使用在法拉第笼中的应变计的器械力传感器的制作方法

本专利申请要求2016年2月2日提交的题为“instrumentforcesensorusingstraingaugesinafaradaycage”的美国临时专利申请62/290,010的优先权和利益，该临时专利申请通过引用整体合并于此。

本发明总体涉及用于计算机辅助手术系统的手术器械，并且更具体地涉及在用于计算机辅助手术系统的手术器械中使用的应变计。

背景技术

图1是在计算机辅助手术系统中使用的手术器械100的透视图。箭头195示出图1中的近侧方向和远侧方向。

手术器械100包括壳体101、轴102、力传感器装置103、关节104和末端部件105。末端部件105(诸如手术末端执行器)经由关节304(例如，腕关节)耦接到力传感器装置303。力传感器装置103耦接到轴102的远端并耦接到关节104。壳体101耦接到轴102的近端，并且壳体101包括接口，该接口机械地、电子地以及光学地将器械100耦接到器械操纵组合件(assembly)。

力传感器装置103通过作用于末端部件105上的力测量器械轴102的挠曲。力传感器装置103使用包括布拉格光纤光栅(fiberbragggratings)的光纤。使用两个隔开的布拉格光纤光栅的环。每个环包括以90度分开的四个布拉格光纤光栅。

来自布拉格光纤光栅的信号通过光纤被传送到远离手术器械100定位的光纤询问器。将来自光纤询问器的信号在算术上以各种和(sum)和差(difference)的形式进行组合以获得施加于末端部件105上的三个垂直力的测量值，并获得绕垂直于轴102的轴线的两个轴线的扭矩。参见美国专利us8,375808b2，其通过引用全文合并于此，以便更完整地描述布拉格光纤光栅传感器。

布拉格光纤光栅传感器基于传感器的弯曲度来反射光。布拉格光纤光栅传感器不受烧灼噪声的影响。不利的是，用于将光纤粘附到轴102上的环氧胶在高压灭菌机器中清洗时会退化。如果环氧胶失效，可能导致需要重新校准传感器，也可能限制手术器械在力感测方面的使用寿命。

技术实现要素：

一种手术器械包括力传感器装置。该力传感器装置包括传感器舱。该传感器舱是法拉第笼的一部分。应变计安装在传感器舱内。

该手术器械还包括管和电子元件容器。该管具有第一端和第二端。该管的第一端连接到传感器舱。该管的第二端连接到电子元件容器。该管和电子元件容器完成法拉第笼。如本文所用，管不限于具有圆形截面。

在一个方面，传感器舱被配置为悬臂梁。应变计安装在悬臂梁的内壁上。如本文所用，舱并不仅仅意味着封闭的主体或任何特定的形状，例如，公开了具有开口端的舱。

在另一方面，传感器舱是柱形管。柱形管作为悬臂梁安装在力传感器装置中。在这一方面，力传感器装置还包括第一多个应变计和第二多个应变计。

柱形管具有内壁、第一端、第二端和纵向轴线。纵向轴线被限定在柱形管的第一端和第二端之间。第一多个应变计附着到柱形管的内壁，其中第一组应变计中的每个计量器的中心在第一平面内，该第一平面垂直于在纵向轴线上的第一位置。第二多个应变计附着到柱形管的内壁，其中第二组应变计中的每个计量器的中心在第二平面内，该第二平面垂直于在纵向轴线上的第二位置。第二位置与第一位置不同。

在第一多个应变计中的第一对应变计被配置成惠斯通电桥的一个分支(第一分支)。在第二多个应变计中的第一对应变计被配置成该惠斯通电桥的另一分支(第二分支)。

该力传感器装置还包括安装在柱形管内的放大器。该放大器具有第一输入端子、第二输入端子和输出端子。第一输入端子连接到惠斯通电桥的一个分支(第一分支)的输出端。第二输出端子连接到惠斯通电桥的另一分支(第二分支)的输出端。该放大器被配置为从第一输入端子上的第一信号减去第二输入端子上的第二信号，并且被配置为在输出端子上提供代表作用于柱形管上的力的信号。

该力传感器装置包括悬臂梁、第一多个应变计、第二多个应变计和放大器电路。该悬臂梁包括内壁、第一端、第二端和纵向轴线。该内壁界定内部容积。该纵向轴线被限定在悬臂梁的第一端和第二端之间。该悬臂梁是法拉第笼的一部分。

第一多个应变计安装在悬臂梁的内壁上。第一多个应变计中的每个计量器的中心在第一平面内，该第一平面垂直于在纵向轴线上的第一位置。第二多个应变计也安装在悬臂梁的内壁上。第二多个应变计中的每个计量器的中心在第二平面内，该第二平面垂直于在悬臂梁的纵向轴线上的第二位置。第二位置与第一位置不同。

该放大器电路安装在悬臂梁的内部容积中。该放大器电路连接到第一多个应变计和第二多个应变计。该放大器电路被配置为输出代表沿第一方向作用于悬臂梁上的力的第一信号，并且输出代表沿第二方向作用于悬臂梁上的力的第二信号。第一方向垂直于第二方向。

在一个方面，第一多个应变计中的第一对应变计被配置为惠斯通电桥的一个分支。第二多个应变计中的第一对应变计被配置为该惠斯通电桥的另一分支。

该放大器电路包括第一放大器，该第一放大器具有第一输入端子、第二输入端子和输出端子。第一输入端子连接到惠斯通电桥的一个分支的输出端。第二输入端子连接到惠斯通电桥的另一分支的输出端。该放大器被配置为从第一输入端子上的信号减去第二输入端子上的信号，并且被配置为在输出端子上提供代表沿第一方向作用于悬臂梁上的力的第一信号。

在一个方面，一种方法包括将应变计安装在传感器舱内，以及将传感器舱耦接到手术器械内的法拉第笼。该方法还包括将传感器舱作为悬臂梁安装在手术器械中。

在一个方面，安装应变计进一步包括将第一多个应变计安装在柱形管的内壁上，该柱形管是传感器舱的一部分，以及将第二多个应变计安装在柱形管的内壁上。第一多个应变计沿柱形管的纵向轴线与第二多个应变计隔开。

在这一方面，该方法进一步包括将第一多个应变计中的一对应变计配置为全惠斯通电桥的第一分支，该全惠斯通电桥在柱形管内；以及将第二多个应变计中的一对应变计配置为该全惠斯通电桥的第二分支。全惠斯通电桥的第一分支的输出端连接到放大器的第一输入端子，并且全惠斯通电桥的第二分支的输出端连接到放大器的第二输入端子。该放大器在柱形管内。

附图说明

图1是用于计算机辅助手术系统的现有技术手术器械的透视图。

图2是用于计算机辅助手术系统的手术器械200的透视图，该手术器械200包括力传感器装置，该力传感器装置不受来自电弧烧灼的噪声的影响并且是可高压灭菌的。

图3a至图3c是法拉第笼的一个方面的示意图，该法拉第笼包括传感器舱、管和电子元件容器，该传感器舱、管和电子元件容器被包括在手术器械(诸如图2的手术器械)内。

图4a是适合用于图2的手术器械的另一个力传感器装置的剖视图。

图4b是多个应变计的示意图，其中所述应变计在印刷电路组合件上安装成一排以形成用于图4a的力传感器装置的条带。

图4c是安装在图4a的悬臂梁中的图4b的条带的横截面图。

图5a和图5b是用于产生代表作用于图4a的悬臂梁上的力的信号的惠斯通电桥和放大器的示意图。

图5c和图5d示出图4a的力传感器装置中的应变计的取向。

图5e是插入图4a的悬臂梁中的应变计和放大器配置的示意图。

在附图中，三位数的附图标记的第一个数字是首次出现具有该附图标记的元件的图号。

具体实施方式

手术器械200包括力传感器装置203，力传感器装置203不受来自电弧烧灼的噪声的影响而且不依赖于光纤应变计，并且力传感器装置203是可高压灭菌的。手术器械200包括壳体201、轴202、力传感器装置203、关节204和末端部件205。末端部件205(诸如手术末端执行器)经由关节204(例如，腕关节)耦接到力传感器203。力传感器装置203耦接到轴202的远端并耦接到关节204。壳体201耦接到轴202的近端，并且壳体201包括接口，该接口机械地和电子地将器械200耦接到器械操纵组合件。在图2中，箭头295定义近侧方向和远侧方向。

如下面更完整地解释，力传感器装置203包括被封装在法拉第笼250中的至少一个应变计。法拉第笼250包括传感器舱210，传感器舱210包括一个或多个应变计、管220和容器230。在一个方面，传感器舱210、管220和容器230中的每一个都是由金属(例如，不锈钢)制成的。虽然在此展示了舱的示例，但这些示例并不将舱限制为仅是封闭的主体或任何特定的形状。而且，如本文所用，管不限于具有圆形截面的管。

管220的第一端附连到传感器舱210，并且管220的第二端附连到容器230，使得在法拉第笼250的外表面上的任何电压或电流都不能穿透到法拉第笼250内。

力传感器装置203包括安装在传感器舱210的内壁上(例如，安装在传感器舱210的内部容积中)的一个或多个阻抗应变计。该一个或多个阻抗应变计感测传感器舱210的弯曲度，因此阻抗应变计测量传感器舱210上的扭矩。

安装在传感器舱210的内部容积中的放大器连接到阻抗应变计。放大器从阻抗应变计获取信号，并产生代表作用于传感器舱210上的力的信号。这些信号在穿过管220的内部通道至容纳于壳体201内的容器230中的电路的电线上被驱动。容纳于容器230内的电子元件处理来自放大器的信号线上的信号。

因此，被包括在传感器舱210中的阻抗应变计和相关的放大器不受电弧烧灼引起的任何共模电压或电流的影响，例如，当电弧烧灼发生时，报告的阻抗应变计数据不会变化。法拉第笼250很重要，因为应变计信号在几百微伏的水平，而烧灼放电在几千伏的水平。电弧烧灼干扰的数量级大于应变计信号水平。

在应变计、信号线和电子电路周围的容器不仅起着法拉第笼的作用，而且还起着密封室的作用，以防止高压灭菌过程的蒸汽和高压破坏应变计和电子元件。然而，应变计和电子元件被选择和建立以渡过在高压灭菌清洗期间呈现的高温(140℃)。

图3a至图3c是法拉第笼350的一个方面的示意图，法拉第笼350包括传感器舱310、管320和电子元件容器330，传感器舱310、管320和电子元件容器330被包括在手术器械(诸如手术器械200)中。传感器舱310包括顶部部分310-1(即盖子)以及底部部分310-2(即底座)。在一个方面，顶部部分310-1和底部半部分均由不锈钢制成。

底部部分310-2具有平坦的底部和圆润的侧面。应变计340和相关的电路348安装在底部部分310-2的平坦底部的内表面上。

在这一方面，应变计340被表面喷涂在底部部分310-2的内平坦底表面上。第一组电线341将应变计340连接到惠斯通电桥放大器342，在一个方面，该惠斯通电桥放大器342是电线键合的集成电路。惠斯通电桥放大器342通过第二组电线连接到模数转换器343，在一个方面，模数转换器343也是电线键合的集成电路。模数转换器343被第三组电线连接到隔离差分驱动器集成电路344。第四组电线(例如，一对电线345)连接到差分驱动器集成电路344的输出端，并被路由穿过管320，在一个方面，该管320是海波管(hypotube)。管320起着电缆护套的作用。在一个方面，惠斯通电桥放大器342、模数转换器343、隔离差分驱动器集成电路344通过金丝键合而彼此连接。

在一个方面，管320是不锈钢海波管，其被激光熔接到传感器舱310的底部部分301-2。管320的近端被熔接(weld)到容纳于手术器械主体内的金属容器330上。如图3b所示，顶部部分310-1被激光熔接到底部部分310-2以形成密封舱，该密封舱即为传感器舱310。在这种配置中，力传感器装置303测量使舱310弯曲远离力传感器装置303的纵向轴线390的力。

图3c是示出安装在轴302的远端上的力传感器装置303的剖视图。箭头395示出图3a、图3b和图3c中的近侧方向和远侧方向。腕关节304和末端执行器305耦接到力传感器装置303。电路348代表惠斯通电桥放大器342、模数转换器343以及隔离差分驱动器集成电路344。舱310作为悬臂梁安装在力传感器装置303中以测量沿一个方向作用于末端执行器305上的力。

图4a是适合用在手术器械200中的另一个力传感器装置403的剖视图。在图4a中，力传感器装置403安装在轴402的远端上。腕关节404安装在力传感器装置403的远端上，并且末端部件405耦接到腕关节404。

轴402的远端具有减小的外直径，使得第一柱形管450(即力传感器装置403的外壁)在该减小的直径上滑动。箭头495限定了图4a中的近侧方向和远侧方向。

力传感器装置403中的传感器舱410是第二柱形管410。第二柱形管410的外直径比第一柱形管450(有时被称为管450)的内直径小，使得第二柱形管410配合在第一柱形管450内部。在一个方面，管450和管410均是金属管，例如不锈钢管。

第二柱形管410(有时被称为管410或传感器舱410)被安装在第一柱形管450内部，使得第二柱形管410起到悬臂梁的作用。具体地，管410的近端部分通过刚性细长套管451固定地锚定在力传感器装置403的近端。管410的其余部分是从套管451向远侧方向延伸的悬臂梁，其中管410的自由远端在腕关节404的壳体内。

金属塞被激光熔接在管410的远端内。另选地，可以用诸如常温硫化硅酮(通常被称为硅酮rtv)的防水粘合剂密封该管。当硅酮rtv被用于密封管410的远端时，留下具有管410的内直径大小的小型非金属孔。然而，烧灼试验表明，对于用在手术器械的力传感器装置中的管的内直径来说，当用硅酮rtv密封时，该管内的开口不会导致对应变计数据的烧灼干扰。因此，开放端管是法拉第笼的有效部分。电缆护套管420的远端(第一端)延伸穿过管410的近端并被熔接或用粘合剂密封。电缆护套管420的近端(第二端)被熔接或密封到手术器械的主体中的容器，该容器相当于容器330。因此，传感器舱410和电缆护套管420是法拉第笼的一部分。

为了方便起见，限定用于图4a的x-y-z坐标系。z轴在轴402和力传感器装置403的纵向轴线方向上。y轴492是图4a中的上下方向，而x轴491(未示出)是进出纸面的方向。力传感器装置403的z方向有时被称为纵向，与径向、x方向和y方向形成对比。近侧方向和远侧方向沿着z方向。

第一组应变计包括第一多个应变计440-1。第一多个应变计440-1在第一位置481处安装在管410的内表面上。第二组应变计包括第二多个应变计440-2。第二多个应变计440-2在第二位置482处安装在管410的内表面上，第二位置482在力传感器装置403的纵向上与第一多个应变计440-1的第一位置481相距固定的距离。

第一多个应变计440-1中的每一个的中心与第一多个应变计440-1中的另一个的中心以固定角度分开，使得第一多个应变计440-1在管410的内直径周围均匀地间隔开。结果是，第一多个应变计的每一个的中心在第一平面上，该第一平面垂直于在纵向轴线上的第一位置481。

类似地，第二多个应变计440-2中的每一个的中心与第二多个应变计440-2中的另一个的中心以固定角度间隔开，使得第二多个应变计440-2在管410的内直径周围均匀地间隔开。结果是，第二多个应变计440-2的每一个的中心在第二平面上，该第二平面垂直于在纵向轴线上的第二位置482。

在一个方面，第二多个应变计440-2包括四个应变计，例如，参见图4c，其中第二多个应变计440-2包括在管410的内表面周围均匀间隔开的应变计ra、rb、rc和rd。每个应变计的中心与另一应变计的中心以90度角间隔开。而且，每个应变计ra、rb、rc、rd的中心在x-y平面内，该x-y平面垂直于力传感器装置403的纵向轴线。(在本文中并且在附图中，粗体附图标记和未加粗的附图标记是相同的附图标记。加粗只用于帮助区分说明书中的附图标记和常规文本，而不是旨在区分不同的元件。)

第一多个应变计440-1中的应变计如图4c所示类似地间隔开。另请参见图5c和图5d。

第一多个应变计440-1通过第一组引线441-1连接到应变计放大器448。应变计放大器448被包括在管410的内部容积中。该内部容积由管410的内壁界定。第二多个应变计440-2通过第二组引线441-2连接到应变计放大器448。

引线445将应变计放大器448连接到在手术器械的主体中的电子元件容器内的电子元件。引线445穿过护套管420。在一个方面，引线445包括五个引线：功率引线、接地引线、x轴力引线、y轴力引线和温度引线。

当沿传感器舱410的远端(正如所述，传感器舱410的远端是悬臂梁的远端)在任意位置处施加力(垂直于纵向轴线)时，传感器舱410弯曲。管410内部的第一多个应变计440-1和第二多个应变计440-2在若干位置处感测管410上的应变，以测量管410上的弯曲应力。应力是管410上的扭矩(或弯曲力矩：由梁的长度和施加的力引起)的度量。如果沿管410的长度在不同位置处沿管410施加该力(或如果管410的长度改变)，则扭矩值会改变。然而，如图4a所示，两组多个应变计440-1、440-2沿管410的长度彼此分开，并在两个位置中的每个位置处测量扭矩。所测量的扭矩的代数减法产生针对作用于管410上的力的值，该值与沿着管的长度施加的力的位置无关。这假设作用于轴上的力处于在最远的一组应变计的远侧的位置。

先前通过引用合并于此的美国专利us8,375808b2表明，对于安装在管的外表面上的应变计，可以独立于有效杠杆臂长度的变化并且独立于z轴力的变化而测量横向力。虽然美国专利us8,375808b2中的力和扭矩的推导针对位于管的外侧上的应变计，但该推导也适用于在管的内表面上的应变计，因此在此不作进一步详细讨论。

第一多个应变计440-1在轴402的z轴上的第一位置481处沿轴402的x轴和y轴测量悬臂梁(即管410)上的应变。第二多个应变计440-2在轴402的z轴上的第二位置482处沿轴402的x轴和y轴测量悬臂梁(即管410)上的应变，其中第一位置与第二位置不同。

在第一位置481处坐落于x轴上的第一多个应变计440-1中的两个应变计与在第二位置482处坐落于x轴上的第二多个应变计440-2中的两个应变计相互连接以形成全惠斯通电桥(fullwheatstonebridge)布置。来自在第一位置481处的第一多个应变计440-1中的两个x轴应变计的输出以及来自在第二位置482处的第二多个应变计440-2中的两个x轴应变计的输出被传送到应变计放大器448中的一个放大器，在此处这两个输出被相减并放大，得到在轴402上的x轴力。在此，当描述应变计坐落于轴线上时，意味着应变计的中心近似地定位在这个轴线上，也就是在制造公差内该中心在该轴线上。

类似地，在第一位置481处坐落于y轴上的第一多个应变计440-1中的两个应变计与在第二位置482处坐落于y轴上的第二多个应变计440-2中的两个应变计相互连接以形成全惠斯通电桥布置。来自在第一位置481处的第一多个应变计440-1中的两个y轴应变计的输出以及来自在第二位置482处的第二多个应变计440-2中的两个y轴应变计的输出被传送到应变计放大器448中的第二放大器，在此处这两个输出被相减并放大，得到在轴402上的y轴力。

因此，不同于将扭矩输出到手术器械的壳体内的电子元件或手术系统中的其他地方以获得x轴力和y轴力的现有配置，力传感器装置403直接产生代表x轴力和y轴力的信号，因此说直接产生了x轴力和y轴力。

这具有若干优点。它减少了在力传感器装置403中需要的全惠斯通电桥的数量。它减少了携带信号离开力传感器装置403所需的引线的数量并减少了所需要的放大器的数量。它还消除了对从测得的扭矩产生力的处理器时间的需要。所需惠斯通电桥、引线和放大器的数量的减少使得有可能在较小的体积中实现力传感器装置403，这在诸如手术器械轴的远端的受限体积中是有利的。

为了便于将一组应变计安装在管410内，在一个方面，应变计被制成为排成一行的4个应变计的条带。图4b是第二多个应变计440-2的示意图，其中应变计ra、rb、rc和rd在印刷电路组合件上安装成一排以形成条带443-2，在这个示例中是矩形条带。第一多个应变计440-1具有相同的配置。参见图5e。

应变计ra、rb、rc和rd被焊接(solder)到印刷电路组合件上并且其结果被称为条带443-2。条带443-2被卷曲成柱形以便放置在管410内。x轴应变计和y轴应变计在条带443-2上交替，使得当条带443-2被放置在管410内部时，x轴应变计定中心于管410的x轴上，并且y轴应变计定中心于管410的y轴上。这种四边形设计有助于将应变计定位在管的内表面上的正确地点处。

如图4c所示，当在管410中安装条带443-2时，使条带443-2的长度l尽可能小，留出在条带443-2的两端之间的间隙438。间隙438的目的是允许条带443-2在插入期间卷曲得更紧(没有间隙)，使得卷曲的条带直径小于管的内直径。卷曲的条带443-2的外表面用粘合剂粘结并且在插入到管中期间需要减小的直径。因此，条带443-2的长度l小于管410的内表面的内周长。

图5a和图5b是用于生成代表作用于悬臂梁类型的第二柱形管410上的力的信号的惠斯通电桥和放大器的电路图。图5c和图5d示出应变计在力传感器装置403中的取向。图5e是插入管410内的应变计和放大器配置的示意图。

第一多个应变计440-1(图5d)中的x轴应变计r1和r3中的每一个的中心坐落于贯穿沿轴402的纵向轴线的第一位置481的平面内的x轴491-1上。第二多个应变计440-2(图5c)中的应变计ra和rc中的每一个的中心坐落于贯穿第二位置482的平面内的x轴491-2上。

如图5a所示，应变计r1和r3以及应变计ra和rc被连接以形成全x轴惠斯通电桥。电阻rl是图5e中的引线rl的阻抗。(在图5a和图5b中，相同的附图标记被用于元件，如同用于该元件的阻抗。)电桥励磁电压源545-x为全x轴惠斯通电桥中的两组应变计提供电力。

x轴应变计r1和r3形成全x轴惠斯通电桥的第一分支。来自x轴应变计r1和r3的输出是第一放大器546-x的第一输入。x轴应变计ra和rc形成全x轴惠斯通电桥的第二分支。来自x轴应变计ra和rc的输出是应变计放大器448中的放大器546-x的第二输入。放大器546-x将来自惠斯通电桥的两个分支的输出相减并驱动x轴力输出线445-x上的信号，该信号代表作用于轴402上的x轴力。

类似地，第一多个应变计440-1(图5d)中的y轴应变计r2和r4中的每一个的中心坐落于贯穿沿轴402的纵向轴线的第一位置481的平面内的y轴491-1上。第二多个应变计440-2(图5c)中的y轴应变计rb和rd中的每一个的中心坐落于贯穿第二位置482的平面内的x轴491-2上。

如图5b所示，应变计r2和r4以及应变计rb和rd被连接以形成全y轴惠斯通电桥。应变计r2和r4形成全y轴惠斯通电桥的第一分支，而应变计rb和rd形成全y轴惠斯通电桥的第二分支。电阻rl是图5e中的引线rl的阻抗。

电桥励磁电压源545-y为全y轴惠斯通电桥中的两组应变计提供电力。来自y轴应变计r2和r4的输出是第二放大器546-y的第一输入，而来自y轴应变计rb和rd的输出是应变计放大器448中的放大器546-y的第二输入。放大器546-y将两个输出相减并驱动y轴力输出线445-y上的信号，该信号代表作用于轴402上的y轴力。在一个方面，电桥励磁电压源545-y和电桥励磁电压源545-x是共用电源。

如上所述，应变计r1、r2、r3和r4被焊接到第一印刷电路组合件，即表面安装在印刷电路组合件上以形成第一多个应变计440-1(图5e)。应变计ra、rb、rc和rd被焊接到第二印刷电路组合件以形成第二多个应变计440-2。在一个方面，应变计r1、r2、r3、r4、ra、rb、rc和rd中的每一个都是由karma材料构成的高温级别(high-temperature-rated)的器械级应变计，使得零负载输出相对于高压灭菌器循环最低限度地漂移。

应变计放大器448不包括任何模数转换器集成电路或任何微分驱动器集成电路。这些集成电路被包括在手术器械主体中的法拉第笼容器内的电子元件中。应变计放大器448被安装在刚性印刷电路板548上。第一积分柔性电路541-1将刚性印刷电路板548连接到第一多个应变计440-1。第二积分柔性电路541-2将刚性印刷电路板548连接到第二多个应变计440-2。第一多个应变计440-1的中心与第二多个应变计的中心被隔开一个纵向距离zsep，在一个方面，zsep是34毫米。

如本文所用，“第一”、“第二”、“第三”等是用来区分不同部件或元件的形容词。因此，“第一”、“第二”和“第三”并不旨在暗示部件或元件的任何排序，也不旨在暗示部件或元件的任何总数。

上述说明书和附图阐明了本发明的各个方面和实施例，但不应被视为限制——权利要求限定被保护的发明。可以在不偏离本说明书和权利要求的精神和范围的情况下做出各种机械的、组合的、结构的、电学的和操作的变化。在某些情况下，众所周知的电路、结构和技术没有被详细地显示或描述以避免模糊本发明。

此外，本说明书的术语并不旨在限制本发明。例如，空间关系术语(诸如，“下方”、“下面”、“下部”、“上面”、“上部”、“近侧”、“远侧”等)可以用来描述如图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。除了图中所示的位置和取向外，这些空间相对术语还旨在涵盖在设备的操作和使用中的不同的位置(即地点)和取向(即旋转布置)。例如，如果图中的设备被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下面”或“下方”的元件将会在其他元件或特征“上面”或“上方”。因此，示例性术语“下面”可以涵盖上面和下面的位置和取向。该设备可能以其他方式变换方向(旋转90度或处于其他取向)，而本文所用的空间关系术语将被相应地解释。同样地，沿各种轴线或围绕各种轴线的运动的描述包括各种特殊设备位置和取向。

单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有说明。术语“包含”、“含有”、“包括”等术语以及类似词语指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元素、组件和/或群组的存在或附加。被描述为耦合的部件可以是电子地或机械地直接耦合，也可以是经由一个或多个中间部件间接耦合。

全部的示例和说明性引用都是非限制性的，并且不应该被用来限制本文描述的特定实施方式和实施例以及它们的等同物的权利要求。任何标题仅用于格式化，并且不应该以任何方式限制主题，因为一个标题下的文本可以交叉引用或应用于在一个或多个标题下的文本。最后，针对本公开，与一个方面或实施例相关的特定特征可以应用于本发明的其他公开的方面或实施例，即使在图中没有具体示出或在文本中没有具体描述。

上述实施例阐明本公开但不限制本公开。还应该理解，根据本公开的原理有可能进行大量的修改和改变。例如，在许多方面，在此描述的设备被用作单端口设备；即完成手术过程所必需的所有部件都经由单个入口端口进入身体。然而，在某些方面，可以使用多个设备和端口。