JP2019217331A - 手術器具 - Google Patents

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Abstract

【課題】自己電力を用いる電気自己駆動式の手術用装置を提供する。【解決手段】手術器具は、可換部品を取り外し可能に受ける受け部を有する手術用エンドエフェクタを具える。受け部は通信接続を有する。エンドエフェクタに接続されるハンドルは、エンドエフェクタを作動させる。ハンドルはエンドエフェクタに設けられる場合、可換部品を認証するため通信接続に電気的に接続されるコントローラを有する。可換部品は受け部に取り外し可能に接続され、受け部に設けられる場合、通信接続に電気的に取り外し可能に接続される暗号化装置を有する。この暗号化装置は、電気コントローラから問い合わせを受けると可換部品を認証する。【選択図】図３０

Description

本発明は手術器具の分野に関し、特に、限定しないが、ステープル装置に関する。本願に記載するステープル装置は、手持ち式で、完全に電気自己駆動式の、手動解放機能付の、制御された手術用ステープラである。
従来も医療用ステープル装置は存在する。Ethicon Endo-Surgery, Inc.（ジョンソン＆ジョンソンの会社：以下「エチコン」と称す。）が、このようなステープル装置を製造販売している。エチコンが製造する円形ステープル装置は、取引名がＰＲＯＸＩＭＡＴＥ（登録商標）ＰＰＨ，ＣＤＨ，ＩＬＳとして参照され、エチコンが製造する線形ステープラは取引名ＣＯＮＴＯＵＲおよびＰＲＯＸＩＭＡＴＥで参照される。これらの手術用ステープラの例ではいずれも、ステープルが出る際に組織がステープルカートリッジとアンビルとの間で圧迫され、圧迫された組織が切れてしまうこともある。施術者により結合された特定の組織によっては、組織の圧迫が少なすぎたり（組織内で血液の色が見えるくらい）、組織の圧迫が強すぎたり（組織が破壊されるくらい）、あるいは正しく圧迫される（組織から液体が除去され、乾燥または漂白状態として参照される）。
供給されるステープルは、与えられた長さであり、カートリッジとアンビルが許容されるステープル射出距離内にある必要があり、これによってステープルが射出されると正しく閉じる。このため、これらのステープラは、２つの面の間の相対距離と、この距離がステープルの長さの射出範囲内か否かを示す装置を具える。このようなインジケータは機械的であり、ウィンドウの後ろのスライドバーの形をなし、そこには安全なステープル射出範囲が示されている。これらのステープラはすべて手動であり、換言すれば、アンビルとステープラカートリッジを組織の周りに位置させ、留めおよび／または切って、アンビルとステープラカートリッジを互いに閉じ、および、ステープルを組織に射出し固定する（および／または組織を切る）ために、利用者／施術者による物理的な操作が必要である。ステープルを射出させるのに必要な長さ方向の力はステープルカートリッジで通常２５０ポンドのオーダーであるため、従来技術のステープラでは、電気駆動でこれらの操作の各々を実現するものはなかった。さらに、このようなステープラは、留められる組織に作用する力を最適化するための如何なる種類の圧迫作用インジケータもなく、組織の分解（degradation）が生じない。
片手駆動の、管内の（intraluminal）吻合円形ステープラが、例えばＭａｉｎらからエチコンに譲渡された米国特許第５，１０４，０２５号に記載されている。Ｍａｉｎらは参照により全体としてここに組み込まれている。図７の分解図に最も明確に示すように、Ｍａｉｎらでは、トロカールシャフト２２が遠位のギザギザ２１と、アンビル内で前記トロカールシャフト２２を鋸歯２９に整列させるいくつかの凹部２８とを具え、これによりアンビル３４内でステープルが整列する。トロカールのチップ２６は、圧力を加えると組織を穿刺することができる。Ｍａｉｎらの図３乃至６には、円形ステープラがどのように機能して２つの組織を結合させるかが示されている。アンビル３０がヘッド２０の近くに移動すると、特に図５、６で示されるように、間に挟まれた組織がその間で圧迫される。この組織が過度に圧迫されると、外科的ステープル処置は成功しない。このため、組織の許容最大圧縮力を超えないことが望まれる。間に挟まれる組織は、施術の際に許容しうる範囲の圧縮力にさらすことができる。この範囲は、最適組織圧縮（optimal tissue compression）またはＯＴＣとして知られ、ステープルされる組織の種類による。Ｍａｉｎらのステープラは、利用者にアンビルとステープルカートリッジ間の安全なステープル射出距離を示すバーインジケータを有さないため、ステープルの前に利用者にどのようなレベルの圧縮力がかかっているかを示すことができない。このような表示を提供し、組織の過度の圧迫を防止することが望まれている。
本発明は、医療処置を及ぼすのに自己電力を用いる電気自己駆動式の手術用装置を提供することにより、上記および他の従来技術の困難性を解消するものである。例えば、線形エンドカッタにおいて、電気内蔵電力により、ステープルおよび／または切開される組織の周りでアンビルとステープラカートリッジを互いに位置決め可能であり、アンビルおよびステープラカートリッジを互いに閉じた後、ステープルを前記組織に射出し固定する（および／または前記組織を切除する）。さらに、電気自己駆動式の手術用装置は、利用者にステープルを射出する前に利用者が予め設定した組織に加わる圧縮力のレベルを示すことができる。本発明はまた、最適組織圧縮（ＯＴＣ）が存在する場合に電気式手術用ステープル装置を操作してステープルする方法を提供する。さらに、ステープルカートリッジのような使い捨て部品の暗号認証が提供される。さらに、部分作動やジャムから復旧可能な手動解放装置を提供する。
２つのアンビルとステープル射出サブアセンブリのオフセット軸の構成は、利用者の手に快適にフィットするよう寸法調整されうる装置を作成する。それはまた、以前は必要だったネストされた（同軸）中空軸を除去することにより、製造の困難性を低減させる。ステープル射出サブアセンブリからオフセットされたアンビルサブアセンブリの軸により、アンビルを伸長および後退させるためのねじ切りされたロッドの長さを約２インチ縮小することができ、これにより製造コストを削減し、縦の寸法を短くする。
電気ステープラを用いる例示的な方法は、テスト目的の手動モードへ入ることができる電源オン特性を含む。外科的処置において、ステープラは一方向の装置である。テストモードでは、しかしながら、利用者は思い通りにトロカールを前後させることができる。このテストモードは解除可能であり、ステープラはパッケージや輸送のためユーザモードにリセットされる。パッケージのため、アンビルはステープルカートリッジから離しておくことが望ましい（必須ではない）。このため、ホーミングシーケンスをプログラミングして、パッケージや輸送のため電力を切る前に、アンビルをステープルカートリッジから（例えば）１ｃｍ離して配置するようにする。使用前に、トロカールは伸長され、アンビルは取り外される。例えばステープラが結腸を切開するのに用いられる場合、トロカールはハンドルに引き戻され、ハンドルが肛門経由で結腸内に、切開部の下流側へと挿入され、一方でアンビルは腹腔鏡用切開部から切開部の上流側へ挿入される。アンビルがトロカールに取り付けられ、ステープルが準備できるまで、これら２つのパーツがハンドルの方へ引き戻される。ステープル射出シーケンスが開始されるが、それは中断可能であり、切開をステープル留めすると同時に切開の中央で組織を切除し、ステープルの円形リングの真ん中の開口を切除する。圧迫が所望の圧力範囲、つまり最適組織圧縮（ＯＴＣ）範囲である場合にのみステープルが射出されるように、ステープル射出シーケンスはＯＴＣ測定およびフィードバック制御機構を具える。この範囲または値は、アンビルおよびステープルカートリッジ間で圧迫される組織の周知の性質に基づき、既に周知である。
電気ステープラが利用できる処置のいくつかの例は、結腸の切開や胃バイパス手術を含む。この電気ステープラは、様々な異なる技術分野で多くの他の使用例がある。
本発明により、前述および他の目的の範囲内で、可換部品を取り外し可能に受けるための受け部を有する手術用エンドエフェクタを具える手術器具であって、前記受け部が通信接続を有する手術器具が提供される。ハンドルは、前記エンドエフェクタを作動させるために当該エンドエフェクタに接続され、前記ハンドルは、前記可換部品を認証するための前記通信接続に電気的に接続されるコントローラを有する。可換部品は前記受け部に取り外し可能に接続され、前記受け部にある場合に前記通信接続に電気的に取り外し可能に接続される暗号化装置を有し、この暗号化装置は、前記可換部品が前記受け部にある場合に当該部品を認証するようプログラムされる。
本発明の目的の範囲内で、さらに手術器具が提供され、作動時に外科的処置を及ぼす少なくとも１の作動アセンブリを有する手術用エンドエフェクタと、可換部品を取り外し可能に受けるための受け部とを具え、前記受け部は通信接続を有する。ハンドルは、前記作動アセンブリを作動させるエンドエフェクタに接続され、前記ハンドルは前記可換部品を認証するために前記通信接続に電気的に接続されるコントローラを有する。可換部品は前記受け部に取り外し可能に接続され、前記受け部にある場合に前記通信接続に電気的に取り外し可能に接続される１ワイヤ暗号化装置（1-wire encryption device）を有する。この暗号化装置は、前記可換部品が前記受け部にある場合に、当該部品を暗号認証する。
本発明の目的の範囲内で、さらに手術器具が提供され、作動時に外科的処置を及ぼす少なくとも１の作動アセンブリを有する手術用エンドエフェクタと、そこで可換部品を取り外し可能に受けるための受け部とを具え、前記受け部は通信接続を有する。ハンドルは、前記作動アセンブリを作動させるべく前記エンドエフェクタに接続され、前記ハンドルは１本の配線（a 1 wire）を通して前記可換部品を認証する前記通信接続に電気的に接続される第１のマイクロプロセッサを有するコントローラと、少なくとも前記コントローラに電力を供給すべく前記コントローラに電気的に接続される電源とを具える。可換部品は前記受け部内での着座位置と、前記受け部に対して非着座位置とを有し、前記受け部に取り外し可能に接続可能であり、前記可換部品が着座位置にある場合、前記通信接続に電気的に取り外し可能に接続される１ワイヤ暗号化装置を具える。前記暗号化装置は前記可換部品が前記着座位置にある場合、前記第１のマイクロプロセッサで前記可換部品を暗号認証するようプログラムされる第２のマイクロプロセッサを有し、前記１本の配線を通して前記電源により電源を供給する。前記暗号化装置と前記コントローラは共通のアース端子を共有する。
本発明の別の構成では、在庫を構成する複数の可換部品が提供され、各部品は在庫内での一意の識別子を有し、前記部品の１つを少なくとも部分的に使用したら、暗号化装置は使用状況を前記部品の識別子と関連づける。
本発明のさらなる構成では、１の部品に使用状況があったら、エンドエフェクタで当該１の部品のその後の使用が回避される。
本発明の付随的な構成では、暗号化装置は５０ｍｍ２未満のプリント基板のフットプリントを有する。
本発明の特徴として考えられる別の構成が、添付のクレームに記載されている。
以下に本発明を可換部品の暗号認証を用いた電気自己駆動式手術器具として図示し説明するが、これに拘わらず、図示された詳細に限定されるべきではなく、本発明の範囲およびクレームの均等の目的や範囲を逸脱することなく、様々な変形および構造的な変更を施すことが可能である。
本発明の構造および動作方法は、しかしながら、その付加的な目的およびその利点とともに、添付の図面を参照した場合に、以下の実施例の説明により最もよく理解されるであろう。
本発明の実施例の利点が、添付の図面を参照しながら、好適な実施例についての以下の詳細な説明から明らかとなる。
図１は、本発明にかかる電気ステープラの例示的実施例の側部からみた斜視図である。 図２は、図１のステープラの側部断面図であり、ハンドル本体の右半分と近位の基幹プレートが除去された状態を示す。 図３は、図１のステープラのアンビル制御アセンブリの分解斜視図である。 図４は、図３のアンビル制御アセンブリの拡大分解断面斜視図である。 図５は、図１のステープラのステープル射出制御アセンブリをその後側から見た部分斜視図である。 図６は、図１のステープラのステープル射出制御アセンブリの分解斜視図である。 図７は、図６のステープル射出制御アセンブリの拡大分解部分斜視図である。 図８は、図１のステープラのハンドル本体部の下から見たアンビル制御アセンブリの部分水平断面図である。 図９は、図８のアンビル制御アセンブリの近位部から見た部分拡大水平断面図である。 図１０は、図８のアンビル制御アセンブリの中間部の下から見た部分拡大水平断面図である。 図１１は、図８のアンビル制御アセンブリの遠位部の下から見た部分拡大水平断面図である。 図１２は、図１のステープラのハンドル本体部の右側から見た部分垂直断面図である。 図１３は、図１２のステープラの近位ハンドル本体部の右側から見た部分拡大垂直断面図である。 図１４は、図１２のステープラの中間ハンドル本体部の右側から見た部分拡大垂直断面図である。 図１５は、図１４のステープラの中間ハンドル本体部の右側から見たさらに拡大した部分垂直断面図である。 図１６は、図１２におステープラの遠位ハンドル本体部の右側から見た部分拡大垂直断面図である。 図１７は、図１のステープラのアンビルの一部の斜視図である。 図１８は、図１のステープラの、アンビルと、ステープルカートリッジと、フォーススイッチと、着脱式カートリッジ取付アセンブリとを具える着脱型ステープラアセンブリの部分断面図である。 図１９は、図１のステープラのハンドル本体部の上から見たアンビル制御アセンブリの部分水平断面図であり、アンビルロッドが１ｃｍのアンビル閉じ位置にある状態を示す。 図２０は、図１のステープラのハンドル本体部の、ハンドル本体部の左側から見た側面図であり、左ハンドル本体と回路ボードを取りのぞかれアンビルロッドが完全に伸ばした位置にある状態を示す。 図２１は、図２０のステープラのハンドル本体部の側面図であり、アンビルロッドが１ｃｍのアンビル閉じ位置にある状態を示す。 図２２は、図１のステープラのハンドル本体部の上から見たアンビル制御アセンブリの部分水平断面図であり、アンビルロッドが安全ステープル射出位置にある状態を示す。 図２３は、図１のステープラのハンドル部の上から見たアンビル制御アセンブリの部分水平断面図であり、アンビルロッドを完全に伸ばした位置にある状態を示す。 図２４は、図１のステープラのハンドル本体部の上から見た射出制御アセンブリの部分水平断面図である。 図２５は、図２４の射出制御アセンブリの近位部の上から見た部分拡大水平断面図である。 図２６は、図２４の射出制御アセンブリの中間部の上から見た部分拡大水平断面図である。 図２７は、図２４の射出制御アセンブリの遠位部の上から見た部分拡大水平断面図である。 図２８は、図１のステープラのステープルカートリッジ取り外しアセンブリの、陰影付の一部透過した部分拡大図である。 図２９は、図１のステープラのステープルカートリッジ取り外しアセンブリの、陰影付の一部透過した部分拡大図である。 図３０は、本発明にかかる医療器具の可換部品用の暗号化回路の一例の概略回路図である。 図３１は、多様な負荷において図３２のピニオンがラックを動かすスピードを示すバーグラフである。 図３２は、ギアボックスとラックの間の本発明にかかるギアトレインの簡略化した例示部分の部分斜視図である。 図３３は、エンドエフェクタの例示的実施例の間接部の遠位端部の部分垂直長手断面図であり、内側チューブ、プッシュロッドブレードサポート、アンビル、閉鎖リング、およびステープルスレッドの約半分を取り除いた状態を示す。 図３４は、本発明にかかる電源用のスイッチングアセンブリの一例の概略回路図を示す。 図３５は、本発明にかかるモータの前進および後退制御用のスイッチングアセンブリの一例の概略回路図を示す。 図３６は、本発明にかかる、電源とモータの前進および後退制御用のスイッチングアセンブリの別の例の概略回路図である。 図３７は、本発明にかかる装置の左側面図であり、外側シェルが除去された状態を示す。 図３８は、図３７の装置の一部の拡大左側面図であり、左側フレームが除去された状態を示す。 図３９は、図３７の装置の右側面図である 図４０は、図３８の装置の一部の拡大右側面図であり、右側フレームが除去された状態を示す。 図４１は、図４０の装置の一部の右後方から見た斜視図である。 図４２は、図４０の装置の一部の背面図である。 図４３は、図４０の装置の一部の左後方から見た斜視図であり、第１乃至第３のステージカバーが除去された状態を示す。 図４４は、図４０の装置の一部の右側上方から見た斜視図であり、電源が除去された状態を示す。 図４５は、図４４の装置の一部の斜視図であり、第１の中間部分での手動解放レバーと分離位置でのキャッスルギアを示す。 図４６は、図４５の装置の一部の斜視図であり、第２の中間部分での手動解放レバーを示す。 図４７は、図４６の装置の一部の上面図であり、第３の中間部分での手動解放レバーを示す。 図４８は、図４６の装置の一部の手動解放アセンブリの右側から見た拡大斜視図であり、第２のステージ解放ギア、２つのカムプレート、および上方の歯止めされない位置で爪が外された爪ばねを示す。 図４９は、正面右側の下から見た手動解放レバーの斜視図である。 図５０は、右後方側の下から見た手動解放レバーの斜視図である。 図５１は、左後方側の下から見た手動開放レバーの斜視図である。 図５２は、左側から見たカムプレートの斜視図である。 図５３は、右側から見たキャッスルギアの斜視図である。 図５４は、左側から見た４段ピニオンの斜視図である。 図５５は、図４４の装置の一部の正面右側上方から見た斜視図であり、爪カムに対する爪を示す。 図５６は、図５５の装置の一部の斜視図であり、爪カムから外され、ラチェットギアに対向させた爪と、分離位置でのキャッスルギアとを示す。 図５７は、図４４の装置の一部の正面左側上方から見た斜視図であり、中間位置での手動解放を示す。 図５８は、図５７の装置の一部の斜視図であり、別の中間位置での手動解放を示す。 図５９は、図４０の装置の一部の拡大右側正面図であり、非作動位置でのエンドエフェクタ制御装置を示す。 図６０は、図５９の装置の一部の拡大右側正面図であり、部分的に作動された位置でのエンドエフェクタ制御ハンドルを示す。 図６１は、図３７の装置の一部の軸接続部分の正面右側上方から見た拡大斜視図であり、フレームに固定される取り外し可能なエンドエフェクタを示す。 図６２は、図６１の軸接続部分の拡大斜視図であり、フレームからエンドエフェクタシャフトを取り外せるよう取り外された軸固定装置を示す。 図６３は、本発明にかかる装置の外側シェルを示す。 図６４は、本発明にかかる装置の外側シェルを示す。 図６５は、本発明にかかる装置の外側シェルを示す。 図６６は、本発明にかかる装置の外側シェルを示す。
本発明の複数の態様が、本発明の特定の実施例にかかる以下の説明および関連する図面に開示される。本発明の目的または範囲を逸脱することなく、代替的な実施例を考案することもできる、さらに、本発明の実施例における公知の要素は、本発明の重要な詳細部がぼやけないよう詳細に説明しないかすることとする。
本発明を開示し説明する前に、ここに使用される用語は、特定の実施例を説明するためだけであって、限定するものではないことを理解されたい、本明細書および添付のクレームにおいて、単数形「１の（ａ）（ａｎ）」および「前記（ｔｈｅ）」は、文脈が違う意味を明確に示していない限り複数形も含むものとする。
本明細書では、クレームとともに本発明の新規と思われる特徴を規定していくが、これは添付の図面に関する以下の説明とともに考慮した場合により理解されるものであり、ここでは同じ参照番号が持ち越されるものとする。図面における図は、縮尺通り描かれていない。さらに、これらの図は、コンピュータ援用デザインのコンピュータプログラムを用いて作成されている。このプログラムは、影付または着色された図からワイヤフレーム図へと、何度も特定の構造線および／または面を除去する。したがって、図面は概略として扱われるべきであって、本発明の特徴の説明のために用いられる。
図面を詳細に参照すると、最初に、特に図１、２において、電気式手術用円形ステープラ１の実施例が示されている。本出願では、理解の容易のために、電気駆動式のハンドルを円形手術用ステープルヘッドに付けている。本発明は円形ステープラに限定するものではなく、例えば線形ステープル装置など、様々な手術用ステープルヘッドに適用することができる。このような例示的な実施例は、特に、図３７以降に記載されている。
電気ステープラ１は、３つのスイッチを有するハンドル本体１０を具えている：アンビル開スイッチ２０と、アンビル閉スイッチ２１と、ステープル射出スイッチ２２とである。これらの各スイッチは、ステープラ１のステープル機能を実現するよう回路設計された回路ボード５００（図１２参照）に電気的に接続されている。この回路ボード５００は、ハンドル本体１０に内蔵された電源６００に電気的に接続されている。一実施例では、電源６００として２−６個のリチウムＣＲ１２３またはＣＲ２電池を用いる。例えば充電式バッテリや、送電線に接続された電力コンバータなど、他の電源の実施例も可能である（後者の実施例では、ステープラは自家動力または自己独立式ではない）。ここで用いられる用語「自家動力」または「自己独立式」は、電源（６００）について用いられる場合は交換可能であり、この電源が完全かつ独立したユニットであってそれ自体が外部電源を用いることなく自力で動作可能であることを意味する。
図に示す回路ボード５００の導電ワイヤまたは導電配線は、例えばオン／オフスイッチ１２、組織圧迫インジケータ１４、アンビルおよび射出スイッチ２０、２１、２２、回路ボード５００、および電源６００など、ステープラ１のすべての電子パーツを接続する。しかしながら、これらのワイヤおよび導電体は、理解と明確化のため図示しない。
ハンドル本体１０の遠位端部は、剛性アンビルネック３０の近位端部に連結されている。この連結の反対側、アンビルネック３０の遠位端部には、ステープルカートリッジ５０とアンビル６０をここに着脱可能に取り付ける連結具４０がある。代替的に、ステープルカートリッジ５０は、ステープラ１の使い捨て構造として着脱可能でなくてもよい。これらの連結について、以下により詳細に説明する。
図２は、ハンドル本体１０の右半分と回路ボード５００を除去したハンドル本体１０を示す。以下に説明するように、近位の基幹プレート７０も図２で除去されており、右側から見たハンドル本体１０の内部要素が見えるようになっている。図２で見えるものは、ハンドル本体１０内に２つの内部要素の軸があることである。第１の軸は、図２において比較的水平方向のステープル制御軸８０である。このステープル制御軸８０は、ステープルの動作を制御する要素が位置する中心線である。第２の軸はアンビル制御軸９０であり、前記ステープル制御軸８０に所定の角度で配置される。このアンビル制御軸９０は、アンビルの動作を制御する要素の中心軸である。これらの軸８０、９０を分けることにより、電気ステープラ１が、手術者の手におさまるのに十分に小さく、必要なすべての方向や向きの移動から手術者の制限となるような多くのスペースを占めるものではないハンドル本体１０を用いて駆動可能である。
ハンドル本体１０の内部には、すべての電機部品の電力（例えばバッテリ電力）を制御するオン／オフスイッチ１２（例えば、グレネードピン）と、組織圧迫インジケータ１４とが示されている。この組織圧迫インジケータ１４は、以下により詳細に示すように、施術者にアンビル６０とステープルカートリッジ５０の間の組織の圧迫が予め設定された圧迫力を超えたか否かを示す。このインジケータ１４は、２００６年５月１９日に出願され継続中の米国暫定特許出願第６０／８０１，９８９号、名称「フォーススイッチ」（その全体が参照として本書に組み込まれている）に開示されたフォーススイッチ４００に付随している。
アンビル制御軸９０に沿った要素は、アンビル制御アセンブリ１００を構成する。アンビル制御フレーム１１０がアンビル制御軸９０に整列しており、アンビル制御アセンブリ１００の様々な部品をそこに収容および／または固定している。このアンビル制御フレーム１１０は、近位のマウント１１２と、中間マウント１１４と、遠位のマウント１１６とを具える。これらのマウント１１２、１１４、１１６はそれぞれ、制御フレーム１１０に取付可能または一体構成である。例示的実施例では、製造の容易性のために、近位のマウント１１２は２つの半分からなりフレーム１１０と別であり、中間マウント１１４はフレーム１１０とは別である。
アンビル制御アセンブリ１００の近位端部には、アンビルモータ１２０がある。このアンビルモータ１２０は、駆動モータと、本来のモータ回転スピードを所望の出力駆動軸スピードに変換するのに必要なギアボックスとを具える。この例では、駆動モータは本来のスピードが約１０，０００ｒｐｍであり、ギアボックスはこのスピードを、アンビルモータ１２０の遠位端部から延びる駆動軸１２２において約５０乃至７０ｒｐｍに下げる。このアンビルモータ１２０は、近位のマウント１１２の内部で長さ方向および回転方向ともに固定されている。
モータシャフトカプラ１３０が、駆動軸１２２を回転可能に固定しており、駆動軸１２２の回転がモータカプラ１３０の対応する回転へと変換される。
カプラ１３０の遠位には、回転ナットアセンブリ１４０が位置している。このナットアセンブリ１４０は、本実施例では、近位の半ナット１４１と、この近位の半ナット１４１に超軸方向に固定される回転可能な遠位の半ナット１４２の２つの部品でなる。これらの半ナット１４１、１４２は、望む場合は一体であってもよい。ここで、製造の容易さのために２つの半分として図示している。このナットアセンブリ１４０の近位端部は、カプラ１３０の遠位端部に回転可能に固定されている。これら２つの連結部品を長さ方向に通る長さ方向に回転するサポートが、中間マウント１１４および遠位のマウント１１６に支持されている。
近位のナットブシュ１５０（図３参照）が中間マウント１１４と近位の半ナット１４１の間に配置され、遠位のナットブシュ１６０が遠位のマウント１１６と遠位の半ナット１４２の間に配置され、これらの部位に効果的にスピンしハンドル本体１０とアンビル制御フレーム１１０内で摩擦がないようにしている。これらのブシュ１５０、１６０は、様々なベアリング材料であってもよく、例えば、青銅などの金属やナイロンなどの重合体であってもよい。回転するナットアセンブリ１４０とカプラ１３０の長手方向の摩擦をさらに低減すべく、近位のブシュ１５０と近位の半ナット１４１の間にスラストワッシャ１７０が配置されている。
カプラ１３０とナットアセンブリ１４０の回転は、ネジロッド１８０の前進および収縮に用いられ、これがアンビル６０を伸ばしたり縮めたりする。このネジロッド１８０は、図３、４にさらに詳細に分解図で示され、以下により詳細に説明される。ロッドサポート１９０がアンビル制御フレーム１１０の遠位端部に取り付けられており、これがナットアセンブリ１４０の支持面を伸ばしてアンビル制御軸９０に整列しているロッド１８０が保持される。ロッドサポート１９０は、これを通るロッド１８０の部分の外面形状に対応する平滑な内面形状を有する。このように形状を合わせると、ロッド１８０がサポート１９０を通ってほぼ摩擦なく近位側や遠位側へ移動可能となる。ロッド１８０がサポート１８９を摩擦なく通るのを改善すべく、例示的実施例では、円筒形のロッドブシュ１９２がサポート１９０とロッド１８０の間に配置される。このロッドブシュ１９２は、サポート１９０の内部に収まっているため図２では見えない。しかしながら、このロッドブシュ１９２は、図３，４の分解図では見える。ロッドブシュ１９２が正しい位置にあると、サポート１９０の内面形状がロッドブシュ１９２の外面形状に対応し、ロッドブシュ１９２の内面形状がこれを通るロッド１８０の部分の外面形状に対応する。このロッドブシュ１９２は、例えば、青銅などの金属や、ナイロンなどの重合体とすることができる。
ステープル制御軸８０に沿った要素は、ステープル制御アセンブリ２００を構成する。ステープル制御アセンブリ２００は、図５に近位側斜め上から見た斜視図を示す。このステープル制御アセンブリ２００の近位端部は、ステープルモータ２１０を具える。このステープルモータ２１０は、駆動モータと、本来のモータ回転スピードを所望の回転スピードに変換するのに必要なギアボックスとを具える。この例では、駆動モータは本来のスピードが約２０，０００ｒｐｍであり、ギアボックスはこのスピードを、ギアボックスの遠位端部の出力駆動軸において約２００ｒｐｍに下げる。この駆動軸２１２は図５には現れていないが、図６、７の分解図に示されている。
ステープルモータ２１０は、長手方向と回転方向ともにモータマウント２２０に固定されている。モータマウント２２０の遠位端部は、中間連結マウント２３０となっている。この連結マウント２３０は、例えば図６に示す遠位プレート２３２を具える。遠位プレート２３２は、連結マウント２３２から移動可能であり、回転スクリュ２５０がこれらの間に保持されている。この回転スクリュ２５０がステープルカートリッジ５０からステープルを射出する駆動力として作用する。駆動軸２１２の回転運動を回転スクリュ２５０に変換する効率は、ステープラ１が必要とする２５０ポンド以上の縦のステープル射出力を供給するための能力を実質的に低減する要素となる。したがって、スクリュ２５０の実施例は、アクメ形状ネジを有する。
ここで、駆動軸２１２からスクリュ２５０の回転を効率的に結合するのに２つの例示的な方法がある。第１は、ステープルモータ２１０が「ゆるく」ハンドル本体１０に規定されるチャンバ内に収容されており、回転しないが半径方向に動くことができ、したがって長手方向に安定しているが自由に動くことができる。この構成では、ステープルモータ２１０は、「自力で中心を探し」て駆動軸２１２の軸をスクリュ２５０の軸に整列させ、本実施例ではこれもまたステープル制御軸８０である。
駆動軸２１２とスクリュ２５０を整列させる第２の実施例が、例えば図１乃至図５に示されている。本実施例では、フレキシブル結合部２４０の近位の端部が、（長手方向および回転方向ともに）駆動軸２１２に固定されている。この連結は、駆動軸２１２の遠位端部をフレキシブル結合部２４０の近位ボア２４１内にはめ込むことで達成される。図１２を参照されたい。次に駆動軸２１２は、近位の止めネジ２１３でそこに固定される。このスクリュ２５０は、フレキシブル結合部２４０の遠位ボア２４２内に適合し遠位の止めネジ２５２でそこに固定される近位の伸長部２５１を具える。これらの図面は、フレキシブル結合部２４０がその中間部に凸部を設けて示すことに留意されたい。連結部２４０の一実施例では、この部品はアルミニウムまたは成型プラスチックであり、その中央部分の周囲に螺旋形またはへリックス形の切り欠きを有する。この構成において、連結部２４０の一端部は他端に対していかなる放射方向（３６０度）に動かすことができ（ジンバル内のように）、これにより駆動軸２１２とスクリュ２５０の中心軸を効果的に整列させるべく望み通り曲げることができる。
スクリュ２５０の近位の伸長部２５１は、中間の連結マウント２３０内にあり、これを通るボア２３１の直径より実質的に小さい径を有する。このボア２３１は、その遠位側に直径が２段階大きくなっている。最初の直径が大きくなる段階は、近位の半径スクリュブシュ２６０に適合するサイズであり、中間連結マウント２３０より軟質な材料で形成される。この近位の半径スクリュブシュ２６０は、スクリュ２５０を軸的に整列させるのみであり、長手方向の推力を吸収したり伝達したりするものではない。第２の直径が大きくなる段階は、スクリュ２５０用の近位のスラストベアリング２７０に適合するサイズである。このスラストベアリング２７０の一実施例では、近位と遠位のプレートで、ベアリングボール保持プレートとベアリングボールを挟んでいる。このスラストベアリング２７０は、ステープルカートリッジ５０内のステープルを射出するときに長手方向に２５０ポンドまでの力がかかる際に、駆動軸２１２の方にかかる長手方向の推力のすべてを吸収する。スクリュ２５０の近位の伸長部２５１は、スクリュブシュ２６０とスラストベアリング２７０の各内面ごとに直径サイズが異なる。モータマウント２２０と連結マウント２３０は、したがって、フレキシブル連結部２４０を間に保持する２つの装置を形成する。
回転スクリュ２５０は、近位の半径スクリュブシュ２６０と似た遠位の半径スクリュブシュとともに、遠位プレート２３２内に保持されている。このため、スクリュ２５０は遠位プレート２３２内で回転自在である。スクリュ２５０の回転を線形の遠位動作へと変換すべく、スクリュ２５０は移動ナット２９０にねじ込まれる。このナット２９０の動きは、ステープルの動作完了に必要な移動量に制限されており、換言すれば、ナット２９０はステープルカートリッジ５０とアンビル６０との間で閉じたステープルを形成するとともに、もしあれば、ステープルカートリッジ５０内で切断ブレードを伸長させ、さらにこれを引っ込めるのに十分な距離だけ移動する必要がある。ナット２９０が最も近位の位置にあるとき（例えば図１２参照）、ステープルは射出できる状態で静止している。ナット２９０が最も遠位の位置にあるとき、ステープルは、ステープルカートリッジ５０とアンビルの間に挟まれた組織を通ってこれを留め、もしあればナイフが、切断すべき組織を完全に通過する。ナット２９０の最も遠位の位置は、遠位プレート２３２の位置により制限される。したがって、スクリュ２５０のネジの長手方向の長さと、遠位プレート２３２の位置が、ナット２９０の遠位の動きを制限する。
スクリュ２５０とナット２９０の摩擦を低減すると、カートリッジプランジャ３２０を介してステープルカートリッジ５０へ伝達される力の合計ポンドが有意に低減するのに寄与する。このため、スクリュ２５０およびナット２９０の材料と、スクリュ２５０のピッチとを最適なように選択することが望ましい。ナット２９０の製造に低摩擦ポリマを使用すると、カートリッジプランジャ３２０の遠位端部に、ステープルを有効に出すのに必要な力の量である、約２５０ポンドの長手方向の力を伝達するのに十分な摩擦が低減される。この所望の特性を示す２つの特定の材料の例は、この技術分野でＤＥＬＲＩＮ（登録商標）ＡＦ混合Ａｃｅｔａｌ（ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）繊維をＤＥＬＲＩＮ（登録商標）アセタール樹脂に均一に分散させたものを組み合わせた熱塑性材料）と、ＲＵＬＯＮ（登録商標）（ＴＦＥフルオロカーボンから合成される）または他の同様の低摩擦ポリマである。
ナット結合ブラケット３００が、長さ方向にナット２９０に固定されており、これはナット２９０と一緒に移動する。このナット結合ブラケット３００は、比較的ソフトで、つるつるしたナット材料に支持を提供する。図示する実施例では、このブラケット３００は、ナット２９０の外形に対応する形状の内部空洞を有する。したがって、ナット２９０は結合ブラケット３００にぴったりと嵌り、ナット２９０の動きはナット結合ブラケット３００の対応する動きへと伝達される。ナット結合ブラケット３００の形状は、本実施例では、これを取り囲む要素や、伝達すべき長手方向の力によって決定する。例えば、ナット２９０の遠位には、内部に遠位プレート２３２を受ける形状の内部空洞３０２がある。このナット結合ブラケット３００はまた、強化ロッド３１０を内部に受ける遠位のハウジング３０４を具える。この強化ロッド３１０は、長手方向の指示を増大し、ナット２９０とカートリッジプランジャ３２０（図５参照）の連結の一部を構成し、これはハンドル本体１０とステープルカートリッジ５０の間の最後の可動リンクである。ナット結合ブラケット３００の遠位端部と強化ロッド３１０の間に配置された射出ブラケット３３０が、ナット結合ブラケット３００とロッド３１０の連結を強化している。
ステープラ１の多様な要素が互いに連結されて、主軸または脊椎部を構成する。この主軸は、多方面への安定性を提供するフレームであって、（近位から遠位まで）４つの主たる部品からなる：アンビル制御フレーム１１０と、近位の主軸プレート７０と（図３、４、６、７に示す）、遠位の主軸プレート３４０と、アンビルネック３０とである。これら４つの部品はそれぞれ、長さ方向と回転方向ともに互いに固定されており、この順番でハンドル要素の残りが取り付けられる骨格を構成する。これらの要素の縦の支持はハンドル本体１０の内面輪郭により達成され、一実施例においてこれは左半分１１と右半分１３の２つの半分で構成される。代替的に、支持は、打ち抜かれるかハンドル半分１１、１３と組み合わさった単一のフレームであってもよい。
アンビル制御アセンブリ１００の機能が、図１７乃至２７に関連して開示されている。ステープラ１でステープル処置を行うには、アンビル６０全体をステープラ１から取り外す。アンビル開スイッチ２０を押すと、ステープルカートリッジ内に収容されスクリュ２５０に長さ方向に固定的に連結されたトロカールチップ４１０の遠位端部が伸びる。すると、トロカールチップ４１０の頂部が、留められる組織を貫通あるいは穿刺する。この時点で利用者は、アンビル６０を組織の反対側からトロカールチップ４１０に付け替えて、そこにアンビル６０を固定することができる（図１８参照）。アンビル閉スイッチ２２は、アンビル６０をステープルカートリッジ５０に対して閉じるのを開始し、その間のアンビルカートリッジギャップ６２に組織を挟むように作動する。
アンビル６０のトロカールチップ制御動作が行われるかを説明するために、図８乃至１０、１４、１５、１８を参照されたい。図１５の点線で示すように、ロッドガイドピン１４３が遠位の半ナット１４２の中央ボア１４４内に位置づけられる。ネジロッド１８０が回転ナット１４０、１４１、１４２、に螺入するにつれ、ピン１４３はネジ１８２の近位端部を捕らえて内部にピン１４３を取り囲む。これにより、ナット１４０がネジ１８２内のピン１４３とともに回転すると、ナットの回転方向により、ロッド１８０が近位側または遠位側に移動する。ネジ１８２は図１４、１５に示すように可変ピッチを有し、アンビル６０を異なる長手方向の速度で進ませる。ピン１４３が長い（低い）ピッチのネジ部１８３内にあるとき、アンビル６０は長さ方向に早く移動する。これと対象に、ピン１４３が短い（高い）ピッチのネジ部１８４内にあるとき、アンビル６０は長さ方向にゆっくり進む。ピン１４３は、長いピッチのネジ部１８３内でネジ１８２が接触する唯一の部分であることに留意されたい。このように、ピン１４３は、この時点ではロッド１８０に作用する長手方向の力全体にさらされる。このピン１４３は、このような力に耐えるのに十分な強度があるが、アンビル６０が間の組織の周りで閉じる際に生じるすべての長さ方向の力に耐えるほどではない。
図１４に示すように、ピッチが短いネジ部１８４に、近位の半ナット１４１の中央ボア１４４の近位端部の対応する内側ネジ１４５と係合するよう、ロッド１８０が設けられている。ピッチが短いネジ部１８４が内側ネジ１４５に係合すると、ネジ部１８４の側面全体が内側ネジ１４５に接触する。この接触面は、ピン１４３とネジ１８２のいかなる部分との接触よりも大きく、このため、アンビル６０が閉じる際、特にアンビル６０が組織の周りでステープル射出状態にあるときに発生する長さ方向の力のすべてに耐えることができる。例えば、本実施例では、ピン１４３は約３０乃至５０ポンドの長さ方向の力を受ける。これは、４００ポンドまでの長さ方向の力に耐えうるネジと比較すると、約１０対１の差がある。
アンビル制御アセンブリ１００の代替的な実施例では、ロッド１８０の複合的なネジ全体が取り除かれる。このような場合、ロッド１８０は単一のネジピッチであり、アンビルモータ１２０が単一ネジロッド１８０の長さ方向の位置によって、（回路ボード５００の関連するプログラミングを通じて）異なる速度で駆動される。
モータ１２０、２１０を駆動する様々な実施例で、制御プログラムは様々な形態をとりうる。一実施例では、バッテリ駆動回路ボード５００のマイクロコントローラがパルス変調（例えばパルス幅、パルス周波数）をかけて、いずれかまたは双方のモータを駆動してもよい。さらに、ステープラ１はデューティサイクルが低い装置であり、または使い捨て装置であるため、構成要素を許容の製造スペックを超えて駆動することができる。例えば、ギアボックスはその指定速度より上のトルクをかけることができる。また、例えば６ボルトモータなどの駆動モータを、例えば１２ボルトで駆動してもよい。
アンビル６０が伸びた位置から組織を圧迫しないか僅かに圧迫する位置への閉動作は、挟まれた組織にダメージを与えることなく迅速に行われる。このため、ピッチの長いネジ部分１８３により、利用者はアンビル６０を組織へと、組織圧迫前状態に素早く閉じることができる。その後、好ましくは組織をゆっくりと圧迫し、これにより利用者が組織を過度に圧迫してしまうのを回避することができる。このようにして、この後者の動作範囲において短いピッチのネジ部１８４を利用して、利用者が大きな度合いで制御することができる。この圧迫中、図１８に示し継続中の米国暫定出願番号６０／８０１，９８９で説明されているフォーススイッチ４００を用いて、組織圧迫インジケータ１４を介して利用者に組織がフォーススイッチ４００内のスプリング４２０の予荷重より大きな力で圧迫されているかを示すことができる。図１８は、米国暫定出願番号６０／８０１，９８９の第１実施例に記載された通常は開いた状態のフォーススイッチ４００の実施例を示すことに注意されたい。組織の圧迫を測定するのにひずみゲージを用いてもよい。
図１９乃至２３は、アンビル伸長位置（図１９乃至２０参照）から１ｃｍ閉鎖距離位置（図２１参照）、ステープル射出可能位置（図２２参照）、および最終的にアンビル完全閉鎖位置（図２３参照）へのロッド１８０の動作を示す。ロッド１８０の移動は、ロッド１８０のカム面アクチュエータ１８５の一部と、ハンドル本体１０内に位置された一連のマイクロスイッチの動作レバーまたはボタンとの間の接触により、（回路ボード５００を介して）電気的に制御されている。
ロッド１８０（およびそれ故アンビル６０）が完全に伸びた位置にあるとき、ロッド完全伸長スイッチ６１０の動作レバーをアクチュエータ１８５が押すように、ロッド完全伸長スイッチ６１０（図１９参照）がハンドル本体１０の遠位部に配置されている。１ｃｍスイッチ６１２がハンドル本体１０の中間位置に配置され（図２０、２１参照）、ロッド１８０（およびそれ故アンビル６０）が完全閉鎖位置の１ｃｍ以内にある場合に、ロッド１８０の１ｃｍカム面部分１８６が１ｃｍスイッチ６１２の動作ボタンを押さないようにしている。図２２に示すように、１ｃｍ閉鎖距離を経た後、カム面アクチュエータ１８５はステープル射出可能スイッチ６１４に接触する。アクチュエータ１８５の下端部は、図２２乃至２３に示すように、ステープル射出可能スイッチ６１４のボタンに対して前後両方の側に傾斜しており、このボタンを動作させる２つの傾斜の部分の間の距離（あるいは、その平坦な部分のみ）は、ステープルカートリッジ５０内におけるステープルの許容しうるステープル形成範囲（すなわち安全射出長さ）に対応する。したがって、ステープル射出可能スイッチ６１４のボタンが最初に押されるとき、アンビル６０とステープルカートリッジ５０の間の距離は、ステープルを成功裏に射出して閉じる最大範囲である。このボタンが押されると、アンビル６０の分離距離（図１８参照）は、安全ステープル射出範囲内に留まる。しかしながら、アクチュエータ１８５がボタンの近くに位置してステープル射出可能スイッチ６１４のボタンが最早押されなくなった場合、ステープル治療には距離が短すぎるため、ステープルは射出されない。図２３は、ロッド１８０が最も近位の位置にある状態であり、アクチュエータ１８５の上端部がロッド完全引き戻しスイッチ６１６のレバーを閉じることにより示されている。このスイッチ６１６が作動すると、回路ボード５００のプログラムが、モータ１２０がロッド引き戻し方向に切り替わるのを防ぎ、換言すると、これはロッド１８０が近位の方向に引き戻される場合の止めスイッチとなる。
図２、３、１１、１２、１６は、遠位端部が他の装置に接続されていないロッド１８０の遠位端部を示す（このためフォーススイッチ４００の近位端部に接触する）。連結バンドまたは、ロッド１８０の遠位端部とフォーススイッチ４００の近位端部の間のバンドは、明確化のためにのみ図示しない。一実施例では、このプルバンドは平坦で、アンビルネック３０を通りフォーススイッチ４００の近位端部までカートリッジプランジャ３２０の湾曲した下側を横切るべく柔軟である。もちろん、フォーススイッチ４００がない場合、このバンドはアンビル６０の近位端部に着脱可能に接続するトロカールチップ４１０の近位端部に連結される。
ステープル制御アセンブリ２００の機能が、図１２乃至１６、図２４乃至２７、特に図２４を参照して説明される。ステープルモータ２１０が、モータベアリング２２２とモータシャフトカバー２２４との間に保持される。ステープルモータ２１０の駆動軸が回転可能にフレキシブル結合部２４０の近位端部に連結され、このフレキシブル結合部２４０の遠位端部が回転可能にスクリュ２５０の近位端部に連結され、これがベアリング２６０、２７０上で回転する。長手方向に移動するナット２９０が、結合マウント２３０と遠位プレート２３２との間のスクリュ２５０に螺合している。これにより、駆動軸２１２の回転が、スクリュ２５０の対応する回転へと伝達される。
ナット結合ブラケット３００は、ナット２９０、強化ロッド３１０、および射出ブラケット３３０に長さ方向に固定されている。この射出ブラケット３３０は、（図示しないステープルドライバを通り）ステープルカートリッジ５０（またはステープル）まで延在するカートリッジ３２０に長さ方向に固定されている。この連結により、ナット２９０の長さ方向の動きが、カートリッジプランジャ３２０の対応する長さ方向の移動に変換される。したがって、ステープル射出スイッチ２２が作動すると、ステープルモータ２１０が十分な回数だけ回転され、ステープルがステープルカートリッジ５０から完全に射出される（そして、もしあれば切断ブレードが伸長されアンビル６０とステープルカートリッジ５０の間の組織を完全に切断する）。後述するように、回路のプログラムは、カートリッジプランジャ３２０を射出後に引き戻し、アンビルとカートリッジ間の隙間６２からステープル射出部品および／またはステープルカートリッジ５０のブレードのすべての部分を取り除く。
このステープル動作の制御は、再び、回路ボード５００にワイヤなどの電機接続を介して連結されたマイクロスイッチを通じて行われる。これらの制御スイッチの最初は、近位のステープルスイッチ６１８であり、ステープル制御アセンブリ２００の引き戻しを制御してこのアセンブリ２００の最も近位の位置を規定する。このスイッチを作動させるには、ナット結合ブラケット３００の側部に隣接するように、動作プレート３０６を取り付ける。例えば図６、２４を参照されたい。このようにして、ナット２９０が近位に移動してナット結合ブラケット３００上のプレート３０６が近位のステープルスイッチ６１８を作動させると、ステープルモータ２１０への電力が取り除かれてステープル制御アセンブリ２００の近位方向へのさらなる移動が阻止される。
ステープル制御アセンブリ２００の動きを制御する第２のスイッチは、強化ロッド３１０の遠位の側面の反対側に配置されている。図２７を参照されたい。この面において、遠位のステープルスイッチ６２０と接触する長さ方向に調整可能なカム部材３１２が設けられている。一実施例では、このカム部材３１２は、強化ロッド３１０の遠位のボアに螺合するスクリュである。したがって、ナット２９０が遠位方向に動いてロッド３１０のカム部材３１２が遠位のステープルスイッチ６２０を作動させると、ステープルモータ２１０への電力が取り除かれてステープル制御アセンブリ２００の遠位方向へのさらなる移動が阻止される。
図２８、２９は、アンビル３０の遠位端部の異なるステープルカートリッジ６０の取り替えが可能な取り外し可能な連結アセンブリを示す。
ハンドル本体１０の最も近位のチャンバは、内部に電源６００を保持するための空洞を規定している。この電源６００は、回路ボード５００を介してモータ１２０、２１０、およびステープラ１の他の電機部品へと接続されている。
ステープラ１の電機部品は、回路ボード５００を介した制御に関して説明した。電気ステープラ１は、上述したように、一実施例では、バッテリ駆動されプッシュボタン２０、１１、２２で制御される２つの駆動モータ１２０、２１０を具える。各モータ１２０、２１０の移動範囲は、移動の端部と移動に沿った中間位置６１２、６１４でリミットスイッチ６１２０、６１６、６１８、６２０により制限される。モータ１２０、２１０の制御ロジックは、いくつかの方法で実現することができる。例えば、リレーまたはラダーロジックを用いて、モータ１２０、２１０とスイッチ６１０、６１２、６１４、６１６、６１８、６２０の制御アルゴリズムを規定することができる。このような構成は単純だが、制限された制御方法である。より柔軟な方法は、マイクロプロセッサ式制御システムを用いてスイッチ入力を検知し、スイッチをロックし、インジケータライトを作動させ、データを記録し、可聴フィードバックを提供し、視覚ディスプレイを駆動し、同定装置（例えば周波数識別装置（ＲＦＩＤ）または暗号識別装置）に問い合わせ、力を感知し、外部装置と交信し、バッテリ寿命を監視したりすることである。このマイクロプロセッサは、特に複合電子機械システムのインタフェース用に特別に構築された一体型回路の一部であってもよい。このようなチップの例は、Ａｔｍｅｌによる例えばＭｅｇａ１２８か、ＰＩＣによる例えばＰＩＣ１６Ｆ６８４を含む。
このようなプロセッサへ制御命令を出すソフトウェアが必要である。全体を開発したら、プログラムをプロセッサに書き込み永久的に書き込む。このようなシステムは、制御アルゴリズムの変更が比較的少ない：アップロードされるソフトウェアへの変更は、記述や装置の機械レイアウトを変更することなく、制御とユーザインタフェースを調整する。
使い捨て可能な装置では、電源オンの事象は一度きり発生する。このケースにおいて電源オンは、永久的に装置から取り除かれるタブまたは解除具を引っ張ることにより実現する。この取り外しによりバッテリが接触し、装置の電源が入る。
装置のいかなる実施例でも、装置の電源が入ると、制御プログラムが実行を開始し、装置を使用可能とする前に、射出サブアセンブリの伸長／収縮および射出の実際の位置の検知を確実にするルーチンに移行し、これはホーミングルーチンと呼ばれる。このホーミングルーチンは、製造者が利用者に輸送する前に実行されてもよい。この場合、ホーミングルーチンが実行され、アセンブリの位置がセットされ、装置が使用可能な状態で利用者に配送される。電源投入時、装置はその位置を確認し、使用可能となる。
視覚インジケータ（例えばＬＥＤ）を用いて、利用者にフィードバックを提供する。プッシュボタンスイッチ２０、２１、２２の場合、作動時に点灯（またはバックライト）され、非作動時に消灯するようにしてもよい。このインジケータは、さらなる情報を利用者に伝達すべく点滅してもよい。ボタン押下後の遅延応答の場合、例えば応答差し迫っている場合に、設定された光の点滅速度を段々早くしてもよい。
ステープラ１において、プロセッサに位置情報を提供するリミットスイッチを作動させるためのカムが様々な箇所に用いられている。多様な長さの線形カムを用いると、位置の範囲を設定することができる。代替的に、リミットスイッチの代わりにエンコーダを用いてもよい（絶対的かつ増分のポジショニング）。リミットスイッチは、オフとオンの２値であってもよい。位置情報の２値入力の代わりに、（光エンコーダなどの）エンコーダを用いて、位置情報を提供してもよい。位置フィードバックを提供する他の方法は、サブアセンブリを駆動するモータの端部にパルス発生器を搭載することである。パルスをカウントし、モータの回転から線形移動への変換率を知ることにより、絶対的な位置を得ることができる。
プロセッサを用いると、保存データの有用性が生まれる。例えば、装置製造番号やソフトウェアの改訂などの重要な、プレロードされた情報を保存することができる。メモリはまた、ステープラ１の使用におけるデータを記録するのに用いてもよい。すべてのボタン押下、すべてのリミットスイッチの遷移、すべての無駄打ち、すべての完了打ちなどを、後に回収して分析するために保存してもよい。データは、プログラミングポートまたはワイヤレスで取得することができる。一実施例では、一連のボタン押下によって装置を診断モードにすることができる。この診断モードでは、技術者がステープラ１の特定のデータを問い合わせたり、特定のデータを伝送／出力させることができる。このような問い合わせへのステープラ１の応答は、ＬＥＤの点滅や、ディスプレイ付きの装置の場合は視覚的な文字データ、あるいは電子データの形態とすることができる。上述したように、ひずみゲージを用いてアナログ出力したり利用可能な歪みバンドを設けてもよい。代替的に、付加的な第２のスプリングと支持部材によりこのバンドを機械的に設定してもよい。
シングル射出ステープラ１の制御アルゴリズムの例は、以下のステップを含む：
・電源オン
・ホームポジションを確認し、必要／所望の場合にホームポジションへ移動
・伸長／収縮ボタンをエネイブル（点灯）にし、ステープル射出ボタンをディセーブル（消灯）にする
・ステープル射出ボタンを完全に伸ばした（アンビルが取り去られた）後にのみエネイブルにし、伸長／収縮ボタンをエネイブルにしたままその後収縮させる。
・ステープル射出ボタンの作動時、フォーススイッチが作動するまでアンビルを引き戻す。
・ボタンＬＥＤの点滅により秒読みを開始し、射出サイクルが切迫するごとに点滅速度を速くする。継続的にフォーススイッチを監視し、アンビルを引き戻してフォーススイッチが作動したままとする。
・ステープル射出サイクルの間は、どのボタン押下もステープル射出ルーチンを打ち切る。
・ステープル射出モータの作動前に打ち切りが生じたら、射出サイクルは停止し、アンビルがホームポジションに伸ばされ、ステープル射出ボタンはアクティブのままで再発射可能となる。
・あるいは、射出モータの作動時に打ち切りが生じたら、射出サイクルは停止し、射出モータは引き戻され、アンビルがホームポジションに戻り、射出ボタンは非アクティブとなる。したがって、ステープラ（またはステープルカートリッジ）は使用不可となる。
・射出の秒読みが終了したら、ステープル範囲制限スイッチの位置が確認される。ステープル範囲制限スイッチが作動したら、それはアンビルが良好なステープル射出範囲にあることを意味し、ステープル射出モータが作動して射出サイクルが進められる。ステープル範囲制限スイッチが作動しない場合、射出サイクルは打ち切られ、アンビルはホームポジションに戻り、ステープル射出ボタンはアクティブのままで再発射可能となる。
・ステープル射出が完了したら、アンビルは閉じ位置に維持され、伸長ボタンのみがアクティブのままとなる。アンビルが少なくともホームポジションまで伸びたら、伸長ボタンと収縮ボタンの双方をアクティブにする。ステープル射出ボタンは、ステープル射出が完了したら非アクティブに維持される。
上記サイクル例を通して、ボタン押下、スイッチ位置、打ち切り、および／または射出を記録してもよい。
外科的処置において、ステープラは１方向デバイスである。しかしながらテストモードでは、テストユーザがトロカール４１０とアンビル６０を望むまま前後させられることが必要となる。電源オン構造により、利用者がテスト目的のマニュアルモードにできるようになる。このテストモードは解除可能であり、ステープラは使用モードにリセットされてパッケージングや輸送される。
パッケージングでは、アンビル６０をステープルカートリッジ５０から離して位置させることが望ましい（不可欠ではない）。このため、パッケージや輸送のために電源を落とす前に、アンビル６０をステープルカートリッジ５０から（例えば）１ｃｍ離すホーミングシーケンスを設定してもよい。
この電気ステープラが荷解きされ手術に利用可能となった場合、利用者はステープラの電源をオンにする（スイッチ１２）。ステープル射出位置となり所望の組織圧迫状態となる前にステープルは射出されない。したがって、アンビル／トロカールの伸長／収縮機能は唯一使える機能である。この場合、伸長ボタン２０と収縮ボタン２１が点灯し、射出スイッチ２２は点灯しない（すなわちディセーブルである）。
患者に使用する前に、トロカール４１０を伸ばしてアンビル６０が取り外される。ステープラが結腸の吻合に使用される場合、例えば、トロカール４１０がアンビルネック３０に引き戻され、ステープルカートリッジ５０とアンビルネック３０が肛門経由で結腸内へと、切開部の下流側へと挿入される。アンビル６０は、反対に、上流側の腹腔鏡用切開部から挿入され、切開部の上流側に配置される。アンビル６０はトロカール４１０に取り付けられ、２つの部品はステープル可能状態となるまでステープルカートリッジ５０の方へ引き戻される。上述のように、アンビルは実質的に間の組織を圧迫せず、特に、乾燥（desiccate）させない距離まで移動する。この地点で、望んだときにステープル射出が生じる。
ステープル射出シーケンスは、ステープル射出スイッチ２２を作動させることで開始する。ステープル射出は、射出シーケンス中はいつでも打ち切ることができ、これは動作前（漂白サイクル中）や動作中（ステープル形成の有無に拘わらず）であってもである。ステープル射出が行われる前に組織を圧迫して乾燥させる必要があることが判明しているため、ソフトウェアは、ステープル射出の秒読みシーケンスを開始するようプログラムされている。このため、ステープル射出スイッチ２２の作動後、アンビル６０が間の組織の上に閉じ、この組織の圧迫を開始する。このステープル射出シーケンスは、最適組織圧迫（ＯＴＣ）測定とフィードバック制御を有し、ＯＴＣ範囲として参照される所望の圧力範囲に圧迫された場合であって、十分な時間が経って圧迫された組織から水分が除去された場合にのみステープルが射出されるようにする。ＯＴＣの範囲は、アンビル６０とステープルカートリッジ５０の間で圧迫される組織を公知の特性に基づいて予め分かっている（フォーススイッチは、異なる組織ＯＴＣ範囲用に調整することができる）。フォーススイッチ４００は、ＯＴＣの測定値を提供し、マイクロプロセッサに特定の組織用のＯＣＴに達したことを示す情報を供給する。ＯＣＴの状況は、利用者に例えばＬＥＤで示される。
射出シーケンスが開始すると、ステープル射出スイッチ２２は設定速度で点滅し、その後例えば射出が行われるまで段々早く点滅する。この待ち時間の間に打ち切りが生じなければ、ＯＴＣ状態が設定された乾燥期間だけ維持され、秒読みの完了後にステープル射出が行われる。円形ステープラで結腸を吻合する例では、切開部のステープル留めは、切開部中央の切開と同時に行われる。この切開はステープルの円形リングの中央の空いた開口が、手術完了後に通常の結腸の動作となるよう開口を設けるのに十分となることを保証する。
挟まれた組織から水分が除去されたら、組織の圧迫力は自然に低減する。少しの間、この低減はＯＴＣ状態が設定範囲外となりうる。このため、プログラムは、フォーススイッチ４００から提供される連続的な測定値に依存する閉ループアンビル圧迫制御を有する。このフィードバックにより、圧迫された組織が処置の間と乾燥してからも暫くＯＴＣ範囲内に維持される。
ステープル射出サイクルの間、利用者による制御スイッチのいかなる操作もステープル射出ルーチンの打ち切りとなるようプログラムされてもよい。ステープル射出モータ２１０の作動前に打ち切りが生じたら、射出サイクルは停止し、アンビル６０はホームポジションへと伸長され、ステープル射出スイッチ２２はアクティブに維持され必要に応じて再発射可能である。あるいは、ステープル射出モータ２１０の動作中に打ち切りが生じたら、射出サイクルは停止しステープル射出モータ２１０がアンビル６０をそのホームポジションまで伸ばす。この時点で、ステープル射出スイッチ２２は非アクティブとされる。したがって、ステープラ（または特にステープルカートリッジ）は最早（ステープルカートリッジを交換するまで）使用されない。
ステープル射出が実行される前に、ステープル範囲制限スイッチでステープルカートリッジ５０とアンビル６０の相対位置が確認される。ステープル範囲制限スイッチが作動したら、それはアンビル６０が良好なステープル射出範囲にあることを意味し、ステープル射出モータ２１０が作動して射出サイクルが進められる。ステープル範囲制限スイッチが作動しない場合、射出サイクルは打ち切られ、アンビル６０はホームポジションに戻り、ステープル射出スイッチ２２はアクティブのままで再発射可能となる。
モータの駆動（または、作動、駆動、制御、動作として参照される）および／または、エンドエフェクタ（例えばアンビルまたはステープラ／カッター）の様々な部分のドライブトレインを説明する。このような駆動は利用者による作動ボタンの単一押下や、電源によるモータの単一励起に限るモータ駆動に限る必要はない。装置内の様々なモータの制御は、利用者が作動ボタンを何回も押す必要があり、例えば、１回目はエンドエフェクタの一部の最初の３つの動作を作動させ、２回目は次の３つの動作、３回目は最後の３回の動作用である。手術用ステープラの具体例では、第１の作動例でステープルスレッドまたはブレードがロックアウト解除され、第２の作動例で部品が組織の上に移動し、第３の作動例でスレッドがすべてのステープルを超えてステープルカートリッジの端部まで移動する。同様に、モータ駆動は一定である必要はなく、例えば、ブレードがその動作点の端部に到達するまでの移動を開始する時間から一定に駆動される。代わりに、モータはパルスモードで駆動されてもよく、第１の例はエンドエフェクタ機能の作動時に電源からモータに供給される電力の間欠オンオフスイッチングを含む。より具体的にステープラでは、ステープル／カッターがその近位／スタート位置から最も遠位の位置に移動するまで、モータは１０回／秒間パルス制御される。このパルス制御は、マイクロプロセッサにより直接制御または制御され、これらのいずれもパルスレートは調整可能である。代替的に、あるいは付加的に、モータはパルス変調駆動され（パルス幅またはパルス周期）、ここではパルスが非常に短い期間で生じる（例えば、一秒に数十、数百、数千、あるいは数百万）。したがって、本書に記載の電源、モータ、および／またはドライブトレインが駆動されると、これらの、および他の可能な動作モードが想定され包含される。
ステープル射出が完了したら、アンビル６０は閉じ位置に維持され、伸長スイッチ２０のみがアクティブのままとなる（他のスイッチはすべて非アクティブ）。アンビル６０が少なくともホームポジションまで伸びたら、伸長スイッチ２０と収縮スイッチ２１の双方がアクティブにされるが、収縮スイッチ２１はアンビル６０がホームポジションを越えて閉じるのを防止する。ステープル射出スイッチ２２は、ステープル射出が完了したら非アクティブに維持される。
上述したように、アンビルネック３０は、トロカール４１０に連結された線形フォーススイッチ４００を収容する。このスイッチ４００は、所定の引っ張り負荷がかけられると応答（calibrate）する。この所定の負荷は、ステープルが行われる前に特定の組織にかけられる所望の圧力に対応するよう設定される。このスイッチ４００とプロセッサのインタフェースは、確実にＯＴＣ範囲内でのみステープル射出が行われるようにする。
以下のテキストは、上述した本発明にかかる方法を実現するプログラムリストの一実施例である。以下のテキストは例示であり、当業者であれば本発明にかかる方法のプログラミングが、多くの異なる形式で同じ機能を実現しうることを理解するであろう。
ｒｅｖ３ｃボード（ｃｂ２８０チップセット）Ｖ８．０３（ＣＳ−３ｃ−０８０３０６．ＣＵＬ）を用いた円形ステープラ用プログラム
'8-3-06
'Modified program to abort with only fire button, added pbcount variable
'Added PWM ramping
'7-28-06
'final tweaks - stan is now an integer etc.
'7-17-06 This version written for the 3c board.
'7-14 DEBUGGING VERSION
'Program written for 3c board using the Cubloc 280 chipset
'Note: this program is a modified version of the ones noted below. All changes not related to the addition of the E/R limit switches
'apply. The programs below were written to deal with the "gray logic" of the 1 cm switch. This version uses
'a limit switch at either end of the extend/retract stage.
'V6.20 Final Version of Gray Logic program as used in prototype 0, serial number 100
'V6.05
'modified the extend to cm 1 and retract to cm 1 routines to make sure that when they are called that they move the motor until the cm
'switch is closed; ie: When the anvil is all the way out and the retract button is pressed, retract the anvil until the cm limit switch
'is closed regardless of whether the retract button is released before the cm switch is closed. Same change for when the anvil is 'extended from the 1 cm position,
'made changes to comments in the extend/retract routines

'V6.02
'added loop requiring the release of both buttons to exit jog routine, and a 1 second delay at the end of jog subroutine before
'going back to main routine
'reformatted datadump labels
'added variables for high and low speed pwm values
'added extend only capability at end of completed fire to prevent crushing stapled tissue
'NOT WORKING- REMOVED added checks To ensure 1 cm switch Is made when extending Or retracting from the 1 cm And fully extended positions respectively
'V6.01
'All prior versions were made for testing the program on the Cubloc development board. All outputs were pulled LOW. The actual device
'requires all the outputs to be pulled high (+5V). This version is set-up to run on the actual device.
'limited the values of the EEPROM data to 255 max
'added delays before changes in motor direction, made program run smoother
'removed pwmoff commands. They were not allowing the motors to stay on when changing subroutines (for some reason)
'V5.27 'added the recording of jog routine button presses
'added the recording of datadump requests
'V5.26
'added the recording of Extend/Retract button presses
'added serial number field in eeprom
'the datadump routine now keeps running total of data as it is read from eeprom
'V5.25 (circular-staρler-5-25.cul)
'added code to allow storage of data each power on cycle in eeprom
'V5.24 works well, no known bugs (circular-stapler-5-24.cul)

'KMS Medical LLC (c) 2006
'MAP

'P10 Extend Button
'P11 Retract Button
'P12 Fire Button
'P13 Extend Limit
'P14 Retract Limit
'P15 Fire Forward Limit
'Pl6 Fire Back Limit
'P17 1 cm Limit Switch
'P18 Staple Range Limit Switch
'P19 Force Switch
'P20 Extend Button LED
'P21 Retract Button LED
'P22 Fire Button LED
'P23 Force LED (blue)
'P24 Not USED
'P25 Not USED
'P26 Not USED
'P27 Not USED T28 Not USED
'P29 Staple Range LED (green)
Const Device=cb280 'Comfile Tech. Cubloc CB280 chipset
Dim ver As String*7
ver="3C-8.03" 'set software version here
Dim extendbutton As Byte
Dim retractbutton As Byte
Dim firebutton As Byte
Dim firstout As Byte
Dim firstback As Byte Dim cmstatus As Byte 'lcm limit switch status
Dim srstatus As Byte 'staplerange limit switch status
Dim x As Integer
Dim powerons As Byte 'store in eeprom address 2
Dim cycnumf?res As Byte 'store in eeprom (powerons* 5)
Dim cycabortfires As Byte 'store in eeprom (powerons*5)+l
Dim cycers As Byte 'store in eeprom, number of cycle extend/retract presses
Dim cycjogs As Byte
Dim arm As Byte
Dim completefire As Byte Dim staplerangestatus As Byte
Dim bail As Byte
Dim ds As Integer 'eeprom data start location for individual cycle data writing
Dim fast As Integer
Dim slow As Integer Dim extendonly As Byte
Dim extlimit As Byte
Dim retlimit As Byte
Dim speed As Integer
Dim dracula As Byte

'initalize outputs
Out 20,0 'extend button LED
Out 21,0 'retract button led
Out 22,0 'fire button led
Out 23,0 'force led
Out 29,0 'staple range led
'initialize variables
firstout=0
firstback=0
completefire=0
arm=0
bail=0
cycnumfires=0
cycabortfires=0
cycers=0
cycjogs=0
extendonly=0

'CHANGE PWM VALUES HERE
fast=60000 'highspeed pwm value
slow=60000 'lowspeed pwm value
speed=0

Output 5 'turns on pwm output for PINCH
Output 6 'turns on pwm output for FIRE

'read totals from eeprom
powerons=Eeread(2, 1 )

Incr powerons 'increment total power on number
If powerons>=255 Then powerons=255 limit number of recorded powerons to an integer of one byte max
Eewrite 2,powerons,l 'write total power on number to eeprom
ds=powerons*5

'JOG and DATADUMP Check
'push any button within 2 (or so) seconds to go to jog routine
'hold all three buttons on at startup to dump the data
For x=l To 50
If Keyin(10,20)-0 And Keyin(l l,20)=0 And Keyin(12,20)=0 Then datadump 'write all stored data to the debug screen
Exit For
Elseif Keyin(10,20)=0 Or Keyin(l 1,2O)=O Or Keyin(12,20)=0 Then 'either e/r button or the fire button pressed
jog
Exit For
End If
Delay 20
Next

'ホーミングシーケンス

cmstatus=Keyin(17,20) 'read the status of the lcm limit switch

If cmstatus=0 Then
homeretract
Elseif cm status=l Then
homeextend
End If
'Return fire motor to back position
homefire 'this returns the fire motor to the full retracted condition (P6 limit switch)

**********
'メインループ
**********
Do
'Debug "Main Loop",Cr
'Delay 1000

cmstatus=Keyin( 17,20) 'read the 1 cm switch
'staplerangestatus=Keyin(5,20) 'read the staplerange limit switch

extendbutton=Keyin( 10,20)
retractbutton=Keyin(l 1 ,20)
firebutton=Keyin(12,20)

If cmstatus=0 And Keyin(13,20)<>0 Then
Out 20,1 'turn extend led on
Out 21,1 'turn retract led on
Elseif cmstatus=0 And Keyin(l 3,2O)=O Then
Out 20,0 'turn off extend led because extend limit met
Out 21,1 'turn on retract limit
Elseif cmstatus=l Then
Out 20,1
Out 21,0
End If

'check firebutton led status
If firstout=l And firstback=l And arm=l And completef?re<>l And cmstatus<>0 Then
Out 22,1 'turn on fire button led
Else
Out 22,0 'turn off fire led
End If

'check for extend retract button press
If extendbutton=0 And cmstatus=0 Then
extend
Elseif cmstatus=l And extendbutton=0 Then
extend
End If

If retractbutton=0 And cmstatus=0 Then 'And extendonly=0
retract
End If

'check for firebutton press
If firebutton=0 And firstout=l And firstback=l And arm=l And completefire<>l And cmstatus<>0 Then initialfire

Loop 'keep looping til powerdown
End 'End of program

************
サブルーチン
************

'ホーム：ｃｍスイッチまで引き戻す＝押下なし

Sub homeretract() 'retract until 1 cm switch is open
'Debug "Homeretract",Cr
'Delay 1000
Pwm 0,slow,60000
Do Until Keyin(17,20)=l 'retract until 1 cm switch is open
Out 31,1 'ER motor reverse
Loop
Out 31,0 'er motor off
Out 21 ,0 'turn retract led Off
Out 20,1 'turn extend led On
Pwmoff 0 'turn pwm off
End Sub
'
'ホーム：ｃｍスイッチまで伸長＝押下あり

Sub homeextend() 'extend until 1 cm switch is closed
'Debug 'Ηomextend",Cr
'Delay 1000

Pwm 0,slow,60000
If Keyin(17,20)=l Then
Do Until Keyin(17,20)=0 'now the 1 cm switch is pressed
Out 30, l 'ER motor forward DDD
Loop
End If
Out 30,0 1DDD
Pwmoff O Delay 300
homeretract 'once the switch is made, call homeretract
End Sub

'射出モータホーミングルーチン

Sub homefire()
'Debug "Homefire",Cr
'Delay 1000

Pwm l,slow,60000
Do Until Keyin(16,20)=0 'retract firing stage until back switch is closed
Out 33,1
Loop
Out 33,0 Pwmoff 1
End Sub

'JOG ルーチン '

Sub jog()
Out 20,1
Out 21,1
Do
Delay 25
If Keyin(10,20)=0 And Keyin(l 1,2O)=O Then Exit Do 'if both buttons pressed, exit jog routine and start homing routine after 1 second delay

If Keyin(10,20)=0 And Keyin(l 1 ,20)<>0 And Keyin(12,20)<>0 Then
Pwm 0,slow,60000
Out 30,1 'extend motor forward
Do Until Keyin(10,20)<>0 Or Keyin(13,20)=0
Out 30,1 'extend motor on forward DDD
Loop
Out 30,0 'extend motor off forward DDD
Pwmoff 0
Incr cycjogs
If cycjogs>=255 Then cycjogs=255
Eewrite ds+3,cycjogs,l
End If

If Keyin(l 1,2O)=O And Keyin(10,20)<>0 And Keyin(12,20)<>0 Then
Pwm 0,slow,60000
Do Until Keyin(l l,20)<>0 Or Keyin(14,20)=0
Out 31,1 'extend motor reverse
Loop
Out 31,0 'extend motor off reverse
Pwmoff0
Incr cycjogs
If cycjogs>=255 Then cycjogs=255 Eewrite ds+3,cycjogs,l
End If

If Keyin(12,20)=0 And Keyin(10,20)=0 Then 'jog the fire motor forward
Pwm l,slow,60000
Do Until Keyin(l 0,20)<>0 Or Keyin(12,20)<>0 Or Keyin(15,20)=0
Out 32,1 'fire motor forward
Loop
Out 32,0 'fire motor off forward
Pwmoff 1
Incr cycjogs
If cycjogs>=255 Then cycjogs=255
Eewrite ds+3,cycjogs,l
End If

If Keyin(12,20)=0 And Keyin(l 1,2O)=O Then 'jog the fire motor reverse
Pwm l,slow,60000
Do Until Keyin(l l,20)<>0 Or Keyin(12,20)<>0 Or Keyin(16,20)=0
Out 33,1 'fire motor reverse Loop
Out 33,0 'fire motor off reverse
Pwmoff 1
Incr cycjogs
If cycjogs>=255 Then cycjogs=255
Eewrite ds+3,cycjogs,l
End If

Loop

Do Until Keyin(l 0,2O)=I And Keyin(l 1 ,2O)=I 'let off both buttons before exiting jog routine
Delay 10
Loop
Out 20,0 'turn on e/r button leds
Out 21,0
Delay 1000
End Sub

'伸長制限を満たすまで伸長する

Sub extend()
Out 22,0 'turn off fire button led while extending
Out 21,0 'turn off retract button led while extending

Pwm 0,fast,60000
Do Until Keyin(l0,20)=1 Or Keyin(l3,20)=0 'extend until either the extend limit is closed or the extend button is released
Out 30,1 'ER motor forward DDD
Loop
Out 30,0 'DDD

If firstout=0 Then 'this will keep the extend motor going on the first extension until the anvil is all the way out
Do Until Keyin(l3,20)=0
Out 30,l 'DDD
Loop
End If
Out 30,0 'DDD
Pwmoff 0
Incr cycers
If cycers>=255 Then cycers=255
Eewrite ds+2, cycers, 1
If Keyin(l3,20)=0 Then firstout=l 'set the firstout flag to enable fire button
Out 20,0 'turn off extend led
End If
End Sub

'ｃｍスイッチが開になるまで収縮

Sub retract()
Out 22,0 'turn off fire button led while retracting
Out 20,0 'turn off extend button led while retracting

Pwm 0,fast,60000
Do Until Keyin(l1,20)=1 Or Keyin(17,20)=l 'retract until either the lcm switch goes open or the extend button is released
Out 31,1 'ER motor reverse
Loop
Out 31,0
Pwmoff 0
Incr cycers
If cycers>=255 Then cycers=255
Eewrite ds+2, cycers, 1
If Keyin(17,20)=l Then
firstback=l
Out 21,0 'turn retract led off
End If
If firstout=l And firstback=l Then arm=l 'set the arm flag to arm the fire button
End Sub

'DATADUMP ルーチン

Sub datadump()
Dim chef As Byte
Dim tf As Byte 'total fires
Dim ta As Byte 'total aborts
Dim ers As Integer
Dim tj As Byte
Dim tdd As Byte
Dim stan As Integer
Dim kyle As Byte
Dim token As Byte
Dim ike As Byte
Dim kenny As Byte
Dim sn As Byte

tf=0
ta=0
ers=0
tj=0
tdd=0

Eewrite ds+4,1,1 'write 1 to the ds+4 eeprom register denoting that datadump was accessed
Delay 1000 sn=Eeread(0,l)
Debug "Circular Stapler Stored Data",Cr
Debug "Version ",ver,Cr
Debug "KMS Medical LLC5Cr
Debug "-----------------------";Cr
Debug Cr
Debug "Serial Number: ",Dec sn,Cr
powerons=Eeread(2, 1 )
If powerons>=255 Then powerons=255
Debug "Total Cycles: ",Dec powerons,Cr
Debug Cr
Debug "----------------------------",Cr
Debug Cr
For stan=5 To (powerons*5) Step 5
Debug "Cycle ",Dec (stan/5),Cr
Debug "-----------------------------",Cr
chef=Eeread(stan, 1 )
tf=chef+tf
Debug "Completed Fires: ",Dec chef,Cr
kyle=Eeread(stan+ 1,1)
ta=kyle+ta
Debug "Aborted Fires: ",Dec kyle,Cr
token=Eeread(stan+2 , 1 )
ers=token+ers
Debug Ε/Rs: ",Dec token,Cr
ike=Eeread(stan+3 , 1 )
tj=ike+tj
Debug "Jogs: ",Dec ike,Cr
kenny=Eeread(stan+4, 1 )
tdd=kenny+tdd
Debug "Datadumps: ",Dec kenny,Cr
Debug Cr
Next 'stan

Debug "--------------------------------------",Cr
Debug "Cycle Totals",Cr
Debug Cr
Debug "Completed Fires: ",Dec tf,Cr
Debug "Aborted Fires: ",Dec ta,Cr
Debug "E/R Presses: ",Dec ers,Cr
Debug "Jog Presses: ",Dec tj,Cr
Debug "Datadumps: ",Dec tdd,Cr
Debug Cr

Delay 1000
For x=l To tfblink the number of completed firing cycles
Out 22,1
Delay 500
Out 22,0
Delay 500
Next 'x
Do Until Adin(0)>800 And Keyin(3,20)=l 'wait until datadump buttons are released
Loop
End Sub

'最初の射出

Sub initialfire()
Dim f As Integer
Dim p As Integer
Dim t As Integer
Dim y As Integer
Dim z As Integer
Dim q As Integer
Dim timmy As Integer
Dim butter As Integer
Dim numblinks As Integer
Dim fbcount As Integer

Debug clr,Cr

'turn off extend and retract buttons to show that they are not active for abort?
Out 20,0 'extend button
Out 21,0 'retract button

bail=0
t=15 'total blink time
p=3 'number of blink periods
Pwm 0,fast,60000
'start blink and adjust pinch motor to force
f=(t*1000)/p
fbcount=0
If Keyin(12,20)=l Then fbcount=l

For y=l To p
numblinks= (t*y)/p

For z=l To numblinks
timmy=f/numblinks
butter=timmy/50 'calibrate this to seconds

If timmy=0 Then timmy=l
If Keyin(12,20)=0 And fbcount=l Then
bail=l 'set abortfire flag
Exit For
End If
If Keyin(12,20)=l Then fbcount=l
Do Until Keyin(19,20)=0 Or Keyin(14,20)=0 'retract until force switch met or retract limit met
Out 31,1
If Keyin(12,20)=0 And fbcount= 1 Then
bail=l 'set abortfire flag
Exit Do
End If
If Keyin(12,20)=l Then fbcount=l
Loop
If baiM Then Exit For
Out 31,0
Out 23,1 'force led
Out 22,1 'fire button led
For q=0 To butter
Delay 10
If Keyin(12,20)=0 And fbcount=l Then
bail=l 'set abortfire flag
Exit For
End If
If Keyin(12,20)=l Then fbcount=l
If Keyin(19,20)=l Then Out 23,0
Next 'q
If bail=l Then Exit For
Do Until Keyin(19,20)=0 Or Keyin(14,20)-0 'retract until force switch met
Out 31,1
If Keyin(12,20)=0 And fbcount=l Then
bail=l 'set abortfire flag
Exit Do
End If
IfKeyin(12,20)=l Then fbcount=l
Loop
Out 31,0
Out 23,1

If Keyin(12,20)=0 And fbcount=l Then
bail=l 'set abortfire flag
Exit For
End If
If Keyin( 12,20)= 1 Then fbcount= 1

Out 22,0
For q=0 To butter
Delay 10
If Keyin(12,20)=0 And fbcount=l Then
bail=l 'set abortfire flag
Exit For
End If
If Keyin(12,20)=l Then fbcount=l

If Keyin(l9,20)=1 Then Out 23,0
Next 'q
If bail=l Then Exit For
Next 'z
'Debug Dec? fbcount,Cr
If bail=l Then Exit For

Next 'y
Pwmoff 0
If bail=l Then
abortfire
Else
'staplerangecheck
finalfire
End If
End Sub

'ステープル範囲確認ルーチン

Sub staplerangecheck()
srstatus=Keyin(29,20) 'read the staplerange limit switch
If srstatus=0 Then
finalfire
Else
abortfire
End If
End Sub

'最終射出ルーチン

Sub finalfire()
Out 23,0 'turn force led off
Out 20,0 'turn extend led off
Out 21,0 'turn retract led off
Out 22,1 'Turn on fire led to signify final fire abort ready
Pwmoff 1
'Pwm l,fast,60000
'Out 32,1 'fire motor forward DDD
completefire=l
Do Until Keyin( 15,20)^0 'fire forward until forward limit is met
If speed>=60000 Then speed=60000
If speed<60000 Then
speed=speed+10000
End If
Pwm l,speed,60000
Out 32,1
Delay 50
If Keyin(12,20)=0 Then Or Keyin(10,20)=0 Or Keyin(l1,20)=0
bail=l
Exit Do
End If
Loop
Out 32,0 'fire motor fwd off DDD

speed=0

Delay 250
Do Until Keyin(16,20)=0 'retract fire motor
If speed>=60000 Then speed=60000
If speed<60000 Then
speed=speed+10000
End If
Pwm l,speed,60000
Out 33,1
Delay 50
Loop
speed=0
Out 33,0
Pwmoff l
Out 22,0 'turn fire led off
Out 21,0 'turn off retract led
extendonly=l
Incr cycnumfires
If cycnumfires>=255 Then cycnumfires=255
Eewrite ds,cycnumfires,l 'write the current cycle number of fires to the eeprom
Delay 200
End Sub 'return to the main routine

'射出打ち切り

Sub abortfire()
'Debug "Fire aborted before firing! !",Cr
Out 31 ,0 'turn retract motor off
Out 32,0 'turn fire forward off DDD
Out 23,0 'turn force led off
Pwm l,fast,60000
Delay 250
Do Until Keyin(l 6,2O)=O 'retract fire motor
Out 33,1
Loop
Out 33,0
Pwmoff 1 Out 22,0 'turn fire led off
Incr cycabortfires
If cycabortfires>=255 Then cycabortfires=255
Eewrite ds+1, cycabortfires, 1 'write the current cycle abortfires to the eeprom
Delay 200
homeextend 'extend to lcm
End Sub
上記には、エンドエフェクタの着脱可能および／または交換可能な部分を具える同定装置を用いる可能性も開示されている。このような識別装置は、例えば、追跡用法または（track usage and inventory）として用いることができる。
識別装置の一例は、無線周波数を用い、ＲＦＩＤとして呼ばれるものである。医療用ステープラが、本書に開示するような再装填可能で交換可能なステープルカートリッジを用いる場合、ＲＦＩＤをステープルカートリッジに装填して、特定のステープラと、ハンドルに付属しうる可換ステープルカートリッジを検知するＲＦＩＤをステープルカートリッジリーダとの互換性を確かめてもよい。このような構成において、リーダはカートリッジに装填されたＲＦＩＤをステープルカートリッジに呼びかけ信号を送る。ＲＦＩＤはステープラを照合するユニークなコードで応答する。ステープラカートリッジが照合通りのラベルである場合、ステープラはアクティブとなり、使用可能となる。しかしながらカートリッジが拒否された場合、ステープラは拒否表示を出す（例えば、ＬＥＤ点滅、可聴音、視覚表示）。近くのカートリッジの偶発的または不正確な読み込みを避けるために、ＲＦＩＤリーダのアンテナは、ステープルカートリッジがステープラに搭載されるか非常に近い場合のＲＦＩＤのみを読み込む（最適には、装置の遠位端部で）。ＲＦＩＤの使用は、機械的ロックアウトと組み合わせて、確実にステープルカートリッジごとに１の射出サイクルのみが行われるようにする。ＲＦＩＤは、リーダが高価で、アンテナを比較的大きくする必要があり、読み取り距離が比較的狭く、通常は数センチメートルという不都合がある。
他のワイヤレス認証を用いてもよい。アクティブＲＦＩＤを用いてもよい。同様に、赤外線（ＩＲ）通信装置を用いてもよい。しかしながら、これらはいずれも受信端で電力を生成する必要があり、これがコストとサイズの不利益となる。
他の認証装置の例は、暗号化である。暗号化により数字の処理が必要となり、これらの計算に伴って処理チップ（例えばマイクロプロセッサ）が使用され、これらのいずれかはステープルカートリッジや可換型エンドエフェクタシャフトなどの可換部品の上に配置される。このような暗号化チップは、本発明の手術器具の最適化を分析する特定の特性を有する。第１に、可換部品用の別の電源は必要ない。このような電源を追加するコストのみならず、望まない重量までが追加され、他の部品または必要のない空間が占められる。このように、部品用の電源は、ハンドル内の既存の電源からとられるべきである。また、電源供給は常時保証されるべきである。可換部品は比較的小さく、これに対応して暗号化チップも小さい。さらに、ハンドルや可換部品の双方が使い捨て可能に構成されると、それ故、双方の暗号化プロセッサに使い捨てとするコストがかかる。最後に、可換部品の暗号化装置と、対応するハンドルの暗号化装置は小型化されるべきである。後述するように、本発明にかかる暗号化装置は、これらの望ましい特性のすべてを提供し望まない特性を制限するものである。
暗号化認証装置は、商業的に入手可能である。このような暗号化装置の一つは、Dallas Semiconductorで製造され、ＤＳ２４３２チップとして参照される。このＤＳ２４３２チップは、リーダとトランスポンダ間の暗号化認証を行うのみならず、装置特性情報を保存するのに用いるメモリを具え、これらの情報および使用については後に詳述する。ＤＳ２４３２の有利な特性は、１ワイヤ装置であることである。これは、電力と入力および出力信号の双方が同じ配線で送られることを意味する。このＤＳ２４３２のような１ワイヤ装置では、ハンドルとエンドエフェクタ間を接続するのに、ハンドル本体１０からアンビルネック３０を通って可換ステープルカートリッジ５０へ単一の配線が延びるだけでよい。この構成は、電機接続を最小限の量とする特性を満たし、これに対応して製造コストが低減する。ＤＳ２４３２チップはアースする必要があるが、金属のアンビルネック３０が導電性であり、装置１のアースに接続されており、このためＤＳ２４３２チップのアース接続の一実施例は、リードからネック３０への直接接続により達成することができる。
暗号化回路の一実施例は、第１の暗号化チップを可換部品（例えばステープルカートリッジ）に設けている。第１の暗号化チップのアースは可換部品の金属部分へと電気的に接続され、これが装置のアース、例えばネック３０へと電気的に接続されている。ＤＳ２４３２チップの１ワイヤ接続は、可換部品のどこかであるがアースから電気的に遮断された部分に電気的に接続される。例えば、可換部品が６０ｍｍ線形ステープルカートリッジである場合、ＤＳ２４３２は最後のステープルセットの遠位部と電気的に絶縁されたカートリッジの遠位端部に取り付けられるか埋め込まれる。この暗号化チップは、カートリッジのステープルが出るのと反対側に埋め込まれ、使用時に作業面にも曝された組織にも面しない。ＤＳ２４３２チップのアース線は、ステープルカートリッジの金属外側フレームに電気的に接続され、これがステープラのアースに電気的に接続されている。１ワイヤのリードは第１の導電装置（例えばパッド、リード、または双方）に電気的に接続され、これはカートリッジの金属フレームから電気的に絶縁されている。単一の導電性であるが絶縁された配線が、近位端部から回路ボードまたは装置のハンドル内の適切な制御電子部品に接続されている。この配線は、ステープラの他の部分、特にアースフレームとの電気接触から遮断されており、ハンドルからネックを通り可換部品の受けチャンバまで延びている。遠位端部において、絶縁配線は第２の導電装置（例えばパッド、リード、または双方）に曝されて電気的に接続され、これはカートリッジがエンドエフェクタ内で定位置にロックされたときに第１の導電装置と積極的に接触する形状である。このような構成により、２つの導電装置は可換部品（例えばステープルカートリッジ）がエンドエフェクタに挿入される度に直接的な電気接続を形成し、ある特定の実施例では、部品が正しく挿入された場合のみ接触が実現する。
ＤＳ２４３２はまた、面積が数ｍｍ四方であり、ステープルカートリッジといった小型の可換部品にチップを容易に取り付け可能とすると同時に、例えば５０ｍｍ２のサイズの小型化要求にも応えている。ＤＳ２４３２チップは、比較的安価であることに留意されたい。ＤＳ２４３２チップによるすべての通信が外部試験から隠れた状態に維持するには、ＤＳ２４６０（これもまたDallas Semiconductor が製造）を、ＤＳ２４３２から受信する暗号送信を内部で計算した期待される答えと比較するのに用いることができる。これら両方のチップの特性が、Dallas Semiconductors社のアプリケーションノート３６７５に開示されており、これは本書に全体として参照により組み込まれている。ＤＳ２４６０チップは、ＤＳ２４３２チップより実質的に割高であるが、ハンドルとともに使い捨てとしうる程度に廉価である。医療器具（例えば本発明の手術器具）の使い捨ての可換部品の数は、通常、この可換部品を受けるハンドルの数を相当上回る。したがって、ＤＳ２４３２チップが交換可能な部品に設けられ、ＤＳ２４６０チップをハンドルに設けると、低コストでの暗号化特性が満足される。ＤＳ２４６０チップが約３１ｍｍ２のフットプリントを有するため、所望の小型寸法が満たされる。アプリケーションノート２６７５の図２に説明される２つのＤＳ２４３２チップを用いた代替的な回路構成も存在し、ここで回路はローカルのマイクロプロセッサ（例えばマイクロプロセッサ２０００）との比較を行うことにより、高価な２４６０チップを不要としている。このような構成では、装置１に暗号化を付加するコストが低減するが、説明したように、この構成は比較される双方の数字を検査できるようにすることによってセキュリティ面を提供する。
暗号化を用いる医療器具の可換部品の電子認証プロセスを、ＤＳ２４３２チップを１つとＤＳ２４６０チップを１つ有する実施例で説明する。この暗号化装置の制御回路の例が、図３０に示されている。この実施例は、マイクロプロセッサ２０００を有する回路ボードが組み込まれたハンドルを具える線形ステープラを用いる。１の自由なＩ／Ｏピン２０１０がＤＳ２４６０の第１のリード２１１０に接続され、別のＩ／Ｏピン２０２０が第２のリード２１２０に接続されている。各可換部品２２００には、ＤＳ２４３２チップが設けられ、１ワイヤリードがマイクロプロセッサ２０００の第３のＩ／Ｏピン２０３０に接続されている。
処理を開始するには、可換部品２２００を装置に接続し、アースと１ワイヤリードに電気的に接続する。マイクロプロセッサ２０００が、装置１に新しい部品２２００が接続されたことを検知したら、認証ルーチンを実行する。最初に、マイクロプロセッサ２０００は、第１の通信ピン２０１０でランダム番号要求をＤＳ２４６０に出す。ＤＳ２４６０は予めプログラムされたシークレット番号を有し、これは可換部品２２００に含まれる各ＤＳ２４３２チップに登録されたシークレット番号と同じである。したがって、ＤＳ２４３２とＤＳ２４６０チップの双方に設けられたランダム番号が同じであれば、２つのチップからそれぞれ出力される結果は同一となる。ＤＳ２４６０はランダム番号を作成し、第２のピン２０２０を介してマイクロプロセッサ２０００に送り、これがピン２０３０を介して１ワイヤリードを超えてＤＳ２４３２に送られる。ＤＳ２４３２がこのランダム番号を受信したら、自身のＳＨＡ−１アルゴリズム（全国化学技術情報システム（ＮＩＳＴ）が開発）にかけて、暗号のハシュコード応答を生成する。このハシュコード応答は、１ワイヤリードを超えてマイクロプロセッサ２０００に返送され、ピン２０１０または２０２０のいずれかを介してＤＳ２４６０に送られる。この期間中、ＤＳ２４６０はまた、自身でハシュコード応答を算出する。最初に、ＤＳ２４６０は、内部的にＤＳ２４３２に送ったのと同じランダム番号を自身のＳＨＡ−１アルゴリズムにかけて、内部的に、生成したハシュコード応答を保存する。このＤＳ２４６０はまた、ＤＳ２４３２からマイクロプロセッサ２０００を通じて送信されたハシュコード応答を保存する。双方のハシュコード応答が照合され、これらが同一である場合、可換部品２２００は確認され承認される。これらのハシュコード応答が相違する場合、部品２２００は拒否され、装置は部品２２００が使えない状態か、特定の防衛手段が施されてからのみ使用可能とする状態となる。例えば、時間、日付、環境等に関するデータや、未承認の部品の特性を保存して、後に製造者（または販売店）へ一斉送信して、ユーザが装置に未承認の部品２２００を使用しようとしているか既に使用したことを製造者に通知するようにしてもよい。メッセージが暗号化されない場合、認証メッセージは傍受され偽造され、盗まれ、または部品２２００を認可された業者から購入せずに未承認の部品２２００が使用されてしまう。本書における一実施例では、ラインを横切って送信される情報で試験しうる唯一のものは、単一のランダム番号と単一のハシュコード応答である。このＳＨＡ−１で生成した応答を解読するには数百年かかると言われており、これによりリバースエンジニアリングの動機が低減される。
本例で使用するチップはいずれも、認証が成立した場合にアクセス可能となる安全なメモリを有し、それぞれがメモリ内に保存される複数のシークレットキーを持つようプログラムされてもよい。例えば、ＤＳ２４６０は内部に複数のキーが保存されており、部品２２００はそれぞれこれらに保存されセットの複数のキーから選択される唯一のキーを有する場合、ＤＳ２４６０は、部品２２００の「通常の」単一のキーに対する「マスター」キーとして作用する。
本発明の手術器具の可換部品を認証すると、多くの肯定的な効果を得ることができる。第１に、装備の製造者はユーザが未承認部品を使用するのを防止することができ、これにより承認された部品のみを確実に使用させることができる。これは製造者が可換部品の売上げからロイヤリティを受け取れることを保証するばかりでなく、製造者は手術器具の高度な品質を保証することができる。暗号化回路を具えるメモリを有することにより、本発明による利益が飛躍的に増大する。例えば、線形ステープラの１のエンドエフェクタが３０ｍｍ、６０ｍｍ、１２０ｍｍのステープルカートリッジを収容する場合、例えば、カートリッジの各サイズに個別のキーが付与されるとともに、ハンドルはこれらの３つのキーをそれぞれ保存し利用するようプログラムすることができる。他の２つとは異なるいずれか１に対応する内部演算されたハシュコード応答を受信すると、ハンドルはどの種類のカートリッジが装置に挿入されたかを判別することができる。各カートリッジはメモリ内に、例えば多様なカートリッジサイズによって異なるステープルスレッド動作長などカートリッジ特有のパラメータを有してもよく、これにより検出されるカートリッジによってハンドルが異なる動作をしてもよい。確認されたパラメータは、特定の部品の改訂レベルを示してもよい。例えば、第１版のカートリッジはいくつかの使用パラメータを有し、このカートリッジを検出した場合に、ハンドルが第１版のカートリッジを使用せずに第２版のカートリッジを使用するようにしたり、その逆としたりすることができる。
暗号化チップにメモリを具えると、このカートリッジは他の種類のデータを追跡できるようになる。例えば、カートリッジは過去に連結された各ハンドルの識別子、カートリッジから射出したハンドルの識別子、時間、日付、他の使用および／または接続されたときの時間データ、カートリッジを射出するまでにかかった時間、ステープル射出に射出トリガが何回作動したか、および他の類似のパラメータを保存してもよい。具体的には１のパラメータはカートリッジが誤動作したときのデータを記録してもよい。これにより製造者は、カートリッジの誤作動またはユーザエラーが生じたときに、例えば、後に検証して利用者に改善策や他の訓練を施す助けとすることができる。ハンドルに利用可能なメモリを設けると、他例えば各処置の長さ、各ステープル射出の速度、各射出で生成されるトルク、および／または各射出を通してかかる負荷などのハンドル関連パラメータを保存することができる。このメモリは、単にハンドルにあるリチウム電池で何年も駆動することができる。したがって、ハンドルのデータの長寿は保証されている。このメモリは、利用者によるこのハンドルの使用をすべて、対応する日付データとともに保存することができる。例えば、ハンドルが一度の手術処置での利用のみ承認されているが、このハンドルが数日または数週間あけてステープルカートリッジが射出されたデータがある場合、これが最終的にリサイクルのために製造者に戻されたとき、製造者はこの利用者（病院、医師、クリニック等）がハンドルを不適切に、そしておそらくは危険な状態で使用したことを検出できる。暗号認証は、着脱式電池パックにも同様に利用できる。さらに、装置の様々な部分にセンサを設けて暗号化チップのメモリ内に格納される情報を送るようにしてもよい。例えば、温度センサがカートリッジが射出される際の手術室の温度を送信するようにしてもよい。この測定温度は、手術中の不適切な温度管理により後に感染症が生じた場合に用いることができる（例えば、空調が使えない国など）。
ステープラが使用中に動作不良となるような好ましくない場合のために、機械的補助手動装置またはベイルアウトを設けて、手で患者から装置を取り外せるようにする。すべてのベイルアウトの使用は、これらの暗号化チップにあるメモリに記録することができる。さらに、なぜベイルアウトが必要となったのかを示すデータも保存して、後に確認できるようにする。品質維持のため、ベイルアウトが検出されたら、ハンドルは顧客／利用者にベイルアウトの使用を伝える証明書が送られるようプログラムしてもよい。
上述の通り、本発明は上記実施例で用いたような円形ステープラに限らず、例えば線形ステープル装置などの様々な手術用のステープルヘッドに適用することができる。したがって、以下の多くの説明の実施例で線形ステープラが使用される。しかしながら、本書における線形ステープラの使用はそれに限定されると解釈されてはならない。
上述した構成要素は、線形および円形ステープラのステープル制御軸８０の周囲に存在するものであり、これらの要素はステープル制御アセンブリ２００を構成する。上述したように、正しくステープルを出して組織を切開するのに必要な力は２００ポンド以上であり、好ましくは２５０ポンド以下である。人体組織（例えば、結腸組織）の手術用線形ステープラで所望のステープルおよび切開機能を実現するのに最低限の要求は：
１）約３秒以内で約６０ｍｍ（〜２．４”）のストロークに約５４．５ｋｇ（１２０ポンド）をかける、
２）約８秒以内で約６０ｍｍ（〜２．４”）のストロークに約８２ｋｇ（１８０ポンド）をかけるものである。
本発明の電気駆動式ハンドヘルド型手術用線形ステープル装置は、後述するように新規な方法で最適化され、これらの要求を満たすことができる。
上述した要求を満たすのに必要な力を生成すべく、機械的アセンブリの最大出力（ワット）は、これらの要求の最大リミットに基づいて計算される必要がある：８２ｋｇ超６０ｍｍで３秒。これらの特徴の数学的変換は、ドライブトレインの出力に必要な最大約１６ワットの動力を生成する。モータの効率は１００％未満であり、ドライブトレインの効率もまた１００％未満であるため、電力から動力への変換は１：１ではない。これら２つの効率の積が、全体の効率を構成する。１６ワットの動力を生成するのに必要な電力は、全体効率の逆関数により１６ワットより大きくなる。必要な電力が定まったら、最低限の電力要求を満たすかについて利用可能な電源が確認される。その後、尾となる電源の確認と最適化が行われる。この分析は後の記載で詳述する。
電源とモータのマッチングと最適化は、双方の個々の特性に着目することを含む。電気モータの特性を確認するとき、大きなモータは、小さなモータより高い効率で所定量の作業を実行する。希土類磁石またはコアなし構造のモータは、小さな寸法で同じ出力が出せるが、コスト高である。さらに、通常は、所定時間で同じ出力を出すよう設計された場合には大きなモータの方が小さなモータよりコストが低い。しかしながら大きなモータは、手術用ステープル装置に用いた場合には、配置されるハンドルのサイズが施術者の手のサイズに制限されるため、望ましくない特性となる。施術者は装置が小さく軽量であることを望み、大きく重いことを望まない。これらを考慮して、本発明の手術用ステープラハンドルに用いる場合のコスト、サイズ、重量が最適化される。
施術者の手の中で用いるのに利用可能なモータは、比較的安価なセラミック磁石を用いるモータや、比較的高価な希土類磁石（例えばネオジム）を用いるモータを含む。しかしながら、後者の出力増加を前者と比較すると、後者のコスト増加に実質的に見合うほど十分に大きくない。したがって、ハンドル内に使用するにはセラミック磁石モータを選択できる。モータの実施例は例えば標準サイズ（直径）が２７．５ｍｍまたは２４ｍｍである。これらのモータの効率は約６０％である（サイズと負荷により３０％以下まで下がる）。これらのモータの速度は無負荷で約３０，０００ｒｐｍである（２０，０００乃至４０，０００ｒｐｍ）。
このような従来のモータを使用しても、さらにサイズを小さくすることが望まれる。このため、発明者は同様の出力だがサイズをかなり小さくしたコアレス、ブラシタイプ、ＤＣモータを開発した。例えば、１７ｍｍ直径のコアレスモータは、２４ｍｍ直径のモータと殆ど同じ出力を出すことができる。通常のモータと異なり、このコアレスモータの効率は８０％以上である。コアレスモータの殆どは、希土類磁石を用いる。
このように制限された大きさと得られる動力では、効率の大きな機械的ギアトレインを選択することが望まれる。最終的なドライブトレイン制御段階でラックアンドピニオンアセンブリを配置すると、通常はラックアンドピニオンの効率が約９５％であり、スクリュドライブの効率が約８０％であるため、スクリュドライブと比較して最終段階で高効率となる。線形電気ステープラの場合、ステープラが６０ｍｍカートリッジを有する場合にはステープル／切開機構には６０ｍｍの移動範囲がある（３０乃至１００ｍｍの範囲のカートリッジを用いることができるが、説明目的で６０ｍｍを用いた例とする）。この移動範囲は、３秒で、全体を移動する場合のラックアンドピニオンの秒速は０．８インチである。これを妥当なサイズのラックアンドピニオンアセンブリで実現しようとすると、ギアトレインはモータ出力を約６０ｒｐｍに落とす必要がある。モータの出力速度が約３０，０００ｒｐｍであるとすると、ドライブトレインの速度低下は約５００：１となる。このモータでこの低減を実現するには、５段階のドライブトレインを選択する。このようなドライブトレインの効率は各段階で約９７％であることが知られている。したがって、約９５％の効率を組み合わせたラックアンドピニオンの全体効率は、（０．９５）（０．９７）５すなわち８２％である。この８２％にモータ効率６０％を組み合わせると、ドライブトレインの効率は、電気的なものから機械的な効率全体で、約４９．２％を生ずる。この全体効率を知ると、所望の条件下でステープラに必要な電力量を算出すると、ステープル／切開する力を生成するのに算出した値の約２倍が必要となる。
上述した要求を満たすのに必要な力を生成するには、機械アセンブリの出力（ワット）は、８２ｋｇで６０ｍｍを３秒が約１６ワットに基づいて算出することができる。全体の機械効率は４０．２％であることが分かるため、電源からは３２．５ワットが必要となる（機械的１６ワット〜電気的３２．５ワット。ワットｘ０．４９２全体効率）。この電力の最低要求で、ステープラを励起する電池の種類が特定され、これはこの場合で高出力リチウム一次電池を含む。高出力リチウム電池（例えばＣＲ１２３やＣＲ２電池）の公知の特性で、電池毎に５ピークワットを生成することがある。したがって、少なくとも６つの電池を直列にすると、およそ３２．５ワットの要求された電力を生成し、これが１６ワットの動力に変換される。製造される各種の高出力リチウム電池が、ピーク出力供給において異なる特性を有しこれらの特性はかかる負荷により異なるため、最適化はここで終わりではない。
第１の製造元の１の電池を第２の製造元の別の電池と区別する多様な特性の相違が存在する。比較しうる有意な電池特性は、１の電池から得られる出力を制限するものであり、これは以下のいくつかを含む：
・セル内の電解質の種類
・電解質の濃度および化学組成
・陽極と陰極がどうやって作られているか（化学的あるいは機械的構造の両方）
・ＰＴＣ（抵抗の正温度係数）装置の種類と構造
これらの特性の１またはそれ以上を試験すると、ステープル装置への使用に最も望ましい電池を選択するのに価値ある情報を与えてくれる。最後の特性、すなわちＰＴＣ装置の動作の試験により、望む作業を行う電池種類の最適化が実現する。
大多数の電源が、長時間にわたって、相対的に安定かつ効率的に動作することが求められている。電源を設計・構成する場合、通常は少ない回数の使用のために寿命の短い電源を選択することはない。しかしながら、電気ステープル装置の電源はほんの数回、短期間のみ使用される。使用の都度、モータはピーク負荷に耐えてエラーなく動作する必要がある。これはつまり、手術用ステープラでは、ステープル／切開機能は単一の医療処置で行われ、最大使用が１０から２０のサイクルカウントで、各回で可能な限りの装置のピーク負荷に対処するよう求められる。この１の処置の後、装置は使用不能となり破棄される。このため、本発明のための電源は、他の従来の電源とは異なる構造である必要がある。
本発明にかかる装置は、装置内で使用されない場合の電池に求められる寿命と比較して、制限された寿命をもたせて構成される。このように構成すると、装置はこの規定された「寿命」の後には殆ど作動しない。電池などの内蔵型電源は、ある種の使用後に回復する機能がある。本発明への最適化では、装置は、規定された処置において、処置後に使用時間が経過したら継続処置が制限されるかできなくなるよう構成される。装置が回復して別の処置に再使用可能であっても、装置は予定される１回の使用期間または使用時間の集合範囲の外では電源が強化レベルで作動できなくなるよう設計される。これを念頭に、この装置電源の寿命または臨床上の寿命が規定され、この寿命は使用意志として説明されてもよい。この利用可能／臨床上の寿命は、装置が予想通り作動するかを確認する試験期間中の使用の期間または事象を含まない。この寿命はまた、装置が予定された処置以外で作動した、すなわち手術処置に関連して作動されなかった他の回数を含まない。
市場で入手可能な従来の電池は、２種類の使用のために設計されている：（１）短期間でかなり大きな出力（例えばカメラのような大放出デジタル装置）、または（２）長期にわたって少ない出力（例えばコンピュータのクロックバックアップ）。これらの動作のいずれかでなければ、電池はヒートアップを開始する。これをチェックせず放置したら、電池は化学作用で例えば爆発するなどの有意な損傷を引きおこす場合がある。明らかに、電池の爆発は避けるべきである。このような極端な状態は、今までの電池でＰＣＴ装置−電池の温度が上がるにつれ電池の伝導を制限するよう構成された装置（正温度係数抵抗）を設けることにより回避している。このＰＴＣ装置は、電池および／または回路を過電流や過熱状態から保護する。重要なことは、ＰＣＴ装置は電池を外部の回路短絡から保護するとともに、短絡回路が除去された後も電池が継続機能できるようにする。いくつかの電池では、ワンタイムヒューズを用いて回路短絡および／または過熱保護を保護している。しかしながら、ヒューズ付きの電池で偶発的な回路短絡があるとヒューズが開放され、電池が使用不能となる。ＰＣＴで保護された電池は、ヒューズ式電池に比べると、短絡回路が除去されたら自動的にリセットして電池の通常動作を可能とするため利点がある。モータは何回か従来の一般的な高出力アプリケーションより大きい電流を流すため、このＰＴＣ装置の特性の理解は本発明で重要となる。
ＰＴＣ装置は陽極および陰極と直列的に設けられ、例えば一部導電層を２つの導電層で挟んで構成される。この装置は、通常動作の温度（装置が適用される回路の状態によるが、例えば、室温から４０°Ｃまで）では低抵抗状態である。例えば回路短絡の形成または過度の放電（装置が適用される回路の状態によるが、例えば６０°Ｃから１３０°Ｃ）などにより異常な大電流が生じると、このＰＴＣ装置は極高抵抗モードに切り替わる。設置するだけでＰＴＣ装置は回路に含まれて、この回路に異常な電流が流れて装置が高温状態となると、これにより高抵抗状態となり回路を流れる電流を最低限のレベルに低減して、回路と電池の電気素子を保護する。最低レベル（例えばピーク電流の約２０％）では、電池は「安全」レベルまで冷却され、大きな出力を供給できるようになる。このＰＴＣ装置の部分導電層は、例えば、カーボンパウダーとポリオレフィン樹脂で構成される。これらの装置はこの分野で説明されよく知られているため、これ以上の説明は不要である。
異なる製造元のＰＴＣ回路は異なる特性で動作するため、本発明はこれを役立てて特定のモータと特定の使用に適合する特定の電池を選択する最適化を行うことができる。ＰＴＣ装置が高抵抗状態に切り替わった時間の確認を、特定のモータと電池へのドライブトレインを最適化する目安として用いることができる。いつＰＴＣ装置が切り替わるかを知ることが望ましく、これにより通常のステープラ使用においてＰＴＣ装置がこの変化を起こさなくなる。
電池の実施例は、約３アンペアから約８アンペアまでの多様なレベルで用いられる。ハイエンドでは、ＰＴＣ装置はほぼ即座に高抵抗状態へと変化して、標準的なＣＲ１２３電池にこの電流レベルは高すぎるとする。４−６アンペアでは、ある製造元の電池は他の製造元の電池より早くＰＣＴが作動することが判明している。第２の製造元のＰＴＣ移行期間は４アンペアで３分以上、５アンペアで約２分、６アンペアで約５０秒である。これらの期間はいずれも、８秒ピーク負荷要求よりかなり大きい。したがって、第２の製造元の電池が、第１の製造元の電池と比較してピークアンペアでの使用に最適であることが判明する。
当初は、低いか一定の出夏で高いアンペアとすると、電池から高出力が生成されると推測されていた。６セル直列構成に基づくと、ピーク電圧は１８ボルトでピーク電流は６アンペアしかない。電池を並列とすると、理論的には、ピークアンペアが高くなり、３ｘ２構成（３つの電池の直列セットを２つ並列にする）では、ピークで９ボルトでピークで１２アンペアとなる。
異なる多くの電池を検証したうえで、比較的低い電圧（約１．５〜２ボルト）で約４−６アンペアとすると、最大のワット出力が生成されることが判明した。２つの６電池構成を確認してみた：６ｘ１の直列接続と、３ｘ２の並列接続である。３ｘ２構成は、約１０アンペアと大きなピークアンペアを生成した。６ｘ１構成は、ピークアンペアがおよそ６であり、単一の電池ではＰＴＣ装置が状態を変える前にピークで５−６アンペアが可能であった。この情報は、使用時に直列グループの様々な個々の電池がそのＰＴＣ装置を作動させ、これによりグループ全体の電池を流れる電流が制限される。したがって、低い電圧でピークアンペアを生ずる暫定的な結論は、３ｘ２構成が支持される。
４ｘ１、６ｘ１、３ｘ２の３つの異なるＣＲ１２３電池構成で、所定の通常のギア構成で１２０＃と１８０＃の負荷でピニオンがラックを動かす早さが試験された（毎秒インチ（「ＩＰＳ」））。この現実の動的負荷試験の結果が、図３１のチャートに示されている。１２０＃負荷について、
・４ｘ１電池パックでは、約２．５アンペア、約８ボルトで、負荷を約０．６ＩＰＳで駆動した。
・６ｘ１電池パックでは、約２．５アンペア、約１３ボルトで、負荷を約０．９ＩＰＳで駆動した。
・３ｘ２電池パックでは、約２．５アンペア、約６ボルトで、負荷を約０．４ＩＰＳで駆動した。
１８０＃負荷について、
・４ｘ１電池パックでは、約４アンペア、約７．５ボルトで、負荷を約０．６５ＩＰＳで駆動した。
・６ｘ１電池パックでは、約４アンペア、約１２ボルトで、負荷を約０．９ＩＰＳで駆動した。
・３ｘ２電池パックでは、約４アンペア、約７ボルトで、負荷を約０．４ＩＰＳで駆動した。
明確に、ピーク電流は制限され、この限界は負荷に依存する。この実験は、所定の負荷では電源に拘わらず電流は同じとなるが、電池構成によって電圧は変化することを示している。各負荷について、予想通り、６ｘ１構成で出力が大きく、３ｘ２構成で少なかった。ここから、電池パックの合計出力は電流ではなく電圧により変化し、このため、並列構成（３ｘ２）はこの電源を最適化する方法ではない。
従来は、モータの仕様を設計する際に、モータの巻線は当該モータが駆動する予想電圧に適合される。このマッチングは個々のサイクルの期間と製品に望む全体寿命とを勘案する。電気ステープル装置の場合、モータは非常に短いサイクルかつ非常に短い寿命でのみ使用され、従来の適合方法では最適とならない。モータの製造元は、巻線の巻数に応じてモータの定格電圧を決定している。巻数が少なければ、定格電圧も低い。所定のモータ巻線のサイズ内では、巻数が少ないとワイヤを多く使用することができ、巻数が少ないと巻線の抵抗が小さくなり、巻数が多いと抵抗が大きくなる。これらの特性は、このモータがオーバードライブした場合に熱とダメージの多くを生成するモータの最大電流を制限する。本発明において望ましい構成は、巻線の抵抗が最小で、電源（すなわち電池パック）から最大電流を出すものである。モータの定格より高い電圧でモータを駆動すると、同じサイズのモータでも有意に大きな出力を出す。この特性は、巻線抵抗（すなわち巻数）が異なる以外は殆ど同一のコアレスモータを試験して得られる。例えば、６つの電池（すなわち、１９．２ボルトで）で１２ボルトと６ボルト定格のモータを駆動する。１２ボルト定格のモータは、０．７アンペアを出すときに電圧降下が僅か１８ボルトでピーク出力が４ワットである。比較すると、６ボルト定格で電圧降下が１５ボルトのモータは出力１５ワットだが、電流２アンペアである。このように、抵抗の低い巻線を選択して電池の出力を十分に引き出すようにする。モータ巻線は特定の電池パックとバランスさせるべきであり、失速状態ではモータはＰＴＣを作動させるのに十分な電流を電池から引き出さず、この状態では手術中に手術用電気ステープラを使用するのに許されない遅延例が生じる。
６ｘ１の電池構成が、電気ステープル装置の要求を満たすのに十二分であることが分かる。それにも拘わらず、この時点で、要求される作業を行うのに６つの電池が必要なのかを確認すべく電池をさらに最適化することができる。４つの電池で試して、１２０＃負荷の下で、モータ／ドライブトレインは６０ｍｍスパン以上のラックを３秒以内に動かせなかった。６つの電池で試して、１２０＃負荷の下で、モータ／ドライブトレインは６０ｍｍスパン以上のラックを、要求される３秒よりかなり早い２．１秒で動かせることが確認された。さらに、１８０＃負荷の下では、モータ／ドライブトレインは６０ｍｍスパン以上のラックを、要求される８秒よりはるかに早い２．５秒で動かせることが確認された。この時点で、「制御不能の（runaway）」ステープル／切開が生じないように電源および機械レイアウトを最適化することが望ましく、換言すれば、負荷が要求される最大１８０＃またはさらに最大１２０＃より有意に小さい場合、ラックはあまり早く動かない方が望ましい。
ギアの減速比および駆動システムは、射出ストローク間にモータがピーク効率近くを維持するよう最適化される必要がある。３秒で６０ｍｍの望ましいストロークは、最小ラック速度が２０ｍｍ／秒（〜０．８インチ／秒）を意味する。最適化処理の変数の数を減らすために、ギアボックス内で基本の減速が３３３：１にセットされる。これはギアボックスの出力シャフト２１４とラック２１７間に存在するギアで行われる最終的な減速を残しており、ここでギアは例えばベベルギア２１５と（ラックを駆動する）ピニオン２１６とを具え、その簡単な例が図３２に示されている。
これらの変数は、３３３：１ギアボックスの出力シャフト２１４の１回転で移動するラックのインチ数へと組み込むことができる。ギアボックスの出力（ｒｐｍ）が変化しない場合、出力シャフトの回転（「ＩＰＲ」）ごとに移動するラックのインチを出力ｒｐｍに合わせる簡単な機能で、以下に示す所望の速度を得ることができる：
（６０ｒｐｍ−＞１回転／秒（ｒｐｓ）；１ｒｐｓ＠０．８ＩＰＲ−＞０．８インチ／秒）
このような理想化されたケースでは、速度に対してＩＰＲをプロットすると、真っ直ぐな線が出来上がる。固定の距離に対する速度は、さらに射出時間まで低減することができる。したがって、ＩＰＲに対する射出時間のプロットもこの理想的なケースでは真っ直ぐな線となる。しかしながら、モータの出力（ｒｐｍ）と、それ故ギアボックスの出力は、負荷によって変化するため一定ではない。負荷の程度により、モータが出力しうる出力量が決定される。負荷が増えると、ｒｍｐが減り効率が変化する。負荷を変化させた効率試験によると、効率のピークは丁度６０％以上と判明している。しかしながら、このピーク効率における対応する電圧とアンペアは、出力のピーク時点と同じではない。負荷が増大するのに伴い、電力の増加速度より効率の定価が早くなるまで電力は増え続ける。ＩＰＲが増大すると、速度が増加することが見込まれるが、ＩＰＲの増加に対応して機械的利益は低くなり、したがって負荷が増大する。この負荷が増大すると、段々増える高い負荷に応じて効率が落ちることは、ＩＰＲが大きくなってもラックからの出力速度が大きくならなくなる点が存在することを意味する。この性質は、ＩＰＲに対する射出時間（秒）のプロットにおける予測される真っ直ぐな線からの偏向として反映される。本発明のシステムの実験は、不要な機械的利益と不十分な機械的利益が約０．４ＩＰＲで生じることを示している。
このＩＰＲの値から、ベベルギア２１５の最終ギアの比を出力シャフトのスプロケットより約３倍大きくなるよう選択することが可能となる（３：１）。この比は約０．４のＩＰＲに変換される。
ここでベベルギアが最適化されたら、電池パックを再び試験して６つの電池を５つやさらに４つまで減らして、費用を節約するとともにハンドル内における電源に必要な容量をかなり減らすことができるかを判定する。約１２０＃の一定の負荷を最適化されたモータ、ドライブトレイン、ベベルギア、およびラックアンドピニオンに適用し、４つの電池を用いるとラックを６０ｍｍ動かすのに約５秒間かかる結果となった。電池５つでは、この自家は約３．５秒に減った。６つの電池構成では、この時間は２．５秒であった。したがって、この曲線を補完した結果は、最低５．５の電池構成となる。電池は整数でのみ供給される事実から、電気ステープル装置の要求に合うには６つの電池構成が必要となることが分かる。
このように、同じ電力特性を出すのに異なるサイズの電池を用いない限り、最小の電源量が固定値として算出される。ＣＲ２として参照されるリチウム電池は、ＣＲ１２３と似た電力特性を有するが、より小さい。このため、ＣＲ２で６つの電池の電源とすると、スペースの要求が１７％以上低減される。
上記詳述したように、電源（すなわち電池）、ドライブトレイン、およびモータは、手術処置を完了するために必要な時間枠内で所望の出力を供給する全体効率のために最適化される。各種の電源、ドライブトレイン、およびモータが試験され、その後電源、ドライブトレイン、およびモータの種類が、前記試験に基づいて所望期間だけ最大出力を供給するように選択された。すなわち、最大電力条件（電圧と電流）が所定期間（例えば約１５秒間）ＰＴＣを作動させずに存立しうるかが試験された。本発明は、電池がモータを駆動することにより力を抽出する方法を最適化する電圧−電流−電力の値を確認する。この最適化の後でも、電気ステープラ１の特性を改善する他の変更がなされてもよい。
他の種類の電源を用いてもよく、これは本書で「ハイブリッド」電池と呼ぶ。この構成では、再充電可能なリチウムイオンまたはリチウムポリマ電池が１またはそれ以上の上述の最適化された電池（またはサイズが小さいが電圧が同等または高い他の一次電池）に接続されている。この構成では、１のＣＲ２電池に含まれる合計エネルギがリチウムイオン電池を何回も充電するのに十分であるため、リチウムイオン電池がステープル／切開モータを駆動するが、一次電池は供給に限界がある。リチウムイオン電池やリチウムポリマ電池は内部抵抗が非常に低く、短期間で非常に高い電流供給が可能である。この有利な特性を活用すべく、一次電池（例えば、ＣＲ１２３、ＣＲ２または他の電池）は１０乃至３０秒間二次電池を充電し、これが射出時にモータの追加の電源を構成するようにしてもよい。リチウムイオン電池の代替例としてコンデンサの使用があるが、コンデンサは容量が不十分である。そうであっても、超コンデンサ（super capacitor）をモータ駆動システム内に設けてもよい；これはオペレータが追加の電力が必要と判断するまでここから電気的に分離されていてもよい。このようなとき、オペレータはコンデンサを追加のエネルギ「ブースト」として接続する。
上述したように、モータの負荷が所定の値を超えて増大した場合、効率は下がり始める。このような場合、複合比トランスミッションを用いて供給電力を所望期間変化させてもよい。効率が落ちるほど負荷が大きくなりすぎたら、複合比トランスミッションを用いてギア比を切り替えて、モータを例えば少なくとも１８０＃の力を供給しうる高効率の地点まで戻す。ただし、本発明のモータは前後方向の双方で動作する必要があることに留意されたい。後者の動作モードでは、組織を挟んで「からまった」状況からモータはステープル／切開器具から切り離せる必要がある。このため、前進ギアより大きな力を生じるリバースギアが有利となる。
例えば低ポンドから１８０ポンドまで大きく変化する負荷において、負荷範囲の下端部では駆動アセンブリが強力すぎてしまう可能性がある。このため、本発明は速度制御装置を具えてもよい。考えられる制御装置は、散逸（能動）制御器と、受動制御器がある。受動制御器の一例はフライホイールであり、例えばＰａｌｍｅｒらの米国特許出願番号２００５／０２７７９５５に開示されたエネルギ保存素子５６、４５６がある。別の受動制御器として「フライ」車輪がある。このようなアセンブリは、回転速度が高くなるほど力を吸収する風力抵抗を速度管理に用いており、このためモータが早くなりすぎた場合に速度管理機能を発揮する。他の種類の制御器は、モータがゆっくりと圧縮状態に圧縮する圧縮バネがある。作動が必要な場合、圧縮されたバネが解放され、比較的短期間にすべてのエネルギがドライブへ伝達される。さらなる制御器の例は、各ステージがそれぞれ多様な電池のサブセットに接続されたマルチステージスイッチがある。低い電力が欲しい場合、第１のスイッチまたはスイッチの第１の部分が作動して、電源回路における電池のいくつかのみが接続される。より多くの電力が求められるに伴い、利用者（または自動化されたコンピュータ装置）が以降の追加の電池を電源回路に接続する。例えば、６つの電池構成では、スイッチの第１の部分では最初の４つの電池を電源回路に接続し、スイッチの第２の部分で５つめの電池を接続し、スイッチの第３の部分で６つめの電池を接続する。
電気モータおよび付属のギアボックスは、使用時に一定のノイズを生じる。本発明のステープラは、ハンドルからモータおよび／またはモータのドライブトレインを分離して音声と振動特性の双方を低減し、したがって運用時に生じるノイズ全体を低減している。第１の実施例では、ハンドル本体とモータおよびドライブトレインの双方との間にダンパ材が設けられている。この材料は、ラテックス、ポリエステル、植物性の、ポリエーテル、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリオレフィン、ポリプロピレン、石灰酸、ポリイソシアネート、ポリウレタン、シリコン、ビニル、エチレン共重合体、伸張ポリエチレン、フルオロポリマー、またはスチロフォームなどの発泡体とすることができる。この材料は、シリコン、ポリウレタン、クロロプレン、ブチル、ポリブタジエン、ネオプレン、天然ラバー、またはイソプレンなどのエラストマであってもよい。発泡体は、閉細胞、開細胞、軟質、網状、またはシンタクチックであってもよい。この材料は、ハンドルとモータ／ギアボックスとの間の所定位置に配置されるか、モータ／ギアボックスを取り巻くチャンバ全体に充填されてもよい。第２の実施例では、モータとドライブトレインは、たまに「中華ボックス」または「ロシアのネスト人形」などと称されるネスト状の筐体構造内に隔離されてもよい。このような構成では、ダンパ材料はモータ／ギアボックスの周囲に配置され、これら２つはギアボックスシャフトが突出する第１の筐体内に配置される。その後、この第１の筐体が「第２の筐体」すなわちハンドル本体に搭載され、ダンパ材料は第１の筐体とハンドル内側の間に配置される。
本発明の電気ステープラは、手術に用いることができる。多くのステープル装置は一度のみ使用可能である。コストが比較的低いため、これらは１の医療処置の後に廃棄することができる。しかしながら、電気式の手術用ステープラはコストが高く、少なくともハンドルを１より多い医療処置に使用することが望ましい。したがって、ハンドル部品の使用後の殺菌が問題となる。使用前の殺菌も重要である。電気ステープラは、通常の殺菌処理（すなわちスチームやガンマ照射）に一般に耐えられない電気要素を含むため、このステープラは、例えば酸化エチレンガスなど他に考えうるより高価な手段で殺菌する必要がある。しかしながら、ガスによる殺菌にかかる費用を低減するため、ステープラがガンマ照射による殺菌を可能とすることが望ましい。電子部品は宇宙で使用可能であることが知られており、それはこれらの電子部品がガンマ照射に晒される環境である。このような例では、しかしながら、電子部品は晒されながら動作する必要がある。対照的に、電気ステープラはガンマ殺菌照射に晒されている間に動作する必要はない。半導体を用いる場合、電子部品への電源が落とされていても、ガンマ照射は保存されたメモリに悪影響を及ぼす。これらの部品は、この照射に耐える必要があり、晒された後も使用可能となる必要がある。これをふまえて、ハンドル内の電子部品をガンマ殺菌しうる多様な基準がある。第１に、ＭＯＳＦＥＴメモリを使用する代わりに、ヒューズ可能リンクメモリを使用することができる。このようなメモリでは、ヒューズがプログラムされる（焼かれる）と、メモリは永久的にとなりガンマ殺菌に耐えられる。第２に、メモリをマスクプログラムする。メモリにマスクを用いてハードプログラムすると、医療殺菌レベルのガンマ照射ではプログラムに悪影響は及ぼさない。第３に、揮発性メモリが空の間だけ殺菌を行い、殺菌後に様々な測定を通じてメモリにプログラミングを行い、例えば赤外線、無線、超音波、ブルートゥース通信を含むワイヤレスリンクを用いることができる。付加的あるいは代替的に、外部電極を清潔な環境で接触させてこれらの導電体がメモリをプログラミングしてもよい。最後に、放射線不透過性シールド（例えばモリブデンまたはタングステンで作成）をガンマ照射に敏感な部品の周りに設けて、これらの部品にダメージを与える可能性のある照射に晒されるのを防いでもよい。
上述したように、電池、ドライブトレイン、およびモータの特性は試験され、電気ステープル用途のために最適化される。電池の特定の設計（すなわち過科学的およびＰＴＣ）により、供給される電流量および／または一定期間で生成される電力量が決定される。通常のアルカリ電池では、短期間で電気ステープル装置を作動させるのに必要な高い電力を生成する能力がない。また、いくつかのリチウム−二酸化マンガン電池も、ステープル装置を作動させる要求を満たすことができない。このため、例えば電解質や正の温度係数など、特定のリチウム−二酸化マンガン電池の特性を試験した。
従来のリチウム−二酸化マンガン電池（例えば、ＣＲ１２３やＣＲ２）は、長期の負荷用に設計されていると理解される。例えば、ＳＵＲＥＦＩＲＥ（登録商標）はフラッシュ光源やこのような電池で売られており、フラッシュ光の最大出力ルーメンで電池が２０分から数時間（３乃至６）持つと述べている。この期間の電池の負荷は電池の電力容量と離れており、このため、電池の危機的な電流レートには届かず、過熱や爆発の危険はない。このような利用が連続しなければ、電池はこの同じ最大出力で多くのサイクル（数百）を通じて長持ちする。
簡単に言うと、このような電池は１０秒またはそれ以下、例えば５秒の期間の負荷用に設計されておらず、また例えば１５回などの少ない回数の使用のために設計されていない。本発明は、電源、ドライブトレイン、およびモータが、少ない使用回数でそれぞれの使用が１０秒以下で負荷が定格よりかなり高い場合の電源（すなわち電池）を最適化するよう構成する。
テストしたすべての一次電池は、各々のＰＴＣ装置および／または化学的性質と内部構造で規定される臨界電流をもつ。この臨界電流レートより上で所定期間使用されると、電池は過熱し、爆発するかもしれない。少ないサイクル数で非常に高い電力要求（ＰＴＣ閾値に近い）に晒されると、電圧と電流のプロファイルは従来の通常使用と同じふるまいでなくなる。いくつかの電池は、本発明のステープラが要求する電力の生成を妨げるＰＴＣ装置を具えるが、他の電池はこの電気ステープル装置に電力供給するのに必要な電力を生成することができる（所望の電圧で電流を供給できる）。これは臨界電流レートが特定の化学的性質、構造、および／または電池のＰＴＣによって異なることを意味する。
本発明は、電源が臨界電流レートより上の範囲で動作するよう構成しており、これを本書で「超臨界電流レート」と称する。超臨界電流レートの定義には、電源から供給される臨界電流レートより上の変調電流の平均化が含まれることに留意されたい。超臨界電流レートで電力供給を行うと電池は長持ちしないため、その使用期間は短くなる。この電池が超臨界電流レートで駆動できる短い期間を本書で「超臨界パルス放出期間」と称し、電源が作動する期間全体を「パルス放出期間」と称する。換言すれば、超臨界パルス放出期間はパルス放出期間と同じか短い時間であり、電流レートが電池の臨界電流レートより大きい期間である。本発明における超臨界パルス放出期間は約１６秒より短く、言い換えると約半分から１５秒の範囲であり、例えば２乃至４秒であり、より具体的には約３秒である。この電源は、ステープル装置の寿命内で、例えば臨床処置の時間内で１回以上２０回以下、例えば約５乃至１５回、より具体的には１０乃至１５回を５分以内で、パルス放出期間において超臨界電流レートにかけられる。このため、電源の通常の適用時間に比べて、本発明は集中した使用となり、これを集中パルス時間といい、多くの場合に約２００乃至３００秒であり、具体的には約２２５秒である。器具に設けられる負荷は具体的な臨床アプリケーションに依存するため（すなわち、いくつかの組織は他より密集しており、組織密度が高いと装置にかかる負荷が大きくなる）、作動中、装置が所定の処置において超臨界電流レートを超えるか常に超えることは必要でない。しかしながら、手術処置での使用時にステープラは何回か超臨界電流レートを超えられるように設計される。超臨界パルス放出期間の動作では、装置は所望の手術処置を完了すべく十分な回数だけ動作可能であるが、電池は大きな電流で動作するよう求められるためあまり多くはない。
増大させた範囲で動作するとき、例えば電気ステープラ１の装置が生成する力は、既存の手動ステープラよりかなり大きくなる。事実、この力はかなり大きくステープラ自身にダメージを与える場合もある。使用の一態様では、モータおよび駆動アセンブリは、ステープルカートリッジがないかステープルカートリッジホルダ１０３０に直前に射出されたステープルカートリッジがある場合にナイフブレード１０６０が前進するのを防ぐ安全機構である、ナイフブレードロックアウト機能を損傷するまで作動してもよい。この構造が図３３に示されている。上述したように、ナイフブレード１０６０は射出可能位置にステープルスレッド１０２がある場合、すなわちスレッド１０２が図３３に示す位置にある場合にのみ遠位方向に移動可能とするべきである。スレッド１０２がその位置にない場合、２つの場合があり、ホルダ１０３０内にステープルカートリッジがないか、スレッド１０２が既に遠位方向に移動しているかであり、すなわちロードされたステープルカートリッジで射出が部分的または完全に生じていることを意味する。このため、ブレード１０６０は動いてはならず、またはその動きが制限されるべきである。したがって、スレッド１０２が射出段階でブレード１０６０を支えられるよう、スレッド１０２はロックアウト接触面１０４を具え、ブレード１０６０には対応する形状の接触ノーズ１０６９が設けられている。この地点で、ブレード１０６０がエッジ１０３５を超えて遠位方向に移動しない限り、下側ガイドウィング１０６５はカートリッジホルダ１０３０のフロア１０３４に対して静止しない。このような構成により、スレッド１０２がノーズ１０６９を支持すべくブレード１０６０の遠位端部にない場合、下側ガイドウィング１０６５はエッジ１０３５の近くまで凹部１０３７に追随し、そしてフロア１０３４上で前進する代わりにエッジ１０３５に当たりブレード１０６０のさらなる前進移動が防止される。スレッド１０２がない場合（「ロックアウト」と称す）にこの接触を補助するために、ステープルカートリッジ１０３０はブレード１０６０を付勢する（１以上のリベット１０３６でそこに取り付けられた）プレートバネ１０９０を具える。プレートバネ１０９０が上側に曲がり、フランジ１０６７を（フランジ１０６７がプレートバネ１０９０の遠位端部の遠位側にくるまで）下側に押すと、下側に向いた力はブレード１０６０にかけられウィング１０６５を下側に凹部１０３７内へと押す。これにより、ブレード１０６０はスレッド１０２がなくても遠位側に進み、ウィング１０６５は凹部１０４７の下側カーブに沿って移動し、ウィング１０６５の遠位端縁がエッジ１０３５に当たるとさらなる遠位移動が止まる。
この安全構造は、ナイフブレード１０６２からブレード１０６０に伝わる力がブレード１０６０から下側ガイドウィング１０６５を切り取るのに不十分である限り、上述のように動作する。本発明の電源、モータ、およびドライブトレインで生成しうる力により、ブレード１０６０は遠位側に強く押されてウィング１０６５が引きはがされる。これが生じると、ブレード１０６０またはスレッド１０２の遠位側への移動を防ぐ手段はない。したがって、本発明は、ウィング１０６５がエッジ１０３５を超える前に、ここにかけられる力を低減する方法を提供する。換言すると、ブレード１０６０にかけることができる力の上限は、（エッジ１０３５を超える）ブレード移動の第１の部分では低減され、ウィング１０６５がエッジ１０３５を一掃してフロア１０３４条で静止した後に増大する。より具体的には、これらの２つの部分の力発生リミッタの第１実施例は、ステープル／切開ストロークの第１の部分で電源における１かもう少しのみの電池をモータに接続し、ステープル／切開ストロークの第２の部分で電源における大部分または全部の電池をモータに接続する回路の形をとる。このような回路の第１実施例が図３４に示されている。この第１実施例では、スイッチ１１００が「Ａ」の位置にある場合、モータ（例えばステープルモータ２１０）は（本実施例で利用可能な４つのうち）１の電池６０２のみで駆動される。しかしながら、スイッチ１１００が「Ｂ」の位置にある場合、モータは電源６００の４つ全部の電池６０２で 駆動され、これによりブレード１０６０にかかる力の量が増大する。スイッチ１１００をＡとＢの位置で制御するには、第２のスイッチをブレード制御アセンブリのどこかに配設し、この第２のスイッチがウィング１０６５がエッジ１０３５を通り過ぎたら制御部に信号を送るようにする。この制御回路の第１実施例は単なる例示であり、同じ機能のアセンブリを装置のロックアウト保護に用意することが可能であり、これには例えば図３６に示す第２実施例がある。
モータの前後制御回路の第１の実施例が、図３５に示されている。この第１実施例は二極双投スイッチを用いる。このスイッチ１２００は通常、両極がオフとなるセンター位置にバネ付勢されている。図示するモータＭは、例えば、本発明のステープルモータを表すものである。図示するように、装置をオンにするにはパワーオンスイッチ１２１０を閉じる必要がある。もちろん、このスイッチは任意である。モータＭの前進駆動を望む場合、スイッチ１２００は図３５に示すように右の位置に配置され、これによりモータを第１の方向に駆動するようにモータに電力が供給され、これは電池の「＋」がモータＭの「＋」に接続されるため前進方向として規定される。この前進スイッチ位置では、モータＭはブレード１０６０を遠位方向に駆動する。ブレード１０６０またはスレッド１０２の所望位置の最前部に適切なセンサまたはスイッチを設けると、モータＭの電力供給を遮断する前進移動リミットスイッチ１２２０を制御して、このスイッチ１２２０が開いている限りさらなる前進移動を防止することができる。このスイッチ１２２０が閉じて回路が完成しないよう、あるいは例えば新たなステープルカートリッジが装填された場合にスイッチ１２２０のリセットのみを許可するよう、回路をプログラムすることができる。
モータＭの後進駆動を望む場合、スイッチ１２００は図３５に示す左の位置に配置され、これによりモータを第２の方向に駆動するようにモータに電力が供給され、これは電池の「−」がモータＭの「−」に接続されるため後進方向として規定される。この後進スイッチ位置では、モータＭはブレード１０６０を近位方向に駆動する。ブレード１０６０またはスレッド１０２の所望位置の最後部に適切なセンサまたはスイッチを設けると、モータＭの電力供給を遮断する後進移動リミットスイッチ１２３０を制御して、このスイッチ１２３０が開いている限りさらなる後進移動を防止することができる。他のスイッチ（点線矢印で示す）を回路内に設けて、リミットスイッチ１２２０、１２３０とは別にどちらの方向への移動も選択的に制限してもよいことに留意されたい。
モータはかなり大きな力でギアトレインを駆動することができ、これが高い回転慣性に変換される。このようにして、図３４、３５で説明したどのスイッチをモータのオフ切換に用いた場合でも、ギアは直ちに止まらない場合がある。代わりに、例えばモータへの電力が遮断された場合でもラック２１７が回転慣性によりそれまで移動していた方向に進み続ける。この動作は多くの理由で不利益となる。電源とモータを適切に構成することにより、このような遮断後の動作をほぼなくした回路を構成することができ、これにより利用者が動作をより制御できるようになる。
図３６は、前進または後進制御が遮断されたときにさらなる回転を阻止するモータ（例えばステープルモータ２１０）の一実施例を示す。図３６も、前進／後進制御とマルチステージ電源の代替実施例を示す図である。図３６の回路は、電気モータの短絡回路特性を用いるモータ沮止サブ回路を具える。より具体的には、電気モータＭが短絡回路に配置され、電気的に生成された磁界が永久磁界と対立して生じ、これにより回転を続けるモータの速度を低下させ、慣性によるオーバーストロークが実質的に回避される。図３６の回路がどのようにモータＭを制動するかを説明するために、前進／後進スイッチ１３００の一例が提供されている。図示するように、前進／後進スイッチ１３００は、図３５のスイッチ１２００と同様に、３つのポジションがある。右の位置にある場合、モータＭは後進回転方向に駆動される。スイッチ１３００が作動していない場合、図３６に示すように、モータＭは回路短絡する。この回路短絡がスイッチ１３００の上側部分により概略的に示されている。制動スイッチにおける切換プロセスは時間遅延方式で実現されることが望ましく、これはブレークビフォアメークスイッチング構成とも呼ばれる。モータＭの動作をモータＭを制動するよう切り換えると、モータの回路短絡が作用する前に前進／後進スイッチ１３００の二極双投部分が開放される。逆に、モータＭのブレーキ状態からモータＭを駆動する場合、スイッチ１３００がモータを作動させる前に短絡回路が開放される。これにより、運用では、利用者が３ウェイスイッチ１３００を前進または後進位置から解除すると、モータＭが回路短絡して迅速に制動される。
図３６における他の構造は、図３５に関連して説明されている。例えば、オン／オフスイッチ１２１０が設けられている。電力ロックアウトスイッチ１１００もあり、動作の所定部分で１の電池６０２’のみでモータ駆動し（ストロークの最初または他の所望部分で生じる）、動作の他の部分で全部の電池６０２（ここでは６つの電池）でモータＭを駆動する。
後進および前進リミットスイッチ１３２０、１３３０の新たな構成により、前進リミットスイッチ１３２０が作動した後にモータＭのさらなる前進駆動が防止される。このリミットに達したら、前進リミットスイッチ１３２０が作動して、スイッチが第２の位置に切り替わる。この状態では、モータに前進駆動させる電力が入らないが、後進駆動させる電力は供給することができる。この前進リミットスイッチは、所定のステープルカートリッジ用にトグルまたはワンタイム使用となるようプログラムすることができる。より具体的には、スイッチ１３２０は、ステープルカートリッジを新たなものと交換するようリセットされるまで第２の位置を保持する。したがって、交換されるまでは、モータＭは後進方向にのみ駆動しうる。スイッチが単なるトグルである場合、スイッチ１３２０の作動から動作の一部が退かれた場合にのみ、追加のさらなる動作用に電力が復元される。
後進リミットスイッチ１３３０も同様に構成することができる。後進リミットに達したら、スイッチ１３３０が第２の位置に切り替わり、リセットされるまでこれを保持する。この位置では、モータＭは回路短絡しており、いずれの方向にもモータは駆動しない
。この構成により、ステープラの動作は前進リミットまでの一度のストロークと、後進リミットまでの一度の引き戻しに限定される。両方が起こった場合、モータＭは２つのスイッチ１３２０がリセットされるまで使用不能となる。
ここで図面を詳細に、特に、図３７乃至４０を参照すると、本発明にかかる電気手術器具１０００の例示的な実施例が示されており、この実施例では電気手術用線形ステープラである。図３７および３７’は装置１０００の左側を示しており、ハンドルの外側シェル１００１と１００２が除去されている。同様に図３９および３９’は装置１０００の右側を示しており、ハンドルの外側シェルが除去されている。外形シェル１００１と１００２の２半分（two halves）は、図６３および６６’のみに示されており、内側アセンブリを明確に示している。これらには示されていないが、以降の図はエンドエフェクタである。線形ステープルエンドエフェクタの例示的な実施例が、２００５年７月２６日に出願された継続中の米国暫定特許出願整理番号６０／７０２，６４３、２００６年１月１８日に出願された６０／７６０，０００、および２００６年６月８日に出願された６０／８１１，９５０と、２００６年７月２４日に出願された米国特許出願番号１１／４９１，６２６、２００６年９月２９日出願された１１／５４０，２５５と１１／５４１，１０５、および２００７年８月２４日出願された１１／８４４，４０６を含む、共有および同時係属中のファミリーに詳細に記載されている。この出願のファミリーの公開全文は、全体を参照することによりここに組み込まれる。
図３８および３８’は装置１０００の機械的アセンブリを示しており、左側フレーム１０１０が除去されている。図４０および４０’は、比較的に、左、右側のフレーム１０１０、１０２０の双方が除去された機械的アセンブリを示している。
図３７および３７’はギアカバープレート１１０５を示しており、モータトラスミッションアセンブリの１、２、３段ギア１１１０、１１２０、１１３０である。また、図３７および３７’に示されているのはエンドエフェクタクロージングアセンブリ１４００である。このエンドエフェクタクロージングアセンブリ１４００は図５９乃至６０’に詳細に図示されている。
図３７乃至３８’はまた、電気駆動および駆動制御アセンブリを示している。この例示的な実施例での電気駆動アセンブリ１５００は、１以上のバッテリ１５１０を含む取り外し可能なバッテリパックである。上述のように、一の例示的な電源はＣＲ１２３またはＣＲ２電池の４乃至６の直列接続である。ここでは、６つのバッテリ１５１０がある。これらのバッテリ１５１０ａのうち図３７乃至３７’の上部左側にある１つは、電気的に切り離し可能に構成されていて、電力がモータ１５２０に選択的に、単一の電池１５１０ａか６つのバッテリ１５１０の全セットのどちらか一方を通って供給されるよう設けられている。これは、わずかな電力しか必要としない場所または全トルクの禁止が望まれる場所でのアプリケーションにおいて便利である。このような禁止の一例が、ステープルスレッドまたはブレードがロックアウトを越えて動くこととして上述されている。例示的な回路は、ステープル／切開ストロークの第１部の間、この１の電池１５１０ａをモータ１５２０に接続し、ステープル／切開ストロークの第２部の間、電源供給における電池１５１０，１５１０ａの全てがモータ１５２０に接続される。図３４を参照されたい。
例示的な実施例での電源制御アセンブリ１６００は、ロッカースイッチ１６１０の形態をとる。ロッカースイッチ１６１０の１の作動方向において、モータ１５２０は第１の方向、例えば前方へ回転し、ロッカースイッチ１６１０の別の作動方向において、モータ１５２０は反対の第２の方向、例えば後方に回転する。
例示的な実施例での電気駆動式ドライブトレインは、線形カッター／ステープラの一形態を駆動すべく用いられる。ここでは、ドライブトレインは、ステープル／切開動作を実行すべく用いられる。このためドライブトレインは、線形アクチュエータ１７００に接続され、本実施例では、ラックガイド１７２０に沿って遠位および近位に移動する歯付のラックの形態である。図３８および３８’に示されているように、ラック１７００は相対的に近位位置にある。近位端部（図３８の右側）でシェル１００１、１００２のサイズを最小にするために、ラック１７００は、回転部１７１０がラックガイド１７２０内に含まれない場合、（図３８で見られるような）下向きに自由に回転する回転部１７１０を有する。ラック１７００が遠位（図３８で左側）に動くとき、回転部１７１０の底部はラックガイド１７２０の近位端部に接触し、ラックガイド１７２０の形状のため、ラック１７００の残りの部分とほぼ同軸である位置へと上方に回転する。ラックガイド１７２０の近位端部は図４１および４１’で見られる。
ラック１７００の歯１７０２は、ラックアンドピニオン構造におけるドライブトレインの最終段と相互作用するよう形成されている。ドライブトレインの様々な形態が、実際には図３７乃至４７’のすべてで見ることができるが、ドライブトレインの詳細は、特に図４３、４３’、４６、および４６’を参照して容易に見ることができる。多くの図に見られる変速段のいくつかは歯を持たないことに注目されたい。これは、これらのギアが単に具体的な実施例の概略図であるからである。このように、歯がない場合や、歯の数やサイズが存在する場合でも、限定または固定と解されるべきではない。さらに、図示されるギアの多くは、歯の内側に配置された中央バンドを有する。このバンドは、装置１０００の一部と見なされるべきではなく、単にこのアプリケーションの図を作成するのに用いられたソフトウェアの限定である。
ドライブトレインの説明はモータ１５２０から始まる。モータ１５２０の出力ギア１５２２が変速機の１段１１１０、２段１１２０、および３段１１３０に接続される。３段１１３０は、装置１０００の左側に存在する最終段に接続される。この接続は内部配置のため、全ての図で見ることは困難である。図５５乃至５６’は、しかしながら、３段から４段のクロスオーバーギア１１４０への接続を示す。上述のように、３段１１３０の出力は、歯がない円筒として概略的に図示されている。続けて図４６および４６’を見ると、クロスオーバーギア１１４０は４段に回転接続され、その軸１１４２は装置１０００の左側から右側へとラック１７００を横切る。軸１１４２の右側は、右側のギアのいずれにも回転形態で直接接続されていない。代わりに、右側フレーム１０２０内の対応するポケット内に嵌合するシャフトベアリング１１４４内で回転し、ここでフレーム１０２０は図４６では除去されており、右側ドライブトレインを見ることができる。
キャッスルギア１１４６（図５３および図５３’に単独で示されている）は、クロスオーバーシャフト１１４２上に配置され、ともに回転するよう固定されているが、縦にしか動くことができない。このような接続を可能にするために、軸１１４２は図示されない内部スロットを有し、キャッスルギア１１４６の２つの対向するポート１１４６２を通る図示されないピンが配置されている。ピンをキャッスルギア１１４６にしっかり固定することにより、軸１１４２の回転によりキャッスルギア１１４６に付随する回転が生じるが、未だキャッスルギア１１４６は、少なくとも軸１１４２のスロットまで軸１１４２の縦軸に沿って自由に動くことができる。図４６および４６’に見られるように、キャッスルギア１１４６の右側の胸壁１１４６４は、図５４および５４’に単独で示されている４段ピニオン１１４８の左側の対応する胸壁スロット１１４８２の間に嵌合するよう形成されている。キャッスルギア１１４６が４段ピニオン１１４８に確実に接合される必要があるため、右側の付勢力Ｆが必要となる。この付勢力を供給するため、図示しない圧縮バネを、例えば、一端部がクロスオーバーギア１１４０の右側面へ接触し、他方の端部がキャッスルギア１１４６の外側円筒面から放射状に離れて突出する中央フランジ１１４６８の左側面へ接触するように設けてもよい。（このフランジ１１４６８は、装置１０００の手動解放特性に関してより詳細に後述される。）様々な別の同様に機能する付勢装置が、例示したバネの代わりに用いられてもよい。このような構成は、キャッスルギア１１４６を４段ピニオン１１４８に選択的、回転的に係合可能にする。より具体的には、キャッスルギア１１４６が付勢装置の力Ｆ以外のいかなる力も受けない場合、胸壁１１４６４は胸壁スロット１１４８２と合致し、軸１１４２の回転が４段ピニオン１１４８の回転を起こさせる。しかしながら、付勢力Ｆに対向し、越える力がかかる場合、胸壁１１４６４は胸壁スロット１１４８２から出て、軸１１４２の回転は４段ピニオン１１４８にまったく影響を与えない。この選択的な係合により、手動解放を実現することができる。このような開放を説明する前に、右側ドライブトレインが説明される。
４段ピニオン１１４８はドライブトレインの５段１１５０に直接接続され、これは５段軸１１４２と、５段軸１１４２に回転固定される５段入力ギア１１５４と、５段軸１１４２にまた回転接続される５段ピニオン１１５６とを具える。５段ピニオン１１５６の歯はラック１７００の歯１７０２に直接接続される。こうして、５段入力ギアの回転により、５段ピニオンの回転およびラック１７００の縦の動きが生じる。図４６および図４６’の例示的な実施例に見られるように、５段入力ギア１１５４の時計回りの回転は、ラック１７００（後退）に近位方向の動きを起こさせ、５段入力ギア１１５４の反時計回りの回転は、ラック１７００（伸長）に遠位方向の動きを起こさせる。
上記ドライブトレインの５段の接続によると、モータ軸の一方向の回転はラック１７００に縦の動きを起こさせるが、これはキャッスルギア１１４６が４段ピニオン１１４８と係合される場合のみである。キャッスルギア１１４６が４段ピニオン１１４８と係合されない場合は、モータの回転はラック１７００に影響を与えない。この２つのギア１１４６と１１４８が非接続状態となると、ラック１７００の手動解放が実現する。
装置１０００の運用において、ラック１７００はエンドエフェクタのいくつかの部分を作動させるように放射状に動く（伸長する）。線形ステープル／切除装置の実施例において、ラック１７００が遠位に動くと、ステープル留めおよび切開を起こさせるスレッドは、ステープル留めおよび切開の双方を実行すべく遠位方向に動く。エンドエフェクタの顎部の間に配置される組織は、実際には各手術処置で異なるので、施術者は、（ステープリングアクチュエータおよび切断ブレードを担持する）スレッドが何らかの理由で引っかかったり動かなくなる時を予測できない。このような場合、スレッド、よってラック１７００は、モータを使用することなく遠位に引き戻す必要がある。また、電力を損失する可能性もある。スレッドが遠位位置にある場合にこれが起こると、エンドエフィクタの顎部は間に組織を挟んで閉じたままになり、したがって、顎が開き、組織が解放される前に、スレッドを近位に移動させなければならない。このような場合において、モータを使用することなく、スレッド、よってラック１７００は遠位に後退する必要がある。これらの所望の機能のどちらかを有効にするために、本発明は手動解放アセンブリ１８００を提供する。
図３７乃至４４’、５５、５５’、および５９乃至６２’の各々において、手動解放レバー１８１０は非作動（例えば下）位置にある。図４５、４５’、５７、５７’において、手動解放レバー１８１０は中間位置にある。図４６乃至４７’、５６、５６’、５８、および５８’において、手動解放レバー１８１０は、完全に作動（例えば上）位置にある。
図４４乃至４４’に見られるように、手動解放レバー１８１０が非作動位置にある場合、キャッスルギア１１４６は４段ピニオン１１４８に係合される。これによりモータ１５２０の出力ギア１５２２の回転が、ラック１７００を動かす。しかしながら、４段ピニオン１１４８は５段入力ギア１１５４に直接接続されるだけではない。４段ピニオンは、１段解放ギア１８２０にも直接接続され、これが２段解放ギア１８３０に直接接続される。こうして、４段ピニオン１１４８の回転が、必然的に２段解放ギア１８３０を回転させる（その方向は、その間にあるギアの数による）。このギア１８３０の軸が手動解放レバー１８１０に直接接続される場合、レバー１８１０は４段ピニオン１１４８が回転する度に回転する。４段ピニオン１１４８が１回転以上回転すると、レバー１８１０は３６０度完全に回転することが可能である。予想されるように、手動解放レバー１８１０を２段解放ギア１８３０（以下の図４８乃至４８’の説明を参照）に連結する一方向ギアアセンブリがあるため、これは起こらない。１段解放ギア１８２０は、そこから同軸上に延びる歯付軸１８２２を有することに注目されたい。この歯付軸１８２２はインジケータホイール１８４０に直接連結される。ホイール１８４０の右側面は、ホイール１８４０の軸の周りに直線的に延びる湾曲形状となっており、表面の残りの部分と異なる色を有する。右側シェル１００２（図６４乃至６５’を参照）にある窓１００４に連結される場合、色の着いた形状は、完全な近位（すなわち後退した）位置から動いたラック１７００の直線距離に対応する線形様式で、よりよく見えるようになる。
手動解放レバー１８１０を２段解放ギア１８３０に連結する一方向ギアアセンブリは、図４８および図４８’に示されている。このアセンブリは、レバー１８１０の回動点で中心付けされたラチェットギア１８５０を設け、当該ラチェットギア１８５０の軸１８５２を２段解放ギア１８３０の中心ボア１８３２の中を通って伸長させることによって形成される。このように軸１８５２を２段解放ギア１８３０のボア１８３２に固定すると、２段解放ギア１８３０の回転により、対応してラチェットギア１８５０が回転する。しかし、単にこのラチェットギア１８５０を２段解放ギア１８３０とともに回転させるだけでは、モータ１５２０がドライブトレインに電力を供給していない場合にラック１７００の手動解放をアシストしない。
手動解放機能を作り出すには２つの要素がある。まず、右側ギアトレインを左側ギアトレインおよびモータから切り離す装置である。これにより、手動開放を作動させるときに、モータ１５２０および左側トレインのギアの双方によって生じる抵抗を乗り越えなくてもよくなる。この切り離しは、キャッスルギア１１４６が４段ピニオン１１４８から離れる場合に起こる。この切り離しを起こすために、カムプレート１８６０がラチェットギア１８５０と２段解放ギア１８３０のとの間に配置され、軸１８５２に回転固定される。カムプレート１８６０は、図５２および図５２’に示されている。カムプレート１８６０には、キャッスルギア１１４６の中央フランジ１１４６８と相互作用するよう配置される傾斜カム面１８６２が設けられている。カムプレート１８６０と中央フランジ１１４６８との相互作用は、図４４乃至４７’および図５７乃至５８’の工程で見られる。
図４４および４４’では、手動解放レバー１８１０は非作動位置にあり、これはキャッスルギア１１４６が４段ピニオン１１４８に回転可能に接続されることが望まれることを意味する。この方法において、モータ１５２０の回転は、４段ピニオン１１４８の回転およびラック１７００の動きに変換される。図４５乃至４７’および５７乃至５８’において、手動解放レバー１８１０は複数の作動位置のうちの１つにあり、これらはそれぞれ、カムプレート１８６０を回転させて、これにより傾斜したカム面がキャッスルギア１１４６の中央フランジ１１４６８に接触し、十分にキャッスルギア１１４６を左側に押しやって胸壁１１４６４が４段ピニオン１１４８の胸壁スロット１１４８２から分離するよう図示されている。この位置において、キャッスルギア１１４６は、４段ピニオン１１４８から回転的に切り離されている。このように、モータ１５２０の回転（または左側トレインのギア）は右側ギアトレインから完全に独立し、こうしてモータ１５２０の回転によってラック１７００が動かないようにしている。
右側ギアトレインが右側モータおよびギアトレインから回転可能に独立し、手動ラック解放機能を持つようになった後、ラック１７００は近位方向に動く必要がある。この動きをもたらすために、第２の手動解放装置が設けられる。この第２の手動解放装置はラチェットギア１８５０の歯１８３２と相互作用し、手動解放レバー１８１０の反時計回りの回転が（装置１０００の右側から見た場合）ラチェットギア１８５０を時計回りに回転させ（この向きは、この回転が５段ピニオン１１５６を時計回りに回転させるので、例示的な実施例で所望される）、これはラック１７００の近位の動き（すなわち後退）に相当する回転である。ラチェットギア１８５０をこの時計回りのレバー１８１０の動きを用いて制御するために、本発明はレバー１８１０のロッキングボス１８１４に回転可能に取り付けられるラチェット爪１８７０を提供する。この構成は図４８および４８’にうまく例示されている。図示しない板バネがレバー１８１０のスプリングチャネル１８１６に固定され、ラチェットギア１８５０に向かう方向Ｄに爪１８７０を付勢する。爪１８７０が何らかの方法で抑止されない場合、爪１８７０は常にラチェットギア１８５０の歯１８５２に接触し、本実施例においてキャッスルギア１１４６および４段ピニオン１１４８が互いに係合し（すなわち図４４を参照）共に回転する場合に生じるギア１８５０の時計周りの回転を防ぐことに注目されたい。この状態を防ぐために図４４、４４’、５５、および５５’に示されているように、爪１８７０の遠位端部は爪キャビティ１８１８から２段解放ギア１８３０へと伸長する拡大部１８７２を有する。２段解放ギア１８３０とカムプレート１８７０の間に第２のカムプレート１８８０があるため、爪カム１８８２を拡大部１８７２の底面に接触するよう配置して、レバー１８１０がホームまたは非作動位置にある場合に
、（Ｄと反対向きで、板バネの付勢に反する力を提供することにより）爪１８７０を爪キャビティ１８１８に保持することができる。爪１８７０と爪カム１８８２間の接触は、図４４、４４’、５５、および５５’に示されている。したがって、レバー１８１０が作動されない場合、爪１８７０はラチェットギア１８５０の歯１８５２と接触しない。これに対し、手動解放が４段ピニオン１１４８からラチェットギア１８５０を離すのに十分な位置を過ぎて回転した場合、爪１８７０の底面はもはや回転していないカムプレート１８８０の爪カム１８８２と接触せず、したがって、時計回りに回転する場合、（板バネの付勢力によって）Ｄの向きに自由に動いてラチェットギア１８５０の歯１８５２に係合する。このように、時計回りに回転する場合、爪１８７０は歯１８５２の上面に対して歯止めされる。
レバー１８１０を例えば約１５度動かした後、爪１８７０は、もはや爪カム１８８２と接触せず、キャッスルギア１１４６の胸壁１１４６４は、もはや４段ピニオン１１４８の胸壁スロット１１４８２と係合しない。このポイントにおいて、爪１８７０は軸１８５２の方へ動くことができ、ラチェットギア１８５０の歯１８５２の１つと係合する。さらに、レバー１８１０の反時計回りの動きがラチェットギア１８５０を回転させ、これに応じて２段解放ギア１８３０が時計回りに回転する。順に、２段解放ギア１８３０の回転は１段解放ギア１８２０を時計回りに回転させ、４段ピニオン１１４８を反時計回りに回転させ、５段入力ギア１１５４を時計回りにそれぞれ回転させる。上述のように、５段入力ギア１１５４の時計回りの回転により、ラック１７００の近位の動きが生じ、これはラック１７００に接続されるエンドエフェクタ特性の手動解放において望まれる移動方向である。レバー１８１０が解放されると、戻りバイアス１８９０はレバー１８１０を非作動位置（図４４および４４’を参照）に戻し、これにより爪カム１８８２が爪１８７０を、ラチェットギア１８５０の歯１８５２から外される爪キャビティ１８１８の上部位置に戻す。爪カム１８８２と拡大部１８７２の下面間の接触は、爪カム１８８２の各上部正面と上部後面および拡大部１８７２の底部正面と底部後面を成形することによりスムースになることに注目されたい。さらに、例えばコイルバネといった、戻りバイアス１８９０が図４６、５７、および５８に示されており、その一端はレバー１８１０に固定されるボルト周りに巻かれ、反対の他端はシェル１００１、１００２の一部に固定されるシャフトであり、ここでは図示されない。コイルバネ１８９０の反対の軸は、描画プログラムの限界のため図のみで動く。この動きは本発明では生じない。
上述のように、本発明の装置１０００のためのエンドエフェクタの一実施例は、その間に配置される組織上で閉じる一組の顎部と、切開される組織の２つの側部を互いに固定するステープラ／カッターとを具える。上記の手動解放はステープラ／カッターに取り付け可能であり、エンドエフェクタクロージングアセンブリ１４００は、作動時に、顎部を一緒に閉じるために顎部に取り付け可能である。図５９乃至６０’は、顎部とエンドエフェクタクロージングアセンブリ１４００の取り付けの一実施例を図示する。ここで、エンドエフェクタクロージングアセンブリ１４００はレバーサポート１４１２を有し、ハンドルピボット１４１４周りに回転するハンドル１４１０を具える。このレバーサポート１４１２はリンク１４２０の第１の端部に回転接続される。リンク１４２０の反対の第２の端部は、スライダシャフト１４３０に回転接続される。エンドエフェクタシャフトアセンブリ１９００は外側シャフト１９１０と内側シャフト１９２０を具える。内側シャフト１９１０はフレーム１０１０、１０２０、およびエンドエフェクタの下顎に縦に固定され、このため、エンドエフェクタに縦に固定された要素となる。外側シャフト１９２０は内側シャフト１９１０に連結され、そこで縦に動く。エンドエフェクタの上顎は下顎に関して回転する。回転させるために、外側シャフト１９２０は、図５９に示されている近位位置から、図６０に示されている遠位位置に伸長される。外側シャフト１９２０が内側シャフトを囲むので、一部分（例えば上部）が、上顎ピボットの近位位置である開口した上顎の近位端部に接触する。外側シャフト１９２０がさらに遠位に動くとき、上顎は固定ピボット位置のため遠位に動くことができないが、そのピボットの周りを回転可能である。したがって、上顎は、縦に固定された下の顎の上に閉じる。換言すると、図５９乃至図６０の工程で見られるように、ハンドル１４１０が電気アセンブリ１５００に向かって動くと、スライダ１４３０は図５９の近位位置から図６０の遠位位置へと縦方向に動く。この従来技術の顎アセンブリは、エチコンによって製造された線形ステープラに存在する。
エンドエフェクタシャフトアセンブリ１９００のこの例示的な構成は、２００７年８月２４日に出願された米国特許出願番号１１／８４４，４０６を含む同時係属中のファミリーに示されたエンドエフェクタの動作と反対であることに注目されたい。この出願に示されているように、図３９および４０では、下顎／ステープルカートリッジホルダ１０３０は隙間１０３１上を近位方向に動く際、上部アンビル１０２０の近位上端が縦に固定されたドラムスリーブ１０４０に対して押圧されるので、上部アンビル１０２０は下方に回転する。
その一つを上述した従来の様々な従来技術の線形ステープラは、同じエンドエフェクタおよび軸を用いている。したがって、本発明の装置１０００は、これら従来のエンドエフェクタアセンブリを内部に嵌合しうることが望ましい。このことは、例えば、図６１乃至６２’に示されているような左右フレーム１０１０、１０２０を構成することにより達成される。これらのフレーム１０１０、１０２０は、図６２に示されているような一側（上側）の開口で形成されている。この構成において、従来のエンドエフェクタシャフトアセンブリの内側シャフト１９１０の近位端部は、そこで内側シャフト１９１０（全アセンブリ）を縦に固定するように、各タブ１０１２、１０２２間に単に隣接させ、その方向を除いた全ての半径方向間で内側シャフト１９１０を横に固定し、内側シャフト１９１０がフレーム１０１０、１０２０間の開口に挿入される。この開口を閉じるために、シャフトプラグ１９３０は、例えば図６１に示されているようなボルトを用いて、タブ１０１２、１０２２間に固定される。別の代替的な実施例において、シャフトプラグ１９３０は、左右のフレーム１０１０、１０２０の遠位端部を伸長させることにより完全に無視され、それらを一緒に設けて二枚貝のデザインに形成し、内側シャフト１９１０周りに固定する。
上記の説明や添付の図面は、本発明の原理と、好適な実施例と、動作モードとを示す。より具体的には、本発明の最適化された電源、モータ、およびドライブトレインは、手術用ステープラに関して説明されている。しかしながら、本発明は上述した具体的な実施例に限定されると解釈されてはならない。当業者であれば、上述した実施例のさらなる変更を理解することができ、電力または出力電流が制限された電池で短く限られた時間だけ大きな電力または出力電流を必要とする手術デバイス以外の応用例も同様である。図示し説明したように、本発明の最適化によれば、限られた電源で、例えば８２ｋｇ以上のおよその重量を持ち上げ、押し、引き、引きずり、引き戻し、または他の種類の力を供給することができる。
上述した実施例は、説明のためであって限定するものではない。したがって、当業者であれば添付のクレームに規定された本発明の範囲を逸脱することなく、これらの実施例の変形例を理解することができる。

Claims (12)

  1. 電動手術器具であって、
    手術用エンドエフェクタと、
    前記手術用エンドエフェクタの近位端に接続されたハンドルと、
    前記ハンドルの内部に配置された電動モータと、
    前記電動モータと前記手術用エンドエフェクタに機械的に接続され、前記電動モータの動きを前記手術用エンドエフェクタの動作部の近位方向と遠位方向の動きに変換するトランスミッションであって、前記動作部が、第１の位置と第２の位置の間の任意の位置に移動するよう作動可能な、トランスミッションと、
    前記トランスミッションに結合された手動解放部であって、動作するときに、前記トランスミッションを機械的に遮断し、遮断の間に、遮断時の前記動作部の現在位置に関係なく、前記第１の位置に向けて前記動作部を移動させるよう作動可能な手動解放部と、
    を具えることを特徴とする手術器具。
  2. 請求項１に記載の手術器具において、
    前記手術用エンドエフェクタが、内視鏡的線形ステープラ及びカッターであり、
    移動パーツが、少なくともステープル動作及び組織切除スライドを具えることを特徴とする手術器具。
  3. 請求項１に記載の手術器具において、
    さらに、前記ハンドルの内部に全体に配置され、前記電動モータに電力を供給する電源を具えることを特徴とする手術器具。
  4. 請求項３に記載の手術器具において、
    前記電源、前記トランスミッション、および前記電動モータが、前記手術用エンドエフェクタのステープル切断機能を動作させるように作動可能であることを特徴とする手術器具。
  5. 請求項３に記載の手術器具において、
    前記電源が、少なくとも１つのバッテリセルを含む取り外し可能なバッテリパックであることを特徴とする手術器具。
  6. 請求項１に記載の手術器具において、
    前記トランスミッションが、モータ駆動サイド及び動作駆動サイドを有しており、
    前記手動解放部が、前記モータ駆動サイドと前記動作駆動サイドの間で前記トランスミッションに連結されていることを特徴とする手術器具。
  7. 請求項６に記載の手術器具において、
    前記モータ駆動サイドが、最後のギアを含む一連の回転減速ギアを有しており、
    前記動作駆動サイドが、
    少なくとも１つのギアと、
    前記少なくとも１つのギアに結合され、前記移動パーツの少なくとも一部に直接接続されたラックアンドピニオンアセンブリと、
    を有しており、
    前記手動解放部が、前記少なくとも１つのギアと前記最後のギアの間で前記トランスミッションに連結されていることを特徴とする手術器具。
  8. 請求項７に記載の手術器具において、
    前記モータが出力ギアを有しており、
    前記一連のギアが、前記出力ギアに結合された第１段を有することを特徴とする手術器具。
  9. 請求項８に記載の手術器具において、
    前記一連のギアが、第１段、第２段、および第３段と、前記モータ駆動サイドから前記動作駆動サイドに横切るクロスオーバーシャフトを備えたクロスオーバーギアと、を含んでおり、
    前記クロスオーバーギアが前記第３段に結合されていることを特徴とする手術器具。
  10. 請求項８に記載の手術器具において、
    前記一連のギアが、前記モータ駆動サイドから前記動作駆動サイドに横切るクロスオーバーシャフトを備えたクロスオーバーギアを有しており、
    前記クロスオーバーギアが前記一連のギアに結合されており、
    キャッスルギアが、前記クロスオーバーシャフトの周りに回転可能に固定結合され、前記クロスオーバーシャフトの上で長手方向に往復移動可能であり、前記キャッスルギアが、前記動作駆動サイドに向かって延びる胸壁を有しており、
    前記動作駆動サイドの少なくとも１つのギアが、前記胸壁と係合するように成形された胸壁スロットを有する第１のピニオンを含んでおり、
    前記クロスオーバーギアと前記キャッスルギアとの間に配置された付勢装置が、前記動作駆動サイドに向けて前記キャッスルギアに付勢を与えて、前記キャッスルギアと前記第１のピニオンとの選択的係合を可能にする。
    前記第１のピニオンが、そのように係合すると、前記クロスオーバーシャフトの回転とともに回転するよう作動可能であり、
    前記手動解放部の解放部分が、キャッスルギアのバイアスを克服するために反対の力を提供するよう作動可能であり、
    前記手動解放部が、少なくとも部分的に動作すると、前記第１のピニオンから前記キャッスルギアを離すよう作動可能であることを特徴とする手術器具。
  11. 請求項１０に記載の手術器具において、
    前記手動解放部が、
    静止状態と、
    第１の部分動作状態と、
    第２の部分動作状態と、
    を有しており、
    前記手動解放部がその静止状態にあるときに、反対の力の大きさが前記キャッスルギアへの付勢よりも小さく、
    前記手動解放部が前記第１の部分動作状態にあるときに、前記反対の力の大きさが前記キャッスルギアへの付勢よりも大きく、これにより、前記胸壁スロットの外に前記胸壁を移動させ、
    前記手動解放部が前記第２の部分動作状態にあるときに、前記第１のピニオンが回転して、後退方向に長手方向に前記ラックアンドピニオンアセンブリのラックを移動させることを特徴とする手術器具。
  12. 請求項１０に記載の手術器具において、
    前記動作駆動サイドの少なくとも１つのギアが、少なくとも１つの解放ギアを含んでおり、
    前記第１のピニオンが、前記少なくとも１つの解放ギアに直接接続されて、回転すると前記少なくとも１つの解放ギアを回転させ、
    前記手動解放部が手動解放レバーを含んでおり、前記手動解放レバーが、
    前記ハンドルに回転可能に接続され、
    一方向ラチェットアセンブリを有しており、
    前記少なくとも１つの解放ギアが、前記ラチェットアセンブリに直接接続された軸を有しており、前記手動解放レバーが少なくとも部分的に動作するときに、前記手動解放レバーと対応する方法で回転するよう作動可能であり、前記手動解放レバーが動作しないときに、前記手動解放レバーとは独立して回転するよう作動可能であることを特徴とする手術器具。
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