示出了根据本公开的至少一个方面的用于根据脉搏血氧仪、血压监测器和/或EKG监测器围术期数据来确定患者状态的方法的逻辑流程图。
图25J示出了根据本公开的至少一个方面的用于根据呼吸机围术期数据来确定患者状态的方法的逻辑流程图。
图26A示出了根据本公开的至少一个方面的耦接到外科集线器以扫描患者腕带的扫描仪。
图26B示出了根据本公开的至少一个方面的耦接到外科集线器以扫描外科物品的列表的扫描仪。
图27示出了根据本公开的至少一个方面的示例性外科手术的时间线以及外科集线器可从外科手术中的每个步骤处检测到的数据得出的推论。
图28A示出了根据本公开的至少一个方面的描绘导入存储在EMR数据库中的患者数据并从其导出推论的方法的流程图。
图28B示出了根据本公开的至少一个方面的描绘确定与从图28A中导出的推论相对应的控制调节的方法的流程图。
图29示出了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30示出了根据本公开的至少一个方面的跟踪与手术室事件相关联的数据的逻辑流程图。
图31示出了根据本公开的至少一个方面的描绘可如何解析由外科集线器跟踪的数据以提供越来越详细的度量的图。
图32示出了根据本公开的至少一个方面的描绘对于不同的手术室的相对于一周中的日期的手术患者数量的柱形图。
图33示出了根据本公开的至少一个方面的描绘对于特定手术室的相对于一周中的日期的手术之间的总停工时间的柱形图。
图34示出了根据本公开的至少一个方面的描绘根据每个单独的停工时间实例分解的图33所示的一周中的每个日期的总停工时间的柱形图。
图35示出了根据本公开的至少一个方面的描绘对于特定手术室的相对于一周中的日期的平均手术长度的柱形图。
图36示出了根据本公开的至少一个方面的描绘相对于手术类型的手术长度的柱形图。
图37示出了根据本公开的至少一个方面的描绘对于不同类型的胸腔手术的特定手术步骤的平均完成时间的柱形图。
图38示出了根据本公开的至少一个方面的描绘相对于手术类型的手术时间的柱形图。
图39示出了根据本公开的至少一个方面的描绘相对于一天中的时间的手术室停工时间的柱形图。
图40示出了根据本公开的至少一个方面的描绘相对于一周中的日期的手术室停工时间的柱形图。
图41示出了根据本公开的至少一个方面的描绘利用手术室的时间百分比的一对饼形图。
图42示出了根据本公开的至少一个方面的描绘相对于手术类型的消耗和未使用的外科物品的柱形图。
图43示出了根据本公开的至少一个方面的用于存储来自模块化装置和患者信息数据库的数据以进行比较的方法的逻辑流程图。
图44示出了根据本公开的至少一个方面的分布式计算系统的图。
图45示出了根据本公开的至少一个方面的用于转移分布式计算资源的方法的逻辑流程图。
图46示出了根据本公开的至少一个方面的成像系统和带有校准标度的外科器械的图。
具体实施方式
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，其中的每个以引用方式全文并入本文：
·美国临时专利申请序列号62/649,302，其标题为具有加密通信能力的交互式外科系统(INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH ENCRYPTED COMMUNICATIONCAPABILITIES)；
·美国临时专利申请序列号62/649,294，其标题为询问患者记录并创建匿名记录的数据剥离方法(DATA STRIPPING METHOD TO INTERROGATE PATIENT RECORDS ANDCREATE ANONYMIZED RECORD)；
·美国临时专利申请序列号62/649,300，其标题为外科集线器态势感知(SURGICAL HUB SITUATIONAL AWARENESS)；
·美国临时专利申请序列号62/649,309，其标题为用于确定手术室中的装置的外科集线器空间感知(SURGICAL HUB SPATIAL AWARENESS TO DETERMINE DEVICES INOPERATING THEATER)；
·美国临时专利申请序列号62/649,310，其标题为计算机实现的交互式外科系统(COMPUTER IMPLEMENTED INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS)；
·美国临时专利申请序列号62/649,291，其标题为使用激光和红绿蓝显色来确定背散射光的特性(USE OF LASER LIGHT AND RED-GREEN-BLUE COLORATION TO DETERMINEPROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT)；
·美国临时专利申请序列号62/649,296，其标题为针对外科装置的自适应控制程序更新(ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL DEVICES)；
·美国临时专利申请序列号62/649,333，其标题为用于定制和向用户推荐的基于云的医学分析(CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR CUSTOMIZATION ANDRECOMMENDATIONS TO A USER)；
·美国临时专利申请序列号62/649,327，其标题为用于安全和认证趋势和反应性测量的基于云的医学分析(CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR SECURITY ANDAUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES)；
·美国临时专利申请序列号62/649,315，其标题为云分析网络中的数据处理和优先级(DATA HANDLING AND PRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICS NETWORK)；
·美国临时专利申请序列号62/649,313，其标题为用于耦接的外科装置的云接口(CLOUD INTERFACE FOR COUPLED SURGICAL DEVICES)；
·美国临时专利申请序列号62/649,320，其标题为用于机器人辅助外科平台的驱动布置方式(DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)；
·美国临时专利申请序列号62/649,307，其标题为用于机器人辅助外科平台的自动工具调节(AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)；以及
·美国临时专利申请序列号62/649,323，其标题为用于机器人辅助外科平台的感测布置方式(SENSING ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)。
本专利申请的申请人拥有于2018年3月29日提交的以下美国专利申请，其中的每个以引用方式全文并入本文：
·美国专利申请序列号为____________，其标题为具有加密通信能力的交互式外科系统(INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH ENCRYPTED COMMUNICATIONCAPABILITIES)；代理人案卷号END8499USNP/170766；
·美国专利申请序列号____________，其标题为具有条件处理装置和数据能力的交互式外科系统(INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH CONDITION HANDLING OFDEVICES AND DATA CAPABILITIES)；代理人案卷号END8499USNP1/170766-1；
·美国专利申请序列号____________，其标题为手术室装置控制和通信的外科集线器协调(Surgical hub coordination of control and communication of operatingroom devices)；代理人案卷号END8499USNP2/170766-2；
·美国专利申请序列号____________，其标题为手术室中的外科集线器的空间感知(Spatial awareness of surgical hubs in operating rooms)；代理人案卷号END8499USNP3/170766-3；
·美国专利申请序列号____________，其标题为通过智能外科集线器从次级源导出的数据的协作利用(Cooperative utilization of data derived from secondarysources by intelligent surgical hubs)；代理人案卷号END8499USNP4/170766-4；
·美国专利申请序列号____________，其标题为外科集线器控制布置方式(Surgical hub control arrangements)；代理人案卷号END8499USNP5/170766-5；
·美国专利申请序列号____________，其标题为询问患者记录并创建匿名记录的数据剥离方法(DATA STRIPPING METHOD TO INTERROGATE PATIENT RECORDS AND CREATEANONYMIZED RECORD)；代理人案卷号END8500USNP/170767；
·美国专利申请序列号____________，其标题为用于存储待与基于云的分析系统共享的外科装置的参数和状态的通信集线器和存储装置(COMMUNICATION HUB ANDSTORAGE DEVICE FOR STORING PARAMETERS AND STATUS OF A SURGICAL DEVICE TO BESHARED WITH CLOUD BASED ANALYTICS SYSTEMS)；代理人案卷号END8500USNP1/170767-1；
·美国专利申请序列号____________，其标题为在发行器械处生成的自述数据包(SELF DESCRIBING DATA PACKETS GENERATED AT AN ISSUING INSTRUMENT)；代理人案卷号END8500USNP2/170767-2；
·美国专利申请序列号____________，其标题为用于将装置测量参数与结果互连的数据配对(DATA PAIRING TO INTERCONNECT A DEVICE MEASURED PARAMETER WITH ANOUTCOME)；代理人案卷号END8500USNP3/170767-3；
·美国专利申请序列号____________，其标题为外科系统分布式处理(SURGICALSYSTEM DISTRIBUTED PROCESSING)；代理人案卷号END8501USNP1/170768-1；
·美国专利申请序列号____________，其标题为外科集线器数据的汇总和报告(AGGREGATION AND REPORTING OF SURGICAL HUB DATA)；代理人案卷号END8501USNP2/170768-2；
·美国专利申请序列号____________，其标题为用于确定手术室中的装置的外科集线器空间感知(SURGICAL HUB SPATIAL AWARENESS TO DETERMINE DEVICES INOPERATING THEATER)；代理人案卷号END8502USNP/170769；
·美国专利申请序列号____________，其标题为显示将钉仓与先前线性钉线对准(DISPLAY OF ALIGNMENT OF STAPLE CARTRIDGE TO PRIOR LINEAR STAPLE LINE)；代理人案卷号END8502USNP1/170769-1；
·美国专利申请序列号____________，其标题为无菌场交互式控制显示器(STERILE FIELD INTERACTIVE CONTROL DISPLAYS)；代理人案卷号END8502USNP2/170769-2；
·美国专利申请序列号____________，标题为计算机实现的交互式外科系统(COMPUTER IMPLEMENTED INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS)；代理人案卷号END8503USNP/170770；
·美国专利申请序列号____________，其标题为使用激光和红绿蓝显色来确定背散射光的特性(USE OF LASER LIGHT AND RED-GREEN-BLUE COLORATION TO DETERMINEPROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT)；代理人案卷号END8504USNP/170771；
·美国专利申请序列号____________，其标题为通过使用单色光折射率来表征组织不规则(CHARACTERIZATION OF TISSUE IRREGULARITIES THROUGH THE USE OF MONO-CHROMATIC LIGHT REFRACTIVITY)；代理人案卷号END8504USNP1/170771-1；以及
·美国专利申请序列号____________，其标题为双互补金属氧化物半导体阵列成像(DUAL CMOS ARRAY IMAGING)；代理人案卷号END8504USNP2/170771-2。
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，其中的每个以引用方式全文并入本文：
·美国专利申请序列号____________，其标题为针对外科装置的自适应控制程序更新(ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL DEVICES)；代理人案卷号END8506USNP/170773；
·美国专利申请序列号____________，其标题为针对外科集线器的自适应控制程序更新(ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL HUBS)；代理人案卷号END8506USNP1/170773-1；
·美国专利申请序列号____________，其标题为用于定制和向用户推荐的基于云的医学分析(CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR CUSTOMIZATION ANDRECOMMENDATIONS TO A USER)；代理人案卷号END8507USNP/170774；
·美国专利申请序列号____________，其标题为用于将本地使用趋势与较大数据集的资源采集行为链接的基于云的医学分析(CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FORLINKING OF LOCAL USAGE TRENDS WITH THE RESOURCE ACQUISITION BEHAVIORS OFLARGER DATA SET)；代理人案卷号END8507USNP1/170774-1；
·美国专利申请序列号____________，其标题为用于将器械功能分段个性化的医疗设施的基于云的医学分析(Cloud-based Medical Analytics for Medical FacilitySegmented Individualization of Instrument Function)；代理人案卷号END8507USNP2/170774-2；
·美国专利申请序列号____________，其标题为用于安全和认证趋势和反应性测量的基于云的医学分析(CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR SECURITY ANDAUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES)；代理人案卷号END8508USNP/170775；
·美国专利申请序列号____________，其标题为云分析网络中的数据处理和优先级(DATA HANDLING AND PRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICS NETWORK)；代理人案卷号END8509USNP/170776；以及
·美国专利申请序列号____________，其标题为用于耦接的外科装置的云接口(CLOUD INTERFACE FOR COUPLED SURGICAL DEVICES)；代理人案卷号END8510USNP/170777。
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，其中的每个以引用方式全文并入本文：
·美国专利申请序列号____________，其标题为用于机器人辅助外科平台的驱动布置方式(DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)；代理人案卷号END8511USNP/170778；
·美国专利申请序列号____________，其标题为用于机器人辅助外科平台的通信布置方式(COMMUNICATION ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)；代理人案卷号END8511USNP1/170778-1；
·美国专利申请序列号____________，其标题为用于机器人辅助外科平台的控件(CONTROLS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)；代理人案卷号END8511USNP2/170778-2；
·美国专利申请序列号____________，其标题为用于机器人辅助外科平台的自动工具调节(AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)；代理人案卷号END8512USNP/170779；
·美国专利申请序列号____________，其标题为用于机器人辅助外科平台的控制器(CONTROLLERS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)；代理人案卷号END8512USNP1/170779-1；
·美国专利申请序列号____________，其标题为用于机器人辅助外科平台的协作外科动作(COOPERATIVE SURGICAL ACTIONS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)；代理人案卷号END8512USNP2/170779-2；
·美国专利申请序列号____________，其标题为用于机器人辅助外科平台的显示器布置方式(DISPLAY ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)；代理人案卷号END8512USNP3/170779-3；以及
·美国专利申请序列号____________，其标题为用于机器人辅助外科平台的感测布置方式(SENSING ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)；代理人案卷号END8513USNP/170780。
在详细说明外科装置和发生器的各个方面之前，应该指出的是，示例性示例的应用或使用并不局限于附图和具体实施方式中所示出的部件的配置和布置方式的细节。示例性示例可以单独实施，或与其它方面、变更形式和修改形式结合在一起实施，并可以通过多种方式实践或执行。此外，除非另外指明，否则本文所用的术语和表达是为了方便读者而对示例性实施例进行描述而所选的，并非为了限制性的目的。而且，应当理解，以下描述的方面中的一个或多个、方面和/或示例的表达可以与以下描述的其它方面、方面和/或示例的表达中的任何一个或多个组合。
参见图1，计算机实现的交互式外科系统100包括一个或多个外科系统102和基于云的系统(例如，可包括耦接到存储装置105的远程服务器113的云104)。每个外科系统102包括与可包括远程服务器113的云104通信的至少一个外科集线器106。在一个示例中，如图1中所示，外科系统102包括可视化系统108、机器人系统110和手持式智能外科器械112，其被配置成能够彼此通信和/或与集线器106通信。在一些方面，外科系统102可包括M数量的集线器106、N数量的可视化系统108、O数量的机器人系统110和P数量的手持式智能外科器械112，其中M、N、O和P为大于或等于一的整数。
图3示出了用于对平躺在外科手术室116中的手术台114上的患者执行外科手术的外科系统102的示例。机器人系统110在外科手术中用作外科系统102的一部分。机器人系统110包括外科医生的控制台118、患者侧推车120(外科机器人)和外科机器人集线器122。当外科医生通过外科医生的控制台120观察外科部位时，患者侧推车117可通过患者体内的微创切口操纵至少一个可移除地耦接的外科工具118。外科部位的图像可通过医学成像装置124获得，该医学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的光学器件可包括一个或多个照明源和/或一个或多个透镜。一个或多个照明源可被引导以照明外科场地的多部分。一个或多个图像传感器可接收从外科场地反射或折射的光，包括从组织和/或外科器械反射或折射的光。
一个或多个照明源可被配置成能够辐射可见光谱中的电磁能以及不可见光谱。可见光谱(有时被称为光学光谱或发光光谱)是电磁光谱中对人眼可见(即，可被其检测)的那部分，并且可被称为可见光或简单光。典型的人眼将对空气中约380nm至约750nm的波长作出响应。
不可见光谱(即，非发光光谱)是电磁光谱的位于可见光谱之下和之上的部分(即，低于约380nm且高于约750nm的波长)。人眼不可检测到不可见光谱。大于约750nm的波长长于红色可见光谱，并且它们变为不可见的红外(IR)、微波和无线电电磁辐射。小于约380nm的波长比紫色光谱短，并且它们变为不可见的紫外、x射线和γ射线电磁辐射。
在各种方面，成像装置124被配置成能够用于微创手术中。适用于本公开的成像装置的示例包括但不限于关节镜、血管镜、支气管镜、胆道镜、结肠镜、细胞检查镜、十二指镜、肠窥镜、食道-十二指肠镜(胃镜)、内窥镜、喉镜、鼻咽-肾内窥镜、乙状结肠镜、胸腔镜和子宫内窥镜。
在一个方面，成像装置采用多光谱监测来辨别形貌和底层结构。多光谱图像是捕获跨电磁波谱的特定波长范围内的图像数据的图像。可通过滤波器或通过使用对特定波长敏感的器械来分离波长，特定波长包括来自可见光范围之外的频率的光，例如IR和紫外。光谱成像可允许提取人眼未能用其红色，绿色和蓝色的受体捕获的附加信息。多光谱成像的使用在2017年12月28日提交的标题为“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及其附接件和器件。应当理解，无菌场可被认为是被认为不含微生物的指定区域，诸如在托盘内或无菌毛巾内，或者无菌场可被认为是已准备用于外科手术的患者周围的区域。无菌场可包括被恰当地穿着的擦洗的团队构件，以及该区域中的所有家具和固定件。
在各种方面，可视化系统108包括如图2所示相对于无菌场进行策略布置的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。在一个方面，可视化系统108包括用于HL7、PACS和EMR的界面。可视化系统108的各种器件在2017年12月28日提交的标题为“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“高级成像采集模块(Advanced ImagingAcquisition 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可使可视化系统108在非无菌显示器107或109上显示由成像装置124记录的外科部位的快照，同时保持外科部位在主显示器119上的实时馈送。非无菌显示器107或109上的快照可允许非无菌操作者例如执行与外科手术相关的诊断步骤。
在一个方面，集线器106还被配置成能够将由非无菌操作者在可视化塔111处输入的诊断输入或反馈路由至无菌场内的主显示器119，其中可由操作台上的无菌操作员查看。在一个示例中，输入可以是对显示在非无菌显示器107或109上的快照的修改形式，其可通过集线器106路由到主显示器119。
参见图2，外科器械112作为外科系统102的一部分在外科手术中使用。集线器106还被配置成能够协调流向外科器械112的显示器的信息流。例如，在2017年12月28日提交的标题为“交互式外科平台(INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM)”的美国临时专利申请序列号62/611,341，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。
在外科手术期间，用于密封和/或切割的对组织的能量施加通常与排烟、抽吸过量流体和/或冲洗组织相关联。来自不同来源的流体管线、功率管线和/或数据管线通常在外科手术期间缠结。在外科手术期间解决该问题可丢失有价值的时间。断开管线可需要将管线与其相应的模块断开连接，这可需要重置模块。集线器模块化壳体136提供用于管理功率管线、数据管线和流体管线的统一环境，这降低了此类管线之间缠结的频率。
本公开的各方面提供了用于外科手术的外科集线器，该外科手术涉及将能量施加到外科部位处的组织。外科集线器包括集线器壳体和可滑动地容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器件、双极RF能量发生器器件和单极RF能量发生器器件中的两个或更多个。在一个方面，组合发生器模块还包括排烟器件，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器件、以及从远程外科部位延伸至排烟器件的流体管线。
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容纳在集线器壳体中的抽吸和冲洗模块。在一个方面，集线器壳体包括流体接口。
某些外科手术可需要将多于一种能量类型施加到组织。一种能量类型可更有利于切割组织，而另一种不同的能量类型可更有利于密封组织。例如，双极发生器可用于密封组织，而超声发生器可用于切割密封的组织。本公开的各方面提供了一种解决方案，其中集线器模块化壳体136被配置成能够容纳不同的发生器，并且有利于它们之间的交互式通信。集线器模块化壳体136的优点之一是能够快速地移除和/或更换各种模块。
本公开的方面提供了在涉及将能量施加到组织的外科手术中使用的模块化外科壳体。模块化外科壳体包括第一能量发生器模块，该第一能量发生器模块被配置成能够生成用于施加到组织的第一能量，和第一对接底座，该第一对接底座包括第一对接端口，该第一对接端口包括第一数据和功率触点，其中第一能量发生器模块可滑动地运动成与该功率和数据触点电接合，并且其中第一能量发生器模块可滑动地运动出与第一功率和数据触点的电接合。
对上文进行进一步描述，模块化外科壳体还包括第二能量发生器模块，该第二能量发生器模块被配置成能够生成不同于第一能量的第二能量以用于施加到组织，和第二对接底座，该第二对接底座包括第二对接端口，该第二对接端口包括第二数据和功率触点，其中第二能量发生器模块可滑动地运动成与功率和数据触点电接合，并且其中第二能量发生器可滑动地运动出与第二功率和数据触点的电接合。
此外，模块化外科壳体还包括在第一对接端口和第二对接端口之间的通信总线，其被配置成能够有利于第一能量发生器模块和第二能量发生器模块之间的通信。
参见图3-7，本公开的各方面被呈现为集线器模块化壳体136，其允许发生器模块140、排烟模块126和抽吸/冲洗模块128的模块化集成。集线器模块化壳体136还有利于模块140、126、128之间的交互式通信。如图5中所示，发生器模块140可为具有集成的单极器件、双极器件和超声器件的发生器模块，该器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容纳模块140、126、128。图4示出了可滑动地容纳在外科集线器壳体136的对接底座151中的外科集线器壳体136和组合发生器模块145的局部透视图。在组合发生器模块145的背面上具有功率和数据触点的对接端口152被配置成能够当组合发生器模块145滑动到集线器模块壳体136的对应的对接底座151内的适当位置时，将对应的对接端口150与集线器模块化壳体136的对应对接底座151的功率和数据触点接合。在一个方面，组合发生器模块145包括一起集成到单个外壳单元139中的双极、超声和单极模块以及排烟模块，如图5中所示。
在各种方面，排烟模块126包括流体管线154，该流体管线154将捕集/收集的烟雾和/或流体从外科部位传送到例如排烟模块126。源自排烟模块126的真空抽吸可将烟雾吸入外科部位处的公用导管的开口中。耦接到流体管线的公用导管可以是端接在排烟模块126处的柔性管的形式。公用导管和流体管线限定朝向容纳在集线器壳体136中的排烟模块126延伸的流体路径。
在各种方面，抽吸/冲洗模块128耦接到包括吸出流体管线和抽吸流体管线的外科工具。在一个示例中，吸出流体管线和抽吸流体管线为从外科部位朝向抽吸/冲洗模块128延伸的柔性管的形式。一个或多个驱动系统可被配置成能够冲洗到外科部位的流体和从外科部位抽吸流体。
在一个方面，外科工具包括轴，该轴具有在其远侧端部处的端部执行器以及与端部执行器、吸出管和冲洗管相关联的至少一种能量处理。吸出管可在其远侧端部处具有入口，并且吸出管延伸穿过轴。类似地，吸出管可延伸穿过轴并且可具有邻近能量递送工具的入口。能量递送工具被配置成能够将超声能量和/或RF能量递送至外科部位，并且通过初始延伸穿过轴的缆线耦接到发生器模块140。
冲洗管可与流体源流体连通，并且吸出管可与真空源流体连通。流体源和/或真空源可座置在抽吸/冲洗模块128中。在一个示例中，流体源和/或真空源可独立于抽吸/冲洗模块128座置在集线器壳体136中。在此类示例中，流体接口能够将抽吸/冲洗模块128连接到流体源和/或真空源。
在一个方面，集线器模块化壳体136上的模块140、126、128和/或其对应的对接底座可包括对准特征件，该对准特征件被配置成能够将模块的对接端口对准成与其在集线器模块化壳体136的对接底座中的对应端口接合。例如，如图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容纳在抽屉151中。例如，侧支架155和/或156可根据模块的大小而更大或更小。在其它方面，抽屉151的大小不同，并且各自被设计成容纳特定模块。
此外，可对特定模块的触点进行键控以与特定抽屉的触点接合，以避免将模块插入到具有不匹配触点的抽屉中。
如图4中所示，一个抽屉151的对接端口150可通过通信链路157耦接到另一个抽屉151的对接端口150，以有利于座置在集线器模块化壳体136中的模块之间的交互式通信。另选地或附加地，集线器模块化壳体136的对接端口150可有利于座置在集线器模块化壳体136中的模块之间的无线交互通信。可采用任何合适的无线通信，诸如例如Air Titan-Bluetooth。
图6示出了用于横向模块化外壳160的多个横向对接端口的单个功率总线附接件，该横向模块化外壳160被配置成能够容纳外科集线器206的多个模块。横向模块化外壳160被配置成能够横向容纳和互连模块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容纳外科集线器106的多个模块165的竖直模块化外壳164。模块165可滑动地插入到竖直模块化外壳164的对接底座或抽屉167中，该竖直模块化外壳164包括用于互连模块165的底板。尽管竖直模块化外壳164的抽屉167竖直布置，但在某些情况下，竖直模块化外壳164可包括横向布置的抽屉。此外，模块165可通过竖直模块化外壳164的对接端口彼此交互。在图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容纳在主模块178中的多个子模块。
在各种方面，成像模块138包括集成视频处理器和模块化光源，并且适于与各种成像装置一起使用。在一个方面，成像装置由可装配有光源模块和相机模块的模块化外壳构成。外壳可为一次性外壳。在至少一个示例中，一次性外壳可移除地耦接到可重复使用的控制器、光源模块和相机模块。光源模块和/或相机模块可根据外科手术的类型选择性地选择。在一个方面，相机模块包括CCD传感器。在另一方面，相机模块包括CMOS传感器。在另一方面，相机模块被配置用于扫描波束成像。同样，光源模块可被配置成能够递送白光或不同的光，这取决于外科手术。
在外科手术期间，从外科场地移除外科装置并用包括不同相机或不同光源的另一外科装置替换外科装置可为低效的。暂时失去对外科场地的视线可导致不期望的后果。本公开的模块成像装置被配置成能够允许在外科手术期间中流替换光源模块或相机模块，而不必从外科场地移除成像装置。
在一个方面，成像装置包括包括多个通道的管状外壳。第一通道被配置成能够可滑动地容纳相机模块，该相机模块可被配置成能够与第一通道搭扣配合接合。第二通道被配置成能够可滑动地容纳光源模块，该光源模块可被配置成能够与第二通道搭扣配合接合。在另一个示例中，相机模块和/或光源模块可在其相应通道内旋转到最终位置。可采用螺纹接合代替搭扣配合接合。
在各种示例中，多个成像装置被放置在外科场地中的不同位置以提供多个视图。成像模块138可被配置成能够在成像装置之间切换以提供最佳视图。在各种方面，成像模块138可被配置成能够集成来自不同成像装置的图像。
适用于本公开的各种图像处理器和成像装置描述于2011年8月9日公布的标题为组合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日公布的标题为对固定件体内设备的可控制磁源(CONTROLLABLE MAGNETIC SOURCE TO FIXTUREINTRACORPOREAL APPARATUS)的美国专利申请公布2011/0306840和2014年8月28日公布的标题为用于执行微创外科手术的系统(SYSTEM FOR PERFORMING A MINIMALLY INVASIVESURGICAL PROCEDURE)的美国专利申请公布2014/0243597，以上专利中的每个全文以引用方式并入本文。
图8示出了包括模块化通信集线器203的外科数据网络201，该模块化通信集线器203被配置成能够将位于医疗设施的一个或多个手术室中的模块化装置或专门配备用于外科操作的医疗设施中的任何房间连接到基于云的系统(例如，可包括耦接到存储装置205的远程服务器213的云204)。在一个方面，模块化通信集线器203包括与网络路由器通信的网络集线器207和/或网络交换机209。模块化通信集线器203还可耦接到本地计算机系统210以提供本地计算机处理和数据操纵。外科数据网络201可被配置为无源的、智能的或交换的。无源外科数据网络充当数据的管道，从而使其能够从一个装置(或区段)转移到另一个装置(或区段)以及云计算资源。智能外科数据网络包括附加特征，以使得能够监测穿过外科数据网络的流量并配置网络集线器207或网络交换器209中的每个端口。智能外科数据网络可被称为可管理的集线器或交换器。交换集线器读取每个包的目标地址，并且然后将包转发到正确的端口。
位于手术室中的模块化装置1a-1n可耦接到模块化通信集线器203。网络集线器207和/或网络交换机209可耦接到网络路由器211以将装置1a-1n连接至云204或本地计算机系统210。与装置1a-1n相关联的数据可经由路由器传输到基于云的计算机，用于远程数据处理和操纵。与装置1a-1n相关联的数据也可被传输至本地计算机系统210以用于本地数据处理和操纵。位于相同手术室中的模块化装置2a-2m也可耦接到网络交换机209。网络交换机209可耦接到网络集线器207和/或网络路由器211以将装置2a-2m连接至云204。与装置2a-2n相关联的数据可经由网络路由器211传输到云204以用于数据处理和操纵。与装置2a-2m相关联的数据也可被传输至本地计算机系统210以用于本地数据处理和操纵。
应当理解，可通过将多个网络集线器207和/或多个网络交换机209与多个网络路由器211互连来扩展外科数据网络201。模块化通信集线器203可被包含在模块化控制塔中，该模块化控制塔被配置成能够容纳多个装置1a-1n/2a-2m。本地计算机系统210也可包含在模块化控制塔中。模块化通信集线器203连接到显示器212以显示例如在外科手术期间由装置1a-1n/2a-2m中的一些获得的图像。在各种方面，装置1a-1n/2a-2m可包括例如各种模块，诸如耦接到内窥镜的成像模块138、耦接到基于能量的外科装置的发生器模块140、排烟模块126、抽吸/冲洗模块128、通信模块130、处理器模块132、存储阵列134、连接到显示器的外科装置、和/或可连接到外科数据网络201的模块化通信集线器203的其它模块化装置中的非接触传感器模块。
在一个方面，外科数据网络201可包括将装置1a-1n/2a-2m连接至云的(一个或多个)网络集线器、(一个或多个)网络交换机和(一个或多个)网络路由器的组合。耦接到网络集线器或网络交换机的装置1a-1n/2a-2m中的任何一个或全部可实时收集数据并将数据传输到云计算机中以进行数据处理和操纵。应当理解，云计算依赖于共享计算资源，而不是使用本地服务器或个人装置来处理软件应用程序。可使用“云”一词作为“互联网”的隐喻，尽管该术语不受此限制。因此，本文可使用术语“云计算”来指“基于互联网的计算的类型”，其中将不同的服务(诸如服务器、存储装置和应用程序)递送至位于外科室(例如，固定、移动、临时或现场手术室或空间)中的模块化通信集线器203和/或计算机系统210以及通过互联网连接至模块化通信集线器203和/或计算机系统210的装置。云基础设施可由云服务提供方维护。在这种情况下，云服务提供方可以是协调位于一个或多个手术室中的装置1a-1n/2a-2m的使用和控制的实体。云计算服务可基于由智能外科器械、机器人和位于手术室中的其它计算机化装置所收集的数据来执行大量计算。集线器硬件使多个装置或连接能够连接到与云计算资源和存储器通信的计算机。
对由装置1a-1n/2a-2m所收集的数据应用云计算机数据处理技术，外科数据网络提供改善的外科结果，降低的成本和改善的患者满意度。可采用装置1a-1n/2a-2m中的至少一些来观察组织状态以评估在组织密封和切割手术之后密封的组织的渗漏或灌注。可采用装置1a-1n/2a-2m中的至少一些来识别病理学，诸如疾病的影响，使用基于云的计算检查包括用于诊断目的的身体组织样本的图像的数据。这包括组织和表型的定位和边缘确认。可采用装置1a-1n/2a-2m中的至少一些使用与成像装置和技术(诸如重叠由多个成像装置捕获的图像)集成的各种传感器来识别身体的解剖结构。由装置1a-1n/2a-2m收集的数据(包括图像数据)可被传输到云204或本地计算机系统210或两者以用于数据处理和操纵，包括图像处理和操纵。可分析数据以通过确定是否可继续进行进一步治疗(诸如内窥镜式干预、新兴技术、靶向辐射、靶向干预和精确机器人对组织特异性位点和条件的应用来改善外科手术结果。此类数据分析可进一步采用结果分析处理，并且使用标准化方法可提供有益反馈以确认外科治疗和外科医生的行为，或建议修改外科治疗和外科医生的行为。
在一个具体实施中，手术室装置1a-1n可通过有线信道或无线信道连接至模块化通信集线器203，这取决于装置1a-1n至网络集线器的配置。在一个方面，网络集线器207可被实现为在开放式系统互连(OSI)模型的物理层上工作的本地网络广播装置。该网络集线器提供与位于同一手术室网络中的装置1a-1n的连接。网络集线器207以包的形式收集数据，并以半双工模式将其发送至路由器。网络集线器207不存储用于传输装置数据的任何媒体访问控制/因特网协议(MAC/IP)。装置1a-1n中的仅一个可一次通过网络集线器207发送数据。网络集线器207没有关于在何处发送信息并在每个连接上广播所有网络数据以及通过云204向远程服务器213(图9)广播所有网络数据的路由表或智能。网络集线器207可以检测基本网络错误诸如冲突，但将所有信息广播到多个端口可带来安全风险并导致瓶颈。
在另一个具体实施中，手术室装置2a-2m可通过有线信道或无线信道连接到网络交换机209。网络交换机209在OSI模型的数据链路层中工作。网络交换机209是用于将位于相同手术室中的装置2a-2m连接到网络的多点广播装置。网络交换机209以帧的形式向网络路由器211发送数据并且以全双工模式工作。多个装置2a-2m可通过网络交换机209同时发送数据。网络交换机209存储并使用装置2a-2m的MAC地址来传输数据。
网络集线器207和/或网络交换机209耦接到网络路由器211以连接到云204。网络路由器211在OSI模型的网络层中工作。网络路由器211创建用于将从网络集线器207和/或网络交换机211接收的数据包传输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，其被放大并传输至网络路由器211，该网络路由器211通过使用如本文所述的多个无线或有线通信标准或协议将数据传输到云计算资源。
模块化通信集线器203可用作独立装置或连接到兼容的网络集线器和网络交换机以形成更大的网络。模块化通信集线器203通常易于安装、配置和维护，使得其成为对手术室装置1a-1n/2a-2m进行联网的良好选项。
图9示出了计算机实现的交互式外科系统200。计算机实现的交互式外科系统200在许多方面类似于计算机实现的交互式外科系统100。例如，计算机实现的交互式外科系统200包括在许多方面类似于外科系统102的一个或多个外科系统202。每个外科系统202包括与可包括远程服务器213的云204通信的至少一个外科集线器206。在一个方面，计算机实现的交互式外科系统200包括模块化控制塔236，该模块化控制塔236连接到多个手术室装置，诸如例如智能外科器械、机器人和位于手术室中的其它计算机化装置。如图10中所示，模块化控制塔236包括耦接到计算机系统210的模块化通信集线器203。如图9的示例中所示，模块化控制塔236耦接到耦接到内窥镜239的成像模块238、耦接到能量装置241的发生器模块240、排烟器模块226、抽吸/冲洗模块228、通信模块230、处理器模块232、存储阵列234、任选地耦接到显示器237的智能装置/器械235、和非接触传感器模块242。手术室装置经由模块化控制塔236耦接到云计算资源和数据存储。机器人集线器222也可连接到模块化控制塔236和云计算资源。装置/器械235、可视化系统208等等可经由有线或无线通信标准或协议耦接到模块化控制塔236，如本文所述。模块化控制塔236可耦接到集线器显示器215(例如，监测器、屏幕)以显示和叠加从成像模块、装置/器械显示器和/或其它可视化系统208接收的图像。集线器显示器还可结合图像和叠加图像来显示从连接到模块化控制塔的装置接收的数据。
图10示出了包括耦接到模块化控制塔236的多个模块的外科集线器206。模块化控制塔236包括模块化通信集线器203(例如，网络连接性装置)和计算机系统210，以提供例如本地处理、可视化和成像。如图10中所示，模块化通信集线器203可以分层配置连接以扩展可连接到模块化通信集线器203的模块(例如，装置)的数量，并将与模块相关联的数据传输至计算机系统210、云计算资源或两者。如图10中所示，模块化通信集线器203中的网络集线器/交换机中的每个包括三个下游端口和一个上游端口。上游网络集线器/交换机连接至处理器以提供与云计算资源和本地显示器217的通信连接。与云204的通信可通过有线或无线通信信道进行。
外科集线器206采用非接触传感器模块242来测量手术室的尺寸，并且使用超声或激光型非接触测量装置来生成外科室的标测图。基于超声的非接触传感器模块通过传输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传输激光脉冲、接收从手术室的围墙弹回的激光脉冲，以及将传输脉冲的相位与所接收的脉冲进行比较来扫描手术室，以确定手术室的尺寸并调节蓝牙配对距离限制。
计算机系统210包括处理器244和网络接口245。处理器244经由系统总线耦接到通信模块247、存储装置248、存储器249、非易失性存储器250和输入/输出接口251。系统总线可为若干类型的总线结构中的任一者，该总线结构包括存储器总线或存储器控制器、外围总线或外部总线、和/或使用任何各种可用总线架构的本地总线，包括但不限于9位总线、工业标准架构(ISA)、微型Charmel架构(MSA)、扩展ISA(EISA)、智能驱动电子器件(IDE)、VESA本地总线(VLB)、外围器件互连(PCI)、USB、高级图形端口(AGP)、个人计算机存储卡国际协会总线(PCMCIA)、小型计算机系统接口(SCSI)或任何其它外围总线。
控制器244可为任何单核或多核处理器，诸如由德克萨斯器械公司(TexasInstruments)提供的商品名为ARM Cortex的那些处理器。在一个方面，处理器可为购自例如德克萨斯器械公司(Texas Instruments)LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F处理器核心，其包括256KB的单循环闪存或其它非易失性存储器(最多至40MHZ)的片上存储器、用于改善40MHz以上的性能的预取缓冲器、32KB单循环序列随机存取存储器(SRAM)、装载有
软件的内部只读存储器(ROM)、2KB电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、和/或一个或多个脉宽调制(PWM)模块、一个或多个正交编码器输入(QEI)模拟、具有12个模拟输入信道的一个或多个12位模数转换器(ADC)，其细节可见于产品数据表。
在一个方面，处理器244可包括安全控制器，该安全控制器包括两个基于控制器的系列(诸如TMS570和RM4x)，已知同样由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)生产的商品名为Hercules ARM Cortex R4。安全控制器可被配置成能够专门用于IEC 61508和ISO26262安全关键应用等等，以提供先进的集成安全特征件，同时递送可定标的性能、连接性和存储器选项。
系统存储器包括易失性存储器和非易失性存储器。基本输入/输出系统(BIOS)(包含诸如在启动期间在计算机系统内的元件之间传输信息的基本例程，)存储在非易失性存储器中。例如，非易失性存储器可包括ROM、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、EEPROM或闪存。易失存储器包括充当外部高速缓存存储器的随机存取存储器(RAM)。此外，RAM可以多种形式可用，诸如SRAM、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据速率SDRAM(DDRSDRAM)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，本文所述的各种器件可用各种操作系统或操作系统的组合来实现。
用户通过耦接到I/O接口251的(一个或多个)输入装置将命令或信息输入到计算机系统210中。输入装置包括但不限于指向装置，诸如鼠标、触控球、触笔、触摸板、键盘、麦克风、操纵杆、游戏垫、卫星盘、扫描仪、电视调谐器卡、数字相机、数字摄像机、幅材相机等。这些和其它输入装置经由(一个或多个)接口端口通过系统总线连接到处理器。(一个或多个)接口端口包括例如串口、并行端口、游戏端口和USB。(一个或多个)输出装置使用与(一个或多个)输入装置相同类型的端口。因此，例如，USB端口可用于向计算机系统提供输入并将信息从计算机系统输出到输出装置。提供了输出适配器来说明在其它输出装置中存在需要特殊适配器的一些输出装置(如监测器、显示器、扬声器和打印机。输出适配器以举例的方式包括但不限于提供输出装置和系统总线之间的连接装置的视频和声卡。应当指出，其它装置或装置诸如(一个或多个)远程计算机的系统提供了输入能力和输出能力两者。
计算机系统210可使用与一个或多个远程计算机(诸如(一个或多个)云计算机)或本地计算机的逻辑连接在联网环境中操作。(一个或多个)远程云计算机可为个人计算机、服务器、路由器、网络PC、工作站、基于微处理器的器具、对等装置或其它公共网络节点等，并且通常包括相对于计算机系统所述的元件中的许多或全部。为简明起见，仅示出了具有(一个或多个)远程计算机的存储器存储装置。(一个或多个)远程计算机通过网络接口在逻辑上连接到计算机系统，并且然后经由通信连接物理连接。网络接口涵盖通信网络诸如局域网(LAN)和广域网(WAN)。LAN技术包括光纤分布式数据接口(FDDI)、铜分布式数据接口(CDDI)、以太网/IEEE 802.3、令牌环/IEEE 802.5等。WAN技术包括但不限于点对点链路、电路交换网络如综合业务数字网络(ISDN)及其变体、分组交换网络和数字用户管线(DSL)。
在各种方面，图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至图10的处理器模块232可包括图像处理器、图像处理引擎、媒体处理器、或用于处理数字图像的任何专用数字信号处理器(DSP)。图像处理器可采用具有单个指令、多数据(SIMD)或多指令、多数据(MIMD)技术的并行计算以提高速度和效率。数字图像处理引擎可执行一系列任务。图像处理器可为具有多核处理器架构的芯片上的系统。
(一个或多个)通信连接是指用于将网络接口连接到总线的硬件/软件。虽然示出了通信连接以便在计算机系统内进行示例性澄清，但其也可位于计算机系统210的外部。连接到网络接口所必需的硬件/软件仅出于示例性目的包括内部和外部技术，诸如调制解调器，包括常规的电话级调制解调器、电缆调制解调器和DSL调制解调器、ISDN适配器和以太网卡。
图11示出了根据本公开的一个方面的USB网络集线器300装置的一个方面的功能框图。在例示的方面，USB网络集线器装置300采用得克萨斯器械公司(Texas Instruments)的TUSB2036集成电路集线器。USB网络集线器300是根据USB 2.0规范提供上游USB收发器端口302和多达三个下游USB收发器端口304、306、308的CMOS装置。上游USB收发器端口302为差分根数据端口，其包括与差分数据正(DM0)输入配对的差分数据负(DP0)输入。三个下游USB收发器端口304、306、308为差分数据端口，其中每个端口包括与差分数据负(DM1-DM3)输出配对的差分数据正(DP1-DP3)输出。
USB网络集线器300装置用数字状态机而不是微控制器来实现，并且不需要固件编程。完全兼容的USB收发器集成到用于上游USB收发器端口302和所有下游USB收发器端口304、306、308的电路中。下游USB收发器端口304、306、308通过根据附接到端口的装置的速度自动设置转换速率来支持全速度装置和低速装置两者。USB网络集线器300装置可被配置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并且耦接到暂停/恢复逻辑和帧定时器316电路以及集线器中继器电路318，以通过端口逻辑电路320、322、324控制上游USB收发器端口302和下游USB收发器端口304、306、308之间的通信。SIE 310经由接口逻辑耦接到命令解码器326，以经由串行EEPROM接口330来控制来自串行EEPROM的命令。
在各种方面，USB网络集线器300可将配置在多达六个逻辑层(层级)中的127功能连接至单个计算机。此外，USB网络集线器300可使用提供通信和功率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、USB网络集线器300将上游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。控制电路包括微控制器461，该微控制器包括处理器462和存储器468。例如，传感器472、474、476中的一个或多个向处理器462提供实时反馈。由马达驱动器492驱动的马达482可操作地耦接到能够纵向运动的位移构件以驱动I形梁刀元件。跟踪系统480被配置成能够确定能够纵向运动的位移构件的位置。将位置信息提供给处理器462，该处理器可被编程或配置成能够确定能够纵向运动的驱动构件的位置以及击发构件、击发杆和I形梁刀元件的位置。附加马达可设置在工具驱动器接口处，以控制I形梁击发、闭合管行进、轴旋转和关节运动。显示器473显示器械的多种操作条件并且可包括用于数据输入的触摸屏功能。显示在显示器473上的信息可叠加有经由内窥镜式成像模块获取的图像。
在一个方面，微处理器461可为任何单核或多核处理器，诸如已知的由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)生产的商品名为ARM Cortex的那些。在一个方面，微控制器461可为购自例如德克萨斯器械公司(Texas Instruments)的LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F处理器核心，其包括256KB的单循环闪存或其它非易失性存储器(最多至40MHZ)的片上存储器、用于改善40MHz以上的性能的预取缓冲器、32KB单循环SRAM、装载有
软件的内部ROM、2KB电EEPROM、一个或多个PWM模块、一个或多个QEI模拟、具有12个模拟输入信道的一个或多个12位ADC，其细节可见于产品数据表。
在一个方面，微控制器461可包括安全控制器，该安全控制器包括两个基于控制器的系列(诸如TMS570和RM4x)，已知同样由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)生产的商品名为Hercules ARM Cortex R4。安全控制器可被配置成能够专门用于IEC 61508和ISO26262安全关键应用等等，以提供先进的集成安全特征件，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。在其他布置方式中，马达482可包括无刷马达、无绳马达、同步马达、步进马达或任何其他合适的电动马达。马达驱动器492可包括例如包括场效应晶体管(FET)的H桥驱动器。马达482可通过可释放地安装到柄部组件或工具外壳的功率组件来供电，以用于向外科器械或工具供应控制功率。功率组件可包括电池，该电池可以包括串联连接的、可用作功率源以为外科器械或工具提供电力的多个电池单元。在某些情况下，功率组件的电池单元可以是可替换的和/或可再充电的。在至少一个示例中，电池单元可为锂离子电池，其可耦接到功率组件并且可与功率组件分离。
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节器，其为低至7V的电池电压提供完整的(>10V)栅极驱动并且允许A3941在低至5.5V的减小的栅极驱动下操作。可采用自举电容器来提供N信道MOSFET所需的上述电池供电电压。高边驱动装置的内部电荷泵允许直流(100％占空比)操作。可使用二极管或同步整流在快衰减模式或慢衰减模式下驱动全桥。在慢衰减模式下，电流再循环可穿过高边或低边FET。通过电阻器可调式空载时间保护功率FET不被击穿。整体诊断提供欠压、过热和功率桥故障的指示，并且可被配置成能够在大多数短路条件下保护功率MOSFET。其它马达驱动器可容易地被替换以用于包括绝对定位系统的跟踪系统480中。
跟踪系统480包括根据本公开的一个方面的包括位置传感器472的受控马达驱动电路布置方式。用于绝对定位系统的位置传感器472提供对应于位移构件的位置的独特位置信号。在一个方面，位移构件表示能够纵向运动的驱动构件，其包括用于与齿轮减速器组件的对应驱动齿轮啮合接合的驱动齿的齿条。在其它方面，位移构件表示击发构件，该击发构件可被适配和配置成能够包括驱动齿的齿条。在又一个方面，位移构件表示击发杆或I形梁，它们中的每一者均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外科器械或工具的任何可运动构件，诸如驱动构件、击发构件、击发杆、I形梁或可被移位的任何元件。在一个方面，能够纵向运动的驱动构件耦接到击发构件、击发杆和I形梁。因此，绝对定位系统实际上可通过跟踪能够纵向运动的驱动构件的线性位移来跟踪I形梁的线性位移。在各种其它方面，位移构件可耦接到适于测量线性位移的任何位置传感器472。因此，能够纵向运动的驱动构件、击发构件、击发杆或I形梁或它们的组合可耦接到任何合适的线性位移传感器。线性位移传感器可包括接触式位移传感器或非接触式位移传感器。线性位移传感器可包括线性可变差分变压器(LVDT)、差分可变磁阻换能器(DVRT)、滑动电位计、包括可运动磁体和一系列线性布置的霍尔效应传感器的磁感测系统、包括固定磁体和一系列可运动的线性布置的霍尔效应传感器的磁感测系统、包括可运动光源和一系列线性布置的光电二极管或光电检测器的光学感测系统、包括固定光源和一系列可运动的线性布置的光电二极管或光电检测器的光学感测系统、或它们的任何组合。
电动马达482可包括可操作地与齿轮组件交接的可旋转轴，该齿轮组件与驱动齿的组或齿条啮合接合安装在位移构件上。传感器元件可以可操作地耦接到齿轮组件，使得位置传感器472元件的单次旋转对应于位移构件的一些线性纵向平移。齿轮传动装置和传感器的布置方式可经由齿条和小齿轮布置方式连接至线性致动器，或者经由直齿齿轮或其它连接连接至旋转致动器。功率源为绝对定位系统供电，并且输出指示器可显示绝对定位系统的输出。位移构件表示能够纵向运动的驱动构件，该能够纵向运动的驱动构件包括形成于其上的驱动齿的齿条，以用于与齿轮减速器组件的对应驱动齿轮啮合接合。位移构件表示能够纵向运动的击发构件、击发杆、I形梁或它们的组合。
与位置传感器472相关联的传感器元件的单次旋转等同于位移构件的纵向线性位移d1，其中d1为在耦接到位移构件的传感器元件的单次旋转之后位移构件从点“a”运动到点“b”的纵向线性距离。可经由齿轮减速连接传感器布置方式，该齿轮减速使得位置传感器472针对位移构件的全行程仅完成一次或多次旋转。位置传感器472可针对位移构件的全行程完成多次旋转。
可单独或结合齿轮减速采用一系列开关(其中n为大于一的整数)以针对位置传感器472的多于一次旋转提供独特位置信号。开关的状态被馈送回微控制器461，该微控制器应用逻辑以确定对应于位移构件的纵向线性位移d1+d2+…dn的独特位置信号。位置传感器472的输出被提供给微控制器461。该传感器布置方式的位置传感器472可包括磁性传感器、模拟旋转传感器(如电位差计)、模拟霍尔效应元件的阵列，该霍尔效应元件的阵列输出位置信号或值的独特组合。
位置传感器472可包括任何数量的磁性感测元件，诸如例如根据它们是否测量磁场的总磁场或矢量分量而被分类的磁性传感器。用于产生上述两种类型磁性传感器的技术涵盖物理学和电子学的多个方面。用于磁场感测的技术包括探查线圈、磁通门、光泵、核旋、超导量子干涉仪(SQUID)、霍尔效应、各向异性磁电阻、巨磁电阻、磁性隧道结、巨磁阻抗、磁致伸缩/压电复合材料、磁敏二极管、磁敏晶体管、光纤、磁光，以及基于微机电系统的磁性传感器等等。
在一个方面，用于包括绝对定位系统的跟踪系统480的位置传感器472包括磁性旋转绝对定位系统。位置传感器472可被实现为AS5055EQFT单片磁性旋转位置传感器，其可购自Austria Microsystems,AG。位置传感器472与微控制器461交接，以提供绝对定位系统。位置传感器472为低电压和低功率器件，并且包括位于磁体上的位置传感器472的区域中的四个霍尔效应元件。在芯片上还提供了高分辨率ADC和智能功率管理控制器。提供了坐标旋转数字计算机(CORDIC)处理器(也被称为逐位法和Volder算法)以执行简单有效的算法来计算双曲线函数和三角函数，其仅需要加法、减法、数位位移和表格查找操作。角位置、报警位和磁场信息通过标准串行通信接口(诸如串行外围接口(SPI)接口)传输到微控制器461。位置传感器472提供12或14位分辨率。位置传感器472可以是以小型QFN 16引脚4×4×0.85mm封装提供的AS5055芯片。
包括绝对定位系统的跟踪系统480可包括和/或可被编程以实现反馈控制器，诸如PID、状态反馈和自适应控制器。功率源将来自反馈控制器的信号转换为对系统的物理输入：在这种情况下为电压。其它示例包括电压、电流和力的PWM。除了由位置传感器472所测量的位置之外，可提供(一个或多个)其它传感器来测量物理系统的物理参数。在一些方面，(一个或多个)其它传感器可包括传感器布置方式，诸如在2016年5月24日发布的标题为钉仓组织厚度传感器系统(STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS)的美国专利9,345,481中所述的那些，该专利全文以引用方式并入本文；2014年9月18日公布的标题为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 ADAPTIVE CONTROL OF MOTORVELOCITY 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，绝对定位系统耦接到数字数据采集系统，其中绝对定位系统的输出将具有有限分辨率和采样频率。绝对定位系统可包括比较和组合电路，以使用算法(诸如加权平均和理论控制环路)将计算响应与测量响应进行组合，该算法驱动计算响应朝向所测量的响应。物理系统的计算响应将特性如质量、惯性、粘性摩擦、电感电阻考虑在内，以通过得知输入预测物理系统的状态和输出。
因此，绝对定位系统在器械上电时提供位移构件的绝对位置，并且不使位移构件回缩或推进至如常规旋转编码器可需要的复位(清零或本位)位置，这些编码器仅对马达482采取的向前或向后的步骤数进行计数以推断装置致动器、驱动棒、刀等等的位置。
传感器474(诸如，例如应变仪或微应变仪)被配置成能够测量端部执行器的一个或多个参数，诸如例如在夹持操作期间施加在砧座上的应变的幅值，该幅值可以指示施加到砧座的闭合力。将测得的应变转换成数字信号并将其提供给处理器462。另选地或除了传感器474之外，传感器476(诸如例如负荷传感器)可以测量由闭合驱动系统施加到砧座的闭合力。传感器476(诸如例如负荷传感器)可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将其提供给处理器462。
在一种形式中，应变仪传感器474可用于测量由端部执行器施加到组织的力。应变计可耦接到端部执行器以测量被端部执行器处理的组织上的力。用于测量施加到由端部执行器抓握的组织的力的系统包括应变仪传感器474，诸如例如微应变仪，其被配置成能够测量例如端部执行器的一个或多个参数。在一个方面，应变仪传感器474可测量在夹持操作期间施加到端部执行器的钳口构件上的应变的振幅或量值，这可指示组织压缩。将测得的应变转换成数字信号并将其提供到微控制器461的处理器462。负载传感器476可测量用于操作刀元件例如以切割被捕获在砧座和钉仓之间的组织的力。可采用磁场传感器来测量捕集的组织的厚度。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示出了控制电路500，该控制电路500被配置成能够控制根据本公开的一个方面的外科器械或工具的各方面。控制电路500可被配置成能够实现本文所述的各种方法。电路500可以包括微控制器，该微控制器包括耦接到至少一个存储器电路504的一个或多个处理器502(例如，微处理器、微控制器)。存储器电路504存储在由处理器502执行时使处理器502执行机器指令以实现本文所述的各种过程的机器可执行指令。处理器502可为本领域中已知的多种单核或多核处理器中的任一种。存储器电路504可包括易失性存储介质和非易失性存储介质。处理器502可包括指令处理单元506和运算单元508。指令处理单元可被配置成能够从本公开的存储器电路504接收指令。
图14示出了组合逻辑电路510，该组合逻辑电路510被配置成能够控制根据本公开的一个方面的外科器械或工具的各方面。组合逻辑电路510可被配置成能够实现本文所述的各种方法。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一个方面的被配置成能够控制外科器械或工具的各个方面的时序逻辑电路520。时序逻辑电路520或组合逻辑522可被配置成能够实现本文所述的各种方法。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可操作地耦接到击发马达驱动组件604，该击发马达驱动组件可被配置成能够将由马达602生成的击发运动传输到端部执行器，具体地用于移位I形梁元件。在某些情况下，由马达602生成的击发运动可导致例如钉从钉仓部署到由端部执行器捕获的组织内和/或导致I形梁元件的切割刃被推进以切割所捕获组织。I形梁元件可通过反转马达602的方向而回缩。
在某些情况下，外科器械或工具可包括闭合马达603。闭合马达603可以可操作地耦接到闭合马达驱动组件605，该闭合马达驱动组件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配置转变成接近配置以捕获组织。端部执行器可通过反转马达603的方向而转变到打开位置。
在某些情况下，外科器械或工具可包括例如一个或多个关节运动马达606a、606b。马达606a、606b可以可操作地耦接到相应的关节运动马达驱动组件608a、608b，该关节运动马达驱动组件可被配置成能够将由马达606a、606b生成的关节运动传输到端部执行器。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和/或推进切割边缘，而关节运动马达606保持非活动的。此外，闭合马达603可与击发马达602同时被激活，以使闭合管和I形梁元件朝远侧推进，如下文更详细地描述。
在某些情况下，外科器械或工具可包括公共控制模块610，该公共控制模块610可与外科器械或工具的多个马达一起使用。在某些情况下，公共控制模块610每次可调节多个马达中的一者。例如，公共控制模块610可单独地耦接到外科器械的多个马达并且可从外科器械的多个马达分离。在某些情况下，外科器械或工具的多个马达可共用一个或多个公共控制模块诸如公共控制模块610。在某些情况下，外科器械或工具的多个马达可独立地和选择性地接合公共控制模块610。在某些情况下，公共控制模块610可从与外科器械或工具的多个马达中的一个交接切换到与外科器械或工具的多个马达中的另一个交接。
在至少一个示例中，公共控制模块610可在可操作地接合关节运动马达606a、606b与可操作地接合击发马达602或闭合马达603之间选择性地切换。在至少一个示例中，如图16中所示，开关614可在多个位置和/或状态之间运动或转变。在第一位置616中，开关614可以将公共控制模块610电耦接到击发马达602；在第二位置617中，开关614可以将公共控制模块610电耦接到闭合马达603；在第三位置618a中，开关614可以将公共控制模块610电耦接到第一关节运动马达606a；并且在第四位置618b中，开关614可以将公共控制模块610电耦接到例如第二关节运动马达606b。在某些情况下，单独的公共控制模块610可同时电耦接到击发马达602、闭合马达603和关节运动马达606a、606b。在某些情况下，开关614可为机械开关、机电开关、固态开关、或任何合适的开关机构。
马达602、603、606a、606b中的每个可包括扭矩传感器以测量马达的轴上的输出扭矩。可以任何常规方式感测端部执行器上的力，诸如通过钳口的外侧上的力传感器或通过用于致动钳口的马达的扭矩传感器来感测端部执行器上的力。
在各种情况下，如图16中所示，公共控制模块610可包括马达驱动器626，该马达驱动器626可包括一个或多个H桥场效应FET。马达驱动器626可例如基于得自微控制器620(“控制器”)的输入来调节从功率源628传输到耦接到公共控制模块610的马达的功率。在某些情况下，当马达耦接到公共控制模块610时，可例如采用微控制器620来确定由马达消耗的电流，如上所述。
在某些情况下，微控制器620可包括微处理器622(“处理器”)和一个或多个非暂态计算机可读介质或存储单元624(“存储器”)。在某些情况下，存储器624可存储各种程序指令，该各种程序指令在被执行时可使处理器622执行本文所述的多个功能和/或计算。在某些情况下，存储器单元624中的一者或多者可例如耦接到处理器622。
在某些情况下，功率源628可例如用于为微控制器620供电。在某些情况下，功率源628可包括电池(或者“电池组”或“功率组”)，诸如锂离子电池，例如。在某些情况下，电池组可被配置成能够可释放地安装到柄部以用于给外科器械600供电。可将多个串联连接的电池单元用作功率源628。在某些情况下，功率源628可为例如可替换的和/或可再充电的。
在各种情况下，处理器622可控制马达驱动器626以控制耦接到公共控制器610的马达的位置、旋转方向、和/或速度。在某些情况下，处理器622可发信号通知马达驱动器626，以停止和/或停用耦接到公共控制器610的马达。应当理解，如本文所用的术语“处理器”包括任何合适的微处理器、微控制器、或将计算机的中央处理单元(CPU)的功能结合在一个集成电路或至多几个集成电路上的其它基础计算装置。处理器是多用途的可编程装置，该装置接收数字数据作为输入，根据其存储器中存储的指令来处理输入，然后提供结果作为输出。因为处理器具有内部存储器，所以是顺序数字逻辑的示例。处理器的操作对象是以二进制数字系统表示的数字和符号。
在一个实例中，处理器622可为任何单核或多核处理器，诸如已知的由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)生产的商品名为ARM Cortex的那些。在某些情况下，微控制器620例如可以是购自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、以及产品数据表易得的其它特征。可容易地换用其它微控制器，以与模块4410一起使用。因此，本公开不应限于这一上下文。
在某些情况下，存储器624可包括用于控制可耦接到公共控制器610的外科器械600的马达中的每个的程序指令。例如，存储器624可包括用于控制击发马达602、闭合马达603和关节运动马达606a、606b的程序指令。此类程序指令可使得处理器622根据来自外科器械或工具的算法或控制程序的输入来控制击发、闭合和关节运动功能。
在某些情况下，一个或多个机构和/或传感器(诸如例如传感器630)可用于警示处理器622应当在特定设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是根据本公开的一个方面的被配置成能够操作本文所述的外科工具的机器人外科器械700的示意图。机器人外科器械700可被编程或配置成能够控制位移构件的远侧/近侧平移、闭合管的远侧/近侧位移、轴旋转、以及具有单个或多个关节运动驱动连杆的关节运动。在一个方面，外科器械700可被编程或配置成能够单独地控制击发构件、闭合构件、轴构件和/或一个或多个关节运动构件。外科器械700包括控制电路710，该控制电路被配置成能够控制马达驱动的击发构件、闭合构件、轴构件和/或一个或多个关节运动构件。
在一个方面，机器人外科器械700包括控制电路710，该控制电路被配置成能够经由多个马达704a-704e来控制端部执行器702的砧座716和I形梁714(包括锋利切割刃)部分、可移除钉仓718、轴740以及一个或多个关节运动构件742a、742b。位置传感器734可被配置成能够向控制电路710提供I形梁714的位置反馈。其他传感器738可被配置成能够向控制电路710提供反馈。定时器/计数器731向控制电路710提供定时和计数信息。可提供能量源712以操作马达704a-704e，并且电流传感器736向控制电路710提供马达电流反馈。马达704a-704e可通过控制电路710在开环或闭环反馈控制中单独操作。
在一个方面，控制电路710可包括用于执行使得一个或多个处理器执行一个或多个任务的指令的一个或多个微控制器、微处理器或其它合适的处理器。在一个方面，定时器/计数器731向控制电路710提供输出信号，诸如耗用时间或数字计数，以将如由位置传感器734确定的I形梁714的位置与定时器/计数器731的输出相关联，使得控制电路710可确定I形梁714在相对于起始位置的特定时间(t)或I形梁714处于相对于起始位置的特定位置时的时间(t)处的位置。定时器/计数器731可被配置成能够测量所耗用的时间、计数外部事件或时间外部事件。
在一个方面，控制电路710可被编程为基于一个或多个组织状况来控制端部执行器702的功能。控制电路710可被编程为直接或间接地感测组织状况，诸如厚度，如本文所述。控制电路710可被编程为基于组织状况选择击发控制程序或闭合控制程序。击发控制程序可以描述位移构件的远侧运动。可以选择不同的击发控制程序以更好地处理不同的组织状况。例如，控制电路710可被编程为当存在较厚的组织时，以较低的速度和/或以较低的功率平移位移构件。控制电路710可被编程为当存在较薄的组织时，以较高的速度和/或以较高的功率平移位移构件。闭合控制程序可控制由砧座716施加到组织的闭合力。其它控制程序控制轴740和关节运动构件742a、742b的旋转。
在一个方面，控制电路710可生成马达设定点信号。马达设定点信号可以被提供给各种马达控制器708a-708e。马达控制器708a-708e可以包括一个或多个电路，这些电路被配置成能够向马达704a-704e提供马达驱动信号，以驱动马达704a-704e，如本文所述。在一些示例中，马达704a-704e可为有刷DC电动马达。例如，马达704a-704e的速度可与相应的马达驱动信号成比例。在一些示例中，马达704a-704e可为无刷DC马达，并且相应的马达驱动信号可包括提供给马达704a-704e的一个或多个定子绕组的PWM信号。而且，在一些示例中，可以省略马达控制器708a-708e，并且控制电路710可以直接生成马达驱动信号。
在一个方面，控制电路710可以针对位移构件的行程的第一开环部分初始以开环配置操作马达704a-704e中的每个。基于在行程的开环部分期间机器人外科器械700的响应，控制电路710可以选择处于闭环配置的击发控制程序。器械的响应可以包括在开环部分期间位移构件的平移距离、在开环部分期间耗用的时间、在开环部分期间提供给马达704a-704e中的一者的能量、马达驱动信号的脉冲宽度之和等。在开环部分之后，控制电路710可以对位移构件行程的第二部分实现所选择的击发控制程序。例如，在行程的闭环部分期间，控制电路710可以基于以闭环方式描述位移构件的位置的平移数据来调制马达704a-704e中的一者，以使位移构件以恒定速度平移。
在一个方面，马达704a-704e可从能量源712接收电力。能量源712可为由主交流功率源、电池、超级电容器或任何其它合适的能量源驱动的DC功率源。马达704a-704e可经由相应的传输装置706a-706e机械地耦接到单独的可运动机械元件，诸如I形梁714、砧座716、轴740、关节运动742a和关节运动742b。传输装置706a-706e可以包括一个或多个齿轮或其它连杆器件，以将马达704a-704e耦接到可运动机械元件。位置传感器734可感测I形梁714的位置。位置传感器734可为或包括能够生成指示I形梁714的位置的位置数据的任何类型的传感器。在一些示例中，位置传感器734可包括编码器，该编码器被配置成能够在I形梁714朝远侧和朝近侧平移时向控制电路710提供一系列脉冲。控制电路710可跟踪脉冲以确定I形梁714的位置。可使用其它合适的位置传感器，包括例如接近传感器。其他类型的位置传感器可提供指示I形梁714的运动的其他信号。而且，在一些示例中，可省略位置传感器734。在马达704a-704e中的任一者是步进马达的情况下，控制电路710可通过汇总马达704已被命令执行的步骤的数量和方向来跟踪I形梁714的位置。位置传感器734可位于端部执行器702中或器械的任何其他部分处。马达704a-704e中的每个的输出包括用于感测力的扭矩传感器744a-744e，并且具有用于感测驱动轴的旋转的编码器。
在一个方面，控制电路710被配置成能够驱动击发构件，诸如端部执行器702的I形梁714部分。控制电路710向马达控制708a提供马达设定点，该马达控制向马达704a提供驱动信号。马达704a的输出轴耦接到扭矩传感器744a。扭矩传感器744a耦接到传输装置706a，该传输装置耦接到I形梁714。传输装置706a包括可运动的机械元件诸如旋转元件和击发构件，以控制I形梁714沿端部执行器702的纵向轴线朝远侧和朝近侧的运动。在一个方面，马达704a可耦接到刀齿轮组件，该刀齿轮组件包括刀齿轮减速组，该刀齿轮减速组包括第一刀驱动齿轮和第二刀驱动齿轮。扭矩传感器744a向控制电路710提供击发力反馈信号。击发力信号表示击发或移位I形梁714所需的力。位置传感器734可被配置成能够将I形梁714沿击发行程的位置或击发构件的位置作为反馈信号提供给控制电路710。端部执行器702可包括被配置成能够向控制电路710提供反馈信号的附加传感器738。当准备好使用时，控制电路710可向马达控制708a提供击发信号。响应于击发信号，马达704a可沿端部执行器702的纵向轴线将击发构件从近侧行程开始位置朝远侧驱动至行程开始位置远侧的行程结束位置。在击发构件朝远侧平移时，具有定位在远侧端部处的切割元件的I形梁714朝远侧推进以切割位于钉仓718与砧座716之间的组织。
在一个方面，控制电路710被配置成能够驱动闭合构件，诸如端部执行器702的砧座716部分。控制电路710向马达控制708b提供马达设定点，该马达控制708b向马达704b提供驱动信号。马达704b的输出轴耦接到扭矩传感器744b。扭矩传感器744b耦接到传输装置706b，该传输装置耦接到砧座716。传输装置706b包括可运动的机械元件诸如旋转元件和闭合构件，以控制砧座716从打开位置和闭合位置的运动。在一个方面，马达704b耦接到闭合齿轮组件，该闭合齿轮组件包括被支撑成与闭合正齿轮啮合接合的闭合减速齿轮组。扭矩传感器744b向控制电路710提供闭合力反馈信号。闭合力反馈信号表示施加到砧座716的闭合力。位置传感器734可被配置成能够将闭合构件的位置作为反馈信号提供给控制电路710。端部执行器702中的附加传感器738可向控制电路710提供闭合力反馈信号。可枢转砧座716与钉仓718相对地定位。当准备好使用时，控制电路710可向马达控制708b提供闭合信号。响应于闭合信号，马达704b推进闭合构件以抓握砧座716与钉仓718之间的组织。
在一个方面，控制电路710被配置成能够使轴构件诸如轴740旋转，以使端部执行器702旋转。控制电路710向马达控制708c提供马达设定点，该马达控制708c向马达704c提供驱动信号。马达704c的输出轴耦接到扭矩传感器744c。扭矩传感器744c耦接到耦接到轴740的传输装置706c。传输装置706c包括可运动的机械元件诸如旋转元件，以控制轴740顺时针或逆时针旋转360°以上。在一个方面，马达704c耦接到旋转传输装置组件，该旋转传输装置组件包括管齿轮区段，该管齿轮区段形成于(或附接到)近侧闭合管的近侧端部上，以通过可操作地支撑在工具安装板上的旋转齿轮组件可操作地接合。扭矩传感器744c向控制电路710提供旋转力反馈信号。旋转力反馈信号表示施加到轴740上的旋转力。位置传感器734可被配置成能够将闭合构件的位置作为反馈信号提供给控制电路710。附加的传感器738诸如轴编码器可向控制电路710提供轴740的旋转位置。
在一个方面，控制电路710被配置成能够使端部执行器702进行关节运动。控制电路710向马达控制708d提供马达设定点，该马达控制708d向马达704d提供驱动信号。马达704d的输出轴耦接到扭矩传感器744d。扭矩传感器744d耦接到耦接到关节运动构件742a的传输装置706d。传输装置706d包括可运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耦接到关节运动螺母，该关节运动螺母可旋转地轴颈连接在远侧脊部的近侧端部部分上并且通过关节运动齿轮组件在其上可旋转地驱动。扭矩传感器744d向控制电路710提供关节运动力反馈信号。关节运动力反馈信号表示施加到端部执行器702的关节运动力。传感器738(诸如关节运动编码器)可向控制电路710提供端部执行器702的关节运动位置。
在另一方面，机器人外科系统700的关节运动功能可包括两个关节运动构件或连杆742a、742b。这些关节运动构件742a、742b由机器人接口(齿条)上的单独的盘驱动，这些盘由两个马达708d、708e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运动的机械元件诸如位移构件、关节运动连杆、闭合管和轴的电动马达704a-704e。外部影响是事物如组织、周围身体和摩擦对物理系统的未测量的、不可预测的影响。此类外部影响可被称为曳力，其相对电动马达704a-704e中的一个作用。外部影响诸如曳力可导致物理系统的操作偏离物理系统的期望操作。
在一个方面，位置传感器734可被实现为绝对定位系统。在一个方面，位置传感器734可包括磁性旋转绝对定位系统，该磁性旋转绝对定位系统被实现为AS5055EQFT单片磁性旋转位置传感器，其可购自Austria Microsystems,AG。位置传感器734可与控制电路710进行交互，以提供绝对定位系统。位置可包括位于磁体上方并耦接到CORDIC处理器的霍尔效应元件，该CORDIC处理器也被已知为逐位方法和Volder算法，提供该CORDIC处理器以实现用于计算双曲线函数和三角函数的简单有效的算法，双曲线函数和三角函数仅需要加法操作、减法操作、数位位移操作和表格查找操作。
在一个方面，控制电路710可与一个或多个传感器738通信。传感器738可定位在端部执行器702上并且适于与机器人外科器械700一起操作以测量各种衍生参数，诸如间隙距离对时间、组织压缩与时间、以及砧座应变与时间。传感器738可包括磁性传感器、磁场传感器、应变仪、负荷传感器、压力传感器、力传感器、扭矩传感器、电感式传感器诸如涡流传感器、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或用于测量端部执行器702的一个或多个参数的任何其他合适的传感器。传感器738可包括一个或多个传感器。传感器738可位于钉仓718平台上，以使用分段电极来确定组织位置。扭矩传感器744a-744e可被配置成能够感测力诸如击发力、闭合力和/或关节运动力等。因此，控制电路710可感测(1)远侧闭合管所经历的闭合负荷及其位置，(2)在齿条处的击发构件及其位置，(3)钉仓718在其上具有组织的部分，以及(4)两个关节运动杆上的负载和位置。
在一个方面，一个或多个传感器738可包括应变仪，诸如微应变仪，其被配置成能够在夹持条件期间测量砧座716中的应变的量值。应变仪提供电信号，该电信号的幅值随着应变量值而变化。传感器738可包括压力传感器，该压力传感器被配置成能够检测由砧座716与钉仓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可位于闭合管与砧座716之间的交互点处，以检测由闭合管施加到砧座716的闭合力。施加在砧座716上的力可表示在砧座716与钉仓718之间捕集的组织区段所经受的组织压缩。一个或多个传感器738可沿闭合驱动系统定位在各种交互点处，以检测由闭合驱动系统施加到砧座716的闭合力。一个或多个传感器738可在夹持操作期间由控制电路710的处理器实时取样。控制电路710接收实时样本测量值以提供和分析基于时间的信息，并实时评估施加到砧座716的闭合力。
在一个方面，电流传感器736可用于测量由马达704a-704e中的每个所消耗的电流。推进可运动的机械元件(诸如I形梁714)中的任一者所需的力对应于由马达704a-704e中的一者所消耗的电流。将力转换成数字信号并将其提供给控制电路710。控制电路710可被配置成能够模拟器械的实际系统在控制器的软件中的响应。可致动位移构件以使端部执行器702中的I形梁714以目标速度或接近目标速度运动。机器人外科系统700可包括反馈控制器，该反馈控制器可为任何反馈控制器中的一者，包括但不限于例如PID、状态反馈、线性平方(LQR)和/或自适应控制器。机器人外科器械700可包括功率源，以例如将来自反馈控制器的信号转换成物理输入，诸如外壳电压、PWM电压、频率调制电压、电流、扭矩和/或力。附加细节公开于2017年6月29日提交的标题为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一个方面的被编程为控制位移构件的远侧平移的外科器械750的框图。在一个方面，外科器械750被编程为控制位移构件诸如I形梁764的远侧平移。外科器械750包括端部执行器752，该端部执行器可包括砧座766、I形梁764(包括锋利切割刃)和可移除钉仓768。
线性位移构件诸如I形梁764的位置、运动、位移和/或平移可通过绝对定位系统、传感器布置和位置传感器784来测量。由于I形梁764耦接到能够纵向运动的驱动构件，因此I形梁764的位置可通过采用位置传感器784测量能够纵向运动的驱动构件的位置来确定。因此，在以下描述中，I形梁764的位置、位移和/或平移可通过如本文所述的位置传感器784来实现。控制电路760可被编程为控制位移构件诸如I形梁764的平移。在一些示例中，控制电路760可包括一个或多个微控制器、微处理器或其他合适的处理器，以用于执行使一个或多个处理器以所述方式控制位移构件(例如，I形梁764)的指令。在一个方面，定时器/计数器781向控制电路760提供输出信号，诸如耗用时间或数字计数，以将如由位置传感器784确定的I形梁764的位置与定时器/计数器781的输出相关联，使得控制电路760可确定I形梁764在相对于起始位置的特定时间(t)处的位置。定时器/计数器781可被配置成能够测量所耗用的时间、计数外部事件或时间外部事件。
控制电路760可生成马达设定点信号772。马达设定点信号772可被提供给马达控制器758。马达控制器758可包括一个或多个电路，该一个或多个电路被配置成能够向马达754提供马达驱动信号774以驱动马达754，如本文所述。在一些示例中，马达754可为有刷DC电动马达。例如，马达754的速度可与马达驱动信号774成比例。在一些示例中，马达754可为无刷DC电动马达，并且马达驱动信号774可以包括提供给马达754的一个或多个定子绕组的PWM信号。而且，在一些示例中，可以省略马达控制器758，并且控制电路760可以直接生成马达驱动信号774。
马达754可从能量源762接收电力。能量源762可以是或包括电池、超级电容器或任何其它合适的能量源。马达754可经由传输装置756机械地耦接到I形梁764。传输装置756可包括一个或多个齿轮或其他连杆部件，以将马达754耦接到I形梁764。位置传感器784可感测I形梁764的位置。位置传感器784可为或包括能够生成指示I形梁764的位置的位置数据的任何类型的传感器。在一些示例中，位置传感器784可包括编码器，该编码器被配置成能够在I形梁764朝远侧和朝近侧平移时向控制电路760提供一系列脉冲。控制电路760可跟踪脉冲以确定I形梁764的位置。可使用其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可通过汇总马达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，其被配置成能够在夹持条件期间测量砧座766中的应变的量值。应变仪提供电信号，该电信号的幅值随着应变量值而变化。传感器788可包括压力传感器，该压力传感器被配置成能够检测由砧座766与钉仓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可位于闭合管与砧座766之间的交互点处，以检测由闭合管施加到砧座766的闭合力。施加在砧座766上的力可表示在砧座766与钉仓768之间捕集的组织区段所经受的组织压缩。一个或多个传感器788可沿闭合驱动系统定位在各种交互点处，以检测由闭合驱动系统施加到砧座766的闭合力。一个或多个传感器788可在夹持操作期间由控制电路760的处理器实时取样。控制电路760接收实时样本测量值以提供和分析基于时间的信息，并实时评估施加到砧座766的闭合力。
可采用电流传感器786来测量由马达754消耗的电流。推进I形梁764所需的力对应于由马达754消耗的电流。将力转换成数字信号并将其提供给控制电路760。
控制电路760可被配置成能够模拟器械的实际系统在控制器的软件中的响应。可致动位移构件以使端部执行器752中的I形梁764以目标速度或接近目标速度运动。外科器械750可包括反馈控制器，该反馈控制器可为任何反馈控制器中的一者，包括但不限于例如PID、状态反馈、LQR和/或自适应控制器。外科器械750可包括功率源，以例如将来自反馈控制器的信号转换为物理输入，诸如外壳电压、PWM电压、频率调制电压、电流、扭矩和/或力。
外科器械750的实际驱动系统被配置成能够通过具有齿轮箱和与关节运动和/或刀系统的机械链路的有刷DC马达来驱动位移构件、切割构件或I形梁764。另一示例为操作例如可互换轴组件的位移构件和关节运动驱动器的电动马达754。外部影响是事物如组织、周围身体和摩擦对物理系统的未测量的、不可预测的影响。这种外部影响可被称为相对电动马达754作用的曳力。外部影响诸如曳力可导致物理系统的操作偏离物理系统的期望操作。
各种示例性方面涉及外科器械750，其包括具有马达驱动的外科缝合和切割工具的端部执行器752。例如，马达754可沿端部执行器752的纵向轴线朝远侧和朝近侧驱动位移构件。端部执行器752可包括可枢转砧座766，并且当被配置用于使用时，钉仓768与砧座766相对定位。临床医生可抓握砧座766与钉仓768之间的组织，如本文所述。当准备好使用器械750时，临床医生可例如通过按下器械750的触发器来提供击发信号。响应于击发信号，马达754可沿端部执行器752的纵向轴线将位移构件从近侧行程开始位置朝远侧驱动到行程开始位置远侧的行程结束位置。当位移构件朝远侧平移时，具有定位在远侧端部处的切割元件的I形梁764可切割钉仓768与砧座766之间的组织。
在各种示例中，外科器械750可包括控制电路760，该控制电路被编程为例如基于一个或多个组织状况来控制位移构件(诸如I形梁764)的远侧平移。控制电路760可被编程为直接或间接地感测组织状况，诸如厚度，如本文所述。控制电路760可被编程为基于组织状况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，控制电路760可被编程为当存在较厚的组织时，以较低的速度和/或以较低的功率平移位移构件。控制电路760可被编程为当存在较薄的组织时，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配置来操作马达754。基于在行程的开环部分期间器械750的响应，控制电路760可选择击发控制程序。器械的响应可以包括在开环部分期间位移构件的平移距离、在开环部分期间耗用的时间、在开环部分期间提供给马达754的能量、马达驱动信号的脉冲宽度之和等。在开环部分之后，控制电路760可以对位移构件行程的第二部分实施所选择的击发控制程序。例如，在行程的闭环部分期间，控制电路760可基于以闭环方式描述位移构件的位置的平移数据来调节马达754，以使位移构件以恒定速度平移。附加细节公开于2017年9月29日提交的标题为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是根据本公开的一个方面的被配置成能够控制各种功能的外科器械790的示意图。在一个方面，外科器械790被编程为控制位移构件诸如I形梁764的远侧平移。外科器械790包括端部执行器792，该端部执行器可包括砧座766、I形梁764和可移除钉仓768，该可移除钉仓可与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，其购自AustriaMicrosystems,AG。位置传感器784可与控制电路760进行交互，以提供绝对定位系统。位置可包括位于磁体上方并耦接到CORDIC处理器的霍尔效应元件，该CORDIC处理器也被已知为逐位方法和Volder算法，提供该CORDIC处理器以实现用于计算双曲线函数和三角函数的简单有效的算法，双曲线函数和三角函数仅需要加法操作、减法操作、数位位移操作和表格查找操作。
在一个方面，I形梁764可被实现为包括刀主体的刀构件，该刀主体在其上可操作地支撑组织切割刀片，并且该I形梁还可包括砧座接合突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方式在2017年6月20日提交的标题为用于外科缝合和切割器械的马达速度的自适应控制的技术(TECHNIQUES FOR ADAPTIVE CONTROL OFMOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT)的共同拥有的美国专利申请序列号15/628,175中有所描述，该专利申请全文以引用方式并入本文。
线性位移构件诸如I形梁764的位置、运动、位移和/或平移可通过绝对定位系统、传感器布置和表示为位置传感器784的位置传感器来测量。由于I形梁764耦接到能够纵向运动的驱动构件，因此I形梁764的位置可通过采用位置传感器784测量能够纵向运动的驱动构件的位置来确定。因此，在以下描述中，I形梁764的位置、位移和/或平移可通过如本文所述的位置传感器784来实现。控制电路760可被编程为控制位移构件诸如I形梁764的平移，如本文所述。在一些示例中，控制电路760可包括一个或多个微控制器、微处理器或其他合适的处理器，以用于执行使一个或多个处理器以所述方式控制位移构件(例如，I形梁764)的指令。在一个方面，定时器/计数器781向控制电路760提供输出信号，诸如耗用时间或数字计数，以将如由位置传感器784确定的I形梁764的位置与定时器/计数器781的输出相关联，使得控制电路760可确定I形梁764在相对于起始位置的特定时间(t)处的位置。定时器/计数器781可被配置成能够测量所耗用的时间、计数外部事件或时间外部事件。
控制电路760可生成马达设定点信号772。马达设定点信号772可被提供给马达控制器758。马达控制器758可包括一个或多个电路，该一个或多个电路被配置成能够向马达754提供马达驱动信号774以驱动马达754，如本文所述。在一些示例中，马达754可为有刷DC电动马达。例如，马达754的速度可与马达驱动信号774成比例。在一些示例中，马达754可为无刷DC电动马达，并且马达驱动信号774可以包括提供给马达754的一个或多个定子绕组的PWM信号。而且，在一些示例中，可以省略马达控制器758，并且控制电路760可以直接生成马达驱动信号774。
马达754可从能量源762接收电力。能量源762可以是或包括电池、超级电容器或任何其它合适的能量源。马达754可经由传输装置756机械地耦接到I形梁764。传输装置756可包括一个或多个齿轮或其他连杆部件，以将马达754耦接到I形梁764。位置传感器784可感测I形梁764的位置。位置传感器784可为或包括能够生成指示I形梁764的位置的位置数据的任何类型的传感器。在一些示例中，位置传感器784可包括编码器，该编码器被配置成能够在I形梁764朝远侧和朝近侧平移时向控制电路760提供一系列脉冲。控制电路760可跟踪脉冲以确定I形梁764的位置。可使用其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可通过汇总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，其被配置成能够在夹持条件期间测量砧座766中的应变的量值。应变仪提供电信号，该电信号的幅值随着应变量值而变化。传感器788可包括压力传感器，该压力传感器被配置成能够检测由砧座766与钉仓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可位于闭合管与砧座766之间的交互点处，以检测由闭合管施加到砧座766的闭合力。施加在砧座766上的力可表示在砧座766与钉仓768之间捕集的组织区段所经受的组织压缩。一个或多个传感器788可沿闭合驱动系统定位在各种交互点处，以检测由闭合驱动系统施加到砧座766的闭合力。一个或多个传感器788可在夹持操作期间由控制电路760的处理器部分实时取样。控制电路760接收实时样本测量值以提供和分析基于时间的信息，并实时评估施加到砧座766的闭合力。
可采用电流传感器786来测量由马达754消耗的电流。推进I形梁764所需的力对应于由马达754消耗的电流。将力转换成数字信号并将其提供给控制电路760。
当RF仓796代替钉仓768被装载在端部执行器792中时，RF能量源794耦接到端部执行器792，并且该RF能量源被施加到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耦接的外科系统及其使用方法(SURGICAL SYSTEM COUPLABLE WITHSTAPLE CARTRIDGE AND RADIO FREQUENCY CARTRIDGE,AND METHOD OF USING SAME)，该专利全文以引用方式并入本文。
发生器硬件
图20为被配置成能够提供无电感器调谐以及其他益处的发生器800的简化框图。发生器800的附加细节在2015年6月23日发布的标题为用于超声和电外科装置的外科发生器(SURGICAL GENERATOR FOR ULTRASONIC AND ELECTROSURGICAL DEVICES)的美国专利号9,060,775中有所描述，该专利申请全文以引用方式并入本文。发生器800可包括经由电力变压器806与非隔离级804通信的患者隔离级802。电力变压器806的次级绕组808容纳在隔离级802中，并且可包括抽头配置(例如，中心抽头或非中心抽头配置)来限定驱动信号输出端810a、810b、810c，以将驱动信号递送至不同的外科器械，诸如例如超声外科器械、RF电外科器械和包括能够单独或同时递送的超声能量模式和RF能量模式的多功能外科器械。具体地，驱动信号输出端810a、810c可将超声驱动信号(例如420V均方根(RMS)驱动信号)输出至超声外科器械，并且驱动信号输出端810b、810c可将RF电外科驱动信号(例如100V RMS驱动信号)输出至RF电外科器械，其中驱动信号输出端810b对应于电力变压器806的中心抽头。
在某些形式中，超声驱动信号和电外科驱动信号可同时提供至不同的外科器械和/或单个外科器械，诸如具有将超声能量和电外科能量两者递送至组织的能力的多功能外科器械。应当理解，提供给专用电外科器械和/或组合的多功能超声/电外科器械的电外科信号可以是治疗或亚治疗水平信号，其中亚治疗信号可用于例如监测组织或器械状况并向发生器提供反馈。例如，超声信号和RF信号可从具有单个输出端口的发生器单独地或同时递送，以便向外科器械提供期望的输出信号，如将在下文更详细地讨论。因此，发生器可组合超声能量和电外科RF能量并且将组合的能量递送到多功能超声/电外科器械。双极电极可被放置在端部执行器的一个或两个钳口上。除了电外科RF能量之外，一个钳口可由超声能量同时驱动。超声能量可用于解剖组织，而电外科RF能量可用于脉管密封。
非隔离级804可包括功率放大器812，该功率放大器具有连接至电力变压器806的初级绕组814的输出端。在某些形式中，功率放大器812可包括推挽放大器。例如，非隔离级804还可包括逻辑装置816用于向数字-模拟转换器(DAC)电路818供应数字输出，而该数字-模拟转换器(DAC)电路继而将对应的模拟信号供应至功率放大器812的输入。在某些形式中，例如除其他逻辑电路之外，逻辑装置816可包括可编程门阵列(PGA)、FPGA、可编程逻辑装置(PLD)。因此，由于经由DAC电路818控制功率放大器812的输入，逻辑装置816可控制在驱动信号输出端810a、810b、810c处出现的驱动信号的多个参数(例如，频率、波形形状、波形振幅)中的任一者。在某些形式中并且如下所述，逻辑装置816结合处理器(例如，下文所述的DSP)可实现多个基于DSP的算法和/或其他控制算法，以控制由发生器800输出的驱动信号的参数。
可通过开关模式调节器820(例如功率转换器)将功率供应至功率放大器812的功率轨。在某些形式中，开关模式调节器820例如可包括可调式降压调节器。例如，非隔离级804还可包括第一处理器822，在一种形式中，该第一处理器可包括DSP处理器，例如诸如购自Analog Devices(Norwood,MA)的Analog Devices ADSP-21469SHARC DSP，但在各种形式中可采用任何合适的处理器。在某些形式中，DSP处理器822可响应于由DSP处理器822经由ADC电路824从功率放大器812接收的电压反馈数据来控制开关模式调节器820的操作。在一种形式中，例如，DSP处理器822可经由ADC电路824接收由功率放大器812放大的信号(例如，射频信号)的波形包络作为输入。随后，DSP处理器822可(例如，经由PWM输出)控制开关模式调节器820，使得被供应至功率放大器812的干线电压跟踪经放大信号的波形包络。通过基于波形包络以动态方式调制功率放大器812的干线电压，功率放大器812的效率相对于固定干线电压放大器方案可显著升高。
在某些形式中，逻辑装置816结合DSP处理器822可实现数字合成电路诸如直接数字合成器控制方案，以控制由发生器800输出的驱动信号的波形形状、频率和/或振幅。在一种形式中，例如，逻辑装置816可通过调用存储于动态更新的查找表(LUT)(诸如RAM LUT)中的波形样本来实现DDS控制算法，该动态更新的查找表可被嵌入FPGA中。此种控制算法尤其适用于其中在其谐振频率下可通过完全正弦电流驱动超声换能器诸如超声换能器的超声应用。因为其它频率可激发寄生谐振，因此最小化或降低动态支路电流的总畸变可相应地最小化或降低不利的谐振效应。因为发生器800所输出的驱动信号的波形形状受输出驱动电路(例如，电力变压器806、功率放大器812)中所存在的各种畸变源的影响，因此基于驱动信号的电压和电流反馈数据可被输入到算法(诸如由DSP处理器822实现的误差控制算法)中，该算法通过适当地以动态行进方式(例如，实时地)使存储于LUT中的波形样本预先畸变或修改来补偿畸变。在一种形式中，对LUT样本所施加的预先畸变量或程度可根据所计算的动态支路电流与期望的电流波形形状之间的误差而定，其中所述误差可基于逐一样本确定。以该方式，预先畸变的LUT样本在通过驱动电路进行处理时，可使动态支路驱动信号具有所期望的波形形状(例如，正弦形状)，以最佳地驱动超声换能器。因此，在此类形式中，当考虑到畸变效应时，LUT波形样本将不呈现驱动信号的期望波形形状，而是呈现要求最终产生动态支路驱动信号的期望波形形状的波形形状。
非隔离级804还可包括经由相应的隔离变压器830、832耦接到电力变压器806的输出端的第一ADC电路826和第二ADC电路828，以分别用于对由发生器800输出的驱动信号的电压和电流进行采样。在某些形式中，ADC电路826、828可被配置成能够以高速(例如，80兆样本/秒(MSPS))采样，以实现对驱动信号的过采样。在一种形式中，例如，ADC电路826、828的采样速度可实现驱动信号的约200x(根据频率而定)的过采样。在某些形式中，可通过令单个ADC电路经由二路式多路复用器接收输入电压和电流信号来执行ADC电路826、828的采样操作。通过在发生器800的形式中使用高速采样，除可实现其他事物之外，还可实现对流过动态支路的复杂电流的计算(这在某些形式中可用于实现上述基于DDS的波形形状控制)、对采样信号进行精确的数字滤波以及以高精度计算实际功耗。ADC电路826、828所输出的电压和电流反馈数据可由逻辑装置816接收和处理(例如，先进先出(FIFO)缓冲器、多路复用器)并被存储于数据存储器中，以供例如DSP处理器822后续检索。如上所述，电压和电流反馈数据可用作算法的输入用于以动态行进方式使LUT波形样本预先畸变或修改。在某些形式中，这可能需要基于在获取电压和电流反馈数据对时由逻辑装置816输出的对应LUT样本或以其他方式与该对应LUT样本相关联来索引每个存储的电压和电流反馈数据对。以此方式使LUT样本和电压和电流反馈数据同步有助于预畸变算法的准确计时和稳定性。
在某些形式中，可使用电压和电流反馈数据来控制驱动信号的频率和/或振幅(例如，电流振幅)。在一种形式中，例如，可使用电压和电流反馈数据来确定阻抗相位。随后，可控制驱动信号的频率以最小化或减小所确定阻抗相位与阻抗相位设定点(例如，0°)之间的差值，从而最小化或减小谐波畸变的影响，并且相应地提高阻抗相位测量精确度。相位阻抗和频率控制信号的确定可在DSP处理器822中实现，例如，其中频率控制信号作为输入被供应至由逻辑装置816实现的DDS控制算法。
在另一形式中，例如可监测电流反馈数据，以便将驱动信号的电流振幅保持在电流振幅设定点。电流振幅设定点可被直接指定或基于特定的电压振幅和功率设定点而间接地确定。在某些形式中，可通过DSP处理器822中的控制算法(诸如例如，比例积分微分(PID)控制算法)来实现对电流振幅的控制。控制算法为了适当控制驱动信号的电流振幅而控制的变量可包括例如：存储在逻辑装置816中的LUT波形样本的定标和/或经由DAC电路834的DAC电路818(其向功率放大器812供应输入)的全标度输出电压。
非隔离级804还可包括第二处理器836用于除别的之外还提供用户接口(UI)功能。在一种形式中，UI处理器836可包括例如购自Atmel Corporation(San Jose,California)的具有ARM 926EJ-S核的Atmel AT91SAM9263处理器。UI处理器836所支持的UI功能的示例可包括听觉和视觉用户反馈、与外围装置(例如，经由USB接口)的通信、与脚踏开关的通信、与输入装置(例如，触摸屏显示器)的通信以及与输出装置(例如，扬声器)的通信。UI处理器836可(例如，经由SPI总线)与DSP处理器822和逻辑装置816通信。尽管UI处理器836可主要支持UI功能，然而在某些形式中，其也可与DSP处理器822配合以实现风险减缓。例如，UI处理器836可被编程用于监测用户输入和/或其他输入(例如，触摸屏输入、脚踏开关输入、温度传感器输入)的各个方面，并且当检测到错误状况时可停用发生器800的驱动输出。
在某些形式中，例如DSP处理器822和UI处理器836两者可确定并监测发生器800的操作状态。对于DSP处理器822，发生器800的操作状态例如可指示DSP处理器822实施的是哪些控制和/或诊断过程。对于UI处理器836，发生器800的操作状态例如可指示为用户呈现UI的哪些元素(例如，显示屏、声音)。相应的DSP处理器822和UI处理器836可独立地保持发生器800的当前操作状态并识别和评估当前操作状态的可能转变。DSP处理器822可用作此关系中的主体并确定何时会发生操作状态间的转变。UI处理器836可注意到操作状态间的有效转变并可证实特定的转变是否适当。例如，当DSP处理器822命令UI处理器836转变至特定状态时，UI处理器836可证实所要求的转变是有效的。如果UI处理器836确定所要求的状态间转变是无效的，则UI处理器836可使发生器800进入失效模式。
非隔离级804还可包括控制器838，以用于监测输入装置(例如，用于接通和断开发生器800的电容触摸传感器、电容触摸屏)。在某些形式中，控制器838可包括至少一个处理器和/或与UI处理器836通信的其他控制器装置。在一种形式中，例如，控制器838可包括处理器(例如，购自Atmel的Meg168 8位控制器)，所述处理器被配置成能够监测经由一个或多个电容触摸传感器提供的用户输入。在一种形式中，控制器838可包括触摸屏控制器(例如购自Atmel的QT5480触摸屏控制器)，以控制和管理从电容触摸屏对触摸数据的采集。
在某些形式中，当发生器800处于“功率关”状态时，控制器838可继续接收操作功率(例如，经由来自发生器800的功率源的线，诸如下文所述的功率源854)。以此方式，控制器838可继续监测输入装置(例如，位于发生器800的前面板上的电容式触摸传感器)，以用于接通和断开发生器800。当发生器800处于功率关状态时，如果检测到用户激活“接通/断开”输入装置，则控制器838可唤醒功率源(例如，启用功率源854的一个或多个DC/DC电压转换器856的操作)。控制器838可因此开始使发生器800转变至“功率开”状态的序列。相反，当发生器800处于功率开状态时，如果检测到“接通/断开”输入装置的激活，则控制器838可启动使发生器800转变至功率关状态的序列。在某些形式中，例如，控制器838可向UI处理器836报告“接通/断开”输入装置的激活，该处理器继而实施所需的过程序列以使发生器800转变至功率关状态。在此类形式中，控制器838可能不具有在建立起功率开状态之后从发生器800去除功率的独立能力。
在某些形式中，控制器838可使发生器800提供听觉或其他感观反馈，以警示用户功率开或功率关序列已开始。可在功率开或功率关序列开始时以及在与序列相关联的其它过程开始之前提供此类警示。
在某些形式中，隔离级802可包括器械接口电路840，例如以在外科器械的控制电路(例如，包括手持件开关的控制电路)与非隔离级804的部件(诸如例如，逻辑装置816、DSP处理器822和/或UI处理器836)之间提供通信接口。器械接口电路840可经由保持隔离级和非隔离级802、804之间的合适的电气隔离程度的通信链路(诸如例如，基于IR的通信链路)与非隔离级804的部件交换信息。例如，可使用由隔离变压器供电的低压降电压调节器为器械接口电路840供应电力，该低压降电压调节器从非隔离级804被驱动。
在一种形式中，器械接口电路840可包括与信号调节电路844通信的逻辑电路842(例如，逻辑电路、可编程逻辑电路、PGA、FPGA、PLD)。信号调节电路844可被配置成能够从逻辑电路842接收周期性信号(例如，2kHz的方波)，以生成具有相同频率的双极性询问信号。例如，可使用由差分放大器馈送的双极电流源生成询问信号。询问信号可被传送至外科器械控制电路(例如，通过使用将发生器800连接至外科器械的缆线中的导电对)并被监测以确定控制电路的状态或配置。控制电路可包括多个开关、电阻器和/或二极管，以修改询问信号的一个或多个特性(例如，振幅、整流)，使得可基于所述一个或多个特性唯一地辨别控制电路的状态或配置。在一种形式中，例如信号调节电路844可包括ADC电路，以用于生成由于询问信号通过控制电路而出现在控制电路输入中的电压信号的样本。随后，逻辑电路842(或非隔离级804的部件)可基于ADC电路样本来确定控制电路的状态或配置。
在一种形式中，器械接口电路840可包括第一数据电路接口846，以实现逻辑电路842(或器械接口电路840的其他元件)与设置在外科器械中或以其他方式与外科器械相关联的第一数据电路之间的信息交换。在某些形式中，例如，第一数据电路可设置在一体地附接到外科器械手持件的缆线中，或设置在用于使特定的外科器械类型或模型与发生器800交接的适配器中。第一数据电路可以任何合适的方式实施且可根据包括例如本文关于第一数据电路所述的任何合适的协议与发生器通信。在某些形式中，第一数据电路可包括非易失性存储装置，诸如EEPROM装置。在某些形式中，第一数据电路接口846可与逻辑电路842分开地实施，并且包括合适的电路(例如，离散的逻辑装置、处理器)，以实现逻辑电路842与第一数据电路之间的通信。在其他形式中，第一数据电路接口846可与逻辑电路842成一体。
在某些形式中，第一数据电路可存储与其相关联的特定外科器械相关的信息。此类信息可包括例如型号、序列号、其中已使用外科器械的多个操作、和/或任何其它类型的信息。此种信息可被器械接口电路840(例如，通过逻辑电路842)读取、被传输至非隔离级804的部件(例如，至逻辑装置816、DSP处理器822和/或UI处理器836)，以经由输出装置呈现给用户和/或控制发生器800的功能或操作。附加地，任何类型的信息可经由第一数据电路接口846(例如，使用逻辑电路842)被传送至第一数据电路以存储于其中。此类信息可包括例如其中已使用外科器械的操作的更新数目和/或其使用的日期和/或时间。
如前所述，外科器械可从手持件拆卸(例如，多功能外科器械可从手持件拆卸)以促进器械的可互换性和/或可处置性。在此类情形中，常规发生器的识别所使用特定器械配置和相应地优化控制和诊断过程的能力可受限。然而，从兼容性角度来看，通过对外科器械添加可读数据电路来解决此问题是有问题的。例如，设计外科器械来保持与缺少必备数据读取功能的发生器的向后兼容可能由于例如不同的信号方案、设计复杂性和成本而不切实际。本文所述器械的形式通过使用数据电路来解决这些问题，所述数据电路可经济地实施于现有外科器械中并具有最小的设计变化，以保持外科器械与当前发生器平台的兼容性。
附加地，发生器800的形式可实现与基于器械的数据电路的通信。例如，发生器800可被配置成能够与器械(例如，多功能外科器械)中所包含的第二数据电路通信。在一些形式中，第二数据电路可以类似于本文所述的第一数据电路的方式实施。器械接口电路840可包括用于实现该通信的第二数据电路接口848。在一种形式中，第二数据电路接口848可包括三态数字接口，然而也可使用其他接口。在某些形式中，第二数据电路通常可为用于传输和/或接收数据的任何电路。在一种形式中，例如第二数据电路可存储与相关联的特定外科器械相关的信息。此类信息可包括例如型号、序列号、其中已使用外科器械的多个操作、和/或任何其它类型的信息。
在一些形式中，第二数据电路可存储关于相关联的超声换能器、端部执行器或超声驱动系统的电性能和/或超声性能的信息。例如，第一数据电路可指示老化频率斜率，如本文所述。附加地或另选地，任何类型的信息均可经由第二数据电路接口848(例如，使用逻辑电路842)被传送至第二数据电路以存储于其中。此类信息例如可包括其中使用外科器械的操作的更新数目和/或其使用的日期和/或时间。在某些形式中，第二数据电路可传输由一个或多个传感器(例如，基于器械的温度传感器)采集的数据。在某些形式中，第二数据电路可从发生器800接收数据并基于所接收的数据向用户提供指示(例如，发光二极管指示或其他可视指示)。
在某些形式中，第二数据电路和第二数据电路接口848可被配置成能够使得可实现逻辑电路842与第二数据电路之间的通信而无需提供用于此目的附加导体(例如，用于将手持件连接至发生器800的缆线的专用导体)。在一种形式中，例如，可使用实施于现有缆线上的单总线通信方案(诸如用于将询问信号从信号调节电路844传输至手持件中的控制电路的导体中的一者)而将信息传送至第二数据电路并从第二数据电路传送信息。以此方式，最小化或减少原本可能必要的外科器械的设计变化或修改。此外，因为在共用物理通道上实施的不同类型的通信可为频带分离的，第二数据电路的存在对于不具有必备数据读取功能的发生器而言可为“隐形的”，因此能够实现外科器械的向后兼容性。
在某些形式中，隔离级802可包括至少一个连接至驱动信号输出端810b的阻挡电容器850-1，以防止DC电流流向患者。例如，可要求信号阻挡电容器符合医疗规则或标准。尽管相对而言单电容器设计中很少出现错误，然而此类错误可造成不良后果。在一种形式中，可设置有与阻挡电容器850-1串联的第二阻挡电容器850-2，其中例如通过ADC电路852来监测从阻挡电容器850-1与850-2之间的点发生的电流泄漏，以对泄漏电流所感应的电压进行采样。这些样本例如可由逻辑电路842接收。基于泄漏电流的变化(如电压样本所指示的)，发生器800可确定阻挡电容器850-1、850-2中的至少一者何时已失效，从而提供优于具有单个失效点的单电容器设计的益处。
在某些形式中，非隔离级804可包括功率源854，以用于在适当的电压和电流下递送DC功率。功率源可包括例如用于递送48VDC系统电压的400W功率源。功率源854还可包括用于接收功率源输出的一个或多个DC/DC电压转换器856，以在发生器800的各种部件所需的电压和电流下生成DC输出。如以上结合控制器838所述，当控制器838检测到用户激活“接通/断开”输入装置以启用DC/DC电压转换器856的操作或唤醒该DC/DC电压转换器时，DC/DC电压转换器856中的一个或多个可从控制器838接收输入。
图21示出了发生器900的示例，该发生器为发生器800(图20)的一种形式。发生器900被配置成能够将多个能量模态递送至外科器械。发生器900提供用于独立地或同时将能量递送至外科器械的RF信号和超声信号。RF信号和超声信号可单独或组合提供，并且可同时提供。如上所述，至少一个发生器输出可通过单个端口递送多种能量模态(例如，超声、双极或单极RF、不可逆和/或可逆电穿孔和/或微波能量等等)，并且这些信号可分开或同时被递送到端部执行器以处理组织。
发生器900包括耦接到波形发生器904的处理器902。处理器902和波形发生器904被配置成能够基于存储在耦接到处理器902的存储器中的信息来生成各种信号波形，为了本公开清楚起见而未示出该存储器。与波形相关联的数字信息被提供给波形发生器904，该波形发生器904包括一个或多个DAC电路以将数字输入转换成模拟输出。模拟输出被馈送到放大器1106用于信号调节和放大。放大器906的经调节和放大的输出耦接到电力变压器908。信号通过电力变压器908耦接到患者隔离侧中的次级侧。第一能量模态的第一信号被提供给被标记为ENERGY1和RETURN的端子之间的外科器械。第二能量模态的第二信号耦接到电容器910两端并被提供给被标记为ENERGY2和RETURN的端子之间的外科器械。应当理解，可输出超过两种能量模态，并且因此下标“n”可被用来指定可提供多至n个ENERGYn端子，其中n是大于1的正整数。还应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可提供多至“n”个返回路径RETURNn。
第一电压感测电路912耦接到被标记为ENERGY1和RETURN路径的端子的两端，以测量其间的输出电压。第二电压感测电路924耦接到被标记为ENERGY2和RETURN路径的端子的两端，以测量其间的输出电压。如图所示，电流感测电路914与电力变压器908的次级侧的RETURN支路串联设置，以测量任一能量模态的输出电流。如果为每种能量模态提供不同的返回路径，则应在每个返回支路中提供单独的电流感测电路。第一电压感测电路912和第二电压感测电路924的输出被提供给相应的隔离变压器916、922，并且电流感测电路914的输出被提供给另一隔离变压器918。电力变压器908(非患者隔离侧)的初级侧上的隔离变压器916、928、922的输出被提供给一个或多个ADC电路926。ADC电路926的数字化输出被提供给处理器902用于进一步处理和计算。可采用输出电压和输出电流反馈信息来调整提供给外科器械的输出电压和电流，并且计算输出阻抗等参数。处理器902和患者隔离电路之间的输入/输出通信通过接口电路920提供。传感器也可通过接口920与处理器902电气通信。
在一个方面，阻抗可由处理器902通过将耦接在被标记为ENERGY1/RETURN的端子两端的第一电压感测电路912或耦接在被标记为ENERGY2/RETURN的端子两端的第二电压感测电路924的输出除以与电力变压器908的次级侧的RETURN支路串联设置的电流感测电路914的输出来确定。第一电压感测电路912和第二电压感测电路924的输出被提供给单独的隔离变压器916、922，并且电流感测电路914的输出被提供给另一隔离变压器916。来自ADC电路926的数字化电压和电流感测测量值被提供给处理器902以用于计算阻抗。例如，第一能量模态ENERGY1可以是超声能量，并且第二能量模态ENERGY2可以是RF能量。然而，除了超声和双极或单极RF能量模态之外，其它能量模态还包括不可逆和/或可逆电穿孔和/或微波能量等。而且，虽然图21所示的示例示出了可为两种或更多种能量模态提供单个返回路径RETURN，但在其他方面，可为每种能量模态ENERGYn提供多个返回路径RETURNn。因此，如本文所述，超声换能器阻抗可通过将第一电压感测电路912的输出除以电流感测电路914的输出来测量，并且组织阻抗可通过将第二电压感测电路924的输出除以电流感测电路914的输出来测量。
如图21中所示，包括至少一个输出端口的发生器900可包括具有单个输出和多个抽头的电力变压器908，以例如根据正在执行的组织处理类型以一种或多种能量模态(诸如超声、双极或单极RF、不可逆和/或可逆电穿孔和/或微波能量等等)的形式向端部执行器提供功率。例如，发生器900可用较高电压和较低电流递送能量以驱动超声换能器，用较低电压和较高电流递送能量以驱动RF电极以用于密封组织，或者用凝固波形递送能量以用于使用单极或双极RF电外科电极。来自发生器900的输出波形可被操纵、切换或滤波，以向外科器械的端部执行器提供频率。超声换能器与发生器900输出端的连接将优选地位于被标记为ENERGY1和RETURN的输出端之间，如图21所示。在一个示例中，RF双极电极与发生器900输出端的连接将优选地位于被标记为ENERGY2和RETURN的输出端之间。在单极输出的情况下，优选的连接将是ENERGY2输出端的有源电极(例如，铅笔或其他探头)以及连接至RETURN输出端的合适的返回垫。
附加细节公开于2017年3月30日公布的标题为用于操作用于数字地生成电信号波形的发生器和外科器械的技术(TECHNIQUES FOR OPERATING GENERATOR FOR DIGITALLYGENERATING ELECTRICAL SIGNAL WAVEFORMS AND SURGICAL INSTRUMENTS)的美国专利申请公布2017/0086914中，该专利申请全文以引用方式并入本文。
如本说明书通篇所用，术语“无线”及其衍生物可用于描述可通过使用经调制的电磁辐射通过非固体介质来传送数据的电路、装置、系统、方法、技术、通信信道等。该术语并不意味着相关联的组织不包含任何电线，尽管在一些方面它们可能不包含。通信模块可实现多种无线或有线通信标准或协议中的任一种，包括但不限于Wi-Fi(IEEE 802.11系列)、WiMAX(IEEE 802.16系列)、IEEE 802.20、长期演进(LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、蓝牙、及其以太网衍生物、以及被指定为3G、4G、5G和以上的任何其它无线和有线协议。计算模块可包括多个通信模块。例如，第一通信模块可专用于较短距离的无线通信诸如Wi-Fi和蓝牙，并且第二通信模块可专用于较长距离的无线通信诸如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO等。
如本文所用，处理器或处理单元是对一些外部数据源(通常为存储器或一些其它数据流)执行操作的电子电路。本文所用术语是指组合多个专门的“处理器”的一个或多个系统(尤其是片上系统(SoC))中的中央处理器(中央处理单元)。
如本文所用，片上系统或芯片上系统(SoC或SOC)为集成了计算机或其它电子系统的所有器件的集成电路(也被称为“IC”或“芯片”)。它可以包含数字、模拟、混合信号以及通常射频功能—全部在单个基板上。SoC将微控制器(或微处理器)与高级外围装置如图形处理单元(GPU)、Wi-Fi模块或协处理器集成。SoC可以包含或可不包含内置存储器。
如本文所用，微控制器或控制器为将微处理器与外围电路和存储器集成的系统。微控制器(或微控制器单元的MCU)可被实现为单个集成电路上的小型计算机。其可类似于SoC；SoC可包括作为其器件之一的微控制器。微控制器可包含一个或多个核心处理单元(CPU)以及存储器和可编程输入/输出外围装置。以铁电RAM、NOR闪存或OTP ROM形式的程序存储器以及少量RAM也经常包括在芯片上。与个人计算机或由各种分立芯片组成的其它通用应用中使用的微处理器相比，微控制器可用于嵌入式应用。
如本文所用，术语控制器或微控制器可为与外围装置交接的独立式IC或芯片装置。这可为计算机的两个部件或用于管理该装置的操作(以及与该装置的连接)的外部装置上的控制器之间的链路。
如本文所述的处理器或微控制器中的任一者可为任何单核或多核处理器，诸如由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)提供的商品名为ARM Cortex的那些。在一个方面，处理器可为例如购自德克萨斯器械公司(Texas Instruments)的LM4F230H5QR ARMCortex-M4F处理器内核，其包括：256KB的单循环闪存或其它非易失性存储器(最多至40MHZ)的片上存储器、用于使性能改善超过40MHz的预取缓冲器、32KB的单循环串行随机存取存储器(SRAM)、装载有
软件的内部只读存储器(ROM)、2KB的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、一个或多个脉宽调制(PWM)模块、一个或多个正交编码器输入(QEI)模拟、具有12个模拟输入信道的一个或多个12位模数转换器(ADC)、以及产品数据表易得的其它特征。
在一个示例中，处理器可包括安全控制器，该安全控制器包括两个基于控制器的系列，诸如同样由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)提供的商品名为Hercules ARMCortex R4的TMS570和RM4x。安全控制器可被配置成能够专门用于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件，同时递送可定标的性能、连接性和存储器选项。
模块化装置包括可容纳在外科集线器内的模块(如结合图3和图9所述)和外科装置或器械，该外科装置或器械可连接到各种模块以便与对应的外科集线器连接或配对。模块化装置包括例如智能外科器械、医学成像装置、抽吸/冲洗装置、排烟器、能量发生器、呼吸机、吹入器和显示器。本文所述的模块化装置可通过控制算法来控制。控制算法可在模块化装置自身上、在与特定模块化装置配对的外科集线器上或在模块化装置和外科集线器两者上执行(例如，经由分布式计算架构)。在一些示例中，模块化装置的控制算法基于由模块化装置自身感测到的数据来控制装置(即，通过模块化装置之中、之上或连接到模块化装置的传感器)。该数据可与正在手术的患者(例如，组织特性或吹入压力)或模块化装置本身相关(例如，刀被推进的速率、马达电流或能量水平)。例如，外科缝合和切割器械的控制算法可根据刀在其前进时遇到的阻力来控制器械的马达驱动其刀穿过组织的速率。
外科集线器态势感知
尽管包括响应于感测数据的控制算法的“智能”装置可以是对在不考虑感测数据的情况下操作的“哑巴”装置的改进，但当孤立地考虑时，即在没有正在被执行的外科手术的类型或正在手术的组织的类型的背景下，一些感测数据可能是不完整的或不确定的。在不知道手术背景(例如，知道正在手术的组织的类型或正在被执行的手术的类型)的情况下，控制算法可能在给定的特定无背景感测数据的情况下错误地或次优地控制模块化装置。例如，用于响应于特定的感测参数来控制外科器械的控制算法的最佳方式可根据正在手术的特定组织类型而变化。这是由于以下事实：不同的组织类型具有不同的特性(例如，抗撕裂性)，并且因此不同地响应于由外科器械采取的动作。因此，可能期望外科器械即使在感测到针对特定参数的相同测量时也采取不同的动作。作为一个特定示例，响应于器械感测到用于闭合其端部执行器的意外高的力来控制外科缝合和切割器械的最佳方式将根据组织类型是易于撕裂还是抗撕裂而变化。对于易于撕裂的组织(诸如肺部组织)，器械的控制算法将响应于用于闭合的意外高的力而最佳地使马达速度逐渐下降，从而避免撕裂组织。对于抗撕裂的组织(诸如胃组织)，器械的控制算法将响应于用于闭合的意外高的力而最佳地使马达速度逐渐上升，从而确保端部执行器被适当地夹持在组织上。在不知道是肺部组织还是胃组织已被夹持的情况下，控制算法可做出次优决定。
一种解决方案利用包括系统的外科集线器，该系统被配置成能够基于从各种数据源接收到的数据来导出关于正在被执行的外科手术的信息，然后相应地控制配对的模块化装置。换句话讲，外科集线器被配置成能够从所接收的数据推断关于外科手术的信息，然后基于所推断的外科手术的背景来控制与外科集线器配对的模块化装置。图22示出了根据本公开的至少一个方面的态势感知外科系统5100的图。在一些范例中，数据源5126包括例如模块化装置5102(其可包括被配置成能够检测与患者和/或模块化装置本身相关联的参数的传感器)、数据库5122(例如，包含患者记录的EMR数据库)和患者监测装置5124(例如，血压(BP)监测器和心电图(EKG)监测器)。外科集线器5104可被配置成能够例如基于所接收的数据的(一个或多个)特定组合或从数据源5126接收数据的特定顺序从数据导出与外科手术有关的背景信息。从所接收的数据推断的背景信息可包括例如正在被执行的外科手术的类型、外科医生正在执行的外科手术的特定步骤、正在手术的组织的类型或为手术的对象的体腔。外科集线器5104的一些方面从所接收的数据导出或推断与外科手术有关的信息的这种能力可被称为“态势感知”。在一个范例中，外科集线器5104可并入态势感知系统，该态势感知系统是与外科集线器5104相关联的从所接收的数据导出与外科手术有关的背景信息的硬件和/或程序设计。
外科集线器5104的态势感知系统可被配置成能够以多种不同的方式从接收自数据源5126的数据导出背景信息。在一个范例中，态势感知系统包括已经在训练数据上进行训练以将各种输入(例如，来自数据库5122、患者监测装置5124和/或模块化装置5102的数据)与关于外科手术的对应背景信息相关联的模式识别系统或机器学习系统(例如，人工神经网络)。换句话讲，机器学习系统可被训练成从所提供的输入准确地导出关于外科手术的背景信息。在另一范例中，态势感知系统可包括查找表，该查找表存储与对应于背景信息的一个或多个输入(或输入范围)相关联的关于外科手术的预先表征的背景信息。响应于利用一个或多个输入的查询，查找表可返回态势感知系统用于控制模块化装置5102的对应背景信息。在一个范例中，由外科集线器5104的态势感知系统接收的背景信息与用于一个或多个模块化装置5102的特定控制调节或一组控制调节相关联。在另一范例中，态势感知系统包括当提供背景信息作为输入时生成或检索用于一个或多个模块化装置5102的一个或多个控制调节的另外的机器学习系统、查找表或其他此类系统。
结合有态势感知系统的外科集线器5104为外科系统5100提供了许多益处。一个益处包括改进对感测和收集到的数据的解释，这将继而改进外科手术过程期间的处理精度和/或数据的使用。回到先前的示例，态势感知外科集线器5104可确定正在手术的组织的类型；因此，当检测到用于闭合外科器械的端部执行器的意外高的力时，态势感知外科集线器5104可正确地使用于组织类型的外科器械的马达速度逐渐上升或逐渐下降。
作为另一个示例，正在手术的组织的类型可影响针对特定组织间隙测量对外科缝合和切割器械的压缩率和负荷阈值进行的调节。态势感知外科集线器5104可推断正在被执行的外科手术是胸腔手术还是腹部手术，从而允许外科集线器5104确定被外科缝合和切割器械的端部执行器夹持的组织是肺部组织(对于胸腔手术)还是胃组织(对于腹部手术)。然后，外科集线器5104可针对组织的类型适当地调节外科缝合和切割器械的压缩率和负荷阈值。
作为又一个示例，在吹入手术期间被操作的体腔的类型可影响排烟器的功能。态势感知外科集线器5104可确定外科部位是否处于压力下(通过确定外科手术正在利用吹入)并确定手术类型。由于一种手术类型通常在特定的体腔内执行，外科集线器5104然后可针对在其中进行操作的体腔适当地控制排烟器的马达速率。因此，态势感知外科集线器5104可提供对于胸腔和腹部手术两者一致的烟排出量。
作为又一个示例，正在被执行的手术的类型可影响超声外科器械或射频(RF)电外科器械操作的最佳能量水平。例如，关节镜手术需要更高的能量水平，因为超声外科器械或RF电外科器械的端部执行器浸没在流体中。态势感知外科集线器5104可确定外科手术是否是关节镜手术。然后，外科集线器5104可调节发生器的RF功率水平或超声振幅(即“能量水平”)以补偿流体填充的环境。相关地，正在手术的组织的类型可影响超声外科器械或RF电外科器械操作的最佳能量水平。态势感知外科集线器5104可确定正在被执行的外科手术的类型，然后根据该外科手术的预期组织概况分别定制超声外科器械或RF电外科器械的能量水平。此外，态势感知外科集线器5104可被配置成能够在整个外科手术过程中而不是仅在逐个手术的基础上调节超声外科器械或RF电外科器械的能量水平。态势感知外科集线器5104可确定正在被执行或随后将要被执行的外科手术的步骤，然后更新用于发生器和/或超声外科器械或RF电外科器械的控制算法，以根据该外科手术步骤将能量水平设定在适合于预期组织类型的值。
作为又一示例，可从附加数据源5126提取数据，以改进外科集线器5104从一个数据源5126提取的结论。态势感知外科集线器5104可用已从其他数据源5126构建的关于外科手术的背景信息来扩充其从模块化装置5102接收的数据。例如，态势感知外科集线器5104可被配置成能够根据从医学成像装置接收到的视频或图像数据来确定止血是否已经发生(即，在外科部位的出血是否已经停止)。然而，在一些情况下，视频或图像数据可能是不确定的。因此，在一个范例中，外科集线器5104还可被配置成能够将生理测量值(例如，由可通信地连接至外科集线器5104的BP监测器感测的血压)与止血的视觉或图像数据(例如，来自可通信地耦接到外科集线器5104的医学成像装置124(图2))进行比较，以确定缝合线或组织焊缝的完整性。换句话讲，外科集线器5104的态势感知系统可考虑生理测量数据以在分析可视化数据时提供附加的背景。当可视化数据本身可能是不确定的或不完整的时，附加背景可以是有用的。
另一益处包括根据正在被执行的外科手术的特定步骤主动且自动地控制配对的模块化装置5102，以减少在外科手术过程期间医疗人员需要与外科系统5100交互或控制外科系统的次数。例如，如果态势感知外科集线器5104确定手术的后续步骤需要使用RF电外科器械，则其可主动地激活与该器械连接的发生器。主动地激活能量源允许器械在手术的先前步骤一完成就准备好使用。
作为另一个示例，态势感知外科集线器5104可根据在外科部位处外科医生预期需要查看的(一个或多个)特征来确定外科手术的当前步骤或后续步骤是否需要在显示器上的不同视图或放大程度。然后，外科集线器5104可相应地主动改变所显示的视图(例如，由用于可视化系统108的医学成像装置提供)，使得在整个外科手术中自动调节显示器。
作为又一个示例，态势感知外科集线器5104可确定外科手术的哪个步骤正在被执行或随后将要执行以及针对外科手术的该步骤是否需要特定数据或数据之间的比较。外科集线器5104可被配置成能够基于正在被执行的外科手术的步骤自动地调用数据屏幕，而无需等待外科医生请求该特定信息。
另一益处包括在外科手术的设置期间或在外科手术的过程期间检查错误。例如，态势感知外科集线器5104可确定手术室是否被正确地或最佳地设置以用于待执行的外科手术。外科集线器5104可被配置成能够确定正在被执行的外科手术的类型，(例如，从存储器中)检索对应的清单、产品位置或设置需求，然后将当前手术室布局与外科集线器5104确定的用于该正在被执行的外科手术类型的标准布局进行比较。在一个范例中，外科集线器5104可被配置成能够将用于手术的物品列表(例如，由图26B中所示的扫描仪5132扫描)和/或与外科集线器5104配对的装置列表与用于给定外科手术的物品和/或装置的推荐或预期清单进行比较。外科集线器5104可被配置成能够如果列表之间存在任何不连续性，则提供指示特定模块化装置5102、患者监测装置5124和/或其他外科物品缺失的警示。在一个范例中，外科集线器5104可被配置成能够例如经由接近传感器来确定模块化装置5102和患者监测装置5124的相对距离或位置。外科集线器5104可将装置的相对位置与用于特定外科手术的推荐或预期布局进行比较。外科集线器5104可被配置成能够如果在布局之间存在任何不连续性，则提供指示用于该外科手术的当前布局偏离推荐布局的警示。
作为另一个示例，态势感知外科集线器5104可确定外科医生(或其他医疗人员)在外科手术过程期间是否正在出错或以其他方式偏离预期的动作过程。例如，外科集线器5104可被配置成能够确定正在被执行的外科手术的类型，(例如，从存储器中)检索对应的步骤列表或设备使用的顺序，然后将在外科手术过程期间正在被执行的步骤或正在被使用的设备与外科集线器5104确定的针对该正在被执行的外科手术类型的预期步骤或设备进行比较。在一个范例中，外科集线器5104可被配置成能够提供指示在外科手术中的特定步骤处正在执行意外动作或正在使用意外装置的警示。
总体而言，用于外科集线器5104的态势感知系统通过针对每种外科手术的特定背景调节外科器械(和其他模块化装置5102)(诸如针对不同的组织类型进行调节)并在外科手术期间验证动作来改善外科手术结果。态势感知系统还根据手术的特定背景通过自动建议下一步骤、提供数据以及调节显示器和手术室中的其他模块化装置5102来提高外科医生执行外科手术的效率。
图23A示出了根据本公开的至少一个方面的用于根据从所接收的数据导出的背景信息来控制模块化装置5102的方法5000a的逻辑流程图。换句话讲，态势感知外科集线器5104可执行方法5000a，以在如由外科手术的背景所指示的外科手术之前、期间或之后确定用于与外科集线器5104配对的模块化装置5102的适当控制调节。在方法5000a的以下描述中，还应当参考图22。在一个范例中，方法5000a可由如图10所示的外科集线器5104的控制电路(处理器244)执行。在另一范例中，方法5000a可由如图1所示的云计算系统104执行。在又一个范例中，方法5000a可由分布式计算系统执行，该分布式计算系统包括与模块化装置的控制电路组合的前述云计算系统104和/或外科集线器5104的控制电路中的至少一者，该模块化装置的控制电路诸如图12中所示的外科器械的微控制器461、图16中所示的外科器械的微控制器620、图17中所示的机器人外科器械700的控制电路710、图18和图19中所示的外科器械750、790的控制电路760或图20中所示的发生器800的控制器838。为了经济起见，方法5000a的以下描述将被描述为由外科集线器5104的控制电路执行；然而，应当理解，方法5000a的描述涵盖所有前述范例。
执行方法5000a的外科集线器5104的控制电路从与外科集线器5104可通信地连接的一个或多个数据源5126接收5004a数据。数据源5126包括例如数据库5122、患者监测装置5124和模块化装置5102。在一个范例中，数据库5122可包括与外科手术正在被执行所处的医疗设施相关联的患者EMR数据库。从数据源5126接收的数据5004a可包括围术期数据，该围术期数据包括与给定外科手术相关联的术前数据、术中数据和/或术后数据。从数据库5122接收的数据5004a可包括正在被执行的外科手术的类型或患者的病史(例如，可能是或可能不是本外科手术的对象的医学病症)。在图24A所示的一个范例中，控制电路可通过用与患者相关联的唯一标识符查询患者EMR数据库来接收5004a患者或外科手术数据。外科集线器5104可从例如扫描仪5128接收该唯一标识符，该扫描仪用于扫描患者的腕带5130，该腕带在患者进入手术室时编码与该患者相关联的唯一标识符，如图26A所示。在一个范例中，患者监测装置5124包括BP监测器、EKG监测器以及被配置成能够监测与患者相关联的一个或多个参数的其他此类装置。如模块化装置5102一样，患者监测装置5124可与外科集线器5104配对，使得外科集线器5104从其接收5004a数据。在一个范例中，从与外科集线器5104配对(即，可通信地耦接)的模块化装置5102接收的数据5004a包括例如激活数据(即，装置是否通电或在使用中)、模块化装置5102的内部状态的数据(例如，用于外科切割和缝合装置的击发力或闭合力、吹入器或排烟器的压差、或者RF或超声外科器械的能量水平)或患者数据(例如，组织类型、组织厚度、组织机械特性、呼吸速率或气道容积)。
随着方法5000a继续，外科集线器5104的控制电路可从接收5004a自数据源5126的数据导出5006a背景信息。背景信息可包括例如正在被执行的手术的类型、正在被执行的外科手术中的特定步骤、患者的状态(例如，患者是否处于麻醉下或患者是否在手术室中)或正在手术的组织的类型。控制电路可根据来自单个数据源5126或数据源5126的组合的数据来导出5006a背景信息。此外，控制电路可根据例如其接收的数据的(一种或多种)类型、接收数据的顺序或与数据相关联的特定测量或值来导出5006a背景信息。例如，如果控制电路从RF发生器接收到指示RF发生器已被激活的数据，则控制电路可推断RF电外科器械正在使用中并且外科医生正在或将要执行利用该特定器械的外科手术的步骤。作为另一个示例，如果控制电路接收到指示腹腔镜成像装置已被激活并且超声发生器随后被激活的数据，则控制电路由于事件发生的顺序可推断外科医生正在进行外科手术的腹腔镜解剖步骤。作为又一个示例，如果控制电路从呼吸机接收到指示患者的呼吸低于特定速率的数据，则控制电路可确定患者处于麻醉下。
然后，控制电路可根据导出5006a背景信息来确定5008a对于一个或多个模块化装置5102需要的控制调节(如果有的话)。在确定5008a控制调节之后，外科集线器5104的控制电路然后可根据控制调节来控制5010a模块化装置(如果控制电路确定5008a有任何必要的话)。例如，如果控制电路确定正在执行关节镜手术并且该手术的下一步骤是在液体环境中利用RF或超声外科器械，则控制电路可确定5008a需要用于RF或超声外科器械的发生器的控制调节以先行地增加该器械的能量输出(因为此类器械在液体环境中需要增加的能量以保持它们的有效性)。然后，控制电路可通过使发生器增加其输出和/或使RF或超声外科器械增加从发生器汲取的能量来控制5010a发生器和/或RF或超声外科器械。控制电路可根据所确定5008a的控制调节通过例如将控制调节传输到特定的模块化装置以更新模块化装置5102的编程来控制5010a模块化装置5102a。在其中(一个或多个)模块化装置5102和外科集线器5104正在执行分布式计算架构的另一范例中，控制电路可根据所确定5008a的控制调节通过更新分布式程序来控制5010a模块化装置5102。
图23B-D示出了图23A所示的方法5000a的代表性具体实施。如图23A所示的方法5000a一样，在一个范例中，在图23B-D中示出的方法可由外科集线器5104的控制电路执行。图23B示出了根据本公开的至少一个方面的用于根据从第一模块化装置接收的围术期数据导出的背景信息来控制第二模块化装置的方法5000b的逻辑流程图。在例示的范例中，外科集线器5104的控制电路从第一模块化装置接收5004b围术期数据。围术期数据可包括例如关于模块化装置5102本身的数据(例如，压差、马达电流、内力或马达扭矩)或与模块化装置5102一起使用的关于患者的数据(例如，组织特性、呼吸速率、气道容积或腹腔镜图像数据)。在接收5004b围术期数据之后，外科集线器5104的控制电路从围术期数据导出5006b背景信息。背景信息可包括例如手术类型、正在被执行的手术的步骤或患者的状态。然后，外科集线器5104的控制电路基于导出5006b的背景信息来确定5008b用于第二模块化装置的控制调节，然后相应地控制5010b第二模块化装置。例如，外科集线器5104可从呼吸机接收5004b指示患者的肺部已被放气的围术期数据，从其导出5006b在该特定手术类型中的后续步骤利用医学成像装置(例如，内窥镜)的背景信息，确定5008b医学成像装置应当被激活并被设定为特定放大率，然后相应地控制5010b医学成像装置。
图23C示出了用于根据从第一模块化装置和第二模块化装置接收的围术期数据导出的背景信息来控制第二模块化装置的方法5000c的逻辑流程图。在例示的范例中，外科集线器5104的控制电路从第一模块化装置接收5002c围术期数据并从第二模块化装置接收5004c围术期数据。在接收到5002c、5004c围术期数据之后，外科集线器5104的控制电路从围术期数据导出5006c背景信息。然后，外科集线器5104的控制电路基于导出5006c的背景信息来确定5008c用于第二模块化装置的控制调节，然后相应地控制5010c第二模块化装置。例如，外科集线器5104可从RF电外科器械接收5002c指示该器械已被击发的围术期数据，从外科缝合器械接收5004c指示该器械已被击发的围术期数据，从其导出5006c在该特定手术类型中的后续步骤需要外科缝合器械以特定的力被击发(因为击发的最佳力可根据正在手术的组织类型而变化)的背景信息，确定5008c应当施加到外科缝合器械的特定的力阈值，然后相应地控制5010c外科缝合器械。
图23D示出了用于根据从第一模块化装置和第二模块化装置接收的围术期数据导出的背景信息来控制第三模块化装置的方法5000d的逻辑流程图。在例示的范例中，外科集线器5104的控制电路从第一模块化装置接收5002d围术期数据并从第二模块化装置接收5004d围术期数据。在接收到5002d、5004d围术期数据之后，外科集线器5104的控制电路从围术期数据导出5006d背景信息。然后，外科集线器5104的控制电路基于导出5006d的背景信息来确定5008d用于第三模块化装置的控制调节，然后相应地控制5010d第三模块化装置。例如，外科集线器5104可从吹入器和医学成像装置接收5002d、5004d指示这两个装置已被激活并与外科集线器5104配对的围术期数据，从其导出5006d正在执行视频辅助胸腔镜手术(VATS)手术的背景信息，确定5008d连接至外科集线器5104的显示器应当被设定为显示与该手术类型相关联的特定视图或信息，然后相应地控制5010d显示器。
图24A示出了包括可通信地耦接到特定的一组数据源5126的外科集线器5104的外科系统5100的图。包括态势感知系统的外科集线器5104可利用从数据源5126接收到的数据来导出关于外科手术的背景信息，在该外科手术中结合利用外科集线器5104、与外科集线器5104配对的模块化装置5102以及与外科集线器5104配对的患者监测装置5124。态势感知系统的一个范例可从特定的一组数据源5126导出的推论(即，背景信息)以从它们所源自的(一个或多个)数据源5126延伸的虚线框来描绘。从数据源5126导出的背景信息可包括例如正在被执行的外科手术的步骤、是否以及如何使用特定的模块化装置5102、以及患者的状况。
在图24A所示的示例中，数据源5126包括数据库5122、多种模块化装置5102和多种患者监测装置5124。外科集线器5104可连接至各种数据库5122，以从其中检索有关正在被执行或待执行的外科手术的数据。在外科系统5100的一个范例中，数据库5122包括医院的EMR数据库。可由外科集线器5104的态势感知系统从数据库5122接收的数据可包括例如关于手术(例如，胸腔右上部分中的分段切除术)的开始(或设置)时间或手术信息。外科集线器5104可仅从该数据或从该数据与来自其他数据源5126的数据的组合中导出关于外科手术的背景信息。
外科集线器5104还可连接至多种患者监测装置5124(即与之配对)。在外科系统5100的一个范例中，可与外科集线器5104配对的患者监测装置5124可包括脉搏血氧仪(SpO2监测器)5114、BP监测器5116和EKG监测器5120。可由外科集线器5104的态势感知系统从患者监测装置5124接收的围术期数据可包括例如患者的氧饱和度、血压、心率和其他生理参数。可由外科集线器5104从由患者监测装置5124传输的围术期数据导出的背景信息可包括例如患者是否位于手术室中或处于麻醉下。外科集线器5104可单独地从来自患者监测装置5124的数据或与来自其他数据源5126(例如，呼吸机5118)的数据组合地导出这些推论。
外科集线器5104还可连接至多种模块化装置5102(即，与之配对)。在外科系统5100的一个范例中，可与外科集线器5104配对的模块化装置5102可包括排烟器5106、医学成像装置5108、吹入器5110、组合能量发生器5112(用于为超声外科器械和/或RF电外科器械提供功率)和呼吸机5118。
医学成像装置5108包括光学部件和生成图像数据的图像传感器。例如，光学部件包括透镜或光源。例如，图像传感器包括电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)。在各种范例中，医学成像装置5108包括内窥镜、腹腔镜、胸腔镜和其他此类成像装置。上文描述了医学成像装置5108的各种附加部件。可由外科集线器5104从医学成像装置5108接收的围术期数据可包括例如医学成像装置5108是否被激活以及视频或图像馈送。可由外科集线器5104从由医学成像装置5108传输的围术期数据导出的背景信息可包括例如该手术是否是VATS手术(基于在手术开始时或手术过程期间医学成像装置5108是否被激活或与外科集线器5104配对)。此外，来自医学成像装置5108的图像或视频数据(或表示用于数字医学成像装置5108的视频的数据流)可由模式识别系统或机器学习系统进行处理以例如在医学成像装置5108的视场(FOV)中识别特征(例如器官或组织类型)。可由外科集线器5104从所识别的特征中导出的背景信息可包括例如正在被执行的外科手术(或其步骤)的类型、正在手术的器官或正在其中进行手术的体腔。
在图24B所示的一个范例中，排烟器5106包括被配置成能够检测手术室中的环境压力的第一压力传感器P1、被配置成能够检测内部下游压力(即，入口下游压力)的第二压力传感器P2和被配置成能够检测内部上游压力的第三压力传感器P3。在一个范例中，第一压力传感器P1可以是与排烟器5106分离的部件，或以其他方式位于排烟器5106的外部。可由外科集线器5104从排烟器5106接收的围术期数据可包括例如排烟器5106是否被激活、来自传感器P1、P2、P3中的每一个传感器的压力读数以及成对的传感器P1、P2、P3之间的压差。围术期数据还可包括例如正在手术的组织的类型(基于被排放的烟雾的化学组成)和正在被切割的组织的量。可由外科集线器5104从由排烟器5106传输的围术期数据导出的背景信息可包括例如正在被执行的手术是否利用吹入。排烟器5106围术期数据可根据P3与P1之间的压差指示该手术是否正在利用吹入。如果由P3感测到的压力大于由P1感测到的压力(即，P3-P1>0)，则对排烟器5106所连接至的体腔吹入。如果由P3感测到的压力等于由P1感测到的压力(即P3-P1＝0)，则不对体腔吹入。当不对体腔吹入时，该手术可以是开放类型的手术。
吹入器5110可包括例如被配置成能够检测吹入器5110的内部参数的压力传感器和电流传感器。可由外科集线器5104从吹入器接收的围术期数据可包括例如吹入器5110是否被激活以及由吹入器5110的泵消耗的电流。外科集线器5104可通过例如直接检测装置是否通电、检测环境压力传感器与外科部位内部的压力传感器之间是否存在压差、或检测吹入器5110的压力阀是加压的(激活)还是非加压的(去激活)来确定吹入器5110是否被激活。可由外科集线器5104从由吹入器5110传输的围术期数据导出的背景信息可包括例如正在被执行的手术的类型(例如，在腹腔镜手术中利用吹入，但在关节镜手术中不利用吹入)以及正在其中进行手术的体腔(例如，在腹腔中利用吹入，但在胸腔中不利用吹入)。在一些范例中，从不同模块化装置5102接收的围术期数据导出的推论可用于确认和/或增加先前推论的置信度。例如，如果外科集线器5104由于吹入器5110被激活而确定该手术正在利用吹入，则外科集线器5104然后可通过检测来自排烟器5106的围术期数据是否同样指示对体腔吹入来确认该推论。
组合能量发生器5112将能量供应给与其连接的一个或多个超声外科器械或RF电外科器械。可由外科集线器5104从组合能量发生器5112接收的围术期数据可包括例如组合能量发生器5112被设定为的模式(例如，脉管密封模式或切割/凝结模式)。可由外科集线器5104从由组合能量发生器5112传输的围术期数据导出的背景信息可包括例如正在被执行的手术手术类型(基于连接至能量发生器5112的外科器械的数量和类型)和手术步骤(因为正在被利用的特定外科器械或外科器械被利用的特定顺序对应于外科手术的不同步骤)。此外，由外科集线器5104导出的推论可取决于由外科集线器5104先前接收的推论和/或围术期数据。一旦外科集线器5104已确定正在被执行的外科手术的一般类别或特定类型，外科集线器5104就可确定或检索用于该外科手术的预期的步骤序列，然后通过将检测到的外科器械被利用的序列相对于预期的序列进行比较来跟踪外科医生在整个外科手术中的进展。
可由外科集线器5104从呼吸机5118接收的围术期数据可包括例如患者的呼吸速率和气道容积。可由外科集线器5104从由呼吸机5118传输的围术期数据导出的背景信息可包括例如患者是否处于麻醉下以及患者的肺部是否被放气。在一些范例中，外科集线器5104可基于来自多个数据源5126的围术期数据的组合来推断某些背景信息。例如，外科集线器5104的态势感知系统可被配置成能够在由呼吸机5118检测到的呼吸速率、由BP监测器5116检测到的血压以及由EKG监测器5120检测到的心率下降到低于特定阈值时推断患者处于麻醉下。对于某些背景信息，外科集线器5104可被配置成能够仅在来自一定数量或所有相关数据源5126的围术期数据满足特定推论的条件时才导出该推论。
如从特定的示例性外科系统5100可以看出的，外科集线器5104的态势感知系统可从数据源5126导出有关正在被执行的外科手术的多种背景信息。外科集线器5104可利用导出的背景信息来控制模块化装置5102，并结合来自其他数据源5126的数据做出关于外科手术的进一步推断。应当指出的是，图24A所示以及结合所描绘的外科系统5100描述的推论仅是示例性的，并且不应被解释为以任何方式进行限制。此外，外科集线器5104可被配置成能够从相同(或不同)的模块化装置5102和/或患者监测装置5124导出多种其他推论。在其他范例中，多种其他模块化装置5102和/或患者监测装置5124可在手术室中与外科集线器5104配对，并且从那些附加的模块化装置5102和/或患者监测装置5124接收到的数据可被外科集线器5104利用以导出关于正在被执行的特定外科手术的相同或不同的背景信息。
图25A-J描绘了用于从各种模块化装置导出5008a、5008b、5008c、5008d背景信息的方法的逻辑流程图，如以上关于图23A-D所示的方法5000a、5000b、5000c、5000d所讨论的。在图25A-C中导出的背景信息是手术类型。手术类型可对应于在外科手术(例如，分段切除术)期间利用的技术、外科手术的类别(例如，腹腔镜手术)、正在手术的器官、组织或其他结构、以及用于识别特定外科手术(例如，该手术利用吹入)的其他特征。在图25D-G中导出的背景信息是正在被执行的外科手术的特定步骤。在图25H-J中导出的背景信息是患者的状态。可以注意到，患者的状态还可对应于正在被执行的外科手术的特定步骤(例如，确定患者的状态已经从不处于麻醉下改变为处于麻醉下可指示由外科人员进行将患者置于麻醉下的外科手术的步骤。如图23A所示的方法5000a一样，在一个范例中，图25A-J所示的方法可由外科集线器5104的控制电路执行。在图25A-J所示的方法的以下描述中，还应当参考图24A。
图25A示出了用于根据排烟器5106围术期数据来确定手术类型的方法5111的逻辑流程图。在该范例中，执行方法5111的外科集线器5104的控制电路从排烟器5106接收5113围术期数据，然后基于其确定5115排烟器5106是否被激活。如果排烟器5106未被激活，则方法5111沿“否”分支继续，并且外科集线器5104的控制电路继续监测排烟器5106围术期数据的接收。如果排烟器5106被激活，则方法5111沿“是”分支继续，并且外科集线器5104的控制电路确定5117内部上游压力传感器P3(图24B)与外部或环境压力传感器P1(图24B)之间是否存在压差。如果存在压差(即，排烟器5106的内部上游压力大于手术室的环境压力)，则方法5111沿“是”分支继续，并且控制电路确定5119该外科手术是吹入利用手术。如果不存在压差，则方法5111沿“否”分支继续，并且控制电路确定5121该外科手术不是吹入利用手术。
图25B示出了用于根据排烟器5106、吹入器5110和医学成像装置5108围术期数据来确定手术类型的方法5123的逻辑流程图。在该范例中，执行方法5123的外科集线器5104的控制电路从排烟器5106、吹入器5110和医学成像装置5108接收5125、5127、5129围术期数据，然后确定5131是否所有的装置都被激活或与外科集线器5104配对。如果所有这些装置未被激活或未与外科集线器5104配对，则方法5123沿“否”分支继续，并且控制电路确定5133该外科手术不是VATS手术。如果所有前述装置都被激活或与外科集线器5104配对，则方法5123沿“是”分支继续，并且控制电路确定5135该外科手术是VATS手术。控制电路可基于所有这些装置都是VATS手术所需的事实来做出该确定；因此，如果不是所有这些装置都在外科手术中使用，则该外科手术可能不是VATS手术。
图25C示出了用于根据医学成像装置5108围术期数据来确定手术类型的方法5137的逻辑流程图。在该范例中，执行方法5137的外科集线器5104的控制电路从医学成像装置5108接收5139围术期数据，然后确定5141医学成像装置5108是否正在传输图像或视频馈送。如果医学成像装置5108没有传输图像或视频馈送，则方法5137沿“否”分支继续，并且控制电路确定5143该外科手术不是VATS手术。如果医学成像装置5108没有传输图像或视频馈送，则方法5137沿“是”分支继续，并且控制电路确定5145该外科手术是VATS手术。在一个范例中，外科集线器5104的控制电路可结合图25B所示的方法5123执行图25C所示的方法5137，以便确认或增加由方法5123、5137两者导出的背景信息的置信度。如果在方法5123、5137的确定之间存在不连续性(例如，医学成像装置5108正在传输馈送，但不是所有必需装置都与外科集线器5104配对)，则外科集线器5104可执行附加方法以达到解决方法5123、5137之间的不连续性或向外科人员显示关于该不连续性的警示或反馈的最终确定。
图25D示出了用于根据吹入器5110围术期数据来确定手术步骤的方法5147的逻辑流程图。在该范例中，执行方法5147的外科集线器5104的控制电路从吹入器5110接收5149围术期数据，然后确定5151在外科部位与手术室的周围环境之间是否存在压差。在一个范例中，吹入器5110围术期数据可包括由与吹入器5110相关联的第一压力传感器感测到的外科部位压力(例如，腹内压)，可将该外科部位压力与由被配置成能够检测环境压力的第二压力传感器感测到的压力进行比较。第一压力传感器可被配置成能够检测例如在0mmHg至10mmHg之间的腹内压。如果存在压差，则方法5147沿“是”分支继续，并且控制电路确定5153正在执行外科手术的吹入利用步骤。如果不存在压差，则方法5147沿“否”分支继续，并且控制电路确定5155没有执行外科手术的吹入利用步骤。
图25E示出了用于根据能量发生器5112围术期数据来确定手术步骤的方法5157的逻辑流程图。在该范例中，执行方法5157的外科集线器5104的控制电路从能量发生器5112接收5159围术期数据，然后确定5161能量发生器5112是否处于密封模式。在各种范例中，能量发生器5112可包括两种模式：与第一能量水平相对应的密封模式和与第二能量水平相对应的切割/凝结模式。如果能量发生器5112未处于密封模式，则方法5157沿“否”分支行进，并且控制电路确定5163正在执行外科手术的解剖步骤。控制电路可做出该确定5163，因为如果能量发生器5112不处于密封模式，则对于具有两种操作模式的能量发生器5112，它必须处于切割/凝结模式。能量发生器5112的切割/凝结模式对应于解剖手术步骤，因为它向超声外科器械或RF电外科器械提供适当程度的能量以解剖组织。如果能量发生器5112处于密封模式，则方法5157沿“是”分支行进，并且控制电路确定5165正在执行外科手术的结扎步骤。能量发生器5112的密封模式对应于结扎手术步骤，因为它向超声外科器械或RF电外科器械提供适当程度的能量以结扎脉管。
图25F示出了用于根据能量发生器5112围术期数据来确定手术步骤的方法5167的逻辑流程图。在各个方面，导出后续背景信息的方法也可考虑先前接收的围术期数据和/或先前导出的背景信息。这允许外科集线器5104的态势感知系统在执行手术时导出关于外科手术的附加和/或越来越详细的背景信息。在该范例中，方法5167确定5169正在执行分段切除术手术。该背景信息可由该方法5167或其他方法基于其他所接收的围术期数据来导出和/或从存储器中检索。随后，控制电路从能量发生器5112接收5171指示外科器械正在被击发的围术期数据，然后确定5173能量发生器5112是否在手术的先前步骤中被用于击发外科器械。例如，控制电路可通过从存储器检索在当前外科手术中已经执行的步骤的列表来确定5173能量发生器5112先前是否在该手术的先前步骤中被利用。在此类范例中，当外科集线器5104确定外科人员已经执行或完成了外科手术的步骤时，外科集线器5104可更新已经被执行的手术步骤的列表，然后该列表随后可由外科集线器5104的控制电路检索。在一个范例中，外科集线器5104可根据击发序列之间的时间延迟、外科人员是否采取任何干预动作或利用模块化装置5102、或态势感知系统可检测到的其他因素来区分与外科手术的单独步骤相对应的外科器械的击发序列。如果在分段切除术手术过程期间能量发生器5112先前未被利用过，则方法5167沿“否”分支行进，并且控制电路确定5175正在由外科人员执行解剖组织以调动患者的肺部的步骤。如果在分段切除术手术过程期间先前已经利用过能量发生器5112，则方法5167沿“是”分支行进，并且控制电路确定5177正在由外科人员执行解剖节点的步骤。在分段切除术手术的一个示例的过程期间(例如，图27)，超声外科器械或RF电外科器械被利用两次；因此，执行方法5167的外科集线器5104的态势感知系统可基于能量发生器5112先前是否被利用过来区分能量发生器5112的利用指示当前正在执行哪个步骤。
图25G示出了用于根据缝合器围术期数据来确定手术步骤的方法5179的逻辑流程图。如上文关于图25F中所示的方法5167所述，方法5179在导出后续背景信息时利用先前所接收的围术期数据和/或先前导出的背景信息。在该范例中，方法5179确定5181正在执行分段切除术手术。该背景信息可由该方法5179或其他方法基于其他所接收的围术期数据来导出和/或从存储器中检索。随后，控制电路从外科缝合器械(即，缝合器)接收5183指示外科缝合器械正在被击发的围术期数据，然后确定5185外科缝合器械是否在外科手术的先前步骤中被利用。如上所述，例如，控制电路可例如通过从存储器检索在当前外科手术中已经执行的步骤的列表来确定5185外科缝合器械先前是否在该手术的先前步骤中被利用。如果先前未利用过外科缝合器械，则方法5179沿“否”分支行进，并且控制电路确定5187正在由外科人员执行结扎动脉和静脉的步骤。如果在分段切除术手术的过程期间先前已利用过外科缝合器械，则方法5179沿“是”分支行进，并且控制电路确定5189正在由外科人员执行横切软组织的步骤。在分段切除术手术的一个示例的过程期间(例如，图27)，外科缝合器械被利用两次；因此，执行方法5179的外科集线器5104的态势感知系统可基于外科缝合器械先前是否被利用过来区分外科缝合器械的利用指示当前正在执行哪个步骤。
图25H示出了用于根据呼吸机5110、脉搏血氧仪5114、BP监测器5116和/或EKG监测器5120围术期数据来确定患者状态的方法5191的逻辑流程图。在该范例中，执行方法5191的外科集线器5104的控制电路从呼吸机5110、脉搏血氧仪5114、BP监测器5116和/或EKG监测器5120中的每个接收5193、5195、5197、5199围术期数据，然后确定由每个装置感测到的生理参数的一个或多个值是否下降到低于针对每个生理参数的阈值。针对每个生理参数的阈值可对应于与患者正处于麻醉下相对应的值。换句话讲，控制电路根据由相应的模块化装置5102和/或患者监测装置5124感测到的数据来确定5201患者的呼吸速率、氧饱和度、血压和/或心率是否指示患者处于麻醉下。在一个范例中，如果来自围术期数据的所有值均低于它们相应的阈值，则方法5191沿“是”分支行进，并且控制电路确定5203患者处于麻醉下。在另一范例中，如果所监测的生理参数的特定数量或比率指示患者处于麻醉下，则控制电路可确定5203患者处于麻醉下。否则，方法5191沿“否”分支行进，并且控制电路确定5205患者未处于麻醉下。
图25I示出了用于根据脉搏血氧仪5114、BP监测器5116和/或EKG监测器5120围术期数据来确定患者状态的方法5207的逻辑流程图。在该范例中，执行方法5207的外科集线器5104的控制电路接收5209、5211、5213(或试图接收)脉搏血氧仪5114、BP监测器5116和/或EKG监测器5120的围术期数据，然后确定5215装置中的至少一者是否与外科集线器5104配对或外科集线器5104是否以其他方式从其接收数据。如果控制电路正在从这些患者监测装置5124中的至少一者接收数据，则方法5207沿“是”分支行进，并且控制电路确定5217患者在手术室中。控制电路可做出该确定，因为连接至外科集线器5104的患者监测装置5214必须在手术室中，并且因此患者必须同样在手术室中。如果控制电路没有从这些患者监测装置5124中的至少一者接收数据，则方法5207沿“否”分支行进，并且控制电路确定5219患者不在手术室中。
图25J示出了用于根据呼吸机5110围术期数据来确定患者状态的方法5221的逻辑流程图。在该范例中，执行方法5221的外科集线器5104的控制电路从呼吸机5110接收5223围术期数据，然后确定5225患者的气道容积是否已经减少或正在减少。在一个范例中，控制电路确定5225患者的气道容积是否下降到低于指示肺部已经塌缩或已被放气的特定阈值。在另一范例中，控制电路确定5225患者的气道容积是否下降到低于平均或基线水平一定阈值量。如果患者的气道容积尚未充分减少，则方法5221沿“否”分支行进，并且控制电路确定5227患者的肺部未被放气。如果患者的气道容积已充分减少，则方法5221沿“是”分支行进，并且控制电路确定5229患者的肺部未被放气。
在一个范例中，外科系统5100还可包括可与外科集线器5104配对以检测和记录进入和离开手术室的对象和个体的各种扫描仪。图26A示出了与外科集线器5104配对的被配置成能够扫描患者腕带5130的扫描仪5128。在一个方面，扫描仪5128包括例如能够从患者腕带5130读取患者信息并且随后将该信息传输到外科集线器5104的条形码读取器或射频识别(RFID)读取器。例如，患者信息可包括待执行的外科手术或可由外科集线器5104与医院的EMR数据库5122交叉引用的识别信息。图26B示出了与外科集线器5104配对的被配置成能够扫描用于外科手术的产品列表5134的扫描仪5132。外科集线器5104可利用来自扫描仪5132的关于待在外科手术中使用的物品的数量、类型和混合物的数据来识别正在被执行的外科手术的类型。在一个范例中，扫描仪5132包括产品扫描仪(例如，条形码读取器或RFID读取器)，该产品扫描仪能够在产品被带入手术室时从产品本身或产品包装读取产品信息(例如，名称和数量)，然后将该信息传输到外科集线器5104。在另一范例中，扫描仪5132包括相机(或其他可视化装置)和能够从产品列表5134读取产品信息的相关联的光学字符识别软件。外科集线器5104可被配置成能够将由接收到的数据指示的物品列表与用于各种类型的外科手术的物品的查找表或数据库进行交叉引用，以便推断待(或已经)执行的特定外科手术。如图26B所示，示例性产品列表5134包括环钳、肋骨扩张器、动力血管缝合器(PVS)和胸腔伤口保护器。在该示例中，外科集线器5104可从该数据推断该外科手术是胸腔手术，因为这些产品仅在胸腔手术中使用。总之，(一个或多个)扫描仪5128、5132可向外科集线器5104提供序列号、产品列表和患者信息。基于有关正在被利用的装置和器械的该数据以及患者的医学信息，外科集线器5104可确定有关外科手术的附加背景信息。
为了帮助理解图23A所示的方法5000a和上文讨论的其他概念，图27示出了示例性外科手术的时间线5200和外科集线器5104可在外科手术中的每个步骤处从接收自数据源5126的数据导出的背景信息。在图27中所示的时间线5200的以下描述中，还应当参考图22。时间线5200描绘了护士、外科医生和其它医疗人员在肺段切除手术期间将采取的典型步骤，从建立手术室开始到将患者转移到术后恢复室为止。态势感知外科集线器5104在整个外科手术过程中从数据源5126接收数据，包括每次医疗人员利用与外科集线器5104配对的模块化装置5102时生成的数据。外科集线器5104可从配对的模块化装置5102和其他数据源5126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手术的推论(即，背景信息)，诸如在任何给定时间执行手术的哪个步骤。外科集线器5104的态势感知系统能够例如记录与用于生成报告的手术(例如参见图31至图42)相关的数据，验证医疗人员正在采取的步骤，(例如，经由显示屏)提供可能与特定手术步骤相关的数据或提示，基于背景调节模块化装置5102(例如，激活监测器、调节医学成像装置的FOV或改变超声外科器械或RF电外科器械的能量水平)，以及采取上述任何其他此类动作。
作为该示例性手术中的第一步骤5202，医院工作人员从医院的EMR数据库中检索患者的EMR。基于在EMR中选择的患者数据，外科集线器5104确定待执行的手术是胸腔手术。第二5204，工作人员扫描用于手术的进入的医疗用品。外科集线器5104将扫描的用品与在各种类型的手术中使用的用品列表交叉引用，并确认用品的混合物对应于胸腔手术(例如，如图26B所示)。另外，外科集线器5104还能够确定手术不是楔形手术(因为进入的用品缺乏胸腔楔形手术所需的某些用品，或以其他方式不对应于胸腔楔形手术)。第三5206，医疗人员经由可通信地连接至外科集线器5104的扫描仪5128来扫描患者带(例如，如图26A所示)。然后，外科集线器5104可基于所扫描的数据来确认患者的身份。第四5208，医务工作人员打开辅助设备。所利用的辅助设备可根据外科手术的类型和外科医生待使用的技术而变化，但在此示例性情况下，它们包括排烟器、吹入器和医学成像装置。当激活时，作为其初始化过程的一部分，作为模块化装置5102的辅助设备可以自动与位于模块化装置5102特定附近的外科集线器5104配对。然后，外科集线器5104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5102的类型来导出关于外科手术的背景信息。在该具体示例中，外科集线器5104确定外科手术是基于配对模块化装置5102的该特定组合的VATS手术。基于来自患者的EMR的数据、待在手术中使用的医疗用品的列表以及连接至集线器的模块化装置5102的类型的组合，外科集线器5104通常可推断外科团队将执行的特定手术。一旦外科集线器5104知道正在被执行的特定手术，外科集线器5104就可从存储器或云中检索该手术的步骤，然后交叉引用其随后从所连接的数据源5126(例如，模块化装置5102和患者监测装置5124)接收的数据，以推断外科团队正在执行的外科手术的步骤。第五5210，工作人员将EKG电极和其他患者监测装置5124附接到患者。EKG电极和其他患者监测装置5124能够与外科集线器5104配对。当外科集线器5104开始从患者监测装置5124接收数据时，外科集线器5104因此确认患者在手术室中，例如，如在图25I中描绘的方法5207中所述。第六5212，医疗人员诱导患者麻醉。外科集线器5104可基于来自模块化装置5102和/或患者监测装置5124的数据来推断患者处于麻醉下，该数据包括例如如在图25H中描绘的方法5191中所述的EKG数据、血压数据、呼吸机数据或它们的组合。在第六步骤5212完成时，肺分段切除手术的术前部分完成，并且手术部分开始。
第七5214，使正在手术的患者的肺部塌缩(同时通气被切换到对侧肺)。外科集线器5104可从呼吸机数据推断出患者的肺部已经塌缩，例如，如在图25J中描绘的方法5221中所述。外科集线器5104可推断手术的手术部分已开始，因为其可将患者的肺部塌缩的检测与手术的预期步骤(可先前访问或检索)进行比较，从而确定使肺部塌缩是该特定手术中的手术步骤。第八5216，插入医学成像装置5108(例如，内窥镜)，并启动来自该医学成像装置的视频。外科集线器5104通过其与医学成像装置的连接来接收医学成像装置数据(即，视频或图像数据)。在接收到医学成像装置数据之后，外科集线器5104可确定外科手术的腹腔镜部分已开始。另外，外科集线器5104可确定正在被执行的特定手术是分段切除术，而不是肺叶切除术(注意，外科集线器5104基于在手术的第二步骤5204处接收到的数据已经排除了楔形手术)。来自医学成像装置124(图2)的数据可用于以多种不同的方式确定与正在被执行的手术的类型相关的背景信息，包括通过确定医学成像装置相对于患者的解剖结构的可视化取向的角度，监测所利用的医学成像装置的数量(即，被激活并与外科集线器5104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学成像装置的定位。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学成像装置，而用于执行VATS分段切除术的另一种技术利用多个摄像机。作为另一示例，一种用于执行VATS分段切除术的技术利用红外光源(其可作为可视化系统的一部分可通信地耦接到外科集线器)以可视化不用于VATS肺部切除术中的分段裂隙。通过从医学成像装置5108跟踪这些数据中的任何或所有，外科集线器5104因此可确定正在被执行的外科手术的具体类型和/或用于特定类型的外科手术的技术。
第九5218，外科团队开始手术的解剖步骤。外科集线器5104可推断外科医生正处在解剖以调动患者的肺部的过程中，因为其从RF发生器或超声发生器接收到指示能量器械正在被击发的数据。外科集线器5104可将所接收的数据与外科手术的检索步骤交叉引用，以确定在方法中的该点处(即，在先前讨论的手术步骤完成之后)击发的能量器械对应于解剖步骤。第十5220，外科团队继续进行至手术的结扎步骤。外科集线器5104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5104可通过交叉引用来自外科缝合和切割器械的数据的接收与该方法中的检索步骤来导出该推论。第十一5222，执行手术的分段切除术部分。外科集线器5104可推断外科医生正在基于来自外科缝合和切割器械的数据(包括来自其仓的数据)横切软组织。仓数据可对应于例如由器械击发的钉的大小或类型。由于不同类型的钉用于不同类型的组织，因此仓数据可指示正被缝合和/或横切的组织的类型。在这种情况下，被击发的钉的类型用于软组织(或其他类似的组织类型)，这允许外科集线器5104推断正在执行手术的分段切除术部分。第十二5224，执行节点解剖步骤。外科集线器5104可基于从发生器接收的指示正在击发RF或超声器械的数据来推断外科团队正在解剖节点并且执行泄漏测试。对于该特定手术，在横切软组织后利用RF或超声器械对应于节点解剖步骤，这允许外科集线器5104做出该推论。应当指出的是，外科医生根据手术中的具体步骤定期在外科缝合/切割器械和外科能量(即，RF或超声)器械之间来回切换，因为不同器械更好地适于特定任务。因此，其中使用缝合/切割器械和外科能量器械的特定序列可指示外科医生正在执行的手术的步骤。在第十二步骤5224完成时，切口被闭合并且手术的术后部分开始。
第十三5226，逆转患者的麻醉。例如，外科集线器5104可基于呼吸机数据(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，第十四步骤5228是医疗人员从患者移除各种患者监测装置5124。因此，当外科集线器5104丢失EKG、BP和来自患者监测装置5124的其他数据时，该集线器可推断患者正在被转移到恢复室。如从该示例性手术的描述可以看出，外科集线器5104可根据从可通信地耦接到外科集线器5104的各种数据源5126接收的数据来确定或推断给定外科手术的每个步骤何时发生。
除了利用来自(一个或多个)EMR数据库的患者数据来推断待执行的外科手术的类型之外，如图27所示的时间线5200的第一步骤5202所示，态势感知外科集线器5104还可利用患者数据来生成用于配对的模块化装置5102的控制调节。图28A示出了根据本公开的至少一个方面的描绘导入存储在EMR数据库5250中的患者数据并从中导出推论5256的方法5240的流程图。此外，图28B示出了根据本公开的至少一个方面的确定与从图28A中导出的推论5256相对应的控制调节5264的方法5242的流程图。在方法5240、5242的以下描述中，还应当参考图22。
在图28A中，外科集线器5104检索存储在外科集线器5104可通信地连接至的数据库5250中的患者信息(例如，EMR)。从外科集线器5104中移除5252患者数据的未编辑部分，留下与患者的状况和/或待执行的外科手术相关的匿名的剥离患者数据5254。移除5252未编辑的患者数据，以便保持患者数据处理的匿名性(包括数据是否被上传到云以用于处理和/或报告的数据跟踪)。剥离的患者数据5254可包括患者患有的任何医学病症、患者的病史(包括先前的治疗或手术)、患者正在服用的药物以及其他此类医学相关细节。外科集线器5104的控制电路然后可从剥离的患者数据5254导出各种推论5256，这些推论继而可由外科集线器5104用来导出用于配对的模块化装置5102的各种控制调节。导出的推论5256可基于单独的数据片或数据片的组合。此外，在一些情况下，导出的推论5256可彼此冗余，因为一些数据可能导致相同的推论。通过将每个患者的剥离的患者数据5254集成到态势感知系统中，外科集线器5104因此能够基于与每个单个患者相关联的独特情况来生成手术前调节以最佳地控制模块化装置5102中的每个。在例示的示例中，剥离的患者数据5254包括(i)患者患有肺气肿，(ii)具有高血压，(iii)患有小细胞肺癌，(iv)正在服用华法林(或另一种血液稀释剂)，和/或(v)已接受辐射预处理。在例示的示例中，从剥离的患者数据5254导出的推论5256分别包括：(i)肺部组织将比正常肺部组织更脆弱，(ii)更可能发生止血问题，(iii)患者患有相对侵袭性癌症，(iv)更可能发生止血问题，以及(v)肺部组织将变硬并且更易于断裂。
在外科集线器5104的控制电路接收到或识别出从匿名患者数据导出的含义5256之后，外科集线器5104的控制电路被配置成能够执行方法5242以与导出的含义5256一致的方式控制模块化装置5102。在图28B所示的示例中，外科集线器5104的控制电路解释导出的含义5256如何影响模块化装置5102并且随后将对应的控制调节传送至模块化装置5102中的每个。在图28B所示的示例中，控制调节包括(i)调节外科缝合和切割器械的压缩率阈值参数，(ii)调节外科集线器5104的可视化阈值以经由可视化系统108(图2)量化出血(该调节可应用于可视化系统108本身或作为外科集线器5104的内部参数)，(iii)调节组合发生器模块140(图3)用于肺部组织和脉管组织类型的功率和控制算法，(iv)调节医学成像装置124(图2)的边缘范围以考虑侵袭性癌症类型，(v)通知外科缝合和切割器械需要的边缘参数调节(边缘参数对应于将被切除的癌症周围组织的距离或量)，以及(vi)通知外科缝合和切割器械该组织可能易碎，这使得相应地调节外科缝合和切割器械的控制算法。此外，态势感知系统考虑从匿名的患者数据5254导出的有关含义5256的数据，以推断有关正在被执行的外科手术的背景信息5260。在图28B所示的示例中，态势感知系统进一步推断该手术是胸肺切除5262，例如分段切除术。
确定医疗设施的实践中可能存在低效或无效的地方可能具有挑战性，因为使用传统系统不容易量化医疗人员在完成外科手术中的效率、将患者的阳性结果与执行某种类型的外科手术的特定外科团队或特定技术相关联以及其他性能指标。作为一种解决方案，可采用外科集线器来跟踪和存储与外科集线器结合使用的外科手术有关的数据，并生成与跟踪的数据有关的报告或推荐。跟踪的数据可包括例如在特定手术期间花费的时间长度、在特定手术的特定步骤上花费的时间长度、手术之间的停工时间长度、在手术过程期间利用的(一个或多个)模块化装置(例如，外科器械)以及在手术(或其步骤)期间消耗的外科物品的数量和类型。此外，跟踪的数据可包括例如外科集线器所位于的手术室、与特定事件相关联的医疗人员(例如，执行外科手术的外科医生或外科团队)、(一个或多个)特定事件发生的日期和时间、以及患者结果。该数据可用于创建性能度量，该性能度量可用于检测并且随后最终解决医疗设施的实践中的低效率或无效性。在一个范例中，外科集线器包括如上所述的态势感知系统，该态势感知系统被配置成能够基于从连接至外科集线器的数据源(例如，配对的模块化装置)接收的数据来推断或确定有关特定事件的信息(例如，何时执行外科手术的特定步骤和/或完成该步骤需要多长时间)。外科集线器然后可存储该跟踪的数据以向用户提供报告或推荐。
外科集线器数据的汇总和报告
图29示出了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5700的框图。系统5700包括多个外科集线器5706，如上所述，这些外科集线器能够检测和跟踪与外科集线器5706(以及与外科集线器5706配对的模块化装置)结合使用的外科手术相关的数据。在一个范例中，外科集线器5706被连接以形成本地网络，使得由外科集线器5706跟踪的数据跨网络汇总在一起。例如，外科集线器5706的网络可与医疗设施相关联。可分析从外科集线器5706的网络汇总的数据以提供关于数据趋势或推荐的报告。例如，第一医疗设施5704a的外科集线器5706可通信地连接至第一本地数据库5708a，并且第二医疗设施5704b的外科集线器5706可通信地连接至第二本地数据库5708b。与第一医疗设施5704a相关联的外科集线器5706的网络可不同于与第二医疗设施5704b相关联的外科集线器5706的网络，使得来自外科集线器5706的每个网络的汇总数据单独地对应于每个医疗设施5704a、5704b。外科集线器5706或可通信地连接至数据库5708a、5708b的另一计算机终端可被配置成能够基于与相应医疗设施5704a、5704b相关联的汇总数据来提供报告或推荐。在该范例中，由外科集线器5706跟踪的数据可用于例如报告外科手术的特定发生率是否偏离完成该特定手术类型的平均网络内时间。
在另一范例中，每个外科集线器5706被配置成能够将跟踪的数据上传到云5702，然后该云跨连接至云5702的多个外科集线器5706、外科集线器5706的网络和/或医疗设施5704a、5704b处理和汇总跟踪的数据。然后，每个外科集线器5706可用于基于汇总的数据来提供报告或推荐。在该范例中，由外科集线器5706跟踪的数据可用于例如报告外科手术的特定发生率是否偏离完成该特定手术类型的平均全局时间。
在另一范例中，每个外科集线器5706还被配置成能够访问云5702以将本地跟踪的数据与从可通信地连接至云5702的所有外科集线器5706汇总的全局数据进行比较。每个外科集线器5706可被配置成能够基于所跟踪的本地数据相对于本地(即，网络内)或全局规范之间的比较来提供报告或推荐。在该范例中，由外科集线器5706跟踪的数据可用于例如报告外科手术的特定发生率是否偏离完成该特定手术类型的平均网络内时间或平均全局时间。
在一个范例中，每个外科集线器5706或位于外科集线器5706本地的另一计算机系统被配置成能够本地汇总由外科集线器5706跟踪的数据、存储跟踪的数据并且响应于查询根据跟踪的数据生成报告和/或推荐。在其中外科集线器5706连接至医疗设施网络(其可包括附加的外科集线器5706)的情况下，外科集线器5706可被配置成能够将跟踪的数据与整体医疗设施数据进行比较。整体医疗设施数据可包括EMR数据和来自外科集线器5706本地网络的汇总数据。在另一范例中，云5702被配置成能够汇总由外科集线器5706跟踪的数据、存储跟踪的数据并且响应于查询而根据跟踪的数据生成报告和/或推荐。
每个外科集线器5706可提供关于数据趋势的报告和/或提供关于提高正在被执行的外科手术的效率或有效性的推荐。在各种范例中，数据趋势和推荐可基于由外科集线器5706本身跟踪的数据、跨包含多个外科集线器5706的本地医疗设施网络跟踪的数据或跨可通信地连接至云5702的多个外科集线器5706跟踪的数据。由外科集线器5706提供的推荐可例如基于特定的外科器械/产品混合物与患者结果和手术效率之间的相关性来描述该特定外科器械或产品混合物以用于特定的外科手术。由外科集线器5706提供的报告可描述例如特定的外科手术是否相对于本地或全局规范有效地执行，在医疗设施处执行的特定类型的外科手术是否相对于全局规范有效地执行，以及特定外科团队完成特定外科手术或外科手术的步骤所需的平均时间。
在一个范例中，每个外科集线器5706被配置成能够确定手术室事件何时发生(例如，经由态势感知系统)，然后跟踪花费在每个事件上的时间长度。手术室事件是外科集线器5706可检测或推断其发生的事件。手术室事件可包括例如特定的外科手术、外科手术的步骤或部分、或外科手术之间的停工时间。手术室事件可根据事件类型(诸如正在被执行的外科手术的类型)进行分类，以便可将来自单个手术的数据汇总在一起以形成可搜索数据集。图31示出了描绘由外科集线器5706跟踪的数据被解析以提供针对例示性数据集的与外科手术或外科集线器5706的使用(如图32至图36中进一步描绘的)有关的越来越详细的度量的图5400的示例。在一个范例中，外科集线器5706被配置成能够确定外科手术是否正在被执行，然后跟踪在手术之间花费的时间长度(即，停工时间)以及在手术本身上花费的时间两者。外科集线器5706还可被配置成能够确定和跟踪在外科手术之间或期间由医疗人员(例如，外科医生、护士、看护人)采取的每个单独步骤所花费的时间。外科集线器可经由态势感知系统确定何时执行外科手术或外科手术的不同步骤，这在上文进一步详细描述。
图30示出了用于跟踪与手术室事件相关联的数据的方法5300的逻辑流程图。在以下描述中，对方法5300的描述还应当参考图29。在一个范例中，方法5300可由如图10所示的外科集线器206的控制电路(处理器244)执行。在又一范例中，方法5300可由分布式计算系统执行，该分布式计算系统包括与模块化装置的控制电路组合的外科集线器206的控制电路，该模块化装置的控制电路诸如图12所示的外科器械的微控制器461、图16所示的外科器械的微控制器620、图17所示的机器人外科器械700的控制电路710、图18和图19所示的外科器械750、790的控制电路760或图20所示的发生器800的控制器838。为了经济起见，方法5300的以下描述将被描述为由外科集线器5706的控制电路执行；然而，应当理解，方法5300的描述涵盖所有前述范例。
执行方法5300的外科集线器5706的控制电路从可通信地耦接到外科集线器5706的模块化装置和其他数据源(例如数据库和患者监测装置)接收5302围术期数据。然后，控制电路经由例如态势感知系统确定5304事件是否已经发生，该态势感知系统从所接收5302的数据导出背景信息。该事件可与其中正在使用外科集线器5706的手术室相关联。该事件可包括例如外科手术、外科手术的步骤或部分、或外科手术或外科手术的步骤之间的停工时间。此外，控制电路跟踪与特定事件相关联的数据，诸如事件的时间长度、在事件过程期间利用的外科器械和/或其他医用产品、以及与事件相关联的医疗人员。外科集线器5706可经由例如态势感知系统进一步确定关于事件的这种信息。
例如，态势感知外科集线器5706的控制电路可通过从一个或多个模块化装置5102(图22)和/或患者监测装置5124(图22)接收到的数据来确定正在诱导患者麻醉。然后，控制电路可在检测到超声外科器械或RF电外科器械已被激活时确定外科手术的操作部分已经开始。因此，控制电路可根据该特定步骤的开始与外科手术的操作部分中的第一步骤的开始之间的时间差来确定麻醉诱导步骤的时间长度。同样，控制电路可根据控制电路何时检测到手术中的后续步骤开始来确定外科手术中的该特定操作步骤花费了多长时间。此外，控制电路可根据控制电路何时检测到手术中的最后操作步骤结束来确定外科手术的总体操作部分花费了多长时间。控制电路还可通过在每个步骤期间跟踪器械的激活和/或使用来确定在外科手术的每个步骤的过程期间正在被利用的外科器械(和其他模块化装置5102)。控制电路还可通过例如检测患者监测装置5124何时已从患者移除(如图27的步骤十四5228)来检测外科手术的完成。然后，控制电路可根据控制电路推断随后的外科手术何时开始来跟踪手术之间的停工时间。
然后，执行方法5300的控制电路根据事件类型来汇总5306与事件相关联的数据。在一个范例中，汇总5306的数据可被存储在外科集线器5706的存储器249(图10)中。在另一范例中，控制电路被配置成能够将与事件相关联的数据上传至云5702，随后根据针对由连接至云5702的每个外科集线器5706上传的所有数据的事件类型来汇总5306数据。在又一范例中，控制电路被配置成能够将与事件相关联的数据上传至与外科集线器5706的本地网络相关联的数据库，随后根据针对跨外科集线器5706的本地网络上传的所有数据的事件类型来汇总5306数据。
在一个范例中，控制电路还被配置成能够将与事件类型相关联的数据和与事件类型相关联的基线数据进行比较。基线数据可对应于例如与特定医院、医院网络或跨整个云5702的特定事件类型相关联的平均值。基线数据可被存储在外科集线器5706上，或在围术期数据由外科集线器5706接收5302时由外科集线器检索。
根据事件类型汇总5306来自每个事件的数据允许之后将事件类型的单个事发与历史数据或汇总数据进行比较，以确定何时发生与事件类型的规范的偏离。控制电路还确定5308它是否已经接收到查询。如果控制电路没有接收到查询，则方法5300沿“否”分支继续，并且环返回以继续从数据源接收5302数据。如果控制电路确实接收到针对特定事件类型的查询，则方法5300沿“是”分支继续，并且控制电路然后检索针对该特定事件类型的汇总数据并显示5310与该查询相对应的适当的汇总数据。在各种范例中，控制电路可从外科集线器5706的存储器、云5702或本地数据库5708a、5708b中检索适当的汇总数据。
在一个示例中，外科集线器5706被配置成能够根据从在外科手术执行中利用的一个或多个模块化装置(和其他数据源)接收到的数据经由前述态势感知系统来确定特定手术的时间长度。每次外科手术完成时，外科集线器5706上传或存储完成特定类型的外科手术所需的时间长度，然后将该时间长度其与来自该类型的手术的每次其他实例的数据汇总。在一些方面，然后，外科集线器5706、云5702和/或本地数据库5708a、5708b可从汇总数据确定该特定类型的手术的平均或预期手术长度。当外科集线器5706之后接收到关于该特定类型的手术的查询时，外科集线器5706然后可提供关于平均(或预期)手术长度的反馈，或将该手术类型的单个发生率与平均手术长度进行比较以确定该特定发生率是否从其偏离。
在一些方面，外科集线器5706可被配置成能够自动将事件类型的每个发生率与该事件类型的平均或期望规范进行比较，然后在事件类型的特定发生率从规范偏离时提供反馈(例如，显示报告)。例如，外科集线器5706可被配置成能够每当外科手术(或外科手术的步骤)偏离完成该外科手术(或外科手术的该步骤)的预期时间长度超过设定量时提供反馈。
重新参见图31，例如，外科集线器5706可被配置成能够跟踪、存储和显示有关每个手术室每天进行手术(或完成的手术)的患者数量的数据(图32中进一步描绘的柱形图5402)。外科集线器5706可被配置成能够进一步解析每个手术室每天进行手术(或完成的手术)的患者数量，并且可根据在给定日期的手术之间的停工时间(图33中进一步描绘的柱形图5404)或在给定日期的平均手术长度(图35中进一步描绘的柱形图5408)来进一步解析。外科集线器5706还可被配置成能够根据例如停工时间段的数量和长度以及每个时间段期间的动作或步骤的子类别(图34中进一步描绘的柱形图5406)来提供手术之间的停工时间的详细细分。外科集线器5706还可被配置成能够根据每个单独的手术以及在每个手术期间动作或步骤的子类别(图36中进一步描绘的柱形图5410)来提供在给定日期的平均手术长度的详细细分。图31至图36中所示的各种曲线图可表示由外科集线器5706跟踪的数据，并且可进一步响应于由用户提交的查询而被自动生成或由外科集线器5706显示。
图32示出了描绘对于不同手术室5424、5426的相对于一周中的日期5422进行手术的患者数量5420的示例性柱形图5402。例如，外科集线器5706可被配置成能够(例如，经由显示器)提供结合每个外科集线器5706进行手术的患者数量5420或完成的手术，其可通过态势感知系统或访问医院的EMR数据库来跟踪。在一个范例中，外科集线器5706还可被配置成能够整理来自可通信地连接在一起的医疗设施内的不同外科集线器5706的该数据，这允许每个单独的外科集线器在逐个集线器或逐个手术室的基础上呈现医疗设施的汇总数据。在一个范例中，外科集线器5706可被配置成能够将一个或多个所跟踪的度量与阈值(其对于每个所跟踪的度量可能是唯一的)进行比较。当所跟踪的度量中的至少一者超过阈值(即，根据特定的所跟踪的度量的需要，增大到高于阈值或下降到低于阈值)时，外科集线器5706提供视觉、听觉或触觉警示以将此通知给用户。例如，外科集线器5706可被配置成能够指示患者或手术的数量何时偏离期望值、平均值或阈值。例如，图32描绘了第一手术室5424在星期二5428和星期四5430的患者数量由于低于预期而被突出显示。相反，对于第二手术室5426，在该特定周内没有日期被突出显示，这意味着在该情况下，每天的患者数量落在预期之内。
图33示出了描绘对于特定手术室的相对于一周中的日期5434的手术5432之间的总停工时间的柱形图5404。例如，外科集线器5706可被配置成能够通过态势感知系统来跟踪外科手术之间的停工时间的长度。态势感知系统可检测或推断每个特定的停工时间实例何时发生，然后跟踪每个停工时间实例的时间长度。外科集线器5706从而可通过将每个特定日期的停工时间实例求和来确定一周的每一天5434的总停工时间5432。在一个范例中，外科集线器5706可被配置成能够当给定日期(或另一时间单位)的停工时间的总长度偏离预期值、平均值或阈值时提供警示。例如，图33描绘了由于偏离预期时间长度而突出显示的星期二5436和星期五5438的总停工时间5432。
图34示出了描绘如图33所示的一周中的每天5434的总停工时间5432根据每个单独的停工时间实例细分的柱形图5406。停工时间实例的数量和每个停工时间实例的时间长度可在每天的总停工时间内表示。例如，在星期二，在第一手术室(OR1)中，在手术之间存在四个停工时间实例，并且第一停工时间实例的量值指示它比其他三个实例长。在一个范例中，外科集线器5706被配置成能够进一步指示在选定的停工时间实例期间采取的特定动作或步骤。例如，在图34中，已经选择了星期四的第二停工时间实例5440，这然后使得显示标注5442，指示该特定停工时间实例包括执行手术室的初始设置、施用麻醉以及准备患者。与停工时间实例本身一样，标注5442内动作或步骤的相对大小或长度可对应于每个特定动作或步骤的时间长度。例如，当用户选择停工时间实例时，可显示该特定实例的详细视图。
图35示出了描绘对于特定手术室的相对于一周中的日期5446的平均手术长度5444的柱形图5408。外科集线器5706可被配置成能够例如通过态势感知系统来跟踪平均手术长度。态势感知系统可检测或推断外科手术的每个特定步骤何时发生(例如，参见图27)，然后跟踪每个步骤的时间长度。外科集线器5706从而可通过将特定日期的停工时间实例的长度求和来确定一周的每天5434的总停工时间5432。在一个范例中，外科集线器5706可被配置成能够指示平均手术长度何时偏离预期值。例如，图35描绘了由于偏离预期时间长度而被突出显示的第一手术室(OR1)的星期四的平均手术长度5448。
图36示出了描绘相对于手术类型5452的手术长度5450的柱形图5410。所描绘的手术长度5450可表示特定类型的手术的平均手术长度或用于在给定手术室中在给定日期执行的每个单独手术的手术长度。然后可比较不同手术类型5452的手术长度5450。此外，当选择手术时，可显示手术类型5452中步骤的平均长度或特定手术中每个特定步骤的长度。此外，可用各种标识符来标记手术类型5452，以用于解析和比较不同的数据集。例如，在图36中，第一手术5454对应于结肠直肠手术(具体地，低位前切除术)，其中存在腹部粘连的术前识别。第二手术5456对应于胸腔手术(具体地，分段切除术)。再次应当指出的是，图36中描绘的手术可表示对于给定手术类型的单个手术的时间长度或所有手术的平均时间长度。每个手术可根据该手术中每个步骤的时间长度进一步细分。例如，图36将第二手术5456(胸腔分段切除术)描述为包括在外科手术的解剖脉管、结扎(脉管)、节点解剖和闭合步骤上花费的时间长度的图标或图形表示5458。与手术长度本身一样，图形表示5442内的步骤的相对大小或长度可对应于外科手术的每个特定步骤的时间长度。例如，当用户选择外科手术时，可显示该特定手术的步骤的详细视图。在一个范例中，外科集线器5706可被配置成能够识别完成手术中给定步骤的时间长度何时偏离预期时间长度。例如，图36描绘了由于偏离预期时间长度而被突出显示的节点解剖步骤。
在一个范例中，外科集线器5706的分析包可被配置成能够向用户提供与外科手术(或手术之间的停工时间)相关的使用数据和结果相关性。例如，外科集线器5706可被配置成能够显示用于提高外科手术的效率或有效性的方法或建议。作为另一个示例，外科集线器5706可被配置成能够显示用于改善成本分配的方法。图37至图42描绘了可由外科集线器5706追踪的各种度量的示例，然后可利用这些度量向医疗设施人员提供针对库存利用或技术结果的建议。例如，外科集线器5706可基于由外科集线器5706跟踪的度量在外科手术开始之前或开始时向外科医生提供与特定技术结果有关的建议。
图37示出了描绘对于不同类型的胸腔手术的特定手术步骤5464的平均完成时间5462的柱形图5460。外科集线器5706可被配置成能够跟踪和存储用于不同类型的手术的历史数据并计算完成该手术(或其单个步骤)的平均时间。例如，图37描绘了胸腔分段切除术手术5466、楔形手术5468和肺叶切除术手术5470的平均完成时间5462。对于每种类型的手术，外科集线器5706可跟踪完成其每个步骤的平均时间。在该特定示例中，指示对于每种类型的手术的解剖、脉管横切和节点解剖步骤。除了跟踪和提供手术类型的步骤的平均时间外，外科集线器5706可附加地跟踪其他量度或历史数据，诸如每种手术类型的并发症比率(即，具有由外科集线器5706或外科医生定义的至少一种并发症的手术的比率)。还可描绘用于每种手术类型的附加跟踪度量，诸如并发症比率，以用于不同手术类型之间的比较。
图38示出了描绘相对于手术类型5476的手术时间5474的柱形图5472。外科集线器5706可被配置成能够跟踪和存储针对不同手术类型5476或类别的历史数据或度量，该手术类型或类别可涵盖手术的多个子类型。例如，图38描绘了分类为胸腔手术5478、肥胖症治疗手术5480或结肠直肠手术5482的外科手术的手术时间5474。在各种范例中，外科集线器5706可输出根据在给定手术类型5476上花费的总时间长度或平均时间表示的手术分类的手术时间5474。外科集线器5706的分析包可例如将该数据提供给外科医生、医院官员或医疗人员以跟踪所查询的手术的效率。例如，图38描绘了肥胖症治疗手术5480采用比胸腔手术5478或结肠直肠手术5482低的平均时间(即，更有时间效率)。
图39示出了描绘相对于一天中的时间5488的手术室停工时间5486的柱形图5484。相关地，图40示出了描绘相对于一周中的日期5498的手术室停工时间5496的柱形图5494。手术室停工时间5486、5496可用例如单位时间的长度或相对利用率(即，手术室在使用中的时间百分比)来表示。手术室停工时间数据可涵盖医疗设施中的单个手术室或多个手术室的集合。如上所述，例如，外科集线器5706可被配置成能够利用态势感知系统来跟踪外科手术是否正在与外科集线器5706相关联的手术室中执行(包括外科手术正在被执行或未被执行的时间长度)。如图39和图40所示，外科集线器5706可提供描绘有关何时利用手术室(即，何时执行外科手术)和/或何时手术之间存在停工时间的跟踪的数据的输出(例如，柱形图5484、5494或数据的其他图形表示)。此类数据可用于识别在执行外科手术、清洁或准备手术室以进行外科手术、调度以及与手术室使用相关联的其他量度中的无效性或低效率。例如，图39描绘了第一实例5490从上午11:00到下午12:00以及第二实例5492从下午3:00到下午4:00的手术室停工时间5486的比较性增加。作为另一个示例，图40描绘了在星期一5500和星期五5502的手术室停工时间5496的比较性增加。在各种范例中，外科集线器5706可提供针对特定实例(即，特定时间、日期、周等)的手术室停工时间数据或针对实例类别(即，日期、时间、周等的汇总数据)的平均手术室停工时间数据。医院官员或其他医疗人员因此可使用该数据来识别可能已经发生低效率的特定情况，或识别可能存在低效率的特定日期和/或一天中的时间的趋势。根据此类数据，医院官员或其他医疗人员然后可调查以识别这些增加的停工时间的具体原因，并且采取纠正动作以解决所识别的原因。
在各种范例中，外科集线器5706可被配置成能够响应于查询以多种不同的格式(例如，柱形图、饼形图、信息图)显示数据。图41示出了描绘手术室被利用的时间的百分比的一对饼形图。手术室利用率百分比可涵盖单个手术室或多个手术室的集合(例如，在医疗设施处的手术室或用于具有连接至云5702的外科集线器5706的所有医疗设施的每个手术室)。如上所述，外科集线器5706可被配置成能够例如使用态势感知系统来确定外科手术何时正在被执行或未被执行(即，与外科集线器5706相关联的手术室是否正在被利用)。除了根据不同时间段的平均或绝对量来表达手术室利用率(如图39至图40所示)之外，外科集线器5706可附加地根据与最大可能利用率相比的百分比或相对量来表达手术室利用率。如上所述，可针对特定时间段解析手术室利用率，包括特定手术室(或手术室组)的总体利用率(即，使用时间的总历史百分比)或特定时间段的跨度上的利用率。如图41所示，第一饼形图5504描述了手术室的总利用率5508(85％)，第二饼形图5506描述了前一周的手术室利用率5510(75％)。医院官员和其他医疗人员可使用该数据来识别在前一周中可能已经出现的一些低效率，这些低效率导致与历史平均相比，该特定手术室(或手术室组)不那么有效地被利用，使得可执行进一步的调查来识别该降低的利用率的具体原因。
在一些范例中，外科集线器5706被配置成能够跟踪检测并跟踪在外科手术过程期间使用的外科物品的数量。然后，可根据例如特定时间段(例如，每天或每周)或针对特定外科手术类型(例如，胸腔手术或腹部手术)来(自动地或响应于查询)汇总和显示该数据。图42示出了描绘相对于手术类型5516的消耗的和未使用的外科物品5514的柱形图5512。外科集线器5706可被配置成能够经由态势感知系统来确定或推断在每个外科手术过程期间正在消耗的外科物品。态势感知系统可确定或接收待在手术中使用的外科物品的列表(例如，参见图26B)、确定或推断每个手术(及其步骤)何时开始和结束、以及确定根据正在被执行的手术步骤何时利用特定的外科物品。例如，在外科手术的过程期间消耗或未使用的外科物品的库存可根据外科物品的总数或每种手术类型5516的外科物品的平均数来表示。消耗的外科物品可包括在外科手术过程期间利用的不可重复使用的物品。未使用的外科物品可包括在(一个或多个)手术期间未被利用的附加物品或废弃物品。手术类型可对应于手术的广泛分类或特定手术类型或用于执行手术类型的技术。例如，在图42中，被比较的手术类型5516是胸腔、结肠直肠和肥胖症治疗手术。对于这些手术类型5516中的每一个，均提供了消耗和未使用的外科物品5514的平均数量。在一个方面，外科集线器5706可被配置成能够通过特定的物品类型来进一步解析已消耗和/或未使用的外科物品5514。在一个范例中，外科集线器5706可提供构成每种外科手术类型5516的每个物品类别的外科物品5514的详细细分，并且以图形方式表示外科物品5514的不同类别。例如，在图42中，未使用的外科物品用虚线描绘，并且消耗的外科物品用实线描绘。在一个范例中，外科集线器5706被配置成能够进一步指示特定手术类型5516的类别内的具体情况。例如，在图34中，已经选择了用于胸腔手术类型的消耗物品类别，这然后使得显示列出了类别中的特定外科物品的标注5520：缝合器仓、海绵、盐水、纤维蛋白密封剂、外科缝合线和缝合器支撑材料。此外，标注5520可被配置成能够提供类别中所列物品的数量，其可以是用于特定手术类型的(消耗或未使用)物品的平均或绝对数量。
在一个范例中，外科集线器5706可被配置成能够以编辑格式(即，剥离任何患者识别信息)来汇总跟踪的数据。此类大量数据可用于学术或商业分析目的。此外，外科集线器5706可被配置成能够将编辑过的或匿名的数据上传到外科集线器5706所位于的医疗设施的本地数据库、外部数据库系统或云5702，随后该匿名数据可由用户/客户端应用程序按需访问。例如，匿名数据可用于比较医院内或地理区域之间的结果和效率。
图30中描绘的方法5300通过允许外科集线器5706根据特定日期、特定类型的手术、特定医院工作人员和其他此类量度自动存储和提供关于各种手术所需的时间长度之间的相关性的精细细节来提高调度效率。该方法5300还通过允许外科集线器5706在正在被消耗的外科物品的量(基于每个手术或作为类别)偏离预期量时提供警示来减少外科物品浪费。可自动地或响应于接收到查询来提供此类警示。
图43示出了用于存储来自模块化装置和患者信息数据库的数据以进行比较的方法5350的逻辑流程图。在以下描述中，对方法5350的描述还应当参考图29。在一个范例中，方法5350可由如图10所示的外科集线器206的控制电路(处理器244)执行。在又一范例中，方法5350可由分布式计算系统执行，该分布式计算系统包括与模块化装置的控制电路组合的外科集线器206的控制电路，该模块化装置的控制电路诸如图12所示的外科器械的微控制器461、图16所示的外科器械的微控制器620、图17所示的机器人外科器械700的控制电路710、图18和图19所示的外科器械750、790的控制电路760、或图20所示的发生器800的控制器838。为了经济起见，方法5350的以下描述将被描述为由外科集线器5706的控制电路执行；然而，应当理解，方法5350的描述涵盖所有前述范例。
执行方法5350的控制电路从数据源接收数据，这些数据源诸如可通信地耦接到外科集线器5706的(一个或多个)模块化装置和(一个或多个)患者信息数据库(例如EMR数据库)。来自模块化装置的数据可包括例如使用数据(例如，有关模块化装置多久被使用一次、模块化装置与之结合使用的手术以及谁利用模块化装置的数据)和性能数据(例如，有关模块化装置的内部状态和正在手术的组织的数据)。来自患者信息数据库的数据可包括例如患者数据(例如，与患者的年龄、性别和病史有关的数据)和患者结果数据(例如，与来自外科手术的结果相关的数据)。在一些范例中，控制电路可在外科手术之前、之中或之后从数据源连续地接收5352数据。
当接收到5352数据时，控制电路将数据汇总5354为数据类型的比较组。换句话讲，控制电路使得第一类型的数据与第二类型的数据相关联地被存储。然而，可将超过两种不同类型的数据一起汇总到5354比较组中。例如，控制电路可存储与患者数据相关联的特定类型的模块化装置的特定类型的性能数据(例如，用于外科切割和缝合器械的击发力或由RF或超声外科器械消耗的能量的特征)，该患者数据诸如与患者相关联的性别、年龄(或年龄范围)、病症(例如肺气肿)。在一个范例中，当数据被汇总到5354比较组中时，数据被匿名化，使得从数据中移除所有患者识别信息。这允许将数据汇总到5354比较组中以用于研究，而不损害患者的机密信息。各种类型的数据可被汇总5354并彼此相关联地存储在查找表、阵列和其他此类格式中。在一个范例中，将接收到5352的数据自动地汇总到5354比较组中。自动汇总5354和存储数据允许外科集线器5706根据具体期望的数据类型快速返回查询的结果和待导出用于分析的数据组。
当控制电路接收到5356关于两个或更多个跟踪的数据类型之间的比较的查询时，方法5350沿“是”分支行进。然后，控制电路检索彼此相关联存储的数据类型的特定组合，然后显示5358对象数据类型之间的比较(例如，数据的图形或其他图形表示)。如果控制电路没有接收到5356查询，则方法5350沿“否”分支继续，并且控制电路继续从数据源接收5352数据。
在一个范例中，控制电路可被配置成能够自动量化接收到5352的数据类型之间的相关性。在此类方面，控制电路可计算数据类型对之间的相关系数(例如，皮尔逊系数)。在一个方面，控制电路可被配置成能够如果量化的相关性超过特定阈值则自动显示提供建议或其他反馈的报告。在一个方面，外科集线器5706的控制电路可被配置成能够在从用户接收到查询或请求时显示关于超过特定阈值的量化相关性的报告。
在一个范例中，外科集线器5706可编译关于外科集线器5706在执行中所利用的手术的信息，并与其网络内的其他外科集线器5706(例如，医疗设施的本地网络或由云5702连接的多个外科集线器5706)通信，并且比较外科手术的类型或特定手术室、医生或部门之间的结果。每个外科集线器5706可计算和分析利用率、效率和比较结果(相对于跨医院网络、区域等中的所有外科集线器5706)。例如，外科集线器5706可显示效率和比较数据，包括手术室停工时间、手术室清理和循环时间、手术的逐步完成定时(例如包括突出显示哪些手术步骤花费的时间最长)、外科医生完成手术的平均时间(包括在逐个手术的基础上解析完成时间)、历史完成时间(例如，用于完成手术的类别、特定手术或手术内的特定步骤)、和/或手术室利用效率(即，从一个手术到后续手术的时间效率)。如上所述，由外科集线器5706跨网络访问和共享的数据可包括汇总到比较组中的匿名数据。
例如，外科集线器5706可用于按针对各种手术的器械类型或仓类型执行性能研究。作为另一个示例，外科集线器5706可用于对单个外科医生的表现进行研究。作为又一个示例，外科集线器5706可用于根据患者的特征或疾病状态对不同的外科手术的有效性进行研究。
在另一范例中，外科集线器5706可基于跟踪的数据提供关于流线化过程的建议。例如，外科集线器5706可根据某些手术或手术中的步骤的长度建议不同的产品混合物(例如，建议更适于长手术步骤的特定物品)，基于物品的利用率建议更具成本效益的产品混合物，和/或建议配备或预先分组某些物品以降低设置时间。在另一范例中，外科集线器5706可跨不同的外科组比较手术室利用率，以便更好地平衡高容量外科组与具有更灵活带宽的外科组。在又一方面，外科集线器5706可被置于预测模式，该预测模式将允许外科集线器5706监测即将到来的手术准备和调度，然后通知管理部门即将到来的瓶颈或允许他们计划可扩展人员配置。预测模式可基于例如使用外科集线器5706正在执行的当前外科手术的预期未来步骤，该预期未来步骤可由态势感知系统确定。
在另一范例中，外科集线器5706可用作训练工具，以允许用户将他们的手术定时与他们部门内的其他类型的个体或特定个体进行比较(例如，居民可将他或她的定时与特定专家的定时或医院内专家的平均时间进行比较)或与部门的平均时间进行比较。例如，用户可识别他们在外科手术的什么步骤上花费过多的时间，并且因此识别他们需要改进外科手术的什么步骤。
在一个范例中，对存储的数据的所有处理在每个外科集线器5706上本地执行。在另一范例中，每个外科集线器5706是分布式计算网络的一部分，其中每个单独的外科集线器5706编译并分析其存储的数据，然后将该数据传送至请求的外科集线器5706。分布式计算网络可允许快速并行处理。在另一范例中，每个外科集线器5706可通信地连接至云5702，该云可被配置成能够从每个外科集线器5706接收数据，然后对该数据执行必要的处理(数据汇总、计算等)。
图43中描绘的方法5350通过允许外科集线器5706在特定手术(基于每个手术或作为类别)偏离完成该手术的预期时间时提供警示来提高确定手术何时正在被低效地执行的能力。可自动地或响应于接收到查询来提供此类警示。该方法5350还通过以容易检索和可报告的格式自动跟踪和索引此类数据来提高对提供最佳患者结果的外科器械和外科手术技术进行研究的能力。
本文所述的一些系统将控制模块化装置(例如，外科器械)的数据处理从模块化装置本身卸载到外部计算系统(例如，外科集线器)和/或云。然而，在一些范例中，一些模块化装置可以比数据可被传输到外科集线器并由外科集线器处理的速率快的速率(例如，从外科器械的传感器)采样数据。作为一种解决方案，外科集线器和外科器械(或其他模块化装置)可利用分布式计算系统，其中数据处理的至少一部分在外科器械上本地执行。这可通过允许外科器械的机载处理器在数据采样速率超过数据可被传输到外科集线器的速率时处理数据处理中的至少一些来避免器械与外科集线器之间的数据或通信瓶颈。在一些范例中，分布式计算系统可停止在外科集线器与外科器械之间分配处理，并且替代地使处理仅在外科器械上执行。在例如外科集线器需要将其处理能力分配给其他任务或者外科器械以非常高的速率采样数据并且其具有执行所有数据处理本身的能力的情况下，可仅由外科器械执行处理。
类似地，用于控制模块化装置诸如外科器械的数据处理对于单个外科集线器的执行可能是繁重的。如果外科集线器对模块化装置的控制算法的处理不能跟上模块化装置的使用，则模块化装置将不能充分发挥作用，因为它们的控制算法要么将不会根据需要更新，要么对控制算法的更新将滞后于器械的实际使用。作为一种解决方案，外科集线器可被配置成能够利用分布式计算系统，其中处理的至少一部分跨多个单独的外科集线器执行。这可通过允许每个外科集线器利用多个外科集线器的联网处理能力来避免模块化装置与外科集线器之间的数据或通信瓶颈，这可增加处理数据的速率并且因此增加控制算法调节可由外科集线器传输到配对的模块化装置的速率。除了分布与控制连接至外科集线器的各种模块化装置相关联的计算之外，分布式计算系统还可在多个外科集线器之间动态地转移计算资源，以便响应于来自用户的查询来分析跟踪的数据并且执行其他此类功能。用于外科集线器的分布式计算系统还可被配置成能够当任何特定的外科集线器变得过载时在外科集线器之间动态地转移数据处理资源。
可通信地连接至外科集线器的模块化装置可包括传感器、存储器和处理器，该处理器耦接到存储器并且被配置成能够接收和分析由传感器感测到的数据。外科集线器还可包括耦接到存储器的处理器，该处理器被配置成能够接收(通过模块化装置与外科集线器之间的连接)并分析由模块化装置的传感器感测到的数据。在一个范例中，由模块化装置感测到的数据在模块化装置外部(例如，在外科器械的柄部组件外部)由可通信地耦接到模块化装置的计算机处理。例如，用于控制外科器械操作的高级能量算法可由外部计算系统处理，而不是在嵌入外科器械(诸如使用高级RISC机(ARM)处理器的器械)中的控制器上处理。处理由模块化装置感测到的数据的外部计算机系统可包括与模块化装置配对的外科集线器和/或云计算系统。在一个范例中，由外科器械以特定速率(例如，20Ms/sec)和特定分辨率(例如，12位分辨率)采样的数据被抽取，然后通过链路传输到外科器械所配对的外科集线器。基于该所接收的数据，外科集线器的控制电路然后确定用于该外科器械的适当控制调节，诸如控制用于超声外科器械或RF电外科器械的功率、设置用于马达驱动的外科器械的马达端接点等。控制调节然后被传输到外科器械以在其上应用。
分布式处理
图44示出了分布式计算系统5600的图。分布式计算系统5600包括一组节点5602a、5602b、5602c，这些节点通过分布式多方通信协议可通信地耦接使得它们通过在其间传递消息来执行共享或分布式计算机程序。尽管描绘了三个节点5602a、5602b、5602c，但分布式计算系统5600可包括可通信地连接在一起的任意数量的节点5602a、5602b、5602c。节点5602a、5602b、5602c中的每一个包括相应的存储器5606a、5606b、5606c以及与其耦接的处理器5604a、5604b、5604c。处理器5604a、5604b、5604c执行至少部分地存储在存储器5606a、5606b、5606c中的分布式多方通信协议。每个节点5602a、5602b、5602c可表示模块化装置或外科集线器。因此，所描绘的图表示其中外科集线器和/或模块化装置的各种组合可通信地耦接的方面。在各种范例中，分布式计算系统5600可被配置成能够将与控制一个或多个模块化装置相关联的计算(例如，高级能量算法)分布到(一个或多个)模块化装置和/或(一个或多个)模块化装置所连接的(一个或多个)外科集线器。换句话讲，分布式计算系统5600具体体现为用于控制(一个或多个)模块化装置和/或(一个或多个)外科集线器的分布式控制系统。
在一些范例中，(一个或多个)模块化装置和(一个或多个)外科集线器利用数据压缩用于它们的通信协议。与装置本身上的数据计算相比，通过传感器网络进行的无线数据传输可消耗大量的能量和/或处理资源。因此，可利用数据压缩来减小数据大小，但以装置上的额外处理时间为代价。在一个范例中，分布式计算系统5600利用时间相关性来感测数据、从一维到二维的数据转换以及数据分离(例如，高8位和低8位数据)。在另一范例中，分布式计算系统5600利用收集树协议从具有传感器(例如，模块化装置)的不同节点5602a、5602b、5602c到根节点进行数据收集。在又一方面，分布式计算系统5600利用一阶预测编码来压缩由具有传感器(例如，模块化装置)的节点5602a、5602b、5602c收集的数据，这可使冗余信息量最小化并大大减少网络的节点5602a、5602b、5602c之间的数据传输量。在又一范例中，分布式计算系统5600被配置成能够仅传输脑电图(EEG)特征。在又一范例中，分布式计算系统5600可被配置成能够仅传输与外科器械检测相关的复杂数据特征，这可在无线传输中节省大量功率。各种其他范例可利用前述数据压缩技术和/或数据压缩的附加技术的组合。
图45示出了用于转移分布式计算资源的方法5650的逻辑流程图。在5650的以下描述中，还应当参考图44。在一个范例中，方法5650可由分布式计算系统执行，该分布式计算系统包括与第二外科集线器206的控制电路和/或模块化装置的控制电路组合的如图10所示的外科集线器206的控制电路(处理器244)，该模块化装置的控制电路诸如图12所示的外科器械的微控制器461、图16所示的外科器械的微控制器620、图17所示的机器人外科器械700的控制电路710、图18和图19所示的外科器械750、790的控制电路760或图20所示的发生器800的控制器838。为了经济起见，方法5650的以下描述将被描述为由一个或多个节点的控制电路执行；然而，应当理解，方法5650的描述涵盖所有前述范例。
每个节点的控制电路同步地执行5652分布式控制程序。当分布式控制程序被跨节点网络执行时，控制电路中的至少一者监测指示分布式计算系统从第一模式转变到第二模式的命令，在第一模式中，分布式计算程序被跨节点网络执行，在第二模式中，控制程序由单个节点执行。在一个范例中，该命令可由外科集线器响应于外科集线器的资源被需要用于替代性计算任务而传输。在另一范例中，该命令可由模块化装置响应于模块化装置对数据进行采样的速率超过采样数据可被传送至网络中的其他节点的速率而传输。如果控制电路确定已经接收到5654适当的命令，则方法5650沿“是”分支继续，并且分布式计算系统5600转移到执行5656程序的单个节点。例如，分布式计算系统5600将分布式计算程序从由模块化装置和外科集线器两者执行转变为仅由模块化装置执行。作为另一示例，分布式计算系统5600将分布式计算程序从由第一外科集线器和第二外科集线器两者执行转变为仅由第一外科集线器执行。如果没有控制电路确定已经接收到5654适当的命令，则该方法沿“否”分支继续，并且节点网络的控制电路继续执行5652跨节点网络的分布式计算程序。
在程序已经被转移到由单个节点执行5656的情况下，单独执行分布式程序的特定节点的控制电路和/或网络内的另一节点(其先前正在执行分布式程序)的控制电路监测指示节点跨分布式计算系统重新分布程序的处理的命令。换句话讲，节点监测重新启动分布式计算系统的命令。在一个范例中，当传感器的采样速率小于模块化装置与外科集线器之间的数据通信速率时，可生成跨网络重新分布处理的命令。如果控制电路接收到5658重新分布处理的适当命令，则方法5650沿“是”分支行进，并且再次跨节点网络执行5652程序。如果控制电路没有接收到5658适当的命令，则节点继续单独执行5656程序。
图45中描绘的方法5650通过利用分布式计算架构来消除控制模块化装置中的数据或通信瓶颈，该分布式计算架构可根据需要在模块化装置与外科集线器之间或在外科集线器之间转移计算资源。该方法5650还通过允许模块化装置的控制调节的处理至少部分地由模块化装置本身执行来提高模块化装置的数据处理速度。该方法5650还通过允许外科集线器根据需要在它们之间转移计算资源来提高外科集线器的数据处理速度。
在视频辅助外科手术(诸如腹腔镜手术)期间，由于由装置的透镜引起的畸变效应，可能难以准确地测量通过医学成像装置观察到的特征的大小或尺寸。能够在视频辅助手术期间准确地测量大小和尺寸可通过允许外科集线器在视频辅助外科手术期间准确地识别器官和其他结构来辅助外科集线器的态势感知系统。作为一种解决方案，外科集线器可被配置成能够通过将结构与附连到装置的标记进行比较来在外科手术期间自动计算结构的大小或尺寸(或结构之间的距离)，该标记旨在在外科手术期间被放置在医学成像装置的FOV内。该标记可表示已知的标度，然后可利用该标度通过将未知的测量长度与已知的标度进行比较来进行测量。
在一个范例中，外科集线器被配置成能够从与外科集线器配对的医学成像装置接收图像或视频数据。当带有校准标度的外科器械在医学成像装置的FOV内时，外科集线器能够通过将结构与校准标度进行比较来测量同样在医学成像装置的FOV内的器官和其他结构。校准标度可被定位在例如外科器械的远侧端部上。
图46示出了成像系统5800和带有校准标度5808的外科器械5806的图。成像系统5800包括与外科集线器5802配对的医学成像装置5804。外科集线器5802可包括被配置成能够从接收自医学成像装置5804的图像或视频数据识别FOV中的特征的模式识别系统或机器学习系统。在一个范例中，旨在在外科手术期间进入医学成像装置5804的FOV的外科器械5806(例如外科切割和缝合器械)包括与之附连的校准标度5808。例如，校准标度5808可被定位在外科器械5806的外表面上。在其中外科器械5806是外科切割和缝合器械的方面中，校准标度5808可沿砧座的外表面定位。校准标度5808可包括以固定和/或已知间隔分开的一系列图形标记。校准标度5808的端部或末端标记之间的距离同样可以是设定距离L(例如35mm)。在一个范例中，校准标度5808的端部标记(例如，最近侧标记和最远侧标记)在大小、形状、颜色或其他此类方式上与中间标记不同。这允许外科集线器5802的图像识别系统与中间标记分开地识别端部标记。标记之间的距离(S)可被存储在存储器中或由外科集线器5802以其他方式检索。外科集线器5802因此可测量结构相对于所提供的校准标度5808的长度或大小。在图46中，例如，外科集线器5802可通过将动脉5810a的直径或宽度D1、静脉5810b的直径或宽度D2以及脉管之间的距离D3的可视化结果与在医学成像装置5804的FOV内的定位在外科器械5806上的校准标度5808的已知长度L进行比较来计算出这些距离D1(例如，17.0mm)、D2(例如，17.5mm)、D3(例如，20mm)。外科集线器5802可经由图像识别系统识别脉管5810a、5810b的存在。在一些范例中，外科集线器5802可被配置成能够自动测量和显示医学成像装置5804的FOV内的检测到的特征的大小或尺寸。在一些范例中，外科集线器5802可被配置成能够计算由用户在与外科集线器5802配对的交互式显示器上选择的各个点之间的距离。
被配置成能够根据附连到外科器械5806上的校准标度5808来检测和测量大小的成像系统5800提供了在视频辅助的手术期间准确地测量大小和距离的能力。这使得外科医生通过补偿视频辅助手术中固有的光学畸变效应而更容易精确地执行此类手术。
本文所述主题的各个方面在以下编号的实施例中陈述：
实施例1：一种外科集线器，所述外科集线器被配置成能够可通信地耦接到数据源和模块化装置，所述外科集线器包括：处理器；以及耦接到所述处理器的存储器，所述存储器存储指令，所述指令在由所述处理器执行时使所述外科集线器：从所述数据源接收围术期数据，其中所述围术期数据包括在外科手术过程期间由所述数据源检测到的数据；根据所述围术期数据确定有关所述外科手术的背景信息；根据所述背景信息确定用于所述模块化装置的控制调节；以及根据所述控制调节来控制所述模块化装置。
实施例2：根据实施例1中的任一项所述的外科集线器，其中，所述数据源包括第一模块化装置，并且所述模块化装置包括第二模块化装置。
实施例3：根据实施例1至2中的任一项所述的外科集线器，其中，所述数据源包括患者监测装置。
实施例4：根据实施例1至3中的任一项所述的外科集线器，其中，所述背景信息包括所述外科手术的手术类型。
实施例5：根据实施例1至4中的任一项所述的外科集线器，其中，所述背景信息包括所述外科手术的手术步骤。
实施例6：根据实施例1至5中的任一项所述的外科集线器，其中，所述围术期数据包括与所述模块化装置相关联的参数。
实施例7：根据实施例1至6中的任一项所述的外科集线器，其中，所述围术期数据包括与患者相关联的参数。
实施例8：一种外科集线器，所述外科集线器被配置成能够可通信地耦接到数据源和模块化装置，所述外科集线器包括控制电路，所述控制电路被配置成能够：从所述数据源接收围术期数据，其中所述围术期数据包括在外科手术过程期间由所述数据源检测到的数据；根据所述围术期数据确定有关所述外科手术的背景信息；根据所述背景信息确定用于所述模块化装置的控制调节；以及根据所述控制调节来控制所述模块化装置。
实施例9：根据实施例8中的任一项所述的外科集线器，其中，所述数据源包括第一模块化装置，并且所述模块化装置包括第二模块化装置。
实施例10：根据实施例8至9中的任一项所述的外科集线器，其中，所述数据源包括患者监测装置。
实施例11：根据实施例8至10中的任一项所述的外科集线器，其中，所述背景信息包括所述外科手术的手术类型。
实施例12：根据实施例8至11中的任一项所述的外科集线器，其中，所述背景信息包括所述外科手术的手术步骤。
实施例13：根据实施例8至12中的任一项所述的外科集线器，其中，所述围术期数据包括与所述模块化装置相关联的参数。
实施例14：根据实施例8至13中的任一项所述的外科集线器，其中，所述围术期数据包括与患者相关联的参数。
实施例15：一种非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令在由被配置成能够可通信地耦接到数据源和模块化装置的外科集线器执行时使所述外科集线器：从所述数据源接收围术期数据，其中所述围术期数据包括在外科手术过程期间由所述数据源检测到的数据；根据所述围术期数据确定有关所述外科手术的背景信息；根据所述背景信息确定用于所述模块化装置的控制调节；以及根据所述控制调节来控制所述模块化装置。
实施例16：根据实施例15中的任一项的外科集线器，其中，所述数据源包括第一模块化装置，并且所述模块化装置包括第二模块化装置。
实施例17：根据实施例15至16中的任一项所述的外科集线器，其中，所述数据源包括患者监测装置。
实施例18：根据实施例15至17中的任一项所述的外科集线器，其中，所述背景信息包括所述外科手术的手术类型。
实施例19：根据实施例15至18中的任一项所述的外科集线器，其中，所述背景信息包括所述外科手术的手术步骤。
实施例20：根据实施例15至19中的任一项所述的外科集线器，其中，所述围术期数据包括与所述模块化装置相关联的参数。
实施例21：根据实施例15至20中的任一项所述的外科集线器，其中，所述围术期数据包括与患者相关联的参数。
尽管已举例说明和描述了多个形式，但是申请人的意图并非将所附权利要求的范围约束或限制在此类细节中。在不脱离本公开的范围的情况下，可实现对这些形式的许多修改、变化、改变、替换、组合和等同物，并且本领域技术人员将想到这些形式的许多修改、变化、改变、替换、组合和等同物。此外，另选地，可将与所描述的形式相关联的每个元件的结构描述为用于提供由所述元件执行的功能的器件。另外，在公开了用于某些部件的材料的情况下，也可使用其他材料。因此，应当理解，上述具体实施方式和所附权利要求旨在涵盖属于本发明所公开的形式范围内的所有此类修改形式、组合和变型形式。所附权利要求旨在涵盖所有此类修改、变化、改变、替换、修改和等同物。
上述具体实施方式已通过使用框图、流程图和/或示例阐述了装置和/或方法的各种形式。只要此类框图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作，本领域的技术人员就要将其理解为此类框图、流程图和/或示例中的每个功能和/或操作都可以单独和/或共同地通过多种硬件、软件、固件或实际上它们的任何组合来实施。本领域的技术人员将会认识到，本文公开的形式中的一些方面可作为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序(如，作为在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序)，作为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(如，作为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，作为固件，或作为实际上它们的任何组合全部或部分地在集成电路中等效地实现，并且根据本发明，设计电子电路和/或编写软件和/或硬件的代码将在本领域技术人员的技术范围内。另外，本领域的技术人员将会认识到，本文所述主题的机制能够作为多种形式的一个或多个程序产品进行分布，并且本文所述主题的示例性形式适用，而不管用于实际进行分布的信号承载介质的具体类型是什么。
用于编程逻辑以执行各种所公开的方面的指令可存储在系统内的存储器内，诸如动态随机存取存储器(DRAM)、高速缓存、闪存存储器或其它存储器。此外，指令可经由网络或通过其它计算机可读介质来分发。因此，机器可读介质可包括用于存储或传输以机器(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)在因特网上传输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)可读的形式存储或传输电子指令或信息的任何类型的有形机器可读介质。
如本文任一方面所用，术语“控制电路”可指例如硬连线电路系统、可编程电路系统(例如，计算机处理器，该计算机处理器包括一个或多个单独指令处理内核、处理单元，处理器、微控制器、微控制器单元、控制器、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑装置(PLD)、可编程逻辑阵列(PLA)、场可编程门阵列(FPGA))、状态机电路系统、存储由可编程电路系统执行的指令的固件、以及它们的任何组合。控制电路可以集体地或单独地实现为形成更大系统的一部分的电路系统，例如集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、片上系统(SoC)、台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、服务器、智能电话等。因此，如本文所用，“控制电路”包括但不限于具有至少一个离散电路的电子电路、具有至少一个集成电路的电子电路、具有至少一个专用集成电路的电子电路、形成由计算机程序配置的通用计算装置的电子电路(如，至少部分地实施本文所述的方法和/或装置的由计算机程序配置的通用计算机，或至少部分地实施本文所述的方法和/或装置的由计算机程序配置的微处理器)、形成存储器装置(如，形成随机存取存储器)的电子电路，和/或形成通信装置(如，调节解调器、通信开关或光电设备)的电子电路。本领域的技术人员将会认识到，可以模拟或数字方式或它们的一些组合实施本文所述的主题。
如本文的任何方面所用，术语“逻辑”可指被配置成能够执行前述操作中的任一者的应用程序、软件、固件和/或电路系统。软件可体现为记录在非暂态计算机可读存储介质上的软件包、代码、指令、指令集和/或数据。固件可以体现为在存储器装置中硬编码(例如，非易失性)的代码、指令或指令集和/或数据。
如本文任一方面所用，术语“器件”、“系统”、“模块”等可指计算机相关实体、硬件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件。
如本文任一方面中所用，“算法”是指导致所需结果的有条理的步骤序列，其中“步骤”是指物理量和/或逻辑状态的操纵，物理量和/或逻辑状态可以(但不一定)采用能被存储、转移、组合、比较和以其它方式操纵的电或磁信号的形式。常用于指这些信号，如位、值、元素、符号、字符、术语、数字等。这些和类似的术语可与适当的物理量相关联并且仅仅是应用于这些量和/或状态的方便的标签。
网络可包括分组交换网络。通信装置可能够使用所选择的分组交换网络通信协议来彼此通信。一个示例性通信协议可包括可允许使用传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)进行通信的以太网通信协议。以太网协议可符合或兼容电气和电子工程师学会(IEEE)于2008年12月发布的名为“IEEE 802.3标准”的以太网标准和/或本标准的更高版本。另选地或附加地，通信装置可以能够使用X.25通信协议彼此通信。X.25通信协议可符合或符合国际电信联盟电信标准化部门(ITU-T)颁布的标准。另选地或附加地，通信装置可以能够使用帧中继通信协议彼此通信。帧中继通信协议可符合或符合国际电话和电话协商委员会(CCITT)和/或美国国家标准学会(ANSI)发布的标准。另选地或附加地，收发器可以能够使用异步传输模式(ATM)通信协议彼此通信。ATM通信协议可符合或兼容ATM论坛于2001年8月发布的名为“ATM-MPLS网络互通2.0”的ATM标准和/或该标准的更高版本。当然，本文同样设想了不同的和/或之后开发的连接取向的网络通信协议。
除非上述公开中另外明确指明，否则可以理解的是，在上述公开中，使用术语如“处理”、“估算”、“计算”、“确定”、“显示”的讨论是指计算机系统或类似的电子计算装置的动作和进程，其操纵表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据并将其转换成相似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其他此类信息存储、传输或显示装置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”、“可被配置成”、“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”通常可涵盖活动状态的部件和/或未活动状态的部件和/或待机状态的部件。
术语“近侧”和“远侧”在本文中是相对于操纵外科器械的柄部部分的临床医生来使用的。术语“近侧”是指最靠近临床医生的部分，术语“远侧”是指远离临床医生定位的部分。还应当理解，为简洁和清楚起见，本文可结合附图使用诸如“竖直”、“水平”、“上”和“下”等空间术语。然而，外科器械在许多方向和位置中使用，并且这些术语并非限制性的和/或绝对的。
本领域的技术人员将认识到，一般而言，本文、以及特别是所附权利要求(例如，所附权利要求的正文)中所使用的术语通常旨在为“开放”术语(例如，术语“包括”应解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”，术语“包含”应解释为“包含但不限于”等)。本领域的技术人员还应当理解，如果所引入权利要求叙述的具体数目为预期的，则这样的意图将在权利要求中明确叙述，并且在不存在这样的叙述的情况下，不存在这样的意图。例如，为有助于理解，下述所附权利要求可含有对介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求。然而，对此类短语的使用不应视为暗示通过不定冠词“一个”或“一种”引入权利要求表述将含有此类引入权利要求表述的任何特定权利要求限制在含有仅一个这样的表述的权利要求中，甚至当同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和诸如“一个”或“一种”(例如，“一个”和/或“一种”通常应解释为意指“至少一个”或“一个或多个”)的不定冠词时；这也适用于对用于引入权利要求表述的定冠词的使用。
另外，即使明确叙述引入权利要求叙述的特定数目，本领域的技术人员应当认识到，此种叙述通常应解释为意指至少所叙述的数目(例如，在没有其它修饰语的情况下，对“两个叙述”的裸叙述通常意指至少两个叙述、或两个或更多个叙述)。此外，在其中使用类似于“A、B和C中的至少一者等”的惯例的那些情况下，一般而言，这种结构意在具有本领域的技术人员将理解所述惯例的意义(例如，“具有A、B和C中的至少一者的系统”将包括但不限于具有仅A、仅B、仅C、A和B一起、A和C一起、B和C一起和/或A、B和C一起等的系统)。在其中使用类似于“A、B或C中的至少一者等”的惯例的那些情况下，一般而言，这种结构意在具有本领域的技术人员将理解所述惯例的意义(例如，“具有A、B或C中的至少一者的系统”应当包括但不限于具有仅A、仅B、仅C、A和B一起、A和C一起、B和C一起和/或A、B和C一起等的系统)。本领域的技术人员还应当理解，通常，除非上下文另有指示，否则无论在具体实施方式、权利要求或附图中呈现两个或更多个替代术语的转折性词语和/或短语应理解为涵盖包括所述术语中的一者、所述术语中的任一个或这两个术语的可能性。例如，短语“A或B”通常将被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
对于所附的权利要求，本领域的技术人员将会理解，其中表述的操作通常可以任何顺序进行。另外，尽管以(一个或多个)序列出了多个操作流程图，但应当理解，可以不同于所示顺序的其它顺序进行所述多个操作，或者可以同时进行所述多个操作。除非上下文另有规定，否则此类替代排序的示例可包括重叠、交错、中断、重新排序、增量、预备、补充、同时、反向，或其他改变的排序。此外，除非上下文另有规定，否则像“响应于”、“相关”这样的术语或其它过去式的形容词通常不旨在排除此类变体。
值得一提的是，任何对“一个方面”、“一方面”、“一范例”、“一个范例”的提及均意指结合所述方面所述的具体特征、结构或特性包括在至少一个方面中。因此，在整个说明书的不同位置出现的短语“在一个方面”、“在一方面”、“在一范例”、“在一个范例”不一定都指同一方面。此外，具体特征、结构或特性可在一个或多个方面中以任何合适的方式组合。
本说明书提及和/或在任何申请数据表中列出的任何专利申请，专利，非专利公布或其它公开材料均以引用方式并入本文，只要所并入的材料在此不一致。因此，并且在必要的程度下，本文明确列出的公开内容代替以引用方式并入本文的任何冲突材料。据称以引用方式并入本文但与本文列出的现有定义、陈述或其他公开材料相冲突的任何材料或其部分，将仅在所并入的材料与现有的公开材料之间不产生冲突的程度下并入。
概括地说，已经描述了由采用本文所述的概念产生的许多有益效果。为了举例说明和描述的目的，已经提供了一个或多个形式的上述具体实施方式。这些具体实施方式并非意图为详尽的或限定到本发明所公开的精确形式。可以按照上述教导内容对本发明进行修改或变型。选择和描述的一个或多个形式是为了说明原理和实际应用，从而使本领域的普通技术人员能够利用适用于预期的特定用途的所述多个形式和多种修改形式。与此一同提交的权利要求书旨在限定完整范围。
Claims (21)
1.一种外科集线器，所述外科集线器被配置成能够可通信地耦接到数据源和模块化装置，所述外科集线器包括：
处理器；以及
耦接到所述处理器的存储器，所述存储器存储指令，所述指令在由所述处理器执行时使所述外科集线器：
从所述数据源接收围术期数据，其中所述围术期数据包括在外科手术过程期间由所述数据源检测到的数据；
根据所述围术期数据确定有关所述外科手术的背景信息；
根据所述背景信息确定用于所述模块化装置的控制调节；以及
根据所述控制调节来控制所述模块化装置。
2.根据权利要求1所述的外科集线器，其中，所述数据源包括第一模块化装置，并且所述模块化装置包括第二模块化装置。
3.根据权利要求1所述的外科集线器，其中，所述数据源包括患者监测装置。
4.根据权利要求1所述的外科集线器，其中，所述背景信息包括所述外科手术的手术类型。
5.根据权利要求1所述的外科集线器，其中，所述背景信息包括所述外科手术的手术步骤。
6.根据权利要求1所述的外科集线器，其中，所述围术期数据包括与所述模块化装置相关联的参数。
7.根据权利要求1所述的外科集线器，其中，所述围术期数据包括与患者相关联的参数。
8.一种外科集线器，所述外科集线器被配置成能够可通信地耦接到数据源和模块化装置，所述外科集线器包括：
控制电路，所述控制电路被配置成能够：
从所述数据源接收围术期数据，其中所述围术期数据包括在外科手术过程期间由所述数据源检测到的数据；
根据所述围术期数据确定有关所述外科手术的背景信息；
根据所述背景信息确定用于所述模块化装置的控制调节；以及
根据所述控制调节来控制所述模块化装置。
9.根据权利要求8所述的外科集线器，其中，所述数据源包括第一模块化装置，并且所述模块化装置包括第二模块化装置。
10.根据权利要求8所述的外科集线器，其中，所述数据源包括患者监测装置。
11.根据权利要求8所述的外科集线器，其中，所述背景信息包括所述外科手术的手术类型。
12.根据权利要求8所述的外科集线器，其中，所述背景信息包括所述外科手术的手术步骤。
13.根据权利要求8所述的外科集线器，其中，所述围术期数据包括与所述模块化装置相关联的参数。
14.根据权利要求8所述的外科集线器，其中，所述围术期数据包括与患者相关联的参数。
15.一种非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令在由被配置成能够可通信地耦接到数据源和模块化装置的外科集线器执行时使所述外科集线器：
从所述数据源接收围术期数据，其中所述围术期数据包括在外科手术过程期间由所述数据源检测到的数据；
根据所述围术期数据确定有关所述外科手术的背景信息；
根据所述背景信息确定用于所述模块化装置的控制调节；以及
根据所述控制调节来控制所述模块化装置。
16.根据权利要求15所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述数据源包括第一模块化装置，并且所述模块化装置包括第二模块化装置。
17.根据权利要求15所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述数据源包括患者监测装置。
18.根据权利要求15所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述背景信息包括所述外科手术的手术类型。
19.根据权利要求15所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述背景信息包括所述外科手术的手术步骤。
20.根据权利要求15所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述围术期数据包括与所述模块化装置相关联的参数。
21.根据权利要求15所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述围术期数据包括与患者相关联的参数。
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