JP2019503782A - 複数の磁気位置センサを有するモジュール電池式手持ち型外科用器具 - Google Patents

複数の磁気位置センサを有するモジュール電池式手持ち型外科用器具 Download PDF

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Abstract

外科用器具を含むシステムが開示される。本外科用器具は、ハンドル、シャフト、複数の磁石、複数の磁石のうちの１つ以上から離れた距離を決定するように構成されている複数のセンサ、及び複数のセンサに通信可能に連結されたプロセッサを含む。プロセッサは、複数のセンサのうちの１つ以上によって決定された距離の変化を使用して、１つ以上の磁石の位置の３次元変化を算出することにより、シャフトの位置の３次元変化を決定するように構成されている。

Description

（優先権）
本願は、２０１６年１月１５日出願の米国仮出願第６２／２７９，６３５号及び２０１６年５月２日出願の米国仮出願第６２／３３０，６６９号の利益を主張するものであり、これらの仮出願の各々の内容は、参照によりそれら全体が本明細書に組み込まれる。
（発明の分野）
本開示は、概ね、外科用器具及び関連する外科技術に関する。より具体的には、本開示は、外科医が切断及び凝固を行い、治療される組織の種類に基づいて、そのような手技を適合、及びカスタマイズすることを可能にする超音波及び電気外科用システムに関する。
超音波外科用器具は、このような器具の特殊な性能特性によって、外科手技における増々広範囲にわたる用途が見出されている。特定の器具構成及び操作パラメータに応じて、超音波外科用器具は、組織の切断及び凝固による止血を同時又はほぼ同時にもたらし、望ましくは、患者の外傷を最小限に抑えることができる。切断行為は、典型的には、器具の遠位端にあるエンドエフェクタ又はブレード先端によって実現され、これにより、エンドエフェクタと接触した組織に超音波エネルギーが伝送される。このような性質の超音波器具は、ロボット支援処置を含む切開外科用用途、腹腔鏡又は内視鏡の外科手技用に構成することができる。
外科用器具の中には超音波エネルギーを正確な切断及び凝固の調節の両方の目的で利用するものもある。超音波エネルギーは、組織と接触しているブレードを振動させることによって切断かつ凝固させる。高周波（例えば、毎秒５５，５００回）で振動する超音波ブレードは、組織内のタンパク質を変性して、粘着性の凝塊を形成する。ブレード表面が組織に及ぼす圧力により血管が崩壊され、凝塊が止血シールを形成することを可能にする。切断及び凝固の精度は、外科医の技術、並びに電力レベル、ブレードエッジ、組織トラクション及びブレード圧力の調整によって制御される。
組織を治療及び／又は破壊するために、組織に電気エネルギーを印加するための電気外科用器具はまた、外科手技において、増々広範囲にわたる用途が見出されている。電気外科用器具は、典型的に、遠位に取り付けられたエンドエフェクタ（例えば、１つ以上の電極）を有する器具であるハンドピースを含む。エンドエフェクタは、電流が組織内に導入されるように、組織に対して位置決めすることができる。電気外科用器具は、双極又は単極動作用に構成することができる。双極動作中、電流は、エンドエフェクタの活性電極によって組織に導入され、エンドエフェクタの戻り電極によって組織から戻される。単極動作中において、電流は、エンドエフェクタの活性電極によって組織内に導入され、患者の身体上に別個に位置する戻り電極（例えば、接地パッド）を通じて戻される。組織を流れる電流によって生成される熱は、組織内及び／又は組織間の止血シールを形成してもよく、したがって、例えば、血管を封止するために特に有用であってもよい。電気外科用器具のエンドエフェクタは、組織を切除するための、組織及び電極に対して移動可能な切断部材も含み得る。
電気外科用器具によって印加される電気エネルギーは、ハンドピースと連通している発生器によって、器具へと伝送することができる。電気エネルギーは、無線周波数（「ＲＦ」）エネルギーの形態であってもよい。ＲＦエネルギーは、２００キロヘルツ（ｋＨｚ）〜１メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波帯域であってもよい電気エネルギーの一形態である。印加中、電気外科用器具は、組織を通じて低周波数ＲＦエネルギーを伝送することができ、これはイオン撹拌又は摩擦、すなわち抵抗加熱を生じさせ、これによって組織の温度を増加させる。罹患組織と周囲組織との間にはっきりとした境界が形成されるため、外科医は、標的としない隣接する組織を犠牲にすることなく、高度な正確性及び制御で操作することができる。ＲＦエネルギーの低動作温度は、軟組織を除去、収縮又は成形し、同時に血管を封止するのに有用である。ＲＦエネルギーは、主にコラーゲンから構成され、かつ熱に接触した際に収縮する結合組織に特に良好に作用する。
ＲＦエネルギーは、ＥＮ ６０６０１−２−２：２００９＋Ａ１１：２０１１，Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ２０１．３．２１８−ＨＩＧＨ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹに記載される周波数範囲であり得る。例えば、単極ＲＦ用途における周波数は、典型的には、５ＭＨｚ未満に制限され得る。しかしながら、双極ＲＦ用途においては、周波数は、ほぼどのような周波数でもよい。２００ｋＨｚ超の周波数は、典型的には、低周波数の電流の使用から生じる神経及び筋肉の不必要な刺激を避けるために、単極用途に使用され得る。リスク分析が、神経筋刺激の可能性が許容可能なレベルにまで緩和されたと示す場合、より低い周波数が双極用途に使用され得る。通常、５ＭＨｚ超の周波数は、高周波数漏洩電流に関連する問題を最小限に抑えるために使用されない。しかしながら、より高い周波数は、双極用途の場合には使用され得る。一般に、１０ｍＡが、組織への熱効果のより低い閾値であると認識されている。
これらの医療装置を使用するときの課題は、外科用器具の機能を十分に制御かつカスタマイズできないことである。現在の器具の欠点のうちのいくつかを克服する外科用器具を提供することが、望ましいであろう。
一態様では、本開示は、外科用器具を含むシステムを提供する。本外科用器具は、ハンドルアセンブリ；ハンドルアセンブリに連結されたシャフト；シャフトに固定して連結された複数の磁石；シャフトに連結された複数のセンサであって、各々は、複数の磁石のうちの１つ以上から離れた距離を決定するように構成されている、センサ；及び複数のセンサに通信可能に連結されたプロセッサを含み；シャフトは、固定基準面に対する位置を変えるように構成されており、複数の磁石のうちの１つ以上が、シャフトの変化位置に対応して位置を変えるように構成されており、複数のセンサのうちの１つ以上が、１つ以上の磁石が位置を変えたときに、複数のセンサのうちの１つ以上に対する、複数の磁石のうちの１つ以上の距離の変化を決定するように更に構成されており、プロセッサが、複数のセンサのうちの１つ以上によって決定された距離の変化を使用して、１つ以上の磁石の位置の３次元変化を算出することにより、シャフトの位置の３次元変化を決定するように構成されている。
別の態様では、本開示は、複数の磁石；複数の磁石のうちの１つ以上から離れた距離を決定するように構成されている複数のセンサ；及び複数のセンサに通信可能に連結されたプロセッサを備えた外科用器具であって、プロセッサが、複数のセンサのうちの１つ以上によって決定された距離の変化を使用して、１つ以上の磁石の位置の３次元変化を算出することにより、外科用器具の位置の３次元変化を決定するように構成されている、外科用器具を提供する。
別の態様では、本開示は、外科用器具を制御する方法を供給する。本方法は、複数の磁石、複数の磁石のうちの１つ以上から離れた距離を決定するように構成されている複数のセンサ、及び複数のセンサに通信可能に連結されたプロセッサを含み、この方法は、複数のセンサのうちの１つ以上により決定される距離の変化を使用して、１つ以上の磁石の位置の３次元変化を算出することにより、プロセッサによって外科用器具の位置の３次元変化を決定することを含む。
前述のものに加えて、様々な他の方法並びに／又はシステム及び／若しくはプログラム製品の態様が、本開示の文中（例えば、「特許請求の範囲」及び／若しくは詳細な説明）並びに／又は図面などの教示で記載かつ説明される。
前述のものは概要であり、したがって、詳細の単純化、一般化、包括及び／又は省略を含んでもよく、それゆえに、当業者であれば、本「課題を解決するための手段」が単に例示的なものに過ぎず、いかなる形であれ限定する意図はないことを、理解するであろう。本明細書に記載される装置並びに／又はプロセス及び／若しくは他の主題の他の態様、特徴及び利点は、本明細書に記載される教示において明らかになるであろう。
１つ以上の様々な態様では、関連するシステムには、本明細書で参照する方法の態様に作用するための回路及び／又はプログラミングが挙げられるが、これらに限定されず、その回路及び／又はプログラミングは、本質的に、システム設計者の設計選択に応じて、本明細書で参照する方法の態様に影響するように構成されたハードウェア、ソフトウェア及び／又はファームウェアの任意の組み合わせであり得る。前述のものに加えて、様々な他の方法及び／又はシステム態様が、本開示の文中（例えば、「特許請求の範囲」及び／若しくは「発明を実施するための最良の形態」）並びに／又は図面などの本教示に記載及び説明される。
更に、以下で記述する形態、形態の具現、実施例のうちの任意の１つ以上を、以下で記述する他の形態、形態の具現、実施例のうちの任意の１つ以上と組み合わせることができるものと理解されたい。
上記の「課題を解決するための手段」はあくまで例示的なものに過ぎず、いかなる意味においても限定を目的としたものではない。上記に述べた例示的な態様及び特徴に加えて、更なる態様及び特徴が、図面及び以下の詳細な説明を参照することにより明らかになるであろう。
本明細書に記載される様々な態様の新規特徴は、添付の「特許請求の範囲」で具体的に記載される。しかしながら、様々な態様は、構成及び操作の方法のいずれに関しても、以下の説明文を添付の図面と共に参照することによってより深い理解を得ることができる。
本開示の態様による、モジュール電池式手持ち型超音波外科用器具の図である。 本開示の態様による、図１に示す外科用器具の分解図である。 本開示の態様による、図１に示す外科用器具のモジュールシャフトアセンブリの分解図である。 本開示の態様による、図１に示す外科用器具の超音波変換器／発生器アセンブリの斜視透明図である。 本開示の態様による、超音波変換器／発生器アセンブリの端面図である。 本開示の態様による、超音波変換器／発生器アセンブリの斜視図であり、超音波発生器を露出するように上部ハウジング部分が取り除かれている。 本開示の態様による、超音波変換器／発生器アセンブリの断面図である。 本開示の一態様による、３１ｋＨｚ共振周波数で動作するように構成された超音波変換器／発生器アセンブリの立面図である。 本開示の一態様による、５５ｋＨｚ共振周波数で動作するように構成された超音波変換器／発生器アセンブリの立面図である。 本開示の一態様による、超音波変換器に対して超音波伝送導波管を選択的に回転させ、それらを互いに向かって付勢するシフトアセンブリを示す。 本開示の一態様による、超音波変換器に対して超音波伝送導波管を選択的に回転させ、それらを互いに向かって付勢するシフトアセンブリを示す。 本開示の一態様による、超音波変換器を駆動するのに適した図４に示す超音波駆動回路の一態様の概略図である。 本開示の一態様による、図１１に示す超音波駆動回路に連結された変圧器の概略図である。 本開示の一態様による、テスト回路に連結された図１２に示す変圧器の概略図である。 本発明の一態様による、制御回路の概略図である。 本開示の一態様による、モジュール超音波外科用器具内に含まれる別の電気回路を示す簡略化したブロック回路図を示す。 本開示の一態様による、外科用器具と共に使用するための電池アセンブリを示す。 本開示の一態様による、外科用器具と共に使用するための使い捨て電池アセンブリを示す。 本開示の一態様による、外科用器具と共に使用するための再利用可能な電池アセンブリを示す。 本開示の一態様による、電池アセンブリの立面斜視図であり、マルチリード電池端子に連結された複数の回路基板に連結された電池セルを露出するようにハウジングシェルの両半分が取り除かれている。 本発明の一態様による、電池テスト回路を示す。 本開示の一態様による、最小出力電圧を維持するための補助電源回路を示す。 本開示の一態様による、外科用器具にエネルギーを供給するためのスイッチモード電源回路を示す。 本開示の一態様による、外科用器具にエネルギーを供給するための図２２に示すスイッチングレギュレータの別個のバージョンを示す。 本開示の一態様による、外科用器具にエネルギーを供給するための線形電源回路を示す。 本開示の一態様による、モジュール手持ち型超音波外科用器具の立面分解図であり、マルチリードハンドル端子アセンブリに通信可能に連結された装置識別子を露出するように、左シェル半分がハンドルアセンブリから取り除かれている。 本開示の一態様による、図２５に示す超音波外科用器具のトリガ部及びスイッチの詳細図である。 本開示の一態様による、ジョー部材が開放位置にある遠位端からのエンドエフェクタの断片的な拡大斜視図である。 本開示の一態様による、外科用器具のモジュールシャフトアセンブリ及びエンドエフェクタ部分を示す。 本開示の一態様による、内管／ばねアセンブリの詳細図である。 本開示の一態様による、モジュール電池式手持ち型組み合わせ超音波／電気外科用器具を示す。 本開示の一態様による、図３０に示す外科用器具の分解図である。 本開示の一態様による、モジュール電池式手持ち型組み合わせ超音波／ＲＦ外科用器具の部分斜視図である。 本開示の一態様による、図３０〜図３２に関して記載された外科用器具のノズル部分を示す。 本開示の一態様による、高周波電流（ＲＦ）を駆動するために構成された駆動回路の一態様の概略図である。 本開示の一態様による、図３４に示すＲＦ駆動回路に連結された変圧器の概略図である。 本開示の一態様による、高電力エネルギー／駆動回路及び低電力回路のための別個の電源を含む回路の概略図である。 図３０及び図３１に示す外科用器具の、デュアル発生器システムがＲＦ発生器エネルギーモダリティと超音波発生器エネルギーモダリティとの間で切り替えることを可能にする制御回路を示す。 本開示の一態様による、エンドエフェクタの断面図である。 本開示の一態様による、エンドエフェクタの断面図である。 本開示の一態様による、閉鎖状態にある遠位ジョー部を示す部分的な長手方向側断面図である。 本開示の一態様による、開放状態にある遠位ジョー部を示す部分的な長手方向側断面図である。 本開示の一態様による、ジョー部材を示す部分的な長手方向側断面図である。 本開示の一態様による、正常状態にある遠位ジョー部を示す断面図である。 本開示の一態様による、摩耗状態にある遠位ジョー部を示す断面図である。 本開示の一態様による、遠位関節接合を有するモジュール電池式手持ち型電気外科用器具を示す。 本開示の一態様による、図４５に示す外科用器具の分解図である。 本開示の一態様による、図４５及び図４６に示す外科用器具の斜視図であり、ディスプレイがハンドルアセンブリ上に位置している。 本開示の一態様による、図４５及び図４６に示す器具の斜視図であり、ディスプレイがハンドルアセンブリ上に位置していない。 本開示の一態様による、ナイフを駆動するために外科用器具と共に使用され得るモータアセンブリである。 本開示の一態様による、モータ駆動回路の図である。 本開示の一態様による、遠位ヘッド回転、関節接合及びジョー閉鎖を駆動するための回転駆動機構を示す。 本開示の一態様による、開放構成で示されるジョー部材を有する、エンドエフェクタアセンブリの拡大された左斜視図である。 本開示の一態様による、図５２のエンドエフェクタアセンブリの拡大された右側面図である。 本開示の一態様による、遠位関節接合を有するモジュール電池式手持ち型電気外科用器具を示す。 本開示の一態様による、図５４に示す外科用器具の分解図である。 本開示の一態様による、電気的接続を含む、図５４に示す関節接合部の拡大領域詳細図である。 本開示の一態様による、電気的接続を含む、図５６に示す関節接合部の拡大領域詳細図である。 本開示の一態様による、図５４の外科用器具のシャフトアセンブリ、エンドエフェクタ及び切断部材の構成要素の斜視図を示す。 本開示の一態様による、関節接合の第２段にある関節接合部を示す。 本開示の一態様による、開放構成にある図５４〜図５９の装置のエンドエフェクタの斜視図を示す。 本開示の一態様による、閉鎖構成にあり、かつブレードが遠位位置にある図６０のエンドエフェクタの断面端面図を示す。 本開示の一態様による、外科用器具の制御回路の構成要素を示す。 本開示の一態様による、独立して動作する複数の回路セグメントを含むセグメント化回路のシステム図である。図６３は直接デジタル合成回路の一形態の図である。 本明細書に記載される特徴部のうちの多くを含むか又は実装することができる、図１〜図６１に関して本明細書に記載される外科用器具のうちのいずれか１つと共に使用するためのフィードバックシステムを含む、外科用器具の一態様の図を示す。 本開示の一態様による、図１〜図６１に関して本明細書に記載される外科用器具のうちのいずれかにおいて使用するための電気信号波形の複数の波形を生成するように構成された直接デジタル合成（direct digital synthesis、ＤＤＳ）回路などのデジタル合成回路の基本構造の一態様を示す。 本開示の一態様による、図１〜図６１に関して本明細書に記載される外科用器具のうちのいずれかにおいて使用するための電気信号波形の複数の波形を生成するように構成された直接デジタル合成（ＤＤＳ）回路の一態様を示す。 本開示の一態様による、アナログ波形の本開示の一態様による（比較目的のために離散時間デジタル電気信号波形に重ね合わされて示される）離散時間デジタル電気信号波形の１サイクルを示す。 本開示の一態様による、図１〜図６１に関して本明細書に記載される外科用器具のうちのいずれかにおいて使用するための少なくとも１つのメモリ回路に連結された１つ以上のプロセッサを含むコントローラを備える回路を示す。 本開示の一態様による、本明細書に記載されるアルゴリズム、プロセス又は技術のうちのいずれかを実装するように構成された組み合わせ論理回路を含む有限状態マシンを備える回路を示す。 本開示の一態様による、本明細書に記載されるアルゴリズム、プロセス又は技術のうちのいずれかを実装するように構成された順序論理回路を含む有限状態マシンを備える回路を示す。 本開示の一態様による、モータ制御機能を有する外科用器具の様々な構成要素の回路図である。 本開示の一態様による、ハンドルアセンブリを示し、ハンドルアセンブリの内部構成要素を示すように取り外し可能なサービスパネルが取り除かれている。 本開示の一態様による、医療装置のハンドルアセンブリ及びシャフトアセンブリの部分の内側を相互接続するシャフト制御エレクトロニクスのシステムの一例を示す。 本開示の一態様によれば、いくつかの態様による可撓性回路の部分をズームした一例を示す。 本開示の一態様により、複数のセンサが、どのように、医療装置の移動を測定して監視することと組み合わせて使用され得るかを示す。 本開示の一態様により、複数のセンサが、どのように、医療装置の移動を測定して監視することと組み合わせて使用され得るかを示す。 本開示の一態様により、複数のセンサが、どのように、１つ以上の磁石の３次元位置を決定するために使用され得るかの別の例を示す。 本開示の一態様による、高感度エレクトロニクスを保護するためのシールを含む医療装置のシャフトアセンブリの変形を示す。
本出願は、本出願と同時に出願された以下の共同所有の特許出願に関し、各々の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
代理人整理番号ＥＮＤ７９１１ＵＳＮＰ／１６０００６、２０１６年１２月１６日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる表題ＭＯＤＵＬＡＲ ＢＡＴＴＥＲＹ ＰＯＷＥＲＥＤ ＨＡＮＤＨＥＬＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＴＨＥＲＥＦＯＲ。
代理人整理番号ＥＮＤ７９１１ＵＳＮＰ１／１６０００６−１、２０１６年１２月１６日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる表題ＭＯＤＵＬＡＲ ＢＡＴＴＥＲＹ ＰＯＷＥＲＥＤ ＨＡＮＤＨＥＬＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＥＮＥＲＧＹ ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＴＩＳＳＵＥ ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＺＡＴＩＯＮ。
代理人整理番号ＥＮＤ７９１１ＵＳＮＰ２／１６０００６−２、発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ、ＩＶらによる表題ＭＯＤＵＬＡＲ ＢＡＴＴＥＲＹ ＰＯＷＥＲＥＤ ＨＡＮＤＨＥＬＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＥＮＥＲＧＹ ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＢＵＴＴＯＮ ＤＩＳＰＬＡＣＥＭＥＮＴ、ＩＮＴＥＮＳＩＴＹ、ＯＲ ＬＯＣＡＬ ＴＩＳＳＵＥ ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＺＡＴＩＯＮ。
代理人整理番号ＥＮＤ７９１１ＵＳＮＰ３／１６０００６−３、２０１６年１２月１６日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる表題ＭＯＤＵＬＡＲ ＢＡＴＴＥＲＹ ＰＯＷＥＲＥＤ ＨＡＮＤＨＥＬＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＭＯＴＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬ ＬＩＭＩＴＳ。
代理人整理番号ＥＮＤ７９１１ＵＳＮＰ４／１６０００６−４、２０１６年１２月１６日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによるＭＯＤＵＬＡＲ ＢＡＴＴＥＲＹ ＰＯＷＥＲＥＤ ＨＡＮＤＨＥＬＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ ＭＯＴＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬ ＬＩＭＩＴ ＰＲＯＦＩＬＥ。
代理人整理番号ＥＮＤ７９１１ＵＳＮＰ５／１６０００６−５、２０１６年１２月１６日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによるＭＯＤＵＬＡＲ ＢＡＴＴＥＲＹ ＰＯＷＥＲＥＤ ＨＡＮＤＨＥＬＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ ＭＯＴＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬ ＬＩＭＩＴＳ ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＴＩＳＳＵＥ ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＺＡＴＩＯＮ。
代理人整理番号ＥＮＤ７９１１ＵＳＮＰ６／１６０００６−６、２０１６年１２月１６日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる表題ＭＯＤＵＬＡＲ ＢＡＴＴＥＲＹ ＰＯＷＥＲＥＤ ＨＡＮＤＨＥＬＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ ＭＵＬＴＩ−ＦＵＮＣＴＩＯＮ ＭＯＴＯＲ ＶＩＡ ＳＨＩＦＴＩＮＧ ＧＥＡＲ ＡＳＳＥＭＢＬＹ。
代理人整理番号ＥＮＤ７９１１ＵＳＮＰ７／１６０００６−７、２０１６年１２月１６日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる表題ＭＯＤＵＬＡＲ ＢＡＴＴＥＲＹ ＰＯＷＥＲＥＤ ＨＡＮＤＨＥＬＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ Ａ ＰＬＵＲＡＬＩＴＹ ＯＦ ＣＯＮＴＲＯＬ ＰＲＯＧＲＡＭＳ。
代理人整理番号ＥＮＤ７９１１ＵＳＮＰ８／１６０００６−８、２０１６年１２月１６日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる表題ＭＯＤＵＬＡＲ ＢＡＴＴＥＲＹ ＰＯＷＥＲＥＤ ＨＡＮＤＨＥＬＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ ＥＮＥＲＧＹ ＣＯＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ。
代理人整理番号ＥＮＤ７９１１ＵＳＮＰ９／１６０００６−９、２０１６年１２月１６日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる表題ＭＯＤＵＬＡＲ ＢＡＴＴＥＲＹ ＰＯＷＥＲＥＤ ＨＡＮＤＨＥＬＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ ＶＯＬＴＡＧＥ ＳＡＧ ＲＥＳＩＳＴＡＮＴ ＢＡＴＴＥＲＹ ＰＡＣＫ。
代理人整理番号ＥＮＤ７９１１ＵＳＮＰ１０／１６０００６−１０、２０１６年１２月１６日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる表題ＭＯＤＵＬＡＲ ＢＡＴＴＥＲＹ ＰＯＷＥＲＥＤ ＨＡＮＤＨＥＬＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ ＭＵＬＴＩＳＴＡＧＥ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ ＣＩＲＣＵＩＴＳ。
代理人整理番号ＥＮＤ７９１１ＵＳＮＰ１２／１６０００６−１２、２０１６年１２月１６日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる表題ＭＯＤＵＬＡＲ ＢＡＴＴＥＲＹ ＰＯＷＥＲＥＤ ＨＡＮＤＨＥＬＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ ＥＬＯＮＧＡＴＥＤ ＭＵＬＴＩ−ＬＡＹＥＲＥＤ ＳＨＡＦＴ。
代理人整理番号ＥＮＤ７９１１ＵＳＮＰ１３／１６０００６−１３、２０１６年１２月１６日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる表題ＭＯＤＵＬＡＲ ＢＡＴＴＥＲＹ ＰＯＷＥＲＥＤ ＨＡＮＤＨＥＬＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ ＭＯＴＯＲ ＤＲＩＶＥ。
代理人整理番号ＥＮＤ７９１１ＵＳＮＰ１４／１６０００６−１４、２０１６年１２月１６日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる表題ＭＯＤＵＬＡＲ ＢＡＴＴＥＲＹ ＰＯＷＥＲＥＤ ＨＡＮＤＨＥＬＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ ＳＥＬＦ−ＤＩＡＧＮＯＳＩＮＧ ＣＯＮＴＲＯＬ ＳＷＩＴＣＨＥＳ ＦＯＲ ＲＥＵＳＡＢＬＥ ＨＡＮＤＬＥ ＡＳＳＥＭＢＬＹ。
代理人整理番号ＥＮＤ７９１１ＵＳＮＰ１５／１６０００６−１５、２０１６年１２月１６日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる表題ＭＯＤＵＬＡＲ ＢＡＴＴＥＲＹ ＰＯＷＥＲＥＤ ＨＡＮＤＨＥＬＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ ＲＥＵＳＡＢＬＥ ＡＳＹＭＭＥＴＲＩＣ ＨＡＮＤＬＥ ＨＯＵＳＩＮＧ。
代理人整理番号ＥＮＤ７９１１ＵＳＮＰ１６／１６０００６−１６、２０１６年１２月１６日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる表題ＭＯＤＵＬＡＲ ＢＡＴＴＥＲＹ ＰＯＷＥＲＥＤ ＨＡＮＤＨＥＬＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ ＣＵＲＶＥＤ ＥＮＤ ＥＦＦＥＣＴＯＲＳ ＨＡＶＩＮＧ ＡＳＹＭＭＥＴＲＩＣ ＥＮＧＡＧＥＭＥＮＴ ＢＥＴＷＥＥＮ ＪＡＷ ＡＮＤ ＢＬＡＤＥ。
以下の「発明を実施するための最良の形態」では、本明細書の一部を構成する添付の図面を参照する。図中、一般的に、同様の記号及び参照符合は、内容によりそうでない旨が断られない限り、複数の図を通じて同様の要素を示す。詳細な説明、図面及び特許請求の範囲に記載される例示的な態様は、限定を目的としたものではない。本明細書に提示される主題の範囲から逸脱することなく、他の態様を使用することが可能であり、他の変更を行うことが可能である。
本開示の様々な態様を詳細に説明する前に、本明細書に開示された様々な態様は、それらの用途又は使用において、添付の図面及び説明に例示される部品の構造及び配置の詳細に限定されないことに留意すべきである。むしろ、開示された態様は、他の態様、その変形及び改変として位置決めするか、又はこれらに組み込むことが可能であり、様々な方法で実施又は実行してもよい。したがって、本明細書に開示された態様は、例示的な性質のものであり、その範囲又は用途を限定することを目的としたものではない。更に、別途記載のない限り、本明細書で用いる用語及び表現は、読者の便宜のために態様を説明する目的で選択されるものであって、それらの範囲を限定しようとするものではない。更に、開示された態様、態様の表現及び／又はその実施例のうちの任意の１つ以上を、限定することなく、他の開示された態様、態様の表現及び／又はその実施例のうちの任意の１つ以上と組み合わせることができる点を理解されたい。
また、以下の説明において、前、後、内側、外側、上部、下部といった用語は便宜的に用いられる語であると理解するべきであり、限定的な用語として解釈されるべきではない。本明細書で使用される用語は、本明細書に述べられるデバイス、又はその部分を他の向きで取り付けるか又は用いることが可能である限り、限定的なものではない。図面を参照しながら、様々な態様をより詳細に説明する。
様々な態様では、本開示は、超音波エネルギーモダリティ及びＲＦエネルギーモダリティの両方を利用する混合エネルギー外科用器具を対象とする。混合エネルギー外科用器具は、米国特許第９，１０７，６９０号（参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）に開示される超音波機能などの既存のエンドエフェクタ機能、米国特許第８，６９６，６６６号及び同第８，６６３，２２３号（両方が参照によりそれら全体が本明細書に組み込まれる）に開示される組み合わせ装置機能、米国特許第９，０２８，４７８号及び同第９，１１３，９０７号（両方が参照によりそれら全体が本明細書に組み込まれる）に開示されるＲＦ対向電極機能、並びに米国特許出願公開第２０１３／００２３８６８号（参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）に開示されるＲＦ Ｉ−ブレードオフセット電極機能を達成するものを使用するモジュールシャフトを使用することができる。
様々な態様では、本開示は、第１の発生器、第２の発生器及び外科用器具によって適用されるエネルギーモダリティを制御するための制御回路を備える、モジュール電池式手持ち型超音波外科用器具を対象とする。外科用器具は、超音波エネルギーモダリティ、無線周波数（ＲＦ）エネルギーモダリティ又は超音波エネルギーモダリティ及びＲＦエネルギーモダリティの組み合わせを含む、少なくとも１つのエネルギーモダリティを適用するように構成される。
別の態様では、本開示は、超音波エネルギーモダリティ、ＲＦモダリティ又は超音波エネルギーモダリティ及びＲＦエネルギーモダリティの組み合わせのために構成することができるモジュール電池式手持ち型外科用器具を対象とする。混合エネルギー外科用器具は、超音波エネルギーモダリティ及びＲＦエネルギーモダリティの両方を利用する。混合エネルギー外科用器具は、エンドエフェクタ機能を達成するモジュールシャフトを使用することができる。エネルギーモダリティは、外科用器具によって特定される測定された組織パラメータに基づいて、超音波振動及び／又は電気外科用高周波電流を用いるために好適なエネルギーモダリティアルゴリズムを決定して、生組織に対して外科的凝固／切断処理を実行するために、例えば、他のパラメータの中でも特に、電気インピーダンス、組織インピーダンス、電気モータ電流、ジョー間隙、組織厚さ、組織圧縮、組織の種類、温度又はそれらの組み合わせなどの特定の測定された組織及び装置パラメータの測定値に基づいて選択可能であり得る。一旦組織パラメータが識別されると、外科用器具は、特定の組織／装置パラメータの測定を通して、単一の又はセグメント化されたＲＦ電極構成又は超音波装置において組織に適用される処置エネルギーを制御するように構成され得る。組織処置アルゴリズムは、共同所有の米国特許出願第１５／１７７，４３０号、表題ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ ＵＳＥＲ ＡＤＡＰＴＡＢＬＥ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳに記載されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
別の態様では、本開示は、モータ及びコントローラとを有するモジュール電池式手持ち型外科用器具を対象とし、第１の制限閾値は、モジュールアセンブリを取設する目的のためにモータに使用され、また第２の閾値は、モータに使用され、かつ第２のアセンブリ工程又は外科用器具の機能性と関連付けられる。外科用器具は、モータ電流又はモータ電流に関するパラメータの測定を通してモータ速度又はトルクの制御を利用するモータ駆動作動機構を備えてもよく、モータ制御は、位置、慣性、速度、加速度又はそれらの組み合わせに基づいて異なる大きさでモータ調整をトリガするために非線形閾値を介して調整される。移動機構及びモータコントローラのモータ駆動作動を用いて、モータ速度又はトルクを制御することができる。移動機構の物理的特性に関連するセンサは、モータコントローラにフィードバックを提供する。一態様では、センサを用いて、モータコントローラの動作の変化をトリガする、既定の閾値を調整する。モータを利用して、シャフト回転及びジョー閉鎖などのシャフト機能を駆動することができ、そのモータを切り替えて、変換器に対するトルク制限導波管の取設も提供する。モータ制御アルゴリズムを利用して、装置状態及び／又は動力による作動限界を表示するための、モータドライブトレインにより、ユーザに触覚フィードバックを生成することができる。モータ動力式モジュール高度エネルギーベースの外科用器具は、一連の異なるシャフトモジュール及び変換器を動作させる一連の制御プログラム又はアルゴリズムを含むことができる。一態様では、プログラム又はアルゴリズムは、モジュール内に存在し、取設されるときに制御ハンドルにアップロードされる。モータ駆動モジュール電池式手持ち型外科用器具は、少なくとも２つの独立した作動機能（第１、第２、両方、どちらもない）に選択的に連結可能な一次回転駆動を備えてよく、遠位モジュール細長チューブ内に位置するクラッチ機構を利用することができる。
別の態様では、本開示は、エネルギー保存回路と、短絡を有するセグメント化回路のスリープモード非通電を使用して、不使用電力ドレイン及びスリープシーケンスの順序とは異なるウエイクアップシーケンス順序を最小限に抑える技術とを備える、モジュール電池式手持ち型外科用器具を対象とする。使い捨て一次電池パックは、電池式モジュール手持ち型外科用器具と共に利用され得る。使い捨て一次電池は、電池出力電圧を追加の電圧で補償して、負荷下での電圧サグを相殺するため、かつ負荷下での動作中に電池パック出力電圧が所定のレベルを下回ることを防ぐために、電力管理回路を備えてもよい。外科用器具の回路は、耐放射線構成要素を含み、電気信号の増幅は、複数段に分割され得る。超音波変換器ハウジング又はＲＦハウジングは、最終的な増幅段を含んでよく、かつ超音波変換器又はＲＦモジュールに関連するエネルギーモダリティに応じて異なる比率を含み得る。
別の態様では、本開示は、シャフトの長さに沿って複数の磁気位置センサを備え、固定基準面からシャフトの作動構成要素の３次元位置を決定すると同時に、外部源からの任意のエラーを診断するために、複数のセンサが同じ磁石を検出することを可能にする異なる構成で対合されたモジュール電池式手持ち型外科用器具を対象とする。制御及び感知エレクトロニクスが、シャフトに組み込まれてもよい。シャフト制御エレクトロニクスの部分は、移動シャフト構成要素の内側に沿って配設されてよく、移動シャフト構成要素の外側に沿って配設された他のシャフト制御エレクトロニクスから分離される。制御及び感知エレクトロニクスは、それらが装置内のシャフト封止として作用するように配置及び設計されてもよい。
別の態様では、本開示は、電池式モジュール再利用可能なハンドル内に自己診断制御スイッチを備える、モジュール電池式手持ち型外科用器具を対象とする。制御スイッチは、イベントをトリガするためにそれらの閾値を調整することができるだけでなく、制御に対する外部の影響を示すか、又は交換が必要とされるまでの時間を予測することができる。再利用可能なハンドルハウジングは、モジュール使い捨てシャフト及び少なくとも１つの制御及び配線ハーネスと共に使用するために構成される。ハンドルは、開いたときに非対称に分かれるように構成され、それによりスイッチ、配線ハーネス及び／又は制御エレクトロニクスは、片側に支持可能に収容することができ、それにより反対側が、一次ハウジングを被覆するように取り外し可能に取設される。
図１は、本開示の態様による、モジュール電池式手持ち型超音波外科用器具１００の図である。図２は、本開示の態様による、図１に示す外科用器具１００の分解図である。ここで図１及び図２を参照して、外科用器具１００は、ハンドルアセンブリ１０２、超音波変換器／発生器アセンブリ１０４、電池アセンブリ１０６、シャフトアセンブリ１１０及びエンドエフェクタ１１２を備える。超音波変換器／発生器アセンブリ１０４、電池アセンブリ１０６及びシャフトアセンブリ１１０は、ハンドルアセンブリ１０２に取り外し可能に接続可能なモジュール構成要素である。ハンドルアセンブリ１０２は、モータアセンブリ１６０を備える。更に、外科用器具１００のいくつかの態様は、超音波発生器及びモータ制御回路を含む電池アセンブリ１０６を含む。電池アセンブリ１０６は、第１段発生器機能を含み、５５ｋＨｚ及び３３．１Ｋｈｚの超音波変換器を駆動するために、最終段が超音波変換器／発生器アセンブリ１０４の一部として存在する。電池アセンブリ１０６、共通の発生器構成要素及びセグメント化回路と互換可能に使用するための異なる最終段発生器は、電池アセンブリ１０６が駆動回路の部分を制御的に電源投入し、それらに電源投入する前に回路の段をチェックすることを可能にし、かつ電力管理モードを可能にする。更に、多目的制御は、専用シャフトアセンブリ１１０制御がそのような機能を有するシャフト上に位置するハンドルアセンブリ１０２において提供され得る。例えば、エンドエフェクタ１１２モジュールは、遠位回転エレクトロニクスを含むことができ、シャフトアセンブリ１１０は、関節接合スイッチと共に回転シャフト制御を含むことができ、ハンドルアセンブリ１０２は、エネルギー起動制御及びジョー部材１１４トリガ１０８制御を含み、エンドエフェクタ１１２をクランプ及びアンクランプすることができる。
超音波変換器／発生器アセンブリ１０４は、ハウジング１４８、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのディスプレイ１７６、例えば、超音波変換器１３０及び超音波発生器１６２を備える（図４）。シャフトアセンブリ１１０は、外管１４４、超音波伝送導波管１４５及び内管（図示せず）を備える。エンドエフェクタ１１２は、ジョー部材１１４及び超音波ブレード１１６を備える。以下に記載のように、トリガ１０８によって操作されるモータ又は他の機構を用いて、ジョー部材１１４を閉じることができる。超音波ブレード１１６は、超音波伝送導波管１４５の遠位端である。ジョー部材１１４は、ジョー部材と超音波ブレード１１６との間の組織を把持するように枢動的に回転可能である。ジョー部材１１４は、トリガ１０８に動作可能に連結され、それによりトリガ１０８を握ったときに、ジョー部材１１４が閉じて組織を把持し、トリガ１０８を解放したときに、ジョー部材１１４が開いて組織を解放する。１段トリガ構成では、トリガ１０８は、トリガ１０８を握ったときにジョー部材１１４を閉じるように、またトリガ１０８を解放したときにジョー部材１１４を開くように機能する。一旦ジョー部材１１４が閉じると、スイッチ１２０が起動され、超音波発生器に通電して組織を封止及び切断する。２段トリガ構成では、第１段の間、ジョー部材１１４を閉じる途中でトリガ１０８を握り、第２段の間、超音波発生器に通電して組織を封止及び切断する途中でトリガ１０８を握る。ジョー部材１１４ａは、トリガ１０８を解放することによって開き、組織を解放する。他の態様では、超音波変換器１０３は、ジョー部材１１４を閉じることなく起動することができる。
電池アセンブリ１０６は、電気コネクタ１３２によってハンドルアセンブリ１０２に電気的に接続される。ハンドルアセンブリ１０２には、スイッチ１２０が設けられている。超音波ブレード１１６は、スイッチ１２０を作動させることによって超音波変換器／発生器回路に通電することにより起動され得る。一態様による電池アセンブリ１０６は、再充電可能、再利用可能な電池パックであり、出力が規制されている。場合によって、下述のように、電池アセンブリ１０６は、ユーザインターフェース機能を容易にする。ハンドルアセンブリ１０２は、電池アセンブリ１０６、超音波変換器／発生器アセンブリ１０４及びシャフトアセンブリ１１０に取設するためのベイ又はドックを有する使い捨てユニットである。ハンドルアセンブリ１０２はまた、例えば、スピーカ／ブザー及び起動スイッチを含む様々なインジケータを収容する。一態様では、電池アセンブリは、ハンドルアセンブリのハウジングによって定義されるドア又は他の開口を通してハンドルアセンブリのハウジング内に挿入される、別個の構成要素である。
超音波変換器／発生器アセンブリ１０４は、遠位出力において高周波機械運動を生じる再利用可能なユニットである。超音波変換器／発生器アセンブリ１０４は、シャフトアセンブリ１１０及び超音波ブレード１１６に機械的に連結され、装置の動作中に、超音波ブレード１１６の遠位出力において運動を生じる。一態様では、超音波変換器／発生器アセンブリ１０４はまた、例えば赤色／緑色／青色（ＲＧＢ）発光ダイオード（ＬＥＤ）、ＬＣＤ又は他のディスプレイを通して視覚的ユーザインターフェースを提供する。そのようなものとして、電池状態の視覚的インジケータは、電池上に一意に位置していないため、電池から離れている。
本開示の様々な態様によれば、外科用器具１００の３つの構成要素、例えば、超音波変換器／発生器アセンブリ１０４、電池アセンブリ１０６及びシャフトアセンブリ１１０は、他のうちの１つ以上から有利に迅速に接続を外すことができる。外科用器具１００の３つの構成要素の各々は無菌であり、使用中に無菌フィールド内で全体的に維持され得る。外科用器具１００の構成要素は分離可能であるため、外科用器具１００は、単回使用品目（例えば、使い捨て）である１つ以上の部分、及び多回使用品目（例えば、複数の外科処置で使用するために滅菌可能）である他の部分から構成され得る。構成要素の態様は、外科用器具１００の一部として分離する。本開示の追加の態様によれば、ハンドルアセンブリ１０２、電池アセンブリ１０６及びシャフトアセンブリ１１０構成要素は、全体の重量に相当し、ハンドルアセンブリ１０２、電池アセンブリ１０６及びシャフトアセンブリ１１０構成要素の各々は、同じ又は実質的に同じ重量であるように平衡される。ハンドルアセンブリ１０２は、支持のために操作者の手の上に張り出し、ユーザの手が、重みに耐えることなく外科用器具１００の制御をより自由に操作することを可能にする。この張り出しは、重心の非常に近くに設定される。三角形のアセンブリ構成と組み合わせることにより、有利に外科用器具１００に重心が設けられ、これが装置を操作するユーザに非常に自然で快適な感触をもたらす。すなわち、ユーザの手に保持されたとき、外科用器具１００は、前後左右に傾く傾向を有しないが、ユーザがほとんど努力せずに導波管が地面に平行に保持されるように相対的かつ動的に平衡されたままである。当然のことながら、この器具は、地面に対して非平行角度で容易に配置され得る。
回転ノブ１１８は、シャフトアセンブリ１１０に動作可能に連結される。矢印１２６によって示される方向に±３６０°の回転ノブ１１８の回転は、外管１４４を矢印１２８のそれぞれの方向に±３６０°回転させる。一態様では、回転ノブ１１８は、ジョー部材１１４を回転させるように構成され得るが、超音波ブレード１１６は、静止したままであり、別個のシャフト回転ノブが、外管１４４を±３６０°回転させるように設けられてもよい。様々な態様では、超音波ブレード１１６は、±３６０°で停止する必要がなく、±３６０°よりも大きい回転角度で回転することができる。外管１４４は、例えば、５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の直径Ｄ１を有してよい。
超音波ブレード１１６は、シャフトアセンブリ１１０内に位置する超音波伝送導波管によって超音波変換器／発生器アセンブリ１０４の超音波変換器１３０（図２）部分に連結される。超音波ブレード１１６及び超音波伝送導波管は、超音波エネルギーの伝送に適した材料からユニット構造として形成され得る。かかる材料の例としては、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ（アルミニウム及びバナジウムを含むチタンの合金）、アルミニウム、ステンレス鋼、又は他の好適な材料が挙げられる。あるいは、超音波ブレード１１６は、超音波伝送導波管から分離可能（かつ異なる組成のもの）であって、例えば、スタッド、溶接、接着剤、急速接続又は他の好適な既知の方法によって連結されてもよい。超音波伝送導波管の長さは、例えば整数の２分の１波長（ｎλ／２）であってもよい。超音波伝送導波管は、好ましくは、超音波エネルギーを効率的に伝播するのに適した材料、例えば上述のチタン合金（すなわち、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ）又は任意の好適なアルミニウム合金、又は他の合金、又はサファイアなどの他の材料から構築された中実コアシャフトから製造され得る。
超音波変換器／発生器アセンブリ１０４はまた、超音波変換器１３０を駆動するための電子回路を備える。超音波ブレード１１６は、約２０Ｈｚ〜１２０ｋＨｚであり得る好適な振動周波数範囲で動作することができ、より好適な振動周波数範囲は、約３０〜１００ｋＨｚであり得る。好適な動作振動周波数は、例えば約５５．５ｋＨｚであってもよい。超音波変換器１３０は、スイッチ１２０の作動によって通電される。
「近位」及び「遠位」という用語は、本明細書において、ハンドルアセンブリ１０２を把持している臨床医を基準として用いられることが理解されるであろう。したがって、超音波ブレード１１６は、より近位のハンドルアセンブリ１０２を基準として遠位である。便宜上及び明確性のために、「上部」及び「下部」などの空間に関する用語もまた、本明細書において、ハンドルアセンブリ１０２を把持している臨床医を基準として用いられている点も更に理解されよう。しかしながら、外科用器具は、多くの配向及び位置で使用されるものであり、これらの用語は、限定的かつ絶対的なものであることを意図するものではない。
図３は、本開示の態様による、図１に示す外科用器具１００のモジュールシャフトアセンブリ１１０の分解図である。外科用器具１００は、超音波振動を用いて生体組織上で外科処置を実行する。シャフトアセンブリ１１０は、ハンドルアセンブリ１０２上に形成されたスロット１４２ａ、１４２ｂ及びシャフトアセンブリ１１０上のタブ１３４ａ、１３４ｂを介してハンドルアセンブリ１０２に連結する。ハンドルアセンブリ１０２は、シャフトアセンブリ１１０内の対応する雌型連結部材１３８に受容される雄型連結部材１３６を含む。雄型連結部材１３６は、トリガ１０８に操作可能に連結され、それによりトリガ１０８が握られると、雄型連結部材１３６が遠位方向に並進して、シャフトアセンブリ１１０の外管部分をジョー部材１１４の近くに並進させる閉鎖管機構１４０を駆動する。前述のように、トリガ１０８が解放されると、ジョー部材１１４が開く。雄型連結部材１３６はまた、シャフトアセンブリ１１０の外管１４４内に位置する超音波伝送導波管１４５に連結し（図２）、ハンドルアセンブリ１０２のノズル１４６内に受容される、超音波変換器１３０に連結する（図２）。シャフトアセンブリ１１０は、電気的接触１３７を介してハンドルアセンブリ１０２に電気的に連結される。
図４は、本開示の態様による、図１に示す外科用器具１００の超音波変換器／発生器アセンブリ１０４の斜視透明図である。図５は、超音波変換器／発生器アセンブリ１０４の端面図であり、図６は、超音波発生器１６２を露出するように上部ハウジング部分が取り除かれた超音波変換器／発生器アセンブリ１０４の斜視図であり、図７は、超音波変換器／発生器アセンブリ１０４の断面図である。ここで図４〜図７を参照して、超音波変換器／発生器アセンブリ１０４は、超音波変換器１３０と、超音波変換器１３０及びハウジング１４８を駆動するための超音波発生器１６２とを備える。第１の電気コネクタ１５８は、超音波発生器１６２を電池アセンブリ１０６に連結し（図１及び図２）、第２の電気コネクタ１６１は、超音波発生器１６２をノズルに連結する（図３）。一態様では、ディスプレイ１７６は、超音波変換器／発生器アセンブリ１０４ハウジング１４８の片側に設けられてもよい。
超音波発生器１６２は、図１１に示す電気回路１７７などの超音波駆動回路を備え、またいくつかの態様では、第２段増幅器回路１７８を備える。電気回路１７７は、超音波変換器１３０を駆動するために構成され、超音波変換器回路の部分を形成する。電気回路１７７は、他の構成要素の中でも特に、変圧器１６６及びブロッキングキャパシタ１６８を備える。変圧器１６６は、超音波変換器１３０の圧電素子１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄに電気的に連結される。電気回路１７７は、第１のケーブル１７９を介して第１の電気コネクタ１５８に電気的に連結される。第１の電気コネクタ１５８は、電池アセンブリ１０６（図１及び図２）に電気的に連結される。電気回路１７７は、第２のケーブル１８３を介して第２の電気コネクタ１６０に電気的に連結される。第２の電気コネクタ１６０は、ノズル１４６（図３）に電気的に連結される。一態様では、第２段増幅器回路１７８は、２段増幅システムで用いられてもよい。
超音波変換器１３０は、「ランジュバンスタック（Langevin stack）」として既知であるが、一般に、圧電素子１５０ａ〜１５０ｄを含む変換部分、第１の共振器部分又はエンドベル１６４、並びに第２の共振器部分又はフォアベル１５２及び付属構成要素を含む。これらの構成要素の全体の構造は共振器である。磁歪変換器などの他の形態の変換器があり、それらを使用することもできる。超音波変換器１３０は、好ましくは、より詳細に後述されるように、整数の２分の１システム波長（ｎλ／２、式中、「ｎ」は任意の正の整数であり、例えば、ｎ＝１、２、３．．．）の長さである。音響アセンブリは、エンドベル１６４、超音波変換器１３０、フォアベル１５２及び変速器１５４を含む。
エンドベル１６４の遠位端は、圧電素子１５０ａの近位端に音響的に連結され、フォアベル１５２の近位端は、圧電素子１５０ｄの遠位端に音響的に連結される。フォアベル１５２及びエンドベル１６４は、変換部分の厚さ、エンドベル１６４及びフォアベル１５２を製造するために使用される材料の密度及び弾性率、並びに超音波変換器１３０の共振周波数を含む、多くの変数によって決定される長さを有する。フォアベル１５２は、変速器１５４において超音波振動の振幅を増幅するようにその近位端からその遠位端へと内側に細くなっていてもよく、あるいは増幅を持たなくてもよい。好適な振動の周波数範囲は約２０Ｈｚ〜１２０ｋＨｚであってもよく、より好適な振動の周波数範囲は約３０〜１００ｋＨｚであってもよい。好適な動作振動周波数は、例えば約５５．５ｋＨｚであってもよい。
超音波変換器１３０は、音響的に連結又はスタックされて、変換部分を形成するいくつかの圧電素子１５０ａ〜１５０ｄを含む。圧電素子１５０ａ〜１５０ｄは、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、チタン酸鉛、チタン酸バリウム又は他の圧電セラミック材料など、任意の好適な材料から製造されてもよい。導電素子１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、１７０ｄを、圧電素子１５０ａ〜１５０ｄの間に挿入して、電気回路１７７を圧電素子１５０ａ〜１５０ｄに電気的に連結する。圧電素子１５０ａ、１５０ｂの間に位置する導電素子１７０ａ及び圧電素子１５０ｄとフォアベル１５２との間に位置する導電素子１７０ｄは、電気回路１７７の正電極１７４ａに電気的に連結されている。圧電素子１５０ｂ、１５０ｃの間に位置する導電素子１７０ｂ及び圧電素子１５０ｃ、１５０ｄの間に位置する導電素子１７０ｃは、電気回路１７７の負電極１７４ｂに電気的に連結されている。正及び負の電極１７４ａ、１７４ｂは、導電体により電気回路１７７に電気的に連結されている。
超音波変換器１３０は、電気回路１７７からの電気駆動信号を機械エネルギーに変換し、これが主に超音波周波数で超音波変換器１３０及び超音波ブレード１１６（図１及び図３）の長手方向の振動運動の定在音波を生じる。別の態様では、超音波変換器１３０の振動運動は、異なる方向に作用し得る。例えば、振動運動は、超音波ブレード１１６のより複雑な運動の局所的な長手方向の構成要素を含むことができる。音響アセンブリが通電されると、定在波の形態の振動運動が、種々の電気的及び幾何学的パラメータによって決定される共振及び振幅で、超音波変換器１３０を通して超音波ブレード１１６に生成される。音響アセンブリに沿った任意の点での振動運動の振幅は、振動運動が測定される音響アセンブリに沿った場所に依存する。振動運動定常波内の最小又はゼロ交差は、一般に波節点（すなわち、運動が最小である箇所）と称され、定常波内の局所的最大絶対値又はピークは、一般に波腹点（すなわち、局所運動が最大である箇所）と称される。波腹点とそれに最も近い波節点との間の距離は４分の１波長（λ／４）である。
ワイヤは、電気回路１７７から正電極１７０ａ及び負電極１７０ｂに電気駆動信号を伝送する。圧電素子１５０ａ〜１５０ｄは、例えば、音響アセンブリにおいて音響定在波を生み出すために、スイッチ１２０などのアクチュエータに応答して、電気回路１７７から供給される電気信号によって通電される。電気信号は、圧電素子１５０ａ〜１５０ｄ中に、繰り返される小変位形態の乱れを起こし、材料中に大きな交互の圧縮及び伸張力をもたらす。繰り返される小変位は、圧電素子１５０ａ〜１５０ｄを連続的に電圧勾配の軸に沿って伸縮させ、超音波エネルギーの長手方向の波を生成する。超音波エネルギーは、シャフトアセンブリ１１０（図１〜図３）を通る伝送構成要素又は超音波伝送導波管を介して、音響アセンブリを通して超音波ブレード１１６（図１及び図３）に伝送される。
音響アセンブリが超音波ブレード１１６（図１及び図３）にエネルギーを送達するために、音響アセンブリの構成要素は、超音波ブレード１１６に音響的に連結される。超音波変換器１３０の連結スタッド１５６は、スタッドなどのねじ接続によって超音波伝送導波管１４５に音響的に連結される。一態様では、超音波変換器１３０は、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、超音波伝送導波管１４５に音響的に連結されてもよい。
音響アセンブリの構成要素は、好ましくは、任意のアセンブリの長さが整数の２分の１波長（ｎλ／２）であるように音響的に調整され、その場合、波長λは、音響アセンブリの予め選択された、又は作動中の長手方向の振動駆動周波数ｆｄの波長である。また、音響アセンブリは、いずれかの好適な音響要素の配設を組み込んでもよいことが熟慮される。
超音波ブレード１１６（図１及び図３）は、２分の１システム波長（ｎλ／２）の整数倍の長さを有してもよい。超音波ブレード１１６の遠位端は、遠位端の最大長手方向可動域をもたらすために、波腹点付近に配設されてもよい。超音波変換器１３０が通電されると、超音波ブレード１１６の遠位端は、例えば、５５ｋＨｚの所定の振動周波数において、例えば、およそ１０〜５００ミクロンのピーク・トゥ・ピークの範囲で、また好ましくは約３０〜１５０ミクロンの範囲で、またいくつかの態様では１００ミクロン付近に移動するように構成されてもよい。
図８は、本開示の一態様による、３１ｋＨｚの共振周波数で動作するように構成された超音波変換器／発生器アセンブリ１０４の立面図である。図９は、本開示の一態様による、５５ｋＨｚの共振周波数で動作するように構成された超音波変換器／発生器アセンブリ１０４’の立面図である。図に見られるように、超音波変換器／発生器アセンブリ１０４、１０４’、ハウジング１４８は、図３に示す外科用器具１００のノズル１４６に嵌合するように同じサイズである。それにもかかわらず、個々の超音波変換器１３０、１３０’は、所望の共振周波数に応じてサイズが変化する。例えば、図８に示す超音波変換器１３０は、３１ｋＨｚの共振周波数で調整され、５５ｋＨｚの共振周波数で調整される、図９に示す超音波変換器１３０’より物理的に大きい。超音波変換器１３０、１３０’の連結スタッド１５６、１５６’は、スタッドなどのねじ接続によって超音波伝送導波管１４５に音響的に連結されてもよい。
図１０Ａ及び図１０Ｂは、本開示の一態様による、超音波変換器１３０に対して超音波伝送導波管１４５を選択的に回転させ、それらを互いに向かって付勢するシフトアセンブリ２００を示す。図１０Ａは、係合解除構成にある超音波伝送導波管１４５及び超音波変換器１３０を有するシフトアセンブリ２００を示し、図１０Ｂは、係合構成にある超音波伝送導波管１４５及び超音波変換器１３０を有するシフトアセンブリ２００を示す。ここで図１０Ａ及び図１０Ｂの両方を参照して、シフトアセンブリ２００は、外科用器具１００のハンドルアセンブリ１０２内に位置する。１つ以上のスリーブ２０４は、ハウジング１４８内の定位置に超音波変換器１３０を保持する。超音波変換器１３０の遠位端は、ウォームギヤ２０６によって係合されるねじ山２０２を含む。ウォームギヤ２０６が回転すると、超音波変換器１３０は、矢印２０８によって示される方向に付勢されて、ねじ付き連結スタッド１５６を超音波伝送導波管１４５のねじ付き端部にねじ込む。ウォームギヤ２０６は、外科用器具１００のハンドルアセンブリ１０２内に位置したモータによって駆動され得る。
一態様では、シフトアセンブリ２００は、クランプ、回転及び関節接合のシャフト作動を制御するハンドルアセンブリ１０２内に位置するモータを介した、超音波伝送導波管１４５のトルク制限モータ駆動の取設を含み得る。ハンドルアセンブリ１０２内のシフトアセンブリ２００は、所定の最小トルクを有する場所への超音波伝送導波管１４５に適切なトルクを印加する。例えば、ハンドルアセンブリ１０２は、一次駆動シャフトスパーギヤを長手方向に連結解除し、かつシャフト及びノズルを回転させる変換器トルクギアを連結することにより、導波管を変換器にねじ込む一次モータをシフトさせる、変換器トルク機構を含むことができる。
図１１は、本開示の一態様による、超音波変換器１３０を駆動するのに適した図４に示す電気回路１７７の一態様の概略図である。電気回路１７７は、アナログマルチプレクサ１８０を備える。アナログマルチプレクサ１８０は、超音波、電池及び電力制御回路などの上流チャネルＳＣＬ−Ａ／ＳＤＡ−Ａからの様々な信号を多重化する。電流センサ１８２は、電源回路の戻り又は接地区間と直列に連結され、電源により供給される電流を測定する。電界効果トランジスタ（field effect transistor（ＦＥＴ））温度センサ１８４は、周囲温度を提供する。パルス幅変調（pulse width modulation（ＰＷＭ））ウォッチドッグタイマ１８８は、主プログラムが定期的なサービス提供を怠る場合にシステムリセットを自動的に生じさせる。これは、ソフトウェア又はハードウェアの故障のため、これがハング又はフリーズすると、電気回路１７７を自動的にリセットするように設けられている。電気回路１７７は、超音波変換器１３０を駆動するため、又は例えば図３４に示す電気回路７０２などのＲＦ電極を駆動するためのＲＦ駆動回路として構成され得ることが理解されるであろう。したがって、ここで図１１に戻って参照すると、電気回路１７７を使用して、超音波変換器及びＲＦ電極の両方を交換可能に駆動することができる。同時に駆動する場合、対応する第１段回路５５０４内にフィルタ回路を設けて、超音波波形又はＲＦ波形のいずれかを選択するようにしてもよい。かかるフィルタリング技術は、共同所有の米国特許出願第１５／２６５，２９３号、表題ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ＦＯＲ ＣＩＲＣＵＩＴ ＴＯＰＯＬＯＧＩＥＳ ＦＯＲ ＣＯＭＢＩＮＥＤ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲに記載されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
駆動回路１８６は、左右の超音波エネルギー出力を提供する。デジタル信号は、信号波形が、制御回路２１０（図１４）などの制御回路からのアナログマルチプレクサ１８０のＳＣＬ−Ａ／ＳＤＡ−Ａ入力に提供されることを表す。デジタル・アナログ変換器１９０（ＤＡＣ）は、デジタル入力をアナログ出力に変換して、発振器１９４に連結されたＰＷＭ回路１９２を駆動する。ＰＷＭ回路１９２は、第１のトランジスタ出力段１９８ａに連結された第１のゲート駆動回路１９６ａに第１の信号を提供して、第１の超音波（左側）エネルギー出力を駆動する。ＰＷＭ回路１９２はまた、第２のトランジスタ出力段１９８ｂに連結された第２のゲート駆動回路１９６ｂに第２の信号を提供して、第２の超音波（右側）エネルギー出力を駆動する。電圧センサ１９９を、超音波左／右出力端子間に連結して、出力電圧を測定する。駆動回路１８６、第１及び第２の駆動回路１９６ａ、１９６ｂ、並びに第１及び第２のトランジスタ出力段１９８ａ、１９８ｂは、第１段増幅器回路を定義する。動作中、制御回路２１０（図１４）は、直接デジタル合成（direct digital synthesis（ＤＤＳ））回路１５００、１６００（図６５及び図６６）などの回路を用いるデジタル波形１８００（図６７）を生成する。ＤＡＣ １９０は、デジタル波形１８００を受容し、それをアナログ波形に変換し、これが第１段増幅器回路によって受容及び増幅される。
図１２は、本開示の一態様による、図１１に示す電気回路１７７に連結された変圧器１６６の概略図である。変圧器１６６の超音波左／右入力端子（一次巻線）は、電気回路１７７の超音波左／右出力端子に電気的に連結されている。変圧器１６６の二次巻線は、正及び負の電極１７４ａ、１７４ｂに連結されている。変圧器１６６の正及び負の電極１７４ａ、１７４ｂは、超音波変換器１３０（図４）の陽端子１７０ａ（スタック１）及び陰端子１７０ｂ（スタック２）に連結されている。一態様では、変圧器１６６は、ｎ１：ｎ２が１：５０の巻数比を有する。
図１３は、本開示の一態様による、テスト回路１６５に連結された図１２に示す変圧器１６６の概略図である。テスト回路１６５は、正及び負の電極１７４ａ、１７４ｂに連結されている。スイッチ１６７は、超音波変換器の負荷をシミュレートするインダクタ／キャパシタ／レジスタ（ＬＣＲ）負荷と直列に配置される。
図１４は、本開示の一態様による、制御回路２１０の概略図である。制御回路２１０は、電池アセンブリ１０６のハウジング内に位置する。電池アセンブリ１０６は、様々な局所電源２１５のためのエネルギー源である。制御回路は、例えば、出力ＳＣＬ−Ａ／ＳＤＡ−Ａ、ＳＣＬ−Ｂ／ＳＤＡ−Ｂ、ＳＣＬ−Ｃ／ＳＤＡ−Ｃによって、様々な下流回路にインターフェースマスター２１８を介して連結された主プロセッサ２１４を備える。一態様では、インターフェースマスター２１８は、Ｉ２Ｃシリアルインターフェースなどの汎用シリアルインターフェースである。主プロセッサ２１４はまた、汎用入出力２２０（ＧＰＩＯ）を通してスイッチ２２４、ディスプレイ２２６（例えば、及びＬＣＤディスプレイ）、並びにＧＰＩＯ２２２を通して様々なインジケータ２２８を駆動するように構成される。ウォッチドッグプロセッサ２１６は、主プロセッサ２１４を制御するために設けられている。スイッチ２３０は、ハンドルアセンブリ１０２（図１〜図３）への電池アセンブリ１０６の挿入時に制御回路２１２を起動するために、電池２１１と直列に設けられている。
一態様では、主プロセッサ２１４は、出力端子ＳＣＬ−Ａ／ＳＤＡ−Ａによって電気回路１７７（図４及び図１１）に連結されている。主プロセッサ２１４は、例えば、超音波変換器１３０（図４〜図８）を駆動するために、電気回路１７７に伝送されるデジタル化された駆動信号又は波形のテーブルを記憶するためのメモリを備える。他の態様では、主プロセッサ２１４は、デジタル波形を生成し、それを電気回路１７７に伝送し得るか、又は電気回路１７７へ後に伝送するためにデジタル波形を記憶し得る。主プロセッサ２１４はまた、出力端子ＳＣＬ−Ｂ／ＳＤＡ−ＢによってＲＦ駆動及び出力端子ＳＣＬ−Ｃ／ＳＤＡ−Ｃによって様々なセンサ（例えば、ホール効果センサ、磁気粘性流体（magnetorheological fluid（ＭＲＦ））センサ等）を提供してもよい。一態様では、主プロセッサ２１４は、適切なソフトウェア及びユーザインターフェース機能を可能にするために、超音波駆動回路及び／又はＲＦ駆動回路の存在を感知するように構成される。
一態様では、主プロセッサ２１４は、例えば、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＬＭ ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲであってもよい。少なくとも一例では、Ｔｅｘａｓ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＬＭ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲは、製品データシートから容易に入手可能な他の機構の中でも、最大４０ＭＨｚ、２５６ＫＢの単一サイクルフラッシュメモリ若しくは他の不揮発性メモリのオンチップメモリと、４０ＭＨｚ超の性能を改善するためのプリフェッチバッファと、３２ＫＢの単一サイクルシリアルランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）と、ＳｔｅｌｌａｒｉｓＷａｒｅ（登録商標）ソフトウェアを搭載した内部読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）と、２ＫＢの電気的消去可能なプログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）と、１つ以上のパルス幅変調（ＰＷＭ）モジュールと、１つ以上のアナログ直交エンコーダ入力部（ＱＥＤ）と、１２個のアナログ入力チャネルを備えた、１つ以上の１２ビットアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）と、を備えたＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ−Ｍ４Ｆプロセッサコアである。他のプロセッサが容易に代用されてもよく、したがって、本開示は、この文脈に限定されるべきではない。
図１５は、本開示の一態様による、モジュール超音波外科用器具３３４内に含まれる別の電気回路３００を示す簡略化したブロック回路図を示す。電気回路３００は、プロセッサ３０２、クロック３３０、メモリ３２６、電源３０４（例えば、電池）、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）電源スイッチなどのスイッチ３０６、駆動回路３０８（ＰＬＬ）、変圧器３１０、信号平滑化回路３１２（整合回路とも呼ばれる、例えば、タンク回路であり得る）、感知回路３１４、変換器１３０及び超音波ブレード１１６で終端する超音波伝送導波管（本明細書では簡単に導波管と呼ばれ得る）を備えるシャフトアセンブリ１１０を含む。
高電圧（１２０ＶＡＣ）入力電力への依存性（一般的な超音波切断装置の特性）を断つ本開示の１つの特徴は、波形成プロセスの全体にわたる低電圧スイッチングの利用及び変圧器の段の直前に限った駆動信号の増幅である。この理由のため、本開示の一態様では、電力は、ハンドルアセンブリ１０２（図１〜図３）内でいずれかを適合させるのに十分に小さい、たった１つの電池又は電池群から導出される。現況技術の電池技術は、高さ及び幅が数センチメートル、奥行きが数ミリメートルの強力な電池を提供する。本開示の特徴を組み合わせて、自己完結型及び自己動力式超音波装置を提供することによって、製造コストの低減を達成することができる。
電源３０４の出力は、プロセッサ３０２に供給され、電力供給する。プロセッサ３０２は、信号を受信及び出力し、以下に説明するように、プロセッサ３０２によって実行されるカスタムロジックに従って、又はコンピュータプログラムに従って機能する。電気回路３００はまた、コンピュータ読み取り可能な命令及びデータを記憶するメモリ３２６、好ましくはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含むことができる。
電源３０４の出力はまた、プロセッサ３０２によって制御されるデューティサイクルを有するスイッチ３０６に向けられている。スイッチ３０６のオン時間を制御することにより、プロセッサ３０２は、最終的に変換器３１６に送達される総電力量を決定することができる。一態様では、スイッチ３０６はＭＯＳＦＥＴであるが、他のスイッチ及びスイッチング構成も同様に適応可能である。スイッチ３０６の出力は、例えば、位相検出位相同期ループ（ＰＬＬ）及び／又はローパスフィルタ及び／又は電圧制御発振器を含む駆動回路３０８に供給される。スイッチ３０６の出力は、プロセッサ３０２によってサンプリングされ、出力信号の電圧及び電流（それぞれＶ ＩＮ及びＩ ＩＮ）を決定する。これらの値は、フィードバックアーキテクチャにおいて使用され、スイッチ３０６のパルス幅変調を調整する。例えば、スイッチ３０６のデューティサイクルは、スイッチ３０６からの所望される実際の出力に応じて約２０％〜約８０％まで変化し得る。
スイッチ３０６からの信号を受信する駆動回路３０８は、スイッチ３０６の出力を超音波周波数、例えば５５ｋＨｚ（ＶＣＯ）の電気信号に変換する発振回路を含む。上述のように、この超音波波形の平滑化バージョンが、最終的に超音波変換器１３０に供給され、超音波伝送導波管１４５（図２）に沿って共振正弦波を生成する。
駆動回路３０８の出力には、低電圧信号（複数可）からより高い電圧に昇圧させることができる変圧器３１０がある。変圧器３１０の前に、低い（例えば、電池駆動）電圧で上流スイッチングが実施されることが指摘され、これは今まで超音波切断及び焼灼装置には可能でなかった。これは、装置が、低オン抵抗ＭＯＳＦＥＴスイッチング装置を有利に使用するという事実に少なくとも部分的に起因する。低オン抵抗ＭＯＳＦＥＴスイッチは、従来のＭＯＳＦＥＴ装置よりも低いスイッチング損失及び低い熱を生じ、より高い電流を通過させることができるため有利である。したがって、スイッチング段（プレトランスフォーマ）は、低電圧／高電流として特徴付けられ得る。増幅器ＭＯＳＦＥＴ（複数可）のより低いオン抵抗を保証するために、ＭＯＳＦＥＴ（複数可）は、例えば１０Ｖで稼働される。そのような場合、別個の１０ＶＤＣ電源を使用して、ＭＯＳＦＥＴゲートに供給することができ、ＭＯＳＦＥＴが完全にオンであり、合理的に低いオン抵抗が達成されることを保証する。本開示の一態様では、変圧器３１０は、電池電圧を１２０Ｖの二乗平均平方根（ＲＭＳ）に昇圧させる。変圧器は、当該技術で既知であるため、ここでは詳細に説明されていない。
記載の回路構成において、回路構成要素の劣化は、回路の回路性能に負の影響を及ぼし得る。構成要素の性能に直接影響する１つの要因は熱である。既知の回路は、一般にスイッチング温度（例えば、ＭＯＳＦＥＴ温度）を監視する。しかしながら、ＭＯＳＦＥＴ設計における技術的進歩及び対応するサイズの低減により、ＭＯＳＦＥＴ温度は、もはや回路負荷及び熱の有効なインジケータではない。この理由のため、本開示の一態様により、感知回路３１４は、変圧器３１０の温度を感知する。この温度感知は、変圧器３１０が装置の使用中にその最高温度又はその付近で稼働されるため有利である。追加の温度は、コア材料、例えばフェライトを破壊することになり、永久的な損傷が起こり得る。本開示は、例えば、変圧器３１０内の駆動電力を低減すること、ユーザに信号伝達すること、電源をオフにすること、電力をパルスすること又は他の適切な応答によって、変圧器３１０の最高温度に応答することができる。
本開示の一態様では、プロセッサ３０２は、エンドエフェクタ１１２に通信可能に連結され、これを使用して、材料を超音波ブレード１１６、例えば、図１に示すクランプ機構と物理的に接触させる。エンドエフェクタ１１２において、クランプ力値（既知の範囲内に存在する）を測定するセンサが提供され、受信されたクランプ力値に基づいて、プロセッサ３０２は、運動電圧ＶＭを変化させる。設定された運動速度と組み合わされた高い力値は、高いブレード温度をもたらし得るため、温度センサ３３６は、プロセッサ３０２に通信可能に連結され、プロセッサ３０２は、温度センサ３３６からブレードの現在の温度を示す信号を受信及び解釈するように、また受信した温度に基づいてブレード移動の目標周波数を決定するように動作可能である。別の態様では、歪ゲージ又は圧力センサなどの力センサが、トリガ１０８に連結され、ユーザによってトリガ１０８に加えられた力を測定することができる。別の態様では、歪ゲージ又は圧力センサなどの力センサが、スイッチ１２０ボタンに連結されてもよく、それにより変位強度が、ユーザによってスイッチ１２０ボタンに加えられた力に対応する。
本開示の一態様によれば、プロセッサ３０２に連結された駆動回路３０８のＰＬＬ部分は、導波管移動の周波数を決定し、その周波数をプロセッサ３０２に伝達することができる。プロセッサ３０２は、装置がオフにされたときに、この周波数値をメモリ３２６に記憶する。プロセッサ３０２は、クロック３３０を読み取ることにより、装置の電源が切られた後の経過時間を決定して、この経過時間が所定の値未満である場合、導波管移動の最後の周波数を回復することが可能である。次いで、装置は、推定可能に現在の負荷に対して最適な周波数である最後の周波数で起動することができる。
図１６は、本開示の一態様による、外科用器具１００と共に使用するための電池アセンブリ４００を示す。電池アセンブリ４００は、様々なエネルギーセルを含むようにサイズ決定及び構成されたハウジング４０２を備える。エネルギーセルは、再充電式及び非再充電式電池を含むことができる。一態様では、電池アセンブリ４００は、４つのＬｉイオン非再充電式電池４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ、４０４ｄ及び２つのニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）再充電式電池４０６ａ（第２の電池は図示せず）を含む。ハウジング４０２は、電池アセンブリ４００を外科用器具１００（図１及び図２）のハンドルアセンブリ１０２に取り外し可能に接続するためのタブ４０８ａ、４０８ｂを備える。
図１７は、本開示の一態様による、外科用器具１００と共に使用するための使い捨て電池アセンブリ４１０を示す。一態様では、使い捨て電池アセンブリ４１０は、外科用器具１００（図１及び図２）などの電池式高度エネルギー器具と共に使用するための一次セル電池パックを備え、使い捨て電池アセンブリ４１０からの電圧サグを相殺して、負荷下での動作中に出力電圧が所定のレベルを下回るのを防ぐために、エレクトロニクスを追加の電圧で補償することを含む。この使い捨て電池アセンブリ４１０は、様々なエネルギーセルを含むようにサイズ決定及び構成されたハウジング４１２を備える。エネルギーセルは、再充電式及び非再充電式電池を含むことができる。一態様では、使い捨て電池アセンブリ４１０は、４つの一次リチウムイオン（Ｌｉ−イオン）非再充電式電池４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃ、４１４ｄ及び２つの二次ＮｉＭＨ又はニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）再充電式電池４１６ａ、４１６ｂを含む。ハウジング４１２は、使い捨て電池アセンブリ４１０を外科用器具１００のハンドルアセンブリ１０２に電気的に連結するための電気接点４１８を含む。図示した例では、電気接点４１８は、４つの金属接点を含む。使い捨て電池アセンブリ４１０はまた、制御回路２１０（図１４）及び／又は電気回路３００（図１５）などの電気回路４１９を含む。電気回路４１９は、放射硬化される。
一態様では、使い捨て電池アセンブリ４１０は、電池４１４ａ〜ｄ、電気回路４１９及びガンマ又は他の放射線滅菌に耐性のある他の構成要素を含む。例えば、スイッチングモード電源４６０（図２２）又は線形電源４７０（図２４）及び任意の充電回路は、使い捨て電池アセンブリ４１０のハウジング４１２内に組み込まれて、一次Ｌｉ−イオン電池４１４ａ〜ｄの電圧サグを低減し、二次ＮｉＭＨ電池４１６ａ、４１６ｂを使用して電圧サグを低減することを可能にすることができる。これにより、無菌フィールドへの導入が容易な各手術の開始時の満充電セルが保証される。一次Ｌｉ−イオン電池４１４ａ〜ｄ及び二次ＮｉＭＨ電池４１６ａ〜ｂを含むデュアルタイプの電池アセンブリを、専用エネルギーセル４１６ａ〜ｂと共に使用して、発生器及びモータ制御回路を稼働させる専用エネルギーセル４１４ａ〜ｄからエレクトロニクスを制御することができる。一態様では、関与する電池が低下した場合、システムは、エレクトロニクス回路の駆動に必要とされる電池から引き込む。一態様では、システムは、反対方向に、例えば、エネルギー及び／又はモータ制御回路の駆動に関与する電池から電子回路の駆動に関与する電池に電流を流すことを可能にしない一方向ダイオードシステムを含む。追加の一態様では、システムは、所定のレベルにおける電圧サグを最小限に抑えるダイオード及び真空管構成要素を使用する、ガンマフレンドリー充電回路及びスイッチモード電源を備えることができる。スイッチモード電源は、ＮｉＭＨ電圧（例えば、３つのＮｉＭＨセル）の分割である最小サグ電圧を含めることによって省略することができる。別の側面では、放射線硬化した構成要素がモジュール内に位置するモジュールシステムを作製することができ、このモジュールを、放射線滅菌によって滅菌可能にする。他の放射線硬化していない構成要素は、他のモジュール構成要素に含まれ、構成要素が同じ回路基板上に一緒に位置しているかのように構成要素が一緒に動作するように、モジュール構成要素の間に接続が作製される。二次ＮｉＭＨ電池４１６ａ〜ｂの２つのセルのみが所望される場合、ダイオード及び真空管に基づくスイッチモード電源は、使い捨て一次Ｌｉ−イオン電池４１４ａ〜ｄ内の滅菌可能なエレクトロニクスを可能にする。
図１８は、本開示の一態様による、外科用器具１００と共に使用するための再利用可能な電池アセンブリ４２０を示す。この再利用可能な電池アセンブリ４２０は、様々な再充電可能エネルギーセルを含むようにサイズ決定及び構成されたハウジング４２２を備える。エネルギーセルは、再充電可能電池を含むことができる。一態様では、再利用可能な電池アセンブリ４２０は、５つの積層されたＮｉＭＨ再充電可能電池４２４ａ、４２４ｂ、４２４ｃ、４２４ｄ、４２４ｅを含む。ハウジング４２２は、再利用可能な電池アセンブリ４２０を外科用器具１００（図１及び図２）のハンドルアセンブリ１０２に電気的に連結するための電気接点４２８を含む。図示した例では、電気接点４２８は、６つの金属接点を含む。再利用可能な電池アセンブリ４２０はまた、制御回路２１０（図１４）及び／又は電気回路３００（図１５）などの電気回路を含み得る、最大６つの回路基板４２９ａ、４２９ｂ、４２９ｃ、４２９ｄ、４２９ｅ、４２９ｆを含む。一態様では、再利用可能な電池アセンブリ４２０は、容易なスワップのためにハウジング４２２内に駆動ＦＥＴトランジスタ及び関連回路４２９ａ〜ｆを備え、エネルギー送達を伴う再利用可能な電池アセンブリ４２０を置き換えるために、外科用器具１００（図１及び図２）を遮断する必要がない。
再利用可能な電池アセンブリ４２０は、電池テストスイッチ４２６及び最大３つのＬＥＤインジケータ４２７ａ、４２７ｂ、４２７ｃを備え、再利用可能な電池アセンブリ４２０内の電池４２４ａ〜ｅの劣化を決定する。第１のＬＥＤインジケータ４２７ａは、使用する準備ができている満充電電池４２４ａ〜ｅを示し得る。第２のＬＥＤインジケータ４２７ｂは、電池を再充電する必要があることを示し得る。第３のＬＥＤインジケータ４２７ｃは、電池が不良品であり、廃棄することを示し得る。再利用可能な電池アセンブリ４２０の劣化表示は、ユーザがそれを挿入及び使用する前に電池４２４ａ〜ｅの特定の劣化及び能力を決定することを可能にする。例えば、再充電可能二次セルの充電状態、サグ電圧、一次セル電圧は、無負荷状態で又はシステムに既定の抵抗負荷を加えた状態でこれらを測定することができる電池テストスイッチ４２６の起動によってチェックされる。電圧は、結果として得られた電圧チェックを比較するために、少なくとも１つであるが、より好ましくは３つの閾値を有し得る。第１のインジケータ４２７ａの場合、電池４２４ａ〜ｅは、それらが使用に適しているか否かを示す。３つのレベルで、再利用可能な電池アセンブリ４２０は、満充電、最小充電、及びある程度限界であるが、制限された充電状態を表示することができる。この電池４２４ａ〜ｅ劣化モニタは、使い捨て電池アセンブリ４１０（図１７）又は再利用可能な電池アセンブリ４２０のいずれかに有用である。使い捨て電池アセンブリ４１０の場合は、準備完了／損傷インジケータである。再利用可能な電池アセンブリ４２０の場合、準備完了／準備未完了に加えて、寿命残量、再充電容量、更には故障前の年数を示すことができる。
図１９は、本開示の一態様による、マルチリード電池端子に連結された複数の回路基板に連結された電池セルを露出するようにハウジングシェルの両半分が取り除かれた、取り外し可能な電池アセンブリ４３０の立面斜視図である。更に、３つを超える、又は３つ未満の回路基板が、拡大又は制限された機能性を提供することが可能である。図１９に示すように、複数の回路基板４３２、４３４、４３６は、積層アーキテクチャに位置決めされてよく、これが多くの利点を提供する。例えば、より小さいレイアウトサイズに起因して、回路基板は、取り外し可能な電池アセンブリ４３０内の設置面積が小さくなり、それによってより小型の電池を可能にする。加えて、この構成では、電源基板に由来するあらゆる雑音がデジタル基板に害を及ぼすことを防止するために、電力基板をデジタル基板から容易に隔離することが可能である。また、積層構成は、基板間の特徴部を直接接続することを可能にし、それによって配線の存在を低減する。更に、回路基板は、リジッド・フレックス・リジッド回路の一部として構成され、リジッド部品がより小さい体積測定領域に「ファン（fanned）」されることを可能にし得る。
本開示の態様によれば、回路基板４３２、４３４、４３６は、特定の機能を提供する。例えば、１つの回路基板４３２は、電池保護回路を実行するための構成要素を提供することができる。同様に、別の回路基板４３４は、電池コントローラを実行するための構成要素を提供することができる。別の回路基板４３６は、例えば、高電力バックコントローラ構成要素を提供することができる。最後に、電池保護回路は、電池セル４３８ａ〜ｎを連結するための接続経路を提供することができる。回路基板を積層構成で配置し、基板をそれぞれの機能により分離することによって、基板を、個々の雑音及び発熱を最良に扱う特定の順序で戦略的に配置することができる。例えば、高電力バックコントローラ構成要素を有する回路基板が最も発熱するため、それを他の基板から隔離し、積層体の中心に配置することができる。このようにして、医師又は装置の操作者が熱を感じないようにする努力において、装置の外表面から熱から遠ざけることが可能である。加えて、電池基板接地は、接地ループによってもたらされる雑音を低減するために中心がバックコントローラ基板に位置する、スタートポロジーで構成されてもよい。
戦略的に積層された回路基板、回路基板からマルチリード電池端子アセンブリへの低熱伝導経路及びフレックス回路３５１６は、装置の外表面に熱が到達しないように補助する特徴部である。電池セル及びバック構成要素は、セル及びバック構成要素によって生成された熱が、医師の手から離れた部分に入るように、ハンドルアセンブリ１０２（図１及び図２）内のフレックス回路に熱的に接続される。フレックス回路は、その露出基盤領域及び熱を再指向し、吸収し、かつ／又はより広い領域に放散する、銅の有利な伝導特性に起因して、比較的高い熱質量を提示し、それによって熱の集中を減速させ、装置の外表面上の高スポット温度を制限する。より大きな熱ウェル、シンク又は絶縁体、金属コネクタキャップ及び装置のフレックス回路又はハンドルアセンブリ１０２におけるより重い銅含有量を含むが、これらに限定されない他の技術も同様に実装され得る。
取り外し可能な電池アセンブリ４３０の別の利点は、Ｌｉ−イオン電池が使用されるときに認識される。前述のように、Ｌｉ−イオン電池は、複数セルの並列構成で充電すべきではない。これは、電圧が特定のセルにおいて上昇するため、他のより低い電圧のセルよりも速く追加充電を許容し始めるからである。したがって、そのセルに対する充電を個別に制御することができるように、セルを監視する。Ｌｉ−イオン電池がセル４３８ａ〜ｎの群から形成されるとき、装置の外部から電池４３８ａ〜ｎに延在する多数の導線（第１のセルを超える各電池セルに少なくとも１つの追加の導線）が必要とされる。取り外し可能な電池アセンブリ４３０を有することにより、電池セル４３８ａ〜ｎは、一態様では、それ自体が露出した接点の組を有し、取り外し可能な電池アセンブリ４３０がハンドルアセンブリ１０２（図１及び図２）内に存在しないとき、接点のセットを、外部の非滅菌充電器における対応する接点のセットに連結することができる。別の態様では、電池セル４３８ａ〜ｎは、電池保護回路に電気的に接続されて、電池保護回路がセル４３８ａ〜ｎの再充電を制御及び調節することを可能にする。取り外し可能な電池アセンブリ４３０には、予想される寿命を過ぎた取り外し可能な電池アセンブリ４３０の使用を防止するための回路が設けられている。この用語は、セルを示すだけでなく、電池ケーシング又はシェル及び上方接点アセンブリを含む外表面も示す。そのような回路は、下で更に詳細に説明され、例えば、使用カウント、再充電カウント及び製造カウントからの絶対時間を含む。
図１９はまた、取り外し可能な電池アセンブリ４３０内の構成要素を、ハンドルアセンブリ１０２（図１及び図２）の電気的インターフェースに電気的に連結するインターフェースである、マルチリード電池端子アセンブリ４３３を示す。取り外し可能な電池アセンブリ４３０は、ハンドルアセンブリ１０２を通して、超音波変換器／発生器アセンブリ１０４（図４）と電気的に（かつ機械的に）連結することができる。上述のように、取り外し可能な電池アセンブリ４３０は、マルチリード電池端子アセンブリ４３３を通して、外科用器具１００（図１及び図２）に電力を供給すると共に、本明細書に記載の他の機能性を提供する。マルチリード電池端子アセンブリ４３３は、取り外し可能な電池アセンブリ４３０内の端子をハンドルアセンブリ１０２のドッキングベイによって提供される別の端子と別個に電気的に接続することができる複数の接触パッド４３５ａ〜ｎを含む。そのような電気的接続の一例は、電力及び通信信号経路として複数の接触パッド４３５ａ〜ｎに連結される。マルチリード電池端子アセンブリ４３３の態様では、１６個の異なる接触パッド４３５ａ〜ｎが示される。この数は、単に例示的である。態様では、電池端子アセンブリ４３３の内側は、気密封止をもたらすようにポッティング材料で充填され得る成形端子ホルダ上に形成されたウェルを有する。接触パッド４３５ａ〜ｎは、リッド内にオーバーモールドされ、ポッティングウェルを通して電池４３０の内部に延在する。ここでフレックス回路を使用して、ピンの配列を再配置し、回路基板への電気的接続を提供することができる。一実施例では、４×４アレイが２×８アレイに変換される。マルチリード電池端子アセンブリ４３３の一実施例では、マルチリード電池端子アセンブリ２８０４の複数の接触パッド４３５ａ〜ｎは、対応する複数の内部接触ピン４３７ａ〜ｎを含む。接触ピン４３７ａは、接触パッド４３５ａのうちの対応するものへの直接電気的連結を提供する。
図２０は、本発明の一態様による、電池テスト回路４４０を示す。電池テスト回路４４０は、図１８に記載される電池テストスイッチ４２６を含む。電池テストスイッチ４２６は、変換器又はシャフトアセンブリエレクトロニクスをシミュレートするＬＣＲ疑似負荷に係合するスイッチである。図１８に記載のように、追加のインジケータ回路が電池テスト回路４４０に連結されて、再利用可能な電池アセンブリ４２０内の電池の容量の適切な表示を提供することができる。図示した電池テスト回路４４０は、それぞれ図１６〜図１９に関して記載される電池アセンブリ４００、４１０、４２０、４３０のうちのいずれかに用いられてもよい。
図２１は、本開示の一態様による、最小出力電圧を維持するための補助電源回路４５０を示す。補助電源回路４５０は、図１６〜図１９に関して記載される電池アセンブリ４００、４１０、４２０、４３０のうちのいずれかに含まれてもよい。補助電源回路４５０は、出力電圧ＶＯが高負荷条件下でサグするのを防ぐ。補助電源回路４５０は、電池アセンブリ４００、４１０、４２０、４３０の、外科用器具１００（図１及び図２）のハンドルアセンブリ１０２への挿入時にスイッチ４５３が閉じると起動される、４つの一次電池４５２ａ〜ｂ、４５２ｃ〜ｄのセット（最大ｎ個の電池が使用されてもよい）を含む。一次電池４５２ａ〜ｄは、ＣＲ１２３Ａ Ｌｉ−イオン電池などのＬｉ−イオン電池であり得る。負荷下で、一次電池４５２ａ〜ｄは、出力電圧ＶＯを提供し、一方で二次再充電可能電池４５４は、充電器４５５によって充電される。一態様では、ＮｉＭＨ電池内の二次再充電可能電池４５４及び充電器４５５は、好適なＮｉＭＨ充電器である。出力電圧ＶＯが高負荷条件に起因してサグ又はドループするとき、電圧ＶＸはスイッチモード電源４５６を動作させて、追加の電流を負荷に供給することによって出力電圧ＶＯを回復する。ダイオード４５８は、スイッチモード電源４５６の出力に電流が流入するのを防ぐように設けられている。したがって、スイッチモード電源４５６の出力電圧Ｖｂは、補助電流が負荷に流入し得る前に、ダイオード４５８（約０．７Ｖ）にわたる電圧降下を超えなければならない。任意に、電池テストスイッチ４５９及びテストレジスタＲＴｅｓｔを設けて、負荷条件下で補助電源回路４５０をテストすることができる。特に、図２１を考慮して、電池アセンブリ４００、４１０、４２０、４３０は、スイッチ４５７ｂ及びレジスタ４５７ｃを含むテスト回路４５７ａを備えてもよく、それによりスイッチ４５７ｂが閉じたとき（例えば、テストボタン４２６を介して）、レジスタ４５７ｃは、一次電池４５２ａ〜ｄが出力電圧ＶＯを送達可能であるか否かをテストする。そうでなければ、レジスタ４５７は、二次電池４５４が、スイッチモード電源４５６の動作を介して、Ｖｂを送達することができ、それによりダイオード４５８を通過する補助電流は、出力電圧ＶＯを回復する。
図２２は、本開示の一態様による、外科用器具１００にエネルギーを供給するためのスイッチモード電源回路４６０を示す。スイッチモード電源回路４６０は、それぞれ図１６、図１７及び図１９に関して記載される電池アセンブリ４００、４１０、４３０のうちのいずれか１つに配設されてもよい。図示した例では、スイッチモード電源回路４６０は、一次Ｌｉセル電池４２９ａ〜ｄを備え、正（＋）出力電圧が、スイッチングレギュレータ４６４の入力端子ＶＩＮに連結される。任意の好適な数の一次セルを用いてもよいことが理解されるであろう。スイッチモード電源回路４６０は、遠隔オン／オフスイッチを含む。スイッチングレギュレータ４６４の入力ＶＩＮはまた、キャパシタＣｉにより表わされる入力フィルタを含む。スイッチングレギュレータ４６４の出力Ｖｏｕｔは、インダクタＬ及びキャパシタＣＯにより表わされる出力フィルタに連結される。キャッチダイオードＤは、Ｖｏｕｔと地面との間に配設される。フィードバック信号は、出力フィルタＣＯからスイッチングレギュレータ４６４のＦＢ入力に提供される。負荷レジスタＲＬは、負荷を表す。一態様では、最小負荷、は約２００ｍＡである。一態様では、出力電圧Ｖｏｕｔは、８００ｍＡで３．３ＶＤＣである。
図２３は、本開示の一態様による、外科用器具１００にエネルギーを供給するための図２２に示すスイッチングレギュレータ４６４の別個のバージョンを示す。スイッチングレギュレータ４６４は、ＶＩＮ端子における電池アセンブリ４００、４１０、４２０、４３０から入力電圧を受信する。オン／オフ入力での信号は、スイッチ４７１の状態を制御することによって、スイッチングレギュレータ４６４の動作を有効又は無効にする。フィードバック信号は、分圧器回路４６３によって分割されたＦＢ入力時の負荷から受信される。分圧器４６３からの電圧は、固定利得増幅器４６５の正入力に印加される。固定利得増幅器４６５の負入力は、バンドギャップ基準ダイオード４６９（例えば、１．２３Ｖ）に連結される。固定利得増幅器４６５の増幅出力は、コンパレータ４６６の正入力に印加される。コンパレータ４６６の負入力は、５０ｋＨｚ発振器４６７の入力を受信する。コンパレータ４６６の出力は、駆動するドライバ４６８及び出力トランジスタ４６１に印加される。出力トランジスタ４６１は、Ｖｏｕｔ端子を介して、電圧及び電流を負荷に供給する。
図２４は、本開示の一態様による、外科用器具１００にエネルギーを供給するための線形電源回路４７０を示す。線形電源回路４７０は、それぞれ図１６、図１７、図１８及び図１９に関して記載される電池アセンブリ４００、４１０、４２０、４３０のうちのいずれか１つに配設されてもよい。図示した例では、線形電源回路４７０は、一次Ｌｉイオンセル電池４６２ａ〜ｄを備え、正（＋）出力電圧が、トランジスタ４７２のＶＩＮ端子に連結される。トランジスタ４７２の出力は、線形電源回路４７０のＶｏｕｔ端子を介して、負荷に電流及び電圧を供給する。入力フィルタＣｉは、入力側に設けられ、出力フィルタＣＯは、出力側に設けられる。ツェナーダイオードＤＺは、トランジスタ４７２の基部に調整電圧を印加する。バイアス抵抗は、ツェナーダイオードＤＺ及びトランジスタ４７２をバイアスする。
図２５は、本開示の一態様による、モジュール手持ち型超音波外科用器具４８０の立面分解図であり、マルチリードハンドル端子アセンブリに通信可能に連結された装置識別子を露出するように、左シェル半分がハンドルアセンブリ４８２から取り除かれている。本開示の追加の態様では、インテリジェント又はスマート電池を使用して、モジュール手持ち型超音波外科用器具４８０に通電する。しかしながら、スマート電池は、モジュール手持ち型超音波外科用器具４８０に限定されず、説明されるように、互いに異なる電力要件（例えば、電流及び電圧）を有していてもいなくてもよい、種々の装置で使用することができる。スマート電池アセンブリ４８６は、本開示の一態様により、電気的に連結される特定の装置を有利に識別することができる。暗号化又は非暗号化された識別方法によってこれを行う。例えば、スマート電池アセンブリ４８６は、接続部分４８８などの接続部分を有し得る。ハンドルアセンブリ４８２はまた、マルチリードハンドル端子アセンブリ４９１に通信可能に連結され、ハンドルアセンブリ４８２に関する少なくとも１つの情報を通信するように動作可能な装置識別子が設けられ得る。この情報は、ハンドルアセンブリ４８２が使用された回数、超音波変換器／発生器アセンブリ４８４（現在、ハンドルアセンブリ４８２から切断されている）が使用された回数、導波管シャフトアセンブリ４９０（現在、ハンドルアセンブリ４８２に接続されている）が使用された回数、現在ハンドルアセンブリ４８２に接続されている導波管シャフトアセンブリ４９０の種類、現在ハンドルアセンブリ４８２に接続されている超音波変換器／発生器アセンブリ４８４の種類若しくは識別及び／又は多くの他の特性に関し得る。スマート電池アセンブリ４８６が、ハンドルアセンブリ４８２に挿入されると、スマート電池アセンブリ４８６内の接続部分４８８は、ハンドルアセンブリ４８２の装置識別子と通信接触する。ハンドルアセンブリ４８２は、ハードウェア、ソフトウェア又はそれらの組み合わせを通して、スマート電池アセンブリ４８６に情報を送信することができる（自己起動によるか、又はスマート電池アセンブリ４８６からの要求に応答して）。この通信された識別子は、スマート電池アセンブリ４８６の接続部分４８８によって受信される。一態様では、一旦スマート電池アセンブリ４８６が情報を受信すると、通信部分は、スマート電池アセンブリ４８６の出力を制御して、装置の特定の電力要件に応じるように動作可能である。
一態様では、通信部分は、別個又は単一の構成要素であり得る、プロセッサ４９３及びメモリ４９７を含む。プロセッサ４９３は、メモリと組み合わせて、モジュール手持ち型超音波外科用器具４８０のためのインテリジェントな電力管理を提供することができる。この態様は、モジュール手持ち型超音波外科用器具４８０などの超音波装置が、モジュール手持ち型超音波外科用器具４８０に固有であり得る電力要件（周波数、電流及び電圧）を有するため、特に有利である。実際に、モジュール手持ち型超音波外科用器具４８０は、外管４９４の１つの寸法又は種類に対する特定の電力要件又は制限、並びに異なる寸法、形状及び／又は構成を有する第２の種類の導波管に対する第２の異なる電力要件を有し得る。
したがって、本開示の一態様による、スマート電池アセンブリ４８６は、電池アセンブリがいくつかの外科用器具の間で使用されることを可能にする。スマート電池アセンブリ４８６は、それが取設された装置を識別することができ、またそれに従ってその出力を変更することができるため、スマート電池アセンブリ４８６を利用する様々な異なる外科用器具の操作者は、使用されるエレクトロニクス装置内に設置しようとしている電源について懸念する必要がなくなる。これは、複雑な外科処置の途中で、電池アセンブリが、別の外科用器具と置換又は交換される必要がある動作環境において特に有利である。
本開示の更なる態様では、スマート電池アセンブリ４８６は、特定の装置が使用される毎に記録をメモリ４９７に記憶する。この記録は、装置の有用な又は許容される寿命の終了を評価するために有用である。例えば、装置が２０回使用されると、その装置は、「もはや信頼できない」外科用器具として定義されるため、装置に接続されるスマート電池アセンブリ４８６内のそのような電池は、それに電力を供給することを拒否する。信頼性は、多くの因子に基づいて決定される。１つの因子は摩耗であり得、これは装置が使用された又は起動された回数を含む、多くの方法で推定され得る。ある特定の使用回数後に、装置の部品は摩耗し、部品間の許容範囲を超え得る。例えば、スマート電池アセンブリ４８６は、ハンドルアセンブリ４８２によって受信されるボタンを押した回数を感知することができ、ボタンを押した回数がいつ最大になったか、又はそれを超えたかを決定することができる。スマート電池アセンブリ４８６はまた、例えば、ハンドルが例えば塩水で汚染された場合に変化し得る、ボタン機構のインピーダンスを監視することができる。
この摩耗は、手技中に許容できない故障につながり得る。いくつかの態様では、スマート電池アセンブリ４８６は、どの部品が装置内で一緒に組み合わされたか、更には部品が経験した使用回数を認識することができる。例えば、スマート電池アセンブリ４８６が、本開示によるスマート電池である場合、ユーザが複合装置の使用を試みる前に、ハンドルアセンブリ４８２、導波管シャフトアセンブリ４９０、並びに超音波変換器／発生器アセンブリ４８４を識別することができる。スマート電池アセンブリ４８６内のメモリ４９７は、例えば、超音波変換器／発生器アセンブリ４８４が動作している時間及びいつ、どのように、どれだけの期間にわたって動作しているかを記録することができる。超音波変換器／発生器アセンブリ４８４が個々の識別子を有する場合、スマート電池アセンブリ４８６は、超音波変換器／発生器アセンブリ４８４の使用を追跡し、一旦ハンドルアセンブリ４８２又は超音波変換器／発生器アセンブリ４８４がその最大使用回数を超えると、その超音波変換器／発生器アセンブリ４８４への電力供給を拒否することができる。超音波変換器／発生器アセンブリ４８４、ハンドルアセンブリ４８２、導波管シャフトアセンブリ４９０又は他の構成要素は、この情報も同様に記録するメモリチップを含むことができる。このようにして、スマート電池アセンブリ４８６内の任意の数のスマート電池は、任意の数の超音波変換器／発生器アセンブリ４８４、ステープラ、導管シーラ等と共に使用することができ、依然として超音波変換器／発生器アセンブリ４８４、ステープラ、導管シーラ等の合計使用回数、又は合計使用時間（クロックの使用を通して）、又は合計作動回数等、又は充電若しくは放電サイクルを決定することができる。スマート機能性は、電池アセンブリ４８６の外部に存在してもよく、例えば、ハンドルアセンブリ４８２、超音波変換器／発生器アセンブリ４８４及び／又はシャフトアセンブリ４９０内に存在してもよい。
超音波変換器／発生器アセンブリ４８４の使用をカウントして、超音波変換器／発生器アセンブリ４８４の寿命をインテリジェントに終了すると、外科用器具は、外科手技における超音波変換器／発生器アセンブリ４８４の実際の使用の完了と、例えば電池交換又は外科手技における一時的遅延に起因する超音波変換器／発生器アセンブリ４８４の作動の瞬間的喪失とを正確に区別する。したがって、超音波変換器／発生器アセンブリ４８４の起動回数を簡単にカウントするための代替として、リアルタイムクロック（ＲＴＣ）回路を実装して、超音波変換器／発生器アセンブリ４８４が実際にシャットダウンされた時間の量を追跡することができる。測定された時間の長さから、シャットダウンが、実際の１回の使用の終了と見なすのに十分に重大であったか、又はシャットダウンが、短すぎて１回の使用の終了と見なすことができなかったかを決定することができる。これにより、一部の用途では、この方法は、単純な「起動ベースの」アルゴリズムよりも、超音波変換器／発生器アセンブリ４８４の有用な寿命の正確な判定となり得、このことは、例えば、１０回の「起動」が外科手技において発生することをもたらすことができ、したがって、１０回の起動は、カウンタがヒトによって増分されるのを表示すべきである。一般に、この内部クロック同期の種類及びシステムは、簡単な「起動ベースの」アルゴリズムを欺くように設計された装置の誤用を防ぎ、また正当な理由で必要とされた超音波変換器／発生器アセンブリ４８４又はスマート電池アセンブリ４８６の簡単な切り離しのみが存在していた場合に完全な使用の不正なログを防ぐであろう。
外科用器具４８０の超音波変換器／発生器アセンブリ４８４は再利用可能であるが、一態様では、外科用器具４８０が洗浄及び滅菌中に過酷な条件に曝されるため、有限の使用回数を設定することができる。より具体的には、電池パックは、滅菌されるように構成される。外表面に用いられる材料にかかわらず、使用される実際の材料について限られた予想寿命がある。この寿命は、例えば、ほんの数例を挙げれば、パックが実際に滅菌された時間の量、パックが製造されてからの時間、パックが再充電された回数を含み得る、様々な特性によって決定される。また、電池セル自体の寿命が限定される。本開示のソフトウェアは、超音波変換器／発生器アセンブリ４８４及びスマート電池アセンブリ４８６の使用回数を検証し、この使用回数に達したか、又は超えたときに装置を無効にする、本発明のアルゴリズムを組み込んでいる。考えられる滅菌方法の各々における電池パック外部の分析を行うことができる。最も過酷な滅菌手技に基づいて、最大数の許可された滅菌を定義することができ、その数をスマート電池アセンブリ４８６のメモリに記憶することができる。充電器が非無菌であり、スマート電池アセンブリ４８６が充電後に使用されると想定される場合、充電カウントは、特定のパックが遭遇する滅菌回数に等しいと定義され得る。
一態様では、電池パック内のハードウェアは、パックがソフトウェアによって無効にされた後に、電池セルからの連続的なドレインに起因する安全性の懸念を最小化又は排除することができる。電池の内部ハードウェアが、ある特定の低電圧条件下で電池を無効にすることができない状況が存在し得る。そのような状況において、一態様では、充電器を使用して電池を「止める」ことができる。電池がその充電器に入っている間、電池マイクロコントローラはオフであるという事実に起因して、不揮発性のシステム管理バス（ＳＭＢ）ベースの電気的に消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）を使用して、電池マイクロコントローラと充電器との間で情報を交換することができる。したがって、一連のＥＥＰＲＯＭを使用して、電池マイクロコントローラがオフであるときでも書き込み及び読み出し可能な情報を記憶することができ、これは充電器又は他の周辺装置と情報を交換しようするときに非常に有益である。この例のＥＥＰＲＯＭは、ほんの数例を挙げれば、少なくとも（ａ）電池が無効にされるべき時点の使用カウント限界（電池使用カウント）、（ｂ）電池が経験する手技の数（電池手技カウント）及び／又は（ｃ）電池が経験する充電の回数（充電カウント）を記憶するのに十分なメモリレジスタを含むように構成され得る。使用カウントレジスタ及び充電カウントレジスタなどのＥＥＰＲＯＭに記憶される情報のうちのいくつかは、ＥＥＰＲＯＭの書き込み禁止部分に記憶され、ユーザが情報を変更するのを防ぐ。一態様では、使用及びカウンタは、データ破壊を検出するために対応するビット反転小レジスタと共に記憶される。
ＳＭＢｕｓライン中の任意の残留電圧は、マイクロコントローラを損傷し、ＳＭＢｕｓ信号を破壊することがある。したがって、マイクロコントローラがオフの間に、電池コントローラ７０３のＳＭＢｕｓラインが電圧を搬送しないことを保証するために、外部ＳＭＢｕｓラインと電池マイクロコントローラ基板との間にリレーが設けられている。
スマート電池アセンブリ４８６の充電中、例えば、定電流／定電圧充電スキームを用いるとき、電池への電流の流入が、漸減様式で所与の閾値を下回ると、スマート電池アセンブリ４８６内の電池の「充電終了」状態が決定される。この「充電終了」状態を正確に検出するため、電池の充電の間、電池マイクロコントローラ及びバック基板はパワーダウンしてオフにされ、基板によって引き起こされるおそれがあり、かつ電流検出の漸減を妨害するおそれのある、任意の電流ドレインを低下させる。追加として、マイクロコントローラ及びバック基板は、充電中にパワーダウンされ、結果として生じる任意のＳＭＢｕｓ信号の破壊を防ぐ。
充電器に関して、一態様では、スマート電池のアセンブリ４８６が、正しい挿入位置以外の任意の方法で充電器に挿入されることを防ぐ。したがって、スマート電池アセンブリ４８６の外部には、充電器を保持する特徴部が設けられている。スマート電池アセンブリ４８６を充電器内に確実に保持するためのカップは、スマート電池アセンブリ４８６が正しい（意図された）方法以外の任意の方法で偶発的に挿入されることを防ぐために、輪郭に一致する先細形状で構成される。スマート電池のアセンブリ４８６の存在が、充電器自体によって検出可能であり得ることが更に企図される。例えば、充電器は、電池保護回路からのＳＭＢｕｓ伝送の存在、並びに保護基板内に位置するレジスタを検出するように構成されてもよい。そのような場合、充電器は、スマート電池アセンブリ４８６が正しく着座するまで、又は充電器の定位置になるまで、充電器のピンにおいて露出される電圧を制御することが可能になる。これは、充電器のピンにおける露出電圧が、ピンにわたって電気的短絡が起こり、充電器が不用意に充電を開始するというハザード及び危険性を提示するためである。
いくつかの態様では、スマート電池アセンブリ４８６は、可聴フィードバック及び／又は視覚フィードバックを介して、ユーザと通信することができる。例えば、スマート電池アセンブリ４８６は、ＬＥＤを事前に設定された方法で点灯させることができる。そのような場合、超音波変換器／発生器アセンブリ４８４内のマイクロコントローラがＬＥＤを制御するが、マイクロコントローラは、スマート電池アセンブリ４８６から直接実行される命令を受信する。
本開示のなおも更なる態様では、超音波変換器／発生器アセンブリ４８４内のマイクロコントローラは、所定の期間にわたって使用されないとき、スリープモードに移行する。有利に、スリープモードのとき、マイクロコントローラのクロックスピードが低減され、電流ドレインを大幅に削減する。プロセッサは、ピンギングを継続して入力を感知するために待機するため、いくらかの電流が消費され続ける。有利に、マイクロコントローラがこの省電力スリープモードにあるとき、マイクロコントローラ及び電池コントローラは、ＬＥＤを直接制御することができる。例えば、デコーダ回路は、超音波変換器／発生器アセンブリ４８４に内蔵され、通信ラインに接続され得、それにより超音波変換器／発生器アセンブリ４８４マイクロコントローラが「オフ」であるか、又は「スリープモード」にある間、ＬＥＤは、プロセッサ４９３によって独立して制御され得る。これは、超音波変換器／発生器アセンブリ４８４内のマイクロコントローラをウェイクアップさせる必要を排除する、省電力特徴部である。電力は、発生器をオフにする一方で、依然としてユーザインターフェースインジケータを能動的に制御可能にすることによって保存される。
別の態様は、使用中でないとき、マイクロコントローラのうちの１つ以上を減速して、電力を保存する。例えば、両方のマイクロコントローラのクロック周波数を低減して、節電することができる。同期運転を維持するために、マイクロコントローラは、ほぼ同時に発生するそれぞれのクロック周波数の変更、及び全速動作が必要とされるときの低減、次いでその後の周波数の増加の両方を調整する。例えば、アイドルモードに入ると、クロック周波数は減少し、アイドルモードを出ると、周波数は増加する。
追加の態様では、スマート電池アセンブリ４８６は、そのセル内に残存する使用可能な電力量を決定することができ、予想される手技全体で装置を予測可能に動作させるのに十分な電力が残っていると判断した場合にのみ、取設された外科用器具を操作するようにプログラムされている。例えば、スマート電池アセンブリ４８６は、外科用器具を２０秒間動作させるのに十分な電力がセル内にない場合、非動作状態のままである。一態様により、スマート電池アセンブリ４８６は、その最も最近の先行機能、例えば外科的切断の終了時にセル内に残存する電力量を決定する。この態様では、したがって、スマート電池アセンブリ４８６は、例えば、その手技の間、セルが電力不足であると判断した場合に、その後の機能を実行しないようにする。代替として、スマート電池アセンブリ４８６が、手技の間、その後の手技のために十分な電力があり、その閾値を下回ると判断した場合には、進行中の手技を中断せず、代わりにそれを終了させ、その後に追加の手技が発生するのを防ぐ。
下記は、本開示のスマート電池アセンブリ４８６を備える装置の使用を最大化する利点を説明する。この例では、異なる装置のセットは、異なる超音波伝送導波管を有する。定義により、導波管は、それぞれの最大許容電力限界を有し得、その電力限界を超えると、導波管に過剰なストレスをかけ、最終的にそれを破断させる。導波管のセットからの１つの導波管は、本来、最小の最大電力許容範囲を有する。従来技術の電池は、インテリジェントな電池電力管理を欠いているため、従来技術の電池の出力は、装置／電池と共に使用されるように想定されているセットの最小／最も薄い／最も壊れやすい導波管に対する、最大許容電力入力の最小値によって制限されなければならない。より大きく厚い導波管がそのハンドルに後で取設され、定義上、より大きな力が加えられることを可能にするにもかかわらず、これは真である。この制限はまた、最大電池電力についても真である。例えば、１つの電池が複数の装置で使用されるように設計される場合、その最大出力電力は、それが使用される装置のうちのいずれかの最低最大電力定格に制限される。そのような構成により、１つ以上の装置又は装置構成は、電池が特定の装置の特定の制限を知らないため、電池の使用を最大化することができない。
一態様では、スマート電池アセンブリ４８６を用いて、上述の超音波装置の制限をインテリジェントに回避することができる。スマート電池アセンブリ４８６は、１つの装置又は特定の装置構成に対して１つの出力を生成することができ、同じスマート電池アセンブリ４８６は、第２の装置又は装置構成に対して異なる出力を後に生成することができる。このユニバーサルスマート電池外科用システムは、空間及び時間が重要である現代の手術室にふさわしい。スマート電池パックに多くの異なる装置を動作させることによって、看護師は、これらのパックの記憶、検索及び在庫を容易に管理することができる。有利に、一態様では、本開示によるスマート電池は、１つのタイプの充電ステーションを用いることができ、したがって使用の容易性及び効率性を増加させ、手術室充電機器のコストを減少させる。
加えて、電気ステープラなどの他の外科用器具は、モジュール手持ち型超音波外科用器具４８０のものとは異なる電力要件を有し得る。本開示の様々な態様によれば、スマート電池アセンブリ４８６は、一連の外科用器具のうちのいずれか１つと共に使用することができ、それが設置されている特定の装置にそれ自体の電力出力を適合させるように作製され得る。一態様では、この電力適合は、スマート電池アセンブリ４８６と一体であるか、又は他の方法で連結される、バックブースト、ブースト又は他の構成などのスイッチモード電源のデューティサイクルを制御することによって実施される。他の態様では、スマート電池アセンブリ４８６は、装置動作中にその電力出力を動的に変化させることができる。例えば、導管封止装置において、電力管理は、改善された組織封止を提供する。これらの装置では、大きな定電流値が必要となる。組織が封止されると、そのインピーダンスが変化するため、総電力出力を動的に調整する必要がある。本開示の態様は、可変極大電流制限を有する、スマート電池アセンブリ４８６を提供する。電流制限は、用途又は装置の要件に基づいて、用途（又は装置）毎に異なり得る。
図２６は、本開示の一態様による、図２５に示す超音波外科用器具４８０のトリガ４８３部分及びスイッチの詳細図である。トリガ４８３は、エンドエフェクタ４９２のジョー部材４９５に動作可能に連結される。超音波ブレード４９６は、起動スイッチ４８５の起動時に、超音波変換器／発生器アセンブリ４８４によって通電される。ここで引き続き図２５、及び図２６も見ると、トリガ４８３及び起動スイッチ４８５は、ハンドルアセンブリ４８２の構成要素として示される。トリガ４８３は、導波管シャフトアセンブリ４９０の超音波ブレード４９６と協働関係を有するエンドエフェクタ４９２を起動して、エンドエフェクタジョー部材４９５及び超音波ブレード４９６と組織及び／又は他の物質との種々の接触を可能にする。エンドエフェクタ４９２のジョー部材４９５は、通常は、ジョーと超音波ブレード４９６との間に配設された組織の上に把持又はクランプするように作用する枢動ジョーである。一態様では、トリガが完全に押下されるときにクリックするトリガにおいて、可聴フィードバックが設けられる。雑音は、トリガが閉じながらスナップする薄い金属部品よって生成され得る。この特徴部は、可聴構成要素を、導波管に対してジョーが完全に圧縮されること、及び導管封止を達成するために十分なクランピング圧が印加されていることをユーザに通知するユーザフィードバックに追加する。別の態様では、歪ゲージ又は圧力センサなどの力センサが、トリガ４８３に連結されて、ユーザによってトリガ４８３に加えられた力を測定することができる。別の態様では、歪ゲージ又は圧力センサなどの力センサが、スイッチ４８５ボタンに連結されてもよく、それにより変位強度が、ユーザによってスイッチ４８５ボタンに加えられた力に対応する。
起動スイッチ４８５は、押下されると、モジュール手持ち型超音波外科用器具４８０を超音波動作モードにして、導波管シャフトアセンブリ４９０に超音波運動を生じさせる。一態様では、起動スイッチ４８５の押下により、スイッチ内の電気接点が閉じ、それによってスマート電池アセンブリ４８６と超音波変換器／発生器アセンブリ４８４との間の回路が完了し、前述のように、超音波変換器に電力が印加される。別の態様では、活性化スイッチ４８５の押下は、スマート電池アセンブリ４８６への電気接点を閉じる。当然のことながら、回路内の電気接点を閉じることに関する説明は、ここでは、スイッチ操作に関する単なる例示の一般的な説明である。スイッチから情報を受信し、その情報に基づいて対応する回路反応を指向する開放接点又はプロセッサ制御された電力送達を含むことができる代替的な態様が多く存在する。
図２７は、本開示の一態様による、開放位置にあるジョー部材４９５を有する遠位端からの、エンドエフェクタ４９２の断片的に拡大された斜視図である。図２７を参照して、導波管シャフトアセンブリ４９０の遠位端４９８の斜視部分図を示す。導波管シャフトアセンブリ４９０は、導波管の部分を囲む外管４９４を含む。導波管４９９の超音波ブレード４９６部分は、外管４９４の遠位端４９８から突出している。それは、医療手技中に組織に接触し、その超音波エネルギーを組織に伝達する超音波ブレード４９６部分である。導波管シャフトアセンブリ４９０はまた、外管４９４及び内管（この図では見えない）に連結されたジョー部材４９５を含む。ジョー部材４９５は、導波管４９９の内管及び外管、並びに超音波ブレード４９６部分と共に、エンドエフェクタ４９２と称され得る。下で説明されるように、外管４９４及び図示されていない内管が、互いに対して長手方向にスライドする。外管４９４と図示されていない内管との相対移動が生じると、ジョー部材４９５は、枢動点上で旋回し、それによりジョー部材４９５を開閉させる。閉じたとき、ジョー部材４９５は、ジョー部材４９５と超音波ブレード４９６との間に位置する組織に挟持力を与え、正の効率的なブレードと組織との接触を保証する。
図２８は、本開示の一態様による、外科用器具１００のモジュールシャフトアセンブリ１１０及びエンドエフェクタ１１２部分を示す。シャフトアセンブリ１１０は、外管１４４、内管１４７及び超音波伝送導波管１４５を備える。シャフトアセンブリ１１０は、ハンドル１０２に取り外し可能に取り付けられている。内管１４７は、外管１４４内に摺動自在に受容されている。超音波伝送導波管１４５は、内管１４７内に位置決めされている。エンドエフェクタ１１２のジョー部材１１４は、枢動点１５１において外管１４４に枢動的に連結されている。ジョー部材１１４はまた、ピン１５３によって内管１４７に連結され、それにより内管１４７がスロット１５５内を摺動し、ジョー部材が開閉する。図示した構成において、内管１４７はその遠位位置にあり、ジョー部材１１４は開いている。ジョー部材１１４を閉じるために、内管１４７を近位方向１５７に後退させ、ジョー部材を開くために、遠位方向１５９に前進させる。シャフトアセンブリ１１０の近位端部は、ジョー部材管（例えば、内管）／ばねアセンブリ１４１を含む。ばね１３９は、異なるシャフトアセンブリと共に使用するための一定力制御機構、一定力閉鎖を制御するためのモータ閉鎖、閉鎖システムを駆動するための２つのバー機構、閉鎖システムを押し引きするためのカムローブ、一定力を制御するための閉鎖又は波ばね設計を駆動するための駆動ねじ設計を適用するために設けられている。
図２９は、内管／ばねアセンブリ１４１の詳細図である。閉鎖機構１４９は、トリガ１０８（図１〜図３）に動作可能に連結されている。したがって、トリガ１０８が握られると、内管１４３は、近位方向１５７に後退させて、ジョー部材１１４を閉じる。したがって、トリガ１０８が開放されると、内管１４３は、遠位方向１５９に前進させて、ジョー部材１１４を開く。
複合超音波／電気外科用器具のより詳細な説明については、米国特許第９，１０７，６９０号が参照され、参照により本明細書に組み込まれる。
図３０は、本開示の一態様による、モジュール電池式手持ち型複合超音波／電気外科用器具５００を示す。図３１は、本開示の一態様による、図３０に示す外科用器具５００の分解図である。ここで、図３０及び図３１を参照すると、外科用器具５００は、ハンドルアセンブリ５０２、超音波変換器／ＲＦ発生器アセンブリ５０４、電池アセンブリ５０６、シャフトアセンブリ５１０及びエンドエフェクタ５１２を備える。超音波変換器／ＲＦ発生器アセンブリ５０４、電池アセンブリ５０６及びシャフトアセンブリ５１０は、ハンドルアセンブリ５０２に取り外し可能に接続可能なモジュール構成要素である。ハンドルアセンブリ５０２はまた、モータアセンブリ５６０を備えている。外科用器具５００は、超音波振動及び電気外科用高周波電流の両方を用いて生体組織上で外科的凝固／切断処置を行い、高周波電流を用いて生体組織上で外科的凝固処置を行うように構成されている。超音波振動及び高周波（例えば、ＲＦ）電流は、アルゴリズム又はユーザ入力制御に応じて独立に又は組み合わせて適用することができる。
超音波変換器／ＲＦ発生器アセンブリ５０４は、ハウジング５４８、ＬＣＤディスプレイなどのディスプレイ５７６、例えば超音波変換器５３０、電気回路１７７（図４、１０、及び／又は図１４中の電気回路３００）、及びＲＦ電極を駆動するように構成されている電気回路７０２（図３４）を備え、ＲＦ発生器回路の一部を形成している。シャフトアセンブリ５１０は、外管５４４、超音波伝送導波管５４５及び内管（図示せず）を備える。エンドエフェクタ５１２は、ジョー部材５１４及び超音波ブレード５１６を備える。ジョー部材５１４は、ＲＦ発生器回路に連結された電極５１５を備える。超音波ブレード５１６は、超音波伝送導波管５４５の遠位端である。ジョー部材５１４は、ジョー部材５１４と超音波ブレード５１６との間の組織を把持するように枢動的に回転可能である。ジョー部材５１４は、トリガ５０８に動作可能に連結されている。トリガ５０８は、トリガ５０８を握ったときにジョー部材５１４を閉じるように、またトリガ５０８を解放して組織を解放したときにジョー部材５１４を開くように機能する。１段トリガ構成では、トリガ５０８を握ってジョー部材５１４を閉じ、一旦ジョー部材５１４が閉じると、スイッチ部の第１のスイッチ５２１ａを起動して、ＲＦ発生器に通電して組織を封止する。組織を封止した後、スイッチ部５２０の第２のスイッチ５２１ｂを起動して、超音波発生器に通電して組織を切断する。様々な態様では、トリガ５０８は、２段又は多段トリガであってよい。２段トリガ構成では、第１段の間、ジョー部材５１４を閉じる途中でトリガ５０８を握り、第２段の間、ＲＦ発生器回路に通電して組織を封止する途中でトリガ５０８を握る。組織を封止した後、スイッチ５２１ａ、５２１ｂのうちの１つを起動して、超音波発生器に通電して組織を切断することができる。組織を切断した後、トリガ５０８を解放することによってジョー部材５１４を開き、組織を解放する。別の態様では、歪ゲージ又は圧力センサなどの力センサが、トリガ５０８に連結されて、ユーザによってトリガ５０８に加えられた力を測定することができる。別の態様では、歪ゲージ又は圧力センサなどの力センサが、スイッチ５２０ボタンに連結されてもよく、それにより変位強度が、ユーザによってスイッチ５２０ボタンに加えられた力に対応する。
電池アセンブリ５０６は、電気コネクタ５３２によってハンドルアセンブリ５０２に電気的に接続される。ハンドルアセンブリ５０２には、スイッチ部５２０が設けられている。第１のスイッチ５２０ａ及び第２のスイッチ５２０ｂは、スイッチ部５２０内に設けられている。ＲＦ発生器は、第１のスイッチ５２０ａを作動させることによって起動され、超音波ブレード５１６は、第２のスイッチ５２０ｂを作動させることによって起動される。したがって、第１のスイッチ５２０ａは、ＲＦ回路に通電して、組織を通して高周波電流を駆動して封止を形成し、第２のスイッチ５２０ｂは、超音波変換器５３０に通電して、超音波ブレード５１６を振動させ、組織を切断する。
回転ノブ５１８は、シャフトアセンブリ５１０に動作可能に連結されている。矢印５２６によって示される方向に±３６０°の回転ノブ５１８の回転は、外管５４４を矢印５２８のそれぞれの方向に±３６０°回転させる。一態様では、別の回転ノブ５２２は、ジョー部材５１４を回転させるように構成され得るが、超音波ブレード５１６は、静止したままであり、回転ノブ５１８が、外管１４４を±３６０°回転させる。外管１４４は、例えば、５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の直径Ｄ１を有し得る。
図３２は、本開示の一態様による、モジュール電池式手持ち型組み合わせ超音波／ＲＦ外科用器具６００の部分斜視図である。外科用器具６００は、超音波振動及び高周波電流の両方を用いて生体組織上で外科的凝固／切断処置を行い、高周波電流を用いて生体組織上で外科的凝固処置を行うように構成されている。超音波振動及び高周波（例えば、ＲＦ）電流は、アルゴリズム又はユーザ入力制御に応じて独立に又は組み合わせて適用することができる。外科用器具６００は、ハンドルアセンブリ６０２、超音波変換器／ＲＦ発生器アセンブリ６０４、電池アセンブリ６０６、シャフトアセンブリ（図示せず）及びエンドエフェクタ（図示せず）を備える。超音波変換器／ＲＦ発生器アセンブリ６０４、電池アセンブリ６０６及びシャフトアセンブリは、ハンドルアセンブリ６０２に取り外し可能に接続可能なモジュール構成要素である。トリガ６０８は、ハンドルアセンブリ６０２に動作可能に連結されている。前述のように、トリガは、エンドエフェクタを動作させる。
超音波変換器／ＲＦ発生器アセンブリ６０４は、ハウジング６４８、例えばＬＣＤディスプレイなどのディスプレイ６７６を備える。ディスプレイ６７６は、他のパラメータの中でも特に、組織の厚さ、封止の状態、切断の状態、組織の厚さ、組織インピーダンス、実行中のアルゴリズム、電池容量、印加されるエネルギー（超音波振動又はＲＦ電流のいずれか）などの外科手技パラメータの視覚ディスプレイを提供する。超音波変換器／ＲＦ発生器アセンブリ６０４はまた、外科手技において現在適用されているエネルギーモダリティを示すための２つの視覚フィードバックインジケータ６７８、６７９を備える。例えば、１つのインジケータ６７８は、ＲＦエネルギーが使用されているときを示し、別のインジケータ６７９は、超音波エネルギーが使用されているときを示す。エネルギーモダリティＲＦ及び超音波の両方が適用されているときには、両方のインジケータがこの状態を示すことが理解されるであろう。外科用器具６００はまた、超音波変換器、超音波発生器回路及び／又は電気回路、シャフトアセンブリ、並びにジョー部材及び超音波ブレードを含むエンドエフェクタを備え、モジュール構成要素は、図３０及び図３１に関して記載されるものと同様であり、この記載は、開示の簡潔性及び明確性のためにここでは繰り返されない。
電池アセンブリ６０６は、電気コネクタによってハンドルアセンブリ６０２に電気的に接続される。ハンドルアセンブリ６０２には、スイッチ部６２０が設けられている。第１のスイッチ６２０ａ及び第２のスイッチ６２０ｂは、スイッチ部６２０内に設けられている。超音波ブレードは、第１のスイッチ６２０ａを作動させることによって起動され、ＲＦ発生器は、第２のスイッチ６２０ｂを作動させることによって起動される。別の態様では、歪ゲージ又は圧力センサなどの力センサは、トリガ６０８に連結され、ユーザによってトリガ６０８に加えられる力を測定することができる。別の態様では、歪ゲージ又は圧力センサなどの力センサが、スイッチ６２０ボタンに連結されてもよく、それにより変位強度が、ユーザによってスイッチ６２０ボタンに加えられた力に対応する。
回転ノブ６１８は、シャフトアセンブリに動作可能に連結される。回転ノブ６１８の±３６０°の回転は、図３０及び図３１に関して本明細書に記載されるように、外管をそれぞれの方向に±３６０°回転させる。一態様では、別の回転ノブは、ジョー部材を回転させるように構成され得るが、超音波ブレードは、静止したままであり、回転ノブ６１８が、外管を±３６０°回転させる。ボタン６７３は、シャフトアセンブリをハンドルアセンブリ６０２に連結し、かつ保持するために使用される。別のスライドスイッチ６７５を使用して、超音波変換器／ＲＦ発生器アセンブリ６０４をロックイン及び解放する。
一態様では、外科用器具５００、６００は、電池式高度エネルギー（超音波振動＋高周波電流）を含み、駆動増幅が複数段に分割されている。異なる増幅の段は、ハンドルアセンブリ５０２、６０２、超音波変換器／ＲＦ発生器アセンブリ５０４、６０４、電池アセンブリ５０６、６０６、シャフトアセンブリ５１０及び／又はエンドエフェクタ１１２などの外科用器具５００、６００の異なるモジュール構成要素内に存在し得る。一態様では、超音波変換器／ＲＦ発生器アセンブリ５０４、６０４は、ハウジング５４８、６４８内の超音波変換器及び／又はＲＦ電子回路内の増幅段と、特定のエネルギーモードに関連付けられたエネルギーモダリティに基づく異なる増幅率とを含むことができる。最終段は、前述のように、Ｉ２Ｃなどのバス構造を通してハンドルアセンブリ５０２、６０２及び／又は電池アセンブリ５０６、６０６内に位置する外科用器具１００の電子システムからの信号を介して制御され得る。最終段スイッチシステムは、変圧器及びブロッキングキャパシタに電力を印加して、ＲＦ波形を形成するために用いられてもよい。電圧及び電流などのＲＦ出力の測定値は、バスを介して電子システムにフィードバックされる。ハンドルアセンブリ５０２、６０２及び／又は電池アセンブリ５０６、６０６は、任意の電気分離構成要素、モータ制御及び波形発生器を含む一次増幅器回路の大部分を含むことができる。２つの異なる超音波変換器（例えば、図８及び図９に示す超音波変換器１３０、１３０’）及びＲＦ変換器は、事前条件発生器信号を利用し、最終条件づけを実施して、所望の周波数範囲及び増幅のＲＦ信号の異なる周波数変換器に動力を供給する。これが、変換器自体にのみ存在するエレクトロニクスの重量サイズ及びコストを最小化する。また、一次プロセッサ基板が、そのサイズに起因して、変換器がほとんど存在しない最も有用なスペースを有するハンドルの領域を占有することを可能にする。また、高摩耗高デューティサイクル素子は、システムが廃棄前に高い繰り返し使用のために設計されているため、より実用的かつ修理可能にする一次エレクトロニクスに接続的に取設されるだけで済むように、エレクトロニクスを分割することができる。
図３０〜図３２に関して記載される外科用器具５００、６００は、高周波電流を使用して、生体組織上で外科的凝固／切断処置を行い、高周波電流を使用して生体組織上で外科的凝固処置を行うように構成されている。したがって、この追加の機能性を実行するための追加の構造的及び機能的構成要素を、図３３〜図４４に関して以下に説明する。
電池アセンブリ５０６、６０６の構造的かつ機能的態様は、図１、図２及び図１６〜図２４に関して記載される外科用器具１００の電池アセンブリ１０６のものと同様であり、図２０〜図２４に関して記載される電池回路を含む。したがって、開示の簡潔性及び明確性のために、そのような電池アセンブリ１０６の構造的かつ機能的態様は、参照により本明細書に組み込まれ、ここでは繰り返さない。同様に、特に明記しない限り、シャフトアセンブリ５１０の構造的かつ機能的態様は、図１〜図３に関して記載される外科用器具１００のシャフトアセンブリ１１０のものと同様である。したがって、開示の簡潔性及び明確性のために、そのようなシャフトアセンブリ１１０の構造的かつ機能的態様は、参照により本明細書に組み込まれ、ここでは繰り返さない。更に、超音波変換器５３０発生器回路の構造的かつ機能的態様は、図１、図２及び図４〜図１５に関して記載される外科用器具１００の超音波変換器１３０発生器回路のものと同様である。したがって、開示の簡潔性及び明確性のために、そのような超音波変換器１３０の構造的かつ機能的態様は、参照により本明細書に組み込まれ、ここでは繰り返さない。更に、外科用器具５００、６００は、図１２〜図１５に関して記載される回路を含み、例えば、図１４に関して記載される制御回路２１０及び図１５に関して記載される電気回路３００を含む。したがって、開示の簡潔性及び明確性のために、図１２〜図１５に関して記載される回路の説明は、参照により本明細書に組み込まれ、ここでは繰り返さない。
ここで図３３を参照して、本開示の一態様による、図３０〜図３２に関して記載された外科用器具５００、６００のノズル７００部分を示す。ノズル７００は、図３８〜図４４に関して以下に記載されるとおり、エンドエフェクタ内に位置する電極に高周波ＲＦ電流を駆動するように構成された電気回路７０２を含む。電気回路７０２は、変圧器７０４の一次巻線に連結されている。変圧器７０４の二次巻線の正側は、直列に接続された第１及び第２のブロッキングキャパシタ７０６、７０８に連結されている。第２のブロッキングキャパシタ７０８の負荷側は、エンドエフェクタ電極の正側に連結された正のＲＦ（＋）端子に連結されている。変圧器７０４の２次側巻線の負側は、負のＲＦ（−）端子に連結され、そうでなければ接地と呼ばれる。ＲＦエネルギー回路のＲＦ（−）又は接地端子は、導電性金属で形成された外管７４４に連結されていることが理解されるであろう。したがって、使用時には、高周波電流は、エンドエフェクタ電極ＲＦ（＋）から組織を通して伝導され、負電極ＲＦ（−）を通して戻る。
ここでまた図３０、図３１を参照して、一態様では、外管７４４がエンドエフェクタ５１２のジョー部材５１４に動作可能に連結され、それにより外管７４４が遠位方向７２２に前進するとジョー部材５１４が開き、外管７４４が近位方向７２４に後退するとジョー部材５１４が閉じる。図３３に示されていないが、外管７４４は、トリガ５０８に動作可能に連結され、これを使用して、エンドエフェクタ５１２のジョー部材５１４部分を開閉する。本明細書に記載される超音波外科用器具と共に使用するための作動機構の例は、米国公開第２００６／００７９８７９号及び米国公開第２０１５／０１６４５３２号に開示されており、各々が参照により本明細書に組み込まれる。
依然として図３０、図３１及び図３３を参照して、一態様では、内管７１４は、外管７４４内に摺動可能に配設される。内管７１４は、超音波ブレード５１６を静止状態で維持しながら、ジョー部材５１４に動作可能に連結されてジョー部材５１４を回転させる。図３０及び図３１に示す態様では、内管７１４は、回転ノブ５２２によって回転される。図３３に示す態様では、モータ７１９は、ハンドルアセンブリ５０２内に提供され、任意にアイドラギヤ７２５を通して外管７４４の近位端上のギヤ７２１に係合することができる。
依然として図３０、図３１及び図３３を参照して、一態様では、電気絶縁（例えば、ゴム、プラスチック）内管７１６は、内管７１４内に摺動可能に配設される。フレックス回路７２８は、エネルギー及びセンサ回路をエンドエフェクタ５１２に電気的に連結するために、電気絶縁内管７１６内に配設されてもよい。例えば、ジョー部材５１４は、フレックス回路７２８内の導体に連結された電極を含むことができる。他の態様では、エンドエフェクタ５１２、ジョー部材５１４又は超音波ブレード５１６は、例えば、シャフトアセンブリ５１０、ハンドルアセンブリ５０２、超音波変換器／ＲＦ発生器アセンブリ５０４及び／又は電池アセンブリ５０６内の電気回路及び構成要素に相互接続され得る、種々のセンサ又は他の電気要素を含むことができる。
依然として図３０、図３１及び図３３を参照して、一態様では、超音波伝送導波管５４５（図３２のみに示し、明確性のために図３３には示していない）は、電気絶縁内管７１６内に配設されている。一態様では、電気回路７０２の正電極ＲＦ（＋）は、超音波伝送導波管５４５に電気的に連結され、電気回路７０２の負電極ＲＦ（−）は、ジョー部材５１４に配設された電極に電気的に連結され、これが外管７４４に電気的に連結される。動作中、組織が超音波ブレード５１６とジョー部材５１４との間に把持された後、外科用器具５００の制御回路は、様々なアルゴリズムを実行して、組織を封止及び切断することができる。超音波振動及び高周波エネルギーは、例えば組織インピーダンス、摩擦等の監視された組織状態に従って、組織に印加されてもよい。状況によっては、高周波電流は、超音波ブレード５１６を通して組織に印加され、外管７４４戻り経路に戻される。組織インピーダンスを監視して、組織封止が形成されると、組織インピーダンスによって決定され得るように、超音波ブレード５１６が、機械的に通電され、振動エネルギーを組織に誘導して組織を切断する。他の態様では、超音波振動及び高周波は、これらのエネルギーモダリティをパルスすることにより、代替として又は同時に、エネルギーモダリティを印加することにより、印加され得る。ある程度固有の状況では、アルゴリズムは、組織インピーダンスが組織にエネルギーを送達するために極めて低いときを検出することができる。これに応答して、アルゴリズムは、インピーダンスが高周波電流の印加に適した閾値より上に上昇するような時まで、超音波ブレード５１６に機械的に通電して組織に振動エネルギーを印加する。この閾値に達すると、アルゴリズムは、エネルギー送達モードを高周波電流に切り換えて組織を封止する。
図３４は、本開示の一態様によれば、高周波電流（ＲＦ）を駆動するように構成された電気回路７０２の一態様の概略図である。電気回路７０２は、アナログマルチプレクサ５８０を備える。アナログマルチプレクサ５８０は、ＲＦ、電池及び電力制御回路などの上流チャネルＳＣＬ−Ａ／ＳＤＡ−Ａからの様々な信号を多重化する。電流センサ５８２は、電源回路の戻り脚又は接地脚と直列に連結され、電源により供給される電流を測定する。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）温度センサ５８４は、周囲温度を提供する。パルス幅変調（ＰＷＭ）ウォッチドッグタイマ５８８は、主プログラムが定期的なサービス提供を怠る場合にシステムリセットを自動的に生じさせる。これは、ソフトウェア又はハードウェアの故障のため、これがハング又はフリーズすると、電気回路７０２を自動的にリセットするように設けられている。電気回路７０２は、例えば、図１１に関して記載されるように、ＲＦ電極を駆動するため又は超音波変換器１３０を駆動するために構成され得ることが理解されるであろう。したがって、ここで図３４に戻って参照すると、電気回路７０２を使用して、超音波及びＲＦ電極の両方を交互に駆動することができる。
駆動回路５８６は、左右のＲＦエネルギー出力を提供する。信号波形を表すデジタル信号は、制御回路２１０（図１４）などの制御回路からアナログマルチプレクサ５８０のＳＣＬ−Ａ／ＳＤＡ−Ａ入力に供給される。デジタル・アナログ変換器５９０（ＤＡＣ）は、デジタル入力をアナログ出力に変換して、発振器５９４に連結されたＰＷＭ回路５９２を駆動する。ＰＷＭ回路５９２は、第１のトランジスタ出力段５９８ａに連結された第１のゲート駆動回路５９６ａに第１の信号を提供して、第１のＲＦ＋（左側）エネルギー出力を駆動する。ＰＷＭ回路５９２はまた、第２のトランジスタ出力段５９８ｂに連結された第２のゲート駆動回路５９６ｂに第２の信号を供給して、第２のＲＦ−（右側）エネルギー出力を駆動する。電圧センサ５９９を、ＲＦ左／ＲＦ出力端子間に連結して、出力電圧を測定する。駆動回路５８６、第１及び第２の駆動回路５９６ａ、５９６ｂ並びに第１及び第２のトランジスタ出力段５９８ａ、５９８ｂは、第１段増幅器回路を定義する。動作中、制御回路２１０（図１４）は、直接デジタル合成（ＤＤＳ）回路１５００、１６００（図６５及び図６６）などの回路を用いるデジタル波形１８００（図６７）を生成する。ＤＡＣ ５９０は、デジタル波形１８００を受容し、それをアナログ波形に変換し、これが第１段増幅器回路によって受容及び増幅される。
図３５は、本開示の一態様による、図３４に示す電気回路７０２に連結された変圧器７０４の概略図である。変圧器７０４のＲＦ左／ＲＦ入力端子（一次巻線）は、電気回路７０２のＲＦ左／ＲＦ出力端子に電気的に連結されている。二次巻線の一方の側は、第１及び第２のブロッキングキャパシタ７０６、７０８と直列に連結されている。第２のブロッキングキャパシタは、ＲＦ＋５７４ａ端子に連結されている。二次巻線の他方の側は、ＲＦ−５７４ｂ端子に連結されている。前述のように、ＲＦ＋５７４ａ出力は、超音波ブレード５１６（図３０）に連結され、ＲＦ−５７４ｂ接地端子は、外管５４４（図３０）に連結されている。一態様では、変圧器１６６は、ｎ１：ｎ２が１：５０の巻数比を有する。
図３６は、本開示の一態様による、高電力エネルギー／駆動回路及び低電力回路のための別個の電源を含む回路７１０の概略図である。電源装置７１２は、電源７１２が電池アセンブリに挿入されるとき、スイッチ７１８によって回路７１０に接続される第１及び第２の一次電池７１５、７１７（例えば、Ｌｉ−イオン電池）を含む一次電池パックと、スイッチ７２３によって回路に接続される二次電池７２０を含む二次電池パックとを含む。二次電池７２０は、ガンマ又は他の放射線滅菌に耐性のある構成要素を有するサグ防止電池である。例えば、電池アセンブリ内のスイッチモード電源７２７及び任意の充電回路は、二次電池７２０が一次電池７１５、７１７の電圧サグを低減することを可能にするように組み込まれ得る。これにより、無菌フィールドへの導入が容易な手術の開始時の満充電セルが保証される。一次電池７１５、７１７を使用して、モータ制御回路７２６及びエネルギー回路７３２に直接電力供給することができる。電源／電池パック７１２は、専用エネルギーセル７２０を有する一次Ｌｉ−イオン電池７１５、７１７及び二次ＮｉＭＨ電池７２０を含むデュアルタイプ電池アセンブリを備え、専用エネルギーセル７１５、７１７からハンドルエレクトロニクス回路７３０を制御して、モータ制御回路７２６及びエネルギー回路７３２を稼働させることができる。この場合、一次電池７１５、７１７がエネルギー回路７３２の駆動に関与し、かつ／又はモータ制御回路７２６が低下したとき、回路７１０は、ハンドルエレクトロニクス回路７３０の駆動に関与する二次電池７２０から引き出す。様々な一態様では、回路７１０は、電流を反対方向に流すことを可能にしない一方向ダイオードを含み得る（例えば、エネルギー及び／又はモータ制御回路の駆動に関与する電池からエレクトロニクス回路の駆動に関与する電池へ）。
追加として、所定のレベルで電圧サグを最小限に抑えるために、ダイオード及び真空管構成要素を使用するスイッチモード電源７２７を含む、ガンマフレンドリー充電回路を設けることができる。ＮｉＭＨ電圧（３ＮｉＭＨセル）の分割である最小サグ電圧の包含により、スイッチモード電源７２７を排除することができる。追加として、放射線硬化した構成要素がモジュール内に位置するモジュールシステムを提供することができ、このモジュールを、放射線滅菌によって滅菌可能にする。他の放射線硬化していない構成要素は、モジュール構成要素の間に作製された他のモジュール構成要素及び接続に含まれ得、それにより構成要素が同じ回路基板上に一緒に位置しているかのように、構成要素が一緒に動作する。２つのＮｉＭＨセルのみが所望される場合、ダイオード及び真空管に基づくスイッチモード電源７２７は、使い捨て一次電池パック内の滅菌可能なエレクトロニクスを可能にする。
ここで図３７を参照して、本開示の一態様による、図３０及び図３１に示す外科用器具５００と共に使用するために、電池８０１で動力供給されたＲＦ発生器回路８０２を動作させるための制御回路８００を示す。外科用器具５００は、超音波振動及び高周波電流の両方を用いて生体組織上で外科的凝固／切断処置を行い、高周波電流を用いて生体組織上で外科的凝固処置を行うように構成されている。
図３７は、デュアル発生器システムにより、図３０及び図３１に示す外科用器具５００の、ＲＦ発生器回路８０２エネルギーモダリティと超音波発生器回路８２０（図１１及び１２に示されている電気回路１７７と同様）エネルギーモダリティとの間で切り替えることが可能になる制御回路８００を示す。一態様では、ＲＦ信号における現在の閾値が検出される。組織のインピーダンスが低い場合、ＲＦエネルギーが組織の処置源として使用されるとき、組織を通る高周波電流は高い。一態様によれば、外科用器具５００上に位置する視覚インジケータ８１２又は光が、この高電流期間中にオン状態となるように構成されてもよい。電流が閾値を下回ると、視覚インジケータ８１２はオフ状態になる。したがって、フォトトランジスタ８１４は、図３７に示す制御回路８００に示すように、オン状態からオフ状態への遷移を検出し、ＲＦエネルギーを解放するように構成することができる。このため、エネルギーボタンが解放され、エネルギースイッチ８２６が開かれると、制御回路８００がリセットされ、ＲＦ及び超音波発生器回路８０２、８２０の両方がオフ状態で保持される。
図３０〜図３３及び図３７を参照して、一態様では、ＲＦ発生器回路８０２及び超音波発生器回路８２０を管理する方法が提供される。前述のように、ＲＦ発生器回路８０２及び／又は超音波発生器回路８２０は、ハンドルアセンブリ５０２、超音波変換器／ＲＦ発生器アセンブリ５０４、電池アセンブリ５０６、シャフトアセンブリ５１０及び／又はノズル７００内に位置してもよい。制御回路８００は、エネルギースイッチ８２６がオフになる場合（例えば、開放）、リセット状態で保持される。したがって、エネルギースイッチ８２６が開かれると、制御回路８００がリセットされ、ＲＦ及び超音波発生器回路８０２、８２０の両方がオフにされる。エネルギースイッチ８２６が握られて、エネルギースイッチ８２６が係合されると（例えば、閉じる）、ＲＦエネルギーが組織に送達されて、組織インピーダンスが低い間、電流感知昇圧変圧器８０４により作動される視覚的インジケータ８１２が点灯することになる。視覚インジケータ８１２からの光は、超音波発生器回路８２０をオフ状態で維持するための論理信号を提供する。一旦組織インピーダンスが閾値より上に増加し、組織を通る高周波電流が閾値より下に減少すると、視覚インジケータ８１２がオフになり、光がオフ状態に遷移する。この遷移により発生した論理信号は、リレー８０８をオフにすることにより、ＲＦ発生器回路８０２がオフになり、超音波発生器回路８２０がオンになって凝固及び切断サイクルが完了する。
図３０〜３３及び３７を更に参照すると、一態様では、デュアル発生器回路８０２、８２０構成は、１つのモダリティに対して電池８０１により電力供給されるオンボード型ＲＦ発生器回路８０２、並びにハンドルアセンブリ５０２にオンボードされ得る第２のオンボード型超音波発生器回路８２０、電池アセンブリ５０６、シャフトアセンブリ５１０、ノズル７００並びに／又は超音波変換器／ＲＦ発生器アセンブリ５０４を使用する。超音波発生器回路８２０はまた、電池８０１により操作される。様々な態様では、ＲＦ発生器回路８０２及び超音波発生器回路８２０は、ハンドルアセンブリ５０２の一体型又は分離可能な構成要素であり得る。様々な態様によれば、デュアルＲＦ／超音波発生器回路８０２、８２０をハンドルアセンブリ５０２の一部として有することにより、外科用器具５００の環境における複雑な配線の必要性を排除し得る。ＲＦ／超音波発生器回路８０２、８２０は、コードレス発生器システムの能力を同時に利用しながら、既存の発生器の全能力を提供するように構成されてもよい。
いずれかのタイプのシステムは、互いに通信していないモダリティに対して別個の制御を有することができる。外科医は、ＲＦ及び超音波を別々にかつ随意に活性化する。別のアプローチは、ボタン、組織の状態、器具作動パラメータ（例えばジョー閉鎖、力等）及び組織の処置を管理するためのアルゴリズムを共有する、完全に一体化された通信スキームを提供することである。この一体化の様々な組み合わせは、適切なレベルの機能及び性能を提供するために実装され得る。
一態様では、制御回路８００は、電池をエネルギー源として備える、電池８０１により電力供給されるＲＦ発生器回路８０２を含む。図示のように、ＲＦ発生器回路８０２は、本明細書において電極８０６ａ、８０６ｂと称される２つの導電表面に連結され、電極８０６ａ、８０６ｂをＲＦエネルギー（例えば、高周波電流）で駆動するように構成される。昇圧変圧器８０４の第１の巻線８１０ａは、バイポーラＲＦ発生器回路８０２及び戻り電極８０６ｂの一方の極に直列に接続されている。一態様では、第１の巻線８１０ａ及び戻り電極８０６ｂは、バイポーラＲＦ発生器回路８０２の負極に接続されている。バイポーラＲＦ発生器回路８０２の他の極は、リレー８０８のスイッチ接点８０９を通して活性電極８０６ａに接続されるか、又は電磁石８３６によって移動されてスイッチ接点８０９を動作させる可動鉄片を含む任意の適切な電磁石切り替え装置に接続されている。電磁石８３６が通電されるとスイッチ接点８０９は閉じ、電磁石８３６が非通電されるとスイッチ接点８０９は開く。スイッチ接点が閉じると、ＲＦ電流は、電極８０６ａ、８０６ｂの間に位置する導電組織（図示せず）を通って流れる。一態様では、活性電極８０６ａが、バイポーラＲＦ発生器回路８０２の正極に接続されていることが理解されるであろう。
視覚インジケータ回路８０５は、昇圧変圧器８０４、直列レジスタＲ２及び視覚インジケータ８１２を備える。視覚的インジケータ８１２は、本明細書に記載されているものなどの、外科用器具５００及び他の電気外科システム及び道具と一緒に使用するように適合され得る。例えば、昇圧変圧器８０４の第１の巻線８１０ａは、戻り電極８０６ｂと直列して接続されており、昇圧変圧器８０４の第２の巻線８１０ｂは、抵抗Ｒ２、及びタイプＮＥ−２ネオンバルブを備えた視覚的インジケータ８１２と直列に接続されている。
動作中、リレー８０８のスイッチ接点８０９が開くと、活性電極８０６ａは、バイポーラＲＦ発生器回路８０２の正極から切断され、組織、戻り電極８０６ｂ及び昇圧変圧器８０４の第１の巻線８１０ａに電流が流れない。したがって、視覚インジケータ８１２は通電されず、発光しない。リレー８０８のスイッチ接点８０９が閉じると、活性電極８０６ａは、バイポーラＲＦ発生器回路８０２の正極に接続され、組織、戻り電極８０６ｂ及び昇圧変圧器８０４の第１の巻線８１０ａを通って電流が流れるようにして、組織上で動作する、例えば、組織を切断し焼灼する。
第１の電流は、活性電極と戻り電極８０６ａ、８０６ｂとの間に位置する組織のインピーダンスの機能として、第１の巻線８１０ａを通って流れ、昇圧変圧器８０４の第１の巻線８１０ａにわたって第１の電圧をする。昇圧した第２の電圧は、昇圧変圧器８０４の第２の巻線８１０ｂにわたって誘導される。二次電圧は、レジスタＲ２にわたって現れ、組織を通る電流が所定の閾値よりも大きいとき、ネオンバルブを点灯させる視覚インジケータ８１２に通電する。回路及び構成要素の値は例示的であり、それに限定されないことが理解されるであろう。リレー８０８のスイッチ接点８０９が閉じると、電流が組織を通って流れ、視覚インジケータ８１２がオンになる。
ここで制御回路８００のエネルギースイッチ８２６部分を参照して、エネルギースイッチ８２６が開放位置であるとき、論理高が第１のインバータ８２８の入力に適用され、論理低がＡＮＤゲート８３２の２つの入力のうちの１つに適用される。したがって、ＡＮＤゲート８３２の出力は低く、トランジスタ８３４はオフになり、電流が電磁石８３６の巻線を通って流れるのを防ぐ。非通電状態の電磁石８３６を備え、リレー８０８のスイッチ接点８０９は開いたままであり、電流が電極８０６ａ、８０６ｂを通って流れるのを防ぐ。第１のインバータ８２８の論理低出力もまた、第２のインバータ８３０に適用され、出力を高くし、フリップ・フロップ８１８（例えば、Ｄ型フリップ・フロップ）をリセットする。このとき、Ｑ出力は低くなり、超音波発生器回路８２０回路をオフにし、かつ
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 出力は高くなり、ＡＮＤゲート８３２の他の入力に適用される。
ユーザが器具ハンドル上のエネルギースイッチ８２６を押して、電極８０６ａ、８０６ｂ間の組織にエネルギーを印加すると、エネルギースイッチ８２６は閉じ、第１のインバータ８２８の入力に論理低を適用し、これがＡＮＤゲート８３２の他の入力に論理高を適用し、ＡＮＤゲート８３２の出力を高くし、トランジスタ８３４をオンにする。オン状態では、トランジスタ８３４は、電磁石８３６の巻線を通して電流を導通及びシンクして電磁石８３６に通電し、リレー８０８のスイッチ接点８０９を閉じる。上述のように、スイッチ接点８０９が閉じると、組織が電極８０６ａ、８０６ｂの間に位置するとき、電流は、電極８０６ａ、８０６ｂ及び昇圧変圧器８０４の第１の巻線８１０ａを通って流れることができる。
上述のように、電極８０６ａ、８０６ｂを通って流れる電流の大きさは、電極８０６ａ、８０６ｂの間に位置する組織のインピーダンスに依存する。最初に、組織インピーダンスは低く、組織及び第１の巻線８１０ａを通る電流の大きさは高い。それゆえに、第２の巻線８１０ｂに印加される電圧は、視覚インジケータ８１２をオンにするために十分に高い。視覚インジケータ８１２が発する光は、フォトトランジスタ８１４をオンにし、これがインバータ８１６の入力を低くして、インバータ８１６の出力を高くする。フリップ・フロップ８１８のＣＬＫに適用される高入力は、フリップ・フロップ８１８のＱ又は
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 出力に影響を与えず、Ｑ出力は低いままであり、
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 出力は高いままである。したがって、視覚インジケータ８１２は、通電されたままであり、超音波発生器回路８２０がオフとなり、超音波変換器８２２及び超音波ブレード８２４は起動しなくなる。
組織を通って流れる電流によって発生した熱に起因して、電極８０６ａ、８０６ｂの間の組織が乾燥すると、組織のインピーダンスは増加し、そこを通る電流は減少する。第１の巻線８１０ａを通る電流が減少すると、第２の巻線８１０ｂにわたる電圧も減少し、電圧が、視覚インジケータ８１２を動作させるために必要な最小閾値を下回ると、視覚インジケータ８１２及びフォトトランジスタ８１４はオフになる。フォトトランジスタ８１４がオフになると、論理高がインバータ８１６の入力に適用され、論理低がフリップ・フロップ８１８のＣＬＫ入力に適用されて論理高をＱ出力にクロックし、論理低が
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 出力に適用される。Ｑ出力時の論理高は、超音波発生器回路８２０をオンして、超音波変換器８２２及び超音波ブレード８２４を起動させて、電極８０６ａ、８０６ａの間に位置する組織の切断を開始する。超音波発生器回路８２０がオンになるのと同時に又はほぼ同時に、フリップ・フロップ８１８の
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 出力は低くなり、ＡＮＤゲート８３２の出力を低くして、トランジスタ８３４をオフにすることにより、電磁石８３６を非通電し、リレー８０８のスイッチ接点８０９を開いて電極８０６ａ、８０６ｂを通る電流の流れを遮断する。
リレー８０８のスイッチ接点８０９が開いている間、電極８０６ａ、８０６ｂ、組織及び昇圧変圧器８０４の第１の巻線８１０ａを通って電流が流れない。このため、第２の巻線８１０ｂにわたって電圧は発生せず、視覚インジケータ８１２を通って電流が流れない。
ユーザが器具ハンドル上のエネルギースイッチ８２６を握り、エネルギースイッチ８２６を閉じたままにする間、フリップ・フロップ８１８のＱ及び
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 出力の状態は同じままである。したがって、バイポーラＲＦ発生器回路８０２から電極８０６ａ、８０６ｂを通って電流が流れていない間、超音波ブレード８２４は、活性化したままであり、エンドエフェクタのジョーの間の組織を切断し続ける。ユーザが、器具ハンドル上のエネルギースイッチ８２６を開放すると、エネルギースイッチ８２６が開き、第１のインバータ８２８の出力が低くなり、第２のインバータ８３０の出力が高くなって、フリップ・フロップ８１８をリセットしてＱ出力を低くし、超音波発生器回路８２０の電源を切る。同時に、この
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 出力は高くなり、ここで回路はオフ状態になり、ユーザが器具ハンドル上のエネルギースイッチ８２６を作動させて、エネルギースイッチ８２６を閉じ、電極８０６ａ、８０６ｂの間に位置する組織に電流を印加し、上述のように組織にＲＦエネルギーを印加し、組織に超音波エネルギーを印加するサイクルを繰り返す準備ができる。
図３８は、本開示の一態様による、エンドエフェクタ９００の断面図である。エンドエフェクタ９００は、超音波ブレード９０２及びジョー部材９０４を備える。ジョー部材９０４は、軸方向に沿って、エンドエフェクタ９００の一部が係合するチャネル形状の溝９０６を有する。チャネル形状の溝９０６は、ジョー部材９０４の軸に直交する部分に広い開口を有する広いチャネル形状を有する。ジョー部材９０４は、導電性材料で作製され、超音波ブレード９０２がチャネル形状の底面部分９１２上で軸方向に沿って接する範囲に絶縁部材９１０が提供される。
超音波ブレード９０２は、軸方向と直交する断面において部分的に切り取られた菱形形状を有している。超音波ブレード９０２の断面形状は、図３８に示すように、菱形形状の長い対角線に直交する方向に切り取られた形状である。断面形状が切り取られた菱形形状の部分を有する超音波ブレード９０２は、ジョー部材９０４のチャネル形状の溝９０６内で係合する台形部分９１４を有する。菱形形状の一部が断面形状において切り取られていない部分は、超音波ブレード９０２の二等辺三角形部分９１６である。
ハンドルアセンブリのトリガが閉じると、超音波ブレード９０２及びジョー部材９０４は互いに嵌合する。それらが嵌合すると、チャネル形状の溝９０６の底面部分９１２は、超音波ブレード９０２の台形部分９１４の上面部分９１８に当接し、チャネル形状の溝９０６の２つの内壁部分９２０は、台形部分９１４の傾斜表面部分９２２に当接する。
更に、超音波ブレード９０２の二等辺三角形部分９１６の頂点部分９２４は、丸く形成されるが、この頂点部分９２４は、僅かに鋭い角度を有する。
外科用器具がスパチュラ超音波処置具として使用される場合、超音波ブレード９０２は、超音波振動処置部分として作用し、頂点部分９２４及びその周辺部分（破線で示される）は特に、処置対象の組織に対してメスナイフとして作用する。
更に、外科用器具がスパチュラ高周波処置具として使用される場合、頂点部分９２４及びその周辺部分（破線で示される）は、処置対象の組織に対する電気メスナイフとして作用する。
一態様では、底面部分９１２及び内壁部分９２０及び上面部分９１８及び傾斜面部分９２２は、超音波振動の作用面として作用する。
更に、一態様では、内壁部分９２０及び傾斜面部分９２２が、バイポーラ高周波電流の作用面として作用する。
一態様では、外科用器具は、超音波及び高周波電流の同時出力のスパチュラ処置具として使用することができ、超音波ブレード９０２は、超音波振動処置部分として作用し、頂点部分９２４及びその周辺部分（破線で示される）は特に、処置対象の組織に対して電気メスナイフとして作用する。
更に、外科用器具が超音波及び高周波電流の同時出力を提供する場合、底面部分９１２及び上面部分９１８は、超音波振動の作用面として作用し、内壁部分９２０及び傾斜面部分９２２が、バイポーラ高周波電流の作用面として作用する。
それゆえに、図３７に示す処置部分の構成により、外科用器具を超音波処置具又は高周波処置具として使用する場合だけでなく、外科用器具を超音波処置具又は高周波電流処置具として使用する場合、更に超音波及び高周波の同時出力の時間に外科用器具を使用する場合に、優れた操作性が提供される。
外科用器具が高周波電流出力又は高周波電流及び超音波の同時出力を実施する場合、モノポーラ出力を、高周波出力としてバイポーラ出力の代わりに可能にしてもよい。
図３９は、本開示の一態様による、エンドエフェクタ９３０の断面図である。ジョー部材９３２は、導電性材料から作製され、絶縁部材９３４が、チャネル形状の底面部分９３６上で軸方向に沿って提供される。
超音波ブレード９３８は、軸方向と直交する断面において部分的に切り取られた菱形形状を有している。超音波ブレード９３８の断面形状は、図３９に示すように、菱形形状の一部が対角線と直交する方向に切り取られた形状である。断面形状が切り取られた菱形形状の部分を有する超音波ブレード９３８は、ジョー部材９３２のチャネル形状の溝９４２内で係合する台形部分９４０を有する。菱形形状の一部が断面形状において切り取られていない部分は、エンドエフェクタ９００の二等辺三角形部分９４４である。
ハンドルアセンブリのトリガが閉じると、超音波ブレード９３８及びジョー部材９０６は互いに嵌合する。それらが嵌合すると、チャネル形状の溝９４２の底面部分９３６は、超音波ブレード９３８の台形部分９４０の上面部分９４６に当接し、チャネル形状の溝９３２の２つの内壁部分９５４は、台形部分９４０の傾斜面部分９４８に当接する。
更に、超音波ブレード９３８の二等辺三角形部分９４４の頂点部分９５０は、丸く形成されるが、フック形状の内側の頂点部分９５２は、僅かに鋭い角度を有する。頂点部分９５２の角度θは、好ましくは４５°〜１００°である。４５°は、超音波ブレード９３８の強度限界である。このように、超音波ブレード９３８の先端部分９５２は、フック形状部分の内側、すなわちエッジ部分に所定の角度を有する突出部分を構成している。
フック形状の処置部分は、切開のために使用されることが多い。エンドエフェクタ９３０の頂点部分９５２は、切開時に作用部分となる。頂点部分９５２は僅かに鋭い角度θを有するため、頂点部分９５２は切開処置に有効である。
図３９に示す超音波ブレード９３８及びジョー部材９３２は、切開時の前述の動作を除いて、超音波出力時、高周波出力時、超音波及び高周波それぞれの同時出力時に、図３８に示す超音波ブレード９３８及びジョー部材９３２と同じ動作を行う。
ここで、図４０〜４３を参照すると、挿入シース１００１に動作可能に連結されたエンドエフェクタ１０００が示され、これは、外側シース１００２及び内側シース１００４により形成されている。エンドエフェクタ１０００は、超音波ブレード１００６及びジョー部材１０１４を備える。外側シース１００２において、導電性金属パイプの外側が絶縁性樹脂管で被覆されている。内側シース１００４は、導電性金属パイプである。内側シース１００４は、外側シース１００２に対して前後軸方向に移動することができる。
超音波ブレード１００６は、高い音響効果、及び生物学的適合性、例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金などのチタン合金を有する導電性材料から作製されている。超音波ブレード１００６において、絶縁性かつ弾性のゴムライニング１００８は、超音波振動のノードの位置に外部から備えられている。ゴムライニング１００８は、内側シース１００４と超音波ブレード１００６との間に圧縮状態で配設されている。超音波ブレード１００６は、ゴムライニング１００８によって内側シース１００４に保持されている。内側シース１００４と超音波ブレード１００６との間に隙間が維持される。
当接部分１０１０は、超音波ブレード１００６の遠位端部分において、ジョー部材１０１４に面する超音波ブレード１０１２の一部によって形成される。ここで、超音波ブレード１０１２は、超音波ブレード１００６の軸方向に垂直な断面が八角形である。当接面１０１６は、ジョー部材１０１４に面する当接部分１０１０の表面の１つによって形成される。一対の電極面１０１８は、当接面１０１６の両側に設けられた表面によって形成される。
ジョー部材１０１４は、本体部材１０２０、電極部材１０２２、パッド部材１０２４及び規制部としての規制部材１０２６によって形成される。
本体部材１０２０は、硬質かつ導電性の材料から作製される。本体部材１０２０の近位端部分は、ピボット接続部分１０２８を構成している。ピボット接続部分１０２８は、ピボット接続シャフト１０３０を介して外側シース１００２の遠位端部分に枢動的に接続されている。ピボット接続シャフト１０３０は、軸方向及び開閉方向に垂直な幅方向に延在している。本体部材１０２０は、ピボット接続シャフト１０３０を中心として外側シース１００２に対して開閉方向に回転することができる。内側シース１００４の遠位端部分は、ピボット接続シャフト１０３０の遠位側及び開口方向側に設けられた位置で、本体部材１０２０のピボット接続部分１０２８に枢動的に接続される。ハンドルユニット内の固定ハンドルに対して可動ハンドルを回動させると、内側シース１００４が、外側シース１００２に対して前後に移動し、本体部材１０２０は、内側シース１００４によって、外側シース１００２に対して開閉方向にピボット接続シャフト１０３０を中心として回転するように駆動される。一態様では、本体部材１０２０の遠位部は、一対のピボット軸受１０３２を構成する。一対のピボット軸受１０３２は、軸方向に延在し、幅方向に垂直な平板の形態であり、幅方向に互いに離間して配設されている。
電極部材１０２２は、硬質かつ導電性の材料から作製される。開口方向側に設けられた電極部材１０２２の一部は、ピボット支持部１０３４を構成している。挿入穴１０３６は、ピボット支持部１０３４を通して幅方向に形成されている。ピボット支持部シャフト１０３８は、挿入穴１０３６を通して挿入され、幅方向に延在する。ピボット支持部１０３４は、本体部材１０２０の一対のピボット軸受１０３２の間に配設され、ピボット支持シャフト１０３８を介して一対のピボット軸受１０３２に枢動的に支持されている。電極部材１０２２は、本体部材１０２０に対してピボット支持シャフト１０３８を中心に振動させることができる。更に、閉鎖方向側に設けられた電極部材１０２２の一部は、電極部１０４０を構成している。電極部１０４０は、軸方向に延在し、幅方向の両側に突出している。閉鎖方向に向かって開いている凹形溝１０４２は、閉鎖方向側に設けられた電極部１０４０の一部において軸方向に延在している。閉鎖方向側に設けられた溝１０４２の一部に軸方向に歯が設けられ、これにより歯部分１０４４を形成する。溝１０４２を定義する側面は、閉方向から幅方向の両側に向かって傾斜した一対の電極受け面１０４６を構成している。閉鎖方向に向かって開いている凹形嵌合レセプタクル１０４８は、溝１０４２を定義する底部分において軸方向に延在している。挿入穴１０３６に垂直な開閉方向に、電極部材１０２２のピボット支持部１０３４を通して埋設穴１０５０が形成されている。埋込穴１０５０は、嵌合レセプタクル１０４８に対して開口している。
パッド部材１０２４は、超音波ブレード１００６よりも軟質であり、ポリテトラフルオロエチレンなどの生体適合性を有する絶縁材料から作製される。パッド部材１０２４は、電極部材１０２２の嵌合レセプタクル１０４８と嵌合される。閉鎖方向側に設けられたパッド部材１０２４の一部は、電極部材１０２２から閉鎖方向に突出し、したがって当接レセプタクル１０５２を形成する。軸方向に垂直な断面において、当接レセプタクル１０５２は、超音波ブレード１０１２の当接部分１０１０の突出形状に対応する凹形状である。ジョー部材１０１４が超音波ブレード１０１２に対して閉じられると、超音波ブレード１０１２の当接部分１０１０は、パッド部材１０２４の当接レセプタクル１０５２の上に当接し、係合する。超音波ブレード１０１２の一対の電極面１０１８は、電極部１０４０の一対の電極受け面１０４６と平行に配置され、電極部１０４０と超音波ブレード１０１２との間には隙間が維持されている。
規制部材１０２６は、超音波ブレード１００６よりも硬質であり、セラミックスなどの絶縁性の高強度材料から作製される。規制パッド部材１０２４は、ピン形状である。規制パッド部材１０２４は、電極部材１０２２のピボット支持部１０３４の埋設穴１０５０に挿入され、電極部１０４０の嵌合レセプタクル１０４８に向かって突出し、嵌合レセプタクル１０４８内のパッド部材１０２４の当接レセプタクル１０５２に埋設される。規制部材１０２６の閉鎖方向端部は、規制端部１０５４を構成する。規制端部１０５４は、当接レセプタクル１０５２から閉鎖方向に突出せず、当接レセプタクル１０５２内に収容される。挿入穴１０３６もまた、規制部材１０２６を通して形成され、ピボット支持シャフト１０３８は、既製部材１０２６の挿入穴１０３６を通して挿入される。
ここで、内側シース１００４、本体部材１０２０及び電極部材１０２２は、互いに電気的に接続されており、高周波外科処置で使用される第１の電気経路１０５６を構成する。電極部材１０２２の電極部１０４０は、高周波外科処置で使用されるバイポーラ電極の一方として機能する。一態様では、超音波ブレード１００６は、高周波処置で使用される第２の電気経路１０５８を構成する。超音波ブレード１００６の遠位端部分に設けられた超音波ブレード１０１２は、高周波処置で使用されるバイポーラ電極の他方として機能する。上述のように、超音波ブレード１００６は、絶縁ゴムライニング１００８によって内側シース１００４に保持され、内側シース１００４と超音波ブレード１００６との間の間隙が維持される。これにより、内側シース１００４と超音波ブレード１００６との間の短絡が防止される。ジョー部材１０１４が超音波ブレード１０１２に対して閉じられると、超音波ブレード１０１２の当接部分１０１０は、パッド部材１０２４の当接レセプタクル１０５２の上に当接し、係合する。したがって、超音波ブレード１０１２の一対の電極面１０１８は、電極部１０４０の一対の電極受け面１０４６と平行に配置され、電極部１０４０と超音波ブレード１０１２との間に隙間が維持される。これにより、電極部１０４０と超音波ブレード１０１２との間の短絡が防止される。
図４４を参照すると、パッド部材１０２４は、超音波ブレード１００６よりも軟質である。そのため、ジョー部材１０１４が超音波ブレード１０１２に対して閉じるときに、超音波ブレード１０１２が超音波振動する場合、当接レセプタクル１０５２は、超音波ブレード１０１２によって摩耗され、超音波ブレード１０１２の当接部分１０１０は、パッド部材１０２４の当接レセプタクル１０５２の上に当接し、係合する。当接レセプタクル１０５２が摩耗すると、電極部１０４０と超音波ブレード１０１２との間の隙間は、当接部分１０１０が当接レセプタクル１０５２と摩擦係合しているときに徐々に低減する。当接レセプタクル１０５２が所定の量を超えて摩耗すると、規制部材１０２６の規制端部１０５４が、当接レセプタクル１０５２から閉鎖方向に露出する。規制端部１０５４が、当接レセプタクル１０５２から閉鎖方向に露出しているとき、規制端部１０５４は、超音波ブレード１０１２に接触した後に、ジョー部材１０１４が、超音波ブレード１０１２に対して閉じられると、電極部１０４０は、超音波ブレード１０１２に接触する。結果として、超音波ブレード１０１２と電極部１０４０との接触が規制される。ここで、電極部１０４０及び超音波ブレード１０１２は、硬質である。そのため、超音波振動した超音波ブレード１０１２が電極部１０４０に接触すると、超音波ブレード１０１２は、電極部５８に速やかにかつ繰り返し接離する。電極部１０４０と超音波ブレード１０１２との間に高周波電圧が印加されると、超音波ブレード１０１２と電極部１０４０との間にスパークが発生する。一態様では、超音波ブレード１０１２と電極部１０４０との間の接触は、規制部材１０２６の規制端部１０５４によって規制され、それによりスパークが防止される。規制部材１０２６は、絶縁性材料から作製され、電極部材１０２２に対して電気的に絶縁されている。したがって、超音波振動した超音波ブレード１０１２が、規制部材１０２６の規制端部１０５４に接触した場合、超音波ブレード１０１２が規制端部１０５４に速やかにかつ繰り返し離接しても、規制端部１０５４と超音波ブレード１０１２との間でスパークが発生しない。これにより、超音波ブレード１０１２とジョー部材１０１４との間でスパークが防止される。
規制部材１０２６は、超音波ブレード１００６よりも硬質な高強度材料から作製される。そのため、規制端部１０５４が超音波振動した超音波ブレード１０１２に接触すると、規制部材１０２６は摩耗せず、超音波ブレード１００６が割れる。一態様による外科用処置システムでは、当接レセプタクル１０５２が所定の量を超えて摩耗すると、規制端部１０５４が超音波ブレード１０１２に接触し、意図的に超音波ブレード１００６を割る。この割れを検出することにより、外科用処置具の寿命の終了が検出される。このため、超音波ブレード１０１２と規制端部１０５４との接触位置が、超音波ブレード１０１２における応力集中領域に設定され、規制端部１０５４が超音波ブレード１０１２に接触したときに超音波ブレード１００６が割れるように保証する。線形超音波ブレード１００６において、超音波振動のノード位置に応力が集中し、応力集中領域が超音波ブレード１０１２の近位端部分に位置している。
複合超音波／電気外科用器具のより詳細な説明については、米国特許第８，６９６，６６６号及び米国特許第８，６６３，２２３号が参照され、各々が参照により本明細書に組み込まれる。
図４５は、本開示の一態様による、遠位関節接合を有するモジュール電池式手持ち型電気外科用器具１１００を示す。外科用器具１１００は、ハンドルアセンブリ１１０２、ナイフ駆動アセンブリ１１０４、電池アセンブリ１１０６、シャフトアセンブリ１１１０及びエンドエフェクタ１１１２を備える。エンドエフェクタ１１１２は、その遠位端に固着された対向関係の一対のジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂを備える。エンドエフェクタ１１１２は、関節接合及び回転するように構成される。図４６は、本開示の一態様による、図４５に示す外科用器具１１００の分解図である。組織を封止及び切断するための外科用器具１１００と共に使用するためのエンドエフェクタ１１１２は、対向関係であり、互いに対して移動可能であり、それらの間に組織を把持する一対のジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂを含む。ジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂは、電気外科用エネルギー源（ＲＦ源）に接続するように適合されたジョーハウジング及び導電表面１１１６ａ、１１１６ｂ、例えば、電極を含み、それにより導電表面は、その間に保持された組織を通して電気外科用エネルギーを導電して組織封止をもたらすことができる。導電表面１１１６ｂのうちの１つは、ナイフ駆動アセンブリ１１０４内に配設置されたモータに接続された駆動ロッド１１４５と連通する、その中で定義され、その長さに沿って延在するチャネルを含む。ナイフは、チャネルに沿って並進及び往復運動して、ジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂの間に把持された組織を切断するように構成されている。
図４７は、本開示の一態様による、図４５及び図４６に示す外科用器具１１００の斜視図であり、ディスプレイがハンドルアセンブリ１１０２上に位置している。図４５〜図４７に示す外科用器具のハンドルアセンブリ１１０２は、モータアセンブリ１１６０及び表示アセンブリを備える。ディスプレイアセンブリは、例えば、ハンドルアセンブリ１１０２のハウジング１１４８部分に取り外し可能に接続可能なＬＣＤディスプレイなどのディスプレイ１１７６を備える。ディスプレイ１１７６は、他のパラメータの中でも特に、組織の厚さ、封止の状態、切断の状態、組織の厚さ、組織インピーダンス、実行中のアルゴリズム、電池容量などの外科手技パラメータの視覚ディスプレイを提供する。
図４８は、本開示の一態様による、ディスプレイがハンドルアセンブリ１１０２上に位置していない、図４５及び図４６に示す器具の斜視図である。図４８に示す外科用器具１１５０のハンドルアセンブリ１１０２は、別個のハウジング１１５６上に異なるディスプレイアセンブリ１１５４を含む。ここで図４５〜図４８を参照すると、外科用器具１１００、１１５０は、高周波（ＲＦ）電流及びナイフを用いて生体組織上で外科的凝固／切断処置を行い、高周波電流を用いて生体組織上で外科的凝固処置を行うように構成されている。高周波（ＲＦ）電流は、独立して又はアルゴリズム若しくはユーザ入力制御と組み合わせて印加され得る。ディスプレイアセンブリ、電池アセンブリ１１０６及びシャフトアセンブリ１１１０は、ハンドルアセンブリ１１０２に取り外し可能に接続可能なモジュール構成要素である。モータ１１４０は、ハンドルアセンブリ１１０２内に位置している。ＲＦ発生器回路及びモータ駆動回路は、図３４〜図３７及び図５０に関して本明細書に記載され、例えば、ハウジング１１４８内に位置している。
シャフトアセンブリ１１１０は、外管１１４４、ナイフ駆動ロッド１１４５及び内管（図示せず）を備えている。シャフトアセンブリ１１１０は、関節接合部１１３０及び遠位回転部１１３４を備える。エンドエフェクタ１１１２は、対向関係にあるジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂ及びモータ駆動ナイフを備える。ジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂは、対向するジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂの間に把持された組織に高周波電流を送達するために、ＲＦ発生器回路に連結された導電表面１１１６ａ、１１１６ｂを含む。ジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂは、ピボットピン１１３６を中心として枢動的に回転可能であり、ジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂの間に組織を把持する。ジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂは、トリガ１１０８に動作可能に連結され、それによりトリガ１１０８を握るとジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂが閉じて組織を把持し、トリガ１１０８を解放するとジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂが開いて組織を解放する。
ジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂは、トリガ１１０８に動作可能に連結され、それによりトリガ１１０８を握るとジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂが閉じて組織を把持し、トリガ１１０８を解放するとジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂが開いて組織を解放する。１段トリガ構成では、トリガ１１０８を握ってジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂを閉じ、一旦ジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂが閉じると、スイッチ部１１２１の第１のスイッチ１１２１ａを起動して、ＲＦ発生器に通電して組織を封止する。組織を封止した後に、スイッチ部１１２０の第２のスイッチ１１２１ｂを起動して、ナイフを前進させて組織を切断する。様々な態様では、トリガ１１０８は、２段又は多段トリガであってよい。２段トリガ構成では、第１段の間、ジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂを閉じる途中でトリガ１１０８を握り、第２段の間、ＲＦ発生器回路に通電して組織を封止する途中でトリガ１１０８を握る。組織を封止した後に、第１及び第２のスイッチ１１２１ａ、１１２１ｂのうちの１つ起動して、ナイフを前進させて組織を切断する。組織を切断した後、トリガ１１０８を解放することによって、ジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂを開き、組織を解放する。別の態様では、歪ゲージ又は圧力センサなどの力センサは、トリガ１１０８に連結され、ユーザによってトリガ１１０８に加えられる力を測定することができる。別の態様では、歪ゲージ又は圧力センサなどの力センサが、スイッチ部１１２０の第１及び第２のスイッチ１１２１ａ、１１２１ｂボタンに連結されてもよく、それにより変位強度が、ユーザによってスイッチ部１１２０の第１及び第２のスイッチ１１２１ａ、１１２１ｂボタンに加えられ得た力に対応する。
電池アセンブリ１１０６は、電気コネクタ１１３２によってハンドルアセンブリ１１０２に電気的に接続される。ハンドルアセンブリ１１０２には、スイッチ部１１２０が設けられている。第１のスイッチ１１２１ａ及び第２のスイッチ１１２１ｂは、スイッチ部１１２０内に設けられている。ＲＦ発生器は、第１のスイッチ１１２１ａを作動させることによって通電され、ナイフは、第２のスイッチ１１２１ｂを作動させることによってモータ１１４０に通電することにより起動される。したがって、第１のスイッチ１１２１ａは、ＲＦ回路に通電して、組織を通して高周波電流を駆動して封止を形成し、第２のスイッチ１１２１ｂは、モータに通電して、ナイフを駆動して組織を切断する。電池アセンブリ１１０６の構造的及び機能的な態様は、図１、図２及び図１６〜図２４に関して記載された外科用器具１００のための電池アセンブリ１０６のものと同様である。したがって、開示の簡潔性及び明確性のために、そのような電池アセンブリ１０６の構造的かつ機能的態様は、参照により本明細書に組み込まれ、ここでは繰り返さない。
回転ノブ１１１８は、シャフトアセンブリ１１１０に動作可能に連結される。矢印１１２６によって示される方向に±３６０°の回転ノブ１１１８の回転は、外管１１４４を矢印１１１９のそれぞれの方向に±３６０°回転させる。一態様では、別の回転ノブ１１２２は、外管１１４４の回転と独立して、矢印１１２８によって示される方向に、エンドエフェクタ１１１２を±３６０°回転させるように構成され得る。エンドエフェクタ１１１２は、第１及び第２の制御スイッチ１１２４ａ、１１２４ｂによって関節接合されてもよく、それにより第１の制御スイッチ１１２４ａの作動は、矢印１１３２ａによって示される方向に、ピボット１１３８を中心にエンドエフェクタ１１１２を関節接合し、第２の制御スイッチ１１２４ｂの作動は、矢印１１３２ｂによって示される方向に、ピボット１１３８を中心にエンドエフェクタ１１１２を関節接合する。更に、外管１１４４は、例えば、５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の直径Ｄ３を有し得る。
図４９は、本開示の一態様による、ナイフを駆動するために外科用器具１１００、１１５０と共に使用され得るモータアセンブリ１１６０である。モータアセンブリ１１６０は、モータ１１６２、プラネタリギヤ１１６４、シャフト１１６６及び駆動ギヤ１１６８を備える。ギヤは、ナイフバー１１４５を駆動するように動作可能に連結されてもよい（図４６）。一態様では、駆動ギヤ１１６８又はシャフト１１６６は、図５０に関して記載された回転駆動機構１１７０に動作可能に連結されて、遠位ヘッド回転、関節接合及びジョー閉鎖を駆動する。
図５０は、本開示の一態様による、モータ駆動回路１１６５の図である。モータ駆動回路１１６５は、本明細書に記載の外科用器具１１００、１１５０で使用され得る、モータＭを駆動するのに適している。モータＭは、４つのスイッチＳ１〜Ｓ４を含むＨブリッジによって駆動される。スイッチＳ１〜Ｓ４は、一般に、ＭＯＳＦＥＴスイッチなどの固体スイッチである。モータＭを一方向に回動させるために、２つのスイッチＳ１、Ｓ４をオンにし、他の２つのスイッチＳ３、Ｓ１をオフにする。モータＭの方向を反転させるために、スイッチＳ１〜Ｓ４の状態を反転させ、それによりスイッチＳ１、Ｓ４をオフにし、他の２つのスイッチＳ３、Ｓ１をオンにする。電流感知回路をモータ駆動回路１１６５内に配置して、モータ電流ｉ１ａ、ｉ２ａ、ｉ１ｂ、ｉ２ｂを感知することができる。
図５１は、本開示の一態様による、遠位ヘッド回転、関節接合及びジョー閉鎖を駆動するための回転駆動機構１１７０を示す。回転駆動機構１１７０は、モータアセンブリ１１６０に動作可能に連結された一次回転駆動シャフト１１７２を有する。一次回転駆動シャフト１１７２は、少なくとも２つの独立した作動機構（第１、第２、両方、どちらもない）に選択的に連結可能であり、クラッチ機構は、シャフトアセンブリ１１１０の外管１１４４内部に位置している。一次回転駆動シャフト１１７２は、シャフト機能が回転駆動シャフト１１７２に独立して連結されることを可能にする独立クラッチに連結されている。例えば、関節接合クラッチ１１７４は、関節接合部１１３０の関節接合軸１１７５を中心にシャフトアセンブリ１１１０を関節接合するように係合されている。遠位ヘッド回転クラッチ１１７８は、遠位回転部１１３４を回転させるように係合され、ジョー閉鎖クラッチ１１７９は、エンドエフェクタ１１１２のジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂを閉じるように係合される。ナイフは、ナイフ駆動ロッド１１４５によって進退される。回転機構の全て又はいずれかの組み合わせは、いつでも連結することができるか、又はどれも連結することができない。
一態様では、微小電気クラッチ構成は、ピボット１１３８及び関節接合軸１１７５を中心とした遠位回転部１１３４の回転及び関節接合部１１３０の関節接合を可能にする。一態様では、フェロ流体クラッチは、流体ポンプを介してクラッチを一次回転駆動シャフト１１７２に連結する。クラッチフェロ流体は、ナイフ駆動ロッド１１４５の周りに被包された電気コイル１１８１、１１８３、１１８５によって起動される。コイル１１８１、１１８３、１１８５のもう一方の端部は、クラッチ１１７４、１１７８、１１７９を独立して作動するための、３つの個別の制御回路に接続されている。動作時に、コイル１１８１、１１８３、１１８５が通電されていないときには、クラッチ１１７４、１１７８、１１７９が係合解除され、関節接合、回転又はジョー運動がない。
関節接合クラッチ１１７４が、コイル１１８１に通電することによって係合され、遠位ヘッド回転クラッチ１１７８及びジョー閉鎖クラッチ１１７９が、コイル１１８３、１１８５を非通電することによって係合解除されるとき、ギヤ１１８０は、一次回転駆動シャフト１１７２に機械的に連結されて関節接合部１１３０を関節接合する。図示した配向では、一次回転駆動シャフト１１７２が時計回りに回転すると、ギヤ１１８０は時計方向に回転し、シャフトは関節接合軸１１７５を中心に右方向に関節接合し、また一次回転駆動シャフト１１７２が半時計回りに回転すると、ギヤ１１８０は反時計回りに回転し、シャフトは関節接合軸１１７５を中心に左方向に関節接合する。左右の関節接合は、外科用器具１１００、１１５０の配向に依存することが理解されるであろう。
関節接合クラッチ１１７４及びジョー閉鎖クラッチ１１７９が、コイル１１８１、１１８５を非通電することによって係合解除され、かつ遠位ヘッド回転クラッチ１１７８が、コイル１１８３に通電することによって係合されると、一次回転駆動シャフト１１７２は、遠位回転部１１３４を同じ回転方向に回転させる。コイル１１８３が通電されると、遠位ヘッド回転クラッチ１１７８は、一次回転駆動シャフト１１７２を遠位回転部１１３４と係合させる。したがって、遠位回転部１１３４は、一次回転駆動シャフト１１７２と共に回転する。
関節接合クラッチ１１７４及び遠位ヘッド回転クラッチ１１７８は、コイル１１８１、１１８３を非通電することによって係合解除されて、ジョー閉鎖クラッチ１１７９がコイル１１８５を電通することにより係合されるとき、ジョー部材１１１４ａ、１１４ｂは、一次回転駆動シャフト１１７２の回転に応じて、開く又は閉じることができる。コイル１１８５が通電されると、ジョー閉鎖クラッチ１１７９は、一次回転駆動シャフト１１７２の方向に定位置で回転する、捕捉内ねじ付き駆動部材１１８６に係合する。捕捉内ねじ付き駆動部材１１８６は、内ねじ付き表面を含む、外ねじ付き駆動部材１１８８と螺合している外ねじを含む。一次回転駆動シャフト１１７２が時計回りに回転すると、捕捉内ねじ付き駆動部材１１８６に螺合している外ねじ付き駆動部材１１８８は、近位方向１１８７に駆動されてジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂを閉じる。一次回転駆動シャフト１１７２が反時計回りに回転すると、捕捉内ねじ付き駆動部材１１８６に螺合している外ねじ付き駆動部材１１８８は、遠位方向１１８９に駆動されてジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂを開く。
図５２は、本開示の一態様による、開放構成で示されるジョー部材を有するエンドエフェクタアセンブリの拡大された左斜視図である。図５３は、本開示の一態様による、図５２のエンドエフェクタアセンブリの拡大された右側面図である。ここで図５２及び図５３を参照すると、組織を近似するための開放位置にあるエンドエフェクタ１１１２の拡大されたビューが示される。ジョー部材１１１４、１１１４ｂは、一般に対称であり、協働してピボットピン１１３６を中心とした容易な回転を可能にして組織の封止及び分割をもたらす。その結果、特に明記しない限り、ジョー部材１１１４ａ及びこの部材に関連する操作特徴部は、本明細書に記載されているが、これらの特徴部の多数は、他のジョー部材１１１４ｂにも同様に適用されることが認識され得る。
ジョー部材１１１４ａはまた、ジョーハウジング１１１５ａ、絶縁基板又は絶縁体１１１７ａ及び導電表面１１１６ａを含む。絶縁体１１１７ａは、導電性封止面１１１６ａに確実に係合するように構成されている。これは、鍛造することによって、オーバーモールドによって、鍛造された導電性封止プレートをオーバーモールドすることによって、及び／又は金属射出成形封止プレートをオーバーモールドすることによって達成され得る。これらの製造技術は、絶縁体１１１７ａによって囲まれた導電表面１１１６ａを有する電極を製造する。
上述のように、ジョー部材１１１４ａは、同様の素子を含み、ジョーハウジング１１１５ｂ、絶縁体１１１７ｂ及び絶縁体１１１７ｂに確実に係合するよう寸法決めされた導電表面１１１６ｂを含む。導電表面１１１６ｂ及び絶縁体１１１７ｂは、組立時に、ナイフブレード１１２３の往復運動のために定義された長手方向に配向されたナイフチャネル１１１３を形成する。ナイフチャネル１１１３は、所定の切断面に沿ってナイフブレード１１２３の長手方向の往復運動を容易にし、形成された組織封止に沿って組織を効果的かつ正確に分離する。図示しないが、ジョー部材１１１４ａは、ナイフチャネル１１１３と協働して、組織を通るナイフの並進を容易にするナイフチャネルも含むことができる。
ジョー部材１１１４ａ、１１１４ｂは、電気外科エネルギーを組織を通して効果的に伝達して組織封止を形成するように、互いに電気的に隔離されている。導電表面１１１６ａ、１１１６ｂはまた、エンドエフェクタ１１１２及び外管１１４４の残りの作動構成要素から隔離されている。複数のストップ部材を用いて、導電表面１１１６ａ、１１１６ｂの間の間隙距離を調整して、正確で一貫した信頼性の高い組織封止を確実にすることができる。
電池アセンブリ１１０６の構造的かつ機能的態様は、図１、図２及び図１６〜図２４に関して記載される外科用器具１００の電池アセンブリ１０６のものと同様であり、図２０〜図２４に関して記載される電池回路を含む。したがって、開示の簡潔性及び明確性のために、そのような電池アセンブリ１０６の構造的かつ機能的態様は、参照により本明細書に組み込まれ、ここでは繰り返さない。更に、ＲＦ発生器回路の構造的かつ機能的態様は、図３４〜図３７に関して記載される外科用器具５００、６００について記載されるＲＦ発生器回路のものと同様である。したがって、開示の簡潔性及び明確性のために、そのようなＲＦ発生器回路の構造的かつ機能的態様は、参照により本明細書に組み込まれ、ここでは繰り返さない。更に、外科用器具１１００は、図１２〜図１５に関して記載される電池及び制御回路を含み、例えば、図１４に関して記載される制御回路２１０及び図１５に関して記載される電気回路３００を含む。したがって、開示の簡潔性及び明確性のために、図１２〜図１５に関して記載される回路の説明は、参照により本明細書に組み込まれ、ここでは繰り返さない。
切断機構と、シャフトの長手方向軸から離れてエンドエフェクタを偏向するように動作可能な関節接合部とを備える電気外科用器具に関するより詳細な説明については、米国特許第９，０２８，４７８号及び米国特許第９，１１３，９０７号（各々が参照により本明細書に組み込まれる）が参照される。
図５４は、本開示の一態様による、遠位関節接合を有するモジュール電池式手持ち型電気外科用器具１２００を示す。外科用器具１２００は、ハンドルアセンブリ１２０２、ナイフ駆動アセンブリ１２０４、電池アセンブリ１２０６、シャフトアセンブリ１２１０及びエンドエフェクタ１２１２を備える。エンドエフェクタ１２１２は、その遠位端に固着された対向関係の一対のジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂを備える。エンドエフェクタ１２１２は、関節接合及び回転するように構成される。図５５は、本開示の一態様による、図５４に示す外科用器具１２００の分解図である。組織を封止及び切断するための外科用器具１２００と共に使用するためのエンドエフェクタ１２１２は、対向関係であり、互いに対して移動可能であり、それらの間に組織を把持する一対のジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂを含む。いずれかのジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂは、電気外科用エネルギー源（ＲＦ源）に接続するように適合されたジョーハウジング及び導電表面１２１６ａ、１２１６ｂ、例えば、電極を含み得、それにより導電表面は、その間に保持された組織を通して電気外科用エネルギーを導電して組織封止をもたらすことができる。ジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂ及び導電表面１２１６ａ、１２１６ｂは、その中で定義され、かつナイフ駆動アセンブリ１２０４に接続されたナイフ駆動ロッド１２４５に連通するその長さに沿って延在するチャネルを含む。ナイフ１２７４（図６０〜図６１）は、チャネルに沿って並進及び往復運動して、ジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂの間に把持された組織を切断するように構成されている。ナイフは、Ｉビーム構成を有し、それによりナイフ１２７４がチャネルを通って前進すると、ジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂが一緒に近づく。一態様では、導電表面１２１６ａ、１２１６ｂが、互いに対してオフセットされる。ナイフ１２７４は、鋭利な遠位端を含む。
図５４〜図５５に示す外科用器具のハンドルアセンブリ１２０２は、モータアセンブリ１２６０及びナイフ駆動アセンブリ１２０４を備える。一態様では、ディスプレイアセンブリは、ハウジング１２４８に設けられてもよい。ディスプレイアセンブリは、例えば、ハンドルアセンブリ１２０２のハウジング１２４８部分に取り外し可能に接続可能なＬＣＤディスプレイなどのディスプレイを備えてもよい。ＬＣＤディスプレイは、他のパラメータの中でも特に、組織の厚さ、封止の状態、切断の状態、組織厚さ、組織インピーダンス、実行中のアルゴリズム、電池容量などの外科手技パラメータの視覚ディスプレイを提供する。ここで図５４〜図５５を参照すると、外科用器具１２００は、高周波（ＲＦ）電流及びナイフ１２７４（図６０〜図６１）を使用して、生体組織上で外科的凝固／切断処置を行い、高周波電流を用いて生体組織上で外科的凝固処置を行うように構成されている。高周波（ＲＦ）電流は、独立して又はアルゴリズム若しくはユーザ入力制御と組み合わせて適用され得る。ナイフ駆動アセンブリ１２０４、電池アセンブリ１２０６及びシャフトアセンブリ１２１０は、ハンドルアセンブリ１２０２に取り外し可能に接続可能なモジュール構成要素である。モータアセンブリ１２４０は、ハンドルアセンブリ１２０２内に位置してもよい。ＲＦ発生器及びモータ駆動回路は、図３４〜図３７及び図５０に関して記載され、例えば、ハウジング１２４８内に位置している。ハウジング１２４８は、ハウジング１２４８内に配置された回路及び機構にアクセスするための取り外し可能なカバープレート１２７６を含む。ナイフ駆動アセンブリ１２０４は、ハンドルアセンブリ１２０２及びスイッチ部１２２０に動作可能に連結され、ナイフ１２７４を活性化及び駆動するためのギヤ及びリンクを含む。より詳細には、ナイフ１２７４はＩビーム構成を有する。
シャフトアセンブリ１２１０は、外管１２４４、ナイフ駆動ロッド１２４５及び内管（図示せず）を備えている。シャフトアセンブリ１２１０は、関節接合部１２３０を備える。エンドエフェクタ１２１２は、一対のジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂと、そのジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂに形成されたチャネルと往復動するように構成されナイフ１２７４とを備える。一態様では、ナイフ１２７４は、モータによって駆動されてもよい。ジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂは、そのジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂの間に把持された組織に高周波電流を送達するために、ＲＦ発生器回路に連結された導電表面１２１６ａ、１２１６ｂを含む。ジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂは、ピボットピン１２３５を中心に枢動的に回転可能であり、ジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂの間に組織を把持する。ジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂは、トリガ１２０８に動作可能に連結され、それによりトリガ１２０８を握るとジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂの一方又は両方が閉じて組織を把持し、トリガ１２０８を解放するとジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂが開いて組織を解放する。例示的な例では、一方のジョー部材１２１４ａは、他方のジョー部材１２１４ｂに対して移動可能である。他の態様では、両方のジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂは、互いに対して移動可能であり得る。別の態様では、歪ゲージ又は圧力センサなどの力センサは、トリガ１２０８に連結され、ユーザによってトリガ１２０８に加えられる力を測定することができる。別の態様では、歪ゲージ又は圧力センサなどの力センサが、スイッチ部１２２０の第１及び第２のスイッチ１２２１ａ、１２２１ｂボタンに連結されてもよく、それにより変位強度が、ユーザによってスイッチ部１２２０の第１及び第２のスイッチ１２２１ａ、１２２１ｂボタンに加えられた力に対応する。
ジョー部材１２１４ａは、トリガ１２０８に動作可能に連結され、それによりトリガ１２０８を握ったときに、ジョー部材１２１４ａが閉じて組織を把持し、トリガ１２０８を解放したときに、ジョー部材１２１４ａが開いて組織を解放する。１段トリガ構成では、トリガ１２０８を握ってジョー部材１２１４ａを閉じ、一旦ジョー部材１２１４ａが閉じると、スイッチ部１２２０の第１のスイッチ１２２１ａを起動して、ＲＦ発生器に通電して組織を封止する。組織を封止した後に、スイッチ部１２２０の第２のスイッチ１２２１ｂを起動して、ナイフを前進させて組織を切断する。様々な態様では、トリガ１２０８は、２段又は多段トリガであってよい。２段トリガ構成では、第１段の間、ジョー部材１２１４ａを閉じる途中でトリガ１２０８を握り、第２段の間、ＲＦ発生器回路に通電して組織を封止する途中でトリガ１２０８を握る。組織を封止した後に、スイッチ１２２１ａ、１２２１ｂのうちの１つを起動して、ナイフを前進させて組織を切断する。組織を切断した後、トリガ１２０８を解放することによってジョー部材１２１４ａを開き、組織を解放する。
シャフトアセンブリ１２１０は、シャフトアセンブリ１２１０の長手軸「Ａ」から離れてエンドエフェクタ１２１２を偏向させるように動作可能な関節接合部１２３０を含む。ダイヤル１２３２ａ、１２３２ｂは、細長いシャフトアセンブリ１２１０の遠位端で関節接合部１２３０を、長手方向軸Ａ−Ａに対して様々な関節接合配向に枢動させるように動作可能である。より具体的には、関節接合ダイヤル１２３２ａ、１２３２ｂは、下でより詳細に記載されるように、シャフトアセンブリ１２１０の関節接合部１２３０と動作的に連通している、複数のケーブル又は腱に動作可能に連結する。１つの関節接合ダイヤル１２３２ａは、矢印「Ｃ１」によって示されるように、第１の平面、例えば垂直平面に枢動運動を誘導するように、矢印「Ｃ０」の方向に回転され得る。同様に、別の関節接合ダイヤル１２３２ｂは、矢印「Ｄ１」によって示されるように、第２の平面、例えば水平平面に枢動運動を誘導するように、矢印「Ｄ０」の方向に回転され得る。関節接合ダイヤル１２３２ａ、１２３２ｂの、矢印「Ｃ０」又は「Ｄ０」のいずれかの方向の回転は、関節接合部１２３０を中心としてシャフトアセンブリ１２１０を枢動又は関節接合する腱をもたらす。
電池アセンブリ１２０６は、電気コネクタ１２３１によってハンドルアセンブリ１２０２に電気的に接続される。ハンドルアセンブリ１２０２は、スイッチ部１２２０が設けられている。第１のスイッチ１２２１ａ及び第２のスイッチ１２２１ｂは、スイッチ部１２２０内に設けられている。ＲＦ発生器は、第１のスイッチ１２２１ａを作動させることによって通電され、ナイフ１２７４は、第２のスイッチ１２２１ｂを作動させることによってモータアセンブリ１２４０に通電することにより起動される。したがって、第１のスイッチ１２２１ａは、ＲＦ回路に通電して、組織を通して高周波電流を駆動して封止を形成し、第２のスイッチ１２２１ｂは、モータに通電して、ナイフ１２７４を駆動して組織を切断する。他の態様では、ナイフ１２７４は、２段トリガ１２０８構成を使用して手動で発射されてもよい。電池アセンブリ１２０６の構造的かつ機能的な態様は、図１、図２及び図１６〜図２４に関して記載された外科用器具１００のための電池アセンブリ１０６のものと同様である。したがって、開示の簡潔性及び明確性のために、そのような電池アセンブリ１０６の構造的かつ機能的態様は、参照により本明細書に組み込まれ、ここでは繰り返さない。
回転ノブ１２１８は、シャフトアセンブリ１２１０に動作可能に連結される。矢印１２２６によって示される方向に±３６０°の回転ノブ１２１８の回転は、外管１２４４を矢印１２２８のそれぞれの方向に±３６０°回転させる。エンドエフェクタ１２１２は、制御ボタンの作動が、矢印Ｃ１及びＤ１によって示される一方向にエンドエフェクタ１２１２を関節接合するように、制御ボタンによって関節接合されてもよい。更に、外管１２４４は、例えば、５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の直径Ｄ３を有し得る。
図５６は、本開示の一態様による、電気的接続を含む、図５４に示す関節接合の拡大領域詳細図である。図５７は、本開示の一態様による、電気的接続を含む、図５６に示す関節接合の拡大領域詳細図である。ここで図５６〜図５７を参照すると、それぞれ近位端と遠位端１２２２の間にシャフトアセンブリ１２１０上に作動可能に配設されるか、又は連結された関節接合部１２３０が示されている。図５６〜図５７に示した態様では、関節接合部１２３０は、複数の関節接合リンク１２３３（リンク１２３３）によって定義される。リンク１２３３は、シャフトアセンブリ１２１０を、水平又は垂直平面のいずれかにおいて、長手方向軸「Ａ−Ａ］にわたって横方向に関節接合するように構成される。図５４を参照されたい。例示的な目的のために、水平平面にわたって関節接合されたシャフトアセンブリ１２１０を示す。
リンク１２３３は、このリンクを通る中心環１２３８であって、駆動機構、例えばこの中心環を通る駆動ロッドを収容するように構成されている、上記の中心環１２３８をまとめて画定する。理解され得るとおり、中心環１２３８の構成は、この中心環を通る駆動ロッドに対して、適切な隙間を設ける。中心環１２３８は、シャフトアセンブリ１２１０が非関節接合構成にあるとき、長手方向軸「Ａ−Ａ」に平行な、中心環を通る軸「Ｂ−Ｂ」を定義する。図５４を参照されたい。
図５６〜図５７を引き続き参照して、リンク１２３３は、腱１２３４を介して関節接合ダイヤル１２３２ａ、１２３２ｂに動作可能に連結されている。例示的な目的のために、４つの腱１２３４が示されている。腱１２３４は、ステンレス鋼ワイヤ又は張力をリンク１２３３の最遠位リンクに伝送するために適した他の材料で構成することができる。構成材料にかかわらず、腱１２３４は、その腱１２３４の長さにわたって増幅されるばね率を呈し、したがって腱１２３４は、外部負荷が細長いシャフトアセンブリ１２１０に加えられたときに伸張する傾向にあり得る。この伸張傾向は、例えば、外科医によって開始される関節接合ダイヤル１２３２ａ、１２３２ｂの対応する移動なしに、細長いシャフトアセンブリ１２１０の遠位端１２２２の配向の意図しない変化に関連付けられ得る。
腱１２３４は、関節接合ダイヤル１２３２ａ、１２３２ｂが回転されると、腱１２３４を作動させる、例えば腱１２３４を「引っ張る」ように構成された関節接合ダイヤル１２３２ａ、１２３２ｂに動作可能に連結する。複数の腱１２３４は、１つ以上の好適な連結方法を介してリンク１２３３に動作可能に連結される。より具体的には、リンク１２３３は、その中に定義された対応する複数の第１の開口又はボア１２３６ａを含み（４つのボア１２３６ａが代表図に示される）、これらはリンク１２３３に沿って放射状に配設され、共通の軸に沿って中心に配列されている。図５６を参照されたい。複数のボア１２３６ａのボアは、腱１２３４を受容するように構成される。腱１２３４の遠位端は、好適な方法、例えば、上記の連結方法のうちの１つ以上によって、リンク１２３３の最遠位のリンクに動作可能に連結される。
図５６〜図５７を引き続き参照すると、リンク１２３３は、第２の複数のボア１２３６ｂを含む（４つのボア１２３６ｂは、図５６において最も良く見られるように、代表図に示される）。ボア１２３６ｂは、複数の導電リード１２３７（４本の導電リード１２３７が代表図に示される）の対応する導電リードを受容するように構成される。導電リード１２３７は、第２の複数のボア１２３６ｂ内で第１の状態と第２の状態との間で遷移するように構成される。導電リード１２３７の遷移を容易にするために、ボア１２３６ｂは、導電リード１２３７が第１の状態にあるとき、導電リード１２３７の直径よりも大きい直径を含む。
外科用器具１２２０は、複数の導電リード１２３７に電圧及び電流を選択的に誘導するように構成された電気回路を含み、それにより導電リード１２３７が第１の状態から第２の状態に遷移する。このため、発生器Ｇは、適切な割合の電圧電位Ｅｏを提供する。電圧は、導電リード１２３７に電圧が誘導され、導電リードを通って電流が流れる。導電リード１２３７を通って流れる電流は、導電リード１２３７を第１の状態（図５６）から第２の状態（図５７）に遷移させる。第２の状態では、導電リード１２３７は、図５７において最も良く見られるように、導電リード１２３７と対応するボア１２３６ｂとの間に締まり嵌めを提供する。
図５８は、本開示の一態様による、図５４の外科用器具１２００のシャフトアセンブリ１２１０、エンドエフェクタ１２１２及び切断部材１２５４の構成要素の斜視図を示す。図５９は、本開示の一態様による、関節接合の第２段にある関節接合部を示す。ここで図５８〜図５９を参照すると、１つの関節接合バンド１２５６ａは、セパレータ１２６１の片側凹部に摺動可能に配設されるが、第２の関節接合バンド１２５６ｂ（図５９）は、セパレータ１２６１の反対側凹部に摺動可能に配設される。切断部材ドライバ管は、ドライバブロック１２５８を長手方向に駆動するように長手方向に移動可能であり、それにより切断部材１２５４を長手方向に移動させる。側方凹部は、関節接合バンド１２５６ａ、１２５６ｂとの接触表面積を低減するように構成された長手方向に延在する溝を含み、これにより、セパレータ１２６１と関節接合バンド１２５６ａ、１２５６ｂの間の摩擦を低減する。セパレータ１２６１はまた、低摩擦材料で形成することができ、かつ／又は摩擦を低減するための表面処理を含み得る。関節接合バンド１２５６ａ、１２５６ｂは、関節接合部１２３０を通ることを含めて、シャフトアセンブリ１２１０の長さに沿って、長手方向に延在している。１つの関節接合バンド１２５６ａの遠位端１２５２は、アンカーポイントにおいてエンドエフェクタ１２１２の近位部分１２５０の片側に固定される。第２の関節接合バンド１２５６ｂの遠位端１２６２は、アンカーポイントにおいてエンドエフェクタ１２１２の近位部分１２５０の反対側に固定される。回転関節接合ノブは、関節接合バンド１２５６ａを遠位方向に選択的に前進させると同時に、第２の関節接合バンド１２５６ｂを近位に後退させるように動作可能であり、逆もまた同様である。この対向する並進は、関節接合部１２３０を屈曲させ、それによりエンドエフェクタ１２１２を関節接合させることが理解されるべきである。特に、エンドエフェクタ１２１２は、関節接合バンド１２５６ａ、１２５６ｂが近位に後退されている方に向かって偏向し、関節接合バンド１２５６ａ、１２５６ｂが遠位に前進されている方から離れて偏向する。
図５８〜図５９を引き続き参照すると、相互作用して関節接合部１２３０を屈曲させ、エンドエフェクタ１２１２を関節接合させる、上記の構成要素のうちのいくつかが示されている。図５８では、関節接合１２３０は、直線構成にある。次いで、関節接合ダイヤル１２３２ａ、１２３２ｂ（図５４〜図５５）のうちの１つを回転させて、リードスクリューを近位に並進させ、別のリードスクリューを遠位に前進させる。１つのリードスクリューの近位並進が、関節接合バンド１２５６ｂを近位に引き、これが関節接合部１２３０を図５９に示すように曲げ始める。関節接合部１２３０のこの曲げが、他の関節接合バンド１２５６ａを遠位に引く。関節接合ダイヤル１２３２ａ、１２３２ｂの回転に応じたリードスクリューの遠位前進が、関節接合バンド１２５６ａ及び駆動部材を遠位に前進可能にする。いくつかの他のバージョンでは、リードスクリューの遠位前進は、駆動部材及び関節接合バンド１２５６ａを遠位に能動的に駆動する。ユーザが、関節接合ダイヤル１２３２ａ、１２３２ｂのうちの１つを回転させ続けると、上記の相互作用が同じように継続し、その結果、図５９に示すように関節接合部１２３０の更なる曲げを生じる。関節接合ダイヤル１２３２ａ、１２３２ｂを逆方向に回転させることにより、関節接合部１２３０が矯正され、また反対方向の更なる回転により、関節接合部１２３０が逆方向に屈曲することが理解されるべきである。
図６０は、本開示の一態様による、開放構成にある図５４〜図５９の装置のエンドエフェクタ１２１２の斜視図を示す。本実施例のエンドエフェクタ１２１２は、一対のジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂを備える。本実施例では、１つのジョー部材１２１４ｂは、シャフトアセンブリに対して固定されているが、他のジョー部材１２１４ａは、シャフトアセンブリに対して、他のジョー部材１２１４ｂに向かって、及びそれから離れて枢動する。いくつかのバージョンでは、ロッド又はケーブルなどのアクチュエータは、シースを通して延在し、枢動連結具において１つのジョー部材１２１４ａと接合されてもよく、それによりシャフトアセンブリを通るアクチュエータロッド／ケーブル等の長手方向移動は、シャフトアセンブリに対して、及び第２のジョー部材１２１４ｂに対して、ジョー部材１２１４ａの枢動を提供する。当然のことながら、ジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂは、代わりに、任意の他の好適な種類の移動を有してもよく、また任意の他の好適な方法で作動されてもよい。単なる例として、ジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂは、発射ビーム１２６６の長手方向並進によって作動され、したがって閉鎖することができ、それによりいくつかのバージョンでは、アクチュエータロッド／ケーブル等を単に排除することができる。１つのジョー部材１２１４ａの上側は、複数の歯セレーション１２７２を含む。他のジョー部材１２１４ｂの下側は、必ずしも組織を引き裂くことなく、エンドエフェクタ１２１２のジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂの間に捕捉された組織の把持を強化するためにセレーション１２７２と入れ子になっている相補的セレーション１２７７を含み得ることが理解されるべきである。
図６１は、本開示の一態様による、閉鎖構成にあり、かつブレード１２７４が遠位位置にある図６０のエンドエフェクタ１２１２の断面端面図を示す。ここで図６０〜図６１を参照すると、一方のジョー部材１２１４ａは、長手方向に延在する細長いスロット１２６８を定義するが、他方のジョー部材１２１４ｂはまた、長手方向に延在する細長いスロット１２７０を定義する。加えて、一方のジョー部材１２１４ａの下側は、導電表面１２１６ａを提示するが、他方のジョー部材１２１４ｂの上側は、別の導電表面１２１６ｂを提示する。導電表面１２１６ａ、１２１６ｂは、シャフトアセンブリの長さに沿って延在する１つ以上の導電体（図示せず）を介して、電源１２７８及びコントローラ１２８０と連通している。電源１２７８は、第１の極性でＲＦエネルギーを第１の導電表面１２１６ｂに送達し、かつ第２の（逆の）極性で第２の導電表面１２１６ａに送達するように動作可能であり、それによりＲＦ電流は、導電表面１２１６ａ、１２１６ｂの間に流れ、またそれによりジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂの間に捕捉された組織を通って流れる。いくつかのバージョンでは、発射ビーム１２６６は、ジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂの間に捕捉されたバイポーラＲＦエネルギーを送達するために、導電表面１２１６ａ、１２１６ｂ（例えば、接地帰路として）と協働する導電体として機能する。電源１２７８は、本明細書に引用される１つ以上の参考文献に記載されるように、ないしは別の方法で、外科用器具１２００の外部にあり得るか、又は外科用器具１２００と（例えば、ハンドルアセンブリ１２０２等において）一体であってもよい。コントローラ１２８０は、電源１２７８から導電表面１２１６ａ、１２１６ｂへの電力の送達を規制する。コントローラ１２８０はまた、外科用器具１２００の外部にあり得るか、又は本明細書に引用される１つ以上の参考文献に記載されるように、ないしは別の方法で、外科用器具１２００と（例えば、ハンドルアセンブリ１２０２等において）一体であってもよい。導電表面１２１６ａ、１２１６ｂは、種々の代替位置、構成及び関係で提供され得ることも理解されるべきである。
依然として図６０〜図６１を参照して、本実施例の外科用器具１２００は、エンドエフェクタ１２１２の長さの一部に沿って長手方向に移動可能である、発射ビーム１２６６を含む。発射ビーム１２６６は、シャフトアセンブリ１２１０内で同軸的に位置決めされ、シャフトアセンブリ１２１０の長さに沿って延在し、かつシャフトアセンブリ１２１０内で長手方向に並進するが（本実施例では、関節接合部１２３０を含む）、発射ビーム１２６６０及びシャフトアセンブリ１２１０が、任意の他の好適な関係を有してもよいことを理解されたい。発射ビーム１２６６は、鋭利な遠位端を有するナイフ１２７４、上部フランジ１２８１及び下部フランジ１２８２を含む。図６１に最も良く見られるように、ナイフ１２７４は、ジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂのスロット１２６８、１２７０を通して延在し、上フランジ１２８１は、凹部１２８４内でジョー部材１２１４ａの上に位置し、下フランジ１２８２は、凹部１２８６内でジョー部材１２１４ｂの下に位置している。ナイフ１２７４及びフランジ１２８１、１２８２の構成は、発射ビーム１２６６の遠位端において「Ｉ−ビーム」型の断面を提供する。本実施例では、フランジ１２８１、１２８２は、発射ビーム１２６６の長さの僅かな部分のみに沿って長手方向に延在するが、フランジ１２８１、１２８２は、発射ビーム１２６６の任意の好適な長さに沿って長手方向に延在していてもよいことを理解されたい。加えて、フランジ１２８１、１２８２は、ジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂの外側に沿って位置決めされているが、フランジ１２８１、１２８２は、代替として、ジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂ内に形成された対応するスロット内に配設されていてもよい。例えば、ジョー部材１２１４ａ、１２１４ｂは、「Ｔ」形状のスロットを定義することができ、ナイフ１２７４の一部は、「Ｔ」形状のスロットの１つの垂直部分に配設され、フランジ１２８１、１２８２は、「Ｔ」形状のスロットの水平部分に配設されている。本明細書の教示を考慮することで、様々な他の好適な構成及び関係が、当業者に明らかになるであろう。単なる例として、エンドエフェクタ１２１２は、導電表面１２１６ａ、１２１６ｂに隣接して、及び／又は他の場所に位置する、１つ以上の正の温度係数（ＰＴＣ）サーミスタ本体１２８８、１２９０（例えば、ＰＴＣポリマー等）を含んでもよい。
電池アセンブリ１２０６の構造的かつ機能的態様は、図１、図２及び図１６〜図２４に関して記載される外科用器具１００の電池アセンブリ１０６のものと同様であり、図２０〜図２４に関して記載される電池回路を含む。したがって、開示の簡潔性及び明確性のために、そのような電池アセンブリ１０６の構造的かつ機能的態様は、参照により本明細書に組み込まれ、ここでは繰り返さない。更に、ＲＦ発生器回路の構造的かつ機能的態様は、図３４〜図３７に関して記載される外科用器具５００、６００について記載されるＲＦ発生器回路のものと同様である。したがって、開示の簡潔性及び明確性のために、そのようなＲＦ発生器回路の構造的かつ機能的態様は、参照により本明細書に組み込まれ、ここでは繰り返さない。更に、外科用器具１２００は、図１２〜図１５に関して記載される電池及び制御回路を含み、例えば、図１４に関して記載される制御回路２１０及び図１５に関して記載される電気回路３００を含む。したがって、開示の簡潔性及び明確性のために、図１２〜図１５に関して記載される回路の説明は、参照により本明細書に組み込まれ、ここでは繰り返さない。
切断機構と、シャフトの長手方向軸から離れてエンドエフェクタを偏向するように動作可能な関節接合部とを備える電気外科用器具に関するより詳細な説明については、米国公開第２０１３／００２３８６８号（参照により本明細書に組み込まれる）を参照されたい。
本明細書に記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれかを、モータ又は他の電動装置を含むように修正して、そうでなければ手動で移動される構成要素を駆動することができることも理解されたい。そのような修正の様々な例は、米国公開第２０１２／０１１６３７９号及び米国公開第２０１６／０２５６１８４号に記載されており、各々が参照により本明細書に組み込まれる。本明細書の教示を考慮することで、モータ又は他の電動装置が本明細書の任意の装置に組み込まれ得る、様々な他の好適な方法が、当業者に明らかになるであろう。
図１１〜図１５、図２０〜図２４、図３４〜図３７及び図５０に関して記載される回路は、単独で、又は本明細書に記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれかと組み合わせて動作するように構成され得ることも理解されたい。
図６２〜図７０は、図１〜図６１に関して記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つと共に動作するように構成された様々な回路を説明する。ここで図６２を参照すると、本開示の一態様による、外科用器具の制御回路１３００の構成要素が示される。制御回路１３００は、揮発性メモリ１３０４に連結されたプロセッサ１３０２、１つ以上のセンサ１３０６、不揮発性メモリ１３０８及び電池１３１０を備える。一態様では、外科用器具は、制御回路１３００を収容し、かつ電力保存モードを実装するための汎用的な制御を含む、ハンドルハウジングを備えることができる。いくつかの態様では、プロセッサ１３０２は、１つ以上の２次プロセッサを含む外科用器具の一次プロセッサであってよい。いくつかの態様では、プロセッサ１３０２は、電池１３１０内に格納されてもよい。このプロセッサ１３０２は、制御プログラム又は他のソフトウェアモジュールなどの機械実行可能な命令を実行することによって、外科用器具の様々な動作及び機能を制御するように構成されている。例えば、プロセッサ１３０２によるエネルギーモダリティ制御プログラムの実行は、外科用器具を使用する外科医によって患者組織に印加される特定のタイプのエネルギーの選択を可能にする。外科用器具は、外科用器具のハンドル上に位置するエネルギーモダリティアクチュエータを備えてよい。アクチュエータは、スライダ、トグルスイッチ、セグメント化瞬間接触スイッチ又はいくつかの他のタイプのアクチュエータであってもよい。エネルギーモダリティアクチュエータの作動により、プロセッサ１３０２は、選択されたタイプのエネルギーに対応するエネルギーモダリティを起動する。このタイプのエネルギーは、超音波、ＲＦ又は超音波エネルギー及びＲＦエネルギーの組み合わせであり得る。様々な態様では、一般に、プロセッサ１３０２は、図６３に示されるように、外科用器具の複数の回路セグメントに電気的に連結され、通電及び非通電シーケンスに従って、回路セグメントを起動又は停止する。
ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性メモリ１３０４は、プロセッサ１３０２が動作中の間、例えばプロセッサ１３０２が制御プログラム又はソフトウェアモジュールを実行するとき、選択された制御プログラム又は他のソフトウェアモジュールを一時的に記憶する。１つ以上のセンサ１３０６は、力センサ、温度センサ、電流センサ又は運動センサを含むことができる。いくつかの態様では、１つ以上のセンサ１３０６は、シャフト、エンドエフェクタ、電池若しくはハンドル、又はそれらの任意の組み合わせ若しくは部分的組み合わせに位置し得る。１つ以上のセンサ１３０６は、図１〜図６１に関して記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれかの１つの動作、例えばエンドエフェクタのジョーにより把持される組織の存在又はモータにより加えられる力に関連するデータを伝送する。一態様では、１つ以上のセンサ１３０６は、安全チェック及びパワーオンセルフテスト（ＰＯＳＴ）に基づいて、回路セグメントの機能又は動作を検証するための加速度計を含んでもよい。制御プログラム又は他のソフトウェアモジュールなどの機械実行可能な命令は、不揮発性メモリ１３０８に記憶される。例えば、不揮発性メモリ１３０８は、ベーシック・インプット／アウトプット・システム（Basic Input/Output System（ＢＩＯＳ））プログラムを記憶する。不揮発性メモリ１３０８は、読み出し専用メモリ、消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ又はいくつかの他のタイプの不揮発性メモリ装置であってもよい。制御プログラムの様々な例は、米国公開第２０１５／０２７２５７８号に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。電池１３１０は、電流を発生させる電源電圧を提供することによって、外科用器具に電力供給する。電池１３１０は、図６３に示したモータ制御回路セグメント１４２８を含むことができる。
一態様では、プロセッサ１３０２は、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘの商品名で知られているものなど、任意のシングルコア又はマルチコアプロセッサであってもよい。一態様では、プロセッサ１３０２は、同じくＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のＨｅｒｃｕｌｅｓ ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ Ｒ４の商品名で知られている、ＴＭＳ５７０及びＲＭ４ｘなど、２つのマイクロコントローラ系ファミリーを含む安全プロセッサとして実装され得る。それにもかかわらず、マイクロコントローラ及び安全プロセッサに好適な他の置換品も制限なく用いることができる。一態様では、安全プロセッサは、拡張性がある性能、接続性及びメモリの選択肢を提供しながら、高度な集積型安全特性を提供するために、中でも特に、ＩＥＣ ６１５０８及びＩＳＯ ２６２６２の安全限界用途向けに特異的に構成されてもよい。
特定の態様では、プロセッサ１３０２は、例えばＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＬＭ ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲであってもよい。少なくとも一例では、Ｔｅｘａｓ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＬＭ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲは、製品データシートから容易に入手可能な他の機構の中でも特に、最大４０ＭＨｚ、２５６ＫＢの単一サイクルフラッシュメモリ若しくは他の不揮発性メモリのオンチップメモリと、４０ＭＨｚ超の性能を改善するためのプリフェッチバッファと、３２ＫＢの単一サイクルシリアルランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）と、ＳｔｅｌｌａｒｉｓＷａｒｅ（登録商標）ソフトウェアを搭載した内部読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）と、２ＫＢの電気的消去可能なプログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）と、１つ以上のパルス幅変調（ＰＷＭ）モジュールと、１つ以上のアナログ直交エンコーダ入力部（ＱＥＤ）と、１２個のアナログ入力チャネルを備えた、１つ以上の１２ビットアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）と、を備えたＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ−Ｍ４Ｆプロセッサコアである。他のプロセッサが容易に代用されてもよく、したがって、本開示は、この文脈に限定されるべきではない。
図６３は、本開示の一態様による、複数の独立して動作する回路セグメント１４０２、１４１４、１４１６、１４２０、１４２４、１４２８、１４３４、１４４０を含む、セグメント化回路１４０１のシステム図１４００である。セグメント化回路１４０１の複数の回路セグメントの回路セグメントは、１つ以上の回路と、１つ以上のメモリ装置に記憶された１つ以上の機械実行可能命令のセットとを含む。回路セグメントの１つ以上の回路は、１つ以上の有線又は無線接続媒体を通して電気通信のために連結される。複数の回路セグメントは、スリープモード、スタンバイモード及び動作モードを含む３つのモードの間で遷移するように構成される。
一態様では、複数の回路セグメント１４０２、１４１４、１４１６、１４２０、１４２４、１４２８、１４３４、１４４０は、第１にスタンバイモードで開始し、第２にスリープモードに遷移し、第３に動作モードへ遷移する。しかしながら、他の態様では、複数の回路セグメントは、３つのモードのうちのいずれか１つから、３つのモードのうちの任意の他の１つに遷移することができる。例えば、複数の回路セグメントは、スタンバイモードから動作モードに直接遷移することができる。個々の回路セグメントは、機械実行可能命令のプロセッサ１３０２による実行に基づいて、電圧制御回路１４０８によって特定の状態に置かれ得る。これらの状態は、非通電状態、低エネルギー状態及び通電状態を含む。非通電状態はスリープモードに対応し、低エネルギー状態はスタンバイモードに対応し、通電状態は動作モードに対応する。低エネルギー状態への遷移は、例えば、ポテンショメータの使用によって実現することができる。
一態様では、複数の回路セグメント１４０２、１４１４、１４１６、１４２０、１４２４、１４２８、１４３４、１４４０は、通電シーケンスに従ってスリープモード又はスタンバイモードから動作モードに遷移することができる。複数の回路セグメントはまた、非通電シーケンスに従って動作モードからスタンバイモード又はスリープモードに遷移することができる。通電シーケンス及び非通電シーケンスは異なっていてもよい。いくつかの態様では、複数の回路セグメントの回路セグメントのサブセットのみに通電することを含む。いくつかの態様では、複数の回路セグメントの回路セグメントのサブセットのみに非通電することを含む。
図６３におけるシステム図１４００に戻って参照すると、セグメント化回路１４０１は、遷移回路セグメント１４０２、プロセッサ回路セグメント１４１４、ハンドル回路セグメント１４１６、通信回路セグメント１４２０、ディスプレイ回路セグメント１４２４、モータ制御回路セグメント１４２８、エネルギー処理回路セグメント１４３４及びシャフト回路セグメント１４４０を含む、複数の回路セグメントを備える。遷移回路セグメントは、ウェイクアップ回路１４０４、ブースト電流回路１４０６、電圧制御回路１４０８、安全コントローラ１４１０及びＰＯＳＴコントローラ１４１２を備える。遷移回路セグメント１４０２は、非通電及び通電シーケンス、安全検出プロトコル並びにＰＯＳＴを実装するように構成される。
いくつかの態様では、ウェイクアップ回路１４０４は、加速度計ボタンセンサ１４０５を含む。態様では、遷移回路セグメント１４０２は、通電状態にあるように構成されるが、セグメント化回路１４０１の複数の回路セグメントの他の回路セグメントは、低エネルギー状態、非通電状態又は通電状態にあるように構成される。加速度計ボタンセンサ１４０５は、図１〜図６１に関して本明細書に記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つの移動又は加速を監視することができる。例えば、移動は、外科用器具の配向又は回転の変化であり得る。外科用器具は、例えば、外科用器具のユーザによって、３次元ユークリッド空間に対して任意の方向に移動することができる。加速度計ボタンセンサ１４０５が移動又は加速を感知すると、加速度計ボタンセンサ１４０５は、電圧制御回路１４０８に信号を送り、電圧制御回路１４０８がプロセッサ回路セグメント１４１４に電圧を印加して、プロセッサ１３０２及び揮発性メモリ１３０４を通電状態に遷移させる。態様では、プロセッサ１３０２及び揮発性メモリ１３０４は、電圧制御回路１４０９がプロセッサ１３０２及び揮発性メモリ１３０４に電圧を印加する前に、通電状態にある。動作モードでは、プロセッサ１３０２は、通電シーケンス又は非通電シーケンスを開始することができる。様々な態様では、加速度計ボタンセンサ１４０５はまた、プロセッサ１３０２に信号を送り、プロセッサ１３０２に通電シーケンス又は非通電シーケンスを開始させることができる。いくつかの態様では、プロセッサ１３０２は、個々の回路セグメントの大部分が低エネルギー状態又は非通電状態にあるときに、通電シーケンスを開始する。他の態様では、プロセッサ１３０２は、個々の回路セグメントの大部分が通電状態にあるときに、非通電シーケンスを開始する。
追加として又は代替として、加速度計ボタンセンサ１４０５は、外科用器具の所定の近傍内の外部移動を感知することができる。例えば、加速度計ボタンセンサ１４０５は、所定の近傍内でユーザの手を動かすことにより、図１〜図６１に関して本明細書に記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれかをユーザに感知させることができる。加速度計ボタンセンサ１４０５が、この外部移動を感知すると、加速度計ボタンセンサ１４０５は、前述のように、電圧制御回路１４０８に信号を送り、かつプロセッサ１３０２に信号を送ることができる。送られた信号を受信した後、プロセッサ１３０２は、通電シーケンス又は非通電シーケンスを開始して、１つ以上の回路セグメントを３つのモード間で遷移させることができる。態様では、電圧制御回路１４０８に送られた信号は、プロセッサ１３０２が動作モードにあることを検証するために送られる。いくつかの態様では、加速度計ボタンセンサ１４０５は、外科用器具が落下して、落下の感知に基づいて、プロセッサ１３０２に信号を送信すると、感知することができる。例えば、信号は、個々の回路セグメントの動作におけるエラーを示すことができる。１つ以上のセンサ１３０６は、影響された個々の回路セグメントの損傷又は誤動作を感知することができる。感知された損傷又は誤動作に基づいて、ＰＯＳＴコントローラ１４１２は、対応する個々の回路セグメントのＰＯＳＴを実施することができる。
通電シーケンス又は非通電シーケンスは、加速度計ボタンセンサ１４０５に基づいて定義されてもよい。例えば、加速度計ボタンセンサ１４０５は、複数の回路セグメントの特定の回路セグメントの選択を示す、特定の運動又は運動のシーケンスを感知することができる。感知された運動又は一連の感知された運動に基づいて、加速度計ボタンセンサ１４０５は、プロセッサ１３０２が通電状態にあるときに、複数の回路セグメントのうちの１つ以上の回路セグメントの指示を含む信号を、プロセッサ１３０２に送信することができる。この信号に基づいて、プロセッサ１３０２は、選択された１つ以上の回路セグメントを含む通電シーケンスを決定する。追加として又は代替として、図１〜図６１に関して本明細書に記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つのユーザは、多くの回路セグメント及びその順序を選択して、外科用器具のグラフィックユーザインターフェース（graphical user interface（ＧＵＩ））との相互作用に基づいて、通電シーケンス又は非通電シーケンスを定義することができる。
様々な態様では、加速度計ボタンセンサ１４０５は、図１〜図６１に関して本明細書に記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つの移動、又は所定の閾値を上回る所定の近傍内の外部移動を検出したときにのみ、電圧制御回路１４０８に信号を送り、かつプロセッサ１３０２に信号を送ることができる。例えば、移動が５秒以上感知された場合、又は外科用器具が５インチ以上移動した場合しか、信号は送信され得ない。他の態様では、加速度計ボタンセンサ１４０５は、加速度計ボタンセンサ１４０５が、外科用器具の振動移動を検出したときにのみ、電圧制御回路１４０８に信号を送り、かつプロセッサ１３０２に信号を送ることができる。所定の閾値は、外科用器具の回路セグメントの不用意な遷移を低減する。前述のように、遷移は、通電シーケンスに従う動作モードへの遷移、非通電シーケンスに従う低エネルギーモードへの遷移又は非通電シーケンスに従うスリープモードへの遷移を含むことができる。いくつかの態様では、外科用器具は、外科用器具のユーザによって作動され得るアクチュエータを備える。この作動は、加速度計ボタンセンサ１４０５によって感知される。アクチュエータは、スライダ、トグルスイッチ又は瞬間接触スイッチであってもよい。感知された作動に基づいて、加速度計ボタンセンサ１４０５は、電圧制御回路１４０８に信号を送り、かつプロセッサ１３０２に信号を送ることができる。
ブースト電流回路１４０６は、電池１３１０に連結されている。ブースト電流回路１４０６は、リレーやトランジスタなどの電流増幅器であり、個々の回路セグメントの電流の大きさを増幅するように構成されている。電流の初期の大きさは、電池１３１０によってセグメント化回路１４０１に提供される電源電圧に対応する。好適なリレーは、ソレノイドを含む。好適なトランジスタは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ＭＯＳＦＥＴ及びバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）を含む。ブースト電流回路１４０６は、図１〜図６１に関して記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つの銅さ中により多くの電流ドローを必要とする、個々の回路セグメント又は回路に対応する電流の大きさ増幅させることができる。例えば、モータ制御回路セグメント１４２８に対する電流の増加は、外科用器具のモータがより多くの入力電力を必要とするときに提供され得る。個々の回路セグメントに提供される電流の増加は、別の回路セグメント又は回路セグメントの対応する電流の減少を引き起こすことができる。追加として又は代替として、電流の増加は、電池１３１０と共に動作する追加の電圧源によって提供される電圧に対応することができる。
電圧制御回路１４０８は、電池１３１０に連結されている。電圧制御回路１４０８は、複数の回路セグメントに電圧を提供するか、又はそれらから電圧を除去するように構成される。電圧制御回路１４０８はまた、セグメント化回路１４０１の複数の回路セグメントに提供される電圧を増加又は低減するように構成される。様々な態様では、電圧制御回路１４０８は、入力を選択するマルチプレクサ（ＭＵＸ）などの組み合わせ論理回路、複数の電子スイッチ及び複数の電圧変換器を備える。複数の電子スイッチの電子スイッチは、開放構成と閉鎖構成との間で切り換えて、個々の回路セグメントを電池１３１０に接続するか、又は接続を切るように構成されてもよい。複数の電子スイッチは、トランジスタなどの固体装置、又は中でも特に、無線スイッチ、超音波スイッチ、加速度計、慣性センサなどの他のタイプのスイッチをであってもよい。組み合わせ論理回路は、開放構成に切り換えて、対応する回路セグメントへの電圧の印加を可能にするために、個々の電子スイッチを選択するように構成されている。組み合わせ論理回路はまた、閉鎖構成に切り換えて、対応する回路セグメントからの電圧の除去を可能にするために、個々の電子スイッチを選択するように構成されている。複数の個々の電子スイッチを選択することにより、組み合わせ論理回路は、非通電シーケンス又は通電シーケンスを実装することができる。複数の電圧変換器は、複数の回路セグメントに昇圧電圧又は降圧電圧を提供することができる。電圧制御回路１４０８はまた、図６２に示すように、マイクロプロセッサ及びメモリ装置を含んでもよい。
安全コントローラ１４１０は、回路セグメントの安全チェックを実施するように構成されている。いくつかの態様では、安全コントローラ１４１０は、１つ以上の個々の回路セグメントが動作モードにあるとき、安全チェックを実施する。安全チェックは、回路セグメントの機能又は動作に任意のエラー又は欠陥があるかどうかを決定するために実施されてもよい。安全コントローラ１４１０は、複数の回路セグメントのうちの１つ以上のパラメータを監視してもよい。安全コントローラ１４１０は、１つ以上のパラメータを既定のパラメータと比較することによって、複数の回路セグメントの同一性及び動作を検証することができる。例えば、ＲＦエネルギーモダリティが選択されると、安全コントローラ１４１０は、シャフトの関節接合パラメータが既定の関節接合パラメータに一致していることを検証し、図１〜図６１に関して記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つのＲＦエネルギーモダリティの動作を検証することができる。いくつかの態様では、安全コントローラ１４１０は、センサ１３０６によって、故障を検出するために外科用器具の１つ以上の特性の間の所定の関係を監視してもよい。１つ以上の特性が所定の関係に不一致であるときに、障害が生じ得る。安全コントローラ１４１０が、障害が存在するか、エラーが存在するか又は複数の回路セグメントの一部の動作が検証されなかったと判断したとき、安全コントローラ１４１０は、その故障、エラー又は検証失敗が発生した特定の回路セグメントの動作を防止するか又は無効にする。
ＰＯＳＴコントローラ１４１２は、複数の回路セグメントの適正動作を検証するためのＰＯＳＴを実施する。いくつかの態様では、ＰＯＳＴは、個々の回路セグメントに電圧を印加して個々の回路セグメントをスタンバイモード又はスリープモードから動作モードに遷移させる電圧制御回路１４０８の前に、複数の回路セグメントの個々の回路セグメントに対して実施される。個々の回路セグメントがＰＯＳＴを通過しない場合、特定の回路セグメントは、スタンバイモード又はスリープモードから動作モードに遷移しない。ハンドル回路セグメント１４１６のＰＯＳＴは、例えば、ハンドル制御センサ１４１８が、図１〜図６１に関して記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つのハンドル制御の作動を感知するかどうかを試験することを含み得る。いくつかの態様では、ＰＯＳＴコントローラ１４１２は、加速度計ボタンセンサ１４０５に信号を送り、個々の回路セグメントの動作をＰＯＳＴの一部として検証することができる。例えば、信号を受信した後、加速度計ボタンセンサ１４０５は、外科用器具のユーザに、外科用器具を複数の検証位置に移動させて、外科用器具の動作を確認するように促すことができる。加速度計ボタンセンサ１４０５はまた、ＰＯＳＴの一部としての回路セグメントの出力又は回路セグメントの回路を監視してもよい。例えば、加速度計ボタンセンサ１４０５は、モータ１４３２によって生成された増分モータパルスを感知して、動作を検証することができる。モータ制御回路１４３０のモータコントローラを使用して、モータ１４３２を制御して増分モータパルスを生成することができる。
様々な態様では、図１〜図６１に関して記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つは、使用され得る追加の加速度計ボタンセンサを備えてもよい。ＰＯＳＴコントローラ１４１２はまた、電圧制御回路１４０８のメモリ装置に記憶されている制御プログラムを実行してもよい。制御プログラムは、ＰＯＳＴコントローラ１４１２に、複数の回路セグメントから一致する暗号化パラメータを要求する信号を送信させることができる。個々の回路セグメントから一致した暗号化パラメータを受信することの失敗は、対応する回路セグメントが破損又は誤動作していることをＰＯＳＴコントローラ１４１２に示す。いくつかの態様では、ＰＯＳＴコントローラ１４１２が、プロセッサ１３０２が破損又は誤動作しているというＰＯＳＴに基づいて判断する場合、ＰＯＳＴコントローラ１４１２は、１つ以上の二次プロセッサに信号を送り、１つ以上の二次プロセッサに、プロセッサ１３０２が実施することができない重要な機能を実施させることができる。いくつかの態様では、ＰＯＳＴコントローラ１４１２が、１つ以上の回路セグメントが適切に動作していないというＰＯＳＴに基づいて判断する場合、ＰＯＳＴコントローラ１４１２は、ＰＯＳＴに失敗したか、又は適切に動作していない回路セグメントをロックアウトしながら、適切に動作する回路セグメントの低減した性能モードを開始することができる。ロックアウトした回路セグメントは、スタンバイモード又はスリープモードの回路セグメントと同様に機能することができる。
プロセッサ回路セグメント１４１４は、図６２を参照して記載されるプロセッサ１３０２及び揮発性メモリ１３０４を備えている。このプロセッサ１３０２は、通電又は非通電シーケンスを開始するように構成されている。通電シーケンスを開始するために、プロセッサ１３０２は、電圧制御回路１４０８に通電信号を送信して、電圧制御回路１４０８に、通電シーケンスに従って複数の回路セグメント又は複数の回路セグメントのサブセットに電圧を印加させる。非通電シーケンスを開始するために、プロセッサ１３０２は、電圧制御回路１４０８に非通電信号を送信して、電圧制御回路１４０８に、非通電シーケンスに従って複数の回路セグメント又は複数の回路セグメントのサブセットから電圧を除去させる。
ハンドル回路セグメント１４１６は、ハンドル制御センサ１４１８を備える。ハンドル制御センサ１４１８は、図１〜図６１に関して本明細書に記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つの１つ以上のハンドル制御の作動を感知することができる。様々な態様では、１つ以上のハンドル制御は、クランプ制御、解除ボタン、関節接合スイッチ、エネルギー起動ボタン及び／又は任意の他の適切なハンドル制御を含む。ユーザは、エネルギー起動ボタンを起動して、ＲＦエネルギーモード、超音波エネルギーモード又はＲＦエネルギーモード及び超音波エネルギーモードの組み合わせを選択することができる。ハンドル制御センサ１４１８はまた、外科用器具へのモジュールハンドルの取設を容易にすることができる。例えば、ハンドル制御センサ１４１８は、外科用器具へのモジュールハンドルの適正な取設を感知して、外科用器具のユーザに感知した取設を示すことができる。ＬＣＤディスプレイ１４２６は、感知された取設のグラフィック表示を提供することができる。いくつかの態様では、ハンドル制御センサ１４１８は、１つ以上のハンドル制御の作動を感知する。感知された作動に基づいて、プロセッサ１３０２は、通電シーケンス又は非通電シーケンスのいずれかを開始することができる。
通信回路セグメント１４２０は、通信回路１４２２を備えている。通信回路１４２２は、複数の回路セグメントの個々の回路セグメント間の信号通信を容易にするための通信インターフェースを含む。いくつかの態様では、通信回路１４２２は、電気的に通信するために、図１〜図６１に関して本明細書に記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つのモジュール構成要素のための経路を提供する。例えば、モジュールシャフト及びモジュール変換器は、外科用器具のハンドルに一緒に取設されたとき、通信回路１４２２を介して制御プログラムをハンドルにアップロードすることができる。
ディスプレイ回路セグメント１４２４は、ＬＣＤディスプレイ１４２６を備えている。ＬＣＤディスプレイ１４２６は、液晶ディスプレイスクリーン、ＬＥＤインジケータ等を備えることができる。いくつかの態様では、ＬＣＤディスプレイ１４２６は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）スクリーンである。ディスプレイ２２６は、図１〜図６１に関して本明細書に記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つに配置され得るか、埋め込まれ得るか、又は遠隔に位置し得る。例えば、ディスプレイ２２６は、外科用器具のハンドル上に配置され得る。ディスプレイ２２６は、ユーザに感覚フィードバックを提供するように構成される。様々な態様では、ＬＣＤディスプレイ１４２６は、バックライトを更に備える。いくつかの態様では、外科用器具はまた、スピーカ又はブザーなどの可聴フィードバック装置と、触覚アクチュエータなどの触覚フィードバック装置とを備えることができる。
モータ制御回路セグメント１４２８は、モータ１４３２に連結されたモータ制御回路１４３０を備える。モータ１４３２は、ドライバ及びＦＥＴなどのトランジスタによってプロセッサ１３０２に連結されている。様々な態様では、モータ制御回路１４３０は、プロセッサ１３０２と信号通信するモータ電流センサを含み、プロセッサ１３０２へのモータの電流ドローの測定を示す信号を提供する。プロセッサは、ディスプレイ２２６に信号を送信する。ディスプレイ２２６は、この信号を受信し、モータ１４３２の電流ドローの測定値を表示する。プロセッサ１３０２は、信号を使用して、例えば、モータ１４３２の電流ドローが許容範囲内に存在することを監視し、電流ドローを複数の回路セグメントの１つ以上のパラメータと比較し、患者治療部位の１つ以上のパラメータを決定することができる。様々な態様では、モータ制御回路１４３０は、モータの動作を制御するモータコントローラを備える。例えば、モータ制御回路１４３０は、例えばモータ１４３２の速度、トルク及び加速度を調整することによって、様々なモータパラメータを制御する。この調整は、モータ電流センサにより測定されたモータ１４３２を通る電流に基づいて行われる。
様々な態様では、モータ制御回路１４３０は、モータ１４３２によって生成される力及びトルクを測定する力センサを備える。モータ１４３２は、図１〜図６１に関して本明細書に記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つの機構を作動させるように構成される。例えば、モータ１４３２は、クランプ、回転及び関節接合の機能性を実現するために、外科用器具のシャフトの作動を制御するように構成される。例えば、モータ１４３２は、外科用器具のジョーとのクランプ運動を実現するためにシャフトを作動させることができる。モータコントローラは、ジョーによってクランプされた材料が、組織又は金属であるかどうかを決定することができる。モータコントローラはまた、ジョーが材料をクランプする程度を決定してもよい。例えば、モータコントローラは、感知されたモータ電流又はモータ電圧の誘導体に基づいて、ジョーの開閉の程度を決定することができる。いくつかの態様では、モータ１４３２は、変換器を作動させて、変換器がハンドルにトルクを印加するようにするか、又は外科用器具の関節接合を制御する。モータ電流センサは、モータコントローラと相互作用して、モータ電流制限を設定することができる。電流が既定の閾値制限を満たす場合、モータコントローラは、モータ制御動作の対応する変更を開始する。例えば、モータ電流制限を超えると、モータコントローラにモータの電流ドローを低減させる。
エネルギー処置回路セグメント１４３４は、ＲＦ増幅器及び安全回路１４３６と、超音波信号発生器回路１４３８とを含み、図１〜図６１に関して記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つのエネルギーモジュール機能を実装する。様々な態様では、ＲＦ増幅器及び安全回路１４３６は、ＲＦ信号を生成することによって外科用器具のＲＦモダリティを制御するように構成される。超音波信号発生器回路１４３８は、超音波信号を生成することによって超音波エネルギーモダリティを制御するように構成される。ＲＦ増幅器及び安全回路１４３６並びに超音波信号発生器回路１４３８は、組み合わせＲＦ及び超音波エネルギーモダリティの制御と共に動作することができる。
シャフト回路セグメント１４４０は、シャフトモジュールコントローラ１４４２、モジュール制御アクチュエータ１４４４、１つ以上のエンドエフェクタセンサ１４４６及び不揮発性メモリ１４４８を備える。シャフトモジュールコントローラ１４４２は、プロセッサ１３０２によって実行することになる、制御プログラムを含む、複数のシャフトモジュールを制御するように構成されている。複数のシャフトモジュールは、超音波、組み合わせ超音波及びＲＦ、ＲＦ Ｉ−ブレード並びにＲＦ対向可能なジョーなどのシャフトモダリティを実装する。シャフトモジュールコントローラ１４４２は、プロセッサ１３０２を実行するための対応するシャフトモジュールを選択することによって、シャフトモダリティを選択することができる。モジュール制御アクチュエータ１４４４は、選択されたシャフトモダリティに従ってシャフトを作動させるように構成される。作動が開始された後、シャフトは、選択されたシャフトモダリティ及び選択されたエンドエフェクタモダリティに固有の１つ以上のパラメータ、ルーチン又はプログラムに従ってエンドエフェクタを関節接合する。エンドエフェクタに位置する１つ以上のエンドエフェクタセンサ１４４６は、力センサ、温度センサ、電流センサ又は運動センサを含むことができる。１つ以上のエンドエフェクタセンサ１４４６は、エンドエフェクタによって実装されたエネルギーモダリティに基づいて、エンドエフェクタの１つ以上の動作に関するデータを送信する。様々な態様では、エネルギーモダリティは、超音波エネルギーモダリティ、ＲＦエネルギーモダリティ又は超音波エネルギーモダリティ及びＲＦエネルギーモダリティとの組み合わせを含む。不揮発性メモリ１４４８は、シャフト制御プログラムを記憶する。制御プログラムは、シャフトに固有の１つ以上のパラメータ、ルーチン又はプログラムを含む。様々な態様では、不揮発性メモリ１４４８は、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリであってもよい。不揮発性メモリ１４４８は、図１〜図６１に関して本明細書に記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つの選択されたシャフトに対応するシャフトモジュールを記憶する。シャフトモジュールは、動作中に使用される外科用器具シャフトに応じて、シャフトモジュールコントローラ１４４２によって不揮発性メモリ１４４８内で変更又はアップグレードされてもよい。
図６４は、本明細書に記載される特徴部のうちの多くを含むか又は実装することができる、図１〜図６１に関して本明細書に記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つと共に使用するためのフィードバックシステムを含む、外科用器具１５００の一態様の図を示す。例えば、一態様では、外科用器具１５００は、外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つに類似し得るか又は代表的であってもよい。外科用器具１５００は、発生器１５０２を含むことができる。外科用器具１５００はまた、臨床医がトリガ１５１０を操作しているときに、起動され得るエンドエフェクタ１５０６を含むことができる。様々な態様では、エンドエフェクタ１５０６は、超音波振動を送達して、生体組織に対して外科的凝固／切断処置を行うための超音波ブレードを含むことができる。他の態様では、エンドエフェクタ１５０６は、生体組織に対して外科的凝固又は焼灼処置を行うために電気外科用高周波電流エネルギー源に連結された導電性素子、及び生体組織に対して切断処置を行うための鋭利な端部を有する機械的ナイフ又は超音波ブレードのいずれかを含み得る。トリガ１５１０が作動されると、力センサ１５１２は、トリガ１５１０に加えられる力の量を示す信号を生成してもよい。力センサ１５１２に加えて、又はその代わりに、外科用器具１５００は、トリガ１５１０の位置（例えば、どれだけ遠くでトリガが押下されたか、又は他の方法で作動されたか）を示す信号を生成し得る、位置センサ１５１３を含むことができる。一態様では、位置センサ１５１３は、上記の外管状シースと共に位置決めされたセンサ、又は上記の外管状シース内に位置する往復運動管状作動部材であってもよい。一態様では、センサは、磁場に応答してその出力電圧を変化させるホール効果センサ又は任意の適切な変換器であってもよい。ホール効果センサは、近接スイッチング、位置決め、速度検出及び電流感知用途に使用することができる。一態様では、ホール効果センサは、アナログ変換器として動作し、電圧を直接戻す。既知の磁界により、ホールプレートからの距離を決定することができる。
制御回路１５０８は、センサ１５１２及び／又は１５１３からの信号を受信することができる。制御回路１５０８は、任意の好適なアナログ又はデジタル回路構成要素を含み得る。制御回路１５０８はまた、発電機１５０２及び／又は変換器１５０４と通信して、エンドエフェクタ１５０６に送達される電力、及び／又はトリガ１５１０により加えられる力に基づいてエンドエフェクタ１５０６の発生器レベル若しくは超音波ブレード振幅、及び／又はトリガ１５１０の位置、及び／又は上記の外管状シース５６内に位置する往復運動管状作動部材５８に対する上記の外管状シースの位置（例えば、ホール効果センサ及び磁石の組み合わせによって測定される）を変調することができる。例えば、より多くの力がトリガ１５１０に加えられると、より多くの電力及び／又はより高い超音波ブレード振幅がエンドエフェクタ１５０６に送達され得る。様々な態様によれば、力センサ１５１２は、マルチポジションスイッチによって交換されてもよい。
様々な態様によれば、エンドエフェクタ１５０６は、例えば、図１〜図５に対して上記のものなどのクランプ又はクランプ機構を含むことができる。トリガ１５１０が最初に作動されると、クランプ機構は閉じて、クランプアームとエンドエフェクタ１５０６との間に組織をクランプすることができる。トリガに加えられる力が増加すると（例えば、力センサ１５１２によって感知される）、制御回路１５０８は、変換器１５０４によってエンドエフェクタ１５０６に送達される電力及び／又はエンドエフェクタ１５０６においてもたらされる発生器レベル若しくは超音波ブレード振幅を増大させることができる。一態様では、位置センサ１５１３によって感知されるトリガ位置、又は位置センサ１５１３によって（例えば、ホール効果センサを用いて）感知されるクランプ若しくはクランプアーム位置は、制御回路１５０８によって使用されて、エンドエフェクタ１５０６の電力及び／又は振幅を設定することができる。例えば、トリガが完全に作動された位置に向かって更に移動されるか、又はクランプ若しくはクランプアームが超音波ブレード（又はエンドエフェクタ１５０６）に向かって更に移動すると、エンドエフェクタ１５０６の電力及び／又は振幅を増大させることができる。
様々な態様によれば、外科用器具１５００はまた、エンドエフェクタ１５０６に送達される電力の量を示すために、１つ以上のフィードバック装置を含むことができる。例えば、スピーカ１５１４は、エンドエフェクタの電力を示す信号を発することができる。様々な態様によれば、スピーカ１５１４は、一連のパルス音を発し、その音の周波数は、電力を示す。スピーカ１５１４に加えて、又はその代わりに、外科用器具１５００は、視覚ディスプレイ１５１６を含むことができる。視覚ディスプレイ１５１６は、任意の好適な方法に従ってエンドエフェクタ電力を示し得る。例えば、視覚ディスプレイ１５１６は、一連のＬＥＤを含んでもよく、エンドエフェクタ電力は、照明されたＬＥＤの数によって示される。スピーカ１５１４及び／又は視覚ディスプレイ１５１６は、制御回路１５０８によって駆動されてもよい。様々な態様によれば、外科用器具１５００は、トリガ１５１０に接続されたラチェット装置（図示せず）を含むことができる。より多くの力がトリガ１５１０に加えられると、このラチェット装置は可聴音を生成することができ、エンドエフェクタ電力の間接的指示を提供する。外科用器具１５００は、安全性を高めることができる他の特徴部を含むことができる。例えば、制御回路１５０８は、所定の閾値を超えてエンドエフェクタ１５０６に電力が送達されることを防止するように構成されてもよい。また、制御回路１５０８は、エンドエフェクタ電力の変化が（例えば、スピーカ１５１４又は視覚ディスプレイ１５１６によって）指示された時刻と、エンドエフェクタ電力の変化が送達された時刻との間に遅延を設けることができる。このようにして、臨床医は、エンドエフェクタ１５０６に送達される超音波電力のレベルが変化しそうであるという十分な警告を有することができる。
一態様では、図１〜図６１に関して記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つの超音波又は高周波電流発生器は、所望の、ルックアップテーブルに記憶された所定の数の位相点を使用して波形をデジタル化するように、電気信号波形をデジタル的に生成するように構成されてもよい。メモリ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array（ＦＰＧＡ））又は任意の好適な不揮発性メモリで定義されたテーブル内に、位相点を記憶させてよい。図６５は、電気信号波形のための複数の波形を発生させるように構成された、直接デジタル合成（ＤＤＳ）回路１６００などのデジタル合成回路のための、基本的アーキテクチャの一態様を示す。発生器ソフトウェア及びデジタル制御は、ＦＰＧＡに指示を出して、ルックアップテーブル１６０４内のアドレスを走査し、電力増幅器に給電するＤＡＣ回路１６０８へと変化するデジタル入力値を順次提供する。アドレスは、目的の周波数に従って走査されてよい。そのようなルックアップテーブル１６０４を使用することは、組織内、又は変換器、ＲＦ電極、複数の変換器内へ同時に、複数のＲＦ電極内へ同時に、又はＲＦ及び超音波器具の組み合わせ内へと供給され得る、様々なタイプの波形を発生させることを可能にする。更に、複数の波形を表す複数のルックアップテーブル１６０４を作成し、記憶し、発生器から組織に適用することができる。
波形信号は、超音波変換器及び／若しくはＲＦ電極、又はそれらの複数（例えば、２つ以上の超音波変換器及び／又は２つ以上のＲＦ電極）の出力電流、出力電圧、又は出力電力のうち、少なくとも１つを制御するように構成されてよい。なお、外科用器具が超音波コンポーネントを具備するところで、波形信号は、少なくとも１つの外科用器具の超音波変換器の少なくとも２つの振動モードを駆動させるように構成されてよい。したがって、発生器は、波形信号を少なくとも１つの外科用器具へと提供するように構成されてよく、信号は、テーブル内の複数の波形の少なくとも１つの波形に応答する。なお、２つの外科用器具に提供される波形信号は、２つ以上の波形を含んでよい。テーブルは複数の波形に関係した情報を含んでよく、またテーブルは発生器内に格納されてよい。一態様又は一実施例では、テーブルは、直接デジタル合成テーブルであってよく、発生器のＦＰＧＡ内に格納されてよい。テーブルは、いずれにしても、波形をカテゴリー化するのに便利であることより、アドレス指定されてよい。一態様によれば、直接デジタル合成テーブルであり得るテーブルは、波形信号の周波数に従ってアドレス指定される。更に、複数の波形に関係した情報は、デジタル情報としてテーブル内に記憶されてよい。
アナログ電気信号波形は、超音波変換器及び／若しくはＲＦ電極、又はそれらの複数（例えば、２つ以上の超音波変換器及び／又は２つ以上のＲＦ電極）の出力電流、出力電圧、又は出力電力のうち、少なくとも１つを制御するように構成されてよい。なお、外科用器具が超音波コンポーネントを具備するところで、アナログ電気信号波形は、少なくとも１つの外科用器具の超音波変換器の少なくとも２つの振動モードを駆動させるように構成されてよい。したがって、発生器回路は、アナログ電気信号波形を少なくとも１つの外科用器具へと提供するように構成されてよく、アナログ電気信号波形は、ルックアップテーブル１６０４内に記憶された複数の波形の少なくとも１つの波形に対応する。なお、２つの外科用器具に提供されるアナログ電気信号波形は、２つ以上の波形を含んでよい。ルックアップテーブル１６０４は、複数の波形に関連した情報を含んでよく、またルックアップテーブル１６０４は、発生器回路又は外科用器具内のいずれかに記憶されてよい。一態様又は一実施例では、ルックアップテーブル１６０４は、直接デジタル合成テーブルであってよく、発生器回路又は外科用器具のＦＰＧＡ内に記憶されてよい。ルックアップテーブル１６０４は、波形をカテゴリー化するために便利である任意の方法によってアドレス指定されてよい。一態様によれば、直接デジタル合成テーブルであり得るルックアップテーブル１６０４は、所望のアナログ電気信号波形の周波数に従ってアドレス指定される。追加として、複数の波形に関連した情報は、デジタル情報としてルックアップテーブル１６０４内に記憶されてよい。
計装システム及び通信システムにおけるデジタル技術の広範な使用を伴い、基準周波数から複数の周波数を発生させるデジタル的制御法が発展し、また直接デジタル合成と呼ばれている。基本アーキテクチャを図６５に示す。この簡略化したブロック図では、ＤＤＳ回路は、発生器回路のプロセッサ、コントローラ又は論理回路に、及び図１〜図６１に関して本明細書に記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つの発生器回路に位置するメモリ回路に連結される。ＤＤＳ回路１６００は、アドレスカウンタ１６０２、ルックアップテーブル１６０４、レジスタ１６０６、ＤＡＣ回路１６０８及びフィルタ１６１２を備える。安定クロックｆｃは、アドレスカウンタ１６０２により受信され、またレジスタ１６０６は、正弦波（又は他の任意の波形）のサイクルの１つ以上の整数を、ルックアップテーブル１６０４内に記憶する、プログラマブル読出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）を駆動する。アドレスカウンタ１６０２が、メモリ位置を介して段階状となるため、ルックアップテーブル１６０４内に記憶された値は、ＤＡＣ回路１６０８に連結されたレジスタ１６０６に書き込まれる。ルックアップテーブル１６０４のメモリ位置における信号の対応するデジタル振幅は、アナログ出力信号１６１０を順次発生させるＤＡＣ回路１６０８を駆動する。アナログ出力信号１６１０のスペクトル純度は、主としてＤＡＣ回路１６０８により決定される。位相雑音は、基本的に基準クロックｆｃのものである。ＤＡＣ回路１６０８から出力される第１のアナログ出力信号１６１０は、フィルタ１６１２によりフィルタされ、またフィルタ１６１２により出力される第２のアナログ出力信号１６１４は、発生器の出力部に連結された出力部を有する増幅器へと提供される。第２のアナログ出力信号は、周波数ｆｏｕｔを有する。
ＤＤＳ回路１６００は、サンプリングされたデータシステムであるため、量子化雑音、エイリアシング、フィルタリング等のサンプリングに伴う問題を考慮しなければならない。例えば、位相ロックループ（phase-locked-loop（ＰＬＬ））ベースのシンセサイザ出力の高次高調波がフィルタされ得るのに対して、ＤＡＣ回路１６０８出力周波数の高次高調波は、ナイキスト帯域幅へと折り返し、それらを非フィルタ性にする。ルックアップテーブル１６０４は、整数のサイクルに関する信号データを含む。最終出力周波数ｆｏｕｔは、基準クロック周波数ｆｃを変更することで、又はＰＲＯＭを再プログラミングすることによって変更することができる。
ＤＤＳ回路１６００は、複数のルックアップテーブル１６０４を含んでよく、ルックアップテーブル１６０４は、所定のサンプル数により表される波形を記憶し、サンプルは、所定の波形形状を定義する。したがって、独自の形状を有する複数の波形は、複数のルックアップテーブル１６０４内に記憶され、器具設定又は組織フィードバックに基づいて異なる組織処置を提供することができる。波形の例としては、表面組織凝固のための高い波高率のＲＦ電気信号波形、より深い組織貫通のための低い波高率のＲＦ電気信号波形、及び効果的な修正凝固を促進する電気信号波形が挙げられる。一態様では、ＤＤＳ回路１６００は、複数の波形ルックアップテーブル１６０４を作成することができ、また組織処置手技の間（例えば、ユーザ入力又はセンサ入力に基づいた「オンザフライ」又は実質実時間にて）、所望の組織効果及び／又は組織フィードバックに基づいて、別個のルックアップテーブル１６０４内に記憶された異なる波形の間で切り替えを行うことができる。したがって、波形との間の切り替えは、例えば、組織インピーダンス及びその他の要素に基づくことができる。他の態様では、ルックアップテーブル１６０４は、組織内へと送達されるサイクル当たりの電力を最大化するよう形成される電気信号波形（すなわち、台形波又は方形波）を記憶することができる。他の態様では、ルックアップテーブル１６０４は、ＲＦ及び超音波駆動信号を送達しながら、図１〜図６１に関して本明細書に記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つの多機能外科用器具によって、それらが最大電力送達を行うように同期した波形を記憶することができる。更に他の態様では、ルックアップテーブル１６０４は、超音波周波数ロックを維持しながら、電気信号波形を記憶して、超音波及びＲＦ治療用、並びに／又は治療量以下のエネルギーを同時に駆動させることができる。異なる器具及びそれらの組織効果に特異的なカスタム波形は、発生器回路の不揮発性メモリ内、又は図１〜図６１に関して本明細書に記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つの不揮発性メモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ）内に記憶され得、また多機能外科用器具を発生器回路へと接続する際に取り込まれ得る。多くの高波高率「凝固」波形に使用される場合の、指数関数的に減衰する正弦波形の例を、図６７に示す。
ＤＤＳ回路１６００のよりフレキシブルで効果的な実装では、数値制御発振器（Numerically Controlled Oscillator（ＮＣＯ））と呼ばれるデジタル回路を用いる。ＤＤＳ回路１７００などの、よりフレキシブルで効果的なデジタル合成回路のブロック図を、図６６に示す。この簡略化したブロック図では、ＤＤＳ回路１７００は、発生器のプロセッサ、コントローラ又は論理回路に、及び発生器又は図１〜図６１に関して本明細書に記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれかに位置するメモリ回路に連結される。ＤＤＳ回路１７００は、負荷レジスタ１７０２、並列デルタ位相レジスタ１７０４、加算器回路１７１６、位相レジスタ１７０８、ルックアップテーブル１７１０（位相−振幅変換器）、ＤＡＣ回路１７１２及びフィルタ１７１４を備える。加算器回路１７１６及び位相レジスタ１７０８ａは、位相アキュムレータ１７０６の一部を形成する。クロック信号ｆｃは、位相レジスタ１７０８及びＤＡＣ回路１７１２に適用される。負荷レジスタ１７０２は、基準クロック周波数ｆｃの小数部としての出力周波数を特定するチューニングワードを受信する。負荷レジスタ１７０２の出力は、チューニングワードＭと共に、並列デルタ位相レジスタ１７０４に提供される。
ＤＤＳ回路１７００は、クロック周波数ｆｃを発生させるサンプルクロック、位相アキュムレータ１７０６及びルックアップテーブル１７１０（例えば、位相−振幅変換器）を含む。位相アキュムレータ１７０６の容量は、クロックサイクルｆｃ毎に一度更新される。位相アキュムレータ１７０６が更新されると、並列デルタ位相レジスタ１７０４内に記憶されたデジタル数Ｍは、加算器回路１７１６により位相レジスタ１７０８内の数に加算される。並列デルタ位相レジスタ１７０４内の数は、００．．．０１であること、また位相アキュムレータ１７０６の初期の容量は、００．．．００であると想定する。位相アキュムレータ１７０６は、クロックサイクル毎に００．．．０１により更新される。位相アキュムレータ１７０６が３２−ビット幅である場合、位相アキュムレータ１７０６が００．．．００へと戻り、かつサイクルが繰り返される前に、２３２クロックサイクル（４０億を超える）が必要とされる。
位相アキュムレータ１７０６の短縮出力１７１８は、位相−振幅変換器のルックアップテーブル１７１０へと提供され、またルックアップテーブル１７１０の出力部はＤＡＣ回路１７１２に連結されている。位相アキュムレータ１７０６の短縮出力１７１８は、正弦（又は余弦）ルックアップテーブルへのアドレスとして役立つ。ルックアップテーブル内のアドレスは、正弦波における０°〜３６０°の位相点に対応する。ルックアップテーブル１７１０は、１つの完全な余弦波のサイクルの、対応するデジタル振幅情報を含む。ルックアップテーブル１７１０は、したがって、位相アキュムレータ１７０６からデジタル振幅ワードへと位相情報をマップし、ＤＡＣ回路１７１２を順次駆動させる。ＤＡＣ回路の出力は、第１のアナログ信号１７２０であり、またフィルタ１７１４によりフィルタされる。フィルタ１７１４の出力は、発生器回路の出力部に連結された電力増幅器へと提供される、第２のアナログ信号１７２２である。
一態様では、デジタル化され得る波形が、２５６（２８）〜２８１、４７４、９７６、７１０、６５６（２４８）の範囲（表１に示すように、ｎは正の整数である）の任意の好適な２ｎ位相点の数であるにもかかわらず、電気信号波形を１０２４（２１０）位相点へとデジタル化してよい。電気信号波形はＡｎ（θｎ）として表されてよく、点ｎにおける正規化された振幅Ａｎは位相角θｎにより表され、点ｎにおける位相点と呼ばれている。個別の位相点ｎの数は、ＤＤＳ回路１７００（同様に、図６５に示すＤＤＳ回路１６００）のチューニング分解能を決定する。
Figure 2019503782
発生器回路アルゴリズム及びデジタル制御回路は、ルックアップテーブル１７１０内のアドレスを走査し、フィルタ１７１４及び電力増幅器に給電するＤＡＣ回路１７１２に、変化するデジタル入力値を順次提供する。アドレスは、目的の周波数に従って走査されてよい。ルックアップテーブルを使用することで、ＤＡＣ回路１７１２によりアナログ出力信号へと変換させることができ、フィルタ１７１４によりフィルタされ、発生器回路の出力部に連結した電力増幅器により増幅され、またＲＦエネルギーの形態で組織へと電力を供給する又は超音波変換器へとエネルギーを供給し、かつ熱の形態でエネルギーを組織へと送達する超音波振動の形態で組織に適用される、様々な種類の形状を発生させることが可能である。増幅器の出力は、例えば、単一のＲＦ電極、同時に複数のＲＦ電極、単一の超音波変換器、同時に複数の超音波変換器又はＲＦ変換器及び超音波変換器の組み合わせに適用することができる。更に、複数の波形テーブルを作成し、記憶して、発生器回路から組織に適用することができる。
図６５に戻って参照すると、ｎ＝３２及びＭ＝１の場合、位相アキュムレータ１７０６は、それがオーバフロー及び再始動する前に、２３２の可能な出力を通して段階状になる。対応する出力波周波数は、２３２で除算された入力クロック周波数に等しい。Ｍ＝２である場合、次に、位相レジスタ１７０８は高速のままで２回「ロールオーバ」し、かつ出力周波数が倍増する。これは、以下のように一般化され得る。
ｎ−ビットを蓄積するように構成された位相アキュムレータ１７０６に関しては（ｎは、一般にほとんどのＤＤＳシステムで２４〜３２の範囲であるが、前述したように、ｎは広範囲の選択肢から選択されてよい）、２ｎの可能な位相点が存在する。デルタ位相レジスタにおけるデジタルワードＭは、位相アキュムレータがクロックサイクル毎に増分する量を表す。ｆｃがクロック周波数である場合、次に、出力正弦波の周波数は、以下に等しい。
Figure 2019503782
等式１は、ＤＤＳ「同調式」として知られている。システムの周波数分解能は、
Figure 2019503782
 に等しいことに留意されたい。ｎ＝３２では、分解能は４０億における一部よりも高い。ＤＤＳ回路１７００の一態様では、例えば、位相アキュムレータ１７０６以外の全てのビットがルックアップテーブル１７１０に伝えられるとは限らないが、切り捨てられ、最初の１３〜１５の最大有効ビット（ＭＳＢ）のみが残される。これはルックアップテーブル１７１０のサイズを低減し、また周波数分解能に影響を及ぼさない。位相の切り捨ては、少量だが許容できる位相雑音の量のみを最終出力に追加する。
電気信号波形は、所定周波数における電流、電圧、又は電力により特徴づけられてよい。更に、図１〜図６１に関して本明細書に記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つが、超音波構成要素を含む場合、電気信号波形は、少なくとも１つの外科用器具の超音波変換器の少なくとも２つの振動モードを駆動するように構成されてもよい。したがって、発生器回路は、電気信号波形を少なくとも１つの外科用器具に提供するように構成されてよく、電気信号波形は、ルックアップテーブル１７１０（又は、図６５のルックアップテーブル１６０４）内に記憶された所定の波形を特徴とする。なお、電気信号波形は、２つ以上の波形の組み合わせであってよい。ルックアップテーブル１７１０は、複数の波形に関係した情報を含んでよい。一態様又は一実施例では、ルックアップテーブル１７１０はＤＤＳ回路１７００により生成されてよく、また直接デジタル合成テーブルと呼ばれることもある。ＤＤＳは、オンボードメモリにおける大きな反復波形の第１記憶動作により、作動する。波形（正弦、三角形、方形、任意）のサイクルは、テーブル１に示すように、所定の数の位相点によって表され、メモリに記憶され得る。一度波形がメモリ内部に記憶されると、非常に正確な周波数にて波形が発生され得る。直接デジタル合成テーブルは、発生器回路の不揮発性メモリ内に記憶され得、かつ／又は発生器回路内のＦＰＧＡ回路と共に実装され得る。ルックアップテーブル１７１０は、波形をカテゴリー化するのに便利である任意の好適な技術により、アドレス指定されてよい。一態様によれば、ルックアップテーブル１７１０は、電気信号波形の周波数に従ってアドレス指定される。更に、複数の波形に関係した情報は、メモリ内のデジタル情報として、又はルックアップテーブル１７１０の一部として記憶されてよい。
一態様では、発生器回路は、電気信号波形を少なくとも２つの外科用器具へと同時に提供するように構成されてよい。発生器回路はまた、発生器回路の単一の出力チャネルを介して、２つの外科用器具へと同時に電気信号波形（２つ以上の波形によって特徴付けられ得る）を提供するように構成されてもよい。例えば、一態様では、電気信号波形は、超音波変換器を駆動する第１の電気信号（例えば、超音波駆動信号）、第２のＲＦ駆動信号及び／又はそれらの組み合わせを含む。更に、電気信号波形は、複数の超音波駆動信号、複数のＲＦ駆動信号、並びに／又は複数の超音波駆動信号及びＲＦ駆動信号の組み合わせを含んでよい。
更に、本開示による発生器回路の操作方法は、電気信号波形を発生させること、及び発生した電気信号波形を、図１〜図６１に関して本明細書に記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つに提供することを含み、電気信号波形を発生させることは、メモリから電気信号波形に関係した情報を受信することを含む。発生した電気信号波形は、少なくとも１つの波形を含む。更に、発生した電気信号波形を少なくとも１つの外科用器具へと提供することは、電気信号波形を少なくとも２つの外科用器具へと同時に提供することを含む。
本明細書に記載される発生器回路は、様々な種類の直接デジタル合成テーブルの生成を可能にし得る。発生器回路により発生する、種々の組織の処置に好適なＲＦ／電気外科用信号の波形の例としては、高波高率を伴うＲＦ信号（ＲＦモードで表面凝固に使用され得る）、低波高率を伴うＲＦ信号（より深い組織貫通のために使用され得る）及び効率的な修正凝固を促進する波形が挙げられる。発生器回路はまた、直接デジタル合成ルックアップテーブル１７１０を用いて複数の波形を発生させることができ、また動作中に、所望の組織効果に基づいた特定の波形の間で切り替えることができる。切り替えは、組織インピーダンス及び／又はその他の要素に基づいてよい。
従来の正弦／余弦波形に加えて、発生器回路は、サイクル毎の組織への電力を最大化する波形（複数可）（すなわち、台形波又は方形波）を発生させるように構成されてよい。発生器回路が、ＲＦ信号及び超音波信号を同時に駆動することを可能にする回路トポロジーを含むのであるならば、発生器回路は、ＲＦ信号及び超音波信号を同時に駆動する場合に、負荷へと送達される電力を最大化するように、また超音波周波数ロックを維持するように同期される波形（複数可）を提供することができる。更に、機器固有のカスタム波形形状及びその組織効果は、不揮発性メモリ（ＮＶＭ）又は機器ＥＥＰＲＯＭに記憶することができ、図１〜図６１に関して本明細書に記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つを発生器回路に接続する際に取り込むことができる。
ＤＤＳ回路１７００は、複数のルックアップテーブル１６０４を備えてよく、ルックアップテーブル１７１０は、所定数の位相点（サンプルと呼ばれる場合もある）により表される波形を記憶し、位相点は所定の波形形状を定義する。したがって、独自の形状を有する複数の波形は、複数のルックアップテーブル１７１０内に記憶され、器具設定又は組織フィードバックに基づいて異なる組織処置を提供することができる。波形の例としては、表面組織凝固のための高い波高率のＲＦ電気信号波形、より深い組織貫通のための低い波高率のＲＦ電気信号波形、及び効果的な修正凝固を促進する電気信号波形が挙げられる。一態様では、ＤＤＳ回路１７００は、複数の波形ルックアップテーブル１７１０を作成することができ、また組織処置手技の間（例えば、「動作中」又はユーザ入力若しくはセンサ入力に基づく仮想実時間にて）、所望の組織効果及び／又は組織フィードバックに基づいて、異なるルックアップテーブル１７１０内に記憶された異なる波形との間で切り替えを行うことができる。したがって、波形との間の切り替えは、例えば、組織インピーダンス及びその他の要素に基づくことができる。他の態様では、ルックアップテーブル１７１０は、サイクル毎に組織内へと送達される電力を最大化するよう形成される電気信号波形（すなわち、台形波又は方形波）を記憶することができる。他の態様では、ルックアップテーブル１７１０は、ＲＦ及び超音波駆動信号を送達するときに、図１〜図６１に関して本明細書に記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つによる電力送達を最大にするように同期された波形を記憶することができる。更に他の態様では、ルックアップテーブル１７１０は、超音波周波数ロックを維持しながら、電気信号波形を記憶して、超音波及びＲＦ治療用、並びに／又は治療量以下のエネルギーを同時に駆動することができる。一般に、出力波形は、正弦波、余弦波、脈波、方形波等の形態であってもよい。それにもかかわらず、異なる器具及びそれらの組織効果に特有のより複雑なカスタム波形は、発生器回路の不揮発性メモリ内、又は外科用器具の不揮発性メモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ）内に記憶することができ、また外科用器具を発生器回路に接続する際に取り込まれ得る。カスタム波形の一例は、図６７に示すように、多くの高波高率「凝固」波形に使用される場合の、指数関数的に減衰する正弦波形である。
図６７は、アナログ波形１８０４（比較目的のために、離散時間デジタル電気信号波形１８００に重ね合わされて示される）の本開示の一態様による、離散時間デジタル電気信号波形１８００の１サイクルを示す。水平軸は、時間（ｔ）を表し、縦軸はデジタル位相点を表す。デジタル電気信号波形１８００は、例えば、所望のアナログ波形１８０４のデジタル離散時間バージョンである。デジタル電気信号波形１８００は、１サイクル又は期間Ｔ０にわたるクロックサイクルＴｃｌｋ毎の振幅を表す、振幅位相点１８０２を記憶することにより発生する。デジタル電気信号波形１８００は、任意の好適なデジタル処理回路により、１期間Ｔ０にわたって発生する。振幅位相点は、メモリ回路内に記憶されたデジタルワードである。図６５、図６６に示す実施例では、デジタルワードは、２６又は６４ビットの分解能を伴う、振幅位相点を記憶することができる６ビットワードである。図６５、図６６に示す実施例は、例証目的のためのものであり、また実際の実装では分解能はより高くあり得ることが理解されるであろう。１サイクルＴ０にわたるデジタル振幅位相点１８０２は、例えば、図６５及び図６６に関して記載されるように、ルックアップテーブル１６０４、１７１０内のストリングワードのストリングとして、メモリ内に記憶される。アナログバージョンのアナログ波形１８０４を発生させるために、振幅位相点１８０２は、クロックサイクルＴｃｌｋ毎に０〜Ｔ０でメモリから順番に読み取られ、かつ同様に図６５、図６６に関して記載されているＤＡＣ回路１６０８、１７１２によって変換される。追加のサイクルは、所望され得るだけ多くのサイクル又は期間にわたって０〜Ｔ０で、デジタル電気信号波形１８００の振幅位相点１８０２を繰り返し読み取ることによって発生させることができる。平滑アナログバージョンのアナログ波形１８０４は、フィルタ１６１２、１７１４（図６５、図６６）によってＤＡＣ回路１６０８、１７１２の出力をフィルタリングすることにより達成される。フィルタされたアナログ出力信号１６１４、１７２２（図６５及び図６６）は、電力増幅器の入力に適用される。
一態様では、図６８Ａに示すように、回路１９００は、少なくとも１つのメモリ回路１９０４に連結された１つ以上のプロセッサ１９０２（例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ）を含むコントローラを備えることができる。少なくとも１つのメモリ回路１９０４は、プロセッサ１９０２により実行されると、本明細書に記載されるアルゴリズム、プロセス又は技術のうちのいずれかを実装するために、マシン命令をプロセッサ１９０２に実行させる、機械実行可能な命令を記憶する。
プロセッサ１９０２は、当該技術分野で知られている多数のシングル又はマルチコアプロセッサのうち任意の１つであってもよい。メモリ回路１９０４は、揮発性及び不揮発性の記憶媒体を含むことができる。一態様では、図６８Ａに示すように、プロセッサ１９０２は、命令処理ユニット１９０６及び演算ユニット１９０８を含むことができる。命令処理ユニットは、１つのメモリ回路１９０４から命令を受信するように構成されてもよい。
一態様では、回路１９１０は、図６８Ｂに示されるように、本明細書に記載されるアルゴリズム、プロセス又は技術のうちのいずれかを実装するように構成された、組み合わせ論理回路１９１２を含む有限状態マシンを備えることができる。一態様では、回路１９２０は、図６８Ｃに示されるように、順序論理回路を含む有限状態マシンを備えることができる。順序論理回路１９２０は、例えば、組み合わせ論理回路１９１２及び少なくとも１つのメモリ回路１９１４を含むことができる。少なくとも１つのメモリ回路１９１４は、図６８Ｃに示されるように、有限状態マシンの現在の状態を記憶することができる。順序論理回路１９２０又は組み合わせ論理回路１９１２は、本明細書に記載されるアルゴリズム、プロセス又は技術のうちのいずれかを実装するように構成され得る。ある特定の例では、順序論理回路１９２０は、同期又は非同期であってもよい。
他の態様では、回路は、本明細書に記載されるアルゴリズム、プロセス又は技術のうちのいずれかを実装するために、プロセッサ１９０２及び有限状態マシンの組み合わせを含んでもよい。他の態様では、有限状態マシンは、組み合わせ論理回路１９１０及び順序論理回路１９２０の組み合わせを含むことができる。
図６９は、本開示の一態様による、モータ制御機能を有する外科用器具の様々な構成要素の回路１９２５の概略図である。様々な態様では、図１〜図６８Ｃに関して本明細書に記載される外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００は、外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００に関連する様々な操作を実施するために、シャフト及び／又はギア構成要素を駆動するように構成された駆動機構１９３０を含むことができる。一態様では、駆動機構１９３０ １６０は、例えばハンドルハウジングに対して長手方向軸を中心として、図１、図２０、図４０、図４１、図４５、図５４に関して記載されるようにエンドエフェクタ１１２、５１２、１０００、１１１２、１２１２を回転させるように構成された回転駆動トレイン１９３２を含む。駆動機構１９３０は、ジョー部材を閉じてエンドエフェクタによって組織を把持するように構成された閉鎖駆動トレイン１９３４を更に含む。更に、駆動機構１９３０は、エンドエフェクタのＩ−ビームナイフを発射して、エンドエフェクタにより把持された組織を切断するように構成された発射駆動トレイン１９３６を含む。
駆動機構１９３０は、外科用器具のハンドルアセンブリ内に位置することができるセレクタギヤボックスアセンブリ１９３８を含む。セレクタギヤボックスアセンブリ１９３８に近位には、駆動トレイン１９３２、１９３４、１９３６のうちの１つを任意の第２のモータ１９４４及びモータ駆動回路１９４６（第２のモータ１９４４及びモータ駆動回路１９４６が任意の構成要素であることを示すように破線で示される）の入力駆動構成要素と係合するように選択的に位置決めするために、セレクタギヤボックスアセンブリ１９３８内でギヤ要素を選択的に移動させるように機能する、第１のモータ１９４２を含む機能選択モジュールがある。
依然として図６９を参照して、モータ１９４２、１９４４は、モータ制御回路１９４６、１９４８にそれぞれ連結され、これらは電源１９５０からモータ１９４２、１９４４への電気エネルギーの流れを含む、モータ１９４２、１９４４の動作を制御するように構成されている。電源１９５０は、ＤＣ電池（例えば、再充電可能なリードベース、ニッケルベース、リチウムイオンベースの電池等）又は外科用器具に電気エネルギーを提供するために好適な任意の他の電源であってよい。
外科用器具は、マイクロコントローラ１９５２（「コントローラ」）を更に含む。ある特定の例では、コントローラ１９５２は、マイクロプロセッサ１９５４（「プロセッサ」）と、１つ以上のコンピュータ可読媒体又はメモリユニット１９５６（「メモリ」）とを含んでもよい。ある特定の例では、メモリ１９５６は、様々なプログラム命令を記憶してもよく、それが実行されると、プロセッサ１９５４に、本明細書に記載される複数の機能及び／又は計算を実施させることができる。電源１９５０は、例えば、コントローラ１９５２に電力を供給するように構成することができる。
プロセッサ１９５４は、モータ制御回路１９４６と連通している。更に、メモリ１９５６はまた、ユーザ入力１９５８に応答してプロセッサ１９５４、又はフィードバック要素１９６０によって実行されたとき、モータ制御回路１９４６にモータ１９４２を刺激させて、少なくとも１つの回転運動を発生させ、セレクタギヤボックスアセンブリ１９３８内部のギア要素を選択的に移動させて、第２のモータ１９４４の入力駆動構成要素と係合した駆動トレイン１９３２、１９３４、１９３６のうちの１つを選択的に位置決めすることができる、プログラム命令を記憶することができる。更に、プロセッサ１９５４は、モータ制御回路１９４８と連通し得る。メモリ１９５６はまた、ユーザ入力１９５８に応答してプロセッサ１９５４によって実行されたとき、モータ制御回路１９４８にモータ１９４４を刺激させて、少なくとも１つの回転運動を発生させ、例えば、第２のモータ１９４８の入力駆動構成要素と係合された駆動トレインを駆動することができる、プログラム命令を記憶することができる。
コントローラ１９５２及び／又は本開示の他のコントローラは、集積型及び／若しくは離散的なハードウェア要素、ソフトウェア要素、並びに／又は両方の組み合わせを使用して実装されてもよい。集積型ハードウェア要素の例としては、プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、集積回路、ＡＳＩＣ、ＰＬＤ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、論理ゲート、レジスタ、半導体素子、チップ、マイクロチップ、チップセット、マイクロコントローラ、システムオンチップ（ＳｏＣ）及び／又はシングルインラインパッケージ（ＳＩＰ）が挙げられ得る。離散的なハードウェア要素の例としては、論理ゲート、電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ、抵抗、コンデンサ、インダクタ、及び／若しくはリレーなど、回路並びに／又は回路素子が挙げられ得る。ある特定の例では、コントローラ１９５２は、例えば、１つ以上の基板上に離散的及び集積型の回路素子又は構成要素を含むハイブリッド回路を含んでもよい。
ある特定の例では、コントローラ１９５２及び／又は本開示の他のコントローラは、例えば、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＬＭ ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲであってもよい。特定の例では、Ｔｅｘａｓ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＬＭ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲは、容易に利用可能な他の特性の中でも特に、最大４０ＭＨｚ、２５６ＫＢの単一サイクルフラッシュメモリ若しくは他の不揮発性メモリのオンチップメモリと、４０ＭＨｚ超の性能を改善するプリフェッチバッファと、３２ＫＢの単一サイクルＳＲＡＭと、ＳｔｅｌｌａｒｉｓＷａｒｅ（登録商標）ソフトウェアを搭載した内部ＲＯＭと、２ＫＢのＥＥＰＲＯＭと、１つ以上のＰＷＭモジュールと、１つ以上のＱＥＩアナログと、１２のアナログ入力チャネルを備えた１つ以上の１２ビットＡＤＣとを備える、ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ−Ｍ４Ｆプロセッサコアである。他のマイクロコントローラが、本開示と共に使用するために容易に代用され得る。したがって、本開示は、この文脈に限定されるべきではない。
様々な例では、本明細書に記載される様々な工程のうちの１つ以上は、組み合わせ論理回路又は順序論理回路のいずれかを含む有限状態マシンによって実施可能であり、組み合わせ論理回路又は順序論理回路のいずれかが、少なくとも１つのメモリ回路に連結される。少なくとも１つのメモリ回路は、有限状態マシンの現在の状態を記憶する。組み合わせ又は順序論理回路は、有限状態マシンをこれらの工程に供するように構成される。順序論理回路は、同期又は非同期であってもよい。他の例では、本明細書に記載される様々な工程のうちの１つ以上は、例えば、プロセッサ１９５８と有限状態マシンとの組み合わせを含む回路によって実施され得る。
様々な例では、適切な機能を保証するために外科用器具の機能の状態を評価することが可能であることが有利であり得る。例えば、上で説明されるように、外科用器具の様々な動作を実施するために様々なモータ、ドライブトレイン及び／又はギア構成要素を含むように構成された駆動機構が、経時的に摩耗することは可能である。これは、通常の使用を通じて起こり得るが、いくつかの例では、駆動機構は、悪用条件に起因してより早く摩耗し得る。ある特定の例では、外科用器具は、駆動機構及びその様々な構成要素の状態、例えば、劣化を決定するために自己評価を実施するように構成することができる。
例えば、自己診断を使用して、外科用器具が再滅菌前にその機能を実施することが可能である場合、又は構成要素のうちのいくつかを交換及び／又は修復すべきときを決定することができる。回転駆動トレイン１９３２、閉鎖駆動トレイン１９３４及び／又は発射駆動トレイン１９３６を含むが、これらに限定されない駆動機構及びその構成要素の評価は、様々な方法で達成することができる。予測された性能からのずれの大きさを使用して、感知された故障の可能性及びそのような故障の重度を決定することができる。繰り返し可能に予測可能なイベントの周期的解析、予想される閾値を超えるピーク又はドロップ及び故障の幅を含む、いくつかのメトリックが使用され得る。
様々な例では、適切に機能する駆動機構又はその構成要素のうちの１つ以上の特徴的波形を用いて、駆動機構又はその構成要素のうちの１つ以上の状態を評価することができる。１つ以上の振動センサは、適切に機能する駆動機構又はその構成要素のうちの１つ以上に対して配置して、適切に機能する駆動機構又はその構成要素のうちの１つ以上の動作中に起こる様々な振動を記録することができる。記録された振動を用いて、特徴的な波形を生成することができる。将来の波形を特徴的な波形と比較して、駆動機構及びその構成要素の状態を評価することができる。
依然として図６９を参照して、外科用器具１９３０は、駆動トレイン１９３２、１９３４、１９３６のうちの１つ以上の、１つ以上の可聴出力を記録及び分析するように構成された駆動トレイン故障検出モジュール１９６２を含む。プロセッサ１９５４は、モジュール１９６２と連通し得るか、又は他の方法で制御することができる。下でより詳細に記載されるように、モジュール１９６２は、回路、ハードウェア、コンピュータ可読媒体（例えば、メモリ１９５６）を含むコンピュータプログラム製品などの様々な手段として具現化することができ、処理装置（例えば、プロセッサ１９５４）によって実行可能な記憶コンピュータ可読プログラム命令、又はそれらのいくつかの組み合わせを記憶する。いくつかの態様では、プロセッサ３６は、モジュール１９６２を含み得るか、又は他の方法で制御することができる。
図７０は、本開示の一態様による、ハンドルアセンブリの内部構成要素を示すように、取り除かれた取り外し可能なサービスパネル１９７２を備えたハンドルアセンブリ１９７０を示す。取り外し可能なサービスパネル１９７２又は取り外し可能なサービスカバーはまた、強度のための補強リブ１９９０を含む。取り外し可能なサービスパネル１９７２は、取り外し可能なサービスパネル１９７２をハンドルハウジング１９７４に取り外し可能なように取設するためのハンドルハウジング１９７４上に、複数の締結具１９８８と繋がった複数の締結具１９８６を備える。一態様では、取り外し可能なサービスパネル１９７２内の締結具１９８８は、第１の磁石セットを含み、ハンドルハウジング１９７４は、サービスパネル１９７２をハンドルハウジング１９７４に磁気的に係止する第２の磁石セットを含む。一態様では、第１及び第２の磁石セット６１１２ａ、６１１２ｂは、希土類永久磁石である。
図７０では、取り外し可能なサービスパネル１９７２がハンドルハウジング１９７４から取り外され、電池アセンブリ又は可撓性回路をハンドルハウジング１９７４に電気的に連結するための、モータ１９７６及び電気接点１９８４などの外科用器具の電気的及び機械的構成要素の位置が示されている。モータ１９７６及び電気接点１９８４もまた、ハンドルハウジング１９７４から取り外し可能である。ハンドルアセンブリ１９７０はまた、各々がハンドルハウジング１９７４から取り外し可能なトリガ１９８２及び作動スイッチ１９８０を備える。前述のように、取り外し可能なトリガ１９８２は、ジョー部材を閉じ、ナイフを発射し、超音波変換器を起動し、高周波電流を起動し、かつ／又はジョー部材を開くための複数段階の動作を有することができる。作動スイッチ１９８０は、例えばジョー部材を閉じ、ナイフを発射し、超音波変換器を起動し、高周波電流を起動し、かつ／又はジョー部材を開くなどの異なる機能を起動するために、複数のスイッチに置き換えられてもよい。図７０に示すように、ハンドルアセンブリ１９７０は、ハンドルアセンブリ１９７０をシャフトアセンブリに電気的に連結するための電気接点１９７８を含み、電気接点１９７８は、ハンドルハウジング１９７４から取り外し可能である。ハンドルハウジング１９７４はまた、本明細書で前述されるように、取り外し可能な超音波変換器アセンブリ、超音波変換器、超音波変換器駆動回路、高周波電流駆動回路及び／又はディスプレイアセンブリを受容するための空間を定義する。
図７１〜７５は、図１〜７０に関して本明細書に記載された外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つのシャフトアセンブリの長さに沿って配設された複数の磁気位置センサを対象とする、本開示の様々な態様を例示している。シャフトアセンブリの長さに沿って配設された磁気位置センサは、固定基準面から作動構成要素の３次元位置を決定すると同時に、外部源からの任意のエラーを診断するために、複数のセンサがシャフト運動（例えば、関節接合、エンドエフェクタ回転、ジョー部材の開／閉）に連結された単一磁石を検出することを可能にする、異なる構成で対合されている。
本開示の態様は、一連の磁石及びセンサを使用して、３次元位置、及び様々な部品の位置変化を検出するように構成されたシステム及び外科用器具が提示されている。いくつかの態様では、外科用器具は、ハンドルアセンブリ、ハンドルアセンブリに連結されたシャフト、及びシャフトの遠位端に連結されたエンドエフェクタを含む。複数の磁石は、シャフトに固定して連結され得る一方、複数のセンサはまた、シャフトに連結され得、かつ複数の磁石の各々から離れた距離を決定するように構成され得る。これらのシャフトは、回転する、並進する及び／又は関節接合継手を中心にして関節接合するなど、動くように構成され得る。磁石は、シャフトが移動した方法に連動して、磁石が移動するよう、シャフトに連結されていてもよい。しかし、センサは、シャフトが移動している間、固定位置のままであるよう、センサはシャフトに連結されていてもよい。例えば、シャフトは、一次回転ドライバなどの外部シャフト及び内部シャフトを含んでもよく、外部シャフトは移動するように構成され得る一方、一次回転ドライバはそうではない。磁石は、外部シャフトに固着さえ得、センサは、一次回転ドライバ又はその中の部分に固着され得る。センサは、シャフトが移動するにつれて、３つ以上の磁石の距離の変化を検出することができ、例えば、センサは、シャフトの３次元位置の変化を決定するため、プロセッサにより処理され得る。センサのデータは、一次回転ドライバの内側で稼働する可撓性回路によって、プロセッサに伝送され得る。
いくつかの態様では、一連のセンサ及び磁石の部分は、エンドエフェクタの並進、又は他の動きを検出するように構成され得る。例えば、エンドエフェクタは、一対のジョーを含むことができ、これらのジョーの少なくとも１つは、一次回転ドライバの部分に連結されたクランプ（clap）アームを介して、開く及び閉じるように構成されている。クランプアームは、最終的に、ハンドル又はトリガなどの、エンドエフェクタを操作するように構成されているハンドルアセンブリの部分に通信可能に連結され得る。ハンドルアセンブリのトリガを引くと、ジョーの１つ以上を、エンドエフェクタにおいて、開く又は閉じることができる。１つ以上の磁石は、クランプアームが操作されるときに移動するクランプアームの部分に固着され得る。１つ以上のセンサは、クランプアームが操作されるときに移動しないエンドエフェクタ近くのシャフトの部分に固着され得る。したがって、センサは、クランプアームが操作されると、エンドエフェクタのジョーの移動変化を決定するために、プロセッサにより処理され得る、これらの磁石の距離の変化を検出するように構成され得る。センサのデータは、一次回転ドライバの内側で稼働する可撓性回路によって、プロセッサに伝送され得る。
いくつかの態様では、本システム及び外科用器具はまた、一連の磁石及びセンサを使用して、外科用器具のエラー条件を決定するように構成され得る。例えば、１つ以上のセンサの検出に基づいて、磁石の移動が、既知の許容範囲又は閾値を超過して検出されると、エラー条件が発生し得る。例えば、外科用器具のシャフトは、ある程度しか回転しないように構成され得、センサが、既知の回転又は角度を超過する１つ以上の磁石の位置変化を検出すると、エラー条件が発生し得る。別の例として、複数の磁石の位置を監視することができ、これらの磁石の位置の１つが算出されて他の磁石の算出された位置と一致しないと、エラー条件が発生し得る。
図７１を参照すると、例示５１００は、様々な態様による、図１〜７０に関連して本明細書に記載された、外科用器具１００、４８０、５００、６００、１１００、１１５０、１２００のうちのいずれか１つなどの、医療装置のハンドルアセンブリ及びシャフトアセンブリの内側部分と相互連結されたシャフト制御エレクトロニクスのシステム例を示す。モジュール５１０２は、いくつかの態様によれば、シャフトアセンブリの部分を含むモジュール５１０４に連結されたハンドルアセンブリの内部作用部を示す。モジュール５１０２は、ハンドルアセンブリの部分を通って、及びシャフトアセンブリに通じた可撓性回路５１０６を含む。より詳細には、いくつかの態様では、可撓性回路５１０６は、一次回転ドライバ５１０８に通じている。一次回転ドライバ５１０８は、シャフトアセンブリの少なくとも一部の回転を駆動するように構成されている。一次回転ドライバ５１０８は、この例示では、ハンドルアセンブリの部分及びシャフトアセンブリの近位端に隣接して通じている一方、一次回転ドライバの部分は、可撓性回路５１０６の内側を見せるよう示されていない。
可撓性回路５１０６の近位端は、ハンドルにおいて電気接触点５１１２に触れる、電気接触５１１０に連結され得る。一次回転ドライバ５１０８のギア５１３８は、ハンドル５１３６によって駆動されるハンドルアセンブリにおいて、回転ギア５１４０に連結され得る。電気接触５１１０及び接触点（pointe）５１１２は、例えば、センサ５１２６、５１２８、５１３０を、制御回路２１０（図１４）、３００（図１５）、１３００（図６２）、１４００（図６３）、１５００（図６４）、１９００（図６８Ａ）、１９１０（図６８Ｂ）、１９２０（図６８Ｃ）、１９５４（図７０）などの制御回路に電気的に結合する。
シャフトアセンブリ５１０４の遠位端は、コネクタ５１３４に機械的及び電気的に連結された、１つ以上のジョーを含むことができる、エンドエフェクタに連結され得る。可撓性回路５１０６は、コネクタ５１３４を介して、エンドエフェクタに電気信号を伝送するように構成され得る。
シャフトアセンブリ５１０４を更に参照すると、一次回転ドライバ５１０８は、いくつかの態様によれば、外部シャフト５１１４の内側に配置され得る。一次回転ドライバ５１０８は、可撓性回路５１０６が静止したまま、外部シャフト５１１４を回転するように構成され得る。いくつかの態様では、シャフトアセンブリ５１０４はまた、関節接合継手５１１８を介して、近位外部シャフト５１１４に連結された外部シャフト５１１６の遠位部品を含むことができる。一次回転ドライバ５１０８は、近位外部シャフト５１１４の端部にしか通じていないが、可撓性回路５１０６は、遠位外部シャフト５１１６に通じ得、外部シャフト５１１６が関節接合継手５１１８を中心に関節接合すると、関節接合して屈曲するように構成され得る。
いくつかの態様では、シャフトアセンブリ５１０４の外部シャフト部は、磁石５１２０、５１２２、５１２４などの１つ以上の磁石を含むことができる。これらの磁石は、外部シャフト部に固着され得、こうして、外部シャフト部が移動する又は位置を変えると、移動又は位置を変えることができる。その間に、可撓性回路５１０６は、センサ５１２６、５１２８、５１３０などの、１つ以上の磁石から離れた距離を測定するように構成されている１つ以上のセンサを含むことができる。ホール効果センサは、１つ以上の磁石から離れた距離を測定するように構成されたセンサのタイプの一例である。示されているとおり、シャフトアセンブリ５１０４は、センサ５１２６が、磁石５１２０に近接している、センサ５１２８が、磁石５１２２に近接している、及びセンサ５１３０が、磁石５１２４に近接しているなどの、互いに接近している一組になった一対のセンサ−磁石を含むことができる。この構成により、センサは、近接したこれらの磁石のみの距離を測定することができる。
いくつかの態様では、シャフトアセンブリ５１０４はまた、シャフトアセンブリ５１０４の遠位端でスライドして後退又は前進するように構成されているシャフト部分５１３２などの、並進シャフト部分を含むことができる。磁石５１２４は、可撓性回路５１０６に取設されているとおり、センサ５１３０が静止したまま、シャフト部分５１３２と一緒に並進又はスライドするように構成され得る。
いくつかの態様では、センサ−磁石の１つ以上の対は、シャフトアセンブリ５１０４の回転度を測定するように構成され得る。例えば、磁石５１２０が、外部シャフト５１１４と共に回転すると、センサ５１２６から離れた距離の変化を測定することができる。距離、又は経時的な距離の変化に基づいて、外部シャフト５１１４がどれくらい回転したかを決定することができる。
同様に、いくつかの態様では、センサ−磁石の１つ以上の対は、シャフトアセンブリ５１０４の関節接合度を測定するように構成され得る。例えば、磁石５１２２は、遠位外部シャフト部５１１６と共に、関節接合継手５１１８を中心に関節接合すると、センサ５１２８は、磁石５１２２までの距離を測定するように構成され得る。センサ５１２８の配置は、関節接合継手５１１８の中心からわずかに離れているので、磁石５１２２から離れた距離は、遠位外部シャフト５１１６が関節接合するにつれて、様々になろう。距離、又は経時的な距離の変化に基づいて、遠位外部シャフト１１６がどれくらい関節接合継手５１１８を中心に関節接合するかを決定することができる。
更に、いくつかの態様では、センサ−磁石の１つ以上の対は、シャフトアセンブリ５１０４の並進量を測定するように構成され得る。例えば、磁石５１２４は、シャフト５１３２の並進部と共に並進するので、センサ５１３０は、磁石５１２４から離れた距離を測定するように構成され得る。距離、又は経時的な距離の変化に基づいて、シャフトアセンブリがどれくらいセンサ５１３０から並進して離れるかを決定することができる。
いくつかの態様では、本明細書に記載されている技術によって、算出された位置又は位置の変化は、所定の許容範囲と比較することができる。例えば、医療装置のハンドルアセンブリ内部のマイクロプロセッサ及びメモリは、シャフトアセンブリの様々な部分によって移動する最大範囲を反映した距離又は許容範囲の表を有することができる。１つ以上の磁石が、この表中の値の１つを超えて算出されると、アラームが起動され得るようにエラー条件が設定され得る。
いくつかの態様では、シャフトアセンブリの位置の変化を測定して監視するために、これらの技術のいずれか又はすべてが医療装置に含まれ得る。例示５１００は、磁石及びセンサがどこに位置決めされ得るかの単なる一部の例を示しているに過ぎないが、当業者には、磁石及びセンサが同様の効果を実現するためにどのように位置決めされ得るかが容易に明白になり得、態様はそのように限定されるものではない。
図７２を参照すると、例示５１００は、いくつかの態様によれば、可撓性回路５１０６の部分をズームした一例を示す。示されているとおり、可撓性回路は、一連の基板層５２０２を含んでもよい。これらの層は、屈曲する及びねじれるほど十分に可撓性があり得る。ホール効果センサ５２０４及び５２０６、又は磁石の強度を測定するように構成されている他の種類のセンサは、示されているとおり、可撓性回路５１０６に固着され得る。
いくつかの態様では、図７３Ａ及び図７３Ｂを参照すると、いくつかの態様によれば、複数のセンサが、医療装置の移動を測定して監視することと組み合わせて使用され得る。例えば、図７３Ａの例示５１６０に示されるとおり、シャフトアセンブリの部分の断面図は、１つの磁石５１６４を含む外部シャフト５１６２を示す。内部シャフト５１６６は、可撓性回路５１７４を含むことができる。可撓性回路５１７４は、磁石５１６４から離れた様々な距離で位置決めされた、３つのセンサ５１６８、５１７０及び５１７２を含むことができる。外部シャフト部５１６２は、内部シャフト５１６６又は少なくともその一部が、固定され得る間、回転するように構成され得る。
図７３Ｂを参照すると、例示５１８０は、外部シャフトの回転移動を示す。示されているとおり、磁石５１６４は、外部シャフト５１６２と共に回転する。回転角度は、中心線５１７６に関して、矢印５１８２によって示されている。３つのセンサ５１６８、５１７０及び５１７２は、磁石５１６４から離れた様々な距離で位置決めされるので、磁石５１６４までの異なる３つの距離を使用して、三辺測量算出を行い、回転しているときの、磁石５１６４の位置を一層明確に決定することができる。算出された位置に基づいて、外部シャフト５１６２の回転度又は角度が決定され得る。
一般に、３つ以上のセンサを用いて、この３つ以上のセンサが、測定される磁石から離れた独自に異なる距離で位置決めされると仮定して、磁石の３次元位置を決定することができる。したがって、例示５１００及び５１８０に示されている原理は、並進距離又は関節接合角度などの、他のタイプの位置変化を測定するために使用され得る。
いくつかの態様では、複数のセンサの代わりに、又は加えて、複数の磁石が、シャフトアセンブリの移動部分に固着され得、１つ以上のセンサは、複数の磁石の複数の距離を測定するように構成されて、そのように３次元位置を決定することができる。
図７４を参照すると、例示５１９０は、いくつかの態様によれば、複数のセンサが、どのように、１つ以上の磁石の３次元位置を決定するために使用され得るかの別の例を示す。この例では、シャフトアセンブリは、関節接合継手５１９８の周りに２つの部品を含む。２つのセンサ５１９２及び５１９４は、関節接合継手５１９８の一方の側に、可撓性回路５１９９に沿って位置決めされる。反対側には、関節接合継手５１９８を中心に関節接合するとき、シャフトアセンブリのその部分と共に移動するように構成されている磁石５１９６が存在する。磁石５１９６の運動範囲は、複数のセンサの一方の側にしか留まらない、１つの平面の運動にしか制限されないので、磁石５１９６の固有の３次元位置を決定するために、センサ５１９２及び５１９４の２つで十分となり得る。一般に、明確な位置又は位置の変化を決定するために十分なセンサ又は磁石の数は、磁石におけるセンサがどこに位置決めされるか、及びどれぐらい多くの自由度が移動する様々な部分に利用可能であるかに基づくことができる。
いくつかの態様では、センサ及び／又は磁石は、様々な構成で位置決めされ得る。位置センサ及び磁石の間隔は、位置に関連したより高度な分解能を可能にする。例えば、反対側のセンサは、異なる時間で同じ磁石を感知することができるか、又は異なる磁石は、移動に沿った異なる位置にあるセンサと相互作用すると思われる。更に、さらなる分解能は、磁石のパターンによって達成することができる。例えば、磁石は、一方の側の２つの磁石、次いで反対側の別の群を順次、感知することは、一方の側において２つを一度に、次いで反対側のいくつかの磁石を感知する場合とは異なる位置を表すよう、空間を設けることができる。これにより、この効果を達成するために必要な磁石又はセンサの数を低減することができる。
図７５を参照すると、例示５２００は、いくつかの態様によれば、高感度エレクトロニクスを保護するためのシールを含む医療装置のシャフトアセンブリの変形を示す。この場合、外側シャフト５２０２は、少なくとも２つの内部の管状構造を含む。回転駆動５２０４は、依然として存在しており、外側シャフトによって取り囲まれている。その内部では、フランジを有するゴム管などのフランジ５２０８を備えた管５２０６が存在している。フランジ５２０８は、回転シャフト５２０４の内側表面に押し圧して、シールを形成するように構成され得る。このシールは、気密性及び防水性とすることができる。次に、管５２０６は、可撓性回路５２１０などの、液体又は他の曝露に感受性の高い、エレクトロニクス及び他の物質を収容することができる。
本明細書で開示した器具の諸態様は、１回の使用後に処分するように設計することもできるし、複数回使用するように設計することもできる。様々な態様は、いずれの場合も、少なくとも１回の使用後に再使用のために再調整されてもよい。再調整は、デバイスの分解工程、それに続く特定の部品の洗浄又は交換工程、及びその後の再組立工程の任意の組み合わせを含み得る。具体的には、デバイスの態様は、分解されてもよく、また、デバイスの任意の数の特定の部品又は部材を任意の組み合わせで選択的に交換又は取り外してもよい。特定の部品を洗浄及び／又は交換した後、デバイスの態様は、再調整用の施設において又は外科処置の直前に外科チームによって、その後の使用のために再組立してもよい。当業者であれば、デバイスの再調整において、分解、洗浄／交換、及び再組立のための様々な技術を使用できる点を認識するであろう。かかる技術の使用、及び結果として得られる再調整されたデバイスは、全て本出願の範囲内にある。
単なる例として、本明細書に記載される態様は、手術前に処理されてもよい。まず、新品又は使用済みの器具を入手し、必要に応じて洗浄することができる。次いで器具を滅菌することができる。１つの滅菌技術では、器具は、プラスチックバッグ又はＴＹＶＥＫバッグなど、閉鎖され密封された容器に入れられる。次いで、容器及び器具を、γ線、Ｘ線、又は高エネルギー電子などの容器を透過し得る放射線野に置くことができる。放射線は、器具上及び容器内の細菌を死滅させることができる。この後、滅菌済みの器具を滅菌容器内で保管することができる。密封容器は、医療施設で開けられるまで、器具を滅菌状態に保つことができる。デバイスはまた、β線若しくはγ線、エチレンオキシド、又は水蒸気が挙げられるがこれらに限定されない、技術分野で既知の任意のその他の技術を用いて滅菌され得る。
上述の説明において様々な詳細が記載されてきたが、電気信号波形及び外科用器具をデジタル的に生成するための発生器を動作させる技術の様々な態様が、これらの特定の詳細なしに実行され得ることが理解されよう。本明細書に記載される要素（例えば、動作）、装置、目的及びそれらに伴う考察は、構想を明らかにするための例として使用され、様々な構成の修正が想到されることが、当業者には認識されるであろう。その結果として、本明細書で使用されるとき、説明した特定の例及びそれらに伴う考察は、より一般的な種類を代表することを意図したものである。一般に、特定の代表例を用いることは、その種類を代表することを意図したものであり、また、特定の要素（例えば、動作）、装置、及び目的を含めないことは、限定と見なされるべきではない。
いくつかの形態が例示され説明されてきたが、添付の特許請求の範囲をそのような詳述に制限又は限定することは、本出願人が意図するところではない。多数の修正、変形、変化、置換、組み合わせ及びこれらの形態の等価物を実装することができ、本開示の範囲から逸脱することなく当業者により想到されるであろう。更に、記述する形態に関連した各要素の構造は、その要素によって行われる機能を提供するための手段として代替的に説明することができる。また、材料が特定の構成要素に関して開示されているが、他の材料が使用されてもよい。したがって、上記の説明文及び添付の特許請求の範囲は、全てのそのような修正、組み合わせ、及び変形を、開示される形態の範囲に含まれるものとして網羅することを意図としたものである点を理解されたい。添付の特許請求の範囲は、全てのそのような修正、変形、変化、置換、修正及び等価物を網羅することを意図する。
本開示の簡潔性及び明白性のために、前述の開示の選択された態様は、詳細ではなくブロック図形態で示されてきた。本明細書に提供される詳細な説明の一部は、１つ以上のコンピュータメモリ又は１つ以上のデータ記憶装置（例えば、フロッピーディスク、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）又はデジタルテープ）に記憶されるデータ上で動作する命令に関して提示され得る。そのような説明及び表現は、当業者によって、自身の仕事の内容を当該技術分野の他者に説明及び伝達するために使用されているものである。一般に、アルゴリズムとは、所望の結果につながる工程の自己無撞着シーケンスを指し、「工程」とは、必ずしも必要ではないが、記憶、伝達、複合、比較及び別様に操作されることが可能な電気又は磁気信号の形態をとることができる物理量及び／又は論理状態の操作を指す。これらの信号を、ビット、値、要素、記号、文字、用語、番号などで参照することが一般的な扱い方である。これらの及び類似の用語は、適切な物理量と関連付けられてもよく、また単に、これらの量及び／又は状態に適用される便利なラベルである。
別段の明確な定めがない限り、前述の開示から明らかなように、前述の開示全体を通じて、「処理する」又は「計算する」又は「算出する」又は「決定する」又は「表示する」などの用語を使用する議論は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内で物理（電子的）量として表現されるデータを、コンピュータシステムのメモリ若しくはレジスタ又はそのような情報記憶、伝送若しくは表示装置内で物理量として同様に表現される他のデータへと操作し変換する、コンピュータシステム又は類似の電子計算装置の動作及び処理を指していることが理解されよう。
一般的な意味で、多様なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はそれらの任意の組み合わせによって、個々にかつ／又は共同して実装することができる、本明細書で説明する様々な態様を、様々な種類の「電気回路」から構成されるものと見なすことができることを、当業者には理解されよう。その結果として、本明細書で使用されるとき、「電気回路」は、限定するものではないが、少なくとも１つの個々の電気回路を有する電気回路、少なくとも１つの集積回路を有する電気回路、少なくとも１つの専用集積回路を有する電気回路、コンピュータプログラムで構成された汎用コンピューティングデバイス（例えば、本明細書で説明したプロセス及び／若しくは装置を少なくとも部分的に実行するコンピュータプログラムで構成された汎用コンピュータ、又は、本明細書で説明したプロセス及び／若しくは装置を少なくとも部分的に実行するコンピュータプログラムで構成されたマイクロプロセッサ）を形成する電気回路、メモリデバイスを形成する（例えばランダムアクセスメモリを形成する）電気回路、及び／又は、通信装置（例えばモデム、通信スイッチ又は光学的−電気的設備）を形成する電気回路を含む。本明細書で述べた主題は、アナログ若しくはデジタルの形式又はそれらのいくつかの組み合わせで実現されてもよいことを、当業者には理解されよう。
上記の詳細な説明は、ブロック図、フローチャート、及び／又は実施例を用いてデバイス及び／又はプロセスの様々な形態について記載してきた。そのようなブロック図、フローチャート及び／又は実施例が、１つ以上の機能及び／又は動作を含む限り、当業者に理解されたいこととして、そのようなブロック図、フローチャート及び／又は実施例に含まれる各機能及び／又は動作は、多様なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はそれらの事実上任意の組み合わせによって、個々にかつ／又は共同に実装することができる。一形態では、本明細書に記載される主題のいくつかの部分は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）又は他の集積型形式で実装され得る。しかしながら、当業者に理解されたいこととして、その全部か一部かを問わず、本明細書で開示される形態のいくつかの態様は、１台以上のコンピュータ上で稼働する１つ以上のコンピュータプログラムとして（例えば、１台以上のコンピュータシステム上で稼働する１つ以上のプログラムとして）、１つ以上のプロセッサ上で稼働する１つ以上のプログラムとして（例えば、１つ以上のマイクロプロセッサ上で稼働する１つ以上のプログラムとして）、ファームウェアとして、あるいは、それらの実質的に任意の組み合わせとして、集積回路において等価に実現され得、また、回路を設計すること、並びに／又はソフトウェア及び／若しくはファームウェアのコードを記述することは、本開示を鑑みれば当業者の技能の範囲内に含まれる。更に、当業者に明らかとなることとして、本明細書に記載した主題の機構は、多様な形式で１つ以上のプログラム製品として配布されることが可能であり、本明細書に記載した主題の具体的な形態は、配布を実際に行うために使用される信号搬送媒体の特定の種類にかかわらず用いられる。信号搬送媒体の例としては、フロッピーディスク、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、デジタルテープ、コンピュータメモリなどの記録可能型の媒体と、デジタル及び／又はアナログ通信媒体（例えば、光ファイバケーブル、導波管、有線通信リンク、無線通信リンク（例えば、送信機、受信機、送信ロジック、受信ロジックなど）など）などの伝送型の媒体と、が挙げられるが、これらに限定されない。
いくつかの例では、１つ以上の要素は、「連結された」及び「接続された」という表現を、それらの派生語と共に使用して記載されることがある。これらの用語は、互いに同義語であることは意図されないことを理解されたい。例えば、いくつかの態様は、２つ以上の要素が互いに直接物理的又は電気的に接触していることを示すため、「接続された」という用語を使用して記載されることがある。別の例では、いくつかの態様は、２つ以上の要素が直接物理的又は電気的に接触していることを示すため、「連結された」という用語を使用して記載されることがある。しかしながら、「連結された」という用語はまた、２つ以上の要素が互いに直接接触はしないが、依然として互いに協働又は相互作用することを意味することがある。異なる他の構成要素内に含まれるか、又は接続される異なる構成要素の描写されたアーキテクチャは単なる例であり、それが同じ機能性を実現する多くの他のアーキテクチャが実装され得ることが分かる。構想の意味で、同じ機能性を達成する要素の任意の配置は、所望の機能性が達成されるように効果的に「関連付け」られる。したがって、特定の機能性を達成するように組み合わされた本明細書での任意の２つの要素は、アーキテクチャ又は中間要素にかかわらず、所望の機能性が達成されるように互いと「関連付け」られていると見なすことができる。同様に、そのように関連付けられた任意の２つの要素はまた、所望の機能性を達成するように互いに「動作可能に接続」又は「動作可能に連結」されているものと見なすことができ、そのように関連付けることが可能な任意の２つの要素はまた、所望の機能性を達成するように互いに「動作可能に連結可能」であると見なすことができる。動作可能に連結可能な特定の例としては、物理的に嵌合可能かつ／若しくは物理的に相互作用する構成要素、及び／又は無線相互作用性かつ／若しくは無線相互作用性構成要素、及び／又は電気的相互作用性構成要素、及び／又は光学的相互作用性構成要素、及び／又は光学的相互作用性構成要素が挙げられるが、これらに限定されない。
場合によっては、１つ以上の要素が、本明細書において、「ように構成される」、「ように構成可能である」、「ように動作可能である／動作する」、「適合される（adapted）／適合可能である」、「ことが可能である」、「ように適合可能である／適合される（conformed）」などと呼ばれることがある。当業者は、「ように構成される」は一般に、文脈上他の意味に解釈すべき場合を除き、アクティブ状態の要素及び／又は非アクティブ状態の要素及び／又はスタンバイ状態の要素を包含し得ることを理解するであろう。
本開示の特定の態様が図示され記載されてきたが、本明細書の教示に基づいて、本明細書に記載される主題及びそのより広範な態様から逸脱することなく、変更及び修正が行われてもよく、したがって添付の特許請求の範囲は、全てのかかる変更及び修正を、本明細書に記載される主題の真の範囲内にあるものとして、その範囲内に包含するものであることが、当業者には明白となるであろう。一般に、本明細書で使用され、かつ特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の本文）で使用される用語は、概して「開放的」用語として意図されるものである（例えば、「含む（including）」という用語は、「〜を含むが、それらに限定されない（including but not limited to）」と解釈されるべきであり、「有する（having）」という用語は「〜を少なくとも有する（having at least）」と解釈されるべきであり、「含む（includes）」という用語は「〜を含むが、それらに限定されない（includes but is not limited to）」と解釈されるべきであるなど）ことが、当業者には理解されるであろう。更に、導入されたクレーム記載（introduced claim recitation）において特定の数が意図される場合、かかる意図は当該クレーム中に明確に記載され、またかかる記載がない場合は、かかる意図は存在しないことが、当業者には理解されるであろう。例えば、理解を助けるものとして、後続の添付の特許請求の範囲は、「少なくとも１つの（at least one）」及び「１つ以上の（one or more）」という導入句を、クレーム記載を導入するために含むことがある。しかしながら、かかる句の使用は、「a」又は「an」という不定冠詞によってクレーム記載を導入した場合に、たとえ同一のクレーム内に「１つ以上の」又は「少なくとも１つの」といった導入句及び「a」又は「an」という不定冠詞が含まれる場合であっても、かかる導入されたクレーム記載を含むいかなる特定のクレームも、かかる記載事項を１つのみ含むクレームに限定されると示唆されるものと解釈されるべきではない（例えば、「ａ」及び／又は「ａｎ」は通常、「少なくとも１つの」又は「１つ以上の」を意味するものと解釈されるべきである）。定冠詞を使用してクレーム記載を導入する場合にも、同様のことが当てはまる。
加えて、導入されたクレーム記載において特定の数が明示されている場合であっても、かかる記載は、通常、少なくとも記載された数を意味するものと解釈されるべきであることが、当業者には認識されるであろう（例えば、他に修飾語のない、単なる「２つの記載事項」という記載がある場合、一般的に、少なくとも２つの記載事項、又は２つ以上の記載事項を意味する）。更に、「Ａ、Ｂ、及びＣなどのうちの少なくとも１つ」に類する表記が用いられる場合、一般に、かかる構文は、当業者がその表記を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」は、限定するものではないが、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢの両方、ＡとＣの両方、ＢとＣの両方、及び／又はＡとＢとＣの全てなどを有するシステムを含む）。「Ａ、Ｂ、又はＣなどのうちの少なくとも１つ」に類する表記が用いられる場合、一般に、かかる構文は、当業者がその表記を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、又はＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」は、限定するものではないが、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢの両方、ＡとＣの両方、ＢとＣの両方、及び／又はＡとＢとＣの全てなどを有するシステムを含む）。更に、典型的には、２つ以上の選択的な用語を表すあらゆる選言的な語及び／又は句は、文脈上他の意味に解釈すべき場合を除いて、説明文内であろうと、請求の範囲内であろうと、あるいは図面内であろうと、それら用語のうちの１つ、それらの用語のうちのいずれか、又はそれらの用語の両方を含む可能性を意図すると理解されるべきであることが、当業者には理解されるであろう。例えば、「Ａ又はＢ」という句は、典型的には、「Ａ」又は「Ｂ」又は「Ａ及びＢ」の可能性を含むものと理解されるであろう。
添付の特許請求の範囲に関して言えば、当業者は、本明細書における引用した動作は一般に、任意の順序で実施され得ることを理解するであろう。また、様々な動作上の流れがシーケンスの形で提示されているが、様々な動作は、例示した以外の順序で行われてもよく、又は同時に行われてもよいことが理解されるべきである。かかる代替の順序付けの例は、文脈上他の意味に解釈すべき場合を除いて、重複、交互配置、割込み、再順序付け、増加的、予備的、追加的、同時、逆又は他の異なる順序付けを含んでもよい。更に、「〜に応答する」、「〜に関連する」といった用語、又は他の過去時制の形容詞は、一般に、文脈上他の意味に解釈すべき場合を除き、かかる変化形を除外することが意図されるものではない。
「一態様」、「態様」、「一形態」又は「形態」と言う場合、その態様に関して記載される特定の特徴部、構造又は特性が少なくとも１つの態様に含まれるものであることを意味する点は特筆に値する。したがって、本明細書の全体を通じて様々な場所に見られる「一態様では」、「態様では」、「一形態では」、又は「形態では」なる語句は、必ずしも全てが同じ態様を指すものではない。更に、特定の特徴、構造、又は特性は、１つ以上の態様において任意の適当な形で組み合わせることができる。
本明細書における実質的に全ての複数形及び／又は単数形の用語の使用に関して、当業者であれば、文脈及び／又は用法に則して複数形から単数形に、及び／又は単数形から複数形に読み替えることができる。様々な単数形／複数形の置換えは、簡潔にするため、本明細書では明示的には記述されない。
特定の場合には、コンポーネントが領域の外に位置している場合であっても、システム又は方法の使用がその領域で起こってもよい。例えば、分散コンピューティングの文脈において、システムの一部分が領域の外に位置している可能性があっても（例えば、継電器、サーバ、プロセッサ信号搬送媒体、送信コンピュータ、受信コンピュータなどが領域の外に位置している）、分散コンピューティングシステムの使用はその領域で起こってもよい。
システム又は方法のコンポーネントが領域の外に位置するかつ／又は外で使用される場合であっても、システム又は方法の売買は同様にその領域で起こってもよい。更に、１つの領域で方法を実行するためにシステムの少なくとも一部分を実現することは、システムを別の領域で使用することを排除しない。
全ての上述した米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、本明細書で引用された及び／若しくは任意の出願データシートに列挙された非特許刊行物又は任意のその他の開示文献は、本明細書と矛盾しない範囲で、参照により本明細書に組み込まれる。したがって、また必要な範囲で、本明細書に明瞭に記載される開示内容は、参照により本明細書に援用されるいかなる矛盾する記載にも優先するものとする。参照により本明細書に援用されるものとするが、現行の定義、見解、又は本開示に記載されたその他の開示内容と矛盾する、任意の文献、又はそれらの部分は、援用文献と既存の開示内容との間に矛盾が生じない範囲においてのみ援用されるものとする。
要約すると、本明細書に記載した構想を用いる結果として得られる多くの利益が記載されてきた。１つ以上の形態の上述の記載は、例示及び説明を目的として提示されているものである。包括的であることも、開示された厳密な形態に限定することも意図されていない。上記の教示を鑑みて、修正又は変形が可能である。１つ以上の形態は、原理及び実際の応用について例示し、それによって、様々な形態を様々な修正例と共に、想到される特定の用途に適するものとして当業者が利用できるようにするために、選択され記載されたものである。本明細書と共に提示される特許請求の範囲が全体的な範囲を定義することが意図される。
本明細書に記載される主題の様々な態様は、以下の付番された項目において説明される。
項目１．ハンドルアセンブリと、ハンドルアセンブリに連結されたシャフトと、シャフトに固定して連結された複数の磁石と、シャフトに連結された複数のセンサであって、各々は、複数の磁石のうちの１つ以上から離れた距離を決定するように構成されている、センサと、複数のセンサに通信可能に連結されたプロセッサと、を備えた外科用器具を含むシステムであって、シャフトが、固定基準面に対する位置を変えるように構成されており、複数の磁石のうちの１つ以上が、シャフトの変化位置に対応して位置を変えるように構成されており、複数のセンサのうちの１つ以上は、１つ以上の磁石が位置を変えたときに、複数のセンサのうちの１つ以上に対する、複数の磁石のうちの１つ以上の距離の変化を決定するように更に構成されており、プロセッサが、複数のセンサのうちの１つ以上によって決定された距離の変化を使用して、１つ以上の磁石の位置の３次元変化を算出することにより、シャフトの位置の３次元変化を決定するように構成されている、システム。
項目２．シャフトが、関節接合継手、シャフトの第１の構成要素及び第２の構成要素を含み、第１及び第２の構成要素が、関節接合継手の周囲に連結されており、シャフトの第２の構成要素が、関節接合継手を中心に関節接合するように構成されており、複数の磁石の第１の磁石が、シャフトの第２の構成要素に固定して連結されており、複数のセンサの第１のセンサが、シャフトの第１の構成要素に連結されており、第１のセンサは、シャフトの第２の構成要素が関節接合継手を中心に関節接合すると、第１の磁石から離れた距離の変化を測定するように構成されており、プロセッサが、第１のセンサから離れた第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、シャフトの第２の構成要素の関節接合の位置の３次元変化を決定するように構成されている、項目１のシステム。
項目３．複数の磁石の第２の磁石は、第１の磁石が第２の構成要素に連結されている場所とは異なる位置で、シャフトの第２の構成要素に固定して連結されており、第１のセンサは、シャフトの第２の構成要素が関節接合継手を中心に関節接合すると、第２の磁石から離れた距離の変化を測定するように更に構成されており、プロセッサが、第１のセンサから離れた第１の磁石の測定される距離の変化、及び第１のセンサから離れた第２の磁石の測定される距離の変化を使用して、シャフトの第２の構成要素の関節接合の位置の３次元変化を決定するように更に構成されている、項目２のシステム。
項目４．シャフトが、外部シャフト、及び外部シャフト内部に位置決めされた内部シャフトを備え、内部シャフトが、外部シャフト内で回転するように構成されており、複数の磁石の第１の磁石が、外部シャフトに固定して連結されており、複数のセンサの第１のセンサが、内部シャフトに固定して連結されており、第１のセンサは、外部シャフトが内部シャフトに対して回転すると、第１の磁石から離れた距離の変化を測定するように構成されており、プロセッサが、第１のセンサから離れた第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、内部シャフトに対する、外部シャフトの回転度を決定するように構成されている、項目１〜３のいずれか１つのシステム。
項目５．複数の磁石の第２の磁石は、第１の磁石が外部シャフトに連結されている場所とは異なる位置で、外部シャフトに固定して連結されており、第１のセンサは、外部シャフトが内部シャフトに対して回転すると、第２の磁石から離れた距離の変化を測定するように更に構成されており、プロセッサが、第１のセンサから離れた第１の磁石の測定される距離の変化、及び第１のセンサから離れた第２の磁石の測定される距離の変化を使用して、外部シャフトの回転度を決定するように更に構成されている、項目４のシステム。
項目６．外科用器具が、シャフトの遠位端に連結されたエンドエフェクタを更に備え、エンドエフェクタが一対の外科用ジョーを備え、シャフトが、一対の外科用ジョーの移動を操作するために近位及び遠位に並進するように構成されている、一対の外科用ジョーに連結された、クランプアームドライバを備え、複数の磁石の第１の磁石が、クランプアームドライバに固定して連結されており、複数のセンサの第１のセンサは、クランプアームドライバが並進するときに並進しないシャフトの部分に連結されており、第１のセンサは、クランプアームドライバが並進すると、第１の磁石から離れた距離の変化を測定するように構成されており、プロセッサが、第１のセンサから離れた第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、クランプアームドライバの並進距離を決定するように構成されている、項目１〜５のいずれか１つに記載のシステム。
項目７．複数の磁石の第２の磁石は、第１の磁石が外部シャフトに連結されている場所とは異なる位置で、クランプアームドライバに固定して連結されており、第１のセンサは、クランプアームドライバが並進すると、第２の磁石から離れた距離の変化を測定するように更に構成されており、プロセッサが、第１のセンサから離れた第１の磁石の測定される距離の変化、及び第１のセンサから離れた第２の磁石の測定される距離の変化を使用して、クランプアームドライバの並進距離を決定するように更に構成されている、項目６のシステム。
項目８．プロセッサは、複数のセンサのうちの１つ以上によって決定された距離の変化が、少なくとも１つの所定の閾値を満たさないかどうかを測定することによって、外科用器具のエラー条件を決定するように更に構成されている、項目１〜７のいずれか１つのシステム。
項目９．外科用器具が、シャフトの遠位端への電気的接続をもたらすよう、及びシャフトの関節接合継手を中心にして関節接合するように構成されている可撓性回路を更に備えた、項目１〜８のいずれか１つのシステム。
項目１０．外科用器具が、ハンドルアセンブリに通信可能に連結されており、かつシャフトの少なくとも一部を回転させるように構成されている、回転ドライバを更に備えた、項目１〜１０のいずれか１つのシステム。
項目１１．複数の磁石と、複数の磁石のうちの１つ以上から離れた距離を決定するように構成されている複数のセンサと、複数のセンサに通信可能に連結されたプロセッサと、を備えた外科用器具であって、プロセッサが、複数のセンサのうちの１つ以上によって決定された距離の変化を使用して、１つ以上の磁石の位置の３次元変化を算出することにより、外科用器具の位置の３次元変化を決定するように構成されている、外科用器具。
項目１２．プロセッサが、第１のセンサから離れた第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、外科用器具の構成要素の関節接合の位置の３次元変化を決定するように構成されている、項目１１の外科用器具。
項目１３．プロセッサが、第１のセンサから離れた第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、外科用器具の内側構成要素に対する、外科用器具の外部構成要素の回転度を決定するように構成されている、項目１１又は１２の外科用器具。
項目１４．プロセッサが、第１のセンサから離れた第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、外科用器具の構成要素の並進距離を決定するように構成されている、項目１１〜１３のいずれか１つの外科用器具。
項目１５．プロセッサは、複数のセンサのうちの１つ以上によって決定された距離の変化が、少なくとも１つの所定の閾値を満たさないかどうかを測定することによって、外科用器具のエラー条件を決定するように更に構成されている、項目１１〜１４のいずれか１つの外科用器具。
項目１６．外科用器具が、外科用器具の一部に電気的接続をもたらすように構成されている可撓性回路を更に備えた、項目１１〜１５のいずれか１つの外科用器具。
項目１７．外科用器具が、外科用器具の少なくとも一部を回転するように構成されている回転ドライバを更に備えた、項目１１〜１６のいずれか１つの外科用器具。
項目１８．複数の磁石、複数の磁石のうちの１つ以上から離れた距離を決定するように構成されている複数のセンサ、及び複数のセンサに通信可能に連結されたプロセッサを備えた外科用器具を制御する方法であって、複数のセンサのうちの１つ以上によって決定された距離の変化を使用して、プロセッサにより、１つ以上の磁石の位置の３次元変化を算出することによって外科用器具の位置の３次元変化を決定することを含む、方法。
項目１９．第１のセンサから離れた第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、プロセッサによって、外科用器具の構成要素の関節接合の位置の３次元変化を決定することを含む、項目１８に記載の方法。
項目２０．第１のセンサから離れた第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、プロセッサにより、外科用器具の内側構成要素に対する、外科用器具の外部構成要素の回転度を決定することを含む、項目１８又は１９の方法。
項目２１．第１のセンサから離れた第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、プロセッサにより、外科用器具の構成要素の並進距離を決定することを含む、項目１８〜２０のいずれか１つの方法。
項目２２．複数のセンサのうちの１つ以上によって決定された距離の変化が、少なくとも１つの所定の閾値を満たさないかどうかを測定することによって、外科用器具のエラー条件を、プロセッサにより決定することを含む、項目１８〜２１のいずれか１つの方法。
〔実施の態様〕
（１） ハンドルアセンブリと、
前記ハンドルアセンブリに連結されたシャフトと、
前記シャフトに固定して連結された複数の磁石と、
前記シャフトに連結された複数のセンサであって、各々は、前記複数の磁石のうちの１つ以上から離れた距離を決定するように構成されている、センサと、
前記複数のセンサに通信可能に連結されたプロセッサと、
を備えた外科用器具を含むシステムであって、
前記シャフトが、固定基準面に対する位置を変えるように構成されており、
前記複数の磁石のうちの１つ以上が、前記シャフトの変化位置に対応して位置を変えるように構成されており、
前記複数のセンサのうちの１つ以上は、前記１つ以上の磁石が位置を変えたときに、前記複数のセンサのうちの前記１つ以上に対する、前記複数の磁石のうちの前記１つ以上の距離の変化を決定するように更に構成されており、
前記プロセッサが、前記複数のセンサのうちの１つ以上によって決定された距離の変化を使用して、前記１つ以上の磁石の位置の３次元変化を算出することにより、前記シャフトの位置の３次元変化を決定するように構成されている、
システム。
（２） 前記シャフトが、関節接合継手、前記シャフトの第１の構成要素及び第２の構成要素を含み、前記第１及び前記第２の構成要素が、前記関節接合継手の周囲に連結されており、
前記シャフトの前記第２の構成要素が、前記関節接合継手を中心に関節接合するように構成されており、
前記複数の磁石の第１の磁石が、前記シャフトの前記第２の構成要素に固定して連結されており、
前記複数のセンサの第１のセンサが、前記シャフトの前記第１の構成要素に連結されており、
前記第１のセンサは、前記シャフトの前記第２の構成要素が前記関節接合継手を中心に関節接合すると、前記第１の磁石から離れた距離の変化を測定するように構成されており、
前記プロセッサが、前記第１のセンサから離れた前記第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、前記シャフトの前記第２の構成要素の前記関節接合の位置の前記３次元変化を決定するように構成されている、
実施態様１に記載のシステム。
（３） 前記複数の磁石の第２の磁石は、前記第１の磁石が前記第２の構成要素に連結されている場所とは異なる位置で、前記シャフトの前記第２の構成要素に固定して連結されており、
前記第１のセンサは、前記シャフトの前記第２の構成要素が前記関節接合継手を中心に関節接合すると、前記第２の磁石から離れた距離の変化を測定するように更に構成されており、
前記プロセッサが、前記第１のセンサから離れた前記第１の磁石の測定される距離の変化、及び前記第１のセンサから離れた前記第２の磁石の測定される距離の変化を使用して、前記シャフトの前記第２の構成要素の前記関節接合の位置の前記３次元変化を決定するように更に構成されている、
実施態様２に記載のシステム。
（４） 前記シャフトが、外部シャフト、及び前記外部シャフト内部に位置決めされた内部シャフトを備え、
前記内部シャフトが、前記外部シャフト内で回転するように構成されており、
前記複数の磁石の第１の磁石が、前記外部シャフトに固定して連結されており、
前記複数のセンサの第１のセンサが、前記内部シャフトに固定して連結されており、
前記第１のセンサは、前記外部シャフトが前記内部シャフトに対して回転すると、前記第１の磁石から離れた距離の変化を測定するように構成されており、
前記プロセッサが、前記第１のセンサから離れた前記第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、前記内部シャフトに対する、前記外部シャフトの回転度を決定するように構成されている、
実施態様１に記載のシステム。
（５） 前記複数の磁石の第２の磁石は、前記第１の磁石が前記外部シャフトに連結されている場所とは異なる位置で、前記外部シャフトに固定して連結されており、
前記第１のセンサは、前記外部シャフトが前記内部シャフトに対して回転すると、前記第２の磁石から離れた距離の変化を測定するように更に構成されており、
前記プロセッサが、前記第１のセンサから離れた前記第１の磁石の測定される距離の変化、及び前記第１のセンサから離れた前記第２の磁石の測定される距離の変化を使用して、前記外部シャフトの前記回転度を決定するように更に構成されている、
実施態様４に記載のシステム。
（６） 前記外科用器具が、前記シャフトの遠位端に連結されたエンドエフェクタを更に備え、前記エンドエフェクタが一対の外科用ジョーを備え、
前記シャフトが、前記一対の外科用ジョーの移動を操作するために近位及び遠位に並進するように構成されている、前記一対の外科用ジョーに連結された、クランプアームドライバを備え、
前記複数の磁石の第１の磁石が、前記クランプアームドライバに固定して連結されており、
前記複数のセンサの第１のセンサは、前記クランプアームドライバが並進するときに並進しない前記シャフトの部分に連結されており、
前記第１のセンサは、前記クランプアームドライバが並進すると、前記第１の磁石から離れた距離の変化を測定するように構成されており、
前記プロセッサが、前記第１のセンサから離れた前記第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、前記クランプアームドライバの並進距離を決定するように構成されている、
実施態様１に記載のシステム。
（７） 前記複数の磁石の第２の磁石は、前記第１の磁石が前記外部シャフトに連結されている場所とは異なる位置で、前記クランプアームドライバに固定して連結されており、
前記第１のセンサは、前記クランプアームドライバが並進すると、前記第２の磁石から離れた距離の変化を測定するように更に構成されており、
前記プロセッサが、前記第１のセンサから離れた前記第１の磁石の測定される距離の変化、及び前記第１のセンサから離れた前記第２の磁石の測定される距離の変化を使用して、前記クランプアームドライバの前記並進距離を決定するように更に構成されている、
実施態様６に記載のシステム。
（８） 前記プロセッサは、前記複数のセンサのうちの１つ以上によって決定された距離の変化が、少なくとも１つの所定の閾値を満たさないかどうかを測定することによって、前記外科用器具のエラー条件を決定するように更に構成されている、実施態様１に記載のシステム。
（９） 前記外科用器具が、前記シャフトの遠位端への電気的接続をもたらすよう、及び前記シャフトの関節接合継手を中心にして関節接合するように構成されている可撓性回路を更に備えた、実施態様１に記載のシステム。
（１０） 前記外科用器具が、前記ハンドルアセンブリに通信可能に連結されており、かつ前記シャフトの少なくとも一部を回転させるように構成されている、回転ドライバを更に備えた、実施態様１に記載のシステム。
（１１） 複数の磁石と、
前記複数の磁石のうちの１つ以上から離れた距離を決定するように構成されている複数のセンサと、
前記複数のセンサに通信可能に連結されたプロセッサと、を備えた外科用器具であって、前記プロセッサが、前記複数のセンサのうちの１つ以上によって決定された距離の変化を使用して、前記１つ以上の磁石の位置の３次元変化を算出することにより、前記外科用器具の位置の３次元変化を決定するように構成されている、
外科用器具。
（１２） 前記プロセッサが、第１のセンサから離れた第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、前記外科用器具の構成要素の関節接合の位置の前記３次元変化を決定するように構成されている、実施態様１１に記載の外科用器具。
（１３） 前記プロセッサが、第１のセンサから離れた第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、前記外科用器具の内側構成要素に対する、前記外科用器具の外側構成要素の回転度を決定するように構成されている、実施態様１１に記載の外科用器具。
（１４） 前記プロセッサが、前記第１のセンサから離れた前記第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、前記外科用器具の構成要素の並進距離を決定するように構成されている、実施態様１１に記載の外科用器具。
（１５） 前記プロセッサは、前記複数のセンサのうちの１つ以上によって決定された距離の変化が、少なくとも１つの所定の閾値を満たさないかどうかを測定することによって、前記外科用器具のエラー条件を決定するように更に構成されている、実施態様１１に記載の外科用器具。
（１６） 前記外科用器具が、前記外科用器具の一部に電気的接続をもたらすように構成されている可撓性回路を更に備えた、実施態様１１に記載の外科用器具。
（１７） 前記外科用器具が、前記外科用器具の少なくとも一部を回転するように構成されている回転ドライバを更に備えた、実施態様１１に記載の外科用器具。
（１８） 複数の磁石、前記複数の磁石のうちの１つ以上から離れた距離を決定するように構成されている複数のセンサ、及び前記複数のセンサに通信可能に連結されたプロセッサを備えた外科用器具を制御する方法であって、
前記複数のセンサのうちの１つ以上によって決定された距離の変化を使用して、前記プロセッサにより、前記１つ以上の磁石の位置の３次元変化を算出することによって前記外科用器具の位置の３次元変化を決定することを含む、
方法。
（１９） 第１のセンサから離れた第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、前記プロセッサにより、前記外科用器具の構成要素の関節接合の位置の前記３次元変化を決定することを含む、
実施態様１８に記載の方法。
（２０） 第１のセンサから離れた第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、前記プロセッサにより、前記外科用器具の内側構成要素に対する、前記外科用器具の外側構成要素の回転度を決定すること
を含む、実施態様１８に記載の方法。
（２１） 前記第１のセンサから離れた前記第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、プロセッサにより、前記外科用器具の構成要素の並進距離を決定すること
を含む、実施態様１８に記載の方法。
（２２） 前記複数のセンサのうちの１つ以上によって決定された距離の変化が、少なくとも１つの所定の閾値を満たさないかどうかを測定することによって、前記外科用器具のエラー条件を、前記プロセッサにより決定することを含む、実施態様１８に記載の方法。

Claims (22)

  1. ハンドルアセンブリと、
    前記ハンドルアセンブリに連結されたシャフトと、
    前記シャフトに固定して連結された複数の磁石と、
    前記シャフトに連結された複数のセンサであって、各々は、前記複数の磁石のうちの１つ以上から離れた距離を決定するように構成されている、センサと、
    前記複数のセンサに通信可能に連結されたプロセッサと、
    を備えた外科用器具を含むシステムであって、
    前記シャフトが、固定基準面に対する位置を変えるように構成されており、
    前記複数の磁石のうちの１つ以上が、前記シャフトの変化位置に対応して位置を変えるように構成されており、
    前記複数のセンサのうちの１つ以上は、前記１つ以上の磁石が位置を変えたときに、前記複数のセンサのうちの前記１つ以上に対する、前記複数の磁石のうちの前記１つ以上の距離の変化を決定するように更に構成されており、
    前記プロセッサが、前記複数のセンサのうちの１つ以上によって決定された距離の変化を使用して、前記１つ以上の磁石の位置の３次元変化を算出することにより、前記シャフトの位置の３次元変化を決定するように構成されている、
    システム。
  2. 前記シャフトが、関節接合継手、前記シャフトの第１の構成要素及び第２の構成要素を含み、前記第１及び前記第２の構成要素が、前記関節接合継手の周囲に連結されており、
    前記シャフトの前記第２の構成要素が、前記関節接合継手を中心に関節接合するように構成されており、
    前記複数の磁石の第１の磁石が、前記シャフトの前記第２の構成要素に固定して連結されており、
    前記複数のセンサの第１のセンサが、前記シャフトの前記第１の構成要素に連結されており、
    前記第１のセンサは、前記シャフトの前記第２の構成要素が前記関節接合継手を中心に関節接合すると、前記第１の磁石から離れた距離の変化を測定するように構成されており、
    前記プロセッサが、前記第１のセンサから離れた前記第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、前記シャフトの前記第２の構成要素の前記関節接合の位置の前記３次元変化を決定するように構成されている、
    請求項１に記載のシステム。
  3. 前記複数の磁石の第２の磁石は、前記第１の磁石が前記第２の構成要素に連結されている場所とは異なる位置で、前記シャフトの前記第２の構成要素に固定して連結されており、
    前記第１のセンサは、前記シャフトの前記第２の構成要素が前記関節接合継手を中心に関節接合すると、前記第２の磁石から離れた距離の変化を測定するように更に構成されており、
    前記プロセッサが、前記第１のセンサから離れた前記第１の磁石の測定される距離の変化、及び前記第１のセンサから離れた前記第２の磁石の測定される距離の変化を使用して、前記シャフトの前記第２の構成要素の前記関節接合の位置の前記３次元変化を決定するように更に構成されている、
    請求項２に記載のシステム。
  4. 前記シャフトが、外部シャフト、及び前記外部シャフト内部に位置決めされた内部シャフトを備え、
    前記内部シャフトが、前記外部シャフト内で回転するように構成されており、
    前記複数の磁石の第１の磁石が、前記外部シャフトに固定して連結されており、
    前記複数のセンサの第１のセンサが、前記内部シャフトに固定して連結されており、
    前記第１のセンサは、前記外部シャフトが前記内部シャフトに対して回転すると、前記第１の磁石から離れた距離の変化を測定するように構成されており、
    前記プロセッサが、前記第１のセンサから離れた前記第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、前記内部シャフトに対する、前記外部シャフトの回転度を決定するように構成されている、
    請求項１に記載のシステム。
  5. 前記複数の磁石の第２の磁石は、前記第１の磁石が前記外部シャフトに連結されている場所とは異なる位置で、前記外部シャフトに固定して連結されており、
    前記第１のセンサは、前記外部シャフトが前記内部シャフトに対して回転すると、前記第２の磁石から離れた距離の変化を測定するように更に構成されており、
    前記プロセッサが、前記第１のセンサから離れた前記第１の磁石の測定される距離の変化、及び前記第１のセンサから離れた前記第２の磁石の測定される距離の変化を使用して、前記外部シャフトの前記回転度を決定するように更に構成されている、
    請求項４に記載のシステム。
  6. 前記外科用器具が、前記シャフトの遠位端に連結されたエンドエフェクタを更に備え、前記エンドエフェクタが一対の外科用ジョーを備え、
    前記シャフトが、前記一対の外科用ジョーの移動を操作するために近位及び遠位に並進するように構成されている、前記一対の外科用ジョーに連結された、クランプアームドライバを備え、
    前記複数の磁石の第１の磁石が、前記クランプアームドライバに固定して連結されており、
    前記複数のセンサの第１のセンサは、前記クランプアームドライバが並進するときに並進しない前記シャフトの部分に連結されており、
    前記第１のセンサは、前記クランプアームドライバが並進すると、前記第１の磁石から離れた距離の変化を測定するように構成されており、
    前記プロセッサが、前記第１のセンサから離れた前記第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、前記クランプアームドライバの並進距離を決定するように構成されている、
    請求項１に記載のシステム。
  7. 前記複数の磁石の第２の磁石は、前記第１の磁石が前記外部シャフトに連結されている場所とは異なる位置で、前記クランプアームドライバに固定して連結されており、
    前記第１のセンサは、前記クランプアームドライバが並進すると、前記第２の磁石から離れた距離の変化を測定するように更に構成されており、
    前記プロセッサが、前記第１のセンサから離れた前記第１の磁石の測定される距離の変化、及び前記第１のセンサから離れた前記第２の磁石の測定される距離の変化を使用して、前記クランプアームドライバの前記並進距離を決定するように更に構成されている、
    請求項６に記載のシステム。
  8. 前記プロセッサは、前記複数のセンサのうちの１つ以上によって決定された距離の変化が、少なくとも１つの所定の閾値を満たさないかどうかを測定することによって、前記外科用器具のエラー条件を決定するように更に構成されている、請求項１に記載のシステム。
  9. 前記外科用器具が、前記シャフトの遠位端への電気的接続をもたらすよう、及び前記シャフトの関節接合継手を中心にして関節接合するように構成されている可撓性回路を更に備えた、請求項１に記載のシステム。
  10. 前記外科用器具が、前記ハンドルアセンブリに通信可能に連結されており、かつ前記シャフトの少なくとも一部を回転させるように構成されている、回転ドライバを更に備えた、請求項１に記載のシステム。
  11. 複数の磁石と、
    前記複数の磁石のうちの１つ以上から離れた距離を決定するように構成されている複数のセンサと、
    前記複数のセンサに通信可能に連結されたプロセッサと、を備えた外科用器具であって、前記プロセッサが、前記複数のセンサのうちの１つ以上によって決定された距離の変化を使用して、前記１つ以上の磁石の位置の３次元変化を算出することにより、前記外科用器具の位置の３次元変化を決定するように構成されている、
    外科用器具。
  12. 前記プロセッサが、第１のセンサから離れた第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、前記外科用器具の構成要素の関節接合の位置の前記３次元変化を決定するように構成されている、請求項１１に記載の外科用器具。
  13. 前記プロセッサが、第１のセンサから離れた第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、前記外科用器具の内側構成要素に対する、前記外科用器具の外側構成要素の回転度を決定するように構成されている、請求項１１に記載の外科用器具。
  14. 前記プロセッサが、前記第１のセンサから離れた前記第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、前記外科用器具の構成要素の並進距離を決定するように構成されている、請求項１１に記載の外科用器具。
  15. 前記プロセッサは、前記複数のセンサのうちの１つ以上によって決定された距離の変化が、少なくとも１つの所定の閾値を満たさないかどうかを測定することによって、前記外科用器具のエラー条件を決定するように更に構成されている、請求項１１に記載の外科用器具。
  16. 前記外科用器具が、前記外科用器具の一部に電気的接続をもたらすように構成されている可撓性回路を更に備えた、請求項１１に記載の外科用器具。
  17. 前記外科用器具が、前記外科用器具の少なくとも一部を回転するように構成されている回転ドライバを更に備えた、請求項１１に記載の外科用器具。
  18. 複数の磁石、前記複数の磁石のうちの１つ以上から離れた距離を決定するように構成されている複数のセンサ、及び前記複数のセンサに通信可能に連結されたプロセッサを備えた外科用器具を制御する方法であって、
    前記複数のセンサのうちの１つ以上によって決定された距離の変化を使用して、前記プロセッサにより、前記１つ以上の磁石の位置の３次元変化を算出することによって前記外科用器具の位置の３次元変化を決定することを含む、
    方法。
  19. 第１のセンサから離れた第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、前記プロセッサにより、前記外科用器具の構成要素の関節接合の位置の前記３次元変化を決定することを含む、
    請求項１８に記載の方法。
  20. 第１のセンサから離れた第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、前記プロセッサにより、前記外科用器具の内側構成要素に対する、前記外科用器具の外側構成要素の回転度を決定すること
    を含む、請求項１８に記載の方法。
  21. 前記第１のセンサから離れた前記第１の磁石の測定される距離の変化を使用して、プロセッサにより、前記外科用器具の構成要素の並進距離を決定すること
    を含む、請求項１８に記載の方法。
  22. 前記複数のセンサのうちの１つ以上によって決定された距離の変化が、少なくとも１つの所定の閾値を満たさないかどうかを測定することによって、前記外科用器具のエラー条件を、前記プロセッサにより決定することを含む、請求項１８に記載の方法。
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