CN111670014A - 被配置成能够基于击发或夹持的感测参数来调节切割构件的力、推进速度和总行程的电动缝合装置 - Google Patents

被配置成能够基于击发或夹持的感测参数来调节切割构件的力、推进速度和总行程的电动缝合装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种外科缝合器械。该外科缝合器械包括：端部执行器，该端部执行器被构造成能够夹持组织；切割构件；马达，该马达联接到该切割构件，该马达被配置成能够使该切割构件在第一位置与第二位置之间运动；以及控制电路，该控制电路联接到该马达。该控制电路被配置成能够：感测与该端部执行器的夹持或该切割构件的击发或该端部执行器的夹持与该切割构件的击发的组合相关联的参数；以及根据该参数控制该马达以调节由该马达施加到该切割构件的扭矩、该马达驱动该切割构件的速度或该马达驱动切割构件的距离，或者调节该扭矩、速度和距离的任何组合。

Description

被配置成能够基于击发或夹持的感测参数来调节切割构件的 力、推进速度和总行程的电动缝合装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年11月6日提交的标题为“POWERED STAPLING DEVICE THAT ISCAPABLE OF ADJUSTING FORCE,ADVANCEMENT SPEED,AND OVERALL STROKE OF CUTTINGMEMBER OF THE DEVICE BASED ON SENSED PARAMETER OF FIRING OR CLAMPING”的美国非临时专利申请序列号16/182,240的权益，该非临时专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
本申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定要求2018年9月10日提交的标题为“POWERED STAPLING DEVICE THAT IS CAPABLE OF ADJUSTING FORCE,ADVANCEMENTSPEED,AND OVERALL STROKE OF CUTTING MEMBER OF THE DEVICE BASED ON SENSEDPARAMETER OF FIRING OR CLAMPING”的美国临时专利申请号62/729,185的优先权，该临时专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
本申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定还要求2018年6月30日提交的标题为“SMART ACTIVATION OF AN ENERGY DEVICE BY ANOTHER DEVICE”的美国临时专利申请号62/659,900、2018年6月30日提交的标题为“SMART ENERGY ARCHITECTURE”的美国临时专利申请号62/692,748和2018年6月30日提交的标题为“SMART ENERGY DEVICES”的美国临时专利申请号62/692,768的优先权，这些临时专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文。
本申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定还要求2018年4月19日提交的标题为“METHOD OF HUB COMMUNICATION”的美国临时专利申请号62/692,747的优先权，该临时专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
本申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定还要求2018年3月30日提交的标题为“CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS”的美国临时专利申请62/650,898、2018年3月30日提交的标题为“SURGICAL SYSTEMS WITHOPTIMIZED SENSING CAPABILITIES”的美国临时专利申请序列号62/650,887、2018年3月30日提交的标题为“SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/650,882和2018年3月30日提交的标题为“SURGICAL SMOKEEVACUATION SENSING AND CONTROLS”的美国临时专利申请序列号62/650,877的优先权，这些临时专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文。
本申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定还要求2018年3月8日提交的标题为“TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR”的美国临时专利申请序列号62/640,417和2018年3月8日提交的标题为“ESTIMATING STATEOF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR”的美国临时专利申请序列号62/640,415的优先权，这些临时专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文。
本申请按照美国法典第35卷第119条(e)款的规定还要求2017年12月28日提交的标题为“INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/611,341、2017年12月28日提交的标题为“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS”的美国临时专利申请序列号62/611,340和2017年12月28日提交的标题为“ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/611,339的优先权，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。外科手术通常在医疗机构例如医院的外科手术室或房间中进行。通常在患者周围形成无菌区。无菌区可包括被恰当地穿着的擦洗的团队成员，以及该区域中的所有设备和固定装置。利用各种外科装置和系统进行外科手术。
发明内容
在一个方面，本公开提供了一种外科缝合器械，所述外科缝合器械包括：端部执行器，所述端部执行器被构造成能够夹持组织；切割构件；马达，所述马达联接到所述切割构件，所述马达被配置成能够使所述切割构件在第一位置与第二位置之间运动；以及控制电路，所述控制电路联接到所述马达，所述控制电路被配置成能够：感测与所述端部执行器的夹持相关联的参数；以及控制所述马达以调节由所述马达施加到所述切割构件的扭矩。
在另一方面，本公开提供了一种外科缝合器械，所述外科缝合器械包括：端部执行器，所述端部执行器被构造成能够夹持组织；切割构件；马达，所述马达联接到所述切割构件，所述马达被配置成能够使所述切割构件在第一位置与第二位置之间运动；以及控制电路，所述控制电路联接到所述马达，所述控制电路被配置成能够：感测与所述切割构件的击发相关联的参数；以及控制所述马达以调节由所述马达施加到所述切割构件的扭矩。
在又一方面，本公开提供了一种电动缝合装置，所述电动缝合装置包括：圆形缝合头部组件；砧座；套管针，所述套管针联接到所述砧座并联接到所述马达，其中所述马达被配置成能够使所述套管针推进和回缩；以及控制电路，所述控制电路联接到所述马达，其中所述控制电路被配置成能够：确定所述套管针在多个区域中的一个区域中的位置；以及基于所确定的所述套管针的位置设置砧座闭合速率。
附图说明
通过参考以下结合如下附图所作的说明可最好地理解本文所述各个方面(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接纳在外科集线器壳体的抽屉中的组合发生器模块的局部透视图。
图5为根据本公开的至少一个方面的具有双极、超声和单极触点以及排烟部件的组合发生器模块的透视图。
图6示出了根据本公开的至少一个方面的用于横向模块化外壳的多个横向对接端口的单个功率总线附接件，该横向模块化外壳被构造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构造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联接到模块化控制塔的多个模块的外科集线器。
图11示出了根据本公开的至少一个方面的通用串行总线(USB)网络集线器装置的一个方面。
图12是根据本公开的至少一个方面的云计算系统的框图，该云计算系统包括联接到外科集线器的多个智能外科器械，该外科集线器可连接到该云计算系统的云部件。
图13是根据本公开的至少一个方面的云计算系统的功能模块架构。
图14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15为根据本公开的至少一个方面的描绘外科集线器的态势感知的时间轴。
图16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17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18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19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时序逻辑电路。
图20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，这些马达可被激活以执行各种功能。
图21为根据本公开的至少一个方面的被构造成能够操作本文所述的外科工具的外科器械的示意图。
图22示出了根据本公开的至少一个方面的被构造成能够控制各种功能的外科器械的框图。
图23为根据本公开的至少一个方面的被构造成能够控制各种功能的外科器械的示意图。
图24描绘了根据本公开的至少一个方面的圆形缝合外科器械的透视图。
图25描绘了根据本公开的至少一个方面的图24的器械的柄部和轴组件的分解图。
图26描绘了根据本公开的至少一个方面的图24的器械的柄部组件的剖视图。
图27描绘了根据本公开的至少一个方面的图24的马达和电池组件的放大局部剖视图。
图28A描绘了根据本公开的至少一个方面的图24的器械的操作模式选择组件的侧正视图，其中第一齿轮与第二齿轮脱离接合。
图28B描绘了根据本公开的至少一个方面的图28A的操作模式选择组件的侧正视图，其中第一齿轮与第二齿轮接合。
图29A描绘了根据本公开的至少一个方面的图24的器械的缝合头部组件的放大纵向剖视图，其示出了处于打开位置的砧座。
图29B描绘了根据本公开的至少一个方面的图29A的缝合头部组件的放大纵向剖视图，其示出了处于闭合位置的砧座。
图29C描绘了根据本公开的至少一个方面的图29A的缝合头部组件的放大纵向剖视图，其示出了处于击发位置的钉驱动器和刀片。
图30描绘了根据本公开的至少一个方面的抵靠砧座形成的钉的放大局部剖视图。
图31为根据本公开的至少一个方面的曲线图和相关联的电动缝合装置的图，其示出了在沿着套管针的回缩行程的某些关键点处的砧座闭合速率调节。
图32为根据本公开的至少一个方面的圆形缝合器的视图。
图33为根据本公开的至少一个方面的过程的逻辑流程图，该过程描绘了用于调节电动缝合装置的砧座部分在沿套管针的回缩行程的某些关键点处的闭合速率的控制程序或逻辑配置。
图34为根据本公开的至少一个方面的示出套管针随时间的位置的曲线图和相关联的电动缝合装置图。
图35为根据本公开的至少一个方面的过程的逻辑流程图，该过程描绘了用于检测套管针上的多方向座置运动以将砧座驱动到正确的位置中的控制程序或逻辑配置。
图36为根据本公开的至少一个方面的圆形电动缝合装置的局部示意图，在左侧示出了砧座闭合，并在右侧示出了刀201616致动。
图37为根据本公开的至少一个方面的沿着竖直轴线的砧座位移(δ砧座)的图示表示，该砧座位移作为夹具沿着水平轴线的闭合力(FTC)的函数。
图38为根据本公开的至少一个方面的沿着竖直轴线的刀201616位移(δ刀)的图形表示201630，该刀位移作为沿着左侧水平轴线的刀201616速度(VKmm/s)的函数，并且还作为沿着右侧水平轴线的刀201616力(FKlbs)的函数。
图39为根据本公开的至少一个方面的过程的逻辑流程图，该过程描绘了用于检测组织间隙和击发力以调节刀的行程和速度的控制程序或逻辑配置。
图40为根据本公开的至少一个方面的过程的逻辑流程图，该过程描绘了用于在具有如图38所示的速度峰值的强组织韧性速度曲线下使刀201616推进的控制程序或逻辑配置。
具体实施方式
本专利申请的申请人拥有于2018年11月6日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国专利申请16/182,224，标题为“SURGICAL NETWORK,INSTRUMENT,AND CLOUDRESPONSES BASED ON VALIDATION OF RECEIVED DATASET AND AUTHENTICATION OF ITSSOURCE AND INTEGRITY”；
·美国专利申请16/182,230，标题为“SURGICAL SYSTEM FOR PRESENTINGINFORMATION INTERPRETED FROM EXTERNAL DATA”；
·美国专利申请16/182,233，标题为“MODIFICATION OF SURGICAL SYSTEMSCONTROL PROGRAMS BASED ON MACHINE LEARNING”；
·美国专利申请16/182,239，标题为“ADJUSTMENT OF DEVICE CONTROL PROGRAMSBASED ON STRATIFIED CONTEXTUAL DATA IN ADDITION TO THE DATA”；
·美国专利申请16/182,243，标题为“SURGICAL HUB AND MODULAR DEVICERESPONSE ADJUSTMENT BASED ON SITUATIONAL AWARENESS”；
·美国专利申请16/182,248，标题为“DETECTION AND ESCALATION OF SECURITYRESPONSES OF SURGICAL INSTRUMENTS TO INCREASING SEVERITY THREATS”；
·美国专利申请16/182,251，标题为“INTERACTIVE SURGICAL SYSTEM”；
·美国专利申请16/182,260，标题为“AUTOMATED DATA SCALING,ALIGNMENT,ANDORGANIZING BASED ON PREDEFINED PARAMETERS WITHIN SURGICAL NETWORKS”；
·美国专利申请16/182,267，“SENSING THE PATIENT POSITION AND CONTACTUTILIZING THE MONO-POLAR RETURN PAD ELECTRODE TO PROVIDE SITUATIONALAWARENESS TO A SURGICAL NETWORK”；
·美国专利申请16/182,249，标题为“POWERED SURGICAL TOOL WITH PREDEFINEDADJUSTABLE CONTROL ALGORITHM FOR CONTROLLING END EFFECTOR PARAMETER”；
·美国专利申请16/182,246，标题为“ADJUSTMENTS BASED ON AIRBORNEPARTICLE PROPERTIES”；
·美国专利申请16/182,256，标题为“ADJUSTMENT OF A SURGICAL DEVICEFUNCTION BASED ON SITUATIONAL AWARENESS”；
·美国专利申请16/182,242，标题为“REAL-TIME ANALYSIS OF COMPREHENSIVECOST OF ALL INSTRUMENTATION USED IN SURGERY UTILIZING DATA FLUIDITY TO TRACKINSTRUMENTS THROUGH STOCKING AND IN-HOUSE PROCESSES”；
·美国专利申请16/182,255，标题为“USAGE AND TECHNIQUE ANALYSIS OFSURGEON/STAFF PERFORMANCE AGAINST A BASELINE TO OPTIMIZE DEVICE UTILIZATIONAND PERFORMANCE FOR BOTH CURRENT AND FUTURE PROCEDURES”；
·美国专利申请16/182,269，标题为“IMAGE CAPTURING OF THE AREAS OUTSIDETHE ABDOMEN TO IMPROVE PLACEMENT AND CONTROL OF A SURGICAL DEVICE IN USE”；
·美国专利申请16/182,278，标题为“COMMUNICATION OF DATA WHERE ASURGICAL NETWORK IS USING CONTEXT OF THE DATA AND REQUIREMENTS OF A RECEIVINGSYSTEM/USER TO INFLUENCE INCLUSION OR LINKAGE OF DATA AND METADATA TOESTABLISH CONTINUITY”；
·美国专利申请16/182,290，标题为“SURGICAL NETWORK RECOMMENDATIONS FROMREAL TIME ANALYSIS OF PROCEDURE VARIABLES AGAINST A BASELINE HIGHLIGHTINGDIFFERENCES FROM THE OPTIMAL SOLUTION”；
·美国专利申请16/182,232，标题为“CONTROL OF A SURGICAL SYSTEM THROUGHA SURGICAL BARRIER”；
·美国专利申请16/182,227，标题为“SURGICAL NETWORK DETERMINATION OFPRIORITIZATION OF COMMUNICATION,INTERACTION,OR PROCESSING BASED ON SYSTEM ORDEVICE NEEDS”；
·美国专利申请16/182,231，标题为“WIRELESS PAIRING OF A SURGICAL DEVICEWITH ANOTHER DEVICE WITHIN A STERILE SURGICAL FIELD BASED ON THE USAGE ANDSITUATIONAL AWARENESS OF DEVICES”；
·美国专利申请16/182,229，其标题为“ADJUSTMENT OF STAPLE HEIGHT OF ATLEAST ONE ROW OF STAPLES BASED ON THE SENSED TISSUE THICKNESS OR FORCE INCLOSING”；
·美国专利申请16/182,234，其标题为“STAPLING DEVICE WITH BOTHCOMPULSORY AND DISCRETIONARY LOCKOUTS BASED ON SENSED PARAMETERS”；
·美国专利申请16/182,235，标题为“VARIATION OF RADIO FREQUENCY ANDULTRASONIC POWER LEVEL IN COOPERATION WITH VARYING CLAMP ARM PRESSURE TOACHIEVE PREDEFINED HEAT FLUX OR POWER APPLIED TO TISSUE”；以及
·美国专利申请16/182,238，标题为“ULTRASONIC ENERGY DEVICE WHICH VARIESPRESSURE APPLIED BY CLAMP ARM TO PROVIDE THRESHOLD CONTROL PRESSURE AT A CUTPROGRESSION LOCATION”。
本专利申请的申请人拥有于2018年9月10日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国临时专利申请62/729,183，标题为“A CONTROL FOR A SURGICAL NETWORKOR SURGICAL NETWORK CONNECTED DEVICE THAT ADJUSTS ITS FUNCTION BASED ON ASENSED SITUATION OR USAGE”；
·美国临时专利申请62/729,177，标题为“AUTOMATED DATA SCALING,ALIGNMENT,AND ORGANIZING BASED ON PREDEFINED PARAMETERS WITHIN A SURGICAL NETWORKBEFORE TRANSMISSION”；
·美国临时专利申请62/729,176，标题为“INDIRECT COMMAND AND CONTROL OF AFIRST OPERATING ROOM SYSTEM THROUGH THE USE OF A SECOND OPERATING ROOM SYSTEMWITHIN A STERILE FIELD WHERE THE SECOND OPERATING ROOM SYSTEM HAS PRIMARY ANDSECONDARY OPERATING MODES”；
·美国临时专利申请62/729,185，标题为“POWERED STAPLING DEVICE THAT ISCAPABLE OF ADJUSTING FORCE,ADVANCEMENT SPEED,AND OVERALL STROKE OF CUTTINGMEMBER OF THE DEVICE BASED ON SENSED PARAMETER OF FIRING OR CLAMPING”；
·美国临时专利申请62/729,184，标题为“POWERED SURGICAL TOOL WITH APREDEFINED ADJUSTABLE CONTROL ALGORITHM FOR CONTROLLING AT LEAST ONE ENDEFFECTOR PARAMETER AND A MEANS FOR LIMITING THE ADJUSTMENT”；
·美国临时专利申请62/729,182，标题为“SENSING THE PATIENT POSITION ANDCONTACT UTILIZING THE MONO POLAR RETURN PAD ELECTRODE TO PROVIDE SITUATIONALAWARENESS TO THE HUB”；
·美国临时专利申请62/729,191，标题为“SURGICAL NETWORK RECOMMENDATIONSFROM REAL TIME ANALYSIS OF PROCEDURE VARIABLES AGAINST A BASELINEHIGHLIGHTING DIFFERENCES FROM THE OPTIMAL SOLUTION”；
·美国临时申请62/729,195，标题为“ULTRASONIC ENERGY DEVICE WHICH VARIESPRESSURE APPLIED BY CLAMP ARM TO PROVIDE THRESHOLD CONTROL PRESSURE AT A CUTPROGRESSION LOCATION”；以及
·美国临时专利申请62/729,186，标题为“WIRELESS PAIRING OF A SURGICALDEVICE WITH ANOTHER DEVICE WITHIN A STERILE SURGICAL FIELD BASED ON THE USAGEAND SITUATIONAL AWARENESS OF DEVICES”。
本专利申请的申请人拥有于2018年8月28日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国专利申请16/115,214，标题为“ESTIMATING STATE OF ULTRASONIC ENDEFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR”；
·美国专利申请16/115,205，标题为“TEMPERATURE CONTROL OF ULTRASONIC ENDEFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR”；
·美国专利申请16/115,233，标题为“RADIO FREQUENCY ENERGY DEVICE FORDELIVERING COMBINED ELECTRICAL SIGNALS”；
·美国专利申请16/115,208，标题为“CONTROLLING AN ULTRASONIC SURGICALINSTRUMENT ACCORDING TO TISSUE LOCATION”；
·美国专利申请16/115,220，标题为“CONTROLLING ACTIVATION OF ANULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO THE PRESENCE OF TISSUE”；
·美国专利申请16/115,232，标题为“DETERMINING TISSUE COMPOSITION VIA ANULTRASONIC SYSTEM”；
·美国专利申请16/115,239，标题为“DETERMINING THE STATE OF ANULTRASONIC ELECTROMECHANICAL SYSTEM ACCORDING TO FREQUENCY SHIFT”；
·美国专利申请16/115,247，标题为“DETERMINING THE STATE OF ANULTRASONIC END EFFECTOR”；
·美国专利申请16/115,211，标题为“SITUATIONAL AWARENESS OFELECTROSURGICAL SYSTEMS”；
·美国专利申请16/115,226，标题为“MECHANISMS FOR CONTROLLING DIFFERENTELECTROMECHANICAL SYSTEMS OF AN ELECTROSURGICAL INSTRUMENT”；
·美国专利申请16/115,240，标题为“DETECTION OF END EFFECTOR IMMERSIONIN LIQUID”；
·美国专利申请16/115,249，标题为“INTERRUPTION OF ENERGY DUE TOINADVERTENT CAPACITIVE COUPLING”；
·美国专利申请16/115,256，标题为“INCREASING RADIO FREQUENCY TO CREATEPAD-LESS MONOPOLAR LOOP”；
·美国专利申请16/115,223，标题为“BIPOLAR COMBINATION DEVICE THATAUTOMATICALLY ADJUSTS PRESSURE BASED ON ENERGY MODALITY”；以及
·美国专利申请16/115,238，标题为“ACTIVATION OF ENERGY DEVICES”。
本专利申请的申请人拥有于2018年8月23日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国临时专利申请62/721,995，标题为“CONTROLLING AN ULTRASONICSURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO TISSUE LOCATION”；
·美国临时专利申请62/721,998，标题为“SITUATIONAL AWARENESS OFELECTROSURGICAL SYSTEMS”；
·美国临时专利申请62/721,999，标题为“INTERRUPTION OF ENERGY DUE TOINADVERTENT CAPACITIVE COUPLING”；
·美国临时专利申请62/721,994，标题为“BIPOLAR COMBINATION DEVICE THATAUTOMATICALLY ADJUSTS PRESSURE BASED ON ENERGY MODALITY”；以及
·美国临时专利申请62/721,996，标题为“RADIO FREQUENCY ENERGY DEVICE FORDELIVERING COMBINED ELECTRICAL SIGNALS”。
本专利申请的申请人拥有于2018年6月30日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国临时专利申请62/692,747，标题为“SMART ACTIVATION OF AN ENERGYDEVICE BY ANOTHER DEVICE”；
·美国临时专利申请62/692,748，标题为“SMART ENERGY ARCHITECTURE”；以及
·美国临时专利申请62/692,768，标题为“SMART ENERGY DEVICES”。
本专利申请的申请人拥有于2018年6月29日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国专利申请序列号16/024,090，标题为“CAPACITIVE COUPLED RETURN PATHPAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS”；
·美国专利申请序列号16/024,057，标题为“CONTROLLING A SURGICALINSTRUMENT ACCORDING TO SENSED CLOSURE PARAMETERS”；
·美国专利申请序列号16/024,067，标题为“SYSTEMS FOR ADJUSTING ENDEFFECTOR PARAMETERS BASED ON PERIOPERATIVE INFORMATION”；
·美国专利申请序列号16/024,075，标题为“SAFETY SYSTEMS FOR SMARTPOWERED SURGICAL STAPLING”；
·美国专利申请序列号16/024,083，标题为“SAFETY SYSTEMS FOR SMARTPOWERED SURGICAL STAPLING”；
·美国专利申请序列号16/024,094，标题为“SURGICAL SYSTEMS FOR DETECTINGEND EFFECTOR TISSUE DISTRIBUTION IRREGULARITIES”；
·美国专利申请序列号16/024,138，标题为“SYSTEMS FOR DETECTING PROXIMITYOF SURGICAL END EFFECTOR TO CANCEROUS TISSUE”；
·美国专利申请序列号16/024,150，标题为“SURGICAL INSTRUMENT CARTRIDGESENSOR ASSEMBLIES”；
·美国专利申请序列号16/024,160，标题为“VARIABLE OUTPUT CARTRIDGESENSOR ASSEMBLY”；
·美国专利申请序列号16/024,124，标题为“SURGICAL INSTRUMENT HAVING AFLEXIBLE ELECTRODE”；
·美国专利申请序列号16/024,132，标题为“SURGICAL INSTRUMENT HAVING AFLEXIBLE CIRCUIT”；
·美国专利申请序列号16/024,141，标题为“SURGICAL INSTRUMENT WITH ATISSUE MARKING ASSEMBLY”；
·美国专利申请序列号16/024,162，标题为“SURGICAL SYSTEMS WITHPRIORITIZED DATA TRANSMISSION CAPABILITIES”；
·美国专利申请序列号16/024,066，标题为“SURGICAL EVACUATION SENSING ANDMOTOR CONTROL”；
·美国专利申请序列号16/024,096，标题为“SURGICAL EVACUATION SENSORARRANGEMENTS”；
·美国专利申请序列号16/024,116，标题为“SURGICAL EVACUATION FLOWPATHS”；
·美国专利申请序列号16/024,149，标题为“SURGICAL EVACUATION SENSING ANDGENERATOR CONTROL”；
·美国专利申请序列号16/024,180，标题为“SURGICAL EVACUATION SENSING ANDDISPLAY”；
·美国专利申请序列号16/024,245，标题为“COMMUNICATION OF SMOKEEVACUATION SYSTEM PARAMETERS TO HUB OR CLOUD IN SMOKE EVACUATION MODULE FORINTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”；
·美国专利申请序列号16/024,258，标题为“SMOKE EVACUATION SYSTEMINCLUDING A SEGMENTED CONTROL CIRCUIT FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”；
·美国专利申请序列号16/024,265，标题为“SURGICAL EVACUATION SYSTEM WITHA COMMUNICATION CIRCUIT FOR COMMUNICATION BETWEEN A FILTER AND A SMOKEEVACUATION DEVICE”；以及
·美国专利申请序列号16/024,273，标题为“DUAL IN-SERIES LARGE AND SMALLDROPLET FILTERS”。
本专利申请的申请人拥有于2018年6月28日提交的以下美国临时专利申请，这些临时专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国临时专利申请序列号62/691,228，标题为“A METHOD OF USINGreinforced FLEX CIRCUITS WITH MULTIPLE SENSORS WITH ELECTROSURGICAL DEVICES”；
·美国临时专利申请序列号62/691,227，标题为“CONTROLLING A SURGICALinstrument ACCORDING TO SENSED CLOSURE PARAMETERS”；
·美国临时专利申请序列号62/691,230，标题为“SURGICAL INSTRUMENT HAVINGA FLEXIBLE ELECTRODE”；
·美国临时专利申请序列号62/691,219，标题为“SURGICAL EVACUATION SENSINGAND MOTOR CONTROL”；
·美国临时专利申请序列号62/691,257，标题为“COMMUNICATION OF SMOKEEVACUATION SYSTEM PARAMETERS TO HUB OR CLOUD IN SMOKE EVACUATION MODULE FORINTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”；
·美国临时专利申请序列号62/691,262，标题为“SURGICAL EVACUATION SYSTEMWITH A COMMUNICATION CIRCUIT FOR COMMUNICATION BETWEEN A FILTER AND A SMOKEEVACUATION DEVICE”；以及
·美国临时专利申请序列号62/691,251，标题为“DUAL IN-SERIES LARGE ANDSMALL DROPLET FILTERS”。
本专利申请的申请人拥有于2018年4月19日提交的以下美国临时专利申请，其公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国临时专利申请序列号62/659,900，标题为“METHOD OF HUBCOMMUNICATION”。
本申请的申请人拥有于2018年3月30日提交的以下美国临时专利申请，这些临时专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·2018年3月30日提交的美国临时专利申请62/650,898，标题为“CAPACITIVECOUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS”；
·美国临时专利申请序列号62/650,887，标题为“SURGICAL SYSTEMS WITHOPTIMIZED SENSING CAPABILITIES”；
·美国专利申请序列号62/650,882，标题为“SMOKE EVACUATION MODULE FORINTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”；以及
·美国专利申请序列号62/650,877，标题为“SURGICAL SMOKE EVACUATIONSENSING AND CONTROLS”。
本专利申请的申请人拥有于2018年3月29日提交的以下美国专利申请，这些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：
·美国专利申请序列号15/940,641，标题为“INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMSWITH ENCRYPTED COMMUNICATION CAPABILITIES”；
·美国专利申请序列号15/940,648，标题为“INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMSWITH CONDITION HANDLING OF DEVICES AND DATA CAPABILITIES”；
·美国专利申请序列号15/940,656，标题为“SURGICAL HUB COORDINATION OFCONTROL AND COMMUNICATION OF OPERATING ROOM DEVICES”；
·美国专利申请序列号15/940,666，标题为“SPATIAL AWARENESS OF SURGICALHUBS IN OPERATING ROOMS”；
·美国专利申请序列号15/940,670，标题为“COOPERATIVE UTILIZATION OF DATADERIVED FROM SECONDARY SOURCES BY INTELLIGENT SURGICAL HUBS”；
·美国专利申请序列号15/940,677，标题为“SURGICAL HUB CONTROLARRANGEMENTS”；
·美国专利申请序列号15/940,632，标题为“DATA STRIPPING METHOD TOINTERROGATE PATIENT RECORDS AND CREATE ANONYMIZED RECORD”；
·美国专利申请序列号15/940,640，标题为“COMMUNICATION HUB AND STORAGEDEVICE FOR STORING PARAMETERS AND STATUS OF A SURGICAL DEVICE TO BE SHAREDWITH CLOUD BASED ANALYTICS SYSTEMS”；
·美国专利申请序列号15/940,645，标题为“SELF DESCRIBING DATA PACKETSGENERATED AT AN ISSUING INSTRUMENT”；
·美国专利申请序列号15/940,649，标题为“DATA PAIRING TO INTERCONNECT ADEVICE MEASURED PARAMETER WITH AN OUTCOME”；
·美国专利申请序列号15/940,654，标题为“SURGICAL HUB SITUATIONALAWARENESS”；
·美国专利申请序列号15/940,663，标题为“SURGICAL SYSTEM DISTRIBUTEDPROCESSING”；
·美国专利申请序列号15/940,668，标题为“AGGREGATION AND REPORTING OFSURGICAL HUB DATA”；
·美国专利申请序列号15/940,671，标题为“SURGICAL HUB SPATIAL AWARENESSTO DETERMINE DEVICES IN OPERATING THEATER”；
·美国专利申请序列号15/940,686，标题为“DISPLAY OF ALIGNMENT OF STAPLECARTRIDGE TO PRIOR LINEAR STAPLE LINE”；
·美国专利申请序列号15/940,700，标题为“STERILE FIELD INTERACTIVECONTROL DISPLAYS”；
·美国专利申请序列号15/940,629，标题为“COMPUTER IMPLEMENTEDINTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS”；
·美国专利申请序列号15/940,704，标题为“USE OF LASER LIGHT AND RED-GREEN-BLUE COLORATION TO DETERMINE PROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT”；
·美国专利申请序列号15/940,722，标题为“CHARACTERIZATION OF TISSUEIRREGULARITIES THROUGH THE USE OF MONO-CHROMATIC LIGHT REFRACTIVITY”；
·美国专利申请序列号15/940,742，标题为“DUAL CMOS ARRAY IMAGING”；
·美国专利申请序列号15/940,636，标题为“ADAPTIVE CONTROL PROGRAMUPDATES FOR SURGICAL DEVICES”；
·美国专利申请序列号15/940,653，标题为“ADAPTIVE CONTROL PROGRAMUPDATES FOR SURGICAL HUBS”；
·美国专利申请序列号15/940,660，标题为“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICSFOR CUSTOMIZATION AND RECOMMENDATIONS TO A USER”；
·美国专利申请序列号15/940,679，标题为“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICSFOR LINKING OF LOCAL USAGE TRENDS WITH THE RESOURCE ACQUISITION BEHAVIORS OFLARGER DATA SET”；
·美国专利申请序列号15/940,694，标题为“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICSFOR MEDICAL FACILITY SEGMENTED INDIVIDUALIZATION OF INSTRUMENT FUNCTION”；
·美国专利申请序列号15/940,634，标题为“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICSFOR SECURITY AND AUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES”；
·美国专利申请序列号15/940,706，标题为“DATA HANDLING ANDPRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICS NETWORK”；
·美国专利申请序列号15/940,675，标题为“CLOUD INTERFACE FOR COUPLEDSURGICAL DEVICES”；
·美国专利申请序列号15/940,627，标题为“DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”；
·美国专利申请序列号15/940,637，标题为“COMMUNICATION ARRANGEMENTS FORROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”；
·美国专利申请序列号15/940,642，标题为“CONTROLS FOR ROBOT-ASSISTEDSURGICAL PLATFORMS”；
·美国专利申请序列号15/940,676，标题为“AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTS FORROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”；
·美国专利申请序列号15/940,680，标题为“CONTROLLERS FOR ROBOT-ASSISTEDSURGICAL PLATFORMS”；
·美国专利申请序列号15/940,683，标题为“COOPERATIVE SURGICAL ACTIONSFOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”；
·美国专利申请序列号15/940,690，标题为“DISPLAY ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”；以及
·美国专利申请序列号15/940,711，标题为“SENSING ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”。
本申请的申请人拥有于2018年3月28日提交的以下美国临时专利申请，这些临时专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国临时专利申请序列号62/649,302，标题为“INTERACTIVE SURGICALSYSTEMS WITH ENCRYPTED COMMUNICATION CAPABILITIES”；
·美国临时专利申请序列号62/649,294，标题为“DATA STRIPPING METHOD TOINTERROGATE PATIENT RECORDS AND CREATE ANONYMIZED RECORD”；
·美国专利申请序列号62/649,300，标题为“SURGICAL HUB SITUATIONALAWARENESS”；
·美国临时专利申请序列号62/649,309，标题为“SURGICAL HUB SPATIALAWARENESS TO DETERMINE DEVICES IN OPERATING THEATER”；
·美国专利申请序列号62/649,310，标题为“COMPUTER IMPLEMENTEDINTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS”；
·美国临时专利申请序列号62/649,291，标题为“USE OF LASER LIGHT AND RED-GREEN-BLUE COLORATION TO DETERMINE PROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT”；
·美国专利申请序列号62/649,296，标题为“ADAPTIVE CONTROL PROGRAMUPDATES FOR SURGICAL DEVICES”；
·美国临时专利申请序列号62/649,333，标题为“CLOUD-BASED MEDICALANALYTICS FOR CUSTOMIZATION AND RECOMMENDATIONS TO A USER”；
·美国临时专利申请序列号62/649,327，标题为“CLOUD-BASED MEDICALANALYTICS FOR SECURITY AND AUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES”；
·美国临时专利申请序列号62/649,315，标题为“DATA HANDLING ANDPRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICS NETWORK”；
·美国专利申请序列号62/649,313，标题为“CLOUD INTERFACE FOR COUPLEDSURGICAL DEVICES”；
·美国专利申请序列号62/649,320，标题为“DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”；
·美国临时专利申请序列号62/649,307，标题为“AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTSFOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”；以及
·美国临时专利申请序列号62/649,323，标题为“SENSING ARRANGEMENTS FORROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”。
本申请的申请人拥有于2018年3月8日提交的以下美国临时专利申请，这些临时专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国临时专利申请序列号62/640,417，标题为“TEMPERATURE CONTROL INULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR”；以及
·美国临时专利申请序列号62/640,415，标题为“ESTIMATING STATE OFULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR”。
本申请的申请人拥有于2017年12月28日提交的以下美国临时专利申请，这些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：
·美国临时专利申请序列号62/611,341，标题为“INTERACTIVE SURGICALPLATFORM”；
·美国临时专利申请序列号62/611,340，标题为“CLOUD-BASED MEDICALANALYTICS”；以及
·美国专利申请序列号62/611,339，标题为“ROBOT ASSISTED SURGICALPLATFORM”。
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构造和布置的细节。示例性示例可单独实施，或与其他方面、变更形式和修改形式结合在一起实施，并可以各种方式实践或执行。此外，除非另外指明，否则本文所用的术语和表达是为了方便读者而对示例性实施例进行描述而所选的，并非为了限制性的目的。而且，应当理解，以下描述的方面中的一个或多个、方面和/或示例的表达可以与以下描述的其他方面、方面和/或示例的表达中的任何一个或多个组合。
外科集线器
参见图1，计算机实现的交互式外科系统100包括一个或多个外科系统102和基于云的系统(例如，可包括联接到存储装置105的远程服务器113的云104)。每个外科系统102包括与可包括远程服务器113的云104通信的至少一个外科集线器106。在一个示例中，如图1中所示，外科系统102包括可视化系统108、机器人系统110和手持式智能外科器械112，其被构造成能够彼此通信并且/或者与集线器106通信。在一些方面，外科系统102可包括M数量的集线器106、N数量的可视化系统108、O数量的机器人系统110和P数量的手持式智能外科器械112，其中M、N、O和P为大于或等于一的整数。
在多个方面，如本文参考图1至图7所描述的智能器械112可以被实现为圆形电动缝合装置201800(图24至图30)、201502(图31至图33)、201532(图34至图35)、201610(图36至图40)。智能器械112(例如，装置1a至1n)诸如圆形电动缝合装置201800(图24至图30)、201502(图31至图33)、201532(图34至图35)、201610(图36至图40)被构造成能够在如参考图8所描述的外科数据网络201中操作。
图2描绘了用于对平躺在外科手术室116中的手术台114上的患者执行外科手术的外科系统102的示例。机器人系统110在外科手术中用作外科系统102的一部分。机器人系统110包括外科医生的控制台118、患者侧推车120(外科机器人)和外科机器人集线器122。当外科医生通过外科医生的控制台120观察外科部位时，患者侧推车117可通过患者体内的微创切口操纵至少一个可移除地联接的外科工具118。外科部位的图像可通过医学成像装置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。
其他类型的机器人系统可容易地适于与外科系统102一起使用。适用于本公开的机器人系统和外科工具的各个示例在2017年12月28日提交的标题为“ROBOT ASSISTEDSURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/611,339中有所描述，该专利的公开内容全文以引用方式并入本文。
由云104执行并且适用于本公开的基于云的分析的各个示例描述于2017年12月28日提交的标题为“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS”的美国临时专利申请序列号62/611,340中，其公开内容全文以引用方式并入本文。
在各个方面，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联接装置(CCD)传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。
成像装置124的光学部件可包括一个或多个照明源和/或一个或多个透镜。一个或多个照明源可被引导以照明外科场地的多部分。一个或多个图像传感器可接收从外科场地反射或折射的光，包括从组织和/或外科器械反射或折射的光。
一个或多个照明源可被配置成能够辐射可见光谱中的电磁能以及不可见光谱。可见光谱(有时被称为光学光谱或发光光谱)是电磁光谱中对人眼可见(即，可被其检测)的那部分，并且可被称为可见光或简单光。典型的人眼将对空气中约380nm至约750nm的波长作出响应。
不可见光谱(即，非发光光谱)是电磁光谱的位于可见光谱之下和之上的部分(即，低于约380nm且高于约750nm的波长)。人眼不可检测到不可见光谱。大于约750nm的波长长于红色可见光谱，并且它们变为不可见的红外(IR)、微波和无线电电磁辐射。小于约380nm的波长比紫色光谱短，并且它们变为不可见的紫外、x射线和γ射线电磁辐射。
在各个方面，成像装置124被构造用于微创手术中。适用于本公开的成像装置的示例包括但不限于关节镜、血管镜、支气管镜、胆道镜、结肠镜、细胞检查镜、十二指镜、肠窥镜、食道-十二指肠镜(胃镜)、内窥镜、喉镜、鼻咽-肾内窥镜、乙状结肠镜、胸腔镜和子宫内窥镜。
在一个方面，成像装置采用多光谱监测来辨别形貌和底层结构。多光谱图像是捕获跨电磁波谱的特定波长范围内的图像数据的图像。可通过滤波器或通过使用对特定波长敏感的器械来分离波长，特定波长包括来自可见光范围之外的频率的光，例如IR和紫外。光谱成像可允许提取人眼未能用其红色，绿色和蓝色的受体捕获的附加信息。多光谱成像的使用在2017年12月28日提交的标题为“INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/611,341的标题“Advanced Imaging Acquisition Module”下更详细地描述，该专利的公开内容全文以引用方式并入本文。在完成外科任务以对处理过的组织执行一个或多个先前所述测试之后，多光谱监测可以是用于重新定位外科场地的有用工具。
不言自明的是，在任何外科期间都需要对手术室和外科设备进行严格灭菌。在“外科室”(即，手术室或治疗室)中所需的严格的卫生和灭菌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区的任何物质进行灭菌，包括成像装置124及其附接件和部件。应当理解，无菌区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，或者无菌区可被认为是已准备用于外科手术的患者周围的区域。无菌区可包括被恰当地穿着的擦洗的团队成员，以及该区域中的所有设备和固定装置。
在各个方面，可视化系统108包括一个或多个成像传感器、一个或多个图像处理单元、一个或多个存储阵列、以及一个或多个显示器，其相对于无菌区进行策略布置，如图2中所示。在一个方面，可视化系统108包括用于HL7、PACS和EMR的界面。可视化系统108的各种部件在2017年12月28日提交的标题为“INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/611,341的标题“Advanced Imaging Acquisition Module”下有所描述，该专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
如图2中所示，主显示器119被定位在无菌区中，以对在手术台114处的操作者可见。此外，可视化塔111被定位在无菌区之外。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区里面和外面的操作者。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被进一步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区内的主显示器119，其中可由操作台上的无菌操作者查看。在一个示例中，输入可以是对显示在非无菌显示器107或109上的快照的修改形式，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被进一步配置成能够协调流向外科器械112的显示器的信息流。例如，协调信息流进一步描述于2017年12月28日提交的标题为“INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/611,341中，该专利申请的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路由至无菌区内的外科器械显示器115，其中外科器械112的操作者可观察到该输入或反馈。适用于外科系统102的示例性外科器械描述于2017年12月28日提交的标题为“INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/611,341的标题为“Surgical Instrument Hardware”下，该专利的公开内容全文以引用方式并入本文。
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，施加到组织用于密封和/或切割的能量通常与排烟、抽吸多余的流体和/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，这可需要使模块复位。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，这减小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，该外科手术涉及在外科部位处将能量施加到组织。外科集线器包括集线器壳体和可滑动地接纳在集线器壳体的对接底座中的组合发生器模块。对接底座包括数据触点和功率触点。组合发生器模块包括座置在单个单元中的超声能量发生器部件、双极RF能量发生器部件和单极RF能量发生器部件中的两个或更多个。在一个方面，组合发生器模块还包括排烟部件，用于将组合发生器模块连接到外科器械的至少一根能量递送缆线、被构造成能够排出通过向组织施加治疗能量而产生的烟雾、流体和/或颗粒的至少一个排烟部件、以及从远程外科部位延伸至排烟部件的流体管线。
在一个方面，流体管线是第一流体管线，并且第二流体管线从远程外科部位延伸至可滑动地接纳在集线器壳体中的抽吸和冲洗模块。在一个方面，集线器壳体包括流体接口。
某些外科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被构造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构造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构造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于第二功率和数据触点的电接触。
此外，模块化外科壳体还包括在第一对接端口和第二对接端口之间的通信总线，其被构造成能够有利于第一能量发生器模块和第二能量发生器模块之间的通信。
参见图3-7，本公开的各方面被呈现为集线器模块化壳体136，其允许发生器模块140、排烟模块126和抽吸/冲洗模块128的模块化集成。集线器模块化壳体136还有利于模块140、126、128之间的交互式通信。如图5中所示，发生器模块140可为具有集成的单极部件、双极部件和超声部件的发生器模块，该部件被支撑在可滑动地插入到集线器模块化壳体136中的单个外壳单元139中。如图5中所示，发生器模块140可被构造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可被构造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)，其被构造成能够可滑动地接纳模块140、126、128。图4示出了能够可滑动地接纳在外科集线器壳体136的对接底座151中的外科集线器壳体136和组合发生器模块145的局部透视图。在组合发生器模块145的背面上具有功率和数据触点的对接端口152被构造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。
在各个方面，排烟模块126包括流体管线154，该流体管线将捕集/收集的烟雾和/或流体从外科部位输送到例如排烟模块126。源自排烟模块126的真空抽吸可将烟雾吸入外科部位处的公用导管的开口中。联接到流体管线的公用导管可以是端接在排烟模块126处的柔性管的形式。公用导管和流体管线限定朝向接纳在集线器壳体136中的排烟模块126延伸的流体路径。
在各个方面，抽吸/冲洗模块128联接到包括吸出流体管线和抽吸流体管线的外科工具。在一个示例中，吸出流体管线和抽吸流体管线为从外科部位朝向抽吸/冲洗模块128延伸的柔性管的形式。一个或多个驱动系统可被配置成能够冲洗到外科部位的流体和从外科部位抽吸流体。
在一个方面，外科工具包括轴，该轴具有在其远侧端部处的端部执行器以及与端部执行器、吸出管和冲洗管相关联的至少一种能量处理。吸出管可在其远侧端部处具有入口，并且吸出管延伸穿过轴。类似地，吸出管可延伸穿过轴并且可具有邻近能量递送工具的入口。能量递送工具被构造成能够将超声能量和/或RF能量递送至外科部位，并且通过初始延伸穿过轴的缆线联接到发生器模块140。
冲洗管可与流体源流体连通，并且吸出管可与真空源流体连通。流体源和/或真空源可座置在抽吸/冲洗模块128中。在一个示例中，流体源和/或真空源可独立于抽吸/冲洗模块128座置在集线器壳体136中。在此类示例中，流体接口能够将抽吸/冲洗模块128连接到流体源和/或真空源。
在一个方面，集线器模块化壳体136上的模块140、126、128和/或其对应的对接底座可包括对准特征件，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，该侧支架被构造成能够与集线器模块化壳体136的对应的对接底座151的对应支架156可滑动地接合。支架配合以引导组合发生器模块145的对接端口触点与集线器模块化壳体136的对接端口触点电接合。
在一些方面，集线器模块化壳体136的抽屉151为相同的或大体上相同的大小，并且模块的大小被调节为接纳在抽屉151中。例如，侧支架155和/或156可根据模块的大小而更大或更小。在其他方面，抽屉151的大小不同，并且各自被设计成容纳特定模块。
此外，可对特定模块的触点进行键控以与特定抽屉的触点接合，以避免将模块插入到具有不匹配触点的抽屉中。
如图4中所示，一个抽屉151的对接端口150可通过通信链路157联接到另一个抽屉151的对接端口150，以有利于座置在集线器模块化壳体136中的模块之间的交互式通信。另选地或附加地，集线器模块化壳体136的对接端口150可有利于座置在集线器模块化壳体136中的模块之间的无线交互通信。可采用任何合适的无线通信，诸如例如Air Titan-Bluetooth。
图6示出了用于横向模块化外壳160的多个横向对接端口的单个功率总线附接件，该横向模块化外壳被构造成能够容纳外科集线器206的多个模块。横向模块化外壳160被构造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示出了被构造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。
在各个方面，成像模块138包括集成视频处理器和模块化光源，并且适于与各种成像装置一起使用。在一个方面，成像装置由可装配有光源模块和相机模块的模块化外壳构成。外壳可为一次性外壳。在至少一个示例中，一次性外壳可移除地联接到可重复使用的控制器、光源模块和相机模块。光源模块和/或相机模块可根据外科手术的类型选择性地选择。在一个方面，相机模块包括CCD传感器。在另一方面，相机模块包括CMOS传感器。在另一方面，相机模块被配置用于扫描波束成像。同样，光源模块可被构造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构造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。第一通道被构造成能够可滑动地容纳相机模块，该相机模块可被构造成能够与第一通道搭扣配合接合。第二通道被构造成能够可滑动地容纳光源模块，该光源模块可被构造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。
在各个示例中，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可被构造成能够在成像装置之间切换以提供最佳视图。在各个方面，成像模块138可被构造成能够集成来自不同成像装置的图像。
适用于本公开的各种图像处理器和成像装置描述于2011年8月9日公布的标题为“COMBINED SBI AND CONVENTIONAL IMAGE PROCESSOR”美国专利7,995,045中，该专利以引用方式全文并入本文。此外，2011年7月19日公布的标题为“SBI MOTION ARTIFACT REMOVALAPPARATUS AND METHOD”的美国专利7,982,776描述了用于从图像数据中移除运动伪影的各种系统，该专利以引用方式全文并入本文。此类系统可与成像模块138集成。此外，2011年12月15日公布的标题为“CONTROLLABLE MAGNETIC SOURCE TO FIXTURE INTRACORPOREALAPPARATUS”的美国专利申请公布2011/0306840和2014年8月28日公布的标题为“SYSTEMFOR PERFORMING A MINIMALLY INVASIVE SURGICAL PROCEDURE”的美国专利申请公布2014/0243597，以上专利中的每个全文以引用方式并入本文。
图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被配置成能够将位于医疗设施的一个或多个手术室中的模块化装置或专门配备用于外科操作的医疗设施中的任何房间连接到基于云的系统(例如，可包括联接到存储装置205的远程服务器213的云204)。在一个方面，模块化通信集线器203包括与网络路由器通信的网络集线器207和/或网络交换机209。模块化通信集线器203还可联接到本地计算机系统210以提供本地计算机处理和数据操纵。外科数据网络201可被配置为无源的、智能的或交换的。无源外科数据网络充当数据的管道，从而使其能够从一个装置(或区段)转移到另一个装置(或区段)以及云计算资源。智能外科数据网络包括附加特征件，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或网络交换机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分组的目标地址，并且然后将分组转发到正确的端口。
位于手术室中的模块化装置1a-1n可联接到模块化通信集线器203。网络集线器207和/或网络交换机209可联接到网络路由器211以将装置1a-1n连接至云204或本地计算机系统210。与装置1a-1n相关联的数据可经由路由器传输到基于云的计算机，用于远程数据处理和操纵。与装置1a-1n相关联的数据也可被传输至本地计算机系统210以用于本地数据处理和操纵。位于相同手术室中的模块化装置2a-2m也可联接到网络交换机209。网络交换机209可联接到网络集线器207和/或网络路由器211以将装置2a-2m连接至云204。与装置2a-2n相关联的数据可经由网络路由器211传输到云204以用于数据处理和操纵。与装置2a-2m相关联的数据也可被传输至本地计算机系统210以用于本地数据处理和操纵。
应当理解，可通过将多个网络集线器207和/或多个网络交换机209与多个网络路由器211互连来扩展外科数据网络201。模块化通信集线器203可被包含在模块化控制塔中，该模块化控制塔被构造成能够接纳多个装置1a-1n/2a-2m。本地计算机系统210也可包含在模块化控制塔中。模块化通信集线器203连接到显示器212以显示例如在外科手术期间由装置1a-1n/2a-2m中的一些获得的图像。在各个方面，装置1a-1n/2a-2m可包括例如各种模块，诸如联接到内窥镜的成像模块138、联接到基于能量的外科装置的发生器模块140、排烟模块126、抽吸/冲洗模块128、通信模块130、处理器模块132、存储阵列134、连接到显示器的外科装置、和/或可连接到外科数据网络201的模块化通信集线器203的其他模块化装置中的非接触传感器模块。
在一个方面，外科数据网络201可包括将装置1a-1n/2a-2m连接至云的一个或多个网络集线器、一个或多个网络交换机和一个或多个网络路由器的组合。联接到网络集线器或网络交换机的装置1a-1n/2a-2m中的任何一个或全部可实时收集数据并将数据传输到云计算机中以进行数据处理和操纵。应当理解，云计算依赖于共享计算资源，而不是使用本地服务器或个人装置来处理软件应用程序。可使用“云”一词作为“互联网”的隐喻，尽管该术语不受此限制。因此，本文可使用术语“云计算”来指“基于互联网的计算的类型”，其中将不同的服务(诸如服务器、存储器和应用程序)递送至位于外科室(例如，固定、运动、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，云服务提供方可为协调位于一个或多个手术室中的装置1a-1n/2a-2m的使用和控制的实体。云计算服务可基于由智能外科器械、机器人和位于手术室中的其他计算机化装置所收集的数据来执行大量计算。集线器硬件使多个装置或连接能够连接到与云计算资源和存储器通信的计算机。
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、减小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)集成的多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以分组的形式收集数据，并以半双工模式将其发送至路由器。网络集线器207不存储用于传输装置数据的任何媒体访问控制/因特网协议(MAC/IP)。装置1a-1n中的仅一个可一次通过网络集线器207发送数据。网络集线器207没有关于在何处发送信息并在每个连接上广播所有网络数据以及通过云204向远程服务器213(图9)广播所有网络数据的路由表或智能。网络集线器207可以检测基本网络错误诸如冲突，但将所有信息广播到多个端口可带来安全风险并导致瓶颈。
在另一个具体实施中，手术室装置2a-2m可通过有线信道或无线信道连接到网络交换机209。网络交换机209在OSI模型的数据链路层中工作。网络交换机209是用于将位于相同手术室中的装置2a-2m连接到网络的多点广播装置。网络交换机209以帧的形式向网络路由器211发送数据并且以全双工模式工作。多个装置2a-2m可通过网络交换机209同时发送数据。网络交换机209存储并使用装置2a-2m的MAC地址来传输数据。
网络集线器207和/或网络交换机209联接到网络路由器211以连接到云204。网络路由器211在OSI模型的网络层中工作。网络路由器211创建用于将从网络集线器207和/或网络交换机211接收的数据分组传输到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以分组的形式向云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集线器可将单个USB端口扩展到多个层级，以便有更多端口可用于将装置连接到主机系统计算机。网络集线器207可包括用于通过有线信道或无线信道接收信息的有线或无线能力。在一个方面，无线USB短距离、高带宽无线无线电通信协议可用于装置1a-1n和位于手术室中的装置2a-2m之间的通信。
在其他示例中，手术室装置1a-1n/2a-2m可经由蓝牙无线技术标准与模块化通信集线器203通信，以用于在短距离(使用ISM频带中的2.4至2.485GHz的短波长UHF无线电波)从固定装置和运动装置交换数据以及构建个人局域网(PAN)。在其他方面，手术室装置1a-1n/2a-2m可经由多种无线或有线通信标准或协议与模块化通信集线器203通信，包括但不限于Wi-Fi(IEEE 802.11系列)、WiMAX(IEEE 802.16系列)、IEEE 802.20、长期演进(LTE)和Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、及其以太网衍生物、以及指定为3G、4G、5G和以上的任何其他无线和有线协议。计算模块可包括多个通信模块。例如，第一通信模块可专用于更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更长距离的无线通信，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，其被放大并传输到网络路由器211，该网络路由器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，该模块化控制塔连接到多个手术室装置，诸如例如智能外科器械、机器人和位于手术室中的其他计算机化装置。如图10中所示，模块化控制塔236包括联接到计算机系统210的模块化通信集线器203。如图9的示例中所示，模块化控制塔236联接到联接到内窥镜239的成像模块238、联接到能量装置241的发生器模块240、排烟器模块226、抽吸/冲洗模块228、通信模块230、处理器模块232、存储阵列234、任选地联接到显示器237的智能装置/器械235、和非接触传感器模块242。手术室装置经由模块化控制塔236联接到云计算资源和数据存储。机器人集线器222也可连接到模块化控制塔236和云计算资源。装置/器械235、可视化系统208等等可经由有线或无线通信标准或协议联接到模块化控制塔236，如本文所述。模块化控制塔236可联接到集线器显示器215(例如，监测器、屏幕)以显示和叠加从成像模块、装置/器械显示器和/或其他可视化系统208接收的图像。集线器显示器还可结合图像和叠加图像来显示从连接到模块化控制塔的装置接收的数据。
图10示出了包括联接到模块化控制塔236的多个模块的外科集线器206。模块化控制塔236包括模块化通信集线器203(例如，网络连接性装置)和计算机系统210，以提供例如本地处理、可视化和成像。如图10中所示，模块化通信集线器203可以分层配置连接以扩展可连接到模块化通信集线器203的模块(例如，装置)的数量，并将与模块相关联的数据传输至计算机系统210、云计算资源或两者。如图10中所示，模块化通信集线器203中的网络集线器/交换机中的每个包括三个下游端口和一个上游端口。上游网络集线器/交换机连接至处理器以提供与云计算资源和本地显示器217的通信连接。与云204的通信可通过有线或无线通信信道进行。
外科集线器206采用非接触传感器模块242来测量手术室的尺寸，并且使用超声或激光型非接触测量装置来生成外科室的标测图。基于超声的非接触传感器模块通过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“INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/611,341中的标题“Surgical Hub Spatial Awareness Within an Operating Room”下所述，该专利全文以引用方式并入本文，其中传感器模块被构造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，以确定手术室的大小并调节蓝牙配对距离限制。
计算机系统210包括处理器244和网络接口245。处理器244经由系统总线联接到通信模块247、存储装置248、存储器249、非易失性存储器250和输入/输出接口251。系统总线可为若干类型的总线结构中的任一者，该总线结构包括存储器总线或存储器控制器、外围总线或外部总线、和/或使用任何各种可用总线架构的本地总线，包括但不限于9位总线、工业标准架构(ISA)、微型Charmel架构(MSA)、扩展ISA(EISA)、智能驱动电子器件(IDE)、VESA本地总线(VLB)、外围部件互连(PCI)、USB、高级图形端口(AGP)、个人计算机存储卡国际协会总线(PCMCIA)、小型计算机系统接口(SCSI)或任何其他外围总线。
处理器244可为任何单核或多核处理器，诸如由德克萨斯器械公司(TexasInstruments)提供的商品名为ARM Cortex的那些处理器。在一个方面，处理器可为购自例如德克萨斯器械公司(Texas Instruments)LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F处理器核心，其包括256KB的单循环闪存或其他非易失性存储器(高达40MHz)的片上存储器、用于改善高于40MHz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
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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专门用于IEC 61508和ISO 26262安全关键应用等等，以提供高级集成安全特征件，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他存储介质组合的存储介质，包括但不限于光盘驱动器诸如光盘ROM装置(CD-ROM)、光盘可记录驱动器(CD-R驱动器)、光盘可重写驱动器(CD-RW驱动器)或数字通用磁盘ROM驱动器(DVD-ROM)。为了有利于磁盘存储装置与系统总线的连接，可使用可移除或非可移除接口。
应当理解，计算机系统210包括充当用户和在合适的操作环境中描述的基本计算机资源之间的中介的软件。此类软件包括操作系统。可存储在磁盘存储装置上的操作系统用于控制并分配计算机系统的资源。系统应用程序利用操作系统通过存储在系统存储器或磁盘存储装置中的程序模块和程序数据来管理资源。应当理解，本文所述的各种部件可用各种操作系统或操作系统的组合来实现。
用户通过联接到I/O接口251的一个或多个输入装置将命令或信息输入到计算机系统210中。输入装置包括但不限于指向装置，诸如鼠标、触控球、触笔、触摸板、键盘、麦克风、操纵杆、游戏垫、卫星盘、扫描仪、电视调谐器卡、数字相机、数字摄像机、幅材相机等。这些和其他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他输出装置中存在需要特殊适配器的一些输出装置(如监测器、显示器、扬声器和打印机。输出适配器以举例的方式包括但不限于提供输出装置和系统总线之间的连接装置的视频和声卡。应当指出，其他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、对等装置或其他公共网络节点等，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/IEEE802.5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)。
在各个方面，图10的计算机系统210、成像模块238和/或可视化系统208、和/或图9-10的处理器模块232可包括图像处理器、图像处理引擎、媒体处理器、或用于处理数字图像的任何专用数字信号处理器(DSP)。图像处理器可采用具有单个指令、多数据(SIMD)或多指令、多数据(MIMD)技术的并行计算以提高速度和效率。数字图像处理引擎可执行一系列任务。图像处理器可为具有多核处理器架构的芯片上的系统。
一个或多个通信连接是指用于将网络接口连接到总线的硬件/软件。虽然示出了通信连接以便在计算机系统内侧进行示例性澄清，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。
在多个方面，参考图9至图10所描述的装置/器械235可以被实现为圆形电动缝合装置201800(图24至图30)、201502(图31至图33)、201532(图34至图35)、201610(图36至图40)。因此，圆形电动缝合装置201800(图24至图30)、201502(图31至图33)、201532(图34至图35)、201610(图36至图40)被构造成能够与模块化控制塔236和外科集线器206交接。一旦连接到外科集线器206，圆形电动缝合装置201800(图24至图30)、201502(图31至图33)、201532(图34至图35)、201610(图36至图40)就被构造成能够与云204、服务器213、其他集线器连接的器械、集线器显示器215、或可视化系统209、或它们的组合交接。此外，一旦连接到集线器206，圆形电动缝合装置201800(图24至图30)、201502(图31至图33)、201532(图34至图35)、201610(图36至图40)就可以利用集线器本地计算机系统210中可用的处理电路。
图11示出了根据本公开的至少一个方面的USB网络集线器300装置的一个方面的功能框图。在例示的方面，USB网络集线器装置300采用得克萨斯器械公司(TexasInstruments)的TUSB2036集成电路集线器。USB网络集线器300是根据USB 2.0规范提供上游USB收发器端口302和多达三个下游USB收发器端口304、306、308的CMOS装置。上游USB收发器端口302为差分根数据端口，其包括与差分数据正(DM0)输入配对的差分数据负(DP0)输入。三个下游USB收发器端口304、306、308为差分数据端口，其中每个端口包括与差分数据负(DM1-DM3)输出配对的差分数据正(DP1-DP3)输出。
USB网络集线器300装置用数字状态机而不是微控制器来实现，并且不需要固件编程。完全兼容的USB收发器集成到用于上游USB收发器端口302和所有下游USB收发器端口304、306、308的电路中。下游USB收发器端口304、306、308通过根据附接到端口的装置的速度自动设置转换速率来支持全速度装置和低速装置两者。USB网络集线器300装置可被配置为处于总线供电模式或自供电模式，并且包括用于管理功率的集线器功率逻辑312。
USB网络集线器300装置包括串行接口引擎310(SIE)。SIE 310是USB网络集线器300硬件的前端，并处理USB规范第8章中描述的大多数协议。SIE 310通常包括多达交易级别的信令。其处理的功能可包括：分组识别、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)、分组ID(PID)生成和校验/解码、和/或串行并行/并行串行转换。310接收时钟输入314并且联接到暂停/恢复逻辑和帧定时器316电路以及集线器中继器电路318，以通过端口逻辑电路320、322、324控制上游USB收发器端口302和下游USB收发器端口304、306、308之间的通信。SIE 310经由接口逻辑联接到命令解码器326，以经由串行EEPROM接口330来控制来自串行EEPROM的命令。
在各个方面，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电缆将USB网络集线器300、上游USB收发器端口302插入USB主机控制器中，并且将下游USB收发器端口304、306、308暴露以用于连接USB兼容装置等。
关于外科集线器和/或外科集线器网络的结构和功能的附加细节可见于2018年4月19日提交的标题为“METHOD OF HUB COMMUNICATION”的美国临时专利申请62/659,900，该专利申请全文以引用方式并入本文。
云系统硬件和功能模块
图12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。在一个方面，计算机实现的交互式外科系统被配置成能够监测和分析与各种外科系统的操作相关的数据，这些外科系统包括外科集线器、外科器械、机器人装置以及手术室或医疗设施。计算机实现的交互式外科系统包括基于云的分析系统。虽然基于云的分析系统被描述为外科系统，但不一定如此限制，并且其通常可以是基于云的医疗系统。如图12所示，基于云的分析系统包括多个外科器械7012(可与器械112相同或类似)、多个外科集线器7006(可与集线器106相同或类似)，以及外科数据网络7001(可与网络201相同或类似)，以将外科集线器7006联接到云7004(可与云204相同或类似)。多个外科集线器7006中的每个外科集线器通信地联接到一个或多个外科器械7012。集线器7006还经由网络7001通信地联接到计算机实现的交互式外科系统的云7004。云7004是用于存储、操纵和传送基于各种外科系统的操作生成的数据的远程集中式硬件和软件源。如图12所示，经由网络7001实现对云7004的访问，该网络可以是互联网或一些其他合适的计算机网络。联接到云7004的外科集线器7006可被认为是云计算系统(即，基于云的分析系统)的客户端侧。外科器械7012与外科集线器7006配对，以用于控制和实施如本文所述的各种外科手术或手术。
此外，外科器械7012可包括收发器，以用于将数据传输到这些收发器对应的外科集线器7006(其还可包括收发器)和从这些收发器对应的外科集线器7006传输数据。外科器械7012和对应的集线器7006的组合可指示用于提供医疗操作的特定位置，诸如医疗设施(例如，医院)中的手术室。例如，外科集线器7006的存储器可存储位置数据。如图12所示，云7004包括中央服务器7013(其可与图1中的远程服务器113和/或图9中的远程服务器213相同或类似)、集线器应用服务器7002、数据分析模块7034和输入/输出(“I/O”)接口7007。云7004的中央服务器7013共同管理云计算系统，该云计算系统包括监测客户端外科集线器7006的请求并管理云7004的处理容量以用于执行请求。中央服务器7013中的每个中央服务器包括联接到合适的存储器装置7010的一个或多个处理器7008，该存储器装置可包括易失性存储器诸如随机存取存储器(RAM)和非易失性存储器诸如磁存储装置。存储器装置7010可包括机器可执行指令，这些机器可执行指令在被执行时使得处理器7008执行数据分析模块7034以用于下文所述的基于云的数据分析、操作、推荐和其他操作。此外，处理器7008可独立地或结合由集线器7006独立地执行的集线器应用程序来执行数据分析模块7034。中央服务器7013还包括可驻留在存储器2210中的汇总医疗数据数据库2212。
基于经由网络7001与各种外科集线器7006的连接，云7004可汇总来自由各种外科器械7012及其对应集线器7006生成的特定数据的数据。此类汇总数据可存储在云7004的汇总医疗数据库7011内。具体地讲，云7004可有利地对汇总数据执行数据分析和操作，以产生见解和/或执行单个集线器7006自身无法实现的功能。为此，如图12所示，云7004和外科集线器7006通信地联接以传输和接收信息。I/O接口7007经由网络7001连接到多个外科集线器7006。这样，I/O接口7007可被配置成能够在外科集线器7006和汇总医疗数据数据库7012之间传输信息。因此，I/O接口7007可促进基于云的分析系统的读/写操作。可响应于来自集线器7006的请求来执行此类读/写操作。这些请求可通过集线器应用程序传输到集线器7006。I/O接口7007可包括一个或多个高速数据端口，该一个或多个高速数据端口可包括通用串行总线(USB)端口、IEEE 1394端口，以及用于将云7004连接到集线器7006的Wi-Fi和蓝牙I/O接口。云7004的集线器应用服务器7002被配置成能够托管由外科集线器7006执行的软件应用(例如，集线器应用)并向其提供共享的能力。例如，集线器应用服务器7002可以管理集线器应用程序通过集线器7006提出的请求、控制对汇总医疗数据数据库7011的访问，以及执行负载平衡。参考图13详细地描述了数据分析模块7034。
本公开中描述的特定云计算系统配置被具体设计成解决在使用医疗装置(诸如外科器械7012、112)执行的医疗手术和手术的背景下产生的各种问题。具体地讲，外科器械7012可为数字外科装置，该数字外科装置被构造成能够与云7004进行交互以用于实施改善外科操作的性能的技术。各种外科器械7012和/或外科集线器7006可包括触摸控制的用户界面，使得临床医生可控制外科器械7012和云7004之间的交互的各方面。也可使用用于控制的其他合适的用户界面，诸如听觉控制的用户界面。
图13为根据本公开的至少一个方面的示出计算机实现的交互式外科系统的功能架构的框图。基于云的分析系统包括多个数据分析模块7034，这些数据分析模块可由云7004的处理器7008执行，以用于为医疗领域中具体产生的问题提供数据分析解决方案。如图13所示，基于云的数据分析模块7034的功能可经由由集线器应用服务器7002托管的集线器应用程序7014来辅助，这些集线器应用服务器可在外科集线器7006上访问。云处理器7008和集线器应用程序7014可以结合操作，以执行数据分析模块7034。应用程序接口(API)7016限定对应于集线器应用程序7014的一组协议和例程。另外，API 7016管理向汇总医疗数据数据库7011中存储和检索数据或从该汇总医疗数据数据库中存储和检索数据以用于应用程序7014的操作。高速缓存7018也存储数据(例如，暂时地)并且联接到API7016以更有效地检索由应用程序7014使用的数据。图13中的数据分析模块7034包括资源优化模块7020、数据收集和汇总模块7022、认证和安全模块7024、控制程序更新模块7026、患者结果分析模块7028、推荐模块7030以及数据分类和优先化模块7032。根据一些方面，云7004还可以实现其他合适的数据分析模块。在一个方面，数据分析模块用于基于分析趋势、结果和其他数据的特定推荐。
例如，数据收集和汇总模块7022可用于生成自描述数据(例如，元数据)，包括显著特征或配置(例如，趋势)的识别、冗余数据集的管理以及数据在配对数据集中的存储，这些配对数据集可通过外科手术分组，但不一定锁定到实际外科手术日期和外科医生。具体地讲，由外科器械7012的操作生成的配对数据集可包括应用二进制分类，例如，出血或非出血事件。更一般地，二进制分类可表征为期望的事件(例如，成功的外科手术)或不期望的事件(例如，误击发或误用的外科器械7012)。汇总自描述数据可对应于从外科集线器7006的各种组或子组接收的单个数据。因此，数据收集和汇总模块7022可基于从外科集线器7006接收的原始数据来生成汇总元数据或其他组织数据。为此，处理器7008可以可操作地联接到集线器应用程序7014和汇总医疗数据数据库7011，以用于执行数据分析模块7034。数据收集和汇总模块7022可以将汇总组织数据存储到汇总医疗数据数据库2212中。
资源优化模块7020可以分析该汇总数据以确定用于特定或一组医疗设施的资源的最佳使用。例如，资源优化模块7020可基于此类器械7012的对应预测需求来确定一组医疗设施的外科缝合器械7012的最佳顺序点。资源优化模块7020还可评估各种医疗设施的资源使用或其他操作配置，以确定是否可改善资源使用。类似地，推荐模块7030可以分析来自数据收集和汇总模块7022的汇总组织数据以提供推荐。例如，推荐模块7030可基于例如高于预期的错误率向医疗设施(例如，医疗服务提供方，诸如医院)推荐应将特定外科器械7012升级至改进版本。另外，推荐模块7030和/或资源优化模块7020可推荐更好的供应链参数，诸如产品重新排序点，并且提供不同外科器械7012的建议、其使用或手术步骤以改善外科结果。医疗设施可经由对应的外科集线器7006接收此类推荐。还可提供关于各种外科器械7012的参数或配置的更具体的推荐。集线器7006和/或外科器械7012还可各自具有显示由云7004提供的数据或推荐的显示屏。
患者结果分析模块7028可分析与外科器械7012的当前使用的操作参数相关联的外科结果。患者结果分析模块7028还可以分析和评估其他潜在操作参数。就这一点而言，推荐模块7030可以基于产生更好的外科结果(诸如更好的密封或更少的出血)来推荐使用这些其他潜在操作参数。例如，推荐模块7030可向外科集线器7006传输关于何时针对对应的缝合外科器械7012使用特定仓的推荐。因此，基于云的分析系统在控制公共变量时可被配置成能够分析大量原始数据的集合并提供对多个医疗设施的集中式推荐(有利地基于汇总数据来确定)。例如，基于云的分析系统可基于医疗实践的类型、患者的类型、患者的数量、医疗提供方之间的地理类似性、医疗提供方/设施使用类似类型的器械等来分析、评估和/或汇总数据，使得任何单个医疗设施都不能独立地分析。
控制程序更新模块7026可被构造成能够在对应的控制程序被更新时执行各种外科器械7012推荐。例如，患者结果分析模块7028可以识别将特定控制参数与成功(或不成功)结果相关联的相关性。当更新的控制程序经由控制程序更新模块7026传输到外科器械7012时，可解决此类相关性。经由对应的集线器7006传输的对器械7012的更新可结合由云7004的数据收集和汇总模块7022采集和分析的汇总性能数据。另外，患者结果分析模块7028和推荐模块7030可基于汇总性能数据来识别使用器械7012的改善的方法。
基于云的分析系统可包括由云7004实现的安全特征。这些安全特征可由认证和安全模块7024管理。每个外科集线器7006可具有相关联的唯一凭证，诸如用户名、密码和其他合适的安全凭证。这些凭证可存储在存储器7010中并且与允许的云访问级别相关联。例如，基于提供准确的凭证，外科集线器7006可被授予访问权限以在预定的程度上与云通信(例如，可仅参与传输或接收某些限定类型的信息)。为此，云7004的汇总医疗数据数据库7011可以包括用于验证所提供的凭证的准确性的认证凭证的数据库。不同的凭证可与对与云7004进行交互的不同权限级别相关联，诸如用于接收由云7004生成的数据分析的预定的访问级别。
此外，出于安全目的，云可以维护集线器7006、器械7012和可包括禁止装置的“黑名单”的其他装置的数据库。具体地讲，可禁止黑名单上列出的外科集线器7006与云进行交互，同时黑名单上列出的外科器械7012可不具有对于对应的集线器7006的功能访问权限并且/或者可在与其对应的集线器7006配对时被阻止完全起作用。附加地或另选地，云7004可基于不相容性或其他指定标准来标记器械7012。这样，可以识别和解决伪造的医疗装置以及在整个基于云的分析系统中对此类装置的不当重复使用。
外科器械7012可使用无线收发器来传输无线信号，这些无线信号可表示例如用于访问对应集线器7006和云7004的认证凭证。有线收发器也可用于发射信号。此类认证凭证可存储在外科器械7012的相应存储装置中。认证和安全模块7024可确定认证凭证是准确的还是伪造的。认证和安全模块7024还可动态地生成用于增强的安全性的认证凭证。凭证也可被加密，诸如通过使用基于哈希函数的加密。在传输适当认证时，外科器械7012可将信号传输到对应的集线器7006并且最终传输到云7004以指示器械7012准备好获取和传输医疗数据。作为响应，云7004可以转变成能够接收医疗数据以存储到汇总医疗数据数据库7011中的状态。该数据传输准备就绪可例如由器械7012上的光指示器指示。云7004还可将信号传输到外科器械7012以用于更新其相关联的控制程序。云7004可传输涉及特定类别的外科器械7012(例如，电外科器械)的信号，使得控制程序的软件更新仅传输到适当的外科器械7012。此外，云7004可用于实现系统范围内的解决方案，以基于选择性数据传输和认证凭证来解决本地或全球问题。例如，如果一组外科器械7012被识别为具有共同的制造缺陷，则云7004可改变对应于该组的认证凭证以实施该组的可操作闭锁件。
基于云的分析系统可允许监测多个医疗设施(例如，医院之类的医疗设施)以确定改进的实践并相应地推荐改变(例如，经由推荐模块2030)。因此，云7004的处理器7008可分析与单个医疗设施相关联的数据以识别该设施并且将该数据与和组中的其他医疗设施相关联的其他数据汇总。例如，可以基于类似的操作实践或地理位置来限定组。这样，云7004可提供医疗设施组范围的分析和推荐。基于云的分析系统还可用于增强的态势感知。例如，处理器7008可对推荐对特定设施的成本和有效性的影响进行预测建模(相对于总体操作和/或各种医疗手术)。还可将与该特定设施相关联的成本和有效性与其他设施或任何其他类似设施的对应本地区域进行比较。
数据分类和优先化模块7032可以基于关键性(例如，与数据相关联的医疗事件的严重性、出乎意料、怀疑)对数据进行优先化和分类。这种分类和优先化可以与上述其他数据分析模块7034的功能结合使用，以改善本文所述的基于云的分析和操作。例如，数据分类和优先化模块7032可为由数据收集和汇总模块7022以及患者结果分析模块7028执行的数据分析分配优先级。不同的优先级可导致来自云7004的特定响应(对应于紧急性级别)，诸如加速响应递增、特殊处理、从汇总医疗数据数据库7011排除或其他合适的响应。此外，如果需要，云7004可通过集线器应用服务器传输对来自对应外科器械7012的附加数据的请求(例如，推送消息)。推送消息可导致在对应的集线器7006上显示的用于请求支持或附加数据的通知。在云检测到显著的不规则性或异常值并且云不能确定不规则性的原因的情况下，可能需要该推送消息。中央服务器7013可被编程为在某些重要情况下触发该推送消息，例如，诸如当确定数据不同于超过预定的阈值的预期值时或当其表现出安全性已被包括时。
在多个方面，上文参考图12和图13所描述的外科器械7012可以被实现为圆形电动缝合装置201800(图24至图30)、201502(图31至图33)、201532(图34至图35)、201610(图36至图40)。因此，圆形电动缝合装置201800(图24至图30)、201502(图31至图33)、201532(图34至图35)、201610(图36至图40)被构造成能够与外科集线器7006和网络2001交接，该网络被配置成能够与云7004交接。因此，由中央服务器7013和数据分析模块7034提供的处理能力被配置成能够处理来自圆形电动缝合装置201800(图24至图30)、201502(图31至图33)、201532(图34至图35)、201610(图36至图40)的信息(例如数据和控制)。关于云分析系统的附加细节可见于2018年4月19日提交的标题为“METHOD OF HUB COMMUNICATION”的美国临时专利申请62/659,900，该专利申请全文以引用方式并入本文。
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14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(其可在许多方面与集线器106类似)可被配置成能够例如基于所接收的数据的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，来自可通信地联接到外科集线器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可被构造成能够将用于手术的物品列表(例如，由合适的扫描仪进行扫描)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。
在一个方面，如在下文参考图24至图40所描述的，模块化装置5102被实现为圆形电动缝合装置201800(图24至图30)、201502(图31至图33)、201532(图34至图35)、201610(图36至图40)。因此，被实现为圆形电动缝合装置201800(图24至图30)、201502(图31至图33)、201532(图34至图35)、201610(图36至图40)的模块化装置5102被构造成能够作为数据源5126操作并与数据库5122和患者监测装置5124交互。被实现为圆形电动缝合装置201800(图24至图30)、201502(图31至图33)、201532(图34至图35)、201610(图36至图40)的模块化装置5102还被构造成能够与外科集线器5104交互，以向外科集线器5104提供信息(例如，数据和控制)并从外科集线器5104接收信息(例如，数据和控制)。
现在参见图15，其示出了例如描绘集线器诸如外科集线器106或206(图1至图11)的态势感知的时间轴5200。时间轴5200是说明性的外科手术以及外科集线器106、206可以从外科手术中每个步骤从数据源接收的数据导出的背景信息。时间轴5200描绘了护士、外科医生和其他医疗人员在肺段切除手术期间将采取的典型步骤，从建立手术室开始到将患者转移到术后恢复室为止。
态势感知外科集线器106、206在整个外科手术过程中从数据源接收数据，包括每次医疗人员利用与外科集线器106、206配对的模块化装置时生成的数据。外科集线器106、206可以从配对的模块化装置和其他数据源接收该数据，并且在接收新数据时不断导出关于正在进行的手术的推论(即，背景信息)，诸如在任何给定时间执行手术的哪个步骤。外科集线器106、206的态势感知系统能够例如记录与用于生成报告的过程相关的数据，验证医务人员正在采取的步骤，提供可能与特定过程步骤相关的数据或提示(例如，经由显示屏)，基于背景调节模块化装置(例如，激活监测器，调节医学成像装置的视场(FOV)，或者改变超声外科器械或RF电外科器械的能量水平)，以及采取上述任何其他此类动作。
作为该示例性手术中的第一步5202，医院工作人员从医院的EMR数据库中检索患者的EMR。基于EMR中的选择的患者数据，外科集线器106、206确定待执行的手术是胸腔手术。
第二步5204，工作人员扫描用于手术的进入的医疗用品。外科集线器106、206与在各种类型的手术中使用的用品列表交叉引用扫描的用品，并确认供应的混合物对应于胸腔手术。另外，外科集线器106、206还能够确定手术不是楔形手术(因为进入的用品缺乏胸腔楔形手术所需的某些用品，或者在其他方面不对应于胸腔楔形手术)。
第三步5206，医疗人员经由可通信地连接到外科集线器106、206的扫描器来扫描患者带。然后，外科集线器106、206可基于所扫描的数据来确认患者的身份。
第四步5208，医务工作人员打开辅助设备。所利用的辅助设备可根据外科手术的类型和外科医生待使用的技术而变化，但在此示例性情况下，它们包括排烟器、吹入器和医学成像装置。当激活时，作为其初始化过程的一部分，作为模块化装置的辅助设备可以自动与位于模块化装置特定附近的外科集线器106、206配对。然后，外科集线器106、206可通过检测在该术前阶段或初始化阶段期间与其配对的模块化装置的类型来导出关于外科手术的背景信息。在该具体示例中，外科集线器106、206确定外科手术是基于配对模块化装置的该特定组合的VATS手术。基于来自患者的EMR的数据的组合，手术中使用的医疗用品的列表以及连接到集线器的模块化装置的类型，外科集线器106、206通常可推断外科小组将执行的具体手术。一旦外科集线器106、206知道正在执行什么具体手术，则外科集线器106、206便可从存储器或云中检索该手术的步骤，并且然后交叉参照其随后从所连接的数据源(例如，模块化装置和患者监测装置)接收的数据，以推断外科团队正在执行的外科手术的什么步骤。
第五步5210，工作人员将EKG电极和其他患者监测装置附接到患者。EKG电极和其他患者监测装置能够与外科集线器106、206配对。当外科集线器106、206开始从患者监测装置接收数据时，外科集线器106、206因此确认患者在手术室中。
第六步5212，医疗人员诱导患者麻醉。外科集线器106、206可基于来自模块化装置和/或患者监测装置的数据(包括例如EKG数据、血压数据、呼吸机数据、或它们的组合)推断患者处于麻醉下。在第六步5212完成时，肺分段切除手术的术前部分完成，并且手术部分开始。
第七步5214，折叠正在操作的患者肺部(同时通气切换到对侧肺)。例如，外科集线器106、206可从呼吸机数据推断出患者的肺已经塌缩。外科集线器106、206可推断手术的手术部分已开始，因为其可将患者的肺部塌缩的检测与手术的预期步骤(可先前访问或检索)进行比较，从而确定使肺塌缩是该特定手术中的第一手术步骤。
第八步5216，插入医学成像装置(例如，内窥镜)，并启动来自医学成像装置的视频。外科集线器106、206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106、206可确定外科手术的腹腔镜式部分已开始。另外，外科集线器106、206可确定正在执行的特定手术是分段切除术，而不是叶切除术(注意，楔形手术已经基于外科集线器106、206基于在手术的第二步5204处所接收的数据而排除)。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执行的手术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106、206配对)，以及监测所利用的可视化装置的类型。例如，一种用于执行VATS肺叶切除术的技术将相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相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相机。作为另一示例，一种用于执行VATS分段切除术的技术利用红外光源(其可作为可视化系统的一部分可通信地联接到外科集线器)以可视化不用于VATS肺部切除术中的分段裂隙。通过从医学成像装置跟踪这些数据中的任何或所有，外科集线器106、206因此可确定正在进行的外科手术的具体类型和/或用于特定类型的外科手术的技术。
第九步5218，外科团队开始手术的解剖步骤。外科集线器106、206可推断外科医生正在解剖以调动患者的肺，因为其从RF发生器或超声发生器接收指示正在击发能量器械的数据。外科集线器106、206可将所接收的数据与外科手术的检索步骤交叉，以确定在过程中的该点处(即，在先前讨论的手术步骤完成之后)击发的能量器械对应于解剖步骤。在某些情况下，能量器械可为安装到机器人外科系统的机械臂的能量工具。
第十步5220，外科团队继续进行手术的结扎步骤。外科集线器106、206可推断外科医生正在结扎动脉和静脉，因为其从外科缝合和切割器械接收指示器械正在被击发的数据。与先前步骤相似，外科集线器106、206可通过将来自外科缝合和切割器械的数据的接收与该过程中的检索步骤进行交叉引用来推导该推论。在某些情况下，外科器械可以是安装到机器人外科系统的机器人臂的外科工具。
第十一步5222，执行手术的分段切除术部分。外科集线器106、206可推断外科医生正在基于来自外科缝合和切割器械的数据(包括来自其仓的数据)横切软组织。仓数据可对应于例如由器械击发的钉的大小或类型。由于不同类型的钉用于不同类型的组织，因此仓数据可指示正被缝合和/或横切的组织的类型。在这种情况下，被击发的钉的类型用于软组织(或其他类似的组织类型)，这允许外科集线器106、206推断手术的分段切除术部分正在进行。
然后执行第十二步5224节点解剖步骤。外科集线器106、206可基于从发生器接收的指示正在击发RF或超声器械的数据来推断外科团队正在解剖节点并且执行泄漏测试。对于该特定手术，在横切软组织后使用的RF或超声器械对应于节点解剖步骤，该步骤允许外科集线器106、206进行此类推论。应当指出的是，外科医生根据手术中的具体步骤定期在外科缝合/切割器械和外科能量(即，RF或超声)器械之间来回切换，因为不同器械更好地适于特定任务。因此，其中使用缝合/切割器械和外科能量器械的特定序列可指示外科医生正在执行的手术的步骤。此外，在某些情况下，机器人工具可用于外科手术中的一个或多个步骤，并且/或者手持式外科器械可用于外科手术中的一个或多个步骤。一个或多个外科医生可例如在机器人工具和手持式外科器械之间交替和/或可同时使用装置。在第十二步5224完成时，切口被闭合并且手术的术后部分开始。
第十三步5226，反向麻醉患者。例如，外科集线器106、206可基于例如呼吸机数据(即，患者的呼吸率开始增加)推断出患者正在从麻醉中醒来。
最后，第十四步5228是医疗人员从患者移除各种患者监测装置。因此，当集线器从患者监测装置丢失EKG、BP和其他数据时，外科集线器106、206可推断患者正在被转移到恢复室。如从该示例性手术的描述可以看出，外科集线器106、206可根据从可通信地联接到外科集线器106、206的各种数据源接收的数据来确定或推断给定外科手术的每个步骤何时发生。
在多个方面中，圆形电动缝合装置201800(图24至图30)、201502(图31至图33)、201532(图34至图35)、201610(图36至图40)被构造成能够在集线器环境诸如外科集线器106或206(图1至图11)中在态势感知中操作，例如如时间轴5200所描绘的。态势感知在2018年4月19日提交的标题为“METHOD OF HUB COMMUNICATION”的美国临时专利申序列号62/659,900中进一步描述，其以引用方式全文并入本文。在某些情况下，机器人外科系统(包括本文所公开的各种机器人外科系统)的操作可由集线器106、206基于其态势感知和/或来自其部件的反馈和/或基于来自云104的信息来控制。
外科器械硬件
图16示出了根据本公开的一个或多个方面的外科器械或工具的控制系统470的逻辑图。系统470包括控制电路。控制电路包括微控制器461，该微控制器包括处理器462和存储器468。例如，传感器472、474、476中的一个或多个向处理器462提供实时反馈。由马达驱动器492驱动的马达482可操作地联接可纵向运动的位移构件以驱动电动圆形缝合装置的刀元件、套管针或砧座。跟踪系统480被配置成能够确定纵向可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纵向可运动的驱动构件的位置以及击发构件、击发杆和刀元件的位置。附加马达可设置在工具驱动器接口处，以控制刀击发、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的单循环闪存或其他非易失性存储器(高达40MHz)的片上存储器、用于改善高于40MHz的性能的预取缓冲器、32KB单循环SRAM、装载有
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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专门用于IEC 61508和ISO 26262安全关键应用等等，以提供高级集成安全特征件，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。其他马达驱动器可容易地被替换以用于包括绝对定位系统的跟踪系统480中。绝对定位系统的详细描述在2017年10月19日公布的标题为“SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING ASURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT”的美国专利申请公布2017/0296213中有所描述，该专利申请全文以引用方式并入本文。
微控制器461可被编程为提供对位移构件和关节运动系统的速度和位置的精确控制。微控制器461可被配置成能够计算微控制器461的软件中的响应。将计算的响应与实际系统的所测量响应进行比较，以获得“观察到的”响应，其用于实际反馈决定。观察到的响应为有利的调谐值，该值使所模拟响应的平滑连续性质与所测量响应均衡，这可检测对系统的外部影响。
在一个方面，马达482可由马达驱动器492控制并可被外科器械或工具的击发系统采用。在各种形式中，马达482可为具有大约25,000RPM的最大旋转速度的有刷DC驱动马达。在其他布置方式中，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，该电池可包括串联连接的、可用作功率源以为外科器械或工具提供功率的多个电池单元。在某些情况下，功率组件的电池单元可以是可替换的和/或可再充电的。在至少一个示例中，电池单元可为锂离子电池，其可联接到功率组件并且可与功率组件分离。
驱动器492可为可购自Allegro微系统公司(Allegro Microsystems,Inc)的A3941。A3941 492为全桥控制器，其用于与针对电感负载(诸如有刷DC马达)特别设计的外部N信道功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)一起使用。驱动器492包括独特的电荷泵调整器，其为低至7V的电池电压提供完整的(>10V)栅极驱动并且允许A3941在低至5.5V的减小的栅极驱动下操作。可采用自举电容器来提供N信道MOSFET所需的上述电池供电电压。高边驱动装置的内部电荷泵允许直流(100％占空比)操作。可使用二极管或同步整流在快衰减模式或慢衰减模式下驱动全桥。在慢衰减模式下，电流再循环可穿过高边或低边FET。通过电阻器可调式空载时间保护功率FET不被击穿。整体诊断提供欠压、过热和功率桥故障的指示，并且可被配置成能够在大多数短路条件下保护功率MOSFET。其他马达驱动器可容易地被替换以用于包括绝对定位系统的跟踪系统480中。
跟踪系统480包括根据本公开的一个方面的包括位置传感器472的受控马达驱动电路布置方式。用于绝对定位系统的位置传感器472提供对应于位移构件的位置的独特位置信号。在一个方面，位移构件表示纵向可运动的驱动构件，其包括用于与齿轮减速器组件的对应驱动齿轮啮合接合的驱动齿的齿条。在其他方面，位移构件表示击发构件，该击发构件可被适配和构造成能够包括驱动齿的齿条。在又一个方面，该位移构件表示击发杆或刀，该两者中的每一者可被适配和构造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、电动圆形缝合装置的刀、套管针或砧座或可被移位的任何元件。在一个方面，纵向可运动的驱动构件联接到击发构件、击发杆和刀。因此，绝对定位系统实际上可通过跟踪纵向可运动的驱动构件的线性位移来跟踪刀的线性位移。在各种其他方面，位移构件可联接到适于测量线性位移的任何位置传感器472。因此，纵向可运动的驱动构件、击发构件、击发杆、或刀、或它们的组合可联接到任何合适的线性位移传感器。线性位移传感器可包括接触式位移传感器或非接触式位移传感器。线性位移传感器可包括线性可变差分变压器(LVDT)、差分可变磁阻换能器(DVRT)、滑动电位计、包括可运动磁体和一系列线性布置的霍尔效应传感器的磁感测系统、包括固定磁体和一系列可运动的线性布置的霍尔效应传感器的磁感测系统、包括可运动光源和一系列线性布置的光电二极管或光电检测器的光学感测系统、包括固定光源和一系列可运动的线性布置的光电二极管或光电检测器的光学感测系统、或它们的任何组合。
电动马达482可包括可操作地与齿轮组件交接的可旋转轴，该齿轮组件与驱动齿的组或齿条啮合接合安装在位移构件上。传感器元件可以可操作地联接到齿轮组件，使得位置传感器472元件的单次旋转对应于位移构件的一些线性纵向平移。传动装置和传感器的布置方式可经由齿条和小齿轮布置方式连接至线性致动器，或者经由直齿齿轮或其他连接连接至旋转致动器。功率源为绝对定位系统供电，并且输出指示器可显示绝对定位系统的输出。位移构件表示纵向可运动驱动构件，该纵向可运动驱动构件包括形成于其上的驱动齿的齿条，以用于与齿轮减速器组件的对应驱动齿轮啮合接合。位移构件表示纵向可运动的击发构件、击发杆、刀、或它们的组合。
与位置传感器472相关联的传感器元件的单次旋转等同于位移构件的纵向线性位移d1，其中d1为在联接到位移构件的传感器元件的单次旋转之后位移构件从点“a”运动到点“b”的纵向线性距离。可经由齿轮减速连接传感器布置方式，该齿轮减速使得位置传感器472针对位移构件的全行程仅完成一次或多次旋转。位置传感器472可针对位移构件的全行程完成多次旋转。
可单独或结合齿轮减速采用一系列开关(其中n为大于一的整数)以针对位置传感器472的多于一次旋转提供独特位置信号。开关的状态被馈送回微控制器461，该微控制器应用逻辑以确定对应于位移构件的纵向线性位移d1+d2+…dn的独特位置信号。位置传感器472的输出被提供给微控制器461。该传感器布置方式的位置传感器472可包括磁性传感器、模拟旋转传感器(如电位差计)、模拟霍尔效应元件的阵列，该霍尔效应元件的阵列输出位置信号或值的独特组合。
位置传感器472可包括任何数量的磁性感测元件，诸如例如根据它们是否测量磁场的总磁场或矢量分量而被分类的磁性传感器。用于产生上述两种类型磁性传感器的技术涵盖物理学和电子学的多个方面。用于磁场感测的技术包括探查线圈、磁通门、光泵、核旋、超导量子干涉仪(SQUID)、霍尔效应、各向异性磁电阻、巨磁电阻、磁性隧道结、巨磁阻抗、磁致伸缩/压电复合材料、磁敏二极管、磁敏晶体管、光纤、磁光，以及基于微机电系统的磁性传感器等等。
在一个方面，用于包括绝对定位系统的跟踪系统480的位置传感器472包括磁性旋转绝对定位系统。位置传感器472可被实现为AS5055EQFT单片磁性旋转位置传感器，其可购自澳大利亚奥地利微电子公司(Austria Microsystems,AG)。位置传感器472与微控制器461交接，以提供绝对定位系统。位置传感器472为低电压和低功率部件，并且包括位于磁体上方的位置传感器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可为以小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可包括并且/或者可被编程以实现反馈控制器，诸如PID、状态反馈和自适应控制器。功率源将来自反馈控制器的信号转换为对系统的物理输入：在这种情况下为电压。其他示例包括电压、电流和力的PWM。除了由位置传感器472所测量的位置之外，可提供一个或多个其他传感器来测量物理系统的物理参数。在一些方面，一个或多个其他传感器可包括传感器布置方式，诸如在2016年5月24日发布的标题为“STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS SENSOR SYSTEM”的美国专利9,345,481中所述的那些，该专利全文以引用方式并入本文；2014年9月18日公布的标题为“STAPLE CARTRIDGETISSUE THICKNESS SENSOR SYSTEM”的美国专利申请公布2014/0263552，该专利全文以引用方式并入本文；以及2017年6月20日提交的标题为“TECHNIQUES FOR ADAPTIVE CONTROLOF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT”的美国专利申请序列号15/628,175，该专利申请全文以引用方式并入本文。在数字信号处理系统中，绝对定位系统联接到数字数据采集系统，其中绝对定位系统的输出将具有有限分辨率和采样频率。绝对定位系统可包括比较和组合电路，以使用算法(诸如加权平均和理论控制环路)将计算响应与测量响应进行组合，该算法驱动计算响应朝向所测量的响应。物理系统的计算响应将特性如质量、惯性、粘性摩擦、电感电阻考虑在内，以通过得知输入预测物理系统的状态和输出。
因此，绝对定位系统在器械上电时提供位移构件的绝对位置，并且不使位移构件回缩或推进至如常规旋转编码器可需要的复位(清零或本位)位置，这些编码器仅对马达482采取的向前或向后的步骤数进行计数以推断装置致动器、驱动棒、刀等等的位置。
传感器474(诸如，例如应变仪或微应变仪)被配置成能够测量端部执行器的一个或多个参数，诸如例如在夹持操作期间施加在砧座上的应变的幅值，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提供给处理器462。另选地或除了传感器474之外，传感器476(诸如负荷传感器)可以测量由闭合驱动系统施加到砧座的闭合力。传感器476诸如例如负荷传感器可以测量在外科器械或工具的击发行程中施加到刀的击发力。刀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。刀还包括锋利切割刃，当通过击发杆朝远侧推进刀时，该切割刃可用于切断组织。另选地，可以采用电流传感器478来测量由马达482消耗的电流。推进击发构件所需的力可对应于例如由马达482消耗的电流。将测得的力转换成数字信号并提供给处理器462。
在一种形式中，应变仪传感器474可用于测量由端部执行器施加到组织的力。应变计可联接到端部执行器以测量被端部执行器处理的组织上的力。用于测量施加到由端部执行器抓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幅值或量值，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。在一种情况下，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1至图14中所示。机动化圆形缝合器械201800(图24至图30)、201502(图31至图32)、201532(图34至图35)、201610(图36至图40)可采用控制系统470来控制机动化圆形缝合器械201800、201502、201532、201610的各方面。机动化圆形缝合器械201800、201502、201532、201610可采用控制系统470的各方面来感测砧座的位置、组织压缩力等，尤其是通过采用472、474、476、跟踪系统480和电流传感器478来向控制器461提供反馈。
图17示出了控制电路500，该控制电路被配置成能够控制根据本公开的一个方面的外科器械或工具的各方面。控制电路500可被配置成能够实现本文所述的各种过程。控制电路500可包括微控制器，该微控制器包括联接到至少一个存储器电路504的一个或多个处理器502(例如，微处理器、微控制器)。存储器电路504存储在由处理器502执行时使处理器502执行机器指令以实现本文所述的各种过程的机器可执行指令。处理器502可为本领域中已知的多种单核或多核处理器中的任一种。存储器电路504可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18示出了组合逻辑电路510，该组合逻辑电路被配置成能够控制根据本公开的一个方面的外科器械或工具的各方面。组合逻辑电路510可被配置成能够实现本文所述的各种过程。组合逻辑电路510可包括有限状态机，该有限状态机包括组合逻辑512，该组合逻辑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19示出了根据本公开的一个方面的被配置成能够控制外科器械或工具的各个方面的时序逻辑电路520。时序逻辑电路520或组合逻辑522可被配置成能够实现本文所述的各种过程。时序逻辑电路520可包括有限状态机。时序逻辑电路520可包括例如组合逻辑522、至少一个存储器电路524和时钟529。至少一个存储器电路524可以存储有限状态机的当前状态。在某些情况下，时序逻辑电路520可为同步的或异步的。组合逻辑522被配置成能够从输入526接收与外科器械或工具相关联的数据，通过组合逻辑522处理数据并提供输出528。在其他方面，电路可包括处理器(例如，处理器502，图17)和有限状态机的组合以实现本文的各种过程。在其他方面，有限状态机可包括组合逻辑电路(例如，组合逻辑电路510，图18)和时序逻辑电路520的组合。
图20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600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，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。在一个方面，外科器械600表示手持式外科器械。在另一方面，外科器械600表示机器人外科器械。在其他方面，外科器械600表示手持式外科器械和机器人外科器械的组合。在多个方面，外科缝合器600可表示线性缝合器或圆形缝合器。
在某些情况下，外科器械系统或工具可包括击发马达602。击发马达602可操作地联接到击发马达驱动组件604，该击发马达驱动组件可被构造成能够将由马达602生成的击发运动传输到端部执行器，具体地用于使刀元件移位。在某些情况下，由马达602产生的击发运动可导致例如钉从钉仓部署到由端部执行器捕获的组织内并且/或者导致刀元件的切割刃被推进以切割所捕获组织。刀元件可通过反转马达602的方向而回缩。
在某些情况下，外科器械或工具可包括闭合马达603。闭合马达603可以可操作地联接到闭合马达驱动组件605，该闭合马达驱动组件被构造成能够将由马达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。在圆形缝合器实施方式中，马达603可联接到电动缝合装置的圆形缝合器部分的套管针部分。可采用马达603来推进和回缩套管针。
在某些情况下，外科器械或工具可包括例如一个或多个关节运动马达606a、606b。马达606a、606b可以可操作地联接到相应的关节运动马达驱动组件608a、608b，该关节运动马达驱动组件可被构造成能够将由马达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，而其他马达保持非活动的。例如，关节运动马达606a、606b可被激活以使端部执行器进行关节运动，而击发马达602保持非活动的。另选地，击发马达602可被激活以击发多个钉并且/或者推进切割边缘，而关节运动马达606保持非活动的。此外，闭合马达603可与击发马达602同时启动，以使闭合管和刀元件朝远侧推进，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，该公共控制模块可与外科器械或工具的多个马达一起使用。在某些情况下，公共控制模块610每次可调节多个马达中的一个。例如，公共控制模块610可单独地联接到外科器械的多个马达并且可从外科器械的多个马达分离。在某些情况下，外科器械或工具的多个马达可共用一个或多个公共控制模块诸如公共控制模块610。在某些情况下，外科器械或工具的多个马达可独立地和选择性地接合公共控制模块610。在某些情况下，公共控制模块610可从与外科器械或工具的多个马达中的一个交接切换到与外科器械或工具的多个马达中的另一个交接。
在至少一个示例中，公共控制模块610可在可操作地接合关节运动马达606a、606b和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20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可将公共控制模块610电联接到击发马达602；在第二位置617中，开关614可将公共控制模块610电联接到闭合马达603；在第三位置618a中，开关614可将公共控制模块610电联接到第一关节运动马达606a；并且在第四位置618b中，开关614可将公共控制模块610电联接到例如第二关节运动马达606b。在某些情况下，单独的公共控制模块610可同时电联接到击发马达602、闭合马达603和关节运动马达606a、606b。在某些情况下，开关614可为机械开关、机电开关、固态开关、或任何合适的开关机构。
马达602、603、606a、606b中的每个可包括扭矩传感器以测量马达的轴上的输出扭矩。可以任何常规方式感测端部执行器上的力，诸如通过钳口的外侧上的力传感器或通过用于致动钳口的马达的扭矩传感器来感测端部执行器上的力。
在各种情况下，如图20中所示，公共控制模块610可包括马达驱动器626，该马达驱动器可包括一个或多个H桥场效应FET。马达驱动器626可例如基于得自微控制器620(“控制器”)的输入来调制从功率源628传输到联接到公共控制模块610的马达的功率。在某些情况下，当马达联接到公共控制模块610时，可例如采用微控制器620来确定由马达消耗的电流，如上所述。
在某些情况下，微控制器620可包括微处理器622(“处理器”)和一个或多个非暂态计算机可读介质或存储单元624(“存储器”)。在某些情况下，存储器624可存储各种程序指令，这些程序指令在被执行时可使处理器622执行本文所述的多个功能和/或计算。在某些情况下，存储器单元624中的一个或多个可例如联接到处理器622。
在某些情况下，功率源628可例如用于为微控制器620供电。在某些情况下，功率源628可包括电池(或者“电池组”或“功率组”)，诸如锂离子电池，例如。在某些情况下，电池组可被配置成能够可释放地安装到柄部以用于给外科器械600供电。多个串联连接的电池单元可用作功率源628。在某些情况下，功率源628可为例如可替换的和/或可再充电的。
在各种情况下，处理器622可控制马达驱动器626以控制联接到公共控制器610的马达的位置、旋转方向、和/或速度。在某些情况下，处理器622可发信号通知马达驱动器626，以停止和/或停用联接到公共控制器610的马达。应当理解，如本文所用的术语“处理器”包括任何合适的微处理器、微控制器、或将计算机的中央处理单元(CPU)的功能结合在一个集成电路或至多几个集成电路上的其他基础计算装置。处理器是多用途的可编程装置，该装置接收数字数据作为输入，根据其存储器中存储的指令来处理输入，然后提供结果作为输出。因为处理器具有内部存储器，所以是时序数字逻辑的示例。处理器的操作对象是以二进制数字系统表示的数字和符号。
在一种情况下，处理器622可为任何单核或多核处理器，诸如已知的由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)生产的商品名为ARM Cortex的那些。在某些情况下，微控制器620可为例如可从德州仪器公司(Texas Instruments)购得的LM 4F230H5QR。在至少一个示例中，Texas Instruments LM4F230H5QR为ARM Cortex-M4F处理器芯，其包括：256KB的单循环闪存或其他非易失性存储器(高达40MHz)的片上存储器、用于改善高于40MHz的性能的预取缓冲器、32KB的单循环SRAM、装载有
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软件的内部ROM、2KB的EEPROM、一个或多个PWM模块、一个或多个QEI模拟、具有12个模拟输入信道的一个或多个12位ADC、以及易得的其他特征件。可容易地换用其他微控制器，以与模块4410一起使用。因此，本公开不应限于这一上下文。
在某些情况下，存储器624可包括用于控制可联接到公共控制器610的外科器械600的马达中的每个的程序指令。例如，存储器624可包括用于控制击发马达602、闭合马达603和关节运动马达606a、606b的程序指令。此类程序指令可使得处理器622根据来自外科器械或工具的算法或控制程序的输入来控制击发、闭合和关节运动功能。
在某些情况下，一个或多个机构和/或传感器诸如传感器630可以用于警示处理器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可包括例如可以用于感测开关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刀相关联的程序指令；处理器622可在例如通过传感器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。
外科器械600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1至图14中所示。外科器械600可为机动化圆形缝合器械201800(图24至图30)、201502(图31至图32)、201532(图34至图35)、201610(图36至图40)。
图21为根据本公开的一个方面的被构造成能够操作本文所述的外科工具的外科器械700的示意图。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，外科器械700表示手持式外科器械。在另一方面，外科器械700表示机器人外科器械。在其他方面，外科器械700表示手持式外科器械和机器人外科器械的组合。在多个方面，外科缝合器700可表示线性缝合器或圆形缝合器。
在一个方面，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和刀714(或包括锋利切割刃的切割元件)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提供刀714的位置反馈。其他传感器738可被配置成能够向控制电路710提供反馈。定时器/计数器731向控制电路710提供定时和计数信息。可提供能量源712以操作马达704a-704e，并且电流传感器736向控制电路710提供马达电流反馈。马达704a-704e可通过控制电路710在开环或闭环反馈控制中单独操作。
在一个方面，控制电路710可包括用于执行使得一个或多个处理器执行一个或多个任务的指令的一个或多个微控制器、微处理器或其他合适的处理器。在一个方面，定时器/计数器电路731向控制电路710提供输出信号，诸如耗用的时间或数字计数，以将如由位置传感器734确定的刀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可确定刀714在相对于起始位置的特定时间(t)或刀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、对外部事件计数或对外部事件计时。
在一个方面，控制电路710可被编程为基于一个或多个组织条件来控制端部执行器702的功能。控制电路710可被编程为直接或间接地感测组织条件，诸如厚度，如本文所述。控制电路710可被编程为基于组织条件选择击发控制程序或闭合控制程序。击发控制程序可描述位移构件的远侧运动。可选择不同的击发控制程序以更好地处理不同的组织状况。例如，当存在更厚的组织时，控制电路710可被编程为以更低的速度和/或以更低的功率平移位移构件。当存在更薄的组织时，控制电路710可被编程为以更高的速度和/或以更高的功率平移位移构件。闭合控制程序可控制由砧座716施加到组织的闭合力。其他控制程序控制轴740和关节运动构件742a、742b的旋转。
在一个方面，控制电路710可生成马达设定点信号。马达设定点信号可被提供给各种马达控制器708a-708e。马达控制器708a-708e可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，可省略马达控制器708a-708e，并且控制电路710可直接生成马达驱动信号。
在一些示例中，控制电路710可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外科器械700的响应，控制电路710可选择处于闭环配置的击发控制程序。器械的响应可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接收功率。能量源712可为由主交流功率源、电池、超级电容器或任何其他合适的能量源驱动的DC功率源。马达704a-704e可经由相应的传动装置706a-706e机械地联接到单独的可运动机械元件，诸如刀714、砧座716、轴740、关节运动742a和关节运动742b。传动装置706a-706e可包括一个或多个齿轮或其他连杆部件，以将马达704a-704e联接到可运动机械元件。位置传感器734可感测刀714的位置。位置传感器734可为或包括能够生成指示刀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刀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可跟踪脉冲以确定刀714的位置。可使用其他合适的位置传感器，包括例如接近传感器。其他类型的位置传感器可提供指示刀714的运动的其他信号。而且，在一些示例中，可省略位置传感器734。在马达704a-704e中的任一个是步进马达的情况下，控制电路710可以通过汇总马达704已被命令执行的步骤的数量和方向来跟踪刀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的刀714部分。控制电路710向马达控制708a提供马达设定点，该马达控制向马达704a提供驱动信号。马达704a的输出轴联接到扭矩传感器744a。扭矩传感器744a联接到与刀714联接的传动装置706a。传动装置706a包括可运动的机械元件诸如旋转元件和击发构件，以控制刀714沿端部执行器702的纵向轴线朝远侧和近侧的运动。在一个方面，马达704a可联接到刀齿轮组件，该刀齿轮组件包括刀齿轮减速组，该刀齿轮减速组包括第一刀驱动齿轮和第二刀驱动齿轮。扭矩传感器744a向控制电路710提供击发力反馈信号。击发力信号表示击发或移位刀714所需的力。位置传感器734可被配置成能够将刀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刀714朝远侧推进以切割位于钉仓718和砧座716之间的组织。
在一个方面，控制电路710被配置成能够驱动闭合构件，诸如端部执行器702的砧座716部分。控制电路710向马达控制708b提供马达设定点，该马达控制向马达704b提供驱动信号。马达704b的输出轴联接到扭矩传感器744b。扭矩传感器744b联接到与砧座716联接的传动装置706b。传动装置706b包括可运动机械元件诸如旋转元件和闭合构件，以控制砧座716从打开位置和闭合位置的运动。在一个方面，马达704b联接到闭合齿轮组件，该闭合齿轮组件包括被支撑成与闭合正齿轮啮合接合的闭合减速齿轮组。扭矩传感器744b向控制电路710提供闭合力反馈信号。闭合力反馈信号表示施加到砧座716的闭合力。位置传感器734可被配置成能够将闭合构件的位置作为反馈信号提供给控制电路710。端部执行器702中的附加传感器738可向控制电路710提供闭合力反馈信号。可枢转砧座716被定位成与钉仓718相对。当准备好使用时，控制电路710可向马达控制708b提供闭合信号。响应于闭合信号，马达704b推进闭合构件以抓持砧座716和钉仓718之间的组织。
在一个方面，控制电路710被配置成能够使轴构件诸如轴740旋转，以使端部执行器702旋转。控制电路710向马达控制708c提供马达设定点，该马达控制向马达704c提供驱动信号。马达704c的输出轴联接到扭矩传感器744c。扭矩传感器744c联接到联接到轴740的传动装置706c。传动装置706c包括可运动机械元件诸如旋转元件，以控制轴740顺时针或逆时针旋转高达360°和360°以上。在一个方面，马达704c联接到旋转传动装置组件，该旋转传动装置组件包括管齿轮区段，该管齿轮区段形成于(或附接到)近侧闭合管的近侧端部上，以通过可操作地支撑在工具安装板上的旋转齿轮组件可操作地接合。扭矩传感器744c向控制电路710提供旋转力反馈信号。旋转力反馈信号表示施加到轴740上的旋转力。位置传感器734可被配置成能够将闭合构件的位置作为反馈信号提供给控制电路710。附加传感器738诸如轴编码器可向控制电路710提供轴740的旋转位置。
在圆形缝合器实施方式中，传动装置706c元件联接到套管针以推进或回缩套管针。在一个方面，轴740是闭合系统的一部分，该闭合系统包括套管针201904和套管针致动器201906，如下文参考图29A至图29更详细地讨论的。因此，控制电路710控制马达控制电路708c以控制马达704c推进或回缩套管针。提供扭矩传感器744c以测量由马达704c的轴施加到用于推进和回缩套管针的传动部件706c的扭矩。位置传感器734可包括多种传感器，以跟踪套管针、砧座716、或刀714、或它们的任何组合的位置。可采用其他传感器738来测量多种参数，包括套管针、砧座716、或刀714、或它们的任何组合的位置或速度。扭矩传感器744c、位置传感器734和传感器738联接到控制电路710，作为到多种过程的输入，以用于以期望的方式控制外科器械700的操作。
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，该马达控制向马达704d提供驱动信号。马达704d的输出联接到扭矩传感器744d。扭矩传感器744d联接到联接到关节运动构件742a的传动装置706d。传动装置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联接到关节运动螺母，该关节运动螺母可旋转地轴颈连接在远侧脊部的近侧端部部分上并且通过关节运动齿轮组件在其上可旋转地驱动。扭矩传感器744d向控制电路710提供关节运动力反馈信号。关节运动力反馈信号表示施加到端部执行器702的关节运动力。传感器738(诸如关节运动编码器)可向控制电路710提供端部执行器702的关节运动位置。
在另一方面，机器人外科系统700的关节运动功能可包括两个关节运动构件或连杆742a、742b。这些关节运动构件742a、742b由机器人接口(齿条)上的单独的盘驱动，所述单独的盘由两个马达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他关节运动连杆驱动系统可更明显。
在一个方面，一个或多个马达704a-704e可包括具有齿轮箱的有刷DC马达和与击发构件、闭合构件或关节运动构件的机械链路。另一个示例包括操作可运动机械元件诸如位移构件、关节运动连杆、闭合管和轴的电动马达704a-704e。外部影响是事物如组织、周围身体和摩擦对物理系统的未测量的、不可预测的影响。此类外部影响可被称为曳力，其相对电动马达704a-704e中的一个作用。外部影响诸如曳力可导致物理系统的操作偏离物理系统的期望操作。
在一个方面，位置传感器734可被实现为绝对定位系统。在一个方面，位置传感器734可包括磁性旋转绝对定位系统，该磁性旋转绝对定位系统被实现为AS5055EQFT单片磁性旋转位置传感器，其可购自澳大利亚奥地利微电子公司(Austria Microsystems,AG)。位置传感器734可与控制电路710交接，以提供绝对定位系统。位置可包括位于磁体上方并联接到CORDIC处理器的霍尔效应元件，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上并且适于与外科器械700一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)超声刀片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，该应变仪被配置成能够在夹持条件期间测量砧座716中的应变的量值。应变仪提供电信号，该电信号的幅值随着应变量值而变化。传感器738可包括压力传感器，该压力传感器被配置成能够检测由砧座716和钉仓718之间的压缩组织的存在所生成的压力。传感器738可被配置成能够检测位于砧座716与钉仓718之间的组织区段的阻抗，该阻抗指示位于其间的组织的厚度和/或完全性。
在一个方面，传感器738可实现为一个或多个限位开关、机电装置、固态开关、霍尔效应装置、磁阻(MR)装置、巨磁电阻(GMR)装置、磁力计等等。在其他具体实施中，传感器738可被实现为在光的影响下操作的固态开关，诸如光学传感器、IR传感器、紫外线传感器等等。同样，开关可为固态装置，诸如晶体管(例如，FET、结型FET、MOSFET、双极型晶体管等)。在其他具体实施中，传感器738可包括无电导体开关、超声开关、加速度计和惯性传感器等等。
在一个方面，传感器738可被配置成能够测量由闭合驱动系统施加在砧座716上的力。例如，一个或多个传感器738可位于闭合管和砧座716之间的交互点处，以检测由闭合管施加到砧座716的闭合力。施加在砧座716上的力可表示在砧座716和钉仓718之间捕获的组织区段所经历的组织压缩。一个或多个传感器738可沿闭合驱动系统定位在各种交互点处，以检测由闭合驱动系统施加到砧座716的闭合力。一个或多个传感器738可在夹持操作期间由控制电路710的处理器实时取样。控制电路710接收实时样本测量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(诸如刀714)中的任一者所需的力对应于由马达704a-704e中的一个所消耗的电流。将力转换成数字信号并提供给控制电路710。控制电路710可以被配置成能够模拟器械的实际系统在控制器的软件中的响应。可致动位移构件以将端部执行器702中的刀714以目标速度或接近目标速度运动。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。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。附加细节公开于2017年6月29日提交的标题为“CLOSED LOOP VELOCITY CONTROL TECHNIQUES FOR ROBOTICSURGICAL 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。
外科器械700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1至图14中所示。外科器械700可为机动化圆形缝合器械201800(图24至图30)、201502(图31至图32)、201532(图34至图35)、201610(图36至图40)。
图22示出了根据本公开的一个方面的被构造成能够控制各种功能的外科器械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刀764或其他合适的切割元件的远侧平移。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、刀764(包括锋利切割刃)和可移除钉仓768。
线性位移构件诸如刀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。由于刀764联接到纵向可运动的驱动构件，因此刀764的位置可通过采用位置传感器784测量纵向可运动的驱动构件的位置来确定。因此，在以下描述中，刀764的位置、位移和/或平移可通过如本文所述的位置传感器784来实现。控制电路760可以被编程为控制位移构件诸如刀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，刀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，诸如耗用的时间或数字计数，以将如由位置传感器784确定的刀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可确定刀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、对外部事件计数或对外部事件计时。
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，这些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，可省略马达控制器758，并且控制电路760可直接生成马达驱动信号774。
马达754可从能量源762处接收功率。能量源762可为或包括电池、超级电容器或任何其他合适的能量源。马达754可经由传动装置756机械联接到刀764。传动装置756可包括一个或多个齿轮或其他连杆部件，以将马达754联接到刀764。在一个方面，传动装置联接到圆形缝合器的套管针致动器，以推进或回缩套管针。位置传感器784可感测刀764、套管针、或砧座766、或它们的组合的位置。位置传感器784可为或包括能够生成指示刀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刀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可跟踪脉冲以确定刀764的位置。可使用其他合适的位置传感器，包括例如接近传感器。其他类型的位置传感器可提供指示刀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刀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。
在圆形缝合器实施方式中，传动装置756元件可联接到套管针以推进或回缩套管针，可联接到刀764以推进或回缩刀764，或者可联接到砧座766以推进或回缩砧座766。这些功能可使用合适的离合机构由单个马达实现，或者可使用例如参照图21所示的独立的马达实现。在一个方面，传动装置756是闭合系统的一部分，该闭合系统包括套管针201904和套管针致动器201906，如下文参考图29A至图29C更详细地讨论的。因此，控制电路760控制马达控制电路758以控制马达754推进或回缩套管针。类似地，马达754可被构造成能够推进或回缩刀764并推进或回缩砧座766。可提供扭矩传感器以测量由马达754的轴施加到用于推进和回缩套管针、刀764、或砧座766、或它们的组合的传动部件756的扭矩。位置传感器784可包括多种传感器，以跟踪套管针、刀764、或砧座766、或它们的任何组合的位置。可采用其他传感器788来测量多种参数，包括套管针、刀764、或砧座766、或它们的任何组合的位置或速度。扭矩传感器、位置传感器784和传感器788联接到控制电路760，作为到多种过程的输入，以用于以期望的方式控制外科器械750的操作。
控制电路760可与一个或多个传感器788通信。传感器788可定位在端部执行器752上并且适于与外科器械750一起操作以测量各种衍生参数，诸如间隙距离与时间、组织压缩与时间以及砧座应变与时间。传感器788可包括例如磁性传感器、磁场传感器、应变仪、压力传感器、力传感器、电感式传感器(诸如涡流传感器)、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或用于测量端部执行器752的一个或多个参数的任何其他合适的传感器。传感器788可包括一个或多个传感器。在一个方面，传感器788可被配置成能够确定圆形缝合器的套管针的位置。
一个或多个传感器788可包括应变仪诸如微应变仪，该应变仪被配置成能够在夹持条件期间测量砧座766中的应变的量值。应变仪提供电信号，该电信号的幅值随着应变量值而变化。传感器788可包括压力传感器，该压力传感器被配置成能够检测由砧座766和钉仓768之间的压缩组织的存在所生成的压力。传感器788可被配置成能够检测位于砧座766与钉仓768之间的组织区段的阻抗，该阻抗指示位于其间的组织的厚度和/或完全性。
传感器788可被配置成能够测量由闭合驱动系统施加在砧座766上的力。例如，一个或多个传感器788可位于闭合管和砧座766之间的交互点处，以检测由闭合管施加到砧座766的闭合力。施加在砧座766上的力可表示在砧座766和钉仓768之间捕获的组织区段所经历的组织压缩。一个或多个传感器788可沿闭合驱动系统定位在各种交互点处，以检测由闭合驱动系统施加到砧座766的闭合力。一个或多个传感器788可在夹持操作期间由控制电路760的处理器实时取样。控制电路760接收实时样本测量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。
电流传感器786可以用于测量由马达754消耗的电流。推进刀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提供给控制电路760。
控制电路760可以被配置成能够模拟器械的实际系统在控制器的软件中的响应。可致动位移构件以将端部执行器752中的刀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的实际驱动系统被构造成能够通过具有齿轮箱和与关节运动和/或刀系统的机械连接件的有刷直流马达来驱动位移构件、切割构件或刀764。另一个示例是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。此类外部影响可以被称为与电动马达754相反地作用的曳力。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，该外科器械包括带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，并且当被配置成能够用于使用时，钉仓768被定位成与砧座766相对。临床医生可握持砧座766与钉仓768之间的组织，如本文所述。当准备好使用器械750时，临床医生可例如通过按下器械750的触发器来提供击发信号。响应于击发信号，马达754可沿端部执行器752的纵向轴线将位移构件从近侧行程开始位置朝远侧驱动到行程开始位置远侧的行程结束位置。当位移构件朝远侧平移时，带有定位在远侧端部处的切割元件的刀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，该控制电路被编程用于基于一个或多个组织条件控制位移构件(诸如刀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条件，诸如厚度，如本文所述。控制电路760可被编程为基于组织条件来选择击发控制程序。击发控制程序可描述位移构件的远侧运动。可选择不同的击发控制程序以更好地处理不同的组织状况。例如，当存在更厚的组织时，控制电路760可被编程为以更低的速度和/或以更低的功率平移位移构件。当存在更薄的组织时，控制电路760可被编程为以更高的速度和/或以更高的功率平移位移构件。
在一些示例中，控制电路760可针对位移构件的行程的第一开环部分初始以开环构型来操作马达754。基于在行程的开环部分期间器械750的响应，控制电路760可选择击发控制程序。器械的响应可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制马达754，以使位移构件以恒定速度平移。附加细节公开于2017年9月29日提交的标题为“SYSTEM AND METHODS FOR CONTROLLING A DISPLAY OF A SURGICAL INSTRUMENT”的美国专利申请序列号15/720,852中，该专利申请全文以引用方式并入本文。
外科器械750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1至图14中所示。外科器械750可为机动化圆形缝合器械201800(图24至图30)、201502(图31至图32)、201532(图34至图35)、201610(图36至图40)。
图23为根据本公开的一个方面的被构造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刀764的远侧平移。外科器械790包括端部执行器792，该端部执行器可以包括砧座766、刀764和可移除钉仓768，该可移除钉仓可以与RF仓796(以虚线示出)互换。
参考图21至图23，在多个方面，传感器738、788可被实现为限位开关、机电装置、固态开关、霍尔效应装置、MR装置、GMR装置、磁力计等等。在其他具体实施中，传感器738、788可被实现为在光的影响下操作的固态开关，诸如光学传感器、IR传感器、紫外线传感器等等。同样，开关可为固态装置，诸如晶体管(例如，FET、结型FET、MOSFET、双极型晶体管等)。在其他具体实施中，传感器738、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734、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，其可购自澳大利亚奥地利微电子公司(Austria Microsystems,AG)。位置传感器734、784可与控制器760交接，以提供绝对定位系统。位置可包括位于磁体上方并联接到CORDIC处理器的霍尔效应元件，该CORDIC处理器也被已知为逐位方法和Volder算法，提供该CORDIC处理器以实现用于计算双曲线函数和三角函数的简单有效的算法，双曲线函数和三角函数仅需要加法操作、减法操作、数位位移操作和表格查找操作。
在一个方面，刀714、764可被实现为包括刀主体的刀构件，该刀主体将组织切割刀片可操作地支撑在其上，并且该I形梁还可包括砧座接合插片或特征部以及通道接合特征部或脚部。在一个方面，钉仓718、768可被实现为标准(机械)外科紧固件仓，其可为线性钉仓或圆形钉仓。在一个方面，RF仓796(图23)可被实现为RF仓。这些和其他传感器布置在2017年6月20日提交的共同拥有的标题为“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中描述，该专利全文以引用方式并入本文。
线性位移构件诸如套管针、刀714、764或砧座716、766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734、784的位置传感器来测量。由于刀714、764联接到纵向可运动的驱动构件，因此套管针、刀714、764或砧座716、766的位置可通过采用位置传感器734、784测量纵向可运动的驱动构件的位置来确定。因此，在以下描述中，套管针、刀764或砧座716、766的位置、位移和/或平移可通过如本文所述的位置传感器734、784来实现。控制电路710、760可以被编程为控制位移构件诸如套管针、刀764或砧座716、766的平移。在一些示例中，控制电路710、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，套管针、刀764或砧座716、766)的指令。在一个方面，定时器/计数器731、781向控制电路710、760提供输出信号，诸如耗用的时间或数字计数，以将如由位置传感器734、784确定的套管针、刀714、764或砧座716、766的位置与定时器/计数器731、781的输出相关联，使得控制电路710、760可确定套管针、刀714、764或砧座716、766在相对于起始位置的特定时间(t)处的位置。定时器/计数器731、781可被配置成能够测量所耗用的时间、对外部事件计数或对外部事件计时。
控制电路710、760可生成马达设定点信号772。马达设定点信号772(当使用多个马达时，每个马达的马达设定点信号)可提供给马达控制器708a-708e、758。马达控制器708a-708e、758可包括一个或多个电路，这些电路被配置成能够向马达704a-704e、754提供马达驱动信号774，以驱动马达704a-704e、754，如本文所述。在一些示例中，马达704a-704e、754可为有刷DC电动马达。例如，马达704a-704e、754的速度可与马达驱动信号774成比例。在一些示例中，马达704a-704e、754可为无刷DC电动马达，并且马达驱动信号774可包括提供给马达704a-704e、754的一个或多个定子绕组的PWM信号。而且，在一些示例中，可省略马达控制器708a-708e、758，并且控制电路710、760可直接生成马达驱动信号774。
马达704a-704e、电池、超级电容器或任何其他合适的能量源。马达704a-704e、754可经由传动装置706a-706e、756机械地联接到套管针、刀764或砧座716、766。传动装置706a-706e、756可包括一个或多个齿轮或其他连杆部件，以将马达704a-704e、754联接到套管针、刀764或砧座716、766。位置传感器734、784可感测套管针、刀714、764或砧座716、766的位置。位置传感器734、784可为或包括能够生成指示套管针、刀764或砧座716、766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、784可包括编码器，该编码器被配置成能够在套管针、刀764或砧座716、766朝远侧和朝近侧平移时向控制电路710、760提供一系列脉冲。控制电路710、760可跟踪脉冲以确定套管针、刀714、764或砧座716、766的位置。可使用其他合适的位置传感器，包括例如接近传感器。其他类型的位置传感器可提供指示套管针、刀764或砧座716、766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、784。在马达704a-704e、754是步进马达的情况下，控制电路710、760可通过汇总马达704a-704e、754已被指示执行的步骤的数量和方向来跟踪套管针、刀714、764或砧座716、766的位置。位置传感器734、784可位于端部执行器702、752、792中或器械的任何其他部分处。
控制电路710、760可与一个或多个传感器738、788通信。传感器738、788可定位在端部执行器702、752、792上并且适于与外科器械700、750、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738、788可包括例如磁性传感器、磁场传感器、应变仪、压力传感器、力传感器、电感式传感器(诸如涡流传感器)、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或用于测量端部执行器702、752、792的一个或多个参数的任何其他合适的传感器。传感器738、788可包括一个或多个传感器。
一个或多个传感器738、788可包括应变仪诸如微应变仪，该应变仪被配置成能够在夹持条件期间测量砧座716、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738、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716、766和钉仓718、768之间的压缩组织的存在所生成的压力。传感器738、788可被配置成能够检测位于砧座716、766与钉仓718、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738、788可被配置成能够测量由闭合驱动系统施加在砧座716、766上的力。例如，一个或多个传感器738、788可位于闭合管和砧座716、766之间的交互点处，以检测由闭合管施加到砧座716、766的闭合力。施加在砧座716、766上的力可表示在砧座716、766和钉仓738、768之间捕获的组织区段所经历的组织压缩。一个或多个传感器738、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716、766的闭合力。一个或多个传感器738、788可在夹持操作期间由控制电路710、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716、766的闭合力。
电流传感器736、786可以用于测量由马达704a-704e、754消耗的电流。推进套管针、刀714、764或砧座716、766所需的力对应于由马达704a-704e、754消耗的电流。将力转换成数字信号并提供给控制电路710、760。
参考图23，当RF仓796代替钉仓768被装载在端部执行器792中时，RF能量源794联接到端部执行器792并且被施加到RF仓796。控制电路760控制RF能量到RF仓796的递送。
外科器械790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1至图14中所示。外科器械790可为机动化圆形缝合器械201800(图24至图30)、201502(图31至图32)、201532(图34至图35)、201610(图36至图40)。
附加细节公开于2017年6月28日提交标题为“SURGICAL SYSTEM COUPLABLE WITHSTAPLE CARTRIDGE AND RADIO FREQUENCY CARTRIDGE,AND METHOD OF USING SAME”的美国专利申请序列号15/636,096，该专利全文以引用方式并入本文。
机动化圆形缝合外科器械
在一些情况下，可能期望提供对圆形缝合器械的机动化控制。下面的示例仅包括圆形缝合器械的例示性型式，其中可以使用单个马达经由单个旋转驱动器来控制对组织的夹持以及切割/缝合。图24示出了示例性机动化圆形缝合器械201800。该示例的器械201800包括缝合头部组件201802、砧座201804、轴组件201806、柄部组件201808和旋钮201812。缝合头部组件201802与砧座201804选择性地联接。缝合头部组件201802能够操作以将组织夹持在砧座201804的钉凹坑与钉成形凹坑之间。缝合头部组件201802包括圆柱形刀，该圆柱形刀能够操作以切断捕获在缝合头部组件201802与砧座201804之间的组织。缝合头部组件201802驱动钉穿过捕获在缝合头部组件201802与砧座201804之间的组织。缝合器械201800可用于在患者的胃肠道内或其他地方形成安全的缝合(例如，端对端缝合)。外部管状构件201810联接到致动器柄部组件201808。外部管状构件201810在缝合头部组件201802与柄部组件201808之间提供机械接地。
缝合头部组件201802能够操作以响应于经由轴组件201806传送的单个旋转输入而全部夹持组织、切断组织和缝合组织。因此，尽管缝合头部组件201802可包括平移离合器特征部，但是对于缝合头部组件201802，不需要线性平移通过轴组件201806的致动输入。仅以举例的方式，缝合头部组件201802的至少一部分可根据标题为“Motor Driven RotaryInput Circular Stapler with Modular End Effector”的美国专利申请号13/716,318的教导内容中的至少一些来构造，该专利申请于2012年12月17日提交并于2014年6月19日公开为美国专利公布号2014/0166728，其公开内容以引用方式并入本文。参考本文的教导内容，缝合头部组件201802的其他合适构型对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。
轴组件201806将柄部组件201808与缝合头部组件201802联接。轴组件201806包括单个致动特征部，如图25所示的旋转驱动器致动器201814。驱动器致动器201814能够操作以驱动缝合头部组件201802夹持组织、切断组织和缝合组织。因此，尽管旋转驱动器致动器201814可纵向平移以在组织夹持模式与组织切割/缝合模式之间转换，但是不需要通过轴组件201806的线性致动。例如，驱动器致动器201814可从第一纵向位置平移到第二纵向位置，在第一纵向位置中，驱动器致动器201814的旋转提供在缝合头部组件201802处的组织夹持，在第二纵向位置中，驱动器致动器210814的旋转提供在缝合头部组件201802处的组织切割和缝合。轴组件201806的一些型式可包括一个或多个柔性区段。在标题为“MotorDriven Rotary Input Circular Stapler with Lockable Flexible Shaft”的美国专利申请号13/716,323中公开了被构造具有柔性区段并且可被结合到轴组件201806中的轴组件的示例，该专利申请于2012年12月17日提交并于2014年6月19日公开为美国专利公布号2014/0166718，其公开内容以引用方式并入本文。另选地，轴组件201806可沿轴组件201806的长度为刚性的，或者具有以某种其他方式构造的一个或多个柔性区段。
柄部组件201808在图25至图27中示出。柄部组件201808包括柄部外壳201816、马达外壳201818、马达201820、电池201822、旋钮201812和击发环201826。马达外壳201818定位在柄部外壳201816内。柄部外壳201816包括向内延伸到柄部外壳201816中以支撑马达外壳201818的肋(201827、201828、201830、201832)，如图26所示。电池201822定位在马达外壳201818内的马达201820的近侧。电池201822可从马达外壳201818中取出以进行更换、丢弃或再充电。如在图27中最佳可见，电池201822包括从电池201822朝远侧延伸的电触点201834、201836。马达201820包括从马达201820朝近侧延伸的电触点201838、201840。电池电触点201836和马达电触点201840经由导电金属带201842联接。螺钉201844将带201842联接到马达外壳201818，以相对于马达外壳201818固定带201842的位置。因此，带201842被构造成能够将电池电触点201836和马达电触点201840恒定地联接。
如图27所示，电池电触点201846联接到导电金属带201848。金属带201848经由导电螺钉201854固定到马达外壳201818。马达电触点201838联接到导电金属带201852。金属带201852经由导电螺钉201850固定到马达外壳201818。马达外壳201818由电绝缘材料(例如，塑料)形成，并且包括包在马达外壳201818周围的环形触点201856、201858。螺钉201850、201854各自与相应的环形触点201856、201858联接，以将电池电触点201834和马达电触点201838分别电联接到环形触点201856、201858。
另一个导电金属带201860固定到柄部外壳201816。金属带201860的每个端部形成相应的弹簧触点201862、201864。马达外壳201818相对于柄部外壳201816朝近侧和/或朝远侧平移，以选择性地将弹簧触点201862、201864与环形触点201856、201858联接和/或脱离。具体地讲，当马达外壳201818处于远侧位置时，弹簧触点201862接合环形触点201856，并且弹簧触点201864接合环形触点201858，以将电池201822与马达201820联接并且向马达201820供应功率。应当理解，由于弹簧触点201862、201864是同一导电金属带201860的一部分，并且由于触点201836、201840已经经由带201866联接，因此弹簧触点201862、201864与环形触点201856、201858之间的接合完成了电池201822与马达201820之间的电路。该定位用于提供缝合头部组件201802的电动致动。当马达外壳201818处于近侧位置时，弹簧触点201862、201864与环形触点201856、201858解耦，使得电池201822与马达201820解耦，并且马达201820不接收功率。该定位用于提供缝合头部组件201802的手动致动。环形触点201856、201858的环形形状使得弹簧触点201862、201864与环形触点201856、201858之间能够适当地接触，而不管马达外壳201818在柄部外壳201816内的角位置如何。在一些型式中，带201860可包括与外部开关联接的断口，使得用户可致动外部开关，以便在马达外壳201818处于远侧位置之后完成电池201822与马达201820之间的联接。
马达外壳201818的近侧端部牢固地固定到旋钮201812，如图25所示。在一个方面，旋钮201812可联接到马达以旋转旋钮201812。旋钮201812从柄部外壳201816朝近侧突出，并且包括从旋钮201812朝远侧延伸的花键201868。柄部外壳201816包括对应的齿201870以选择性地接合花键201868。旋钮201812被拉动和/或推动以将马达外壳201818在柄部外壳201816内平移。当旋钮201812处于近侧位置时，花键201868与柄部外壳201816脱离接合，使得旋钮201812和马达外壳201818相对于柄部外壳201816自由旋转。该定位用于提供缝合头部组件201802的手动致动。当旋钮201812处于远侧位置时，花键201868接合柄部外壳201816中的对应的齿201870以锁定旋钮201812和马达外壳201818，使得它们不能相对于柄部外壳201816旋转。因此，花键201868和齿201870为马达外壳201818提供相对于柄部外壳201816的机械接地。该定位用于提供缝合头部组件201802的机动化致动，如将在下面更详细地描述的。旋钮201812被柄部外壳201816中的弹性构件201872偏压到远侧位置。具体地讲，弹性构件201872从柄部外壳201816的肋201828朝远侧延伸到第一齿轮201874，该第一齿轮一体地固定到马达外壳201818的远侧端部。当旋钮201812处于近侧位置时，弹性构件201872在第一齿轮201874与肋201828之间压缩以将柄部外壳201816弹性地偏压到远侧位置。
操作模式选择组件定位在柄部外壳201816内马达外壳201818的远侧。如图28A至图28B所示，操作模式选择组件包括第一齿轮201874和第二齿轮201878，其中第一齿轮201874围绕第二齿轮201878以同轴且能够滑动的方式设置。第一齿轮201874包括围绕第一齿轮201874的内部开口对准的方齿。方齿限定周向间隔开的凹槽阵列。第二齿轮201878包括轴201880、花键201876和环形凸缘201882，如图28A至图28B所示。轴201880具有存在于远侧的开口。存在于远侧的开口是六边形的，以接纳驱动器致动器201814的同样是六边形的近侧端部201896(图25)。轴201880还具有半圆形的存在于近侧的开口(未示出)，以补充并接纳从马达201820朝远侧延伸的驱动轴201886。轴201896、201886的其他合适的形状和构型可用于将第二齿轮201878与轴201896、201886联接。
如图28A所示，第二齿轮201878的花键201876定位在轴201880的近侧端部上并朝远侧延伸。花键201876对应于第一齿轮201874的齿，使得花键201876被构造成能够装配在限定于齿之间的凹槽内。一对环形凸缘201882定位在轴201880的远侧端部处并且向外延伸以接合柄部外壳201816的向内延伸的环形肋201884，从而将第二齿轮201878的纵向位置固定在柄部外壳201816内。虽然环形肋201884将第二齿轮201878的纵向位置固定在柄部外壳2001816内，但是环形肋201884仍允许第二齿轮201878相对于柄部外壳201816旋转。基于本文的教导内容，用于纵向固定第二齿轮201878的其他合适的接合特征部对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。
第一齿轮201874围绕第二齿轮201878定位，如图28A至图28B所示。第一齿轮201874固定地联接到马达外壳201818的远侧端部，使得第一齿轮201874与马达外壳201818一起平移并一体地旋转。当马达外壳201818处于近侧位置时，如图28B所示，马达201820和第一齿轮201874也处于近侧位置。在该位置，马达201820的驱动轴201886与第二齿轮201878脱离接合，并且第一齿轮201874的齿接合第二齿轮201878的花键。因此，当旋钮201812旋转时，马达外壳201818和第一齿轮201874也旋转。该定位由此提供了缝合头部组件201802的手动致动。在第一齿轮2018784的齿与花键201876接合的情况下，旋钮201812从而使第二齿轮201878相对于马达外壳201818旋转。当马达外壳201818处于远侧位置时，如图28A所示，马达201820和第一齿轮291874也处于远侧位置。马达201820经由轴201886、201880与第二齿轮201878接合。第一齿轮201874在第二齿轮201878的轴201880的上方滑动以使花键201876脱离接合。因此，马达201820的驱动轴201886的旋转从而使第二齿轮201878旋转。该定位由此提供了缝合头部组件201802的机动化致动。换句话说，当旋钮201812和马达外壳201818处于如图28A所示的远侧位置时，马达201820使第二齿轮201878旋转。当旋钮201812和马达外壳201818处于如图28B所示的近侧位置时，旋钮201812使第二齿轮201878旋转。
重新参考图25至图26，第二齿轮201878的远侧端部联接到驱动器致动器201814，使得第二齿轮201878的旋转使驱动器致动器201814旋转。因此，当第二齿轮201878旋转时，驱动器致动器201814旋转以调整砧座201804与缝合头部组件201802之间的间隙距离d。柄部外壳201816还包括击发环201826和联接构件201890。联接构件201890固定在驱动器致动器201814的凹槽201892周围，如图25所示。因此，联接构件201890与驱动器致动器201814一起平移，但是驱动器致动器201814在联接构件201890内自由旋转。联接构件201890包括向外延伸的突出部，这些突出部将联接构件201890连接到击发环201826。联接构件201890的突出部延伸穿过外壳组件201816的狭槽201894，如图25所示。狭槽201894围绕柄部组件201816的一部分周向延伸。击发环201826包在柄部外壳201816周围，并且能够相对于柄部外壳201816旋转和平移，以手动地驱动联接构件201890的突出部穿过狭槽201894。
当击发环201826处于远侧位置时，联接构件201890的突出部定位在柄部外壳201816的狭槽201894内。当联接构件201890定位在狭槽201894内时，联接构件201890将驱动器致动器201814与缝合头部组件201802中的特征部联接，这些特征部能够操作以调整砧座201804与缝合头部组件201802之间的间隙距离d。例如，如果联接构件201890在狭槽201894内顺时针旋转，则间隙距离d减小以相对于缝合头部组件201802闭合砧座201804。如果联接构件201890在狭槽201894内逆时针旋转，则间隙距离d增加以相对于缝合头部组件201802打开砧座201804。弹性构件201888定位在联接构件201890的近侧以朝远侧偏压联接构件201890(图25)。击发环201826的联接构件201890然后可朝近侧平移通过狭槽。当击发环201826处于近侧位置时，联接构件201890的突出部定位在狭槽内。当联接构件201890定位在狭槽内时，联接构件201890将驱动器致动器201814与缝合头部组件201802中的特征部联接，这些特征部响应于驱动器致动器201814的旋转来驱动刀和钉。例如，如果联接构件201890在狭槽内顺时针旋转，则缝合头部组件201802驱动刀和钉。狭槽的构型防止联接构件201890逆时针旋转。参考本文的教导内容，其他合适的联接构件201890旋转构型对于普通技术人员而言将是显而易见的。
如图26所示，开关201898定位在柄部外壳201816中以与联接构件201890对准。当选择机动化操作模式时，开关201898被构造成能够在开关201898被按下时将马达201820和电池201822电耦合，并且开关201898被构造成能够在开关201898未被按下时将马达201820和电池201822电解耦。联接构件201890被构造成能够在联接构件201890旋转时接合并按下开关201898。
现在参考图29A至图29C，在本示例中，器械201800包括闭合系统和击发系统。闭合系统包括套管针201904、套管针致动器201906和旋钮201812(图24)。如先前所讨论的，旋钮201812可联接到马达以沿顺时针或逆时针方向旋转旋钮201812。砧座201804可联接到套管针201904的远侧端部。旋钮201812能够操作以相对于缝合头部组件201802纵向平移套管针201904，从而当砧座201804联接到套管针201904时平移砧座201804以夹持砧座201804与缝合头部组件201804之间的组织。击发系统包括触发器、触发器致动组件、驱动器致动器201908和钉驱动器201910。钉驱动器201910包括被构造成能够在纵向驱动钉驱动器201910时切断组织的切割元件，诸如刀201912。此外，钉201902定位在钉驱动器201910的多个钉驱动构件201914的远侧，使得当钉驱动器201910被纵向地致动时钉驱动器201910还朝远侧驱动钉201902。因此，当钉驱动器201910经由驱动器致动器201908被致动时，刀201912的构件201914基本上同时切断组织201916并且相对于缝合头部组件201802朝远侧驱动钉201902进入组织。现在将更详细地描述闭合系统和击发系统的部件和功能。
如图29A至图29C所示，砧座201804能够选择性地联接到器械201800以提供这样的表面：钉201902可抵靠该表面而弯曲以缝合容纳在缝合头部组件201802与砧座201804之间的材料。本示例的砧座201804能够选择性地联接到相对于缝合头部组件201802朝远侧延伸的套管针或尖杆201904。参见图29A至图29C，砧座201804能够经由砧座201904的近侧轴201918的联接件来选择性地联接到套管针201904的远侧末端。砧座201804包括大致圆形的砧座头部201920以及从砧座头部201920朝近侧延伸的近侧轴201918。在示出的示例中，近侧轴201918包括管状构件201922，该管状构件具有弹性偏压保持夹201924以选择性地将砧座201804联接到套管针201904，虽然这仅为可选的，但是应当理解还可使用其他用于将砧座201804联接到套管针201904的保持特征结构。例如，可使用C形夹、夹钳、手术线、销、粘合剂等将砧座201804联接到套管针201904。此外，虽然砧座201804被描述为可选择性地联接到套管针201904，但是在一些形式中，近侧轴201918可包括单向联接特征结构，从而使得砧座201804一旦附接，砧座201804便无法从套管针201904移除。以举例的方式，单向特征结构包括倒钩、单向按扣、筒夹、箍、突片、束带等等。当然，参考本文的教导内容，用于将砧座201804联接到套管针201904的另一些其他构型对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。例如，套管针201904可替换为中空轴，并且近侧轴201918可包括能够插入到中空轴中的尖锐杆。
本示例的砧座头部201920包括形成于砧座头部201920的近侧面201940中的多个钉成形凹坑201936。因此，如图29C所示，当砧座201804处于闭合位置并且钉201902被驱动离开缝合头部组件201802进入钉成形凹坑201936中时，钉201902的腿部201938被弯曲以形成完整的钉。
在砧座201804作为独立部件的情况下，应当理解，砧座201804在联接到缝合头部组件201802之前可被插入并固定到组织201916的一部分。仅以举例的方式，砧座201804可被插入组织201916的第一管状部分中并固定到该组织的第一管状部分，而器械201800被插入组织201916的第二管状部分中并固定到该组织的第二管状部分。例如，组织201916的第一管状部分可被缝合到砧座201804的一部分或围绕砧座的一部分缝合，并且组织201916的第二管状部分可被缝合到套管针201904或围绕套管针缝合。
如图29A所示，砧座201804然后联接到套管针201904。本示例的套管针201904以最远侧致动位置示出。套管针201904的这种延伸位置可在砧座201804的附接之前提供组织201916可联接的更大的区域。此外，套管针20190400的延伸位置还可提供砧座201804到套管针201904的更容易的附接。套管针201904还包括渐缩的远侧末端。此末端可能够刺穿组织和/或有助于砧座201804插入套管针201904上，但渐缩的远侧末端仅为可选的。例如，在其他型式中，套管针201904可具有钝的末端。除此之外或作为另外一种选择，套管针201904可包括磁性部分(未示出)，该磁性部分可吸引砧座201804朝向套管针201904。当然，参考本文的教导内容，砧座201804和套管针201904的另一些其他构型和布置方式对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。
当砧座201804联接到套管针201904时，砧座201804的近侧面与缝合头部组件201802的远侧面之间的距离被限定为间隙距离d。本示例的套管针201904能够经由位于致动器柄部组件201808(图24)近侧端部的调节旋钮201812(图24)相对于缝合头部组件201802纵向平移，这将在下文更详细地进行描述。因此，当砧座201804联接到套管针201904时，调节旋钮201812的旋转通过相对于缝合头部组件201802致动砧座201804来扩大或减小间隙距离d。例如，如图29A至图29B依次所示，砧座201804被示为相对于致动器柄部组件201808从初始打开位置朝近侧致动到闭合位置，从而减小间隙距离d以及待接合的组织201916的两部分之间的距离。如图29C所示，一旦间隙距离d进入预定的范围之内，缝合头部组件201802便可被击发以缝合和切断砧座201804与缝合头部组件201802之间的组织201916。缝合头部组件201802能够操作以由致动器柄部组件201808的触发器缝合和切断组织201916，如将在下文更详细地描述。
仍然参考图29A至图29C，用户围绕管状构件201944缝合组织201916的一部分，从而使得砧座头部201920位于待缝合的组织201916的一部分内。当组织201916附接到砧座201804时，保持夹201924和管状构件201922的一部分从组织201916突出，使得用户可将砧座201804联接到套管针201904。在组织201916联接到套管针201904和/或缝合头部组件201802的另一部分的情况下，用户将砧座201804附接到套管针201904并朝缝合头部组件201802朝近侧致动砧座201804以减小间隙距离d。一旦器械201800在操作范围内，则用户然后将组织201916的端部缝合在一起，从而形成组织201916的基本上连续的管状部分。
本示例的缝合头部组件201802联接到轴组件201806的远侧端部，并且包括容纳可滑动钉驱动器201910的管状壳体201926和容纳在钉凹坑201928内的多个钉201902。本示例的轴组件201806包括外部管状构件201942和驱动器致动器201908。钉201902和钉凹坑201928围绕管状壳体201926而被设置成圆形排列。在本示例中，钉201902和钉凹坑201928被设置成一对同心环形排的钉201902和钉凹坑201928。钉驱动器201910能够操作以响应于致动器柄部组件201808的旋转而在管状壳体201926内纵向致动(图24)。如图29A至图29C所示，钉驱动器201910包括扩口圆柱形构件，该扩口圆柱形构件具有套管针开口201930、中央凹槽201932以及围绕中央凹槽201932周向设置的多个构件201914，并且相对于轴组件201806朝远侧延伸。每个构件201914被构造成能够接触和接合钉凹坑201928内的多个钉201902的对应钉201902。因此，当钉驱动器201910相对于致动器柄部组件201808朝远侧致动时，每个构件201914驱动对应钉201902穿过形成于管状壳体201926的远侧端部中的钉孔201934离开其钉凹坑201928。因为每个构件201914从钉驱动器201910延伸，所以多个钉201902基本上同时被驱动离开缝合头部组件201802。当砧座201804处于闭合位置时，钉201902被驱动到钉成形凹坑201936中以弯曲钉201902的腿部201938，从而缝合位于砧座201804与缝合头部组件201808之间的材料。图30以举例的方式描绘了由构件201914驱动到砧座201804的钉成形凹坑201928中以弯曲腿部201938的钉201902。
可以使用结合图16至图23描述的任何控制电路来控制本文参考图24至图30描述的机动化圆形缝合器械201800、201502、201532、201610。例如，参考图16描述的控制系统470。此外，如结合图1至图15所描述的，机动化圆形缝合器械201800、201502、201532、201610可在集线器与云环境中使用。
圆形缝合器控制算法
在多个方面，本公开提供了一种电动缝合装置，该电动缝合装置被配置成能够具有圆形缝合器控制算法，以基于击发或夹持的至少一个感测参数来调节该装置的切割构件的力、推进速度和总行程。在另一方面，该装置的切割构件能够独立于击发和闭合两者而致动。在另一方面，感测到的参数可以是最终组织间隙、在闭合期间的力、组织蠕变稳定性或在击发期间的力。但在其他方面，刀致动装置能够以负载控制或行程控制在有对控制参数的可调节限制的情况下运行。最大作用力以及总体总行程范围均可调节。受控参数可能对非受控功能具有次要限制。在另一方面，切割构件的推进速率能够基于切割开始时装置的状态调节到预定速率。
切割参数的调节
在一个方面，电动缝合装置被配置成能够基于击发或夹持的至少一个感测参数来调节该装置的切割构件的力、推进速度和总行程。在一个方面，该装置的切割构件能够独立于击发和闭合两者而致动。在另一方面，感测参数包括最终组织间隙、在闭合期间的力、组织蠕变稳定性或在击发期间的力。在一个方面，刀致动装置被配置成能够以负载控制或行程控制在有对控制参数的可调节限制的情况下运行。例如，最大作用力和总体总行程范围均可调节。受控参数可能对非受控功能具有次要限制。在一个方面，切割构件的推进速率能够基于切割开始时装置的状态调节到预定速率。
基于感测到的附接的闭合速率或方向的调节
在多个方面，圆形缝合器的闭合速率或方向或它们的组合可以基于相对于砧座的完全附接状态的感测到的附接来调节。在一个方面，本公开提供了一种数字化的圆形缝合器算法，用于确定在套管针的关键位置处的砧座的闭合速率的变化，以确保砧座在套管针上的正确座置。图31为根据本公开的至少一个方面的电动缝合装置201502的图201500和曲线图201504，该曲线图示出了电动缝合装置201502的砧座201514部分在沿套管针201510的回缩行程的某些关键点处的闭合速率调节。电动缝合装置201502类似于本文参考图24至图30所描述的机动化圆形缝合器械201800，可以使用结合图16至图23所描述的任何控制电路来控制，并且可以如结合图1至图15所描述的在集线器和云环境中使用。砧座201514包括砧座头部201515和砧座柄部201517。套管针201510可以沿箭头201516指示的方向推进和回缩。在一个方面，如果套管针201510在边缘附接但未完全附接到砧座201514，则砧座210514的闭合速率可以在沿套管针201510的回缩行程的某些关键点处调节，以改善砧座201514在套管针201510上的最终座置。
在图31的左侧示出的电动缝合装置201502包括圆形缝合头部组件201506，该圆形缝合头部组件具有座环201508，该座环接纳穿过其的套管针201510。套管针201510经由锁定特征部201512接合砧座201514。套管针210510能够沿箭头201516指示的方向运动，例如推进和回缩。当圆形缝合头部组件201506被朝向砧座201514驱动时，切割元件诸如刀201519切断组织。在一个方面，如果套管针210510在边缘附接但未完全附接到砧座201514，则砧座201514的闭合速率可以在沿砧座201510的回缩行程的某些关键点处调节，以便例如改善砧座201514在套管针201510上的最终座置。因此，砧座201514的闭合速率可以在关键位置处变化以确保正确座置。如先前参考图24至图30所描述的，当套管针210510由联接到马达的套管针致动器推进或回缩时，该套管针的位置或位移可以通过沿套管针210510的位移路径设置的多个接近传感器来检测。在一些方面，套管针210510的位置或位移可以使用跟踪系统480(图16)或位置传感器734、784(图21、图23)来跟踪。
在图31的右侧，曲线图201504示出了根据本公开的至少一个方面的作为套管针201510的位置的函数的砧座201514在某些关键点处的闭合速率，沿竖直轴线标记为“δ套管针”，并且沿水平轴线标记为“V闭合mm/s”。砧座201514闭合速率速度分布曲线201505被绘制为套管针201510的位置的函数。砧座201514的闭合速率可以在第一区域201518处减慢以确保套管针210510正确地附接到砧座201514，在闭合期间在第二区域201520处较快，在第三区域201522处再次减慢以验证附接，然后在施加高闭合负载期间在第四区域201524中甚至更慢。
如果在边缘附接但未完全附接，则在沿套管针201510回缩行程的某些关键点处的砧座201514闭合速率调节可改善砧座201514在套管针201510上的最终座置。在套管针201510位置δ0处，砧座201514处于完全打开位置201521，并且在套管针201510位置δ4处，砧座201514处于完全闭合位置201523。在套管针201510完全打开位置201521δ0与完全闭合位置δ4之间，砧座201514的闭合速率基于套管针201510的位置来调节。例如，在第一区域201518处，当套管针201510从完全打开位置201521δ0运动到第一套管针201510位置δ1时，砧座201514的闭合速率减慢(在0mm/s-2mm/s之间)，以确保砧座201514正确地附接到套管针201510。在第二区域201520处，当套管针201510从δ1运动到δ2时，砧座201514以恒定快速闭合速率(3mm/s)闭合。当套管针201510从δ2运动到δ3位置时，在第三区域201522中，砧座201514的闭合速率减慢，以验证砧座201514完全附接到套管针201510。最后，当套管针201510从δ3运动到δ4位置时，在第四区域201524中，砧座201514的闭合速率在高闭合负载期间再次减慢。
图32为处于闭合构型(例如，朝向砧座201514推进的圆形缝合头部组件201506)的图31中所示的电动缝合装置201502的剖视图。如图32所示，圆形缝合头部组件201506和套管针201510被示出为处于推进构型，以抓持限定在砧座201514与圆形缝合头部组件201506之间的组织间隙210511中的组织。如本文所述，套管针201510可以由联接到例如套管针致动器的马达推进或回缩，如先前参考图24至图30所述。使用刀201519来切断捕获在砧座201514与套管针201510之间的组织。刀201519联接到马达，该马达被配置成能够使刀201519推进和回缩。使用控制电路来控制马达并控制套管针201510或刀201519或它们的组合的推进/回缩速率。
图33为根据本公开的至少一个方面的过程201700的逻辑流程图，该过程描绘了用于调节电动缝合装置201502的砧座201514部分在沿套管针201510的回缩行程的某些关键点处的闭合速率的控制程序或逻辑配置。该过程201700可利用参考图16至图23描述的任何控制电路来实现。该过程201700可在例如参考图1至图15描述的集线器或云计算环境中实现。
具体地讲，现在将参考图22的控制电路760描述图33中描绘的过程201700。控制电路760基于从位置传感器784接收的信息来确定201702套管针201510的位置。另选地，可以基于从传感器788或定时器/计数器781电路或它们的组合接收的信息来确定套管针201510的位置。根据本公开的至少一个方面，基于套管针201510的位置，控制电路760控制作为套管针201510的位置的函数的砧座201514在某些关键点处的闭合速率(V闭合mm/s)。因此，当套管针201510的位置位于砧座201514附接到套管针201510的第一区域201518中时，过程201700沿着是(Y)分支继续，并且控制电路760将砧座201514的闭合速率设置201704为缓慢，以确保套管针210510正确地附接到砧座201514。否则，过程201700沿着否(N)分支继续。当套管针201510的位置位于被称为快速总闭合区域的第二区域201520中时，过程201700沿着是(Y)分支继续，并且控制电路760将砧座201514的闭合速率设置201706为快速，以快速闭合砧座201514。否则，过程201700沿着否(N)分支继续。当套管针201510的位置位于被称为验证区域的第三区域201522中时，过程沿着是(Y)分支继续，并且控制电路760将砧座201514的闭合速率设置201708为缓慢，以验证砧座201514完全附接到套管针201510。否则，过程201700沿着否(N)分支继续。当套管针201510的位置位于被称为高闭合负载区域的第四区域201524中时，过程201700沿着是(Y)分支继续，并且在施加高闭合负载期间，控制电路760将砧座201514的闭合速率设置201710为比先前的验证区域201522慢的速率。一旦砧座201514完全闭合套管针201510以捕获它们之间的组织，控制电路760就致动刀201519切断组织。
在一个方面，本公开提供了一种数字化的圆形缝合器自适应算法，用于确定套管针上的多方向座置运动，以将砧座驱动到正确的位置。图34为根据本公开的至少一个方面的电动缝合装置201532的图201530和曲线图201534，该曲线图示出了对套管针201540和砧座201544的闭合速率的检测。电动缝合装置201532类似于本文参考图24至图30所描述的机动化圆形缝合器械201800，可以使用结合图16至图23所描述的任何控制电路来控制，并且可以如结合图1至图15所描述的在集线器和云环境中使用。砧座201544包括砧座头部201545和砧座柄部201547。套管针201540可以沿箭头201546指示的方向推进和回缩。在一个方面，如果检测到砧座柄部201547从套管针201540拉动松开，则电动缝合装置210530可以停止回缩或反转和朝向打开位置201541推进，直到解决砧座201544座置的不稳定性问题。如果砧座201544被完全拉下，则电动缝合装置210530可以完全打开201541，从而向用户指示尝试将砧座柄部201547重新附接到套管针201540。
在图34的左侧示出的电动缝合装置201532包括圆形缝合头部组件201536，该圆形缝合头部组件具有座环201538，该座环接纳穿过其的套管针201540。套管针201540经由锁定特征部201542接合砧座201544。套管针210540能够沿箭头201546指示的方向运动，例如推进和回缩。当圆形缝合头部组件201536被朝向砧座201544驱动时，切割元件诸如刀201548切断组织。
在一个方面，可以检测套管针201540和砧座201544的闭合速率，并且这两个部件的闭合速率之间的任何差异都可以产生套管针201540的自动伸展和然后套管针201540的回缩，以便砧座201544完全座置在套管针201540上。在一个方面，套管针201540与砧座201544的闭合速率之间的任何差异都可以提供到控制电路或处理器，以操作联接到套管针201540的马达产生套管针201540的自动伸展和然后的重新回缩，以便砧座201544完全座置在套管针201540上。如果检测到砧座柄部201547从套管针201540拉动松开，则智能电动缝合装置201532可以停止回缩或甚至反转和朝向打开位置推进，直到解决座置砧座201544的不稳定性问题。如果砧座201544被完全拉下，则它可以甚至完全打开，从而向用户指示尝试将砧座柄部201547重新附接到套管针201540。如图34所示，控制算法可以被配置成能够在感测到砧座201544分离后，将套管针201540朝向打开位置201541延伸回，以使砧座201544复位，然后重新验证砧座201544的附接，并在确认砧座201544附接后照常进行。
因此，该系统可以被配置成能够在套管针201540上进行多方向座置运动，以将砧座201544驱动到正确的位置中。例如，如果检测到砧座柄部201547从套管针201540拉动松开，则智能电动缝合装置201530可被配置成能够停止回缩或甚至反转和朝向打开位置推进，直到解决座置砧座201544的不稳定性问题。如果砧座201544被完全拉下，则智能电动缝合装置201532可甚至被配置成能够完全打开，从而向用户指示尝试将砧座柄部201547重新附接到套管针201540。
在图34的右侧，曲线图201534示出了根据本公开的至少一个方面的作为时间的函数的套管针201510在某些关键点处的位置，沿竖直轴线标记为“δ套管针”，并且沿水平轴线标记为“t”。套管针201540位置分布曲线201549被绘制为时间(t)的函数。参考套管针201540位置分布曲线201549，套管针201540在第一时间段201556内以快速闭合速率从完全打开位置201541朝向完全闭合位置201543运动。在第二时间段201558期间，套管针201540以缓慢速率运动到砧座锁定特征部201542接合座环201538的验证区域201547中，以验证砧座锁定特征部201542已正确地接合座环201538。在例示的示例中，在时间201552处感测到砧座201544分离开始。在第三时间段201560内，在感测到砧座201544分离后，套管针201540朝向打开位置推进并返回。然后，套管针201540在第四时间段201562期间缓慢运动，直到确认或验证在时间201554处砧座201544附接到套管针201540。此后，套管针201540在第五时间段201564期间在高组织负载的作用下非常缓慢地朝向闭合位置201543运动，然后推进刀201548以切断捕获在砧座201544与圆形缝合头部组件201536之间的组织。
图35为根据本公开的至少一个方面的过程201720的逻辑流程图，该过程描绘了用于检测套管针201540上的多方向座置运动以将砧座201544驱动到正确的位置中的控制程序或逻辑配置。该过程201720可利用本文参考图16至图23描述的任何控制电路来实现。该过程201720可在例如参考图1至图15描述的集线器或云计算环境中实现。
具体地讲，现在将参考图22的控制电路760描述图35中描绘的过程201720。控制电路760基于从位置传感器784接收的信息来确定201722套管针201540的闭合速率。探后，控制电路760基于从位置传感器784接收的信息来确定201724砧座201544的闭合速率。另选地，可以基于从传感器788或定时器/计数器781电路或它们的组合接收的信息来确定套管针201540或砧座201544的闭合速率。控制电路760将207126套管针201540和砧座201544的闭合速率进行比较。当套管针201540与砧座201544的闭合速率之间没有差异时，过程201720沿着否(N)分支继续并循环，直到套管针201540与砧座201544的闭合速率之间有差异。当套管针201540与砧座201544的闭合速率之间有差异时，过程201720沿着是(Y)分支继续，并且控制电路760使套管针201540延伸和回缩207128以将砧座201544复位。随后，过程201720验证201130套管针201540和砧座201544的附接。如果验证了附接，则过程201720沿着是(Y)分支继续，并且控制电路760在组织负载的作用下使套管针201540的闭合速率减慢207132。如果未验证附接，则过程201720沿着否(N)分支继续并循环，直到验证套管针201540附接到砧座201544。一旦砧座201544完全闭合在套管针201540上以捕获该砧座和该套管针之间的组织，控制电路760就致动刀201548切断组织。
基于组织参数的刀速度/终点的调节
在多个方面，圆形缝合器的刀速度和终点可以基于感测到的砧座与仓之间的组织的韧性或厚度来调节。因此，圆形缝合器控制算法可被配置成能够检测组织间隙和击发力以调节刀的行程和速度。在一个方面，根据本公开的至少一个方面，本公开提供了一种数字化的圆形缝合器自适应算法，用于检测组织间隙和击发力以调节刀行程和刀速度。
一般来讲，图36至图38根据本公开的至少一个方面表示圆形电动缝合装置201610和一系列曲线图，这些曲线图描绘了夹具相对于砧座201612的位置(δ砧座)的闭合力(FTC)和相对于刀201616的位置(δ刀)的刀201616速度(VK)和刀201616力(FK)。使用在沿着柄部201621的长度的不同点处的感测到的数据，控制算法可以生成砧座201612的组织间隙或反作用力矢量的图，从而监测在组织上压缩时的高侧或低侧。当击发时，系统测量作用在包括力传感器的压缩元件201620上的力，并调节以沿着柄部的力矢量均匀作用，从而提供均匀且完整的切割。
具体地讲，图36为根据本公开的至少一个方面的圆形电动缝合装置201610的局部示意图，在左侧示出了砧座201612闭合，并在右侧示出了刀201616致动。圆形电动缝合装置201610包括砧座201612，该砧座能够从完全打开的位置δA2运动到完全闭合位置δA0。中间位置δA1表示砧座201612接触位于砧座201612与圆形缝合器201614之间的组织的点。沿着砧座柄部201621的长度定位的一个或多个位置传感器监测砧座201612的位置。在一个方面，位置传感器可以位于座环201618内。压缩元件201620可以包括力传感器，诸如应变仪，例如用于监测施加到组织的力并检测砧座201612与组织的初始接触点，如中间位置δA1所示。位置传感器和力传感器与例如本文参考图16至图23所述的控制电路中的任一个交接，所述控制电路实施圆形缝合器控制算法。圆形电动缝合装置201610还包括可运动的切割元件，诸如刀201616，其能够从完全回缩位置δA0运动到完全伸展位置δA2以实现完整的组织切割。刀201616的中间位置δA1表示刀201616与包括应变仪或其他接触传感器或接近传感器的压缩元件201620接触的点。
电动缝合装置201610包括如本文结合图16至图30所述的马达、传感器和控制电路。马达由控制电路控制以使砧座201612和刀201616运动。位于电动缝合装置201610上的一个或多个位置传感器向控制电路提供砧座201612和刀201616的位置。附加的传感器诸如力传感器201620还向控制电路提供作用在砧座201612和刀201616上的组织接触和力。控制电路使用砧座201612的位置、刀201616的位置、初始组织接触或砧座201612或刀201616的作用力来实施下文结合图39描述的圆形缝合器控制算法。
图37为根据本公开的至少一个方面的沿着竖直轴线的砧座201612位移(δ砧座)的图示表示201600，该砧座位移作为夹具沿着水平轴线的闭合力(FTC)的函数。竖直线表示指示组织韧性的FTC阈值201606。FTC阈值201606的左侧表示具有正常韧性的组织，而FTC阈值201606的右侧表示具有强韧性的组织。当砧座201612从完全打开的位置δA2回缩到砧座201612初始接触组织的中间位置δA1时，FTC基本上很低(～0)。当砧座201612继续闭合经过该点朝向圆形缝合器201614到达完全回缩位置δA0减去所压缩的组织厚度时，FTC是非线性的。从正常韧性到强韧性的每种组织类型都会产生不同的FTC曲线。例如，以虚线示出的第一FTC曲线201604的范围为～0至～100lbs，其中最大FTC低于FTC阈值201606。例如，以实线示出的第二FTC曲线201602的范围为～0至～200lbs，其中最大FTC超过FTC阈值201606。如先前所讨论的，FTC由位于压缩元件201620中并联接到控制电路的力传感器测量。
图38为根据本公开的至少一个方面的沿着竖直轴线的刀201616位移(δ刀)的图形表示201630，该刀位移作为沿着左侧水平轴线的刀201616速度(VKmm/s)的函数，并且还作为沿着右侧水平轴线的刀201616力(FKlbs)的函数。左侧为沿着竖直轴线的刀201616位移(δ刀)的图形表示201632，该刀位移作为沿着水平轴线的刀201616速度(VKmm/s)的函数。右侧为沿着竖直轴线的刀201616位移(δ刀)的图形表示201634，该刀位移作为沿着水平轴线的刀201616力(FKlbs)的函数。图形表示201632、201634中的每个图形表示中的虚线201638、20142中的曲线表示正常韧性的组织，而实线201636、201640中的曲线表示强韧性的组织。
转到左侧的图形表示201632，对于正常的组织韧性，如正常的组织刀速度曲线201638所示，对于正常的组织韧性，在初始刀位置δK0处，刀201616的初始速度以第一速度开始，例如刚好超过4mm/s。刀201616以该速度继续直到到达刀201616接触组织的刀位置δK1，并在切割穿过组织时减慢刀201616的速度直到刀201616到达指示完全切割的刀位置δK2，然后控制电路使马达停止，从而使刀201616停止。转到右侧的图形表示201634，对于正常的组织韧性，如正常的组织刀力曲线201642所示，在初始刀位置δK0处作用在刀201616上的力为0lbs并呈非线性变化，直到刀201616到达刀位置δK2直到切割完全。
转到左侧的图形表示201632，对于强组织韧性，如强组织刀速度曲线201636所示，对于强组织韧性，刀201616的初始速度以相对于第一速度较低的第二速度(例如刚好超过3mm/s)在初始刀位置δK0处开始，该第二速度低于对于正常组织韧性的初始速度。刀201616以该速度继续直到到达刀201616接触组织的刀位置δK1。在这一点上，当刀201616切割穿过组织行进刀201616的短位移时，其速度开始非线性地减慢。控制电路检测到刀201616接触组织并相应地提高马达的速度以提高刀201616的速度，例如，将刀201616的速度提高到初始速度，直到刀201616到达指示完全切割的位置δK2，然后控制电路使马达停止，从而使刀201616停止。这被示出为速度峰值201644，以改善对强韧性组织的切割。转到右侧的图形表示201634，对于强组织韧性，如强组织刀力曲线201640所示，在初始刀位置δK0处作用在刀201616上的力为0lbs并呈非线性变化，直到刀201616到达刀位置δK2并且切割完全。正常组织刀力曲线201640和强组织刀力曲线201642的比较表明，在较低的速度并在组织与刀201616接触后不久加上速度峰值201644的情况下，刀201616在切割强韧性组织时比在切割正常韧性组织时经受较小的力。
图39为根据本公开的至少一个方面的过程201720的逻辑流程图，该过程描绘了用于检测组织间隙和击发力以调节刀的行程和速度的控制程序或逻辑配置。该过程201750可利用参考图16至图23描述的任何控制电路来实现。该过程201750可在例如参考图1至图15描述的集线器或云计算环境中实现。
具体地讲，现在将参考图22的控制电路760和图36至图38所示的圆形电动缝合装置201610描述图39中描绘的过程201750。控制电路760基于从位置传感器784接收的位置反馈来监测砧座201612的位移201752。如先前所讨论的，在一个方面，位置传感器784可以被嵌入在砧座201612的柄部201612中。当砧座201612移位时，控制电路760监测201754砧座201612与位于砧座201612与圆形缝合器201614之间的组织的接触。在一个方面，组织接触可以由嵌入在压缩元件201620中的力传感器来提供。力传感器被表示为图22中所示的外科器械790的传感器788元件。力传感器788用于监测201756夹具的闭合力(FTC)，该闭合力是砧座201612施加到位于砧座201612与圆形缝合器201614之间的组织上的闭合力。控制电路760将FTC与预定阈值进行比较201758。当FTC低于预定阈值时，控制电路760使用正常组织韧性速度曲线201638将马达754的速度设置为使刀201616推进201760，如图38所示。当FTC高于预定阈值时，控制电路760使用具有速度峰值201644的强组织韧性速度曲线201636将马达754的速度设置为使刀201616推进201762，如图38所示。
图40为根据本公开的至少一个方面的过程201762的逻辑流程图，该过程描绘了用于在具有如图38所示的速度峰值201644的强组织韧性速度曲线201636下使刀201616推进201762的控制程序或逻辑配置。该过程201762可利用参考图16至图23描述的任何控制电路来实现。该过程201750可在例如参考图1至图15描述的集线器或云计算环境中实现。
具体地讲，现在将参考图22的控制电路760和图36至图38所示的圆形电动缝合装置201610描述图40中描绘的过程201762。当检测到强组织韧性时，控制电路760将刀201616的初始速度201770设置为相对于用于切割正常组织韧性的刀速度较低的刀速度。在一个方面，在强组织韧性条件下较慢的刀速度促进了更好的切割。控制电路760监测201772何时刀201616接触组织。如先前所讨论的，组织接触可以由嵌入在压缩元件201620中的力传感器来检测。如图38所示，当刀201616接触组织时，刀201616自然地减速。因此，一旦控制电路760检测到刀201616已经接触组织，就检测到组织接触，控制电路760提高201774马达754的速度以提高刀201616切割穿过组织的速度。控制电路760监测201776切割的完成，并维持201778马达740的速度，直到检测到切割完成，然后使马达740停止201780。
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1.一种外科缝合器械，包括：端部执行器，所述端部执行器被构造成能够夹持组织；切割构件；马达，所述马达联接到所述切割构件，所述马达被配置成能够使所述切割构件在第一位置与第二位置之间运动；以及控制电路，所述控制电路联接到所述马达，所述控制电路被配置成能够：感测与所述端部执行器的夹持相关联的参数；以及控制所述马达以调节由所述马达施加到所述切割构件的扭矩。
实施例2.根据实施例1所述的外科缝合器械，其中，所述切割构件能够独立于所述端部执行器而致动。
实施例3.根据实施例1-2中任一项所述的外科缝合器械，其中，所述参数包括组织间隙、在所述端部执行器闭合期间的力、组织蠕变稳定、或在击发期间的力、或它们的任何组合。
实施例4.根据实施例1-3中任一项所述的外科缝合器械，其中，所述控制电路被配置成能够根据可调节控制参数来控制所述马达，以在负载控制模式或行程控制模式下驱动所述切割构件。
实施例5.根据实施例1-4中任一项所述的外科缝合器械，其中，所述控制电路被配置成能够在所述马达开始从所述第一位置驱动所述切割构件时根据初始条件控制所述马达驱动所述切割构件的推进速率。
实施例6.根据实施例1-5中任一项所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置成能够控制所述马达以调节所述马达驱动所述切割构件的速度。
实施例7.根据实施例1-6中任一项所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置成能够根据所述参数来控制所述马达以调节所述马达驱动所述切割构件的距离。
实施例8.根据实施例1-7中任一项所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置成能够控制所述马达以调节所述扭矩、所述速度或所述距离的任何组合。
实施例9.一种外科缝合器械，包括：端部执行器，所述端部执行器被构造成能够夹持组织；切割构件；马达，所述马达联接到所述切割构件，所述马达被配置成能够使所述切割构件在第一位置与第二位置之间运动；以及控制电路，所述控制电路联接到所述马达，所述控制电路被配置成能够：感测与所述切割构件的击发相关联的参数；以及控制所述马达以调节由所述马达施加到所述切割构件的扭矩。
实施例10.根据实施例9所述的外科缝合器械，其中，所述切割构件能够独立于所述端部执行器而致动。
实施例11.根据实施例9-10中任一项所述的外科缝合器械，其中，所述参数包括组织间隙、在所述端部执行器闭合期间的力、组织蠕变稳定、或在击发期间的力、或它们的任何组合。
实施例12.根据实施例9-11中任一项所述的外科缝合器械，其中，所述控制电路被配置成能够根据可调节控制参数来控制所述马达，以在负载控制模式或行程控制模式下驱动所述切割构件。
实施例13.根据实施例9-12中任一项所述的外科缝合器械，其中，所述控制电路被配置成能够在所述马达开始从所述第一位置驱动所述切割构件时根据初始条件控制所述马达驱动所述切割构件的推进速率。
实施例14.根据实施例9-13中任一项所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置成能够控制所述马达以调节所述马达驱动所述切割构件的速度。
实施例15.根据实施例9-14中任一项所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置成能够根据所述参数来控制所述马达以调节所述马达驱动所述切割构件的距离。
实施例16.根据实施例9-15中任一项所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置成能够控制所述马达以调节所述扭矩、所述速度或所述距离的任何组合。
实施例17.一种电动缝合装置，包括：圆形缝合头部组件；砧座；套管针，所述套管针联接到所述砧座并联接到所述马达，其中所述马达被配置成能够使所述套管针推进和回缩；以及控制电路，所述控制电路联接到所述马达，其中所述控制电路被配置成能够：确定所述套管针在多个区域中的一个区域中的位置；以及基于所确定的所述套管针的位置设置砧座闭合速率。
实施例18.根据实施例17所述的电动缝合装置，其中，所述多个区域包括：在所述套管针附接到所述砧座期间的第一区域；在所述套管针回缩和所述砧座闭合期间的第二区域；在验证所述套管针附接到所述砧座期间的第三区域；以及在施加高闭合负载期间的第四区域。
实施例19.根据实施例17-18中任一项所述的电动缝合装置，其中，所述控制电路被配置成能够：当所述套管针处于所述第一区域中时，将所述砧座的所述闭合速率设置为第一速度，以确保所述套管针正确地附接到所述砧座；当所述套管针处于在所述套管针回缩和所述砧座闭合期间的所述第二位置中时，将所述砧座的所述闭合速率设置为第二速度，所述第二速度大于所述第一速度；将所述砧座的所述闭合速率设置为第三速度，所述第三速度小于所述第二速度，以验证所述套管针附接到所述砧座；当所述套管针处于在施加高闭合负载期间的第四区域中时，将所述砧座的所述闭合速率设置为第四速度，所述第四速度小于所述第三速度。
实施例20.根据实施例17-19中任一项所述的电动缝合装置，其中，所述控制电路被配置成能够：确定所述套管针的所述闭合速率；确定所述砧座的所述闭合速率；将所述套管针的所述闭合速率与所述砧座的所述闭合速率进行比较，以确定所述套管针的所述闭合速率与所述砧座的所述闭合速率之间的差值；以及在差值大于预定值时，使所述套管针伸出和回缩以使所述砧座复位。
实施例21.根据实施例17-20中任一项所述的电动缝合装置，其中，所述控制电路被配置成能够验证所述套管针附接到所述砧座并在组织负载的作用下减慢所述套管针的所述闭合速率。
实施例22.根据实施例17-21中任一项所述的电动缝合装置，还包括：刀，所述刀联接到所述马达；传感器，所述传感器位于所述砧座上，其中所述传感器被配置成能够检测组织接触和施加到所述砧座的力，其中所述传感器联接到所述砧座，其中所述控制电路被配置成能够：监测砧座位移；监测组织与所述砧座的接触；监测所述砧座的闭合力；将所述闭合力与预定阈值进行比较；以及在所述闭合力小于所述预定阈值时，设置第一初始刀速度，并使所述刀以适于切割正常组织韧性的第一速度曲线推进；或者在所述闭合力大于或等于所述预定阈值时，设置第二初始刀速度，并使所述刀以适于切割强组织韧性的第二速度曲线推进。
实施例23.根据实施例17-22中任一项所述的电动缝合装置，其中，为了使所述刀以所述第二速度曲线推进，所述控制电路被进一步配置成能够：将所述第二初始刀速度设置为小于所述第一初始刀速度的速度；监测刀与组织的接触；当检测到组织接触时，提高马达速度以提高刀速度；监测切割完成；以及当检测到切割完成时，使所述马达停止。
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经由使用框图、流程图和/或示例阐述了装置和/或方法的各种形式。只要此类框图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作，本领域的技术人员就要将其理解为此类框图、流程图和/或示例中的每个功能和/或操作都可以单独和/或共同地通过多种硬件、软件、固件或实际上它们的任何组合来实施。本领域的技术人员将会认识到，本文公开的形式中的一些方面可作为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序(如，作为在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序)，作为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(如，作为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，作为固件，或作为实际上它们的任何组合全部或部分地在集成电路中等效地实现，并且根据本发明，设计电子电路和/或编写软件和/或硬件的代码将在本领域技术人员的技术范围内。另外，本领域的技术人员将会认识到，本文所述主题的机制能够作为多种形式的一个或多个程序产品进行分布，并且本文所述主题的示例性形式适用，而不管用于实际进行分布的信号承载介质的具体类型是什么。
用于编程逻辑以执行各种所公开的方面的指令可存储在系统内的存储器内，诸如动态随机存取存储器(DRAM)、高速缓存、闪存存储器或其他存储器。此外，指令可经由网络或通过其他计算机可读介质来分发。因此，机器可读介质可包括用于存储或传输以机器(例如，计算机)可读形式的信息的机构，但不限于软盘、光学盘、光盘、只读存储器(CD-ROM)、磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁卡或光卡、闪存存储器、或经由电信号、光学信号、声学信号或其他形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)在因特网上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)或场可编程门阵列(FPGA))、状态机电路系统、存储由可编程电路系统执行的指令的固件以及它们的任何组合。控制电路可以集体地或单独地实现为形成更大系统的一部分的电路系统，例如集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、片上系统(SoC)、台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、服务器、智能电话等。因此，如本文所用，“控制电路”包括但不限于具有至少一个离散电路的电子电路、具有至少一个集成电路的电子电路、具有至少一个专用集成电路的电子电路、形成由计算机程序配置的通用计算设备的电子电路(如，至少部分地实施本文所述的方法和/或设备的由计算机程序配置的通用计算机，或至少部分地实施本文所述的方法和/或设备的由计算机程序配置的微处理器)、形成存储器设备(如，形成随机存取存储器)的电子电路，和/或形成通信设备(如，调节解调器、通信开关或光电设备)的电子电路。本领域的技术人员将会认识到，可以模拟或数字方式或它们的一些组合实施本文所述的主题。
如本文的任何方面所用，术语“逻辑”可指被配置成能够执行前述操作中的任一者的应用程序、软件、固件和/或电路系统。软件可体现为记录在非暂态计算机可读存储介质上的软件包、代码、指令、指令集和/或数据。固件可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“部件”、“系统”、“模块”等可指计算机相关实体、硬件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件。
如本文任一方面中所用，“算法”是指导致所需结果的有条理的步骤序列，其中“步骤”是指物理量和/或逻辑状态的操纵，物理量和/或逻辑状态可(但不一定)采用能被存储、转移、组合、比较和以其他方式操纵的电或磁信号的形式。常用于指这些信号，如位、值、元素、符号、字符、术语、数字等。这些和类似的术语可与适当的物理量相关联并且仅仅是应用于这些量和/或状态的方便的标签。
网络可包括分组交换网络。通信装置可能够使用所选择的分组交换网络通信协议来彼此通信。一个示例性通信协议可包括可允许使用传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)进行通信的以太网通信协议。以太网协议可符合或兼容电气和电子工程师学会(IEEE)于2008年12月发布的标题为“IEEE 802.3Standard”的以太网标准和/或本标准的更高版本。另选地或附加地，通信装置可能够使用X.25通信协议彼此通信。X.25通信协议可符合或符合国际电信联盟电信标准化部门(ITU-T)颁布的标准。另选地或附加地，通信装置可能够使用帧中继通信协议彼此通信。帧中继通信协议可符合或符合国际电话和电话协商委员会(CCITT)和/或美国国家标准学会(ANSI)发布的标准。另选地或附加地，收发器可能够使用异步传输模式(ATM)通信协议彼此通信。ATM通信协议可符合或兼容ATM论坛于2001年8月发布的名为“ATM-MPLS Network Interworking 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”、“计算”、“运算”、“确定”、“显示”的讨论是指计算机系统或类似的电子计算设备的动作和进程，其操纵表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据并将其转换成相似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其他此类信息存储、传输或显示设备内的物理量的其他数据。
一个或多个部件在本文中可被称为“被配置成能够”、“可配置成能够”、“可操作/可操作地”、“适于/可适于”、“能够”、“可适形/适形于”等。本领域的技术人员将会认识到，除非上下文另有所指，否则“被配置成能够”通常可涵盖活动状态的部件和/或未活动状态的部件和/或待机状态的部件。
术语“近侧”和“远侧”在本文中是相对于操纵外科器械的柄部部分的临床医生来使用的。术语“近侧”是指最靠近临床医生的部分，术语“远侧”是指远离临床医生定位的部分。还应当理解，为简洁和清楚起见，本文可结合附图使用诸如“竖直”、“水平”、“上”和“下”等空间术语。然而，外科器械在许多方向和位置中使用，并且这些术语并非限制性的和/或绝对的。
本领域的技术人员将认识到，一般而言，本文、以及特别是所附权利要求(例如，所附权利要求的正文)中所使用的术语通常旨在为“开放”术语(例如，术语“包括”应解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”，术语“包含”应解释为“包含但不限于”等)。本领域的技术人员还应当理解，如果所引入权利要求叙述的具体数目为预期的，则这样的意图将在权利要求中明确叙述，并且在不存在这样的叙述的情况下，不存在这样的意图。例如，为有助于理解，下述所附权利要求可含有对介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求。然而，对此类短语的使用不应视为暗示通过不定冠词“一个”或“一种”引入权利要求表述将含有此类引入权利要求表述的任何特定权利要求限制在含有仅一个这样的表述的权利要求中，甚至当同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和诸如“一个”或“一种”(例如，“一个”和/或“一种”通常应解释为意指“至少一个”或“一个或多个”)的不定冠词时；这也适用于对用于引入权利要求表述的定冠词的使用。
另外，即使明确叙述引入权利要求叙述的特定数目，本领域的技术人员应当认识到，此种叙述通常应解释为意指至少所叙述的数目(例如，在没有其他修饰语的情况下，对“两个叙述”的裸叙述通常意指至少两个叙述、或两个或更多个叙述)。此外，在其中使用类似于“A、B和C中的至少一者等”的惯例的那些情况下，一般而言，此类构造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，此类构造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各种操作流程图，但应当理解，可以不同于所示顺序的其他顺序执行各种操作，或者可同时执行所述各种操作。除非上下文另有规定，否则此类替代排序的示例可包括重叠、交错、中断、重新排序、增量、预备、补充、同时、反向，或其他改变的排序。此外，除非上下文另有规定，否则像“响应于”、“相关”这样的术语或其他过去式的形容词通常不旨在排除此类变体。
值得一提的是，任何对“一个方面”、“一方面”、“一范例”、“一个范例”的提及均意指结合所述方面所述的具体特征件、结构或特征包括在至少一个方面中。因此，在整个说明书的各种位置出现的短语“在一个方面”、“在一方面”、“在一范例中”、“在一个范例中”不一定都指同一方面。此外，具体特征件、结构或特征可在一个或多个方面中以任何合适的方式组合。
本说明书提及和/或在任何申请数据表中列出的任何专利申请，专利，非专利公布或其他公开材料均以引用方式并入本文，只要所并入的材料在此不一致。因此，并且在必要的程度下，本文明确列出的公开内容代替以引用方式并入本文的任何冲突材料。据称以引用方式并入本文但与本文列出的现有定义、陈述或其他公开材料相冲突的任何材料或其部分，将仅在所并入的材料和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各种形式和各种修改形式。与此一同提交的权利要求书旨在限定完整范围。

Claims (23)

1.一种外科缝合器械，包括：
端部执行器，所述端部执行器被构造成能够夹持组织；
切割构件；
马达，所述马达联接到所述切割构件，所述马达被配置成能够使所述切割构件在第一位置与第二位置之间运动；和
控制电路，所述控制电路联接到所述马达，所述控制电路被配置成能够：
感测与所述端部执行器的夹持相关联的参数；以及
控制所述马达以调节由所述马达施加到所述切割构件的扭矩。
2.根据权利要求1所述的外科缝合器械，其中，所述切割构件能够独立于所述端部执行器而致动。
3.根据权利要求1所述的外科缝合器械，其中，所述参数包括组织间隙、在所述端部执行器闭合期间的力、组织蠕变稳定、或在击发期间的力、或它们的任何组合。
4.根据权利要求1所述的外科缝合器械，其中，所述控制电路被配置成能够根据可调节控制参数来控制所述马达，以在负载控制模式或行程控制模式下驱动所述切割构件。
5.根据权利要求1所述的外科缝合器械，其中，所述控制电路被配置成能够在所述马达开始从所述第一位置驱动所述切割构件时根据初始条件控制所述马达驱动所述切割构件的推进速率。
6.根据权利要求1所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置成能够控制所述马达以调节所述马达驱动所述切割构件的速度。
7.根据权利要求1所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置成能够根据所述参数来控制所述马达以调节所述马达驱动所述切割构件的距离。
8.根据权利要求1所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置成能够控制所述马达以调节所述扭矩、所述速度或所述距离的任何组合。
9.一种外科缝合器械，包括：
端部执行器，所述端部执行器被构造成能够夹持组织；
切割构件；
马达，所述马达联接到所述切割构件，所述马达被配置成能够使所述切割构件在第一位置与第二位置之间运动；和
控制电路，所述控制电路联接到所述马达，所述控制电路被配置成能够：
感测与所述切割构件的击发相关联的参数；以及
控制所述马达以调节由所述马达施加到所述切割构件的扭矩。
10.根据权利要求9所述的外科缝合器械，其中，所述切割构件能够独立于所述端部执行器而致动。
11.根据权利要求9所述的外科缝合器械，其中，所述参数包括组织间隙、在所述端部执行器闭合期间的力、组织蠕变稳定、或在击发期间的力、或它们的任何组合。
12.根据权利要求9所述的外科缝合器械，其中，所述控制电路被配置成能够根据可调节控制参数来控制所述马达，以在负载控制模式或行程控制模式下驱动所述切割构件。
13.根据权利要求9所述的外科缝合器械，其中，所述控制电路被配置成能够在所述马达开始从所述第一位置驱动所述切割构件时根据初始条件控制所述马达驱动所述切割构件的推进速率。
14.根据权利要求9所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置成能够控制所述马达以调节所述马达驱动所述切割构件的速度。
15.根据权利要求9所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置成能够根据所述参数来控制所述马达以调节所述马达驱动所述切割构件的距离。
16.根据权利要求9所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置成能够控制所述马达以调节所述扭矩、所述速度或所述距离的任何组合。
17.一种电动缝合装置，包括：
圆形缝合头部组件；
砧座；
套管针，所述套管针联接到所述砧座并联接到所述马达，其中所述马达被配置成能够使所述套管针推进和回缩；和
控制电路，所述控制电路联接到所述马达，其中所述控制电路被配置为能够：
确定所述套管针在多个区域中的一个区域中的位置；以及
基于所确定的所述套管针的位置设置砧座闭合速率。
18.根据权利要求17所述的电动缝合装置，其中，所述多个区域包括：
在所述套管针附接到所述砧座期间的第一区域；
在所述套管针回缩和所述砧座闭合期间的第二区域；
在验证所述套管针附接到所述砧座期间的第三区域；以及
在施加高闭合负载期间的第四区域。
19.根据权利要求18所述的电动缝合装置，其中，所述控制电路被配置成能够：
当所述套管针处于所述第一区域中时，将所述砧座的所述闭合速率设置为第一速度，以确保所述套管针正确地附接到所述砧座；
当所述套管针处于在所述套管针回缩和所述砧座闭合期间的所述第二位置中时，将所述砧座的所述闭合速率设置为第二速度，所述第二速度大于所述第一速度；
将所述砧座的所述闭合速率设置为第三速度，所述第三速度小于所述第二速度，以验证所述套管针附接到所述砧座；
当所述套管针处于在施加高闭合负载期间的第四区域中时，将所述砧座的所述闭合速率设置为第四速度，所述第四速度小于所述第三速度。
20.根据权利要求17所述的电动缝合装置，其中，所述控制电路被配置成能够：
确定所述套管针的所述闭合速率；
确定所述砧座的所述闭合速率；
将所述套管针的所述闭合速率与所述砧座的所述闭合速率进行比较，以确定所述套管针的所述闭合速率与所述砧座的所述闭合速率之间的差值；以及
在差值大于预定值时，使所述套管针伸出和回缩以使所述砧座复位。
21.根据权利要求17所述的电动缝合装置，其中，所述控制电路被配置成能够验证所述套管针附接到所述砧座并在组织负载的作用下减慢所述套管针的所述闭合速率。
22.根据权利要求17所述的电动缝合装置，还包括：
刀，所述刀联接到所述马达；
传感器，所述传感器位于所述砧座上，其中所述传感器被配置成能够检测组织接触和施加到所述砧座的力，其中所述传感器联接到所述砧座，其中所述控制电路被配置成能够：
监测砧座位移；
监测组织与所述砧座的接触；
监测所述砧座的闭合力；
将所述闭合力与预定阈值进行比较；以及
在所述闭合力小于所述预定阈值时，设置第一初始刀速度，并使所述刀以适于切割正常组织韧性的第一速度曲线推进；或者
在所述闭合力大于或等于所述预定阈值时，设置第二初始刀速度，并使所述刀以适于切割强组织韧性的第二速度曲线推进。
23.根据权利要求22所述的电动缝合装置，其中，为了使所述刀以所述第二速度曲线推进，所述控制电路被进一步配置成能够：
将所述第二初始刀速度设置为小于所述第一初始刀速度的速度；
监测刀与组织的接触；
当检测到组织接触时，提高马达速度以提高刀速度；
监测切割完成；以及
当检测到切割完成时，使所述马达停止。
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