CN117157026A - 具有双功率放大器的能量模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双放大器装置。该装置包括能量模块，该能量模块具有控制器以及耦合到控制器的第一功率放大器电路和第二功率放大器电路。第一功率放大器电路和第二功率放大器电路被配置成能够接收并放大输入信号以生成进入耦合到第一功率放大器电路和第二功率放大器电路的输出的负载中的第一输出信号。第一放大器电路的额定功率不同于第二放大器电路的额定功率。控制器被配置成能够选择第一功率放大器电路或第二功率放大器电路。

Description

具有双功率放大器的能量模块
背景技术
本公开涉及多种外科系统，包括模块化电外科系统和/或超声外科系统。手术室(OR)需要简化的资本解决方案，因为由于完成每个外科手术所需的不同装置的数量，OR是线绳、装置和人的缠结的网。这是全球每个市场中每个OR的实际情况。资本设备是在OR内产生混乱的主要罪魁祸首，因为大多数资本设备执行一项任务或工作，并且每种类型的资本设备都需要使用独特的技术或方法并具有独特的用户界面。因此，存在尚未满足的对于待合并的资本设备和其他外科技术的消费者需求，以便减少OR内的设备占地面积，简化设备的界面，并且通过减少外科工作人员需要与之交互的装置的数量来提高外科工作人员在外科手术期间的效率。
在一些外科手术中，在大多数外科手术使用情况下递送高度细化的波形，并且仅在少数外科手术使用情况下递送高功率波形。能量递送通常以如能量递送系统的热和功率预算可能需要的高效率递送。高功率和低效率可产生太多的热量或超过能量递送系统的极限。使用更高效率的功率放大器电路递送更高功率是有益的。更低效率的功率放大器电路对波形状具有更多的控制。
发明内容
在一个方面，本公开提供了一种能量模块。能量模块包括控制器、具有输入和输出的第一功率放大器电路。第一功率放大器电路的输入耦合到控制器，并且被配置成能够接收并放大输入信号以生成进入耦合到第一功率放大器电路的输出的负载中的第一输出信号。能量模块还包括具有输入和输出的第二功率放大器电路。第二功率放大器电路的输入耦合到控制器，并且被配置成能够接收并放大输入信号以生成进入耦合第二功率放大器电路的输出的负载中的第二输出。第一放大器电路的额定功率不同于第二放大器电路的额定功率。控制器被配置成能够选择第一功率放大器电路或第二功率放大器电路。
在另一个方面，本公开提供了一种将功率递送到耦合到能量模块的负载的方法。该方法包括由控制器生成具有预定波形状和频率的数字波形；通过耦合到控制器的数模转换器(DAC)将数字波形转换为模拟波形；由控制器基于待由第一功率放大器电路或第二功率放大器电路产生到耦合到能量模块的能量输出端口的负载中的预定功率输出，选择第一功率放大器电路或第二功率放大器电路；由控制器将模拟波形耦合到所选择的第一功率放大器电路或第二功率放大器电路；以及由所选择的第一功率放大器电路或第二功率放大器电路向耦合到能量模块的能量输出端口的负载中产生预定功率输出。
在另一个方面，本公开提供了一种能量模块，该能量模块被配置成能够将功率递送到耦合到其的负载。能量模块包括被配置成能够将数字波形转换为模拟波形的数模转换器(DAC)和耦合到该DAC的控制器。控制器被配置成能够生成具有预定波形状和频率的数字波形；基于待由第一功率放大器电路或第二功率放大器电路产生到耦合到能量模块的能量输出端口的负载中的预定功率输出，选择第一功率放大器电路或第二功率放大器电路；以及将模拟波形耦合到所选择的第一功率放大器电路或第二功率放大器电路，以由所选择的第一功率放大器电路或第二功率放大器电路向耦合到能量模块的能量输出端口的负载中产生预定功率输出。
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的各种方面(有关手术组织和方法两者)及其进一步的目的和优点。
图1是根据本公开的至少一个方面的由计算机实现的交互式外科系统的框图。
图2是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是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是根据本公开的至少一个方面的外科系统，该外科系统包括发生器和能够与其一起使用的各种外科器械。
图5是根据本公开的至少一个方面的态势感知外科系统的图。
图6是根据本公开的至少一个方面的能够组合以定制模块化能量系统的多种模块和其他部件的图。
图7A是根据本公开的至少一个方面的第一例示性模块化能量系统配置，该第一例示性模块化能量系统配置包括头模块和显示屏，该显示屏呈现用于中继关于连接到头模块的模块的信息的图形用户界面(GUI)。
图7B是根据本公开的至少一个方面的安装到推车的图7A所示的模块化能量系统。
图8A是根据本公开的至少一个方面的第二例示性模块化能量系统配置，该第二例示性模块化能量系统配置包括连接在一起并且安装到推车的头模块、显示屏、能量模块和扩展能量模块。
图8B是根据本公开的至少一个方面的第三例示性模块化能量系统配置，该第三例示性模块化能量系统配置类似于图7A中所示的第二配置，不同的是头模块不含显示屏。
图9是根据本公开的至少一个方面的第四例示性模块化能量系统配置，该第四示例性模块化能量系统配置包括连接在一起并且安装到推车的头模块、显示屏、能量模块、扩展能量模块和技术模块。
图10是根据本公开的至少一个方面的第五例示性模块化能量系统配置，该第五例示性模块化能量系统配置包括连接在一起并且安装到推车的头模块、显示屏、能量模块、扩展能量模块、技术模块和可视化模块。
图11是根据本公开的至少一个方面的包括能够通信地连接外科平台的模块化能量系统的图。
图12是根据本公开的至少一个方面的包括用户界面的模块化能量系统的头模块的透视图。
图13是根据本公开的至少一个方面的模块化能量系统的独立集线器配置的框图。
图14是根据本公开的至少一个方面的与外科控制系统集成的模块化能量系统的集线器配置的框图。
图15是根据本公开的至少一个方面的耦合到模块化能量系统的通信模块的用户界面模块的框图。
图16是根据本公开的至少一个方面的模块化能量系统的能量模块的框图。
图17A和图17B示出了根据本公开的至少一个方面的耦合到模块化能量系统的头模块的能量模块的框图。
图18A和图18B示出了根据本公开的至少一个方面的用于集线器的模块化能量系统的头/用户界面(UI)模块(诸如图15所示的头模块)的框图。
图19是根据本公开的至少一个方面的用于集线器的能量模块(诸如图13至图18B中所示的能量模块)的框图。
图20是根据本公开的至少一个方面的模块化能量系统堆叠的示意图，该示意图示出了功率底板。
图21是根据本公开的至少一个方面的模块化能量系统的示意图。
图22是根据本公开的至少一个方面的包括具有双功率放大器的能量模块的模块化能量系统的图。
图23是根据本公开的至少一个方面的包括具有双功率放大器的能量模块的模块化能量系统的图。
图24是根据本公开的至少一个方面的通过能量模块将功率递送到负载的方法的流程图。
图25是根据本公开的至少一个方面的功率放大器电路的示意图。
图26是根据本公开的至少一个方面的功率放大器电路的示意图。
图27是根据本公开的至少一个方面的包括具有双功率放大器的能量模块的模块化能量系统的图。
图28是根据本公开的至少一个方面的包括具有双功率放大器的能量模块的模块化能量系统的图。
图29是根据本公开的至少一个方面的包括具有双功率放大器的能量模块的模块化能量系统的图。
在若干视图中，对应的参考符号指示对应的零件。本文所述的范例以一种形式示出了各种公开的方面，并且此类范例不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
本申请的申请人拥有与之同时提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每一个专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国专利申请案卷号END9314USNP1/210018-1M，其标题为“METHOD FORMECHANICAL PACKAGING FOR MODULAR ENERGY SYSTEM”；
·美国专利申请案卷号END9314USNP2/210018-2，其标题为“BACKPLANECONNECTOR ATTACHMENT MECHANISM FOR MODULAR ENERGY SYSTEM”；
·美国专利申请案卷号END9314USNP3/210018-3，其标题为“BEZEL WITH LIGHTBLOCKING FEATURES FOR MODULAR ENERGY SYSTEM”；
·美国专利申请案卷号END9314USNP4/210018-4，其标题为“HEADER FOR MODULARENERGY SYSTEM”；
·美国专利申请案卷号END9315USNP1/210019，其标题为“SURGICALPROCEDURALIZATION VIA MODULAR ENERGY SYSTEM”；
·美国专利申请案卷号END9316USNP1/210020-1M，其标题为“METHOD FOR ENERGYDELIVERY FOR MODULAR ENERGY SYSTEM”；
·美国专利申请案卷号END9316USNP3/210020-3，其标题为“MODULAR ENERGYSYSTEM WITH MULTI-ENERGY PORT SPLITTER FOR MULTIPLE ENERGY DEVICES”；
·美国专利申请案卷号END9317USNP1/210021-1M，其标题为“METHOD FORINTELLIGENT INSTRUMENTS FOR MODULAR ENERGY SYSTEM”；
·美国专利申请案卷号END9317USNP2/210021-2，其标题为“RADIO FREQUENCYIDENTIFICATION TOKEN FOR WIRELESS SURGICAL INSTRUMENTS”；
·美国专利申请案卷号END9317USNP3/210021-3，其标题为“INTELLIGENT DATAPORTS FOR MODULAR ENERGY SYSTEMS”；
·美国专利申请案卷号END9318USNP1/210022-1M，其标题为“METHOD FOR SYSTEMARCHITECTURE FOR MODULAR ENERGY SYSTEM”；
·美国专利申请案卷号END9318USNP2/210022-2，其标题为“USER INTERFACEMITIGATION TECHNIQUES FOR MODULAR ENERGY SYSTEMS”；
·美国专利申请案卷号END9318USNP3/210022-3，其标题为“ENERGY DELIVERYMITIGATIONS FOR MODULAR ENERGY SYSTEMS”；
·美国专利申请案卷号END9318USNP4/210022-4，其标题为“ARCHITECTURE FORMODULAR ENERGY SYSTEM”；并且·美国专利申请案卷号END9318USNP5/210022-5，其标题为“MODULAR ENERGY SYSTEM WITH HARDWARE MITIGATED COMMUNICATION”。
本专利申请的申请人拥有于2019年9月5日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每一个专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文：
·美国专利申请序列号16/562,144，其标题为“METHOD FOR CONTROLLING AMODULAR ENERGY SYSTEM USER INTERFACE”，现为美国专利申请公布号2020/0078106；
·美国专利申请序列号16/562,151，其标题为“PASSIVE HEADER MODULE FOR AMODULAR ENERGY SYSTEM”，现为美国专利申请公布号2020/007811O；
·美国专利申请序列号16/562,157，其标题为“CONSOLIDATED USER INTERFACEFOR MODULAR ENERGY SYSTEM”，现为美国专利申请公布号2020/0081585；
·美国专利申请序列号16/562,159，其标题为“AUDIO TONE CONSTRUCTION FORAN ENERGY MODULE OF A MODULAR ENERGY SYSTEM”，现为美国专利申请公布号2020/0314569；
·美国专利申请序列号16/562,163，其标题为“ADAPTABLY CONNECT ABLE ANDREASSIGNABLE SYSTEMACCESSORIES FOR MODULAR ENERGY SYSTEM”，现为美国专利申请公布号2020/0078111；
·美国专利申请序列号16/562,123，其标题为“METHOD FOR CONSTRUCTING ANDUSING A MODULAR SURGICAL ENERGY SYSTEM WITH MULTIPLE DEVICES”，现为美国专利申请公布号2020/0100830；
·美国专利申请序列号16/562,135，其标题为“METHOD FOR CONTROLLING ANENERGY MODULE OUTPUT”，现为美国专利申请公布号2020/0078076；
·美国专利申请序列号16/562,180，其标题为“ENERGY MODULE FOR DRIVINGMULTIPLE ENERGY MODALITIES”，现为美国专利申请公布号2020/0078080；
·美国专利申请序列号16/562,184，其标题为“GROUNDING ARRANGEMENT OFENERGY MODULES”，现为美国专利申请公布号2020/0078081；
·美国专利申请序列号16/562,188，其标题为“BACKPLANE CONNECTOR DESIGN TOCONNECT STACKED ENERGY MODULES”，现为美国专利申请公布号2020/0078116；
·美国专利申请序列号16/562,195，其标题为“ENERGY MODULE FOR DRIVINGMULTIPLE ENERGY MODALITIES THROUGH A PORT”，现为美国专利申请公布号2020/0078117；
·美国专利申请序列号16/562,202，其标题为“SURGICAL INSTRUMENT UTILIZINGDRIVE SIGNAL TO POWER SECONDARY FUNCTION”，现为美国专利申请公布号2020/0078082；
·美国专利申请序列号16/562,142，其标题为“METHOD FOR ENERGYDISTRIBUTION IN A SURGICAL MODULAR ENERGY SYSTEM”，现为美国专利申请公布号2020/0078070；
·美国专利申请序列号16/562,169，其标题为“SURGICAL MODULAR ENERGYSYSTEM WITH A SEGMENTED BACKPLANE”，现为美国专利申请公布号2020/0078112；
·美国专利申请序列号16/562,185，其标题为“SURGICAL MODULAR ENERGYSYSTEM WITH FOOTER MODULE”，现为美国专利申请公布号2020/0078115；
·美国专利申请序列号16/562,203，其标题为“POWER AND COMMUNICATIONMITIGATION ARRANGEMENT FOR MODULAR SURGICAL ENERGY SYSTEM”，现为美国专利申请公布号2020/0078118；
·美国专利申请序列号16/562,212，其标题为“MODULAR SURGICAL ENERGYSYSTEM WITH MODULE POSITIONAL AWARENESS SENSING WITH VOLTAGE DETECTION”，现为美国专利申请公布号2020/0078119；
·美国专利申请序列号16/562,234，其标题为“MODULAR SURGICAL ENERGYSYSTEM WITH MODULE POSITIONAL AWARENESS SENSING WITH TIME COUNTER”，现为美国专利申请公布号2020/0305945；
·美国专利申请序列号16/562,243，其标题为“MODULAR SURGICAL ENERGYSYSTEM WITH MODULE POSITIONAL AWARENESS WITH DIGITAL LOGIC”，现为美国专利申请公布号2020/0078120；
·美国专利申请序列号16/562,125，其标题为“METHOD FOR COMMUNICATINGBETWEEN MODULES AND DEVICES IN A MODULAR SURGICAL SYSTEM”，现为美国专利申请公布号2020/0100825；
·美国专利申请序列号16/562,137，其标题为“FLEXIBLE HAND-SWITCHCIRCUIT”，现为美国专利申请公布号2020/0106220；·美国专利申请序列号16/562,143，其标题为“FIRST AND SECOND COMMUNICATION PROTOCOL ARRANGEMENT FOR DRIVINGPRIMARY AND SECONDARY DEVICES THROUGH A SINGLE PORT”，现为美国专利申请公布号2020/0090808；
·美国专利申请序列号16/562,148，其标题为“FLEXIBLE NEUTRAL ELECTRODE”，现为美国专利申请公布号2020/0078077；
·美国专利申请序列号16/562,154，其标题为“SMART RETURN PAD SENSINGTHROUGH MODULATION OF NEAR FIELD COMMUNICATION AND CONTACT QUALITY MONITORINGSIGNALS”，现为美国专利申请公布号2020/0078089；
·美国专利申请序列号16/562,162，其标题为“AUTOMATIC ULTRASONIC ENERGYACTIVATION CIRCUIT DESIGN FOR MODULAR SURGICAL SYSTEMS”，现为美国专利申请公布号2020/0305924；
·美国专利申请序列号16/562,167，其标题为“COORDINATED ENERGY OUTPUTS OFSEPARATE BUT CONNECTED MODULES”，现为美国专利申请公布号2020/0078078；
·美国专利申请序列号16/562,170，其标题为“MANAGING SIMULTANEOUSMONOPOLAR OUTPUTS USING DUTY CYCLE AND SYNCHRONIZATION”，现为美国专利申请公布号2020/0078079；
·美国专利申请序列号16/562,172，其标题为“PORT PRESENCE DETECTIONSYSTEM FOR MODULAR ENERGY SYSTEM”，现为美国专利申请公布号2020/0078113；
·美国专利申请序列号16/562,175，其标题为“INSTRUMENT TRACKINGARRANGEMENT BASED ON REAL TIME CLOCK INFORMATION”，现为美国专利申请公布号2020/0078071；
·美国专利申请序列号16/562,177，其标题为“REGIONAL LOCATION TRACKING OFCOMPONENTS OF A MODULAR ENERGY SYSTEM”，现为美国专利申请公布号2020/0078114；
·美国设计专利申请序列号29/704,610，其标题为“ENERGY MODULE”；
·美国设计专利申请序列号29/704,614，其标题为“ENERGY MODULE MONOPOLARPORT WITH FOURTH SOCKET AMONG THREE OTHER SOCKETS”；
·美国设计专利申请序列号29/704,616，其标题为“BACKPLANE CONNECTOR FORENERGY MODULE”；以及
·美国设计专利申请序列号29/704,617，其标题为“ALERT SCREEN FOR ENERGYMODULE”。
本专利申请的申请人拥有于2019年3月29日提交的以下美国专利临时申请，这些专利临时申请中的每一个专利临时申请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62/826,584，其标题为“MODULAR SURGICAL PLATFORMELECTRICAL ARCHITECTURE”；
·美国临时专利申请序列号62/826,587，其标题为“MODULAR ENERGY SYSTEMCONNECTIVITY”；
·美国临时专利申请序列号62/826,588，其标题为“MODULAR ENERGY SYSTEMINSTRUMENT COMMUNICATION TECHNIQUES”；以及
·美国临时专利申请序列号62/826,592，其标题为“MODULAR ENERGY DELIVERYSYSTEM”。
本专利申请的申请人拥有于2018年9月7日提交的以下美国专利临时申请，该专利临时申请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62/728,480，其标题为“MODULAR ENERGY SYSTEM AND USER INTERFACE”。
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，例示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零件的构造和布置的细节。例示性示例可单独实施，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例示性示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。
各个方面涉及改进的超声外科装置、电外科装置和与其一起使用的发生器。超声外科装置的各方面可被配置用于例如在外科手术期间横切和/或凝固组织。电外科装置的各方面可被配置用于例如在外科手术期间横切、凝固、定标、焊接和/或干燥组织。
外科系统硬件
参见图1，计算机实现的交互式外科系统100包括一个或多个外科系统102和基于云的系统(例如，可包括耦合到存储装置105的远程服务器113的云104)。每个外科系统102包括与云104通信的至少一个外科集线器106，该云可包括远程服务器113。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，它们被配置成能够彼此通信并且/或者与集线器106通信。在一些方面，外科系统102可包括M数量的集线器106、N数量的可视化系统108、O数量的机器人系统110和P数量的手持式智能外科器械112，其中M、N、O和P为大于或等于1的整数。
图2示出了用于对平躺在外科手术室116中的手术台114上的患者执行外科手术的外科系统102的示例。机器人系统110在外科手术中用作外科系统102的一部分。机器人系统110包括外科医生的控制台118、患者侧推车120(外科机器人)和外科机器人集线器122。当外科医生通过外科医生的控制台118观察外科部位时，患者侧推车120可通过患者体内的微创切口来操纵至少一个可移除地耦合的外科工具117。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操纵以对该成像装置124进行取向。机器人集线器122可用于处理外科部位的图像，用于随后通过外科医生的控制台118显示给外科医生。
其他类型的机器人系统可容易地适于与外科系统102一起使用。适用于本公开的机器人系统和外科工具的各种示例描述于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62/611,339中，该临时专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
由云104执行并且适用于本公开的基于云的分析的各种示例描述于2017年12月28日提交的标题为“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS”的美国临时专利申请序列62/611,340中，该临时专利申请的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耦合器件(CCD)传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。
成像装置124的光学部件可包括一个或多个照明源和/或一个或多个透镜。一个或多个照明源可被引导以照明外科场地的多部分。一个或多个图像传感器可接收从外科场地反射或折射的光，包括从组织和/或外科器械反射或折射的光。
一个或多个照明源可被配置为辐射可见光谱以及不可见光谱中的电磁能。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。
各个方面，成像装置124被配置用于微创手术中。适用于本公开的成像装置的示例包括但不限于关节镜、血管镜、支气管镜、胆道镜、结肠镜、细胞检查镜、十二指镜、肠窥镜、食道-十二指肠镜(胃镜)、内窥镜、喉镜、鼻咽-肾内窥镜、乙状结肠镜、胸腔镜和子宫内窥镜。
在一个方面，成像装置采用多光谱监测来辨别形貌和底层结构。多光谱图像是捕获跨电磁波谱的特定波长范围内的图像数据的图像。可通过滤波器或通过使用对特定波长敏感的器械来分离波长，特定波长包括来自可见光范围之外的频率的光，例如IR和紫外。光谱成像可允许提取人眼未能用其红色，绿色和蓝色的受体捕获的附加信息。多光谱成像的使用在2017年12月28日提交的标题为“INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列62/611,341的标题“INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”下更详细地描述，该临时专利申请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，在任何外科手术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。无菌区可包括穿着得当的经清洗的团队成员，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，该一个或多个显示器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 SURGICALPLATFORM”的美国临时专利申请序列号62/611,341的标题为“INTERACTIVE SURGICALPLATFORM”中有所描述，该临时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被定位在无菌区外部。可视化塔111包括彼此背对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内部和外部的操作者。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。例如，非无菌显示器107或109上的快照可允许非无菌操作者执行与外科手术相关的诊断步骤。
在一个方面，集线器106也被配置成能够将由非无菌操作者在可视化塔111处输入的诊断输入或反馈路由至无菌区内的主显示器119，其中可由操作台上的无菌操作者查看该诊断输入或反馈。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，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62/611,341，其公开内容全文以引用方式并入本文。由非无菌操作者在可视化塔111处输入的诊断输入或反馈可由集线器106路由至无菌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诊断输入或反馈。例如，适合与外科系统102一起使用的示例性外科器械描述于2017年12月28日提交的美国临时专利申请序列号62/611,341(标题为“INTERACTIVESURGICAL PLATFORM”，其公开内容以引用方式全文并入本文)的标题“SURGICALINSTRUMENT HARDWARE”下。
现在参考图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。在一些方面，可视化系统108可以是设备的可分离件。在另选的方面，可视化系统108可作为功能模块包含在集线器106内。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、存储阵列134和手术室标测模块133。在某些方面，如图3中所示，集线器106还包括排烟模块126、抽吸/冲洗模块128和/或吹入模块129。在某些方面，集线器106中的模块中的任何模块可彼此组合成单个模块。
在外科手术期间，用于密封和/或切割的对组织的能量施加通常与排烟、抽吸过量流体和/或冲洗组织相关联。来自不同来源的流体管线、功率管线和/或数据管线通常在外科手术期间缠结。在外科手术期间处理这个问题可能会浪费宝贵的时间。断开管线可需要将管线与其相应的模块断开连接，这可需要重置模块。集线器模块化壳体136提供用于管理功率管线、数据管线和流体管线的统一环境，这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中的外科集线器，该外科手术涉及将能量施加到外科部位处的组织。外科集线器包括集线器壳体和能够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装纳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一者或多者。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被配置成能够容纳不同的发生器，并且有利于它们之间的交互式通信。集线器模块化壳体136的优点之一是使得能够快速地移除和/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和第一对接底座，该第一能量发生器模块被配置成能够生成用于施加到组织的第一能量，并且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触点和功率触点。在一个方面，第一能量发生器模块可滑动地移动成与功率触点和数据触点电接合，并且其中第一能量发生器模块可滑动地移动成不与第一功率触点和数据触点电接合。在另选的方面，第一能量发生器模块可堆叠地移动成与功率触点和数据触点电接合，并且其中第一能量发生器模块可堆叠地移动成不与第一功率触点和数据触点电接合。
除上述之外，模块化外科壳体还包括第二能量发生器模块和第二对接底座，该第二能量发生器模块被配置成能够生成用于施加到组织的与第一能量相同或不同的第二能量，并且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触点和功率触点。在一个方面，第二能量发生器模块可滑动地移动成与功率触点和数据触点电接合，并且其中第二能量发生器模块可滑动地移动成不与第二功率触点和数据触点电接合。在另选的方面，第二能量发生器模块可堆叠地移动成与功率触点和数据触点电接合，并且其中第二能量发生器模块可堆叠地移动成不与第二功率触点和数据触点电接合。
此外，模块化外科壳体还包括在第一对接端口和第二对接端口之间的通信总线，其被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，本公开的各方面被呈现为集线器模块化壳体136，该集线器模块化壳体允许发生器模块140、排烟模块126和抽吸/冲洗模块128、吹入模块129的模块化集成。集线器模块化壳体136还有利于模块140、126、128、129之间的交互式通信。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中的单个外壳单元中。发生器模块140可被配置成能够连接到单极装置142、双极装置144和超声装置148。另选地，发生器模块140可包括通过集线器模块化壳体136进行交互的一系列单极发生器模块、双极发生器模块和/或超声发生器模块。集线器模块化壳体136可被配置为有利于多个发生器的插入和对接到集线器模块化壳体136中的发生器之间的交互式通信，使得发生器将充当单个发生器。
在一个方面，集线器模块化壳体136包括具有外部和无线通信头的模块化功率和通信底板149，以实现模块140、126、128、129的可移除附接以及它们之间的交互式通信。
发生器硬件
如本说明书通篇所用，术语“无线”及其衍生物可用于描述可通过使用经调制的电磁辐射通过非固体介质来传送数据的电路、装置、系统、方法、技术、通信信道等。该术语并不意味着相关联的装置不包含任何电线，尽管在一些方面它们可能不包含。通信模块可实现多种无线或有线通信标准或协议中的任一种，包括但不限于Wi-Fi(IEEE 802.11系列)、WiMAX(IEEE 802.16系列)、IEEE 802.20、长期演进(LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TOMA、DECT、蓝牙、及其以太网衍生物、以及被指定为3G、4G、5G和以上的任何其他无线和有线协议。计算模块可包括多个通信模块。例如，第一通信模块可专用于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。
如本文所用，处理器或处理单元是对一些外部数据源(通常为存储器或一些其他数据流)执行操作的电子电路。本文所用术语是指组合多个专门的“处理器”的一个或多个系统(尤其是片上系统(SoC))中的中央处理器(中央处理单元)。
如本文所用，片上系统或芯片上系统(SoC或SOC)为集成了计算机或其他电子系统的所有部件的集成电路(也被称为“IC”或“芯片”)。它可包含数字、模拟、混合信号以及通常射频功能—全部在单个基板上。SoC将微控制器(或微处理器)与高级外围装置如图形处理单元(GPU)、Wi-Fi模块或协处理器集成。SoC可包含或可不包含内置存储器。
如本文所用，微控制器或控制器为将微处理器与外围电路和存储器集成的系统。微控制器(或微控制器单元的MCU)可被实现为单个集成电路上的小型计算机。其可类似于SoC；SoC可包括作为其部件之一的微控制器。微控制器可包含一个或多个核心处理单元(CPU)以及存储器和可编程输入/输出外围装置。以铁电RAM、NOR闪存或OTP ROM形式的程序存储器以及少量RAM也经常包括在芯片上。与个人计算机或由各种分立芯片组成的其他通用应用中使用的微处理器相比，微控制器可用于嵌入式应用。
如本文所用，术语控制器或微控制器可为与外围装置交接的独立式IC或芯片装置。这可为计算机的两个部件或用于管理该装置的操作(以及与该装置的连接)的外部装置上的控制器之间的链路。
如本文所述的处理器或微控制器中的任一者可为任何单核或多核处理器，诸如由Texas Instruments提供的商品名为ARM Cortex的那些。在一个方面，处理器可为例如购自Texas Instruments的LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F处理器内核，其包括：256KB的单循环闪存或其他非易失性存储器(最多至40MHZ)的片上存储器、用于使性能改善超过40MHz的预取缓冲器、32KB的单循环串行随机存取存储器(SRAM)、装载有软件的内部只读存储器(ROM)、2KB的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、一个或多个脉宽调制(PWM)模块、一个或多个正交编码器输入(QEI)模拟、具有12个模拟输入信道的一个或多个12位模数转换器(ADC)，其细节可见于产品数据表。
在一个示例中，处理器可包括安全控制器，该安全控制器包括两个基于控制器的系列，诸如同样由Texas Instruments提供的商品名为Hercules ARM Cortex R4的TMS570和RM4x。安全控制器可被配置为专门用于IEC 61508和ISO 26262安全关键应用等等，以提供高级集成安全特征部，同时递送可定标的执行、连接性和存储器选项。
模块化装置包括可接纳在外科集线器内的模块(例如，如结合图3所述)和外科装置或器械，该外科装置或器械可连接到各种模块以便与对应的外科集线器连接或配对。模块化装置包括例如智能外科器械、医学成像装置、抽吸/冲洗装置、排烟器、能量发生器、呼吸机、吹入器和显示器。本文所述的模块化装置可通过控制算法来控制。控制算法可在模块化装置自身上、在与特定模块化装置配对的外科集线器上或在模块化装置和外科集线器两者上执行(例如，经由分布式计算架构)。在一些范例中，模块化装置的控制算法基于由模块化装置自身感测到的数据来控制装置(即，通过模块化装置之中、之上或连接到模块化装置的传感器)。该数据可与正在手术的患者(例如，组织特性或吹入压力)或模块化装置本身相关(例如，刀被推进的速率、马达电流或能量水平)。例如，外科缝合和切割器械的控制算法可根据刀在其前进时遇到的阻力来控制器械的马达驱动其刀穿过组织的速率。
图4示出了包括模块化能量系统2000和可与其一起使用的各种外科器械2204、2206、2208的外科系统2200的一种形式，其中外科器械2204为超声外科器械，外科器械2206为RF电外科器械，并且多功能外科器械2208为组合超声/RF电外科器械。模块化能量系统2000可被配置成能够用于与多种外科器械一起使用。根据各种形式，模块化能量系统2000可被配置成能够与不同类型的不同外科器械一起使用，这些外科器械包括例如超声外科器械2204、RF电外科器械2206，以及集成了从模块化能量系统2000单独或同时递送的RF能量和超声能量的多功能外科器械2208。尽管在图4的形式中，模块化能量系统2000被示出为独立于外科器械2204、2206、2208，但在一种形式中，模块化能量系统2000可以与外科器械2204、2206、2208中的任一者整体地形成，以形成一体式外科系统。模块化能量系统2000可被配置成能够用于有线或无线通信。
模块化能量系统2000被配置成能够驱动多个外科器械2204、2206、2208。第一外科器械为超声外科器械2204并且包括手持件2205(HP)、超声换能器2220、轴2226和端部执行器2222。端部执行器2222包括声学地耦合到超声换能器2220的超声刀2228和夹持臂2240。手持件2205包括用于操作夹持臂2240的触发器2243和用于为超声刀2228或其他功能供能并驱动该超声刀或其他功能的切换按钮2234a、2234b、2234c的组合。切换按钮2234a、2234b、2234c可被配置成能够用模块化能量系统2000给超声换能器2220供能。
模块化能量系统2000还被配置成能够驱动第二外科器械2206。第二外科器械2206为RF电外科器械并且包括手持件2207(HP)、轴2227和端部执行器2224。端部执行器2224包括夹持臂2242a、2242b中的电极并且穿过轴2227的电导体部分返回。电极耦合到模块化能量系统2000内的双极能量源并且由该双极能量源供能。手持件2207包括用于操作夹持臂2242a、2242b的触发器2245和用于致动能量开关以给端部执行器2224中的电极供能的能量按钮2235。
模块化能量系统2000还被配置成能够驱动多功能外科器械2208。多功能外科器械2208包括手持件2209(HP)、轴2229和端部执行器2225。端部执行器2225包括超声刀2249和夹持臂2246。超声刀2249声学地耦合到超声换能器2220。超声换能器2220可以与手持件2209分开或与其成一体。手持件2209包括用于操作夹持臂2246的触发器2247和用于为超声刀2249或其他功能供能并驱动该超声刀或其他功能的切换按钮2237a、2237b、2237c的组合。切换按钮2237a、2237b、2237c可被配置成能够用模块化能量系统2000给超声换能器2220供能，并且用同样包含在模块化能量系统2000内的双极能量源给超声刀2249供能。
模块化能量系统2000可被配置成能够用于与多种外科器械一起使用。根据各种形式，模块化能量系统2000可被配置成能够与不同类型的不同外科器械一起使用，该外科器械包括例如超声外科器械2204、RF电外科器械2206，以及集成了从模块化能量系统2000单独或同时递送的RF能量和超声能量的多功能外科器械2208。尽管在图4的形式中，模块化能量系统2000被示出为独立于外科器械2204、2206、2208，但在另一种形式中，模块化能量系统2000可以与外科器械2204、2206、2208中的任一者整体地形成，以形成一体式外科系统。用于数字生成电信号波形的发生器和外科器械的另外的方面描述于美国专利申请公布号2017-0086914中，该专利申请公布的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值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正确地夹持在组织上。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所接收的数据来导出关于正在被执行的外科手术的信息，并且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，并且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5示出了根据本公开的至少一个方面的态势感知外科系统2300的图。在一些范例中，数据源2326包括例如模块化装置2302(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2322(例如，包含患者记录的EMR数据库)和患者监测装置2324(例如，血压(BP)监测器和心电图(EKG)监测器)。外科集线器2304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2326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2304的一些方面的这种从接收数据导出或推断出外科手术有关信息的能力可称为“态势感知”。在一个范例中，外科集线器2304可并入态势感知系统，该态势感知系统是与外科集线器2304相关联的从所接收的数据导出与外科手术相关的背景信息的硬件和/或程序设计。
外科集线器2304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2326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2322、患者监测装置2324和/或模块化装置2302的数据)与关于外科手术的对应的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。在另一个范例中，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2302的对应背景信息。在一个范例中，由外科集线器2304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2302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，生成或检索针对一个或多个模块化装置2302的一项或多项控制调节的另外的机器学习系统、查找表或其他此类系统。
结合了态势感知系统的外科集线器2304为外科系统2300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2304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2304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值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2304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2304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2304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，在吹入规程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2304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2304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2304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2304可确定外科手术是否是关节镜手术。然后，外科集线器2304可调节发生器的RF功率电平或超声振幅(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2304可确定正在被执行的外科手术的类型，并且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2304可被配置成能够在整个外科手术过程中而不是仅在逐个规程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2304可确定正在被执行或随后将要被执行的外科手术的步骤，并且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。
作为又一个示例，可以从附加数据源2326提取数据，以改进外科集线器2304从一个数据源2326提取的结论。态势感知外科集线器2304可用已从其他数据源2326构建的关于外科手术的背景信息来扩充其从模块化装置2302接收的数据。例如，态势感知外科集线器2304可被配置成能够根据从医学成像装置所接收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2304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2304的BP监测器感测的血压)与止血的视觉或图像数据(例如，来自可通信地耦合到外科集线器2304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2304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。
另一个益处包括根据正在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2302，以减少在外科手术过程期间医疗人员需要与外科系统2300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2304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2304可根据在外科部位处外科医生预期需要查看的特征部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2304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2304可确定外科手术的哪个步骤正在被执行或随后将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2304可被配置成能够基于正在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。
另一个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2304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2304可被配置成能够确定正在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，并且然后将当前手术室布局与外科集线器2304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2304可被配置成能够将用于手术的物品列表(例如，由扫描仪扫描)和/或与外科集线器2304配对的装置列表与用于给定外科手术的物品和/或装置的建议或预期清单进行比较。外科集线器2304可被配置为如果列表之间存在任何不连续性，则能够提供指示特定模块化装置2302、患者监测装置2324和/或其他外科物品缺失的警示。在一个范例中，外科集线器2304可被配置成能够例如经由接近传感器来确定模块化装置2302和患者监测装置2324的相对距离或位置。外科集线器2304可将装置的相对位置与用于特定外科手术的建议或预期布局进行比较。外科集线器2304可被配置为如果在布局之间存在任何不连续性，则能够提供指示用于该外科手术的当前布局偏离建议布局的警示。
作为另一个示例，态势感知外科集线器2304可确定外科医生(或其他医疗人员)在外科手术期间是否正在出错或以其他方式偏离预期的行动方案。例如，外科集线器2304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，并且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2304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2304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利用意外装置的警示。
总体而言，用于外科集线器2304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2302)(诸如针对不同的组织类型进行调节)并且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2302来提高外科医生执行外科手术的效率。
模块化能量系统
由于执行外科手术所需的设备数量，世界上的每个地方的OR都是线绳、装置和人的缠结的网。外科资本设备往往是导致该问题的主要因素，因为大多数外科资本设备执行单个专门的任务。由于其专化的性质，并且外科医生在单次外科手术的过程期间需要使用多种不同类型的装置，因此可能会迫使OR常备两台或甚至更多台外科资本设备(诸如能量发生器)。这些外科资本设备中的每台外科资本设备必须分别插入功率源中，并且可连接到在OR人员之间经过的一个或多个其他装置，从而产生必须导航的线绳的缠结。现代OR中面临的另一个问题是，这些专门的外科资本设备中的每台外科资本设备都具有其自己的用户界面，并且必须独立于OR内的其他设备进行控制。这在正确地控制彼此连接的多个不同装置方面产生了复杂性，并且迫使用户接受训练并记住不同类型的用户界面(除了在每台资本设备之间进行更换之外，还可基于正在被执行的任务或外科手术来进行更换)。这种繁琐、复杂的过程可能需要在OR内安置更多的人员，并且如果多个装置不能正确地彼此串联控制，则可能产生危险。因此，将外科资本设备技术合并到能够灵活满足外科医生需求的单一系统中以减少OR内外科资本设备的占地面积将简化用户体验，减少OR中的混乱情况，并防止与同时控制多台资本设备相关联的困难和危险。此外，使此类系统可扩展或可定制将允许将新技术便利地结合到现有外科系统中，从而无需更换整个外科系统，也无需OR人员学习每种新技术的新用户界面或设备控制。
如图1至图3所述，外科集线器106可被配置成能够互换地接纳多种模块，这些模块继而可以与外科装置(例如，外科器械或排烟器)进行交互或提供各种其他功能(例如，通信)。在一个方面，外科集线器106可体现为模块化能量系统2000，该模块化能量系统结合图6至图12示出。模块化能量系统2000可包括能够以堆叠构型连接在一起的多种不同模块2001。在一个方面，模块2001可在堆叠或以其他方式连接在一起形成单个组件时物理地且能够通信地耦合在一起。此外，模块2001可以不同的组合或布置可互换地连接在一起。在一个方面，模块2001中的每个模块可包括沿着其上表面和下表面设置的一致或通用的连接器阵列，从而允许任何模块2001以任何布置方式连接到另一个模块2001(不同的是，在一些方面，特定模块类型(诸如头模块2002)可被配置成用作例如堆叠内的最上面的模块)。在一个另选的方面，模块化能量系统2000可包括被配置成能够接纳和保持模块2001的外壳，如图3所示。模块化能量系统2000也可包括也能够连接到模块2001或以其他方式与该模块相关联的多种不同的部件或附件。在另一个方面，模块化能量系统2000可体现为外科集线器106的发生器模块140(图3)。在又一方面，模块化能量系统2000可以是与外科集线器106不同的系统。在此类方面，模块化能量系统2000可通信地耦合到外科集线器206以用于在其间传输和/或接收数据。
模块化能量系统2000可由多种不同的模块2001组装而成，其一些示例在图6中示出。不同类型的模块2001中的每一个模块可提供不同的功能，从而允许模块化能量系统2000组装成不同的配置，以通过定制包括在每个模块化能量系统2000中的模块2001来定制模块化能量系统2000的功能和能力。模块化能量系统2000的模块2001可包括例如头模块2002(其可包括显示屏2006)、能量模块2004、技术模块2040和可视化模块2042。在所示的方面，头模块2002被配置成能够用作模块化能量系统叠堆内的顶部或最上面的模块，并且因此沿着其顶表面可不含连接器。在另一个方面，头模块2002可被配置成能够定位在模块化能量系统叠堆内的底部或最下面的模块处，并且因此沿着其底表面可不含连接器。在又一方面，头模块2002可被配置成能够定位在模块化能量系统叠堆内的中间位置处，并且因此可包括沿着其底表面和顶表面两者的连接器。头模块2002可被配置成能够通过头模块上的物理控件2011和/或在显示屏2006上呈现的图形用户界面(GUI)2008来控制每个模块2001和与其连接的部件的系统级设置。此类设置可包括模块化能量系统2000的激活、警示的音量、脚踏开关设置、设置图标、用户界面的外观或配置、登录到模块化能量系统2000的外科医生档案和/或正在被执行的外科手术的类型。头模块2002还可被配置成能够对连接到头模块2002的模块2001提供通信、处理和/或功率。能量模块2004(也可称为发生器模块140(图3))可被配置成能够生成用于驱动与该能量模块连接的电外科器械和/或超声外科器械的一种或多种能量模态。技术模块2040可被配置成能够提供附加的或扩展的控制算法(例如，用于控制能量模块2004的能量输出的电外科控制算法或超声控制算法)。可视化模块2042可被配置成能够与可视化装置(即，观测设备)进行交互，并且因此提高可视化能力。
模块化能量系统2000还可包括多种附件2029，这些附件能够连接到模块2001以用于控制其功能，或者以其他方式被配置成能够与模块化能量系统2000协同工作。附件2029可包括例如单踏板脚踏开关2032、双踏板脚踏开关2034和用于在其上支撑模块化能量系统2000的推车2030。脚踏开关2032、2034可被配置成能够控制例如由能量模块2004输出的特定能量模态的激活或功能。
通过利用模块化部件，所描绘的模块化能量系统2000提供外科平台，该外科平台随着技术的可用性而被优化并且能够根据设施和/或外科医生的需要进行定制。此外，模块化能量系统2000支持组合装置(例如，双电外科和超声能量发生器)并且支持用于定制组织效应的软件驱动算法。此外，外科系统架构通过将对于外科手术至关重要的多种技术组合到单个系统中来减少资本占地面积。
能够结合模块化能量系统2000使用的各种模块化部件可包括单极能量发生器、双极能量发生器、双电外科/超声能量发生器、显示屏以及各种其他模块和/或其他部件，它们中的一些也在上文中结合图1至图3进行了描述。
现在参见图7A，在一些方面，头模块2002可包括显示屏2006，该显示屏呈现GUI2008以用于中继关于连接到头模块2002的模块2001的信息。在一些方面，显示屏2006的GUI2008可提供构成模块化能量系统2000的特定配置的所有模块2001的合并控制点。下面结合图12更详细地讨论GUI 2008的各个方面。在另选的方面，头模块2002可不含显示屏2006，或者显示屏2006能够可拆卸地连接到头模块2002的外壳2010。在此类方面，头模块2002能够可通信地耦合到外部系统，该外部系统被配置成能够显示由模块化能量系统2000的模块2001生成的信息。例如，在机器人外科应用中，模块化能量系统2000能够可通信地耦合到机器人推车或机器人控制台，该机器人推车或机器人控制台被配置成能够向机器人外科系统的操作人员显示由模块化能量系统2000生成的信息。再如，模块化能量系统2000能够可通信地耦合到移动显示器，该移动显示器可被携带或固定到外科工作人员以供其查看。又如，模块化能量系统2000能够可通信地耦合到外科集线器2100或可包括显示器2104的另一计算机系统，如图11中所示。在利用与模块化能量系统2000分开或以其他方式与该模块化能量系统不同的用户界面的方面，用户界面可与模块化能量系统2000整体或其一个或多个模块2001无线连接，使得用户界面可在其上显示来自所连接的模块2001的信息。
仍然参见图7A，能量模块2004可包括端口组件2012，该端口组件包括多个不同的端口，这些端口被配置成能够将不同的能量模态递送到能够连接到其的对应的外科器械。在图6至图12中所示的具体方面，端口组件2012包括双极端口2014、第一单极端口2016a、第二单极端口2016b、中性电极端口2018(单极返回垫能够连接到该中性电极端口)和组合能量端口2020。然而，端口的这种特定组合仅用于例示性目的，并且端口和/或能量模态的另选组合对于端口组件2012是可能的。
如上所述，模块化能量系统2000可组装成不同的配置。此外，模块化能量系统2000的不同配置也可用于不同的外科手术类型和/或不同的任务。例如，图7A和图7B示出了模块化能量系统2000的第一例示性配置，其包括连接在一起的头模块2002(包括显示屏2006)和能量模块2004。此类配置可适用于例如腹腔镜式和开放式外科手术。
图8A示出了模块化能量系统2000的第二例示性配置，其包括连接在一起的头模块2002(包括显示屏2006)、第一能量模块2004a和第二能量模块2004b。通过堆叠两个能量模块2004a、2004b，模块化能量系统2000可提供一对端口组件2012a、2012b，用于使模块化能量系统2000能够从第一配置递送的能量模态阵列扩展。模块化能量系统2000的第二配置可因此容纳多于一个双极/单极电外科器械、多于两个双极/单极电外科器械等。此类配置可适用于特别复杂的腹腔镜式和开放式外科手术。图8B示出了与第二配置类似的第三例示性配置，不同的是头模块2002不含显示屏2006。该配置可适用于机器人外科应用或移动显示应用，如上所述。
图9示出了模块化能量系统2000的第四例示性配置，其包括连接在一起的头模块2002(包括显示屏2006)、第一能量模块2004a、第二能量模块2004b和技术模块2040。此类配置可适用于其中需要特别复杂或计算密集型控制算法的外科应用。另选地，技术模块2040可以是补充或扩展先前释放的模块(诸如能量模块2004)的能力的新释放的模块。
图10示出了模块化能量系统2000的第五例示性配置，其包括连接在一起的头模块2002(包括显示屏2006)、第一能量模块2004a、第二能量模块2004b、技术模块2040和可视化模块2042。此类配置可通过提供专用外科显示器2044而适用于内窥镜式手术，该专用外科显示器用于中继来自耦合到可视化模块2042的观测设备的视频馈送。应当指出的是，图7A至图11中所示的配置仅仅是为了示出模块化能量系统2000的各种概念，而不应解释为将模块化能量系统2000限制于特定的前述配置。
如上所述，模块化能量系统2000能够可通信地耦合到外部系统，诸如如图11中所示的外科集线器2100。此类外部系统可包括显示屏2104，该显示屏用于显示来自内窥镜(或相机或另一个此类可视化装置)的视觉馈送和/或来自模块化能量系统2000的数据。此类外部系统还可包括计算机系统2102，该计算机系统用于执行计算或以其他方式分析由模块化能量系统2000生成或提供的数据、控制模块化能量系统2000的功能或模式和/或将数据中继到云计算系统或另一个计算机系统。此类外部系统还可协调多个模块化能量系统2000和/或其他外科系统(例如，如结合图1和图2所述的可视化系统108和/或机器人系统110)之间的动作。
现在参见图12，在一些方面，头模块2002可包括或支持被配置成能够用于显示GUI2008的显示器2006，如上所述。显示屏2006可包括用于除显示信息之外还接收来自用户的输入的触摸屏。GUI 2008上显示的控件可对应于连接到头模块2002的模块2001。在一些方面，GUI 2008的不同部分或区域可对应于特定模块2001。例如，GUI 2008的第一部分或区域可对应于第一模块，并且GUI 2008的第二部分或区域可对应于第二模块。由于不同和/或另外的模块2001连接到模块化能量系统堆叠，因此GUI 2008可调节以容纳每个新添加的模块2001的不同和/或附加的控件或移除被移除的每个模块2001的控件。显示器的对应于连接到头模块2002的特定模块的每个部分可显示对应于该模块的控件、数据、用户提示和/或其他信息。例如，在图12中，所描绘的GUI 2008的第一或上部部分2052显示与连接到头模块2002的能量模块2004相关联的控件和数据。具体地讲，用于能量模块2004的GUI 2008的第一部分2052提供对应于双极端口2014的第一桌面小程序2056a、对应于第一单极端口2016a的第二桌面小程序2056b、对应于第二单极端口2016b的第三桌面小程序2056c和对应于组合能量端口2020的第四桌面小程序2056d。这些桌面小程序2056a-d中的每个桌面小程序提供与其端口组件2012的对应端口相关的数据以及用于控制由能量模块2004通过端口组件2012的相应端口递送的能量模态的模式和其他特征部的控件。例如，桌面小程序2056a-d可被配置成能够显示连接到相应端口的外科器械的功率水平，改变连接到相应端口的外科器械的操作模式(例如，将外科器械从第一功率水平改变为第二功率水平和/或将单极外科器械从“喷雾”模式改变为“混合”模式)等等。
在一个方面，头模块2002可包括除GUI 2008之外或代替GUI 2008的各种物理控件2011。此类物理控件2011可包括例如电源按钮，该电源按钮控制对连接到模块化能量系统2000中的头模块2002的每个模块2001的功率施加。另选地，电源按钮可显示为GUI 2008的一部分。因此，头模块2002可用作单个接触点，并且无需单独地激活和去激活构成模块化能量系统2000的每个单独的模块2001。
在一个方面，头模块2002可显示与构造模块化能量系统2000的外科模块2001或可通信地耦合到模块化能量系统2000的外科装置相关联的静止图像、视频、动画和/或信息。头模块2002显示的静止图像和/或视频可以从内窥镜或可通信地耦合到模块化能量系统2000的另一个可视化装置接收。GUI 2008的动画和/或信息可覆盖在图像或视频馈送上或与图像或视频馈送相邻显示。
在一个方面，除头模块2002之外的模块2001可被配置成能够同样将信息中继给用户。例如，能量模块2004可包括围绕端口组件2012的每个端口设置的光组件2015。光组件2015可被配置成能够根据其颜色或状态(例如，闪烁)向用户中继关于端口的信息。例如，当插头完全坐置在相应端口内时，光组件2015可以从第一颜色改变为第二颜色。在一个方面，光组件2015的颜色或状态可由头模块2002控制。例如，头模块2002可使每个端口的光组件2015显示对应于GUI 2008上的端口的颜色显示的颜色。
图13是根据本公开的至少一个方面的模块化能量系统3000的独立集线器配置的框图，并且图14是根据本公开的至少一个方面的与外科控制系统3010集成的模块化能量系统3000的集线器配置的框图。如图13和图14所绘，模块化能量系统3000可用作独立单元或与控制一个或多个外科集线器单元和/或从一个或多个外科集线器单元接收数据的外科控制系统3010集成在一起。在图13至图14中所示的示例中，模块化能量系统3000的集成头/UI模块3002包括一起集成为单个模块的头模块和UI模块。在其他方面，头模块和UI模块可作为通过数据总线3008通信地耦合的单独部件提供。
如图13中所示，独立模块化能量系统3000的示例包括耦合到能量模块3004的集成头模块/用户界面(UI)模块3002。功率和数据通过功率接口3006和数据接口3008在集成头/UI模块3002与能量模块3004之间传输。例如，集成头/UI模块3002可通过数据接口3008将各种命令传输到能量模块3004。此类命令可基于来自UI的用户输入。又如，功率可通过功率接口3006被传输到能量模块3004。
在图14中，外科集线器配置包括与控制系统3010和接口系统3022集成在一起的模块化能量系统3000，用于管理到和/或来自模块化能量系统3000的数据和功率传输等等。图14所示的模块化能量系统包括集成头模块/UI模块3002、第一能量模块3004和第二能量模块3012。在一个示例中，数据传输路径通过数据接口3008通过第一能量模块3004和头/UI模块3002在控制系统3010的系统控制单元3024与第二能量模块3012之间建立。此外，功率路径通过功率接口3006通过第一能量模块3004在集成头/UI模块3002与第二能量模块3012之间延伸。换句话讲，在一个方面，第一能量模块3004被配置成能够通过功率接口3006和数据接口3008用作第二能量模块3012与集成头/UI模块3002之间的功率接口和数据接口。该布置方式允许模块化能量系统3000通过无缝地将附加能量模块连接到已经连接到集成头/UI模块3002的能量模块3004、3012而扩展，而无需集成头/UI模块3002内的专用功率接口和能量接口。
系统控制单元3024(在本文中可称为控制电路、控制逻辑部件、微处理器、微控制器、逻辑部件或FPGA或它们的各种组合)经由能量接口3026和器械通信接口3028耦合到系统接口3022。系统接口3022经由第一能量接口3014和第一器械通信接口3016耦合到第一能量模块3004。系统接口3022经由第二能量接口3018和第二器械通信接口3020耦合到第二能量模块3012。当附加模块(诸如附加能量模块)堆叠在模块化能量系统3000中时，附加能量接口和通信接口提供在系统接口3022与附加模块之间。
能量模块3004、3012可连接到集线器并且能够被配置成能够生成用于多种能量外科器械的电外科能量(例如，双极或单极)、超声能量或它们的组合(在本文中称为“高级能量”模块)。一般来讲，能量模块3004、3012包括硬件/软件接口、超声控制器、高级能量RF控制器、双极RF控制器以及由控制器执行的控制算法，这些控制算法接收来自控制器的输出并相应地控制各种能量模块3004、3012的操作。在本公开的各个方面，本文所述的控制器可被实现为控制电路、控制逻辑部件、微处理器、微控制器、逻辑部件或FPGA或它们的各种组合。
图15至图17是根据本公开的至少一个方面的连接在一起以形成集线器的各种模块化能量系统的框图。图15至图17示出了集线器模块的各种图(例如，电路或控制图)。根据本公开的至少一个方面，模块化能量系统3000包括多个能量模块3004(图16)、3012(图17)、头模块3150(图17)、UI模块3030(图15)和通信模块3032(图15)。UI模块3030包括触摸屏3046，该触摸屏显示用于控制模块化能量系统3000的一个或多个参数的各种相关信息和各种用户控件。UI模块3030附接到顶部头模块3150，但被单独地装纳，使得其可独立于头模块3150被操纵。例如，UI模块3030可被用户拿起和/或重新附接到头模块3150。附加地或另选地，UI模块3030可相对于头模块3150略微运动以调节其位置和/或取向。例如，UI模块3030可相对于头模块3150倾斜和/或旋转。
在一些方面，各种集线器模块可包括围绕物理端口的光导管，以传送器械状态并且还将屏幕上的元素连接到对应的器械。光导管是可用于向用户警示附接/连接到物理端口的外科器械的状态的照明技术的一个示例。在一个方面，利用特定光照亮物理端口来引导用户将外科器械连接到物理端口。在另一个示例中，利用特定光照亮物理端口来警示用户与外科器械的现有连接相关的错误。
转到图15，示出了根据本公开的至少一个方面的经由直通集线器连接器3034耦合到通信模块3032的用户界面(UI)模块3030的框图。UI模块3030以与头模块3150(在图17中示出)分开的部件的形式被提供，并且可例如经由通信模块3032通信地耦合到头模块3150。在一个方面，UI模块3030可包括UI处理器3040，该UI处理器被配置成能够表示从其他连接模块接收的说明可视化和行为，以及执行其他集中式UI功能，诸如系统配置(例如，语言选择、模块关联等)。UI处理器3040可以是例如运行框架诸如Qt、.NET WPF、Web服务器等的处理器或模块上系统(SOM)。
在所示的示例中，UI模块3030包括触摸屏3046、液晶显示器3048(LCD)和音频输出3052(例如，扬声器、蜂鸣器)。UI处理器3040被配置成能够从耦合在触摸屏3046与UI处理器3040之间的触摸控制器3044接收触摸屏输入。UI处理器3040被配置成能够将视觉信息输出到LCD显示器3048并且经由音频放大器3050将音频信息输出到音频输出3052。UI处理器3040被配置成能够经由耦合到直通集线器连接器3034的开关3042交接到通信模块3032，以接收数据、处理数据并将数据从源装置转发到目标装置，并控制它们之间的数据通信。DC功率经由DC/DC转换器模块3054提供给UI模块3030。DC功率通过功率总线3006通过直通集线器连接器3034传递到通信模块3032。数据通过数据总线3008通过直通集线器连接器3034传递到通信模块3032。开关3042、3056接收数据、处理数据并将数据从源装置转发到目标装置。
继续参见图15，通信模块3032以及各种外科集线器和/或外科系统可包括网关3058，该网关被配置成能够在运行不同协议的两个不同网络(例如，内部网络和/或医院网络)之间穿梭选择流量(即，数据)。通信模块3032包括将通信模块3032耦合到其他模块的第一直通集线器连接器3036。在所示的示例中，通信模块3032耦合到UI模块3030。通信模块3032被配置成能够经由第二直通集线器连接器3038耦合到其他模块(例如，能量模块)，以经由设置在第一直通集线器连接器3036与第二直通集线器连接器3038之间的开关3056将通信模块3032耦合到其他模块，以接收数据、处理数据并将数据从源装置转发到目标装置，并控制它们之间的数据通信。开关3056还耦合到网关3058以在外部通信端口与UI模块3030和其他连接的模块之间传送信息。网关3058可耦合到各种通信模块，诸如用以与医院或其他本地网络通信的以太网模块3060、通用串行总线(USB)模块3062、WiFi模块3064和蓝牙模块3066等。通信模块可以是位于通信模块3032内的物理板，或者可以是耦合到远程通信板的端口。
在一些方面，所有模块(即，可拆卸硬件)由设置在头模块上或与头模块成一体的单个UI模块3030控制。图17示出了UI模块3030可附接到的独立头模块3150。图13、图14和图18示出了集成头/UI模块3002。现在返回图15，在各个方面，通过将所有模块合并成单个响应UI模块3002，该系统提供了同时控制和监测多台设备的更简单的方式。该方法显著减小了手术室(OR)中的占位面积和复杂性。
转到图16，示出了根据本公开的至少一个方面的能量模块3004的框图。通信模块3032(图15)经由通信模块3032的第二直通集线器连接器3038和能量模块3004的第一直通集线器连接器3074耦合到能量模块3004。能量模块3004可经由第二直通集线器连接器3078耦合到其他模块，诸如图17中所示的第二能量模块3012。返回到图16，设置在第一直通集线器连接器3074与第二直通集线器连接器3078之间的开关3076接收数据、处理数据并将数据从源装置转发到目标装置，并控制它们之间的数据通信。数据通过数据总线3008被接收和传输。能量模块3032包括控制器3082以控制能量模块3004的各种通信和处理功能。
DC功率通过功率总线3006由能量模块3004接收和传输。功率总线3006耦合到DC/DC转换器模块3138以向可调式调整器3084、3107和隔离的DC/DC转换器端口3096、3112、3132供应功率。
在一个方面，能量模块3004可包括超声宽带放大器3086，该超声宽带放大器在一个方面可为能够生成任意波形并以低总谐波失真(THO)水平驱动谐波换能器的线性H类放大器。超声宽带放大器3086由降压可调式调整器3084馈送以使效率最大化并且由控制器3082控制，该控制器可例如经由直接数字合成器(DDS)实现为数字信号处理器(DSP)。例如，DDS可嵌入DSP中或在现场可编程门阵列(FPGA)中实现。控制器3082经由数模转换器3106(DAC)控制超声宽带放大器3086。超声宽带放大器3086的输出被馈送到超声功率变压器3088，该超声功率变压器耦合到高级能量接收器3100的超声能量输出部分。可用于计算超声阻抗的超声电压(V)和电流(I)反馈(FB)信号通过高级能量接收器3100的输入部分经由超声VI FB变压器3092反馈到控制器3082。超声电压和电流反馈信号通过模数转换器3102(A/D)路由回到控制器3082。隔离的DC/DC转换器端口3096和中带宽数据端口3098也通过高级能量接收器3100耦合到控制器3082，该隔离的DC/DC转换器端口从功率总线3006接收DC功率。
在一个方面，能量模块3004可包括宽带RF功率放大器3108，该宽带RF功率放大器在一个方面可为能够生成任意波形并以一系列输出频率驱动RF负载的线性H类放大器。宽带RF功率放大器3108由可调式降压调整器3107馈送以使效率最大化并且由控制器3082控制，该控制器可经由DDS实现为DSP。例如，DDS可嵌入DSP中或在FPGA中实现。控制器3082经由DAC 3122控制宽带RF放大器3086。宽带RF功率放大器3108的输出可通过RF选择继电器3124馈送。RF选择继电器3124被配置成能够接收宽带RF功率放大器3108的输出信号并将其选择性地传输到能量模块3004的各种其他部件。在一个方面，宽带RF功率放大器3108的输出信号可通过RF选择继电器3124馈送到RF功率变压器3110，该RF功率变压器耦合到双极RF能量接收器3118的RF输出部分。可用于计算RF阻抗的双极RF电压(V)和电流(I)反馈(FB)信号通过双极RF能量接收器3118的输入部分经由RF VI FB变压器3114反馈到控制器3082。RF电压和电流反馈信号通过A/D 3120路由回到控制器3082。隔离的DC/DC转换器端口3112和低带宽数据端口3116也通过双极RF能量接收器3118耦合到控制器3082，该隔离的DC/DC转换器端口从功率总线3006接收DC功率。
如上所述，在一个方面，能量模块3004可包括由控制器3082(例如，FPGA)以用于致动的额定线圈电流驱动的RF选择继电器3124，并且还可经由脉冲宽度调制(PWM)设定为较低的保持电流以限制稳态功率耗散。利用力引导(安全)继电器实现RF选择继电器3124的切换，并且由控制器3082感测接触状态的状态，以缓解任何单个故障状况。在一个方面，RF选择继电器3124被配置成能够处于第一状态，其中从RF源诸如宽带RF功率放大器3108接收的输出RF信号被传输到能量模块3004的第一部件，诸如双极能量接收器3118的RF功率变压器3110。在第二方面，RF选择继电器3124被配置成能够处于第二状态，其中从RF源诸如宽带RF功率放大器3108接收的输出RF信号被传输到第二部件，诸如单极能量接收器3136的RF功率变压器3128，如下文更详细描述的。在一般方面，RF选择继电器3124被配置成能够由控制器3082驱动以在多种状态(诸如第一状态和第二状态)之间切换，从而在能量模块3004的不同能量接收器之间传输从RF功率放大器3108接收的输出RF信号。
如上所述，宽带RF功率放大器3108的输出也可通过RF选择继电器3124馈送到RF单级接收器3136的宽带RF功率变压器3128。可用于计算RF阻抗的单极RF电压(V)和电流(I)反馈(FB)信号通过单极RF能量接收器3136的输入部分经由RF VI FB变压器3130反馈到控制器3082。RF电压和电流反馈信号通过A/D 3126路由回到控制器3082。隔离的DC/DC转换器端口3132和低带宽数据端口3134也通过单极RF能量接收器3136耦合到控制器3082，该隔离的DC/DC转换器端口从功率总线3006接收DC功率。
宽带RF功率放大器3108的输出也可通过RF选择继电器3124馈送到高级能量接收器3100的宽带RF功率变压器3090。可用于计算RF阻抗的RF电压(V)和电流(I)反馈(FB)信号通过高级能量接收器3100的输入部分经由RF VI FB变压器3094反馈到控制器3082。RF电压和电流反馈信号通过A/D 3104路由回到控制器3082。
图17是根据本公开的至少一个方面的耦合到头模块3150的第二能量模块3012的框图。图16中所示的第一能量模块3004通过将第一能量模块3004的第二直通集线器连接器3078耦合到第二能量模块3012的第一直通集线器连接器3074而耦合到图17中所示的第二能量模块3012。在一个方面，第二能量模块3012可为与第一能量模块3004类似的能量模块，如图17中所示。在另一个方面，第二能量模块2012可为与第一能量模块相比不同的能量模块，诸如更详细地示出于图19中的能量模块。将第二能量模块3012添加到第一能量模块3004为模块化能量系统3000增加了功能。
第二能量模块3012通过将直通集线器连接器3078连接到头模块3150的直通集线器连接器3152而耦合到头模块3150。在一个方面，头模块3150可包括头处理器3158，该头处理器被配置成能够管理电源按钮功能3166、通过升级USB模块3162进行的软件升级、系统时间管理以及经由可运行不同协议的以太网模块3164到外部网络(即，医院或云)的网关。数据通过直通集线器连接器3152由头模块3150接收。头处理器3158还耦合到开关3160，以接收数据、处理数据并将数据从源装置转发到目标装置，并控制它们之间的数据通信。头处理器3158还耦合到OTS功率源3156，该OTS功率源耦合到主功率输入模块3154。
图18是根据本公开的至少一个方面的用于集线器(诸如图15中所示的头模块)的头/用户界面(UI)模块3002的框图。头/UI模块3002包括头功率模块3172、头无线模块3174、头USB模块3176、头音频/屏幕模块3178、头网络模块3180(例如，以太网)、底板连接器3182、头待机处理器模块3184和头脚踏开关模块3186。这些功能模块进行交互以提供头/UI 3002功能。头/UI控制器3170控制每个功能模块以及它们之间的通信，包括耦合在头/UI控制器3170与耦合到头脚踏开关模块3186的隔离通信模块3234之间的安全关键控制逻辑模块3230、3232。安全协处理器3188耦合到头/UI控制器3170。
头功率模块3172包括耦合到OTS功率源单元3192(PSU)的主功率输入模块3190。低电压直流电(例如，5V)待机功率通过低电压功率总线3198从OTS PSU 3192提供到头/UI模块3002和其他模块。高电压直流电(例如，60V)通过高电压总线3200从OTS PSU 3192提供到头/UI模块3002。高电压DC提供DC/DC转换器模块3196以及隔离的DC/DC转换器模块3236。头/待机模块3184的待机处理器3204向OTS PSU 3192提供PSU/启用信号3202。
头无线模块3174包括WiFi模块3212和蓝牙模块3214。WiFi模块3212和蓝牙模块3214两者耦合到头/UI控制器3170。蓝牙模块3214用于在不使用缆线的情况下连接装置，并且Wi-Fi模块3212提供对网络诸如互联网的高速访问，并且可用于产生无线网络，该无线网络可链接多个装置，诸如位于手术室中的多个能量模块或其他模块和外科器械以及其他装置。蓝牙是用于在短距离(诸如小于30英尺)内交换数据的无线技术标准。
头USB模块3176包括耦合到头/UI控制器3170的USB端口3216。USB模块3176通过短距离数字数据通信为模块和其他电子器件提供标准缆线连接接口。USB模块3176允许包括USB装置的模块与USB缆线相互连接并通过USB缆线传输数字数据。
头音频/屏幕模块3178包括耦合到触摸控制器3218的触摸屏3220。触摸控制器3218耦合到头/UI控制器3170以读取来自触摸屏3220的输入。头/UI控制器3170通过显示/端口视频输出信号3222来驱动LCD显示器3224。头/UI控制器3170耦合到音频放大器3226以驱动一个或多个扬声器3228。
在一个方面，头/UI模块3002提供触摸屏3220用户界面，该触摸屏用户界面被配置成能够控制连接到模块化能量系统3000中的一个控件或头模块3002的模块。触摸屏3220可用于保持单个接入点以供用户调节连接在模块化能量系统3000内的所有模块。附加硬件模块(例如，排烟模块)可在它们连接到头/UI模块3002时出现在用户界面LCD显示器3224的底部，并且可在它们与头/UI模块3002断开连接时从用户界面LCD显示器3224消失。
此外，用户触摸屏3220可提供对附接到模块化能量系统3000的模块的设置的访问。此外，用户界面LCD显示器3224布置可被配置成能够根据连接到头/UI模块3002的模块的数量和类型而改变。例如，第一用户界面可显示在LCD显示器3224上用于第一应用程序，其中一个能量模块和一个排烟模块连接到头/UI模块3002，并且第二用户界面可显示在LCD显示器3224上用于第二应用程序，其中两个能量模块连接到头/UI模块3002。此外，当模块与模块化能量系统3000连接和断开连接时，用户界面可改变其在LCD显示器3224上的显示。
在一个方面，头/UI模块3002提供用户界面LCD显示器3224，该用户界面LCD显示器被配置成能够在LCD显示器上显示对应于端口照明的着色。在一个方面，器械面板的着色和其对应端口周围的LED光将是相同的或以其他方式彼此对应。每种颜色可例如传达独特的含义。这样，用户将能够快速评估指示所涉及的器械以及指示的性质。此外，关于器械的指示可通过改变衬在其对应端口周围的LED光的颜色和其模块的着色来表示。更进一步地，关于屏幕和硬件/软件端口对准的消息也可用于传达必须对硬件而不是接口采取动作。在各个方面，当在其他器械上发生警示时，可使用所有其他器械。这允许用户能够快速评估指示所涉及的器械以及指示的性质。
在一个方面，头/UI模块3002提供用户界面屏幕，该用户界面屏幕被配置成能够在LCD显示器3224上显示以向用户呈现手术选项。在一个方面，用户界面可被配置成能够向用户呈现一系列选项(其可被布置成例如从广泛到具体)。在进行每个选择之后，模块化能量系统3000呈现下一层级，直到完成所有选择。这些设置可在本地管理并经由辅助装置(诸如USB拇指驱动器)传输。另选地，这些设置可经由门户管理并且自动分配到医院中的所有连接系统。
手术选项可包括例如根据专业、规程和规程类型分类的出厂预设选项的列表。在完成用户选择时，头模块可被配置成能够将任何连接的器械设置为针对该具体规程的出厂预设设置。手术选项还可包括例如外科医生，然后是专业、规程和类型的列表。一旦用户完成选择，系统就可建议外科医生优选的器械，并根据外科医生的偏好(即，与存储外科医生偏好的每个外科医生相关联的配置文件)设定那些器械的设置。
在一个方面，头/UI模块3002提供用户界面屏幕，该用户界面屏幕被配置成能够在LCD显示器3224上显示关键的器械设置。在一个方面，在用户界面的LCD显示器3224上显示的每个器械面板在位置和内容上对应于插入到模块化能量系统3000中的器械。当用户轻击面板时，其可展开以显示该特定器械的附加设置和选项，并且屏幕的其余部分可例如变暗或以其他方式不再强调。
在一个方面，头/UI模块3002提供用户界面的器械设置面板，该器械设置面板被配置成能够包括/显示对器械而言是唯一的控件并且允许用户增大或减小其输出的强度，切换某些功能，将其与系统附件如连接到头脚踏开关模块3186的脚踏开关配对，访问高级器械设置，以及找到关于器械的附加信息。在一个方面，用户可轻击/选择“高级设置”控件以展开用户界面LCD显示器3224上显示的高级设置抽屉。在一个方面，用户然后可轻击/选择器械设置面板的右上角处的图标或轻击面板外部的任何位置，然后面板将缩小到其初始状态。在这些方面，用户界面被配置成能够在LCD显示器3224上仅在每个器械面板的就绪/主屏幕上显示最关键的器械设置，诸如功率水平和功率模式。这是为了从一定距离最大化系统的尺寸和可读性。在一些方面，面板和其中的设置可与连接到系统的器械的数量成比例地缩放，以进一步改善可读性。随着更多器械被连接，面板按比例缩放以容纳更大量的信息。
头网络模块3180包括多个网络接口3264、3266、3268(例如，以太网)以将头/UI模块3002网络连接到模块化能量系统3000的其他模块。在所示的示例中，一个网络接口3264可以是第三方网络接口，另一个网络接口3266可以是医院网络接口，并且又一个网络接口3268可以位于底板网络接口连接器3182上。
头待机处理器模块3184包括耦合到接通/断开开关3210的待机处理器3204。待机处理器3204通过检查以查看电流是否在连续性回路3206中流动来进行电气连续性测试。连续性测试通过在连续性回路3206上施加小电压来执行。串行总线3208将待机处理器3204耦合到底板连接器3182。
头脚踏开关模块3186包括分别通过多个对应的存在/ID和开关状态模块3242、3244、3246耦合到多个模拟脚踏开关端口3254、3256、3258的控制器3240。控制器3240还经由存在/ID和开关状态模块3248以及收发器模块3250耦合到附件端口3260。附件端口3260由附件功率模块3252供应功率。控制器3240经由隔离的通信模块3234以及第一安全关键控制模块3230和第二安全关键控制模块3232耦合到头/UI控制器3170。头脚踏开关模块3186还包括DC/DC转换器模块3238。
在一个方面，头/UI模块3002提供用户界面屏幕，该用户界面屏幕被配置成能够在LCD显示器3224上显示以用于控制连接到模拟脚踏开关端口3254、3256、3258中的任一个模拟脚踏开关端口的脚踏开关。在一些方面，当用户将非手动激活的器械插入到模拟脚踏开关端口3254、3256、3258中的任一个模拟脚踏开关端口中时，器械面板出现在脚踏开关图标旁边的警告图标处。器械设置可为例如变灰的，因为器械不能在没有脚踏开关的情况下被激活。
当用户将脚踏开关插入到模拟脚踏开关端口3254、3256、3258中的任一个模拟脚踏开关端口中时，出现指示脚踏开关已被分配到该器械的弹出窗口。脚踏开关图标指示脚踏开关已被插入并被分配到器械。然后，用户可轻击/选择该图标以分配、重新分配、取消分配或以其他方式改变与该脚踏开关相关联的设置。在这些方面，该系统被配置成能够使用逻辑部件自动地将脚踏开关分配给非手动激活的器械，该逻辑部件还可将单踏板脚踏开关或双踏板脚踏开关分配给适当的器械。如果用户想要手动分配/重新分配脚踏开关，则存在可利用的两个流程。
在一个方面，头/UI模块3002提供全局脚踏开关按钮。一旦用户轻击全局脚踏开关图标(位于用户界面LCD显示器3224的右上方)，脚踏开关分配叠层出现并且器械模块中的内容变暗。如果未分配给器械，则每个附接的脚踏开关(双踏板或单踏板)的(例如，照片般逼真的)表示出现在底部，或者出现在对应的器械面板上。因此，用户可将这些图示拖放到脚踏开关分配叠层中的加框图标中和从该加框图标中拖出，以将脚踏开关分配、取消分配和重新分配给他们相应的器械。
在一个方面，根据本公开的至少一个方面，头/UI模块3002提供在LCD显示器3224上显示的指示脚踏开关自动分配的用户界面屏幕。如上所述，模块化能量系统3000可被配置成能够将脚踏开关自动分配给未进行手动激活的器械。在一些方面，头/UI模块3002可被配置成能够将用户界面LCD显示器3224上显示的颜色与模块自身上的光相关联，作为利用用户界面元素跟踪物理端口的方法。
在一个方面，头/UI模块3002可被配置成能够描绘用户界面的各种应用程序，其中不同数量的模块连接到模块化能量系统3000。在各个方面，在LCD显示器3224上显示的用户界面元素的总体布局或比例可基于插入到头/UI模块3002中的器械的数量和类型。这些能够按比例缩放的图形可提供利用更多屏幕以更好地可视化的方法。
在一个方面，头/UI模块3002可被配置成能够在LCD显示器3224上示出用户界面屏幕，以指示连接到模块化能量系统3000的模块的哪些端口是活动的。在一些方面，头/UI模块3002可被配置成能够通过突出显示活动端口和调暗不活动端口来示出活动端口与非活动端口。在一个方面，端口可以在活动时用颜色表示(例如，单极组织切割用黄色表示，单极组织凝固用蓝色表示，双极组织切割用蓝色表示，高级能量组织切割用暖白色表示等)。此外，所显示的颜色将与端口周围的光导管的颜色匹配。着色还可指示用户在器械激活时不能改变其他器械的设置。又如，头/UI模块3002可被配置成能够将第一能量模块的双极端口、单极端口和超声端口示出为活动的，并且将第二能量模块的单极端口示出为同样活动的。
在一个方面，头/UI模块3002可被配置成能够在LCD显示器3224上示出用户界面屏幕以显示全局设置菜单。在一个方面，头/UI模块3002可被配置成能够在LCD显示器3224上显示菜单以控制跨连接到模块化能量系统3000的任何模块的全局设置。全局设置菜单可例如始终显示在一致的位置(例如，始终可用于主屏幕的右上角)。
在一个方面，头/UI模块3002可被配置成能够在LCD显示器3224上示出用户界面屏幕，该用户界面屏幕被配置成能够防止在使用外科器械时改变设置。在一个示例中，头/UI模块3002可被配置成能够防止设置在所连接的器械激活时经由所显示的菜单改变。用户界面屏幕可包括例如在打开设置菜单时被保留用于指示器械激活的区域(例如，左上角)。在一个方面，用户已在单极凝固激活时打开双极设置。在一个方面，一旦激活完成，就可使用设置菜单。在一个方面，头/UI模块3002可被配置成能够从不覆盖专用区域上的用于指示关键器械信息的任何菜单或其他信息，以便保持关键信息的显示。
在一个方面，头/UI模块3002可被配置成能够在LCD显示器3224上示出被配置成能够显示器械错误的用户界面屏幕。在一个方面，器械错误警告可显示在器械面板自身上，从而允许用户在护士对错误进行故障诊断时继续使用其他器械。这允许用户继续外科手术，而无需停止外科手术来调试器械。
在一个方面，头/UI模块3002可被配置成能够在LCD显示器3224上示出用户界面屏幕以显示可用于各种器械的不同模式或设置。在各个方面，头/UI模块3002可被配置成能够显示适合于连接到叠堆/集线器的外科器械的类型或应用的设置菜单。每个设置菜单可提供适合于特定器械类型的不同功率电平、能量递送分布曲线等的选项。在一个方面，头/UI模块3002可被配置成能够显示可用于双极、单极切割和单极凝固应用的不同模式。
在一个方面，头/UI模块3002可被配置成能够在LCD显示器3224上示出用户界面屏幕以显示预先选择的设置。在一个方面，头/UI模块3002可被配置成能够在插入器械之前接收对器械/装置设置的选择，使得模块化能量系统3000在患者进入手术室之前准备就绪。在一个方面，用户可简单地单击端口，并且然后改变该端口的设置。在所示出的方面，所选择的端口表现为淡出以指示设置被设置，但是没有器械插入到该端口中。
图19是根据本公开的至少一个方面的用于集线器的能量模块3270(诸如图13、图14、图16和图17中所示的能量模块)的框图。能量模块3270被配置成能够经由第一直通集线器连接器3272和第二直通集线器连接器3276耦合到头模块、头/UI模块和其他能量模块。设置在第一直通集线器连接器3272与第二直通集线器连接器3276之间的开关3076接收数据、处理数据并将数据从源装置转发到目标装置，并控制它们之间的数据通信。数据通过数据总线3008被接收和传输。能量模块3270包括控制器3082以控制能量模块3270的各种通信和处理功能。
DC功率通过功率总线3006由能量模块3270接收和传输。功率总线3006耦合到DC/DC转换器模块3138以向可调节调整器3084、3107和隔离的DC/DC转换器端口3096、3112、3132供应功率。
在一个方面，能量模块3270可包括超声宽带放大器3086，该超声宽带放大器在一个方面可为能够生成任意波形并以低总谐波失真(THO)水平驱动谐波换能器的线性H类放大器。超声宽带放大器3086由降压可调式调整器3084馈送以使效率最大化并且由控制器3082控制，该控制器可例如经由直接数字合成器(DDS)实现为数字信号处理器(DSP)。例如，DDS可嵌入DSP中或在现场可编程门阵列(FPGA)中实现。控制器3082经由数模转换器3106(DAC)控制超声宽带放大器3086。超声宽带放大器3086的输出被馈送到超声功率变压器3088，该超声功率变压器耦合到高级能量接收器3100的超声能量输出部分。可用于计算超声阻抗的超声电压(V)和电流(I)反馈(FB)信号通过高级能量接收器3100的输入部分经由超声VI FB变压器3092反馈到控制器3082。超声电压和电流反馈信号通过模拟多路复用器3280和双模数转换器3278(A/D)路由回到控制器3082。在一个方面，双A/D 3278具有80MSPS的采样率。隔离的DC/DC转换器端口3096和中带宽数据端口3098也通过高级能量接收器3100耦合到控制器3082，该隔离的DC/DC转换器端口从功率总线3006接收DC功率。
在一个方面，能量模块3270可包括多个宽带RF功率放大器3108、3286、3288等，在一个方面，宽带RF功率放大器3108、3286、3288中的每个宽带RF功率放大器可为能够生成任意波形并以一系列输出频率驱动RF负载的线性H类放大器。宽带RF功率放大器3108、3286、3288中的每个宽带RF功率放大器由可调式降压调整器3107馈送以使效率最大化并且由控制器3082控制，该控制器可经由DDS实现为DSP。例如，DDS可嵌入DSP中或在FPGA中实现。控制器3082经由DAC 3122控制第一宽带RF功率放大器3108。
与图16和17所示和所述的能量模块3004、3012不同，能量模块3270不包括被配置成能够从可调式降压调整器3107接收RF输出信号的RF选择继电器。此外，与图16和17所示和所述的能量模块3004、3012不同，能量模块3270包括多个宽带RF功率放大器3108、3286、3288而不是单个RF功率放大器。在一个方面，可调式降压调整器3107可在多个状态之间切换，其中可调式降压调整器3107将输出RF信号输出到与该可调式降压调整器连接的多个宽带RF功率放大器3108、3286、3288中的一个宽带RF功率放大器。控制器3082被配置成能够在多个状态之间切换可调式降压调整器3107。在第一状态下，控制器驱动可调式降压调整器3107以将RF能量信号输出到第一宽带RF功率放大器3108。在第二状态下，控制器驱动可调式降压调整器3107以将RF能量信号输出到第二宽带RF功率放大器3286。在第三状态下，控制器驱动可调式降压调整器3107以将RF能量信号输出到第三宽带RF功率放大器3288。
第一宽带RF功率放大器3108的输出可被馈送到RF功率变压器3090，该RF功率变压器耦合到高级能量接收器3100的RF输出部分。可用于计算RF阻抗的RF电压(V)和电流(I)反馈(FB)信号通过高级能量接收器3100的输入部分经由RF VI FB变压器3094反馈到控制器3082。RF电压和电流反馈信号通过RF VI FB变压器3094路由回到控制器3082，该RF VI FB变压器耦合到模拟多路复用器3284和耦合到控制器3082的双A/D 3282。在一个方面，双A/D3282具有80MSPS的采样率。
第二RF宽带功率放大器3286的输出通过RF单极接收器3136的RF功率变压器3128馈送。可用于计算RF阻抗的单极RF电压(V)和电流(I)反馈(FB)信号通过单极RF能量接收器3136的输入部分经由RF VI FB变压器3130反馈到控制器3082。RF电压和电流反馈信号通过模拟多路复用器3284和双A/D 3282路由回到控制器3082。隔离的DC/DC转换器端口3132和低带宽数据端口3134也通过单极RF能量接收器3136耦合到控制器3082，该隔离的DC/DC转换器端口从功率总线3006接收DC功率。
第三RF宽带功率放大器3288的输出通过双极RF接收器3118的RF功率变压器3110馈送。可用于计算RF阻抗的双极RF电压(V)和电流(I)反馈(FB)信号通过双极RF能量接收器3118的输入部分经由RF VI FB变压器3114反馈到控制器3082。RF电压和电流反馈信号通过模拟多路复用器3280和双A/D 3278路由回到控制器3082。隔离的DC/DC转换器端口3112和低带宽数据端口3116也通过双极RF能量接收器3118耦合到控制器3082，该隔离的DC/DC转换器端口从功率总线3006接收DC功率。
接触监测器3290耦合到NE接收器3292。功率从单极接收器3136馈送到NE接收器3292。
在一个方面，参考图13至图19，模块化能量系统3000可被配置成能够经由集成到接收器3100、3118、3136中的光中断器、磁传感器或其他非接触式传感器来检测接收器3100、3118、3136中器械的存在。该方法防止了将MTD连接器上的专用存在引脚分配给单个目的的必要性，而是允许MTD信号引脚6-9具有多用途功能，同时连续监测器械存在。
在一个方面，参考图13至图19，模块化能量系统3000的模块可包括允许跨患者隔离边界高速通信(10Mb/s至50Mb/s)的光学链路。该链路将承载装置通信、缓解信号(监视器等)和低带宽运行时数据。在一些方面，光学链路将不包含可在非隔离侧上进行的实时采样数据。
在一个方面，参考图13至图19，模块化能量系统3000的模块可以包括多功能电路块，该多功能电路块可以：(i)经由A/D和电流源读取存在电阻器值，(ii)经由手动开关Q协议与传统器械通信，(iii)经由本地总线单线协议与器械通信，以及(iv)与启用CAN FD的外科器械通信。当外科器械被能量发生器模块正确地识别时，相关的引脚功能和通信电路被启用，而其他未使用的功能被禁用或断开并且被设置为高阻抗状态。
在一个方面，参见图13至图19，模块化能量系统3000的模块可包括脉冲/刺激/辅助放大器。这是基于全桥输出的灵活使用放大器，并且包含功能隔离。这允许其差分输出参考所施加部分(除了在一些方面的单极有源电极之外)上的任何输出连接。放大器输出可以是具有由DAC提供的波形驱动的小信号线性(脉冲/激励)或用于DC应用(诸如DC马达、照明、FET驱动器等)的中等输出功率的方波驱动。利用功能隔离的电压和电流反馈来感测输出电压和电流，以向FPGA提供准确的阻抗和功率测量值。与启用CAN FD的器械配对，该输出可提供马达/运动控制驱动，而位置或速度反馈由CAN FD接口提供以用于闭环控制。
如本文更详细地描述的，模块化能量系统包括头模块和一个或多个功能模块或外科模块。在各种情况下，模块化能量系统是一种模块化能量系统。在各种情况下，外科模块包括能量模块、通信模块、用户界面模块；然而，外科模块可以被设想为与模块化能量系统一起使用的任何合适类型的功能模块或外科模块。
模块化能量系统提供了外科手术中的许多优点，如上文结合模块化能量系统2000(图6至图12)、3000(图13至图15)所描述的。然而，电缆管理和设置/拆卸时间可为重大阻碍。本公开的各个方面提供了一种模块化能量系统，该模块化能量系统具有单根电力电缆和单个功率开关以控制整个模块化能量系统的启动和关机，这消除了激活和去激活构成模块化能量系统的每个单独模块的需要。另外，本公开的各个方面提供了一种模块化能量系统，该模块化能量系统具有有利于功率向模块化能量系统的模块的安全且在一些情况下同时的递送的功率管理方案。
在各个方面，如图20中所示，模块化能量系统6000在许多方面类似于模块化能量系统2000(图6至图12)、3000(图13至图15)。为了简洁起见，与模块化能量系统2000和/或模块化能量系统3000类似的模块化能量系统6000的各种细节在本文中不再重复。
模块化能量系统6000包括头模块6002和“N”个数量的外科模块6004，其中“N”为大于或等于1的整数。在各种示例中，模块化能量系统6000包括UI模块诸如UI模块3030和/或通信模块诸如通信模块3032。此外，直通集线器连接器使单独模块以堆叠构型彼此耦合。在图20的示例中，头模块6002经由直通集线器连接器6005、6006耦合到外科模块6004。
模块化能量系统6000包括示例性电源架构，该电源架构由向堆叠中的所有外科模块提供功率的单个AC/DC功率源6003组成。AC/DC功率源6003装纳在头模块6002中，并且利用功率底板6008将功率分配到叠堆中的每个模块。图20的示例展示了功率底板6008上的三个单独功率域：主功率域6009、待机功率域6010和以太网交换机功率域6013。
在图20中所示的示例中，功率底板6008通过多个中间模块6004从头模块6002延伸到堆叠中的最底部或最远模块。在各个方面，功率底板6008被配置成能够通过叠堆中其前面的一个或多个其他外科模块6004将功率递送到外科模块6004。从头模块6002接收功率的外科模块6004可耦合到被配置成能够将治疗能量递送到患者的外科器械或工具。
主功率域6009是模块6002、6004的功能模块专用电路6013、6014、6015的主功率源。其由向每个模块提供的单个电压轨组成。在至少一个示例中，可选择60V的标称电压以高于任何模块所需的本地轨，使得这些模块可仅仅实现降压调节，这通常比升压调节更有效。
在各个方面，主功率域6009由头模块6002控制。在某些情况下，如图20中所示，本地功率开关6018被定位在头模块6002上。在某些情况下，例如，远程接通/断开接口6016可被配置成能够控制头模块6002上的系统功率控件6017。在至少一个示例中，远程接通/断开接口6016被配置成能够传输脉冲离散命令(开和关的单独命令)和功率状态遥测信号。在各种情况下，主功率域6009被配置成能够在用户发起的上电后将功率分配到堆叠构型中的所有模块。
在各个方面，如图21中所示，模块化能量系统6000的模块能够经由通信(串行总线/以太网)接口6040可通信地耦合到头模块6002和/或彼此可通信地耦合，使得由构成模块化能量系统的模块并且在其间共享数据或其他信息。例如，可从主功率域6009导出以太网交换机域6013。以太网交换机功率域6013被隔离成单独的功率域，该单独的功率域被配置成能够对堆叠构型中的模块中的每一个模块内的以太网交换机供电，使得主通信接口6040在模块的本地功率被移除时将保持通电。在至少一个示例中，主通信接口6040包括1000BASE-T以太网，其中每个模块表示网络上的节点，并且头模块6002下游的每个模块包含用于将流量路由到本地模块或在适当时向上游或下游传递数据的3端口以太网交换机。
此外，在某些示例中，模块化能量系统6000包括模块之间的用于关键的功率相关功能(包括模块供电排序和模块功率状态)的辅助低速通信接口。辅助通信接口可例如为多点局域互联网络(LIN)，其中头模块是主模块并且所有下游模块是从模块。
在各个方面，如图20中所示，待机功率域6010是来自AC/DC功率源6003的单独输出，在功率源连接到主功率6020时始终通电。待机功率域6010由系统中的所有模块用来对缓解的通信接口的电路系统供电，并且控制每个模块的本地功率。此外，待机功率域6010被配置成能够向在待机模式下关键的电路系统诸如接通/断开命令检测、状态LED、辅助通信总线等供电。
在各个方面，如图20中所示，单独外科模块6004不含独立功率源，因此依靠头模块6002来在堆叠构型中供电。仅头模块6002直接连接到主功率6020。外科模块6004不含至主功率6020的直接连接，并且可仅在堆叠构型中接收功率。该布置方式改善了单独外科模块6004的安全性，并且减少了模块化能量系统6000的总占地面积。该布置方式进一步减少了模块化能量系统6000的正确操作所需的线绳数量，这可减少手术室中的混乱和占地面积。
因此，与模块化能量系统6000的呈堆叠构型的外科模块6004连接的外科器械接收用于组织治疗的治疗能量，该治疗能量由外科模块6004利用从头模块6002的AC/DC功率源6003递送到外科模块6004的功率生成。
在至少一个示例中，虽然头模块6002以堆叠构型与第一外科模块6004'组装在一起，但能量可从AC/DC功率源6003流动到第一外科模块6004'。此外，虽然头模块6002以堆叠构型与第一外科模块6004'(连接到头模块6002)和第二外科模块6004"(连接到第一外科模块6004')组装在一起，但能量可通过第一外科模块6004'从AC/DC功率源6003流动到第二外科模块6004"。
头模块6002的AC/DC功率源6003所生成的能量传输穿过在整个模块化能量系统6000中限定的分段功率底板6008。在图20的示例中，头模块6002容纳功率底板区段6008'，第一外科模块6004'容纳功率底板区段6008"，并且第二外科模块6004"容纳功率底板区段6008"'。功率底板区段6008'以堆叠构型可拆卸地耦合到功率底板区段6008"。此外，功率底板6008"以堆叠构型可拆卸地耦合到功率底板区段6008"。因此，能量从AC/DC功率源6003流动到功率底板区段6008'，再流动到功率底板区段6008"，然后流动到功率底板区段6008"'。
在图20的示例中，功率底板区段6008'经由直通集线器连接器6005、6006以堆叠构型可拆卸地连接到功率底板区段6008"。此外，功率底板区段6008"经由直通集线器连接器6025、6056以堆叠构型可拆卸地连接到功率底板区段6008"'。在某些情况下，从堆叠构型移除外科模块会切断其与功率源6003的连接。例如，将第二外科模块6004"与第一外科模块6004'分开将使功率底板区段6008"'与功率底板区段6008"断开连接。然而，只要头模块6002和第一外科模块6004'保持处于堆叠构型，功率底板区段6008"与功率底板区段6008"'之间的连接就保持完整。因此，在使第二外科模块6004"断开连接之后，能量仍可通过头模块6002与第一外科模块6004'之间的连接流动到第一外科模块6004'。在某些情况下，可通过简单地拉开外科模块6004来实现分开连接的模块。
在图20的示例中，模块6002、6004中的每个模块包括缓解的模块控件6023。缓解的模块控件6023被耦合到对应的本地功率调节模块6024，这些对应的本地功率调节模块被配置成能够基于来自缓解的模块控件6023的输入来调节功率。在某些方面，缓解的模块控件6023允许头模块6002独立地控制本地功率调节模块6024。
模块化能量系统6000还包括缓解的通信接口6021，该缓解的通信接口包括在缓解的模块控件6023之间延伸的分段通信底板6027。分段通信底板6027在许多方面类似于分段功率底板6008。可通过在整个模块化能量系统6000中限定的分段通信底板6027来实现头模块6002的缓解的模块控件6023与外科模块6004之间的缓解的通信。在图20的示例中，头模块6002容纳通信底板区段6027'，第一外科模块6004'容纳通信底板区段6027"，并且第二外科模块6004"容纳通信底板区段6027"'。通信底板区段6027'经由直通集线器连接器6005、6006以堆叠构型可拆卸地耦合到通信底板区段6027"。此外，通信底板6027"经由直通集线器连接器6025、6026以堆叠构型可拆卸地耦合到通信底板区段6027"。
尽管图20的示例描绘了模块化能量系统6000包括头模块6002和两个外科模块6004'、6004"，但这不是限制性的。本公开设想了具有更多或更少外科模块的模块化能量系统。在一些方面，模块化能量系统6000包括其它模块，诸如通信模块3032(图15)。在一些方面，头模块6502支撑显示屏，诸如显示器2006(图7A)，该显示器呈现GUI，诸如用于中继关于连接到头模块6002的模块的信息的GUI 2008。如结合图15的示例更详细描述的，在一些方面，显示屏2006的GUI 2008可提供构成模块化能量系统的特定构型的所有模块的合并控制点。
图21描绘了模块化能量系统6000的简化示意图，该简化示意图示出了头模块6002与外科模块6004之间的主通信接口6040。主通信接口6040可通信地连接头模块6002和外科模块6004的模块处理器6041、6041'、6041”。头模块的模块处理器6041所生成的命令经由主通信接口6040向下游传输到期望的功能外科模块。在某些情况下，主通信接口6040被配置成能够建立邻近模块之间的双向通信路径。在其他情况下，主通信接口6040被配置成能够建立邻近模块之间的单向通信路径。
此外，主通信接口6040包括在许多方面类似于分段功率底板6008的分段通信底板6031。可通过在整个模块化能量系统6000中限定的分段通信底板6031实现头模块6002与外科模块6004之间的通信。在图21的示例中，头模块6002容纳通信底板区段6031'，第一外科模块6004'容纳通信底板区段6031”，并且第二外科模块6004”容纳通信底板区段6031”'。通信底板区段6031'经由直通集线器连接器6005、6006以堆叠构型可拆卸地耦合到通信底板区段6031"。此外，通信底板6031"经由直通集线器连接器6025、6026以堆叠构型可拆卸地耦合到通信底板区段6031"。
在至少一个示例中，如图21中所示，使用在千兆位以太网接口上运行的DDS框架来实现主通信接口6040。模块处理器6041、6041'、6041"连接到千兆位以太网物理层6044和千兆位以太网交换机6042'、6042"。在图21的示例中，分段通信底板6031连接邻近模块的千兆位以太网物理层6044和千兆位以太网交换机6042。
在各个方面，如图21中所示，头模块6002包括单独千兆位以太网物理层6045以实现与头模块6002的处理器模块6041的外部通信接口6043。在至少一个示例中，头模块6002的处理器模块6041处理防火墙和信息路由。
参见图20，AC/DC功率源6003可提供AC状态信号6011，该AC状态信号指示AC/DC功率源6003所供应的AC电力的损失。可经由分段功率底板6008将AC状态信号6011提供给模块化能量系统6000的所有模块，以允许在主输出功率损失之前每个模块有尽可能多的时间平稳关机。例如，AC状态信号6011由模块专用电路6013、6014、6015接收。在各种示例中，系统功率控件6017可被配置成能够检测AC功率损失。在至少一个示例中，经由一个或多个合适的传感器来检测AC功率损失。
参见图20和图21，确保模块化能量系统6000的模块中的一个模块的本地电源故障不会禁用整个电源总线，对所有模块的主电源输入都可以装有保险丝，或者可以使用类似的限流方法(电子保险丝、断路器等)。此外，以太网交换机功率被分离成单独功率域6013，使得在移除模块的本地功率时主通信接口6040保持通电。换句话讲，可以从外科模块移除和/或转移主功率而不丧失主功率与其他外科模块6004和/或头模块6002通信的能力。
双放大器技术
已经描述了模块化能量系统2000、3000、6000的头和模块的一般实施方式，本公开现在转向描述其他模块化能量系统的各个方面。其他模块化能量系统基本上类似于模块化能量系统2000、模块化能量系统3000和/或模块化能量系统6000。为了简洁起见，在以下部分中描述的与模块化能量系统2000、模块化能量系统3000和/或模块化能量系统6000类似的其他模块化能量系统的各种细节在本文中不进行重复。下面描述的其他模块化能量系统的任何方面可以被引入到模块化能量系统2000、模块化能量系统3000或模块化能量系统6000中。
在各个方面，本公开提供了一种模块化能量系统，该模块化能量系统包括能量模块，该能量模块包括多个功率放大器以将不同电平的功率递送到能量模块的输出。作为示例而非限制，高功率高效率开关模式/反激式发生器不提供与线性放大器一样多的功率电平来调整波形形状和频率内容。在低功率输出应用中，可采用宽带、线性双极放大器或类似放大器来驱动发生器的输出负载。低功率输出优选地在1至60瓦的范围内；更优选地在1至50瓦的范围内；更优选地在1至40瓦的范围内。标称地，低功率输出为约35瓦。在高功率输出应用中，可采用谐振、非线性开关模式/反激式放大器来驱动发生器的输出负载。高功率输出优选地在20至400瓦的范围内；更优选地在20至350瓦的范围内；更优选地在41至300瓦的范围内。标称地，高功率输出为约150瓦。根据本发明的一个方面，能量模块可采用线性放大器来驱动耦合到能量模块的输出的低功率负载，并且采用非线性功率放大器来驱动耦合到能量模块的输出的高功率负载。以这种方式，能量模块可以产生具有可控制的热量且在预定功率预算内的150瓦输出。对于低功率环境，较低效率的功率放大器仍然可以在能量模块的功率和热量要求内，并且可以提供额外的波形整形能力。
在本公开的一个方面，从低功率放大器到高功率放大器的切换对于用户而言可以是无缝的。在另一个方面，用户界面可以向用户指示能量模块正在使用哪个功率放大器电路，并且在另一个方面，可以使得用户能够为连接到使用单极的能量模块的端口的预定电外科器械选择功率放大器电路。选项包括针对所有功率电平使用谐振功率放大器(例如，非线性功率放大器)，或采用宽带功率放大器(例如，线性功率放大器)来驱动较低功率范围，并且采用谐振功率放大器来驱动高功率范围。在一个方面，宽带或谐振功率放大器的硬件实现(例如，电路、继电器)可以通过软件更新随时在现场启用和优化。
在一个方面，本公开提供了双功率放大器技术和方法，以解决模块化能量系统2000、3000、6000热和功率预算可能需要的在大多数手术使用情况下递送高度细化的波形以及在少数手术使用情况下以高效率递送高功率的问题。高功率与低效率的组合可能产生过多的热量或超过能量模块2004、3004、6004的极限，这就是为什么较高的功率电平应当从较高效率的功率放大器电路递送的原因，这提供了较高能量效率、较低成本和较小尺寸(例如，印刷电路板组件上占据的体积、重量和空间)的益处。较低效率的功率放大器电路包括诸如对波形的更大控制以及对输出信号进行更快、更准确的改变等优点。大多数外科任务都是在低功率环境下进行的，因此这种方法很好地涵盖了典型的用途。
功率放大器中的高功率和低效率的组合可能产生过多的热量或超过能量模块2004、3004、6004的极限。因此，根据本公开的各个方面，较高效率的功率放大器电路在提供对波形的较少控制的折衷下递送较高功率，而较低效率的功率放大器电路可用于递送较低功率，其优点是提供对波形的更多控制。如图22、23、27、28、29所示，在一个方面，本公开提供了模块化能量系统1000、1100、1190、1193、1196，其包括能量模块1004、1104、1191、1194、1197，这些能量模块被配置成能够在低功率应用中递送高度细化的波形并且在高功率应用中递送高效率，如系统热和功率预算可能需要的。在一个实施方式中，能量模块1004、1104、1191、1194、1197被配置成能够采用至少两个功率放大器且基于要产生到耦合到能量模块1004、1104、1191、1194、1197的负载中的所需输出功率来选择功率放大器。至少两个功率放大器可由开关(例如继电器)来选择，或使用集成功率放大器的内部芯片选择特征来选择，以及所属领域的技术人员可了解的其他合适技术。
可以理解的是，除了效率之外，在选择用于能量模块1004、1104、1191、1194、1197的功率放大器电路时还可以有其他折衷。举例来说，用以实现提供对波形的更大控制并且能够在负载中产生高功率输出的功率放大器电路的组件的成本可能是过高的。例如，提供下文关于图22、23、27、28、29描述的至少两个功率放大器电路的总成本可以低于使用经修改以在负载中产生高功率的单个低功率放大器电路的成本。根据各个方面，本公开提供了一种用于低功率应用的对波形具有更大控制的第一功率放大器和用于高功率应用的具有较少控制的波形的第二功率放大器，可以适中的成本来实现。本文中所描述的双放大器技术相比于单放大器技术提供至少成本优势(除其它优点外)，而单放大器技术针对低功率及高功率应用提供对波形的较大控制，但成本过高(除其它缺点外)。
现在转向图22，示出了根据本公开的至少一个方面的包括具有双功率放大器的能量模块1002的模块化能量系统1000的图。在一些方面，模块化能量系统1002类似于上文所述的模块化能量系统2000、3000、6000。然而，图22中所示的模块化能量系统1000的头模块1002耦合到包括双功率放大器电路1006、1008的能量模块1004，如以下描述中所解释的。在一个方面，第一放大器电路1006可以被表征为具有第一额定功率，并且第二放大器电路1008可以被表征为具有第二额定功率。在一个方面，第二额定功率大于第一额定功率。可由控制器1082基于处于第一功率放大器电路1006或第二功率放大器电路1008的额定功率范围内的期望功率增益来选择第一功率放大器电路1006或第二功率放大器电路1008。在一个方面，第一功率放大器电路1006可以向耦合到能量输出端口1010的负载1040中产生至多约50瓦的功率，并且在一个方面，第二功率放大器1008可以向耦合到能量模块1004的能量电路输出端口1010的负载1040中产生约50瓦至约150瓦的功率。在一个方面，例如，第一功率放大器电路1006可以是如图25所示的宽带(例如，线性)功率放大器电路，并且例如，第二功率放大器电路1008可以是图26所示的谐振(例如，非线性)功率放大器电路。
能量模块1004包括控制器1082，该控制器被配置成能够控制能量模块1004的各种通信和处理功能并且生成要施加到负载1040的模拟信号波形的数字信号波形表示。能量模块1004可以包括功率放大器电路的各种配置中的第一功率放大器电路1006和第二功率放大器电路1008。在各个方面，第一功率放大器电路1006可以是宽带(例如，线性类)RF功率放大器电路，并且第二功率放大器电路1008可以是谐振(非线性开关模式/反激)RF功率放大器电路，例如，反激式调制开关RF功率放大器电路。虽然在图22的示例中示出的能量模块1004包括两个功率放大器电路1006、1008，但是在本公开的范围内可以设想，可以采用多于两个功率放大器电路1006、1008来适应各种输出功率电平和效率，以在低能量外科手术使用情况下以高度细化的波形递送低功率并且在高能量外科手术使用情况下以高效率递送高功率以降低模块化能量系统1000的预定热和功率预算。
在一个方面，控制器1082电连接到第一开关1012，该第一开关可由控制器1082控制的第一开关选择信号1016致动和去致动。第一开关1012设置在控制器1082和第一功率放大器电路1006之间。在一个方面，当第一开关1012在第一开关选择信号1016的控制下被激活为接通时，第一开关1012将数/模转换器1022(DAC)的输出耦合到第一功率放大器电路1006的模拟输入。
控制器1082电连接到第二开关1004，该第二开关可由第二开关选择信号1018致动和去致动。第二开关1014设置在控制器1082和第二功率放大器电路1008之间。在一个方面，当第二开关1014在第二开关选择信号1018的控制下被激活为接通时，第二开关1014可将DAC 1022的输出耦合到第二功率放大器电路1008的输入。在其他方面，如图26的描述中所解释的，可将来自控制器1082(或其他微控制器、计算机、数字信号处理器、数字定时电路)的开关信号施加到第二功率放大器电路1008的输入。
本领域技术人员将理解，第一开关1012可以被实现为由控制器1082提供的第一开关选择信号1016控制的RF选择继电器。类似地，本领域技术人员将理解，第二开关1014也可被实现为由控制器1082提供的第二开关选择信号1018控制的RF选择继电器。应当指出的是，当第一开关1012接通时，第二开关1014断开，使得当DAC 1022的模拟输出1034处的模拟信号耦合到第一功率放大器电路1006的输入1036时，第二功率放大器电路1008的输入1038断开。相反，当第二开关1014接通时，第一开关1012断开，使得当DAC 1022的模拟输出1034处的模拟信号耦合到第二功率放大器电路1008的输入1038时，第一功率放大器电路1006的输入1036断开。在图22所示的示例中，两个开关1012、1014可以同时处于断开状态，但两个开关1012、1014不能同时处于接通状态。然而，可以设想的是，在本公开的在其他方面，电路可被适配为和配置为能够实现第一功率放大器电路1006与第二功率放大器电路1008之间的功率混合。
在一个方面，例如，能量模块1004的控制器1082可以通过直接数字合成器(DDS)实现为微控制器、计算机、数字定时电路或数字信号处理器(DSP)。例如，DDS可嵌入DSP中或在现场可编程门阵列(FPGA)中实现。举例来说，在一个方面，控制器1082被配置成能够将数字波形施加到DAC 1022的数字输入1032并且将DAC 1002的模拟输出1034处的模拟信号施加到如可由控制器1082选择的第一功率放大器电路1006或第二功率放大器电路1008的输入。在一个方面，控制器1082还被配置成能够确定要施加到负载1040的能量模块1004的期望输出信号1024的数字形式的波形、输入阻抗(Z)、电流(I)、功率(P)、电压(V)和频率(f)。DAC1022基于由控制器1082选择的开关选择信号1016、1018将数字信号波形段转换为由第一功率放大器电路1006或第二功率放大器电路1008放大的模拟信号。在第一功率放大器电路1006或第二功率放大器电路1008的输出1024处产生的放大信号波形被施加到耦合到能量模块1004的能量输出端口1010的负载1040。控制器1082被配置成能够基于各种参数(例如，曲线形状、输入阻抗(Z)、电流限制(i)、功率限制(p)、电压限制(v)和频率(f))在软件中限定数字波形。在第一功率放大器电路1006或第二功率放大器电路1008的输出1024处产生的信号波形的形状可以由多个段限定，该多个段可以由软件加载以生成多个适当波形。
在将数字波形段加载到DAC 1022的数字输入1032之前，控制器1082通过选择对应的第一放大器开关选择信号1016或第二放大器开关选择信号1018来选择第一功率放大器电路1006或第二功率放大器电路1008以放大DAC 1022的模拟输出1034处的模拟信号。一旦控制器1082确定了输出信号1024的特性，例如波形、阻抗(Z)、电流(I)、功率(P)、电压(V)和频率(f)，控制器1082就选择第一功率放大器电路1006或第二功率放大器电路1008，然后将数字信号加载到DAC 1022的数字输入1032。
在一个方面，能量模块1004的能量输出端口1010提供来自第一功率放大器电路1006的放大输出1024。在另一个方面，能量模块1004的能量输出1010是来自第二功率放大器电路1008的放大输出1024。例如，能量模块1004的能量输出端口1010提供由控制器1082选择或由用户经由用户界面1030选择的第一功率放大器电路1006或第二功率放大器电路1008的放大输出1024。
图23是根据本公开的至少一个方面的包括具有双功率放大器的模块化能量系统1100的图。在一些方面，模块化能量系统1002类似于上文所述的模块化能量系统1000、2000、3000、6000。然而，图23中所示的模块化能量系统1100的头模块1102耦合到包括双功率放大器1106、1108的能量模块1104，如以下描述中所解释的。能量模块1104包括控制器1182，该控制器被配置成能够控制能量模块1104的各种通信和处理功能，并且生成模拟信号波形的数字信号波形表示，该模拟信号波形被施加到耦合到能量模块1104的能量输出端口1110的负载1140。能量模块1104可以包括功率放大器电路的各种配置中的第一功率放大器电路1106和第二功率放大器电路1108。在一个方面，第一功率放大器电路1106可以被表征为具有第一额定功率，并且第二功率放大器电路1108可以被表征为具有第二额定功率。在一个方面，第二额定功率大于第一额定功率。可由控制器1182基于处于第一功率放大器电路1106或第二功率放大器电路1108的额定功率范围内的期望功率增益来选择第一功率放大器电路1106或第二功率放大器电路1108。在一个方面，第一功率放大器电路1106可以向耦合到能量输出端口1110的负载1140中产生至多约50瓦的功率，并且在一个方面，第二功率放大器电路1108可以向耦合到能量模块1104的能量输出端口1110的负载1140中产生约50瓦至约150瓦的功率。在一个方面，第一功率放大器电路1106可以是如图25所示的宽带(例如，线性)功率放大器并且例如，第二功率放大器电路1108可以是图26所示的谐振(例如，非线性)功率放大器电路。
能量模块1104包括控制器1182，该控制器被配置成能够控制能量模块1104的各种通信和处理功能并且生成要施加到负载1140的模拟信号波形的数字信号波形表示。能量模块1104可以包括功率放大器电路的各种配置中的第一功率放大器电路1106和第二功率放大器电路1108。在各个方面，第一功率放大器电路1106可以是宽带(例如，线性类)RF功率放大器电路，并且第二功率放大器电路1108可以是谐振(非线性开关模式/反激)RF功率放大器电路，例如，反激式调制开关RF功率放大器电路。虽然在图23的示例中示出的能量模块1104包括两个功率放大器电路1106、1108，但是在本公开的范围内可以设想，可以采用多于两个功率放大器电路1106、1108来适应各种输出功率电平和效率，以在低能量外科手术使用情况下以高度细化的波形递送低功率并且在高能量外科手术使用情况下以高效率递送高功率以减轻模块化能量系统1100的预定热预算和功率预算。
在一个方面，控制器1182电连接到可由控制器1182通过第一放大器选择信号1116选择的第一功率放大器电路1106。控制器1182还电连接到可由控制器1182通过第二放大器选择信号1118选择的第二功率放大器电路1108。以此方式，控制器1182可在将数字波形输出到DAC 1122的数字输入1132之前选择第一功率放大器电路1106或第二功率放大器电路1108。
在一个方面，能量模块1104包括电耦合到控制器1182的DAC 1122。将DAC 1122的模拟输出1134处的模拟信号施加到第一功率放大器电路1106的输入1136，并且在一个方面，可施加到第二功率放大器电路1108的输入1138。在其他方面，如图26的描述中所解释的，可将来自控制器1182(或其他微控制器、计算机、数字信号处理器、数字定时电路)的开关信号施加到第二功率放大器电路1108的输入。
在一个方面，控制器1182将数字信号施加到数字输入1132到DAC 1122。DAC 1122的数字输入1132处的数字信号包括由第一功率放大器电路1106或第二功率放大器电路1108的输出1124处的所需放大模拟信号的波形、输入阻抗(Z)、电流(I)、功率(P)、电压(V)和频率(f)限定的数字输出波形区段，所述所需放大模拟信号施加到耦合到能量输出端口1110的负载1140。DAC 1122将DAC 1122的数字输入1132处的数字信号转换为DAC 1122输出1134处的模拟信号。DAC 1122的输出1134处的模拟信号被施加到由控制器1182经由放大器选择信号1116、1118选择的第一功率放大器电路1106或第二功率放大器电路1108的输入1136、1138。可以在控制器1182软件中基于各种参数(例如曲线形状、输入阻抗(Z)、电流极限(i)、功率极限(p)、电压极限(v)和频率(f))来限定传递到耦合到能量模块1104的输出端口1110的负载1140的模拟信号波形。输出信号波形的形状可由多个段来限定，所述多个段可由控制器1182软件加载到DAC 1122的数字输入1132中以在DAC 1122的输出1134处生成多个合适模拟信号波形。
在将数字波形段加载到DAC 1122的数字输入1132中之前，控制器1182选择使用哪个功率放大器电路1106、1108通过功率放大器选择信号1116、1118来放大DAC 1122的模拟输出1134处的模拟信号。一旦控制器1182确定了输出1124处的输出信号波形的特性，例如波形、阻抗(Z)、电流(I)、功率(P)、电压(V)和频率(f)，控制器1182就选择线性功率放大器1106或非线性功率放大器1108，然后将数字信号加载到DAC 1122的数字输入1132中。
现在参考图22、图23、图27、图28、图29，在各个方面，第一功率放大器电路1006、1106可被配置成能够将低功率输出电平驱动到耦合到能量模块1004、1104的输出端口1010、1110的负载1040、1140。低功率电平优选地在1至60瓦的范围内；更优选地在1至50瓦的范围内；更优选地在1至40瓦的范围内。第一功率放大器电路1006、1106可以是高级宽带场效应晶体管或双极结晶体管放大器电路或类似的放大器。第一功率放大器1006、1106可以是较低效率的放大器电路，但是可以提供对波形的更大控制，并且非常适合低功率输出应用。在另一个方面，第一功率放大器电路1006、1106可在能量模块1004、1104和模块化能量系统1000、1100的功率和热量需求内操作。除了递送低功率电平之外，第一功率放大器电路1006、1106还可以被配置成能够将具有各种波形的输出信号1024、1124递送到耦合到能量模块1004、1104的能量输出端口1010、1110的负载1040、1140。
仍参考图22、图23、图27、图28、图29，在各个方面，第二功率放大器电路1008、1108可被配置成能够将高功率电平驱动到耦合到能量模块1004、1104的能量输出端口1010、1110的负载1040、1140。高功率电平优选地在20至400瓦的范围内；更优选地在20至350瓦的范围内；更优选地在41至300瓦的范围内。第二功率放大器电路1008、1108可以是高功率高效谐振电路或开关模式/反激式功率放大器电路。在一个方面，第二功率放大器电路1008、1108可被配置成能够以高效率但以在能量模块1004、1104的能量输出端口1010、1110处供应的输出信号1024、1124的较少控制波形形状和频率递送高功率电平。第二功率放大器电路1008、1108由于其高效率额定值，可以在能量模块1004、1104和模块化能量系统1000、1100的功率预算内管理热量。
仍参考图22、图23、图27、图28、图29，在各个方面，控制器1082、1182可被配置成能够在第一功率放大器电路1006、1106与第二功率放大器电路1008、1108之间自动切换。在各个方面，控制器1082、1182可被配置成能够基于经由模块化能量系统1000、1100的头模块1002、1102的用户界面1030、1130输入的用户输入在第一功率放大器电路1006、1106与第二功率放大器电路1008、1108之间切换。
仍参考图22、图23、图27、图28、图29，在各个方面，第一功率放大器电路1006、1106与第二功率放大器电路1008、1108之间的切换对用户来说是无缝的。在另一个方面，耦合到头模块1004、1104的用户界面1030、1130可向用户突出显示哪个功率放大器1006、1106、1008、1108当前正在使用，并且可使得用户能够基于耦合到能量模块1002、1102的能量输出端口1010、1110的外科器械的类型来选择功率放大器电路1006、1106、1008、1108中的一者或其他者。此类选择包括，例如，单极RF仪器、双极RF仪器或超声/RF组合仪器(单极或双极)。
仍参考图22、图23、图27、图28、图29，功率放大器电路1006、1106、1008、1108的硬件(电路/继电器)实现可以在制造阶段是固定的，并且功率放大器电路1006、1106、1008、1108的配置可以在现场进行更新，以通过软件更新来启用和优化何时以及如何使用每个功率放大器电路1006、1106、1008、1108，即使在能量模块1002、1104被出售、装运和/或被安装在现场之后。
仍参考图22、图23、图27、图28、图29，在另一个方面，模块化能量系统1000、1100的软件可被更新以基于特定应用来细化能量输出。由于带宽有限，更新控制器1082、1182上的软件的传统技术需要重新编译软件、进行质量检查以及多次发布软件。在本公开的一个方面，用于操作模块化能量系统1000、1100的控制器1082、1182的软件工具被配置成能够将模型转换为“.ini”配置文件，该配置文件包括如表1中所示的基于文本的内容，例如，具有包括属性的键-值对的结构和语法，以及通过许多迭代和细化来组织具有所有设定点的特性的部分，例如，对于期望的输出信号1024、1124的每个曲线段的波形、输入阻抗(lnput_z)、电流极限(Limit_i)、功率极限(Limit_p)和电压极限(Lmit_v)。经过验证的软件能够始终在一定范围内产生安全有效的能量。在一个方面，改进能够经由不是核心软件的文件进行，并且比能量模块1004、1104的典型固件升级更新得更快。
表1
Software_Setpoint.ini
[LoadCurveRow01]
输入_z＝0
极限i＝0.30543
极限_p＝2.3322
极限V＝636
[LoadCurveRow02]
输入_z＝25
极限i＝0.30543
极限_p＝2.3322
极限V＝636
[LoadCurveRow03]
Software_Setpoint.ini
输入_z＝50
极限-i＝0.30332
极限_p＝4.6
极限V＝636
[LoadCurveRow04]
输入_z＝75
极限-i＝2
极限_p＝4.6
极限V＝18.5752
...
图24是根据本公开的至少一个方面的通过能量模块1000、1100向负载1040、1140递送功率的方法1150的流程图。现在还参考图22和图23，根据方法1150，控制器1082、1182生成1152具有预定波形状和频率的数字波形。控制器1082、1182耦合到DAC 1022、1122。DAC1022、1122将数字波形转换1154为模拟波形。控制器1082、1182基于待由第一功率放大器电路1006、1106或第二功率放大器电路1008、1108产生到耦合到能量模块1000、1100的能量输出端口1010、1110的负载1040、1140中的预定功率输出来选择1156第一功率放大器电路1006、1106或第二功率放大器电路1008、1108。控制器1082、1182将模拟波形耦合1158到所选择的第一功率放大器电路1006、1106或第二功率放大器电路1008、1108。所选择的第一功率放大器电路1006、1106或第二功率放大器电路1008、1108产生1160进入耦合到能量模块1000、1100的能量输出端口1010、1110的负载1040、1140中的预定功率输出。在一个方面，控制器1082、1182将开关信号施加到第二放大器电路1008、1108的输入，如例如图26的描述中所解释的。
返回参考图22和图24，根据方法1150的一个方面，控制器1082选择耦合在DAC1022与第一功率放大器电路1006之间的第一开关1012，以产生进入通过能量输出端口1010耦合到第一功率放大器电路1006的输出1024的负载1040的第一功率输出。另选地，控制器1082选择耦合在DAC 1022与第二功率放大器电路1008之间的第二开关1014，以产生进入通过能量输出端口1010耦合到第二功率放大器电路1008的输出1024的负载1040中的第二功率输出。
现在参考图23和图24，根据方法1150的一个方面，控制器1182经由第一放大器选择信号1116选择第一功率放大器电路1106，以产生进入通过能量输出端口1110耦合到第一功率放大器电路1106的输出1124的负载1140的第一功率输出。另选地，控制器1182经由第二放大器选择信号1118选择第二功率放大器电路1108，以产生进入通过能量输出端口1110耦合到第二功率放大器电路1108的输出1124的负载1140的第二功率输出。
参考图22-图24，根据方法1150的一个方面，控制器1082、1182确定耦合到能量模块1000、1100的能量输出端口1010、1110的负载1040、1140。然后控制器1082、1182生成具有预定波形状和频率的波形。控制器1082、1182还基于通过能量输出端口1010、1110耦合到第一放大器电路1006、1008或第二功率放大器电路1008、1108的输出1024的负载1040、1140的阻抗来限制波形的电流、功率和电压。
图25是根据本公开的至少一个方面的功率放大器电路1170的示意图。图25中所示的功率放大器电路1170是以上参考图22和图23描述的功率放大器1006、1106的一个方面。在图25所示的示例中，功率放大器电路1170可以用于低功率应用，具有图26所示的功率放大器电路1180的这些优点的任何组合。因此，与图26所示的功率放大器电路1180相比，图25所示的功率放大器电路1170可被称为宽带功率放大器电路，并且提供更受控或更精确的波形，并且可对输出信号作出更快或更精确的改变。如前所述，低功率输出优选地在1至60瓦的范围内；更优选地在1至50瓦的范围内；更优选地在1至40瓦的范围内。
返回参考图25，在一个方面，放大器电路1170从微控制器、计算机、数字信号处理器、数字定时电路(例如图22和图23中所展示的控制器1082、1182)接收模拟信号1171，该模拟信号穿过也在图22和图23中所展示的DAC 1082、1182和1182。输入模拟信号1171被输入到前置放大器1172中，该前置放大器以两个极性输出输入模拟信号117；当一个输出信号变为负时，另一个输出信号变为正，反之亦然。镜像输入模拟信号1171的正向信号被施加到第一开关1173的输入，并且作为输入模拟信号1171的反相的负向信号被施加到第二开关1174。开关1173、1174可选自多种固态开关，诸如晶体管，包括但不限于场效应晶体管、双极结晶体管等。开关1173、1174作为模拟开关操作，其中它们被有意地操作为部分导通，这导致它们将能量浪费为热量，但是也实现上述宽带放大器电路1170的益处，诸如提供更受控或精确的波形以及对输出信号做出更快或更准确的改变。放大器电路1170的功率源1175(例如经整流的AC电压)被施加到变压器1176，该变压器耦合到负载1177，该负载是例如如图22和图23中所示的能量模块1004、1104外部的负载的表示。本领域技术人员将理解，放大器电路1170是图22和图23中所示的第一功率放大器1006、1106的许多合适实现方式中的一个，并且因此应当被限制在该上下文中。
图26是根据本公开的至少一个方面的功率放大器电路1180的示意图。图26中所示的功率放大器电路1180是以上参考图22和图23描述的功率放大器1008、1108的一个方面。在图26所示的示例中，与图25所示的放大器电路1170相比，功率放大器电路1180可以用于具有以下优点的任何组合的高功率应用。因此，图26中所示的功率放大器电路1180可以被称为谐振电路，并且与图25中所示功率放大器电路1170相比，它更节能、更经济，并且在印刷电路板组件上使用更小的体积、重量和空间。如前所述，高功率输出优选地在20至400瓦的范围内；更优选地在20至350瓦的范围内；更优选地在41至300瓦的范围内。
现在参考图26，在一个方面中，放大器电路1180包括到放大器电路1180的功率源1181，该功率源例如可以是整流的AC电压。微控制器、计算机、数字信号处理器、数字定时电路等(例如图22和图23中所示的控制器1082、1182)将开关信号1189施加到开关1183。返回参考图26，开关1183可选自各种固态开关，例如晶体管，包括但不限于场效应晶体管、双极结晶体管等。放大器电路1180包括耦合到变压器1185的输入侧的输入电容1184和耦合到变压器1185的输出侧的输出电容1186。输出电容1186耦合到负载1187，该负载是例如如图22和23所示的能量模块1004、1104外部的负载的表示。本领域技术人员将理解，放大器电路1180是图22和图23中所示的第二功率放大器1008、1108的许多合适实现方式中的一个，并且因此应当被限制在该上下文中。
图27是根据本公开的至少一个方面的包括具有双功率放大器的能量模块1191的模块化能量系统1190的图。如图所示，DAC 1022仅通过可由第一开关选择信号1016选择的第一开关1012耦合到第一功率放大器1006。第二功率放大器电路1008包括如图26中所描述的开关电路。在图27所示的方面中，当控制器选择第一功率放大器电路1006时，DAC 1002将模拟信号1034施加到第一功率放大器电路1006的输入1036。当控制器1082选择第二功率放大器电路1008时，控制器1082通过第二开关1014将开关信号1192施加到第二功率放大器电路1008的输入1038。输入1038耦合到第二功率放大器电路1108的开关电路。
图28是根据本公开的至少一个方面的包括具有双功率放大器的能量模块1194的模块化能量系统1193的图。如图所示，DAC 1122仅耦合到第一功率放大器1106。在一个方面，控制器1182电连接到可由控制器1182通过第一放大器选择信号1116选择的第一功率放大器电路1106。控制器1182还电连接到可由控制器1182通过第二放大器选择信号1118选择的第二功率放大器电路1108。第二功率放大器电路1108包括如图26中所描述的开关电路。在图28所示的方面中，当控制器1182选择第一放大器电路1106时，DAC 1122将模拟信号1134施加到第一功率放大器电路1106的输入1136。当控制器1182选择第二功率放大器电路1108时，控制器1182将开关信号1195施加到第二功率放大器电路1108的切换电路的输入。
图29是根据本公开的至少一个方面的包括具有双功率放大器的能量模块1197的模块化能量系统1196的图。在一个方面，控制器1182电连接到第一第二功率放大器电路1106和第二功率放大器电路1108。第一放大器电路1106和第二放大器电路1108可由控制器1182通过第一放大器选择信号1116和第二放大器选择信号1118来选择。第一功率放大器电路1106和第二功率放大器电路1108各自包括如图26中所述的开关电路。在图29所示的方面中，当控制器1182选择第一功率放大器1106时，控制器1182将第一开关信号1198施加到第一功率放大器电路1106的第一切换电路的输入。当控制器1182选择第二功率放大器电路1108时，控制器1182将第二开关信号1199施加到第二放大器电路1108的第二切换电路的输入。
实施例
本文所述主题的各个方面在以下编号的实施例中陈述。
实施例1.一种能量模块，包括：控制器；第一功率放大器电路，所述第一功率放大器电路具有输入和输出，其中所述输入耦合到所述控制器，并且被配置成能够接收并放大输入信号以生成进入耦合到所述第一功率放大器电路的所述输出端的负载的第一输出信号；以及第二功率放大器电路，所述第二功率放大器电路具有输入和输出，其中所述输入耦合到所述控制器，并且被配置成能够接收并放大所述输入信号以生成到耦合到所述第二功率放大器电路的所述输出的所述负载中的第二输出；其中，所述第一放大器电路的额定功率不同于所述第二放大器电路的额定功率；并且其中，所述控制器被配置成能够基于要在所述负载中产生的功率来选择所述第一功率放大器电路或第二功率放大器电路。
实施例2.根据实施例1所述的能量模块，其中，所述第一功率放大器电路是宽带功率放大器电路，并且所述第二功率放大器电路是谐振功率放大器电路。
实施例3.根据实施例1至2中任一项或多项所述的能量模块，其中，所述第一功率放大器电路的额定功率低于所述第二功率放大器电路的额定功率。
实施例4.根据实施例3所述的能量模块，其中，所述第一功率放大器电路的额定功率在1瓦至60瓦的范围内。
实施例5.根据实施例1至4中任一项或多项所述的能量模块，其中，所述第二功率放大器电路的额定功率高于所述第二功率放大器电路的额定功率。
实施例6.根据实施例5所述的能量模块，其中，所述第二放大器电路的额定功率在20瓦至400瓦的范围内。
实施例7.根据实施例1至6中任一项或多项所述的能量模块，其中，所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路中的至少一者包括开关电路，并且其中，所述控制器被配置成能够将开关信号施加到所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路中的所述至少一者的开关电路。
实施例8.根据实施例7所述的能量模块，其中，所述第一功率放大器电路包括第一开关电路并且所述第二功率放大器电路包括第二开关电路，并且其中，所述控制器被配置成能够将第一开关信号施加到所述第一开关电路并且将第二开关信号施加到所述第二功率放大器电路。
实施例9.根据实施例7所述的能量模块，还包括耦合在所述控制器和所述第一功率放大器电路之间的数模转换器(DAC)，其中，所述第二功率放大器电路包括所述开关电路，并且其中，所述控制器被配置成能够将所述开关信号施加到所述第二放大器电路。
实施例10.根据实施例1至9中任一项所述的能量模块，其中，所述控制器被配置成能够基于耦合到所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路的所述输出的所述负载来生成具有预定波形状和频率的波形。
实施例11.根据实施例10所述的能量模块，其中，所述控制器被配置成能够基于耦合到所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路的所述输出的所述负载的阻抗来限制所述波形的电流、功率和电压。
实施例12.根据实施例10至11中任一项或多项所述的能量模块，其中，所述控制器被配置成能够基于要在耦合到所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路中的所述至少一者的所述输出的所述负载中产生的功率来选择所述第一功率放大器电路或第二功率放大器电路中的所述至少一者。
实施例13.根据实施例12所述的能量模块，还包括数模转换器(DAC)，所述数模转换器耦合在所述控制器与所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路中的至少一者之间，其中所述DAC接收数字形式的波形并且向所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路中的所述至少一者的所述输入提供模拟波形。
实施例14.根据实施例13所述的能量模块，其中，所述DAC基于要在耦合到所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路的所述输出的所述负载中产生的功率来向所述第一功率放大器电路或第二功率放大器电路的所述输入提供所述模拟波形。
实施例15.根据实施例14所述的能量模块，还包括：第一开关，所述第一开关耦合在所述DAC输出和所述第一功率放大器电路的所述输入之间；第二开关，所述第二开关耦合在所述DAC输出与第二功率放大器输入的所述输入之间；其中所述第一开关和所述第二开关由所述控制器经由第一开关选择线和第二开关选择线来控制，以基于要在耦合到所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路的所述输出的所述负载中产生的功率来选择所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路。
实施例16.根据实施例14至15中任一项或多项所述的能量模块，其中，所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路能够由所述控制器选择，并且其中，所述控制器被配置成能够基于要在耦合到所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路的所述输出的所述负载中产生的功率来选择所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路。
实施例17.一种将功率递送到耦合到能量模块的负载的方法，所述方法包括：通过控制器生成具有预定波形状和频率的数字波形；通过耦合到控制器的数模转换器(DAC)将数字波形转换为模拟波形；由控制器基于待由第一功率放大器电路或第二功率放大器电路产生到耦合到能量模块的能量输出端口的负载中的预定功率输出，选择第一功率放大器电路或第二功率放大器电路；由控制器将模拟波形耦合到所选择的第一功率放大器电路或第二功率放大器电路；以及由所选择的第一功率放大器电路或第二功率放大器电路向耦合到能量模块的能量输出端口的负载中产生预定功率输出。
实施例18.根据实施例17所述的方法，包括：由所述控制器选择耦合在所述DAC与所述第一功率放大器之间的第一开关，以向经由能量输出端口耦合到所述第一功率放大器的所述输出的所述负载中产生第一功率输出；或者由所述控制器选择耦合在所述DAC与所述第二功率放大器之间的第二开关，以向经由能量输出端口耦合到所述第二功率放大器的所述输出的所述负载中产生第二功率输出。
实施例19.根据实施例17至18中任一项或多项所述的方法，包括：由所述控制器经由第一放大器选择信号选择所述第一功率放大器，以向经由能量输出端口耦合到所述第一功率放大器的输出的所述负载中的产生第一功率输出；或者由所述控制器经由第二放大器选择信号选择所述第二功率放大器，以向经由能量输出端口耦合到所述第二功率放大器的所述输出的所述负载中产生第二功率输出。
实施例20.根据实施例17至19中任一项或多项所述的方法，包括：由所述控制器确定耦合到所述能量模块的输出的所述负载；由所述控制器生成具有预定波形状和频率的波形。
实施例21.根据实施例17至20中任一项或多项所述的方法，包括：由所述控制器基于耦合到所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路的所述输出的所述负载的阻抗来限制所述波形的电流、功率和电压。
实施例22.根据实施例17至21中任一项或多项所述的方法，包括：由所述控制器将开关信号施加到所述第二放大器电路的所述输入。
实施例23.一种能量模块，所述能量模块被配置成能够将功率递送到与其耦合的负载，所述能量模块包括：数模转换器(DAC)，所述数模转换器被配置成能够将数字波形转换为模拟波形；耦合到所述DAC的控制器，所述控制器被配置成能够：生成具有预定波形状和频率的数字波形；基于待由所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路产生到耦合到所述能量模块的能量输出端口的负载中的预定功率输出，选择第一功率放大器电路或第二功率放大器电路；以及将所述模拟波形耦合到所选择的第一功率放大器电路或第二功率放大器电路，以由所选择的第一功率放大器电路或第二功率放大器电路向耦合到所述能量模块的所述能量输出端口的所述负载中产生预定功率输出。
实施例24.根据实施例23所述的能量模块，其中，控制器被配置成能够：选择耦合在所述DAC与所述第一功率放大器之间的第一开关，以向经由能量输出端口耦合到所述第一功率放大器的所述输出的所述负载中产生第一功率输出；或者选择耦合在所述DAC与所述第二功率放大器之间的第二开关，以向经由能量输出端口耦合到所述第二功率放大器的所述输出的所述负载中产生第二功率输出。
实施例25.根据实施例23至24中任一项或多项所述的能量模块，其中，所述控制器被配置成能够：经由第一放大器选择信号选择所述第一功率放大器，以向经由能量输出端口耦合到所述第一功率放大器的所述输出的所述负载产生第一功率输出；或者经由第二放大器选择信号选择所述第二功率放大器，以向经由能量输出端口耦合到所述第二功率放大器的所述输出的所述负载中产生第二功率输出。
实施例26.根据实施例23至25中任一项或多项所述的能量模块，其中，所述控制器被配置成能够：确定耦合到所述能量模块的所述输出的所述负载；生成具有预定波形状和频率的波形。
实施例27.根据实施例23至26中任一项或多项所述的能量模块，其中，所述控制器被配置成能够基于耦合到所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路的所述输出的所述负载的阻抗来限制所述波形的电流、功率和电压。
实施例28.根据实施例23至27中任一项或多项所述的能量模块，其中，所述控制器被配置成能够：将开关信号施加到所述第二放大器电路的所述输入。
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、变型、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、变型、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、组合和变型。所附权利要求旨在涵盖所有此类修改、变型、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(例如，作为在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序)，作为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，作为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，作为固件，或作为实际上它们的任何组合全部或部分地在集成电路中等效地实现，并且根据本公开，设计电路系统和/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例示性形式适用，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中的存储器内，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)可读形式的信息的任何机构，但不限于软盘、光学盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、和磁光盘、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(PLO)、可编程逻辑阵列(PLA)、或现场可编程门阵列(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。控制电路可共同地或单独地体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子电路的电子电路系统、具有至少一个集成电路的电子电路系统、具有至少一个专用集成电路的电子电路系统、形成由计算机程序配置的通用计算装置的电子电路系统(例如，由至少部分地执行本文所述的方法和/或装置的计算机程序配置的通用计算机，或由至少部分地执行本文所述的方法和/或装置的计算机程序配置的微处理器)、形成存储器装置(例如，形成随机存取存储器)的电子电路系统以及/或者形成通信装置(例如，调制解调器、通信开关或光电设备)的电子电路系统。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。
如本文的任何方面中所用，术语“逻辑”可以指被配置为执行任何前述操作的应用程序、软件、固件和/或电路。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”等可指计算机相关的实体，可以是硬件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件。
如本文任一方面所用，“算法”是指获得期望结果的自洽步骤序列，其中“步骤”是指物理量和/或逻辑状态的操纵，这些物理量和/或逻辑状态可(但不一定)采用能够被存储、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能够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由电气和电子工程师学会(IEEE)公布的名称为“IEEE 802.3Standard”(于2008年12月公布)的以太网标准和/或该标准的更高版本。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通信协议可符合或兼容由国际电信联盟电信标准化部门(ITU-T)发布的标准。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兼容由国际电报电话咨询委员会(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由ATM论坛公布的名称为“ATM-MPLS Network Interworking 2.0”(于2001年8月公布)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，在整个上述公开中，使用术语诸如“处理”、“运算”、“计算”、“确定”、“显示”等的讨论是指计算机系统或类似的电子计算装置的动作和过程，其操纵表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据并将其转换成相似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其他此类信息存储、传输或显示装置内的物理量的其他数据。
一个或多个部件在本文中可被称为“被配置成能够”、“可配置成能够”、“可操作/操作性地”、“适于/可适于”、“能够”、“可适形/适形于”等。本领域技术人员将认识到，除非上下文另外要求，否则“被配置成能够”通常可涵盖活动状态的部件和/或非活动状态的部件和/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使用的。术语“近侧”是指最靠近临床医生的部分，并且术语“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，空间术语诸如“竖直”、“水平”、“上”和“下”在本文中可关于附图使用。然而，外科器械在许多取向和方位中使用，并且这些术语并非是限制性的和/或绝对的。
本领域技术人员将认识到，一般来讲，本文以及特别是所附权利要求(例如，所附权利要求的主体)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表述的具体数目为预期的，则此类意图将在权利要求中明确表述，并且在不存在此类叙述的情况下，不存在此类意图。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表述。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此类表述的权利要求中，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，即使明确表述引入权利要求表述的特定数目，本领域的技术人员应当认识到，此种表述通常应解释为意指至少表述的数目(例如，在没有其他修饰语的情况下，对“两个表述”的裸表述通常意指至少两个表述或者两个或更多个表述)。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”等的提及均意指结合该方面所述的具体特征部、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短语“在一个方面”、“在一方面”、“在一范例中”和“在一个范例中”不一定都指同一方面。此外，具体特征部、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与现有的公开材料之间不产生冲突的程度下并入。
概括地说，已经描述了由采用本文所述的概念产生的许多有益效果。为了举例说明和描述的目的，已经提供了一个或多个形式的上述具体实施方式。这些具体实施方式并非意图为详尽的或限定到本发明所公开的精确形式。可以按照上述教导内容对本发明进行修改或变型。选择和描述的一个或多个形式是为了说明原理和实际应用，从而使本领域的普通技术人员能够利用适用于预期的特定用途的各种形式和各种修改。与此一同提交的权利要求书旨在限定完整范围。

Claims (22)

1.一种能量模块，包括：
控制器；
第一功率放大器电路，所述第一功率放大器电路具有输入和输出，其中所述输入耦合到所述控制器，并且被配置成能够接收并放大输入信号以生成进入耦合到所述第一功率放大器电路的所述输出的负载的第一输出信号；和
第二功率放大器电路，所述第二功率放大器电路具有输入和输出，其中所述输入耦合到所述控制器，并且被配置成能够接收并放大所述输入信号以生成到耦合到所述第二功率放大器电路的所述输出的所述负载中的第二输出；
其中，所述第一放大器电路的额定功率不同于所述第二放大器电路的额定功率；并且
其中，所述控制器被配置成能够基于要在所述负载中产生的功率来选择所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路。
2.根据权利要求1所述的能量模块，其中，所述第一功率放大器电路是宽带功率放大器电路，并且所述第二功率放大器电路是谐振功率放大器电路。
3.根据任一前述权利要求所述的能量模块，其中，所述第一功率放大器电路的额定功率低于所述第二功率放大器电路的额定功率。
4.根据权利要求3所述的能量模块，其中，所述第一功率放大器电路的额定功率在1瓦至60瓦的范围内。
5.根据任一前述权利要求所述的能量模块，其中，所述第二功率放大器电路的额定功率高于所述第一功率放大器电路的额定功率。
6.根据任一前述权利要求所述的能量模块，其中，所述第二放大器电路的额定功率在20瓦至400瓦的范围内。
7.根据任一前述权利要求所述的能量模块，其中，所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路中的至少一者包括开关电路，并且其中，所述控制器被配置成能够将开关信号施加到所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路中的所述至少一者的开关电路。
8.根据权利要求7所述的能量模块，其中，所述第一功率放大器电路包括第一开关电路并且所述第二功率放大器电路包括第二开关电路，并且其中，所述控制器被配置成能够将第一开关信号施加到所述第一开关电路并且将第二开关信号施加到所述第二功率放大器电路。
9.根据权利要求7所述的能量模块，还包括耦合在所述控制器和所述第一功率放大器电路之间的数模转换器，其中，所述第二功率放大器电路包括所述开关电路，并且其中，所述控制器被配置成能够将所述开关信号施加到所述第二放大器电路。
10.根据任一前述权利要求所述的能量模块，其中，所述控制器被配置为基于耦合到所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路的所述输出的所述负载来生成具有预定波形状和频率的波形。
11.根据权利要求10所述的能量模块，其中，所述控制器被配置成能够基于耦合到所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路的所述输出的所述负载的阻抗来限制所述波形的电流、功率和电压。
12.根据权利要求10或11所述的能量模块，其中，所述控制器被配置成能够基于要在耦合到所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路中的至少一者的所述输出的所述负载中产生的功率来选择所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路中的所述至少一者。
13.根据权利要求10或11所述的能量模块，还包括数模转换器，所述数模转换器耦合在所述控制器与所述第一功率放大器电路和所述第二功率放大器电路中的所述至少一者之间，其中，所述数模转换器被配置成能够接收数字形式的所述波形并向所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路中的所述至少一者的所述输入提供模拟波形。
14.根据权利要求13所述的能量模块，其中，所述数模转换器被配置成能够基于要在耦合到所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路的所述输出的所述负载中产生的功率来向所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路的所述输入提供所述模拟波形。
15.根据权利要求13或权利要求14所述的能量模块，还包括：
第一开关，所述第一开关耦合在所述数模转换器输出与所述第一功率放大器电路的所述输入之间；和
第二开关，所述第二开关耦合在所述数模转换器输出与第二功率放大器输入的所述输入之间；
其中所述第一开关和所述第二开关由所述控制器经由第一开关选择线和第二开关选择线来控制，以基于要在耦合到所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路的所述输出的所述负载中产生的功率来选择所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路。
16.根据权利要求13或权利要求14所述的能量模块，其中，所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路能够由所述控制器选择，并且其中，所述控制器被配置成能够基于要在耦合到所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路的所述输出的所述负载中产生的功率来选择所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路。
17.一种能量模块，所述能量模块被配置成能够向与其耦合的负载输送电力，所述能量模块包括：
数模转换器，所述数模转换器被配置成能够将数字波形转换为模拟波形；
耦合到所述数模转换器的控制器，所述控制器被配置成能够：
生成具有预定波形状和频率的数字波形；
基于待由第一功率放大器电路或第二功率放大器电路产生到耦合到能量模块的能量输出端口的负载中的预定功率输出，选择第一功率放大器电路或第二功率放大器电路；以及
将模拟波形耦合到所选择的第一功率放大器电路或第二功率放大器电路，以通过所选择的第一功率放大器电路或第二功率放大器电路向耦合到所述能量模块的所述能量输出端口的所述负载中产生所述预定功率输出。
18.根据权利要求17所述的能量模块，其中，选择所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路包括：
选择耦合在所述数模转换器和所述第一功率放大器电路之间的第一开关，以向经由所述能量输出端口耦合到所述第一功率放大器电路的所述输出的所述负载中产生第一功率输出；或者
选择耦合在所述数模转换器和所述第二功率放大器电路之间的第二开关，以向经由所述能量输出端口耦合到所述第二功率放大器电路的所述输出的所述负载产生第二功率输出。
19.根据权利要求17所述的能量模块，其中，选择所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路包括：
经由第一放大器选择信号选择第一功率放大器电路，以向经由所述能量输出端口耦合到所述第一功率放大器电路的所述输出的所述负载中产生第一功率输出；或者
经由第二放大器选择信号选择第二功率放大器电路，以向经由所述能量输出端口耦合到所述第二功率放大器电路的所述输出的所述负载中产生第二功率输出。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的能量模块，其中，所述控制器被配置成能够：
确定耦合到所述能量模块的所述输出的负载；以及
生成具有预定波形状和频率的波形。
21.根据权利要求20所述的能量模块，其中，所述控制电路被配置成能够：
基于耦合到所述第一功率放大器电路或所述第二功率放大器电路的所述输出的所述负载的阻抗来限制波形的电流、功率和电压。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的能量模块，其中，所述控制电路被配置成能够：
将开关信号施加到所述第二放大器电路的所述输入。
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