CN111050842A - 可灭菌无线通信装置 - Google Patents

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D·H·霍格伦
W·安德森
J·J·佩里
M·M·卡奇
L·帕克
E·J·多灵
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Smart Medical Equipment
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Abstract

公开了一种对无线通信装置灭菌的装置和方法。所描述的装置和方法涉及包括通信模块的可灭菌无线通信装置。该通信模块包括能够直接无线通信的收发器。该可灭菌无线通信装置还包括具有内部的壳体，该内部的尺寸设置成容纳通信模块。该通信模块被气密地密封在壳体内，并且壳体包括被配置为耦联到壳体外部的天线的气密射频馈通。

Description

可灭菌无线通信装置
优先权文件参考
本申请要求2017年7月10日提交的序列号为No.62/530,677的美国临时专利申请的优先权，该专利申请由此通过引用以其整体结合在本文中。
背景技术
整形外科手术可能需要钻骨以修复骨折或***植入物或其他装置。产生的孔可用于接收螺钉，植入物和其他装置以施加压力，固定或复位骨，或放置假体关节或其他植入物。其他医疗程序可能需要接触骨。在使用钻头或其他驱动器将工具推进到骨中并穿过骨的任何过程中，使用者必须有意识地且小心翼翼地将穿透限制在所需深度。如果使用者允许工具进一步穿透，则患者可能会经受对远端结构(例如神经，大脑，脊髓，动脉，静脉，肌肉，筋膜，骨或关节间隙结构)的伤害。这些类型的伤害可能导致严重的患者发病率甚至死亡。***到钻出的孔中的装置通常必须安装在狭窄的长度范围内，该范围有时会变化不超过一毫米或更小。
发明内容
当前主题的方面涉及无线通信装置的灭菌(例如，可高压灭菌的无线通信装置)。
在一个方面，公开了一种包括通信模块的可灭菌无线通信装置。通信模块包括能够直接无线通信的收发器。该可灭菌无线通信装置还包括壳体，壳体具有尺寸设置为容纳通信模块的内部。该通信模块被气密地密封在壳体内，并且壳体包括被配置为耦联到壳体外部的天线的气密射频馈通。
在另一方面，公开了一种包括通信模块的可灭菌无线通信装置。通信模块包括能够直接无线通信的收发器。该可灭菌无线通信装置还包括被配置为直接与电子装置通信的一个或多个输入/输出连接器。该可灭菌无线通信装置还包括壳体，壳体具有尺寸设置为容纳通信模块的内部。通信模块被气密地密封在壳体内。
还公开了一种用于形成用于无线通信装置的可灭菌壳体的方法。该方法包括将通信模块放置在壳体内，该通信模块包括收发器。壳体具有盖和内部，该内部的尺寸设置为容纳通信模块。该方法还包括将通信模块气密地密封在壳体内。该壳体还包括气密射频馈通，该气密射频馈通被配置为将通信模块耦联到壳体外部的天线。
在一些变型中，本文公开的包括以下特征的一个或多个特征可以可选地包括在任何可行的组合中。在某些方面，该壳体是微电子气密壳体，具有气密性的玻璃对金属密封和陶瓷对金属壳体。通信模块可以通过射频线缆耦联到气密射频馈通。该射频线缆可以包括连接器，该连接器被配置为与气密射频馈通配合并耦联。该气密射频馈通可以包括超小型推入式微型(SMPM)连接器。壳体可以包括不锈钢盖。不锈钢盖可以激光焊接到壳体上。壳体可以是由陶瓷，金属和/或其他材料制成的微电子气密壳体。该壳体可以被配置为通过高压釜蒸汽灭菌，环氧乙烷灭菌，二氧化氯灭菌，过氧化氢灭菌，汽化过氧化氢灭菌，过氧化氢等离子体灭菌，伽马射线灭菌和/或电子束灭菌来灭菌。通信模块可以包括蓝牙低功耗模块。该装置可以被结合在医疗仪器的主体内部。
通过以下各实施例的描述，其他特征和优点将显而易见，所述实施例通过示例的方式示出了所公开的装置和方法的原理。
附图说明
结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本文所公开的主题的某些方面，并且与说明书一起，有助于解释与所公开的实施方式相关联的一些原理。一般而言，附图并非按绝对值或比较地成比例，而是仅用于说明。而且，出于说明清楚的目的，可以修改特征和元件的相对位置。
图1是根据一些示例实施方式的结合有可灭菌通信模块的仪器的实施方式的透视图；
图2是根据一些示例实施方式的示出仪器的通信能力的示意图；
图3是图1的仪器的局部剖视图，示出了根据一些示例实施方式的结合在耐用医疗仪器的主体内的可灭菌无线通信装置；
图4A是根据一些示例实施方式的具有壳体和根据进一步的实施方式的通信模块的可灭菌无线通信装置的分解图；
图4B是根据一些示例实施方式的图4A的壳体的分解图；
图5是根据一种实施方式的具有壳体和通信模块的可灭菌无线通信装置的分解图；
图6是根据另一实施方式的具有壳体和通信模块的可灭菌无线通信装置的分解图；
图7A是根据另一实施方式的具有壳体和通信模块的可灭菌无线通信装置的分解图；
图7B是根据另一实施方式的具有壳体和通信模块的可灭菌无线通信装置的分解透视图；
图7C是图7B的可灭菌无线通信装置的分解侧视图；
图7D是图7B和7C的可灭菌无线通信装置的侧视图；
图8A示出了通信模块的示例实施方式的俯视图，而图8B示出了通信模块的示例实施方式的仰视图；
图9是通信模块的示例实施方式的框图和插脚；
图10是用于通信模块的示例实施方式的功能硬件和软件的框图；且
图11是示出根据一些示例实施方式的用于形成可灭菌无线通信装置的过程的流程图。
具体实施方式
存在各种形式的手术装置灭菌技术，包括通过高压釜，环氧乙烷，二氧化氯，过氧化氢，汽化过氧化氢，过氧化氢等离子体，伽马射线和电子束灭菌的灭菌。例如，在手术室中使用的耐用医疗仪器必须先进行重新灭菌，然后才能重新使用。高压釜蒸汽灭菌通常用于对手术装置进行灭菌。高压釜使用升高的温度，压力和蒸汽对装置和其他物体进行灭菌，以消灭所有细菌，病毒，真菌和孢子。高压釜灭菌最适合能够承受高温(+121℃至+148℃)，高压(+1至+3.5atm)和高湿度的物体。耐用的电子医疗仪器，例如手术中使用的整形外科钻，具有会受到某些类型的灭菌技术的不利影响的电子装置。电子医疗仪器中的半导体通常能够承受高达125℃的温度。但是，当暴露在这些高压釜条件下时，耐用电子医疗仪器中存在的电池和无线通信模块会受到不利影响。
手术中使用的一些耐用电子医疗仪器包括模块化电池组，可以在对医疗仪器进行蒸汽灭菌之前将其取出，然后在重新使用之前使用灭菌技术进行更换。一些医疗仪器使用塑料或硅树脂灌封材料来保护某些电子构件，因此无需将它们从医疗仪器中取出并可以进行灭菌。灌封涉及利用固态或凝胶状化合物(例如热固性塑料或硅橡胶凝胶)来填充完整的电子构件中，以抵抗冲击，振动，湿气和/或腐蚀剂渗透到电子装置中。尽管取得了这些进步，但是在使用之间需要重新灭菌的耐用电子医疗仪器受到了限制，并且通常不包括用于无线通信的敏感电子装置，因为它们无法承受高压釜或蒸汽灭菌条件。
本公开大体上涉及具有用于无线通信的电子装置的耐用医疗仪器，该电子装置不需要从仪器上移除，从而使得整个医疗仪器在重复使用之前可以进行灭菌，特别是重复蒸汽灭菌，例如通过高压釜。尽管许多示例涉及耐用医疗仪器，但本文所述的可灭菌通信装置也可以并入其他装置。
用于无线通信的可灭菌电子装置可以被结合到能够无线通信至手术室计算机或平视显示器的医疗仪器中，诸如无绳整形外科骨钻***或其他医疗仪器。例如，医疗仪器可以实时感测数据(例如，检测轴扭矩，进给力和进给速度)，并将该数据无线传输到手术室中的计算技术。所传输的数据可以在手术过程中以数字化和/或图形化方式显示给操作员。如将在下面更详细地描述的，这些***和其他***可以包括电子和/或通信模块，该电子和/或通信模块以被配置为承受高压釜蒸汽灭菌的数千次循环的方式被容纳。例如，本文所述的仪器结合了一个或多个壳体和电子馈送，电子馈送被气密地密封以利用气密的玻璃对金属密封，陶瓷对金属和/或全陶瓷壳体而可靠地封装电子和/或无线构件。壳体确保即使经过数千次高压釜或灭菌循环后，仪器的无线通信模块也不会受损。
用于无线通信的可灭菌电子装置也可以被结合到手术托盘或其他装置中以用于跟踪目的。例如，手术托盘可以容纳医疗仪器，该医疗仪器包括标识符和/或无线通信***，例如射频识别(RFID)标签，GPS定位模块，通信天线等等。手术托盘以及医疗设备可以经受灭菌，并且可能期望追踪手术托盘和/或布置在手术托盘上的医疗设备的位置和/或灭菌状态。
仪器
现在转向图1，仪器10可包括主体20，主体20容纳被配置为移动作业工具的动力***。作业工具可以是钻头，锯，毛刺，铰刀，克氏(或其他)针，销，套管针，螺丝刀，扳手，刨机，刨机头，阶梯钻头，去骨塞工具，骨收集工具，骨髓收获工具，骨髓抽吸工具，自钻螺钉或其他工具，切割元件或驱动元件。动力***可以是电机，旋转驱动电机，气动电机或由气源提供动力的致动器，电动电机，液压致动器等中的一种或多种。
在一些实施方式中，仪器10可以即时感测，计量和控制由作业工具产生的作业。例如，扭矩，功率使用和/或能量可以被感测、计量并以图形方式和/或数字方式和/或通过量计报告给操作员。即时感测，计量和控制仪器10可以帮助防止否则可能由作业工具引起的对周围组织和结构的伤害。例如，感测，计量和控制驱动器的转速可以降低将周围组织和骨加热到引起局部烧伤的程度的风险。感测，计量和控制作业工具的轴向运动和/或相对延伸可以防止例如对目标远端的结构—例如神经，脑，脊髓，动脉，静脉，肌肉，筋膜，骨或接头间隙结构的穿透损伤。仪器10可以包括在8,821,493；9,526,511；8,894,654；以及于2017年2月10日提交的国际专利申请No.PCT/US2017/017517中描述的任何实施方式。
仍然关于图1，仪器10可包括一个或多个引导件，例如引导竖琴状物300，其构造成在近侧方向上缩回以露出延伸超出仪器10的远端接合端的作业工具的长度。引导竖琴状物300可包括两个或更多个支撑臂或杆305，它们围绕作业工具的中心纵向轴线A对称地定位。引导竖琴状物300的围绕与作业工具所施加的力的方向同轴的中心纵向轴线A的对称取向防止了该引导件像杠杆臂那样起作用。应当理解，竖琴状物300可以被设计成包括一个臂。在该实施方式中，臂的远侧部分可朝着作业工具弯曲并围绕作业工具，这将允许作业工具充当功能性支撑臂，以使该构造免受杠杆作用或从纵向轴线移开。引导竖琴状物300的轴线与作业工具的轴线对齐，该作业工具的轴线与施加的轴向力的方向对齐，以增加仪器10的稳定性，且避免引导竖琴状物300意外地引起远离z轴的枢转运动。引导竖琴状物300可以具有一个，两个，三个或更多个杆305，其提供支撑以承受载荷。引导竖琴状物300的杆305可以是单个单元或可以具有伸缩杆。伸缩杆能够以更高效的构造为仪器10提供更大的整体穿透长度范围，并且避免杆305离开钻头的后端。伸缩杆可各自包括致动器，例如气动的，液压的，电动的或其他致动器，其使引导竖琴状物300伸缩并改变总的引导长度(即向外伸缩以加长或向内伸缩以缩短)。
仪器10可以包含致动器，例如一个或多个触发器、按钮和开关，可以将其缩回、按下、挤压、滑动或以其他方式致动以执行仪器10的特定功能。致动器可以按照对用户而言在人体工程学上舒适的方式结合到仪器10的手柄中。例如，该仪器可以包括具有扳机型致动器的***式握把，使得在使用过程中可以容易且舒适地握持和致动仪器10。***式握柄可以在致动器下方包括一个唇部，以用于由手指压紧。然而，应当理解，仪器10可以具有其他构造，例如不包括***式握把的直身仪器。尽管上文描述了使用“触发器”或“致动器”来引起仪器10的特定动作，但是应当理解，触发器和致动器可以包括脚踏板以引起仪器中的特定动作。还可通过对仪器10进行编程以经由仪器10上的用户接口或使用与仪器进行有线或无线通信的远离仪器10的外部计算装置执行特定动作来致动或触发仪器10，这将在下面更详细地描述。
电力和电子装置
仪器10可以是无绳驱动仪器。在一个实施方式中，仪器10包括可移动电池组并由其供电。电池组可以被封闭在电池罩内，该电池罩在其底部上由电池盒盖盖上，该电池盒盖可以在例如按下电池释放按钮时取下。电子装置的电路板可以夹在电池上方，以便在取出电池后电子装置全部掉落。电池可以具有不同的化学组成或特性。例如，电池可以包括铅酸、镍镉、镍金属氢化物、氧化银、***、锂离子、锂离子聚合物或其他锂化学物质。该仪器还可以包括使用直流电力端口、感应、太阳能电池等进行充电的可充电电池。本文中将考虑本领域已知的用于为手术室中使用的医疗装置供电的电力***。应当理解，在本文中也将考虑医疗装置领域之外已知的其他电力***。
图2是示出了具有与电子模块500通信的驱动模块400的仪器10的实施方式的框图。驱动模块400可以包括作业工具110，并且被配置为由电机60驱动。仪器10的电子模块500可以包括用户接口505，控制器510，通信模块515以及仪器10的一个或多个传感器，包括但不限于力传感器66、340和/或扭矩传感器80。控制器510可以与驱动模块400的一个或多个构件可操作地通信，以及与电子模块500的一个或多个构件(包括传感器，通信模块515和用户接口505)可操作地通信。各种传感器可以实时地将信息传递到控制器510，使得其可以经由仪器10上的用户接口505显示给用户。
用户接口505可以接收来自用户的手动输入，并且可以包括至少一个致动器、触发器、按钮、小键盘、触摸屏或其他输入。用户接口505可以包括至少一个灯、屏幕、显示器或其他视觉指示器，以向用户提供指令和/或信息，例如何时停止钻孔。用户接口505也可以包括听觉或触觉指示器。例如，用户接口505可以在使用期间向用户提供关于仪器10和仪器构件的状态的警报和信息，从而可以进行手动和/或自动调节。用户接口505可以包括LED或其他类型的显示器，例如使用电灯丝、等离子、气体等等的显示器。用户接口505可以包括触摸屏类型的显示器。应当理解，仪器10不需要包括用户接口505，而是与具有用户接口605的外部计算装置600通信。
控制器510可以包括至少一个处理器和存储装置。存储器可以被配置用于接收和存储用户输入数据以及在使用仪器10期间诸如从一个或多个传感器获取的数据。存储器可以是能够存储数据并将该数据传送到装置的一个或多个其他构件(例如处理器)的任何类型的存储器。存储器可以是闪存、SRAM、ROM、DRAM、RAM、EPROM、动态存储器等中的一个或多个。存储器可以被配置为存储与仪器10的预期用途有关的一个或多个用户定义的概况。存储器可以被配置为存储用户信息、使用历史、进行的测量等等。
通信模块515被配置为与另一装置通信。在一些实施方式中，通信模块515可以与作业工具110通信，这将在下面更详细地描述。在一些实施方式中，通信模块515可以与外部计算装置600通信。外部计算装置600可以结合通信模块615、控制器610和用户接口605(诸如图形用户接口或GUI)。仪器10的通信模块515以及外部计算装置600的通信模块615可以包括有线通信端口，例如RS22连接、USB连接，火线连接、专有连接或配置为接收和/或发送信息至外部计算装置600的任何其他合适类型的硬连线连接。通信模块515以及外部计算装置600的通信模块615可以备选地或附加地包括无线通信端口，从而可以在仪器10和外部计算装置600之间通过无线链路馈送信息，例如以便在外部计算装置600上实时显示信息。无线连接可以使用任何合适的无线***，例如蓝牙、Wi-Fi、射频、ZigBee通信协议、红外或蜂窝电话***，且还可以使用编码或身份验证来验证收到的信息的来源。无线连接也可以是多种专有无线连接协议中的任何一种。如上所述，在一些实施方式中，仪器10不具有用户接口505，并且与被配置为显示与仪器10有关的信息的外部计算装置600通信。外部计算装置600还可以控制仪器10，以使得在仪器10和外部计算装置600之间的通信是双向通信。
仪器10与之通信的外部计算装置600可以变化，包括但不限于台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、智能手机或其他能够显示信息并接收用户输入的装置。外部计算装置600的用户接口605可以显示关于仪器10的使用的信息，该信息在仪器10的使用期间被实时中继并即时提供给用户。该信息可以变化，包括例如如下面将更详细描述的钻孔深度、能量、功率、扭矩、力、时间或其他信息。外部计算装置600的用户接口605还可以包括一个或多个输入，例如触摸屏或其他输入、包括按钮、按键、触摸板等，使得用户可以与处理器交互以执行与仪器10的编程相关的某些动作。外部计算装置600的用户接口605可以包括触摸屏。外部计算装置600的控制器610可以包括至少一个处理器和存储装置，如以上关于控制器510更详细描述的。
外部计算装置600可以是与仪器10通信(即，有线或无线地通信)并具有图形用户接口(GUI)的平视显示器，该图形用户接口可以显示数据并提供交互式功能，例如用于输入关于仪器10的数据和信息的触摸屏。平视显示器可以如本领域中已知的那样安装，例如通过吊杆或其他为用户提供方便的机构来安装。例如，平视显示器可以安装在吊杆上，该吊杆在外科手术过程中可以轻松定位和移动。平视显示器可以是可高压灭菌的，从而可以将显示器放置在使用者正在使用仪器10的手术区域内。备选地，可以将平视显示器***无菌罩中，从而可以将显示器放置在使用者正在使用仪器10的手术区域内。
如所提及的，通信模块515可以与作业工具110通信。在一些实施方式中，通信模块515可以与被配置为与通信模块515通信的作业工具110上的应答器或其他数据元件114通信。作为示例，元件114可以存储关于作业工具110的数据，例如直径、长度、先前使用的次数、制造日期以及关于作业工具110的任何其他信息。数据可以存储在元件114内，且在“读取”作业工具110上的元件114时，数据可以被传送到仪器10的控制器510并由该控制器510接收。控制器510可以使用作业工具110的标识来设置或调整某些参数。可以将数据作为设置程序的一部分以及仪器的实际使用准备而接收。这可以通过由仪器10的控制器510运行的软件自动启动，而无需任何用户输入。例如，作业工具110的直径对于提供有关骨密度的信息可能是重要的，而作业工具的长度对于在钻孔之前将仪器调零可能是重要的。该通信可以是单向或双向无线通信。该通信可以是无线通信，例如发射器和/或接收器，射频(RF)收发器，WIFI连接，红外或蓝牙通信装置。作业工具110的数据元件114可以包括编码器或条形码类型条，其被配置为由与控制器510操作性通信的仪器10的相应读取器装置进行扫描和读取。数据元件114可以备选地是将数据传输到诸如数据接收处理器等之类的读取器的RFID芯片等。这样的编码器装置包括例如通过加密来安全地发送和存储数据的能力，以防止未授权访问或篡改此类数据。
控制器510的存储器可以配置为维护特定作业工具110的记录。例如，该记录可以指示何时工具110太钝，以至于不应将其用于特定操作。一旦工具110达到了特定的钝度阈值，例如关于工具的总能量的数据，就可以将软件配置为写入到作业工具110的数据元件114的存储器上，使得在随后使用时，该仪器10会意识到不应该使用作业工具110的信息。因此，可以以双向方式在仪器10和作业工具110之间发送信息。
气密壳体
例如在手术室中使用的耐用医疗仪器需要被重新灭菌，然后它们才能被重新使用。本文描述的仪器的一个或多个电子构件可以可逆地从仪器上移除。例如，主体20可包括一个或多个可移除的盖，其可用于接近各种内部构件中的一个或多个。此外，内部构件中的一个或多个可以是模块化的，并且可以与仪器10的主体20完全分离。这允许互换部件以及对仪器10的构件进行清洁和灭菌。例如，电池组可为例如在高压灭菌期间能够从仪器10移除的。类似地，电子模块500和/或驱动模块400的一个或多个构件可为能够模块化地移除的，以便于清洁和高压灭菌。
电子模块500的某些构件在灭菌之前不需要从仪器10上移除。图3示出了结合有位于仪器10的主体20内的可灭菌无线通信装置100的仪器10。如图4A至图4B最佳地示出的，可灭菌无线通信装置100可包括气密地密封在壳体700内的通信模块815的一个或多个构件。壳体700能够承受重复的高压灭菌(蒸汽灭菌)循环，至少约3,500个循环或更多。
壳体700可以是具有气密玻璃对金属密封(GTMS)的微电子气密壳体(参见图5)。包含通信模块815的壳体700可以通过在玻璃和金属包装之间形成气密密封来密封。这种玻璃与金属的密封涉及通过金属线从金属封装外部向内部流过隔离电流。熔融的玻璃润湿金属以形成紧密的结合，且玻璃和金属的热膨胀紧密匹配以在组件冷却时维持可靠的密封。在一些实施方式中，内部材料具有略小于外部材料的膨胀系数，以使得在其冷却时密封变紧。
壳体700可以是具有陶瓷对金属(CeRTMS)的微电子气密壳体(参见图6)。在形成玻璃-陶瓷-金属密封时，通常首先在惰性气氛下加热要连接的部件，以熔化玻璃并允许其湿润和流入金属部件中。然后可以将温度降低到在玻璃中形成许多微核所处的温度状况。然后将温度再次升高到其中主要结晶相可以形成和生长的体制，以形成具有与特定金属部件的热膨胀特性相匹配的热膨胀特性的多晶陶瓷材料。
壳体700可以是具有完全陶瓷封装的壳体(参见图7A)的微电子密闭壳体，其被激光焊接。陶瓷是一种无机的非金属固体材料，其包括主要以离子键和共价键形式存在的金属、非金属或准金属原子。激光束焊接(LBW)是一种焊接技术，用于通过使用激光将多块金属连接起来(并可用于将陶瓷焊接在一起)。光束提供了集中的热源，允许进行窄而深的焊接和高焊接速率。该过程频繁地用于使用自动化的大批量应用中，例如在汽车工业中。它基于锁孔或穿透模式焊接。像电子束焊接(EBW)一样，LBW具有高功率密度(大约1MW/cm2)，从而导致较小的热影响区以及较高的加热和冷却速率。激光的光斑尺寸可以在0.2毫米至13毫米之间变化，但较小的尺寸用于焊接。穿透深度与所提供的功率成正比，但也取决于焦点的位置：当焦点稍低于工件表面时，穿透深度最大。
通信模块815可以包括发射器、接收器和/或具有天线820的收发器，该天线820能够与一个或多个无线通信装置直接无线通信。收发器可以是蓝牙通信装置，例如低功耗蓝牙或智能蓝牙。收发器还可以包括用于无线通信的任何射频(RF)收发器，例如用于Wi-Fi、蜂窝、红外、，近场通信(NFC)、Zigbee、超宽带等的收发器。可以结合允许与其他电子装置直接通信的一个或多个I/O连接器819。
图4A至图4B示出了壳体700的分解图，该壳体700通过气密密封件包围具有天线820的通信模块815。壳体700可以包括盖705，框架715以及具有引脚位置725和连接器阵列730的基底720。盖705可以由钴形成。因为金属和陶瓷可以阻挡无线电信号，所以盖705可以包括融合到其上的窗口710，该窗口710允许将无线电波从天线820传输到壳体700的气密密封件的外部。窗口710可以由蓝宝石，石英，钴或任何允许从壳体内部的天线到壳体外部进行无线电波发射和接收的材料形成。在图4A和4B的示例中，蓝宝石窗口710位于天线820上方，以允许广播和接收信号。天线820也可以在气密地密封的室的外部，并通过输入/输出(I/O)连接到收发器。基底720可以是HTCC陶瓷基底(例如1mm厚)。壳体700可以气密至1x10mbarx1/s，并且具有大于250℃的温度稳定性和达-65℃至150℃的热冲击稳定性。壳体700可包括大于10G欧姆的电绝缘。壳体700可以被蒸汽灭菌至约2巴和134℃，并且可以承受至少3,500个循环的高压灭菌循环。
在一些实施方案中，框架715可耦联到基底720，使得框架715的壁的底部边缘位于围绕引脚位置725的基底720的上表面的顶部，使得它们保持在框架715内部和框架715外的连接器阵列730的内部。盖705的下表面可与框架715的壁的上边缘耦联，从而形成壳体700的封闭内部，其由基底720的上表面、壁的内表面和盖705的下表面形成。通信模块815和天线820可以被包围在该内部体积内，使得通信模块815的一个或多个引脚可以与引脚位置725耦联。在其他实施方式中，I/O连接器819延伸穿过框架715的壁(参见图5和6)。I/O连接器819可以包括陶瓷，介电玻璃和/或另一种合适的材料。仪器10还可以包括构造成经受蒸汽灭菌的可高压灭菌的多引脚连接器。该连接器可以包括多个小的玻璃-金属密封的信号线和两个用于馈通的电力引脚。
图7B-7C示出了通过气密密封件包围通信模块815的壳体750的分解图。壳体750可以包括盖755，具有射频(RF)馈通770的框架765。盖755可以由不锈钢，钴，陶瓷等形成。框架765可以由不锈钢，钴，陶瓷等等形成。通信模块815可以与连接至RF馈通770的RF线缆780耦联。RF线缆可以包括配置为与RF馈通770配合并耦联至RF馈通770的连接器785。RF馈通770可以配置为将通信模块815连接到壳体750外部的天线815。在一些方面，RF馈通770是超小型推入式微型(SMPM)连接器，或配置为将气密地密封的通信模块815连接到外部天线的任何其他RF连接器。壳体750可以用GTMS，CeRTMS，激光焊接等等来密封。图7D示出了图7B和7C的壳体750的侧视图。
通信模块815可以是具有板载天线的低功耗蓝牙(BLE)加近场通信(NFC)模块，例如LairdBL652。通信模块815(例如，智能蓝牙模块)可以包括提供UART，12c，SPI，ADC，GPIO，PWM，FREQ和NFC的可配置接口。图8A示出了BLE模块815的俯视图，而图8B示出了BLE模块815的仰视图，且图9是通信模块815的框图和引出线。图10是用于BLE模块815的功能硬件和软件的框图。通信模块815可以包括芯片天线，天线连接器和RF屏蔽。引脚1可以是GND；引脚7可以为nRESET；引脚17可以是UART_RX；引脚18可以是UART_CTS；引脚19可以是UART_TX；引脚20可以是UART_RTS；引脚23可以是SIO_2(VSP_EN)；引脚26可以是VDD_nRF；而引脚28可以是nAutorun。通信模块815可以承受-40℃至85℃的工业温度等级。尽管通信模块815仅被额定为85℃，但是其在壳体700内的构造允许使用高达至少150℃。
图11是示出根据一些示例实施方式的用于形成可灭菌无线通信装置的过程1100的流程图。在操作框1110，过程1100可以包括将通信模块放置在壳体内。通信模块可以包括收发器。壳体可以具有盖和内部，该内部的尺寸设置成以便容纳通信模块。在操作框1120，过程1100可以包括将通信模块气密地密封在壳体内。该壳体可以还包括气密射频馈通，其被配置为将通信模块耦联到壳体外部的天线。
本文所述的任何仪器都可以但不必耦联至机器人手臂或机器人***或其中用户使用计算机控制台来操纵对仪器的控制的其他计算机辅助手术***。计算机可以转换用户的运动，和然后由机械臂在患者身上进行的控制的致动。机器人可以提供实时的术中触觉和/或听觉反馈以及可视化，例如三维建模。机器人***在一个或多个“工作”臂的末端可以具有铰接的内部腕，该臂被配置为通过小口***。带有两个镜头(允许立体图像)的稳定相机臂也可以通过另一个小口***。末端执行器可以操纵该仪器，并且可以具有多个自由度。用户可以单独或通过放置在手术室中的控制台来控制这些内部腕，从而可以控制外部和内部手术环境两者。用户接口可以具有可以过滤震颤并减小运动范围的仪器控制器。脚踏板可以扩大使用者的范围，允许组织凝结和冲洗。视觉反馈可以通过立体显示器进行。可以与本文公开的装置耦联的机器人***包括Haptic Guidance System或
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***(佛罗里达州劳德代尔堡的MAKO外科公司)，Navio Surgical System(史密夫和内修公司)，da
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Surgical System(加利福尼亚州森尼韦尔市的Intuitive Surgical公司，)，也可以考虑其他外科手术机器人，包括Robot-Assisted Micro-Surgery(RAMS)***(MicroDexterity Systems公司)，Neuro
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(卡尔加里大学)，
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Surgical机器人，SpineAssist(以色列Mazor Surgical Technologies公司)，ROBODOC和ORTHODOC(加利福尼亚州弗里蒙特的Curexo Technology公司)，ACROBOT(英国埃尔斯特里的Acrobot公司)，PathFinder(英国海威科姆Loudwater的Prosurgics有限公司)，以及和Laprotek***(Hansen Medical公司)。其他外科仪器可以与本文所述的可灭菌无线通信装置一起使用，使得仪器可以由外科医生在现场或在机器人控制台处独立地控制。
本文描述的主题的各方面可以以数字电子电路，集成电路，专门设计的ASIC(专用集成电路)，计算机硬件，固件，软件和/或其组合来实现。这些各种实施方式可以包括在一个或多个计算机程序中的实施方式，该计算机程序在包括至少一个可编程处理器的可编程***上能够执行和/或能够解释，该可编程处理器可以是专用的或通用的，其耦联为用来从存储***，至少一个输入装置和至少一个输出装置接收数据和指令，以及将数据和指令传送到存储***，至少一个输入装置和至少一个输出装置。例如，可以将软件程序结合到装置中，其利用了能量，材料强度和密度之间的可再现关系。能量与骨强度和密度成比例。因此，该软件可以将钻孔，驱动或锯切期间的能量与材料强度和骨密度相关联。这样的软件程序可用于通过确定由作业工具使用的能量来实时测量材料强度和骨密度。该软件程序还可用于控制RPM，进给速度，电流，电压和/或作用在作业工具上的力。
这些计算机程序(也称为程序，软件，软件应用程序或代码)包括用于可编程处理器的机器指令，并且可以以高级过程和/或面向对象的编程语言和/或以汇编/机器语言来实现。如本文所使用的，术语“机器可读介质”是指用于将机器指令和/或数据提供至可编程处理器的任何计算机程序产品，设备和/或装置(例如磁盘，光盘，存储器，可编程逻辑装置(PLD))，该可编程处理器包括接收机器指令作为机器可读信号的机器可读介质。术语“机器可读信号”是指用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何信号。
本文描述的是可灭菌无线通信装置。在一些实施方式中，该装置包括通信模块，该通信模块具有能够进行直接无线通信的收发器和连接至该收发器的天线。该装置包括被配置为与电子装置直接地通信的一个或多个输入/输出连接器。该装置还包括具有内部的壳体，该内部的尺寸设置为容纳通信模块。通信模块被气密地密封在壳体内。
壳体可以包括由允许从壳体内部的天线到壳体外部发送和接收无线电波的材料形成的窗口。壳体可以是微电子气密壳体，其具有气密性玻璃对金属的密封和陶瓷对金属的壳体。窗口可以是熔合到气密地密封的壳体上的蓝宝石窗口。气密地密封的壳体可以具有钴盖，并且蓝宝石窗口可以熔合到钴盖上。该壳体可以是具有完整陶瓷壳体的微电子气密壳体。可以通过高压釜蒸汽灭菌，环氧乙烷灭菌，二氧化氯灭菌，过氧化氢灭菌，汽化过氧化氢灭菌，过氧化氢等离子体灭菌，伽马射线灭菌和/或电子束灭菌来对该装置进行灭菌。通信模块可以是蓝牙低功耗模块。该装置可以被结合在医疗仪器的主体内部。
在相关方面，描述了一种可灭菌无线通信装置，其具有能够直接无线通信的通信模块，被配置为与电子装置直接通信的一个或多个输入/输出连接器，以及壳体，该壳体的内部尺寸适于容纳通信模块。通信模块被密封在壳体内。
通信模块可以包括发射器，接收器或收发器。通信模块可以是收发器，并且装置可以包括在密封外部并通过I/O连接到收发器的天线。通信模块可以包括连接到收发器的天线。壳体可以包括由允许发射和接收辐射的材料形成的窗口。从壳体内部的天线到壳体外部的电磁波。壳体可以是微电子密封壳体，其具有气密性玻璃对金属的密封和陶瓷对金属的壳体。窗口可以是熔合到密封壳体上的蓝宝石窗口。密封的壳体可以具有钴盖，并且蓝宝石窗口可以熔合到钴盖上。壳体可以是具有完整陶瓷壳体的微电子密封壳体。可以通过高压釜蒸汽灭菌，环氧乙烷灭菌，二氧化氯灭菌，过氧化氢灭菌，汽化过氧化氢灭菌，过氧化氢等离子体灭菌，伽马射线灭菌和/或电子束灭菌来对该装置进行灭菌。通信模块可以包括蓝牙低功耗模块。该装置可以被结合在医疗仪器的主体内部。
尽管本说明书包含许多细节，但是这些细节不应被解释为对所要求保护的范围或可被要求保护的范围的限制，而是对特定实施方式的特定特征的描述。在本说明书中在单独的实施方式的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合实施。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以分别在多个实施方式中或以任何合适的子组合来实施。此外，尽管上文可以将特征描述为以某些组合起作用并且甚至最初如此要求保护，但是在某些情况下，可以从组合中切除所要求保护的组合中的一个或多个特征，并且所要求保护的组合可以针对子组合，或子组合的变体。类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应理解为要求以所示的特定顺序或以连续的顺序执行这样的操作，或者执行所有示出的操作以获得期望的结果。仅公开了一些示例和实现。可以基于所公开的内容进行对所描述的示例和实施方式以及其他实施方式的变型，修改和增强。
在以上描述和权利要求书中，可能出现诸如“……中的至少一个”或“……中的一个或多个”之类的短语，其后是元件或特征的组合列表。术语“和/或”也可能出现在两个或更多个元件或特征的列表中。除非与使用该短语的上下文另外隐式或明显地矛盾，否则这样的短语旨在单独地表示列出的任何元件或特征，或者与任何其他所述的元件或特征相组合的任何所述的元件或特征。例如，短语“A和B中的至少一个；”A和B中的一个或多个；和“A和/或B”分别旨在表示“仅A，仅B或A和B一起”。类似的解释也意图适用于包含三个或更多项目的列表。例如，短语“A，B和C中的至少一个”，“A，B和C中的一个或多个”；以及“A，B和/或C”均旨在表示“仅A，仅B，仅C，A和B一起，A和C一起，B和C一起，或A和B和C一起”。
上面和权利要求书中的术语“基于”的使用旨在表示“至少部分地基于”，从而也允许未叙述的特征或元件。

Claims (24)

1.一种可灭菌无线通信装置，包括：
通信模块，其包括能够直接无线通信的收发器；和
壳体，其具有内部，所述内部的尺寸设置为容纳所述通信模块，其中所述通信模块被气密地密封在所述壳体内，且其中所述壳体包括气密射频馈通，所述气密射频馈通被配置为耦联到所述壳体外部的天线。
2.根据权利要求1所述的可灭菌无线通信装置，其中，所述壳体是微电子气密壳体，其具有气密的玻璃对金属的密封和陶瓷对金属的壳体。
3.根据权利要求1所述的可灭菌无线通信装置，其中，所述通信模块通过射频线缆耦联至所述气密射频馈通。
4.根据权利要求3所述的可灭菌无线通信装置，其中，所述射频线缆包括连接器，所述连接器被配置为与所述气密射频馈通配合和耦联。
5.根据权利要求4所述的可灭菌无线通信装置，其中，所述气密射频馈通包括超小型推入式微型(SMPM)连接器。
6.根据权利要求1所述的可灭菌无线通信装置，其中，所述壳体包括不锈钢盖，其中，所述不锈钢盖被激光焊接到所述壳体。
7.根据权利要求1所述的可灭菌无线通信装置，其中，所述壳体是具有完整陶瓷壳体的微电子气密壳体。
8.根据权利要求1所述的可灭菌无线通信装置，其中，所述壳体被配置为通过高压釜蒸汽灭菌，环氧乙烷灭菌，二氧化氯灭菌，过氧化氢灭菌，汽化过氧化氢灭菌，过氧化氢等离子体灭菌，伽马射线灭菌，和/或电子束灭菌来灭菌。
9.根据权利要求1所述的可灭菌无线通信装置，其中，所述通信模块包括蓝牙低功耗模块。
10.根据权利要求1所述的可灭菌无线通信装置，其中，所述装置被结合在医疗仪器的主体内部。
11.一种可灭菌无线通信装置，包括：
通信模块，能够直接无线通信；
一个或多个输入/输出连接器，其被配置为与电子装置直接通信；和
具有内部的壳体，所述内部的尺寸设置为容纳通信模块，其中，所述通信模块被气密地密封在所述壳体内。
12.根据权利要求11所述的可灭菌无线通信装置，其中，所述通信模块包括收发器。
13.根据权利要求12所述的可灭菌无线通信装置，还包括天线，所述天线在气密密封件的外部并且通过所述一个或多个输入/输出连接器中的输入/输出连接器连接到所述收发器。
14.根据权利要求13所述的可灭菌无线通信装置，其中，所述输入/输出连接器包括气密射频馈通。
15.根据权利要求11所述的可灭菌无线通信装置，其中，所述通信模块包括连接至收发器的天线。
16.根据权利要求15所述的可灭菌无线通信装置，其中，所述壳体包括由允许从所述壳体的内部中的天线向所述壳体的外部发射和接收无线电波的材料形成的窗口。
17.根据权利要求16所述的可灭菌无线通信装置，其中，所述壳体是微电子气密壳体，其具有气密性玻璃对金属的密封和陶瓷对金属的壳体。
18.根据权利要求16所述的可灭菌无线通信装置，其中，所述窗口是融合到所述气密地密封的壳体的蓝宝石窗口。
19.根据权利要求18所述的可灭菌无线通信装置，其中，所述气密地密封的壳体具有盖，并且所述蓝宝石窗口熔合到所述盖。
20.根据权利要求19所述的可灭菌无线通信装置，其中，所述盖包括不锈钢和/或钴。
21.根据权利要求11所述的可灭菌无线通信装置，其中，所述壳体被配置为通过高压釜蒸汽灭菌，环氧乙烷灭菌，二氧化氯灭菌，过氧化氢灭菌，汽化过氧化氢灭菌，过氧化氢等离子体灭菌，伽马射线灭菌，和/或电子束灭菌来灭菌。
22.根据权利要求11所述的可灭菌无线通信装置，其中，所述通信模块包括蓝牙低功耗模块。
23.根据权利要求15所述的可灭菌无线通信装置，其中，所述装置被结合在医疗仪器的主体内部。
24.一种形成用于无线通信装置的可灭菌壳体的方法，所述方法包括：
将通信模块放置在壳体内，所述通信模块包括收发器，所述壳体具有盖和内部，该内部尺寸设置成容纳所述通信模块；和
将所述通信模块气密地密封在所述壳体内，所述壳体还包括气密射频馈通，所述气密射频馈通被配置为将所述通信模块耦联到所述壳体外部的天线。
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