JP2021509027A - ロボット補助付き外科用プラットフォームのための通信構成 - Google Patents

ロボット補助付き外科用プラットフォームのための通信構成 Download PDF

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Abstract

様々な外科用システムが開示されている。外科用システムは、発生器を備えるハブと、ツール取付部を備えるロボットと、ツール取付部に着脱可能に取り付けられ、かつ発生器に操作可能に結合されたエネルギーツールと、制御コンソールと、エネルギーツールと制御コンソールとの間に延びる無線通信経路と、を備える。有線通信経路は、エネルギーツールと制御コンソールとの間に延びる。無線通信経路は、検出された組織パラメータを示すデータを制御コンソールに送信するように構成されている。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、「ＤＲＩＶＥ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ−ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する２０１８年３月２８日出願の米国仮特許出願第６２／６４９，３２０号に対する優先権を主張し、その開示全体が参照として本明細書に組み込まれる。
本出願は更に、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する２０１７年１２月２８日出願の米国仮特許出願第６２／６１１，３４１号、「ＣＬＯＵＤ−ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ」と題する２０１７年１２月２８日出願の米国仮特許出願第６２／６１１，３４０号、及び「ＲＯＢＯＴ ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する２０１７年１２月２８日出願の米国仮特許出願第６２／６１１，３３９号の優先権の利益を主張し、それら各々の開示の全体が参照として本明細書に組み込まれる。
本開示はロボット外科システムに関する。ロボット外科システムは、中央制御ユニット、外科医のコマンドコンソール、及び１つ以上のロボットアームを有するロボットを含むことができる。ロボット外科用ツールは、ロボットアームに着脱可能に装着され得る。ロボット外科用ツールの数及び種類は、外科処置の種類に依存し得る。ロボット外科システムは、外科処置中に１つ以上のディスプレイ、及び／又は１つ以上のハンドヘルド式外科用器具と関連させて使用できる。
１つの一般的な態様において、外科用システムが提供される。外科用システムは、発生器を備えるハブと、ツール取付部を備えるロボットと、ツール取付部に着脱可能に取り付けられ、かつ発生器に操作可能に結合されたエネルギーツールと、制御コンソールと、エネルギーツールと制御コンソールとの間に延びる無線通信経路と、を備える。有線通信経路は、エネルギーツールと制御コンソールとの間に延びる。無線通信経路は、検出された組織パラメータを示すデータを制御コンソールに送信するように構成されている。
別の一般的な態様において、外科用システムが提供される。外科用システムは、無線通信モジュールと、ロボットと、フレックス回路と、を備える。ロボットは、ツール取付部と、ツール取付部に着脱可能に取り付けられたエネルギーツールと、を備える。フレックス回路は、ツール取付部とエネルギーツールとの中間に位置付けられ、ツール取付部とエネルギーツールとの間の通信経路を傍受するように位置付けられている。フレックス回路は、無線通信モジュールと通信するように構成された無線送信機に結合されている。
更に別の態様において、外科用システムが提供される。外科用システムは、無線通信モジュールを備えるハブと、着脱可能な外科用ツールとインターフェース接続するように構成されたツール取付部を備えるロボットと、制御コンソールと、を備える。一次通信経路は、有線接続を介してロボットと制御コンソールとの間に延びる。第１の無線通信経路は、ロボットと無線通信モジュールとの間に延びる。第２の無線通信経路は、制御コンソールと無線通信モジュールとの間に延びる。第１の無線通信経路及び第２の無線通信経路は、ロボットと制御コンソールとの間の、一次通信経路とは異なる追加の通信経路の少なくとも一部分を形成する。
別の態様において、システムが提供される。システムは、信号を送信するように構成された無線通信モジュールを備える。システムは、ツールインターフェースを備えるロボット外科用ツールであって、ツールインターフェースは、ロボットツールドライバから駆動運動を受容するように構成された機械的接続と、信号を送信するように構成された電気的接続と、を備える、ロボット外科用ツールを更に備える。システムは、フレックス回路であって、フレックス回路がツールインターフェースと係合されると、信号を傍受するように構成されている、フレックス回路を更に備える。
様々な態様の特徴が、添付された特許請求の範囲で詳細に説明される。ただし、機構、及び動作の方法の両方についての様々な態様は、それらの更なる目的及び利点と共に、以降の添付図面と併せて、以下の説明を参照することにより最もよく理解することができる。
本開示の少なくとも１つの態様による、コンピュータ実装インタラクティブ外科システムのブロック図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、手術室内で外科処置を行うために使用される外科システムである。 本開示の少なくとも１つの態様による可視化システム、ロボットシステム、及びインテリジェント器具とペアリングされた外科用ハブである。 本開示の少なくとも１つの態様による、外科用ハブ筐体、及び外科用ハブ筐体のドロアー内に摺動可能に受容可能な組み合わせ発生器モジュールの部分斜視図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、双極、超音波、及び単極接点、並びに排煙構成要素を備える組み合わせ発生器モジュールの斜視図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、複数のモジュールを受容するように構成された横方向モジュール式ハウジングの複数の横方向ドッキングポートの個々の電力バスアタッチメントを示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、複数のモジュールを受容するように構成された垂直モジュール式ハウジングを示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、医療施設の１つ以上の手術室、又は外科処置のための専門設備を備えた医療施設内の任意の部屋に配置されたモジュール式装置をクラウドに接続するように構成されたモジュール式通信ハブを備える外科用データネットワークを示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、コンピュータ実装インタラクティブ外科システムを示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、モジュール式制御タワーに連結された複数のモジュールを備える外科用ハブを示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ネットワークハブ装置の一態様を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、外科用器具又はツールの制御システムの論理図を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、外科用器具又はツールの態様を制御するように構成された制御回路を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、外科用器具又はツールの態様を制御するように構成された組み合わせ論理回路を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、外科用器具又はツールの態様を制御するように構成された順序論理回路を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、様々な機能を実行するために起動され得る複数のモータを備える外科用器具又はツールを示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、本明細書で説明される外科用ツールを操作するように構成されたロボット外科用器具の概略図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、変位部材の遠位並進を制御するようにプログラムされた外科用器具のブロック図を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、様々な機能を制御するように構成された外科用器具の概略図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、他の利点の中でも、インダクタレス同調を提供するように構成された発生器の簡略化したブロック図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、図２０の発生器の一形態である発生器の例を示す。 本開示の一態様による、ロボット外科システムの概略図である。 本開示の一態様による、手術を行うために使用される低侵襲遠隔手術制御ロボット外科システムの平面図である。 本開示の一態様による、図２３の外科システムの外科医の制御コンソールの斜視図である。 本開示の１つの態様による、図２３の外科システムのエレクトロニクスカートの斜視図である。 本開示の一態様による、遠隔手術制御外科システムの図である。 本開示の一態様による、図２３の外科システムの患者側カートの部分図である。 本開示の一態様による、図２３の外科システム用の遠隔手術操作手術ツールの正面図である。 本開示の一態様による、遠隔手術制御外科システムの概略的な制御図である。 本開示の一態様による、ロボット外科システム、及びその様々な通信経路の立面図である。 図３０のロボット外科システムのロボットツールとツール装着部分との間のインターフェースの斜視分解図である。 本開示の一態様による、図３１のインターフェースの詳細図である。 本開示の一態様による、ロボット外科システムと共に使用するための排煙ポンプを有する双極無線周波数（ＲＦ）ロボットツールの斜視図である。 本開示の一態様による、組織をクランプし処置しているエンドエフェクタを示す、図３３の双極無線周波数ロボットツールのエンドエフェクタの斜視図である。 本開示の一態様による、明確にするために構成要素が取り除かれた、図３３の双極無線周波数ロボットツールのツール駆動インターフェースの平面図である。 本開示の一態様による、ロボット外科システムと共に使用するための冷却及び送気機構を有する超音波ロボットツールの平面図である。 本開示の一態様による、ロボット外科システムと共に使用するためのロボットツール用の制御アルゴリズムのフローチャートである。 本開示の一態様による、ロボット外科用ツール用の駆動システムの斜視図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、図３８の駆動システムの分解斜視図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、近位ハウジング内の伝達装置構成を示す、図３８のロボット外科用ツールの近位ハウジングの部分的斜視断面図である。 本開示の一態様による、図４０の伝達装置構成の分解斜視図である。 本開示の一態様による、明確にするために様々な部分が取り除かれた、図４０の伝達装置構成の分解斜視図であり、第１の協働駆動部が第１の出力シャフトに駆動連結され、第２の協働駆動部が第２の出力シャフトに駆動連結された第１の構成にある伝達装置構成を示す。 本開示の一態様による、明確にするために様々な部分が取り除かれた、図４０の伝達装置構成の分解斜視図であり、第１の協働駆動部及び第２の協働駆動部が第３の出力シャフトに駆動連結された第２の構成にある伝達装置構成を示す。 本開示の一態様による、明確にするために様々な部分が取り除かれた、図４０の伝達装置構成の分解斜視図であり、第１の協働駆動部及び第２の協働駆動部が第４の出力シャフトに駆動連結された第３の構成にある伝達装置構成を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、図４０の伝達装置構成の分解横断立面図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、図３８のロボット外科用ツールの様々な手術機能に対する出力トルクのグラフ表示である。 本開示の一態様による、非作動の構成にある図３８のロボット外科用ツールの斜視図である。 本開示の一態様による、関節運動させた構成にある図３８のロボット外科用ツールの斜視図である。 本開示の一態様による、回転させた構成にある図３８のロボット外科用ツールの斜視図である。 本開示の一態様による、クランプされかつ発射された構成にある図３８のロボット外科用ツールの斜視図である。 本開示の一態様による、手術部位におけるロボット制御エンドエフェクタの図である。 本開示の一態様による、図５１のロボット制御エンドエフェクタの図である。 本開示の一態様による、図５１のロボット制御エンドエフェクタのうちの１つに対する力及び変位のグラフ表示である。 本開示の一態様による、ロボット外科システムと共に使用するための１つの外科用ツールの制御アルゴリズムのフローチャートである。 本開示の一態様による、ロボット外科システム及びハンドヘルド式外科用器具が関与し、手術現場内の複数のディスプレイを示す、外科処置の立面図である。 本開示の一態様による、外科用ハブの状況認識を示す時間線である。
本願の出願人は、２０１８年３月２８日に出願された以下の米国仮特許出願を所有し、それら各々の全体が参照として本明細書に組み込まれる。
・「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＥＮＣＲＹＰＴＥＤ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＩＥＳ」と題する米国仮特許出願第６２／６４９，３０２号、
・「ＤＡＴＡ ＳＴＲＩＰＰＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤ ＴＯ ＩＮＴＥＲＲＯＧＡＴＥ ＰＡＴＩＥＮＴ ＲＥＣＯＲＤＳ ＡＮＤ ＣＲＥＡＴＥ ＡＮＯＮＹＭＩＺＥＤ ＲＥＣＯＲＤ」と題する米国仮特許出願第６２／６４９，２９４号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢ ＳＩＴＵＡＴＩＯＮＡＬ ＡＷＡＲＥＮＥＳＳ」と題する米国仮特許出願第６２／６４９，３００号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢ ＳＰＡＴＩＡＬ ＡＷＡＲＥＮＥＳＳ ＴＯ ＤＥＴＥＲＭＩＮＥ ＤＥＶＩＣＥＳ ＩＮ ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ ＴＨＥＡＴＥＲ」と題する米国仮特許出願第６２／６４９，３０９号、
・「ＣＯＭＰＵＴＥＲ ＩＭＰＬＥＭＥＮＴＥＤ ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ」と題する米国仮特許出願第６２／６４９，３１０号、
・「ＵＳＥ ＯＦ ＬＡＳＥＲ ＬＩＧＨＴ ＡＮＤ ＲＥＤ−ＧＲＥＥＮ−ＢＬＵＥ ＣＯＬＯＲＡＴＩＯＮ ＴＯ ＤＥＴＥＲＭＩＮＥ ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ ＯＦ ＢＡＣＫ ＳＣＡＴＴＥＲＥＤ ＬＩＧＨＴ」と題する米国仮特許出願第６２／６４９，２９１号、
・「ＡＤＡＰＴＩＶＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＰＲＯＧＲＡＭ ＵＰＤＡＴＥＳ ＦＯＲ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題する米国仮特許出願第６２／６４９，２９６号、
・「ＣＬＯＵＤ−ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＦＯＲ ＣＵＳＴＯＭＩＺＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＲＥＣＯＭＭＥＮＤＡＴＩＯＮＳ ＴＯ Ａ ＵＳＥＲ」と題する米国仮特許出願第６２／６４９，３３３号、
・「ＣＬＯＵＤ−ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＦＯＲ ＳＥＣＵＲＩＴＹ ＡＮＤ ＡＵＴＨＥＮＴＩＣＡＴＩＯＮ ＴＲＥＮＤＳ ＡＮＤ ＲＥＡＣＴＩＶＥ ＭＥＡＳＵＲＥＳ」と題する米国仮特許出願第６２／６４９，３２７号、
・「ＤＡＴＡ ＨＡＮＤＬＩＮＧ ＡＮＤ ＰＲＩＯＲＩＴＩＺＡＴＩＯＮ ＩＮ Ａ ＣＬＯＵＤ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＮＥＴＷＯＲＫ」と題する米国仮特許出願第６２／６４９，３１５号、
・「ＣＬＯＵＤ ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ ＦＯＲ ＣＯＵＰＬＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題する米国仮特許出願第６２／６４９，３１３号、
・「ＤＲＩＶＥ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ−ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する米国仮特許出願第６２／６４９，３２０号、
・「ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ ＴＯＯＬ ＡＤＪＵＳＴＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ−ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する米国仮特許出願第６２／６４９，３０７号、及び
・「ＳＥＮＳＩＮＧ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ−ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する米国仮特許出願第６２／６４９，３２３号。
本願の出願人は、２０１８年３月２９日に出願された以下の米国特許出願を所有し、それら各々の全体が参照として本明細書に組み込まれる。
・「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＥＮＣＲＹＰＴＥＤ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＩＥＳ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８４９９ＵＳＮＰ／１７０７６６、
・「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＣＯＮＤＩＴＩＯＮ ＨＡＮＤＬＩＮＧ ＯＦ ＤＥＶＩＣＥＳ ＡＮＤ ＤＡＴＡ ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＩＥＳ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８４９９ＵＳＮＰ１／１７０７６６−１、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢ ＣＯＯＲＤＩＮＡＴＩＯＮ ＯＦ ＣＯＮＴＲＯＬ ＡＮＤ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ ＲＯＯＭ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８４９９ＵＳＮＰ２／１７０７６６−２、
・「ＳＰＡＴＩＡＬ ＡＷＡＲＥＮＥＳＳ ＯＦ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢＳ ＩＮ ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ ＲＯＯＭＳ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８４９９ＵＳＮＰ３／１７０７６６−３、
・「ＣＯＯＰＥＲＡＴＩＶＥ ＵＴＩＬＩＺＡＴＩＯＮ ＯＦ ＤＡＴＡ ＤＥＲＩＶＥＤ ＦＲＯＭ ＳＥＣＯＮＤＡＲＹ ＳＯＵＲＣＥＳ ＢＹ ＩＮＴＥＬＬＩＧＥＮＴ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢＳ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８４９９ＵＳＮＰ４／１７０７６６−４、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢ ＣＯＮＴＲＯＬ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８４９９ＵＳＮＰ５／１７０７６６−５、
・「ＤＡＴＡ ＳＴＲＩＰＰＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤ ＴＯ ＩＮＴＥＲＲＯＧＡＴＥ ＰＡＴＩＥＮＴ ＲＥＣＯＲＤＳ ＡＮＤ ＣＲＥＡＴＥ ＡＮＯＮＹＭＩＺＥＤ ＲＥＣＯＲＤ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５００ＵＳＮＰ／１７０７６７、
・「ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＨＵＢ ＡＮＤ ＳＴＯＲＡＧＥ ＤＥＶＩＣＥ ＦＯＲ ＳＴＯＲＩＮＧ ＰＡＲＡＭＥＴＥＲＳ ＡＮＤ ＳＴＡＴＵＳ ＯＦ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥ ＴＯ ＢＥ ＳＨＡＲＥＤ ＷＩＴＨ ＣＬＯＵＤ ＢＡＳＥＤ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＳＹＳＴＥＭＳ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５００ＵＳＮＰ１／１７０７６７−１、
・「ＳＥＬＦ ＤＥＳＣＲＩＢＩＮＧ ＤＡＴＡ ＰＡＣＫＥＴＳ ＧＥＮＥＲＡＴＥＤ ＡＴ ＡＮ ＩＳＳＵＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５００ＵＳＮＰ２／１７０７６７−２、
・「ＤＡＴＡ ＰＡＩＲＩＮＧ ＴＯ ＩＮＴＥＲＣＯＮＮＥＣＴ Ａ ＤＥＶＩＣＥ ＭＥＡＳＵＲＥＤ ＰＡＲＡＭＥＴＥＲ ＷＩＴＨ ＡＮ ＯＵＴＣＯＭＥ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５００ＵＳＮＰ３／１７０７６７−３、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢ ＳＩＴＵＡＴＩＯＮＡＬ ＡＷＡＲＥＮＥＳＳ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０１ＵＳＮＰ／１７０７６８、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭ ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＥＤ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０１ＵＳＮＰ１／１７０７６８−１、
・「ＡＧＧＲＥＧＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＲＥＰＯＲＴＩＮＧ ＯＦ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢ ＤＡＴＡ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０１ＵＳＮＰ２／１７０７６８−２、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢ ＳＰＡＴＩＡＬ ＡＷＡＲＥＮＥＳＳ ＴＯ ＤＥＴＥＲＭＩＮＥ ＤＥＶＩＣＥＳ ＩＮ ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ ＴＨＥＡＴＥＲ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０２ＵＳＮＰ／１７０７６９、
・「ＤＩＳＰＬＡＹ ＯＦ ＡＬＩＧＮＭＥＮＴ ＯＦ ＳＴＡＰＬＥ ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ ＴＯ ＰＲＩＯＲ ＬＩＮＥＡＲ ＳＴＡＰＬＥ ＬＩＮＥ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０２ＵＳＮＰ１／１７０７６９−１、
・「ＳＴＥＲＩＬＥ ＦＩＥＬＤ ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＤＩＳＰＬＡＹＳ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０２ＵＳＮＰ２／１７０７６９−２、
・「ＣＯＭＰＵＴＥＲ ＩＭＰＬＥＭＥＮＴＥＤ ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０３ＵＳＮＰ／１７０７７０、
・「ＵＳＥ ＯＦ ＬＡＳＥＲ ＬＩＧＨＴ ＡＮＤ ＲＥＤ−ＧＲＥＥＮ−ＢＬＵＥ ＣＯＬＯＲＡＴＩＯＮ ＴＯ ＤＥＴＥＲＭＩＮＥ ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ ＯＦ ＢＡＣＫ ＳＣＡＴＴＥＲＥＤ ＬＩＧＨＴ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０４ＵＳＮＰ／１７０７７１、
・「ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＺＡＴＩＯＮ ＯＦ ＴＩＳＳＵＥ ＩＲＲＥＧＵＬＡＲＩＴＩＥＳ ＴＨＲＯＵＧＨ ＴＨＥ ＵＳＥ ＯＦ ＭＯＮＯ−ＣＨＲＯＭＡＴＩＣ ＬＩＧＨＴ ＲＥＦＲＡＣＴＩＶＩＴＹ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０４ＵＳＮＰ１／１７０７７１−１、及び
・「ＤＵＡＬ ＣＭＯＳ ＡＲＲＡＹ ＩＭＡＧＩＮＧ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０４ＵＳＮＰ２／１７０７７１−２。
本願の出願人は、２０１８年３月２９日に出願された以下の米国特許出願を所有し、それら各々の全体が参照として本明細書に組み込まれる。
・「ＡＤＡＰＴＩＶＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＰＲＯＧＲＡＭ ＵＰＤＡＴＥＳ ＦＯＲ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０６ＵＳＮＰ／１７０７７３、
・「ＡＤＡＰＴＩＶＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＰＲＯＧＲＡＭ ＵＰＤＡＴＥＳ ＦＯＲ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢＳ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０６ＵＳＮＰ１／１７０７７３−１、
・「ＣＬＯＵＤ−ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＦＯＲ ＣＵＳＴＯＭＩＺＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＲＥＣＯＭＭＥＮＤＡＴＩＯＮＳ ＴＯ Ａ ＵＳＥＲ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０７ＵＳＮＰ／１７０７７４、
・「ＣＬＯＵＤ−ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＦＯＲ ＬＩＮＫＩＮＧ ＯＦ ＬＯＣＡＬ ＵＳＡＧＥ ＴＲＥＮＤＳ ＷＩＴＨ ＴＨＥ ＲＥＳＯＵＲＣＥ ＡＣＱＵＩＳＩＴＩＯＮ ＢＥＨＡＶＩＯＲＳ ＯＦ ＬＡＲＧＥＲ ＤＡＴＡ ＳＥＴ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０７ＵＳＮＰ１／１７０７７４−１、
・「ＣＬＯＵＤ−ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＦＯＲ ＭＥＤＩＣＡＬ ＦＡＣＩＬＩＴＹ ＳＥＧＭＥＮＴＥＤ ＩＮＤＩＶＩＤＵＡＬＩＺＡＴＩＯＮ ＯＦ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＦＵＮＣＴＩＯＮ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０７ＵＳＮＰ２／１７０７７４−２、
・「ＣＬＯＵＤ−ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＦＯＲ ＳＥＣＵＲＩＴＹ ＡＮＤ ＡＵＴＨＥＮＴＩＣＡＴＩＯＮ ＴＲＥＮＤＳ ＡＮＤ ＲＥＡＣＴＩＶＥ ＭＥＡＳＵＲＥＳ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０８ＵＳＮＰ／１７０７７５、
・「ＤＡＴＡ ＨＡＮＤＬＩＮＧ ＡＮＤ ＰＲＩＯＲＩＴＩＺＡＴＩＯＮ ＩＮ Ａ ＣＬＯＵＤ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＮＥＴＷＯＲＫ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０９ＵＳＮＰ／１７０７７６、及び
・「ＣＬＯＵＤ ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ ＦＯＲ ＣＯＵＰＬＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５１０ＵＳＮＰ／１７０７７７。
本願の出願人は、２０１８年３月２９日に出願された以下の米国特許出願を所有し、それら各々の全体が参照として本明細書に組み込まれる。
・「ＤＲＩＶＥ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ−ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５１１ＵＳＮＰ／１７０７７８、
・「ＣＯＮＴＲＯＬＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ−ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５１１ＵＳＮＰ２／１７０７７８−２、
・「ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ ＴＯＯＬ ＡＤＪＵＳＴＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ−ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５１２ＵＳＮＰ／１７０７７９、
・「ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ−ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５１２ＵＳＮＰ１／１７０７７９−１、
・「ＣＯＯＰＥＲＡＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＡＣＴＩＯＮＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ−ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５１２ＵＳＮＰ２／１７０７７９−２、
・「ＤＩＳＰＬＡＹ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ−ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５１２ＵＳＮＰ３／１７０７７９−３、及び
・「ＳＥＮＳＩＮＧ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ−ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する米国特許出願第＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５１３ＵＳＮＰ／１７０７８０。
外科用装置及び発生器の様々な態様を詳細に説明する前に、例示される実施例は、適用又は用途において、添付の図面及び説明で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。例示的な実施例は、他の態様、変形形態、及び修正で実施されるか、又はそれらに組み込まれてもよく、様々な方法で実施又は実行されてもよい。更に、特に明記しない限り、本明細書で用いられる用語及び表現は、読者の便宜のために例示的な実施例を説明する目的で選択されたものであり、それらを限定するためのものではない。更に、以下に記述される態様、態様の具現、及び／又は実施例のうち１つ以上を、以下に記述される他の態様、態様の具現、及び／又は実施例のうち任意の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。
図１を参照すると、コンピュータ実装インタラクティブ外科システム１００は、１つ以上の外科システム１０２と、クラウドベースのシステム（例えば、ストレージ装置１０５に連結されたリモートサーバ１１３を含み得るクラウド１０４）と、を含む。各外科システム１０２は、リモートサーバ１１３を含み得るクラウド１０４と通信する少なくとも１つの外科用ハブ１０６を含む。一実施例では、図１に示すように、外科システム１０２は、互いに、及び／又はハブ１０６と通信するように構成された、可視化システム１０８と、ロボットシステム１１０と、ハンドヘルド式インテリジェント外科用器具１１２と、を含む。いくつかの態様では、外科システム１０２は、Ｍ個のハブ１０６と、Ｎ個の可視化システム１０８と、Ｏ個のロボットシステム１１０と、Ｐ個のハンドヘルド式インテリジェント外科用器具１１２と、を含んでもよく、ここでＭ、Ｎ、Ｏ、及びＰは１以上の整数である。
図３は、外科手術室１１６内の手術台１１４上に横たわる患者に対して外科処置を実施するために使用される外科システム１０２の一例を示す。ロボットシステム１１０は、外科処置において外科システム１０２の一部として使用される。ロボットシステム１１０は、外科医のコンソール１１８と、患者側カート１２０（外科用ロボット）と、外科用ロボットハブ１２２と、を含む。患者側カート１２０は、患者の身体の低侵襲切開中に、外科医が外科医のコンソール１１８を介して手術部位を見る間、少なくとも１つの取り外し可能に連結された外科用ツール１１７を操作することができる。手術部位の画像は医療用撮像デバイス１２４によって得ることができ、医療用撮像デバイス１２４は撮像デバイス１２４を配向するために患者側カート１２０によって操作され得る。ロボットハブ１２２は、外科医のコンソール１１８を介して外科医に対するその後の表示のために、手術部位の画像を処理するよう用いることができる。
他のタイプのロボットシステムを、外科システム１０２と共に使用するために容易に適合させることができる。本開示と共に使用するのに好適なロボットシステム及び外科用ツールの様々な例は、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年１２月２８日出願の「ＲＯＢＯＴ ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する米国仮特許出願第６２／６１１，３３９号に記載されている。
クラウド１０４によって実施され、本開示と共に使用するのに好適なクラウドベース分析の様々な例は、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年１２月２８日出願の「ＣＬＯＵＤ−ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ」と題する米国仮特許出願第６２／６１１，３４０号に記載されている。
様々な態様では、撮像デバイス１２４は、少なくとも１つの画像センサと１つ以上の光学構成要素とを含む。好適な画像センサとしては、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ及び相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサが挙げられるが、これらに限定されない。
撮像デバイス１２４の光学構成要素は、１つ以上の照明光源及び／又は１つ以上のレンズを含んでもよい。１つ以上の照明光源は、手術野の一部を照明するように方向付けられてもよい。１つ以上の画像センサは、組織及び／又は外科用器具から反射又は屈折された光を含む、手術野から反射又は屈折された光を受信することができる。
１つ以上の照明光源は、可視スペクトル及び不可視スペクトル内の電磁エネルギーを放射するように構成され得る。光学スペクトル又は発光スペクトルと呼ばれることもある可視スペクトルは、人間の目に可視の（すなわち、人間の目で検出可能な）電磁スペクトルの一部分であり、可視光、又は単に光と呼ばれることがある。典型的な人間の目は、空気中の約３８０ｎｍ〜約７５０ｎｍの波長に反応する。
不可視スペクトル（すなわち、非発光スペクトル）は、可視スペクトルの下方及び上方に位置する電磁スペクトルの一部分である（すなわち、約３８０ｎｍ未満及び約７５０ｎｍ超の波長）。不可視スペクトルは、人間の目で検出可能ではない。約７５０ｎｍを超える波長は、赤色可視スペクトルよりも長く、これらは不可視赤外線（ＩＲ）、マイクロ波、及び無線電磁放射線になる。約３８０ｎｍ未満の波長は、紫色スペクトルよりも短く、これらは不可視紫外線、Ｘ線、及びガンマ線電磁放射線になる。
様々な態様では、撮像デバイス１２４は、低侵襲性手術で使用するように構成されている。本開示と共に使用するのに好適な撮像デバイスの例としては、関節鏡、血管鏡、気管支鏡、胆道鏡、結腸鏡、サイトスコープ（cytoscope）、十二指腸鏡、腸鏡、食道胃十二指腸鏡（胃鏡）、内視鏡、喉頭鏡、鼻咽喉−腎盂鏡（nasopharyngo-neproscope）、Ｓ状結腸鏡、胸腔鏡、及び尿管鏡が挙げられるが、これらに限定されない。
一態様では、撮像デバイスは、トポグラフィーと下層構造とを区別するためにマルチスペクトルモニタリングを用いる。マルチスペクトル画像は、電磁スペクトルにわたって特定の波長範囲内の画像データを取り込むものである。波長は、フィルタによって、又は可視光範囲を超える周波数、例えば、ＩＲ及び紫外光を含む特定の波長からの光に感受性の器具を使用することによって分離することができる。スペクトル撮像法は、人間の目がその赤色、緑色、及び青色の受容体で捕捉することのできない追加情報の抽出を可能にすることができる。マルチスペクトル撮像法の使用は、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる２０１７年１２月２８日出願の「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する米国仮特許出願第６２／６１１，３４１号の「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｉｍａｇｉｎｇ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ」の項で詳細に説明されている。マルチスペクトルモニタリングは、１つの手術作業が完了した後に、処置された組織上で上述の試験の１つ以上を実施するために手術野を再配置するのに有用なツールであり得る。
いかなる外科手術においても手術室及び外科用器具の厳格な滅菌が必要であることは自明である。「手術現場（surgical theater）」、すなわち手術室又は処置室に必要とされる厳格な衛生及び滅菌条件は、全ての医療装置及び機器の最大級の滅菌性を必要とする。その滅菌プロセスの一部は、撮像デバイス１２４並びにその付属品及び構成要素を含む、患者と接触する、又は滅菌野に侵入するあらゆるものを滅菌する必要性である。滅菌野は、トレイ内又は滅菌タオル上などの、微生物を含まないと見なされる特定の領域と見なされ得ること、又は滅菌野は、外科処置のために準備された患者のすぐ周囲の領域と見なされ得ることは理解されよう。滅菌野は、適切な衣類を着用した洗浄済みのチーム構成員、並びにその領域内の全ての備品及び固定具を含み得る。
様々な態様では、可視化システム１０８は、図２に示されるように、滅菌野に対して戦略的に構成された１つ以上の撮像センサと、１つ以上の画像処理ユニットと、１つ以上のストレージアレイと、１つ以上のディスプレイと、を含む。一態様では、可視化システム１０８は、ＨＬ７、ＰＡＣＳ、及びＥＭＲのインターフェースを含む。可視化システム１０８の様々な構成要素については、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる２０１７年１２月２８日出願の「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する米国仮特許出願第６２／６１１，３４１号の「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｉｍａｇｉｎｇ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ」の項で説明されている。
図２に示すように、一次ディスプレイ１１９は、手術台１１４に位置する操作者に可視であるように、滅菌野内に配置される。加えて、可視化タワー１１１は、滅菌野の外に位置付けられる。可視化タワー１１１は、互いに離れる方に面する第１の非滅菌ディスプレイ１０７及び第２の非滅菌ディスプレイ１０９を含む。ハブ１０６によって誘導される可視化システム１０８は、ディスプレイ１０７、１０９、及び１１９を使用して、滅菌野の内側及び外部の操作者に対する情報フローを調整するように構成されている。例えば、ハブ１０６は、可視化システム１０８に、一次ディスプレイ１１９上の手術部位のライブ映像を維持させながら、撮像デバイス１２４によって記録される手術部位のスナップショットを非滅菌ディスプレイ１０７又は１０９上に表示させることができる。非滅菌ディスプレイ１０７又は１０９上のスナップショットは、例えば、非滅菌操作者が外科処置に関連する診断工程を実施することを可能にすることができる。
一態様では、ハブ１０６は、可視化タワー１１１に位置する非滅菌操作者によって入力された診断入力又はフィードバックを滅菌領域内の一次ディスプレイ１１９に送り、これを手術台に位置する滅菌操作者が見ることができるようにも構成される。一実施例では、入力は、ハブ１０６によって一次ディスプレイ１１９に送ることができる、非滅菌ディスプレイ１０７又は１０９上に表示されるスナップショットに対する修正の形態であり得る。
図２を参照すると、外科用器具１１２は、外科処置において外科システム１０２の一部として使用されている。ハブ１０６はまた、外科用器具１１２のディスプレイへの情報フローを調整するようにも構成されている。例えば、「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する２０１７年１２月２８日出願の米国仮特許出願第６２／６１１，３４１号における、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。可視化タワー１１１の位置で非滅菌操作者によって入力される診断入力又はフィードバックは、滅菌野内でハブ１０６によって外科用器具ディスプレイ１１５に送られてもよく、ここで診断入力又はフィードバックは外科用器具１１２の操作者によって見られてもよい。外科システム１０２と共に用いるのに好適な例示的外科用器具については、例えば、「外科用器具のハードウェア」の項目、及びその開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する２０１７年１２月２８日出願の米国仮特許出願第６２／６１１，３４１号で説明されている。
ここで図３を参照すると、ハブ１０６が、可視化システム１０８、ロボットシステム１１０、及びハンドヘルド式インテリジェント外科用器具１１２と通信している状態で示されている。ハブ１０６は、ハブディスプレイ１３５、撮像モジュール１３８、発生器モジュール１４０、通信モジュール１３０、プロセッサモジュール１３２、及びストレージアレイ１３４を含む。特定の態様では、図３に示すように、ハブ１０６は、排煙モジュール１２６及び／又は吸引／灌注モジュール１２８を更に含む。
外科処置中、封止及び／又は切断のための組織へのエネルギー印加は、一般に、排煙、過剰な流体の吸引、及び／又は組織の灌注を伴う。異なる供給源からの流体、電力、及び／又はデータラインは、外科処置中に絡まり合うことが多い。外科処置中にこの問題に対処することで貴重な時間が失われる場合がある。ラインの絡まりをほどくには、それらの対応するモジュールからラインを抜くことが必要となる場合があり、そのためにはモジュールをリセットすることが必要となる場合がある。ハブのモジュール式筐体１３６は、電力、データ、及び流体ラインを管理するための統一環境を提供し、このようなライン間の絡まりの頻度を低減させる。
本開示の態様は、手術部位における組織へのエネルギー印加を伴う外科処置において使用するための外科用ハブを提示する。外科用ハブは、ハブ筐体と、ハブ筐体のドッキングステーション内に摺動可能に受容可能な組み合わせ発生器モジュールと、を含む。ドッキングステーションはデータ及び電力接点を含む。組み合わせ発生器モジュールは、単一ユニット内に収容された、超音波エネルギー発生器構成要素、双極ＲＦエネルギー発生器構成要素、及び単極ＲＦエネルギー発生器構成要素のうちの２つ以上を含む。一態様では、組み合わせ発生器モジュールは、更に、排煙構成要素と、組み合わせ発生器モジュールを外科用器具に接続するための少なくとも１つのエネルギー供給ケーブルと、組織への治療エネルギーの印加によって発生した煙、流体、及び／又は微粒子を排出するように構成された少なくとも１つの排煙構成要素と、遠隔手術部位から排煙構成要素まで延在する流体ラインと、を含む。
一態様では、流体ラインは第１の流体ラインであり、第２の流体ラインは、遠隔手術部位から、ハブ筐体内に摺動可能に受容される吸引及び灌注モジュールまで延在する。一態様では、ハブ筐体は、流体インターフェースを備える。
特定の外科処置は、２つ以上のエネルギータイプを組織に印加することを必要とする場合がある。１つのエネルギータイプは、組織を切断するのにより有益であり得るが、別の異なるエネルギータイプは、組織を封止するのにより有益であり得る。例えば、双極発生器は組織を封止するために使用することができ、一方で、超音波発生器は封止された組織を切断するために使用することができる。本開示の態様は、ハブのモジュール式筐体１３６が様々な発生器を収容して、これらの間の双方向通信を促進するように構成される解決法を提示する。ハブのモジュール式筐体１３６の利点の１つは、様々なモジュールの迅速な取り外し及び／又は交換を可能にすることである。
本開示の態様は、組織へのエネルギー印加を伴う外科処置で使用するためのモジュール式外科用筐体を提示する。モジュール式外科用筐体は、組織に印加するための第１のエネルギーを発生させるように構成された第１のエネルギー発生器モジュールと、第１のデータ及び電力接点を含む第１のドッキングポートを備える第１のドッキングステーションと、を含み、第１のエネルギー発生器モジュールは、電力及びデータ接点と電気係合するように摺動可能に移動可能であり、また第１のエネルギー発生器モジュールは、第１の電力及びデータ接点との電気係合から外れるように摺動可能に移動可能である。
上記に加えて、モジュール式外科用筐体は、第１のエネルギーとは異なる、組織に印加するための第２のエネルギーを発生させるように構成された第２のエネルギー発生器モジュールと、第２のデータ及び電力接点を含む第２のドッキングポートを備える第２のドッキングステーションと、を更に含み、第２のエネルギー発生器モジュールは、電力及びデータ接点と電気係合するように摺動可能に移動可能であり、また第２のエネルギー発生器モジュールは、第２の電力及びデータ接点との電気係合から外れるように摺動可能に移動可能である。
更に、モジュール式外科用筐体は、第１のエネルギー発生器モジュールと第２のエネルギー発生器モジュールとの間の通信を容易にするように構成された、第１のドッキングポートと第２のドッキングポートとの間の通信バスを更に含む。
図３〜図７を参照すると、発生器モジュール１４０と、排煙モジュール１２６と、吸引／灌注モジュール１２８と、のモジュール式統合を可能にするハブのモジュール式筐体１３６に関する本開示の態様が提示される。ハブのモジュール式筐体１３６は、モジュール１４０、１２６、１２８間の双方向通信を更に促進する。図５に示すように、発生器モジュール１４０は、ハブのモジュール式筐体１３６に摺動可能に挿入可能な単一のハウジングユニット１３９内に支持される、統合された単極、双極、及び超音波構成要素を備える発生器モジュールであってもよい。図５に示すように、発生器モジュール１４０は、単極装置１４６、双極装置１４７、及び超音波装置１４８に接続するように構成され得る。あるいは、発生器モジュール１４０は、ハブのモジュール式筐体１３６を介して相互作用する一連の単極、双極、及び／又は超音波発生器モジュールを備えてもよい。ハブのモジュール式筐体１３６は、複数の発生器が単一の発生器として機能するように、複数の発生器の挿入と、ハブのモジュール式筐体１３６にドッキングされた発生器間の双方向通信と、を促進するように構成されてもよい。
一態様では、ハブのモジュール式筐体１３６は、モジュール１４０、１２６、１２８の取り外し可能な取り付け及びそれらの間の双方向通信を可能にするために、外部及び無線通信ヘッダを備えるモジュール式電力及び通信バックプレーン１４９を備える。
一態様では、ハブのモジュール式筐体１３６は、モジュール１４０、１２６、１２８を摺動可能に受容するように構成された、本明細書ではドロアーとも称されるドッキングステーション又はドロアー１５１を含む。図４は、外科用ハブ筐体１３６、及び外科用ハブ筐体１３６のドッキングステーション１５１に摺動可能に受容可能な組み合わせ発生器モジュール１４５の部分斜視図を示す。組み合わせ発生器モジュール１４５の後側に電力及びデータ接点を有するドッキングポート１５２は、組み合わせ発生器モジュール１４５がハブのモジュール式筐体１３６の対応するドッキングステーション１５１内の位置へと摺動されると、対応するドッキングポート１５０をハブのモジュール式筐体１３６の対応するドッキングステーション１５１の電力及びデータ接点と係合するように構成される。一態様では、組み合わせ発生器モジュール１４５は、図５に示すように、双極、超音波、及び単極モジュールと、単一のハウジングユニット１３９と共に一体化された排煙モジュールと、を含む。
様々な態様では、排煙モジュール１２６は、捕捉／回収された煙及び／又は流体を手術部位から遠ざけて、例えば、排煙モジュール１２６へと搬送する流体ライン１５４を含む。排煙モジュール１２６から発生する真空吸引は、煙を手術部位のユーティリティ導管の開口部に引き込むことができる。流体ラインに連結されたユーティリティ導管は、排煙モジュール１２６で終端する可撓管の形態であってもよい。ユーティリティ導管及び流体ラインは、ハブ筐体１３６内に受容される排煙モジュール１２６に向かって延在する流体経路を画定する。
様々な態様では、吸引／灌注モジュール１２８は、吸い込み（aspiration）流体ライン及び吸引（suction）流体ラインを含む外科用ツールに連結される。一実施例では、吸い込み及び吸引流体ラインは、手術部位から吸引／灌注モジュール１２８に向かって延在する可撓管の形態である。１つ以上の駆動システムは、手術部位への、及び手術部位からの流体の灌注及び吸い込みを引き起こすように構成され得る。
一態様では、外科用ツールは、その遠位端にエンドエフェクタを有するシャフトと、エンドエフェクタに関連付けられた少なくとも１つのエネルギー処置部と、吸い込み管と、灌注管と、を含む。吸い込み管は、その遠位端に入口ポートを有することができ、吸い込み管はシャフトを通って延在する。同様に、灌注管はシャフトを通って延在することができ、かつ、エネルギー送達器具に近接した入口ポートを有することができる。エネルギー送達器具は、超音波及び／又はＲＦエネルギーを手術部位に送達するように構成され、最初にシャフトを通って延在するケーブルによって発生器モジュール１４０に連結される。
灌注管は流体源と流体連通することができ、吸い込み管は真空源と流体連通することができる。流体源及び／又は真空源は、吸引／灌注モジュール１２８内に収容され得る。一実施例では、流体源及び／又は真空源は、吸引／灌注モジュール１２８とは別にハブ筐体１３６内に収容され得る。このような実施例では、流体インターフェースは、吸引／灌注モジュール１２８を流体源及び／又は真空源に接続するように構成され得る。
一態様では、モジュール１４０、１２６、１２８及び／又はハブのモジュール式筐体１３６上のそれらの対応するドッキングステーションは、モジュールのドッキングポートを位置合わせして、ハブのモジュール式筐体１３６のドッキングステーション内でこれらの対応部品と係合させるように構成された位置合わせ機構を含み得る。例えば、図４に示すように、組み合わせ発生器モジュール１４５は、ハブのモジュール式筐体１３６の対応するドッキングステーション１５１の対応するブラケット１５６と摺動可能に係合するように構成された側部ブラケット１５５を含む。ブラケットは協働して、組み合わせ発生器モジュール１４５のドッキングポート接点をハブのモジュール式筐体１３６のドッキングポート接点と電気係合させるように誘導する。
いくつかの態様では、ハブのモジュール式筐体１３６のドロアー１５１はサイズが同じ又は実質的に同じであり、モジュールはドロアー１５１内に受容されるサイズに調整される。例えば、側部ブラケット１５５及び／又は１５６は、モジュールのサイズに応じてより大きくなっても小さくなってもよい。他の態様では、ドロアー１５１はサイズが異なり、それぞれ特定のモジュールを収容するように設計される。
更に、適合しない接点を備えるドロアーにモジュールを挿入することを避けるために、特定のモジュールの接点を、特定のドロアーの接点と係合するように鍵付きにしてもよい。
図４に示されるように、１つのドロアー１５１のドッキングポート１５０は、通信リンク１５７を介して別のドロアー１５１のドッキングポート１５０に連結されて、ハブのモジュール式筐体１３６内に収容されたモジュール間の双方向通信を容易にすることができる。あるいは又は更に、ハブのモジュール式筐体１３６のドッキングポート１５０は、ハブのモジュール式筐体１３６内に収容されたモジュール間の無線双方向通信を容易にしてもよい。例えば、Ａｉｒ Ｔｉｔａｎ−Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどの任意の好適な無線通信を用いてもよい。
図６は、外科用ハブ２０６の複数のモジュールを受容するように構成された横方向モジュール式ハウジング１６０の複数の横方向ドッキングポートの個々の電力バスアタッチメントを示す。横方向モジュール式ハウジング１６０は、モジュール１６１を横方向に受容して相互接続するように構成される。モジュール１６１は、モジュール１６１を相互接続するためのバックプレーンを含む横方向モジュール式ハウジング１６０のドッキングステーション１６２内に摺動可能に挿入される。図６に示すように、モジュール１６１は、横方向モジュール式ハウジング１６０内で横方向に配置される。あるいは、モジュール１６１は、横方向モジュール式ハウジング内で垂直方向に配置されてもよい。
図７は、外科用ハブ１０６の複数のモジュール１６５を受容するように構成された垂直モジュール式ハウジング１６４を示す。モジュール１６５は、モジュール１６５を相互接続するためのバックプレーンを含む垂直モジュール式ハウジング１６４のドッキングステーション又はドロアー１６７内に摺動可能に挿入される。垂直モジュール式ハウジング１６４のドロアー１６７は垂直方向に配置されているが、特定の場合では、垂直モジュール式ハウジング１６４は、横方向に配置されたドロアーを含んでもよい。更に、モジュール１６５は、垂直モジュール式ハウジング１６４のドッキングポートを介して互いに相互作用し得る。図７の実施例では、モジュール１６５の動作に関連するデータを表示するためのディスプレイ１７７が提供される。加えて、垂直モジュール式ハウジング１６４は、マスタモジュール１７８内に摺動可能に受容される複数のサブモジュールを収容するマスタモジュール１７８を含む。
様々な態様では、撮像モジュール１３８は、内蔵型のビデオプロセッサ及びモジュール式光源を備え、様々な撮像デバイスと共に使用するように適合されている。一態様では、撮像デバイスは、光源モジュール及びカメラモジュールと共に組み立てることが可能なモジュール式ハウジングで構成される。ハウジングは、使い捨て式ハウジングであってもよい。少なくとも１つの実施例では、使い捨て式ハウジングは、再利用可能なコントローラ、光源モジュール、及びカメラモジュールと取り外し可能に連結される。光源モジュール及び／又はカメラモジュールは、外科処置の種類に応じて選択的に選択することができる。一態様では、カメラモジュールはＣＣＤセンサを含む。別の態様では、カメラモジュールはＣＭＯＳセンサを含む。別の態様では、カメラモジュールは走査されたビームの撮像用に構成される。同様に、光源モジュールは、外科処置に応じて白色光又は異なる光を送達するように構成することができる。
外科処置中に、手術野から外科用装置を除去して異なるカメラ又は異なる光源を含む別の外科用装置と交換することは非効率的であり得る。手術野の視野を一時的に喪失することは、望ましからぬ結果をもたらし得る。本開示のモジュール撮像デバイスは、手術野から撮像デバイスを除去する必要なく、外科処置中に光源モジュール又はカメラモジュール中間体（midstream）の交換を可能にするように構成される。
一態様では、撮像デバイスは、複数のチャネルを含む管状ハウジングを備える。第１のチャネルは、第１のチャネルとスナップ嵌め係合するように構成され得るカメラモジュールを摺動可能に受容するように構成されている。第２のチャネルは、第２のチャネルとスナップ嵌め係合するように構成され得る光源モジュールを摺動可能に受容するように構成されている。別の実施例では、カメラモジュール及び／又は光源モジュールは、これらの対応するチャネル内の最終位置へと回転させることができる。スナップ嵌め係合の代わりにねじ係合が採用されてもよい。
様々な実施例で、複数の撮像デバイスが、複数の視野を提供するために手術野内の様々な位置に位置決めされる。撮像モジュール１３８は、最適な視野を提供するために撮像デバイス間を切り替えるように構成することができる。様々な態様では、撮像モジュール１３８は、異なる撮像デバイスからの画像を統合するように構成することができる。
本開示と共に使用するのに好適な様々な画像プロセッサ及び撮像デバイスは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる「ＣＯＭＢＩＮＥＤ ＳＢＩ ＡＮＤ ＣＯＮＶＥＮＴＩＯＮＡＬ ＩＭＡＧＥ ＰＲＯＣＥＳＳＯＲ」と題する２０１１年８月９日発行の米国特許第７，９９５，０４５号に記載されている。更に、その全体が参照により本明細書に組み込まれる「ＳＢＩ ＭＯＴＩＯＮ ＡＲＴＩＦＡＣＴ ＲＥＭＯＶＡＬ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ」と題する２０１１年７月１９日発行の米国特許第７，９８２，７７６号は、画像データからモーションアーチファクトを除去するための様々なシステムについて記載している。こうしたシステムは、撮像モジュール１３８と一体化され得る。更に、「ＣＯＮＴＲＯＬＬＡＢＬＥ ＭＡＧＮＥＴＩＣ ＳＯＵＲＣＥ ＴＯ ＦＩＸＴＵＲＥ ＩＮＴＲＡＣＯＲＰＯＲＥＡＬ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ」と題する２０１１年１２月１５日公開の米国特許出願公開第２０１１／０３０６８４０号、及び「ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＰＥＲＦＯＲＭＩＮＧ Ａ ＭＩＮＩＭＡＬＬＹ ＩＮＶＡＳＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＲＯＣＥＤＵＲＥ」と題する２０１４年８月２８日公開の米国特許出願公開第２０１４／０２４３５９７号は、それぞれその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
図８は、医療施設の１つ以上の手術室、又は外科処置のための専門設備を備えた医療施設内の任意の部屋に配置されたモジュール式装置をクラウドベースのシステム（例えばストレージ装置２０５に連結されたリモートサーバ２１３を含み得るクラウド２０４）に接続するように構成されたモジュール式通信ハブ２０３を備える外科用データネットワーク２０１を示す。一態様では、モジュール式通信ハブ２０３は、ネットワークルータと通信するネットワークハブ２０７及び／又はネットワークスイッチ２０９を備える。モジュール式通信ハブ２０３は更に、ローカルコンピュータ処理及びデータ操作を提供するために、ローカルコンピュータシステム２１０に連結することができる。外科用データネットワーク２０１は、受動的、インテリジェント、又は切替式として構成されてもよい。受動的外科用データネットワークはデータの導管として機能し、データが１つの装置（又はセグメント）から別の装置（又はセグメント）に、及びクラウドコンピューティングリソースに行くことを可能にする。インテリジェントな外科用データネットワークは、トラフィックが監視対象の外科用データネットワークを通過することを可能にし、ネットワークハブ２０７又はネットワークスイッチ２０９内の各ポートを構成する追加の機構を含む。インテリジェントな外科用データネットワークは、管理可能なハブ又はスイッチと称され得る。スイッチングハブは、各パケットの宛先アドレスを読み取り、次いでパケットを正しいポートに転送する。
手術室に配置されるモジュール式装置１ａ〜１ｎは、モジュール式通信ハブ２０３に連結されてもよい。ネットワークハブ２０７及び／又はネットワークスイッチ２０９は、ネットワークルータ２１１に連結されて、装置１ａ〜１ｎをクラウド２０４又はローカルコンピュータシステム２１０に接続することができる。装置１ａ〜１ｎに関連付けられたデータは、遠隔データ処理及び操作のためにルータを介してクラウドベースのコンピュータに転送されてもよい。装置１ａ〜１ｎに関連付けられたデータはまた、ローカルでのデータ処理及び操作のためにローカルコンピュータシステム２１０に転送されてもよい。同じ手術室に位置するモジュール式装置２ａ〜２ｍもまた、ネットワークスイッチ２０９に連結されてもよい。ネットワークスイッチ２０９は、ネットワークハブ２０７及び／又はネットワークルータ２１１に連結されて、装置２ａ〜２ｍをクラウド２０４に接続することができる。装置２ａ〜２ｎに関連付けられたデータは、データ処理及び操作のためにネットワークルータ２１１を介してクラウド２０４に転送されてもよい。装置２ａ〜２ｍに関連付けられたデータはまた、ローカルでのデータ処理及び操作のためにローカルコンピュータシステム２１０に転送されてもよい。
複数のネットワークハブ２０７及び／又は複数のネットワークスイッチ２０９を複数のネットワークルータ２１１と相互接続することによって、外科用データネットワーク２０１が拡張され得ることが理解されるであろう。モジュール式通信ハブ２０３は、複数の装置１ａ〜１ｎ／２ａ〜２ｍを受容するように構成されたモジュール式制御タワー内に収容され得る。ローカルコンピュータシステム２１０もまた、モジュール式制御タワーに収容されてもよい。モジュール式通信ハブ２０３は、ディスプレイ２１２に接続されて、例えば外科処置中に、装置１ａ〜１ｎ／２ａ〜２ｍのうちのいくつかによって取得された画像を表示する。様々な態様では、装置１ａ〜１ｎ／２ａ〜２ｍとしては、外科用データネットワーク２０１のモジュール式通信ハブ２０３に接続され得るモジュール式装置の中でもとりわけ、例えば、内視鏡に連結された撮像モジュール１３８、エネルギーベースの外科用装置に連結された発生器モジュール１４０、排煙モジュール１２６、吸引／灌注モジュール１２８、通信モジュール１３０、プロセッサモジュール１３２、ストレージアレイ１３４、ディスプレイに連結された外科用装置、及び／又は非接触センサモジュールなどの様々なモジュールが挙げられ得る。
一態様では、外科用データネットワーク２０１は、装置１ａ〜１ｎ／２ａ〜２ｍをクラウドに接続する、ネットワークハブ（複数可）、ネットワークスイッチ（複数可）、及びネットワークルータ（複数可）との組み合わせを含んでもよい。ネットワークハブ又はネットワークスイッチに連結された装置１ａ〜１ｎ／２ａ〜２ｍのいずれか１つ又は全ては、リアルタイムでデータを収集し、データ処理及び操作のためにデータをクラウドコンピュータに転送することができる。クラウドコンピューティングは、ソフトウェアアプリケーションを取り扱うために、ローカルサーバ又はパーソナル装置を有するのではなく、共有コンピューティングリソースに依存することは理解されるであろう。用語「クラウド」は「インターネット」の隠喩として用いられ得るが、この用語はそのように限定はされない。したがって、用語「クラウドコンピューティング」は、本明細書では「インターネットベースのコンピューティングの一種」を指すために用いることができ、この場合、サーバ、ストレージ、及びアプリケーションなどの様々なサービスは、手術現場（例えば、固定式、移動式、一時的、又は現場の手術室又は空間）に位置するモジュール式通信ハブ２０３及び／又はコンピュータシステム２１０に、かつインターネットを介してモジュール式通信ハブ２０３及び／又はコンピュータシステム２１０に接続された装置に送達される。クラウドインフラストラクチャは、クラウドサービスプロバイダによって維持され得る。この文脈において、クラウドサービスプロバイダは、１つ以上の手術室内に位置する装置１ａ〜１ｎ／２ａ〜２ｍの使用及び制御を調整する事業体であり得る。クラウドコンピューティングサービスは、スマート外科用器具、ロボット、及び手術室内に位置する他のコンピュータ化装置によって収集されたデータに基づいて、多数の計算を実行することができる。ハブハードウェアは、複数の装置又は接続部がクラウドコンピューティングリソース及びストレージと通信するコンピュータに接続することを可能にする。
装置１ａ〜１ｎ／２ａ〜２ｍによって収集されたデータにクラウドコンピュータデータ処理技術を適用することで、外科用データネットワークは、外科的成果の改善、コスト低減、及び患者満足度の改善を提供する。組織の封止及び切断処置後に、組織の状態を観察して封止された組織の漏出又は灌流を評価するために、装置１ａ〜１ｎ／２ａ〜２ｍのうちの少なくともいくつかを用いることができる。クラウドベースのコンピューティングを使用して、身体組織の試料の画像を含むデータを診断目的で検査して疾患の影響などの病状を特定するために、装置１ａ〜１ｎ／２ａ〜２ｍのうちの少なくともいくつかを用いることができる。これは、組織及び表現型の位置特定及びマージン確認を含む。撮像デバイスと一体化された様々なセンサ、及び複数の撮像デバイスによってキャプチャされた画像をオーバーレイするなどの技術を使用して、身体の解剖学的構造を特定するために、装置１ａ〜１ｎ／２ａ〜２ｍのうちの少なくともいくつかを用いることができる。画像データを含む、装置１ａ〜１ｎ／２ａ〜２ｍによって収集されたデータは、画像処理及び操作を含むデータ処理及び操作のために、クラウド２０４若しくはローカルコンピュータシステム２１０又はその両方に転送されてもよい。データは、組織特異的部位及び状態に対する内視鏡的介入、新興技術、標的化放射線、標的化介入、及び精密ロボットの適用などの更なる治療を遂行できるかを判定することによって、外科処置の結果を改善するために分析することができる。こうしたデータ分析は、予後分析処理を更に採用してもよく、標準化されたアプローチを使用することは、外科治療及び外科医の挙動を確認するか、又は外科治療及び外科医の挙動に対する修正を提案するかのいずれかのために有益なフィードバックを提供することができる。
一実装態様では、手術室装置１ａ〜１ｎは、ネットワークハブに対する装置１ａ〜１ｎの構成に応じて、有線チャネル又は無線チャネルを介してモジュール式通信ハブ２０３に接続されてもよい。ネットワークハブ２０７は、一態様では、開放型システム間相互接続（ＯＳＩ）モデルの物理層上で機能するローカルネットワークブロードキャスト装置として実装されてもよい。ネットワークハブは、同じ手術室ネットワーク内に位置する装置１ａ〜１ｎに接続性を提供する。ネットワークハブ２０７は、パケット形態のデータを収集し、それらを半二重モードでルータに送信する。ネットワークハブ２０７は、装置データを転送するための任意の媒体アクセス制御／インターネットプロトコル（ＭＡＣ／ＩＰ）は記憶しない。装置１ａ〜１ｎのうちの１つのみが、ネットワークハブ２０７を介して一度にデータを送信することができる。ネットワークハブ２０７は、情報の送信先に関する経路選択テーブル又はインテリジェンスを有さず、全てのネットワークデータを各コネクション全体、及びクラウド２０４上のリモートサーバ２１３（図９）にブロードキャストする。ネットワークハブ２０７は、コリジョンなどの基本的なネットワークエラーを検出することができるが、全ての情報を複数のポートにブロードキャストすることは、セキュリティリスクとなりボトルネックを引き起こすおそれがある。
別の実装形態では、手術室装置２ａ〜２ｍは、有線チャネル又は無線チャネルを介してネットワークスイッチ２０９に接続されてもよい。ネットワークスイッチ２０９は、ＯＳＩモデルのデータリンク層内で機能する。ネットワークスイッチ２０９は、同じ手術室内に位置する装置２ａ〜２ｍをネットワークに接続するためのマルチキャスト装置である。ネットワークスイッチ２０９は、フレームの形態のデータをネットワークルータ２１１に送信し、全二重モードで機能する。複数の装置２ａ〜２ｍは、ネットワークスイッチ２０９を介して同時にデータを送信することができる。ネットワークスイッチ２０９は、データを転送するために装置２ａ〜２ｍのＭＡＣアドレスを記憶かつ使用する。
ネットワークハブ２０７及び／又はネットワークスイッチ２０９は、クラウド２０４に接続するためにネットワークルータ２１１に連結される。ネットワークルータ２１１は、ＯＳＩモデルのネットワーク層内で機能する。ネットワークルータ２１１は、装置１ａ〜１ｎ／２ａ〜２ｍのいずれか１つ又は全てによって収集されたデータを更に処理及び操作するために、ネットワークハブ２０７及び／又はネットワークスイッチ２１１から受信したデータパケットをクラウドベースのコンピュータリソースに送信するための経路を作成する。ネットワークルータ２１１は、例えば、同じ医療施設の異なる手術室、又は異なる医療施設の異なる手術室に位置する異なるネットワークなどの、異なる位置に位置する２つ以上の異なるネットワークを接続するために用いられてもよい。ネットワークルータ２１１は、パケット形態のデータをクラウド２０４に送信し、全二重モードで機能する。複数の装置が同時にデータを送信することができる。ネットワークルータ２１１は、データを転送するためにＩＰアドレスを使用する。
一実施例では、ネットワークハブ２０７は、複数のＵＳＢ装置をホストコンピュータに接続することを可能にするＵＳＢハブとして実装されてもよい。ＵＳＢハブは、装置をホストシステムコンピュータに接続するために利用可能なポートが多くなるように、単一のＵＳＢポートをいくつかの階層に拡張することができる。ネットワークハブ２０７は、有線チャネル又は無線チャネルを介して情報を受信するための有線又は無線能力を含むことができる。一態様では、無線ＵＳＢ短距離高帯域無線通信プロトコルが、手術室内に位置する装置１ａ〜１ｎと装置２ａ〜２ｍとの間の通信のために使用されてもよい。
他の実施例では、手術室装置１ａ〜１ｎ／２ａ〜２ｍは、固定及びモバイル装置から短距離にわたってデータを交換し（２．４〜２．４８５ＧＨｚのＩＳＭ帯域における短波長ＵＨＦ電波を使用して）、かつパーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）を構築するために、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ無線技術規格を介してモジュール式通信ハブ２０３と通信することができる。他の態様では、手術室装置１ａ〜１ｎ／２ａ〜２ｍは、Ｗｉ−Ｆｉ（ＩＥＥＥ８０２．１１ファミリー）、ＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ８０２．１６ファミリー）、ＩＥＥＥ８０２．２０、ロング・ターム・エボリューション（ＬＴＥ）、並びにＥｖ−ＤＯ、ＨＳＰＡ＋、ＨＳＤＰＡ＋、ＨＳＵＰＡ＋、ＥＤＧＥ、ＧＳＭ、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＤＥＣＴ、及びこれらのイーサネット派生物、のみならず３Ｇ、４Ｇ、５Ｇ、及びそれ以降と指定される任意の他の無線及び有線プロトコルが挙げられるがこれらに限定されない数多くの無線又は有線通信規格又はプロトコルを介してモジュール式通信ハブ２０３と通信することができる。コンピューティングモジュールは、複数の通信モジュールを含んでもよい。例えば、第１の通信モジュールは、Ｗｉ−Ｆｉ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの短距離無線通信専用であってもよく、第２の通信モジュールは、ＧＰＳ、ＥＤＧＥ、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ、Ｅｖ−ＤＯなどの長距離無線通信専用であってもよい。
モジュール式通信ハブ２０３は、手術室装置１ａ〜１ｎ／２ａ〜２ｍの１つ又は全ての中央接続部として機能することができ、フレームとして知られるデータ型を取り扱う。フレームは、装置１ａ〜１ｎ／２ａ〜２ｍによって生成されたデータを搬送する。フレームがモジュール式通信ハブ２０３によって受信されると、フレームは増幅されてネットワークルータ２１１へ送信され、ネットワークルータ２１１は本明細書に記載される数多くの無線又は有線通信規格又はプロトコルを使用することによってこのデータをクラウドコンピューティングリソースに転送する。
モジュール式通信ハブ２０３は、スタンドアロンの装置として使用されてもよく、又はより大きなネットワークを形成するために互換性のあるネットワークハブ及びネットワークスイッチに接続されてもよい。モジュール式通信ハブ２０３は、一般に据え付け、構成、及び維持が容易であるため、モジュール式通信ハブ２０３は手術室装置１ａ〜１ｎ／２ａ〜２ｍをネットワーク接続するための良好な選択肢となる。
図９は、コンピュータ実装インタラクティブ外科システム２００を示す。コンピュータ実装インタラクティブ外科システム２００は、多くの点で、コンピュータ実装インタラクティブ外科システム１００と類似している。例えば、コンピュータ実装インタラクティブ外科システム２００は、多くの点で外科システム１０２と類似する１つ以上の外科システム２０２を含む。各外科システム２０２は、リモートサーバ２１３を含み得るクラウド２０４と通信する少なくとも１つの外科用ハブ２０６を含む。一態様では、コンピュータ実装インタラクティブ外科システム２００は、例えば、インテリジェント外科用器具、ロボット、及び手術室内に位置する他のコンピュータ化装置などの複数の手術室装置に接続されたモジュール式制御タワー２３６を備える。図１０に示されるように、モジュール式制御タワー２３６は、コンピュータシステム２１０に連結されたモジュール式通信ハブ２０３を備える。図９の実施例に例示するように、モジュール式制御タワー２３６は、内視鏡２３９に連結された撮像モジュール２３８、エネルギー装置２４１に連結された発生器モジュール２４０、排煙器モジュール２２６、吸引／灌注モジュール２２８、通信モジュール２３０、プロセッサモジュール２３２、ストレージアレイ２３４、任意でディスプレイ２３７に連結されたスマート装置／器具２３５、及び非接触センサモジュール２４２に連結される。手術室装置は、モジュール式制御タワー２３６を介してクラウドコンピューティングリソース及びデータストレージに連結される。ロボットハブ２２２もまた、モジュール式制御タワー２３６及びクラウドコンピューティングリソースに接続されてもよい。中でもとりわけ、装置／器具２３５、可視化システム２０８が、本明細書に記載される有線又は無線通信規格又はプロトコルを介してモジュール式制御タワー２３６に連結されてもよい。モジュール式制御タワー２３６は、撮像モジュール、装置／器具ディスプレイ、及び／又は他の可視化システム２０８から受信した画像を表示及びオーバーレイするためにハブディスプレイ２１５（例えば、モニタ、スクリーン）に連結されてもよい。ハブディスプレイはまた、画像及びオーバーレイ画像と共にモジュール式制御タワーに接続された装置から受信したデータを表示してもよい。
図１０は、モジュール式制御タワー２３６に連結された複数のモジュールを備える外科用ハブ２０６を示す。モジュール式制御タワー２３６は、例えばネットワーク接続装置などのモジュール式通信ハブ２０３と、例えば局所処理、可視化、及び撮像を提供するためのコンピュータシステム２１０と、を備える。図１０に示すように、モジュール式通信ハブ２０３は、モジュール式通信ハブ２０３に接続できるモジュール（例えば、装置）の数を拡張するために階層化構成で接続されて、モジュールに関連付けられたデータをコンピュータシステム２１０、クラウドコンピューティングリソース、又はその両方に転送することができる。図１０に示すように、モジュール式通信ハブ２０３内のネットワークハブ／スイッチのそれぞれは、３つの下流ポート及び１つの上流ポートを含む。上流のネットワークハブ／スイッチは、クラウドコンピューティングリソース及びローカルディスプレイ２１７への通信接続を提供するためにプロセッサに接続される。クラウド２０４への通信は、有線又は無線通信チャネルのいずれかを介して行うことができる。
外科用ハブ２０６は、非接触センサモジュール２４２を使用して、手術室の寸法を測定し、また超音波又はレーザ型非接触測定装置のいずれかを使用して手術現場のマップを生成する。その開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する２０１７年１２月２８日出願の米国仮特許出願第６２／６１１，３４１号中の「Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｈｕｂ Ｓｐａｔｉａｌ Ａｗａｒｅｎｅｓｓ Ｗｉｔｈｉｎ ａｎ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｒｏｏｍ」の項で説明されるように、超音波ベースの非接触センサモジュールは、超音波のバーストを送信し、超音波のバーストが手術室の外壁に反射したときのエコーを受信することによって手術室を走査し、ここでセンサモジュールが、手術室のサイズを判定し、かつＢｌｕｅｔｏｏｔｈペアリングの距離限界を調節するように構成される。レーザベースの非接触センサモジュールは、例えば、レーザ光パルスを送信し、手術室の外壁に反射するレーザ光パルスを受信し、送信されたパルスの位相を受信したパルスと比較して、手術室のサイズを判定し、かつＢｌｕｅｔｏｏｔｈペアリング距離限界を調整することによって手術室を走査する。
コンピュータシステム２１０は、プロセッサ２４４とネットワークインターフェース２４５とを備える。プロセッサ２４４は、システムバスを介して、通信モジュール２４７、ストレージ２４８、メモリ２４９、不揮発性メモリ２５０、及び入力／出力インターフェース２５１に連結される。システムバスは、９ビットバス、業界標準アーキテクチャ（ＩＳＡ）、マイクロチャネルアーキテクチャ（ＭＳＡ）、拡張ＩＳＡ（ＥＩＳＡ）、インテリジェントドライブエレクトロニクス（ＩＤＥ）、ＶＥＳＡローカルバス（ＶＬＢ）、周辺装置相互接続（ＰＣＩ）、ＵＳＢ、アドバンスドグラフィックスポート（ＡＧＰ）、パーソナルコンピュータメモリカード国際協会バス（ＰＣＭＣＩＡ）、小型計算機システム・インターフェース（ＳＣＳＩ）、又は任意の他の独自バス（proprietary bus）が挙げられるがこれらに限定されない任意の様々なバスアーキテクチャを用いる、メモリバス若しくはメモリコントローラ、ペリフェラルバス若しくは外部バス、及び／又はローカルバスを含むいくつかのタイプのバス構造（複数可）のうちのいずれかであってもよい。
プロセッサ２４４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、プロセッサは、例えば、その詳細が製品データシートで入手可能である、最大４０ＭＨｚの２５６ＫＢのシングル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、性能を４０ＭＨｚ超に改善するためのプリフェッチバッファ、３２ＫＢのシングルサイクルシリアルランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ＳｔｅｌｌａｒｉｓＷａｒｅ（登録商標）ソフトウェアを搭載した内部読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、２ＫＢの電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、及び／又は、１つ以上のパルス幅変調（ＰＷＭ）モジュール、１つ以上の直交エンコーダ入力（ＱＥＩ）アナログ、１２個のアナログ入力チャネルを備える１つ以上の１２ビットアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を含む、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＬＭ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲ ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ−Ｍ４Ｆプロセッサコアであってもよい。
一態様では、プロセッサ２４４は、同じくＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のＨｅｒｃｕｌｅｓ ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ Ｒ４の商品名で知られるＴＭＳ５７０及びＲＭ４ｘなどの２つのコントローラ系ファミリーを含む安全コントローラを含んでもよい。安全コントローラは、拡張性のある性能、接続性、及びメモリの選択肢を提供しながら、高度な集積型安全機構を提供するために、中でも特に、ＩＥＣ６１５０８及びＩＳＯ２６２６２の安全限界用途専用に構成されてもよい。
システムメモリとしては、揮発性メモリ及び不揮発性メモリが挙げられる。起動中などにコンピュータシステム内の要素間で情報を転送するための基本ルーチンを含む基本入出力システム（ＢＩＯＳ）は、不揮発性メモリに記憶される。例えば、不揮発性メモリとしては、ＲＯＭ、プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、電気的プログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ、又はフラッシュメモリが挙げられ得る。揮発性メモリとしては、外部キャッシュメモリとして機能するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）が挙げられる。更に、ＲＡＭは、ＳＲＡＭ、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）、ダブルデータレートＳＤＲＡＭ（ＤＤＲ ＳＤＲＡＭ）、エンハンスドＳＤＲＡＭ（ＥＳＤＲＡＭ）、シンクリンクＤＲＡＭ（ＳＬＤＲＡＭ）、及びダイレクトランバスＲＡＭ（ＤＲＲＡＭ）などの多くの形態で利用可能である。
コンピュータシステム２１０はまた、取り外し可能／取り外し不可能な揮発性／不揮発性コンピュータストレージ媒体、例えばディスクストレージなどを含む。ディスクストレージとしては、磁気ディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ、テープドライブ、Ｊａｚドライブ、Ｚｉｐドライブ、ＬＳ−６０ドライブ、フラッシュメモリカード、又はメモリスティックのようなデバイスが挙げられるが、これらに限定されない。加えて、ディスクストレージは、ストレージ媒体を、独立して、又はコンパクトディスクＲＯＭ装置（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク記録可能ドライブ（ＣＤ−Ｒドライブ）、コンパクトディスク書き換え可能ドライブ（ＣＤ−ＲＷドライブ）、若しくはデジタル多用途ディスクＲＯＭドライブ（ＤＶＤ−ＲＯＭ）などの光ディスクドライブが挙げられるがこれらに限定されない他のストレージ媒体との組み合わせで含むことができる。ディスクストレージ装置のシステムバスへの接続を容易にするために、取り外し可能な又は取り外し不可能なインターフェースが用いられてもよい。
コンピュータシステム２１０は、好適な動作環境で説明されるユーザと基本コンピュータリソースとの間で媒介として機能するソフトウェアを含むことを理解されたい。このようなソフトウェアとしてはオペレーティングシステムが挙げられる。ディスクストレージ上に記憶され得るオペレーティングシステムは、コンピュータシステムのリソースを制御及び割り当てするように機能する。システムアプリケーションは、システムメモリ内又はディスクストレージ上のいずれかに記憶されたプログラムモジュール及びプログラムデータを介して、オペレーティングシステムによるリソース管理を活用する。本明細書に記載される様々な構成要素は、様々なオペレーティングシステム又はオペレーティングシステムの組み合わせで実装することができることを理解されたい。
ユーザは、Ｉ／Ｏインターフェース２５１に連結された入力装置（複数可）を介してコンピュータシステム２１０にコマンド又は情報を入力する。入力装置としては、マウス、トラックボール、スタイラス、タッチパッドなどのポインティングデバイス、キーボード、マイクロフォン、ジョイスティック、ゲームパッド、サテライト・ディッシュ、スキャナ、ＴＶチューナカード、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、ウェブカメラなどが挙げられるが、これらに限定されない。これら及び他の入力装置は、インターフェースポート（複数可）を介し、システムバスを通してプロセッサに接続する。インターフェースポート（複数可）としては、例えば、シリアルポート、パラレルポート、ゲームポート、及びＵＳＢが挙げられる。出力装置（複数可）は、入力装置（複数可）と同じ種類のポートのうちのいくつかを使用する。したがって、例えば、ＵＳＢポートを使用して、コンピュータシステムに入力を提供し、またコンピュータシステムからの情報を出力装置に出力してもよい。出力アダプタは、特別なアダプタを必要とする出力装置の中でもとりわけ、モニタ、ディスプレイ、スピーカ、及びプリンタなどのいくつかの出力装置が存在することを示すために提供される。出力アダプタとしては、例示としてのものであり限定するものではないが、出力装置とシステムバスとの間の接続手段を提供するビデオ及びサウンドカードが挙げられる。遠隔コンピュータ（複数可）などの他の装置及び／又は装置のシステムは、入力及び出力機能の両方を提供することに留意されたい。
コンピュータシステム２１０は、クラウドコンピュータ（複数可）などの１つ以上の遠隔コンピュータ又はローカルコンピュータへの論理接続を使用するネットワーク化環境で動作することができる。遠隔クラウドコンピュータ（複数可）は、パーソナルコンピュータ、サーバ、ルータ、ネットワークＰＣ、ワークステーション、マイクロプロセッサベースの機器、ピア装置、又は他の一般的なネットワークノードなどであり得、典型的には、コンピュータシステムに関して説明される要素の多く又は全てを含む。簡潔にするために、遠隔コンピュータ（複数可）と共にメモリストレージ装置のみが示される。遠隔コンピュータ（複数可）は、ネットワークインターフェースを介してコンピュータシステムに論理的に接続され、続いて、通信接続を介して物理的に接続される。ネットワークインターフェースは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）及びワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）などの通信ネットワークを包含する。ＬＡＮ技術としては、光ファイバ分散データインターフェース（ＦＤＤＩ）、銅線分散データインターフェース（ＣＤＤＩ）、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＥＥＥ８０２．３、Ｔｏｋｅｎ Ｒｉｎｇ／ＩＥＥＥ８０２．５などが挙げられる。ＷＡＮ技術としては、ポイントツーポイントリンク、統合サービスデジタルネットワーク（ＩＳＤＮ）及びその変形などの回路交換ネットワーク、パケット交換ネットワーク、並びにデジタル加入者回線（ＤＳＬ）が挙げられるがこれらに限定されない。
様々な態様では、図１０のコンピュータシステム２１０、図９〜図１０の撮像モジュール２３８、及び／又は可視化システム２０８、及び／又はプロセッサモジュール２３２は、画像プロセッサ、画像処理エンジン、メディアプロセッサ、又はデジタル画像の処理に使用される任意の専用デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を備えてもよい。画像プロセッサは、単一命令複数データ（ＳＩＭＤ）、又は複数命令複数データ（ＭＩＭＤ）技術を用いた並列コンピューティングを使用して速度及び効率を高めることができる。デジタル画像処理エンジンは、様々なタスクを実行することができる。画像プロセッサは、マルチコアプロセッサアーキテクチャを備えるチップ上のシステムであってもよい。
通信接続（複数可）とは、ネットワークインターフェースをバスに接続するために用いられるハードウェア／ソフトウェアを指す。例示の明瞭さのために通信接続はコンピュータシステム内部に示されているが、通信接続はコンピュータシステム２１０の外部にあってもよい。例示のみを目的として、ネットワークインターフェースへの接続に必要なハードウェア／ソフトウェアとしては、通常の電話グレードモデム、ケーブルモデム、及びＤＳＬモデムを含むモデム、ＩＳＤＮアダプタ、並びにイーサネットカードなどの内部及び外部技術が挙げられる。
図１１は、本開示の一態様による、ＵＳＢネットワークハブ３００装置の一態様の機能ブロック図を示す。図示した態様では、ＵＳＢネットワークハブ装置３００は、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製ＴＵＳＢ２０３６集積回路ハブを採用する。ＵＳＢネットワークハブ３００は、ＵＳＢ２．０規格に準拠する、上流ＵＳＢ送受信ポート３０２及び最大３つの下流ＵＳＢ送受信ポート３０４、３０６、３０８を提供するＣＭＯＳ装置である。上流ＵＳＢ送受信ポート３０２は、差動データプラス（ＤＰ０）入力とペアリングされた差動データマイナス（ＤＭ０）入力を含む差動ルートデータポートである。３つの下流ＵＳＢ送受信ポート３０４、３０６、３０８は、各ポートが差動データマイナス（ＤＭ１〜ＤＭ３）出力とペアリングした差動データプラス（ＤＰ１〜ＤＰ３）出力を含む差動データポートである。
ＵＳＢネットワークハブ３００装置は、マイクロコントローラの代わりにデジタル状態マシンを備えて実装され、ファームウェアのプログラミングを必要としない。完全準拠したＵＳＢ送受信機が、上流ＵＳＢ送受信ポート３０２及び全ての下流ＵＳＢ送受信ポート３０４、３０６、３０８の回路に統合される。下流ＵＳＢ送受信ポート３０４、３０６、３０８は、ポートに取り付けられた装置の速度に応じてスルーレートを自動的に設定することによって、最高速度及び低速の装置の両方をサポートする。ＵＳＢネットワークハブ３００装置は、バスパワーモード又はセルフパワーモードのいずれかで構成されてもよく、電力を管理するためのハブパワー論理３１２を含む。
ＵＳＢネットワークハブ３００装置は、シリアルインターフェースエンジン３１０（ＳＩＥ）を含む。ＳＩＥ３１０は、ＵＳＢネットワークハブ３００ハードウェアのフロントエンドであり、ＵＳＢ仕様書の第８章に記載されているプロトコルの大部分を取り扱う。ＳＩＥ３１０は、典型的には、トランザクションレベルまでのシグナリングを理解する。これが取り扱う機能としては、パケット認識、トランザクションの並べ替え、ＳＯＰ、ＥＯＰ、ＲＥＳＥＴ、及びＲＥＳＵＭＥ信号の検出／生成、クロック／データ分離、非ゼロ復帰逆転（ＮＲＺＩ）データ符号化／復号及びビットスタッフィング、ＣＲＣ生成及びチェック（トークン及びデータ）、パケットＩＤ（ＰＩＤ）の生成、及びチェック／復号、並びに／又はシリアル・パラレル／パラレル・シリアル変換が挙げられ得る。３１０はクロック入力３１４を受信し、ポート論理回路３２０、３２２、３２４を介して上流ＵＳＢ送受信ポート３０２と下流ＵＳＢ送受信ポート３０４、３０６、３０８との間の通信を制御するためにサスペンド／レジューム論理並びにフレームタイマー３１６回路及びハブリピータ回路３１８に連結される。ＳＩＥ３１０は、シリアルＥＥＰＲＯＭインターフェース３３０を介してシリアルＥＥＰＲＯＭからコマンドを制御するためのインターフェース論理を介してコマンドデコーダ３２６に連結される。
様々な態様では、ＵＳＢネットワークハブ３００は、最大６つの論理層（階層）内に構成された１２７個の機能を単一のコンピュータに接続することができる。更に、ＵＳＢネットワークハブ３００は、通信及び電力分配の両方を提供する標準化された４本のワイヤケーブルを使用して全ての周辺機器に接続することができる。電力構成は、バスパワーモード及びセルフパワーモードである。ＵＳＢネットワークハブ３００は、個々のポート電力管理又は連動ポート電力管理のいずれかを備えるバスパワーハブ、及び個々のポート電力管理又は連動ポート電力管理のいずれかを備えるセルフパワーハブの、電力管理の４つのモードをサポートするように構成されてもよい。一態様では、ＵＳＢケーブル、ＵＳＢネットワークハブ３００を使用して、上流ＵＳＢ送受信ポート３０２はＵＳＢホストコントローラにプラグ接続され、下流ＵＳＢ送受信ポート３０４、３０６、３０８はＵＳＢに互換性のある装置を接続するために露出される、といった具合である。
外科用器具のハードウェア
図１２は、本開示の１つ以上の態様による、外科用器具又はツールの制御システム４７０の論理図を示す。システム４７０は制御回路を備える。制御回路は、プロセッサ４６２及びメモリ４６８を備えるマイクロコントローラ４６１を含む。例えば、センサ４７２、４７４、４７６のうちの１つ以上が、プロセッサ４６２にリアルタイムなフィードバックを提供する。モータ駆動器４９２によって駆動されるモータ４８２は、長手方向に移動可能な変位部材を動作可能に連結して、Ｉビームナイフ部材を駆動する。追跡システム４８０は、長手方向に移動可能な変位部材の位置を決定するように構成されている。位置情報は、長手方向に移動可能な駆動部材の位置、並びに発射部材、発射バー、及びＩビームナイフ要素の位置を決定するようにプログラム又は構成され得るプロセッサ４６２に提供される。追加のモータが、Ｉビームの発射、閉鎖管の移動、シャフトの回転、及び関節運動を制御するために、ツールドライバインターフェースに提供されてもよい。ディスプレイ４７３は、器具の様々な動作条件を表示し、データ入力のためのタッチスクリーン機能を含んでもよい。ディスプレイ４７３上に表示された情報は、内視鏡撮像モジュールを介して取得された画像とオーバーレイさせることができる。
一態様では、マイクロコントローラ４６１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、主マイクロコントローラ４６１は、例えば、その詳細が製品データシートで入手可能である、最大４０ＭＨｚの２５６ＫＢのシングル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、性能を４０ＭＨｚ超に改善するためのプリフェッチバッファ、３２ＫＢのシングルサイクルＳＲＡＭ、ＳｔｅｌｌａｒｉｓＷａｒｅ（登録商標）ソフトウェアを搭載した内部ＲＯＭ、２ＫＢのＥＥＰＲＯＭ、１つ以上のＰＷＭモジュール、１つ以上のＱＥＩアナログ、及び／又は１２個のアナログ入力チャネルを備える１つ以上の１２ビットＡＤＣを含む、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＬＭ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲ ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ−Ｍ４Ｆプロセッサコアであってもよい。
一態様では、マイクロコントローラ４６１は、同じくＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のＨｅｒｃｕｌｅｓ ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ Ｒ４の商品名で知られるＴＭＳ５７０及びＲＭ４ｘなどの２つのコントローラ系ファミリーを含む安全コントローラを含んでもよい。安全コントローラは、拡張性のある性能、接続性、及びメモリの選択肢を提供しながら、高度な集積型安全機構を提供するために、中でも特に、ＩＥＣ６１５０８及びＩＳＯ２６２６２の安全限界用途専用に構成されてもよい。
マイクロコントローラ４６１は、ナイフ及び関節運動システムの速度及び位置に対する精密制御など、様々な機能を実行するようにプログラムされてもよい。一態様では、マイクロコントローラ４６１は、プロセッサ４６２及びメモリ４６８を含む。電動モータ４８２は、ギヤボックス、及び関節運動又はナイフシステムへの機械的連結部を備えたブラシ付き直流（ＤＣ）モータであってもよい。一態様では、モータ駆動器４９２は、Ａｌｌｅｇｒｏ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃから入手可能なＡ３９４１であってもよい。他のモータ駆動器を、絶対位置決めシステムを備える追跡システム４８０で使用するために容易に置き換えることができる。絶対位置決めシステムの詳細な説明は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＴＡＰＬＩＮＧ ＡＮＤ ＣＵＴＴＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」と題する２０１７年１０月１９日公開の米国特許出願公開第２０１７／０２９６２１３号に記載されている。
マイクロコントローラ４６１は、変位部材及び関節運動システムの速度及び位置に対する正確な制御を提供するようにプログラムされてもよい。マイクロコントローラ４６１は、マイクロコントローラ４６１のソフトウェア内で応答を計算するように構成されてもよい。計算された応答は、実際のシステムの測定された応答と比較されて「観測された」応答が得られ、これが実際のフィードバックの判定に用いられる。観測された応答は、シミュレーションによる応答の滑らかで連続的な性質と、測定による応答とのバランスをとる好適な調整された値であり、これはシステムに及ぼす外部の影響を検出することができる。
一態様では、モータ４８２は、モータ駆動器４９２によって制御されてもよく、外科用器具又はツールの発射システムによって使用され得る。様々な形態において、モータ４８２は、例えば、約２５，０００ＲＰＭの最大回転速度を有するブラシ付きＤＣ駆動モータであってもよい。他の構成では、モータ４８２は、ブラシレスモータ、コードレスモータ、同期モータ、ステッパモータ、又は任意の他の好適な電気モータを含んでもよい。モータ駆動器４９２は、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含むＨブリッジ駆動器を備えてもよい。モータ４８２は、外科用器具又はツールに制御電力を供給するために、ハンドルアセンブリ又はツールハウジングに解除可能に装着された電源アセンブリによって給電され得る。電源アセンブリは、外科用器具又はツールに給電するための電源として使用され得る、直列に接続された多数の電池セルを含み得る電池を含んでもよい。特定の状況下では、電源アセンブリの電池セルは、交換可能及び／又は再充電可能であってよい。少なくとも１つの例では、電池セルは、電源アセンブリに連結可能かつ電源アセンブリから分離可能であり得るリチウムイオン電池であり得る。
モータ駆動器４９２は、Ａｌｌｅｇｒｏ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃから入手可能なＡ３９４１であってもよい。Ａ３９４１ ４９２は、特にブラシ付きＤＣモータなどの誘導負荷を目的として設計された外部Ｎチャネルパワー金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）と共に使用するためのフルブリッジコントローラである。駆動器４９２は、固有の電荷ポンプレギュレータを備え、これは、完全（＞１０Ｖ）ゲート駆動を７Ｖまでの電池電圧に提供し、Ａ３９４１が５．５Ｖまでの低減ゲート駆動で動作することを可能にする。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴに必要な上記の電池供給電圧を与えるために、ブートストラップコンデンサが用いられてもよい。ハイサイド駆動用の内部電荷ポンプにより、ＤＣ（１００％デューティサイクル）動作が可能となる。フルブリッジは、ダイオード又は同期整流を用いて高速又は低速減衰モードで駆動され得る。低速減衰モードにおいて、電流の再循環は、ハイサイドのＦＥＴによっても、ローサイドのＦＥＴによっても可能である。電力ＦＥＴは、レジスタで調節可能なデッドタイムによって、シュートスルーから保護される。統合診断は、低電圧、温度過昇、及びパワーブリッジの異常を指示するものであり、ほとんどの短絡状態下でパワーＭＯＳＦＥＴを保護するように構成され得る。他のモータ駆動器を、絶対位置決めシステムを備えた追跡システム４８０で使用するために容易に置換することができる。
追跡システム４８０は、本開示の一態様による位置センサ４７２を備える制御されたモータ駆動回路構成を備える。絶対位置決めシステム用の位置センサ４７２は、変位部材の位置に対応する固有の位置信号を提供する。一態様では、変位部材は、ギヤ減速機アセンブリの対応する駆動ギヤと噛合係合するための駆動歯のラックを備える長手方向に移動可能な駆動部材を表す。他の態様では、変位部材は、駆動歯のラックを含むように適合及び構成され得る発射部材を表す。更に別の態様では、変位部材は、発射バー又はＩビームを表し、それらの各々は、駆動歯のラックを含むように適合及び構成され得る。したがって、本明細書で使用する場合、変位部材という用語は、駆動部材、発射部材、発射バー、Ｉビーム、又は変位され得る任意の要素など、外科用器具又はツールの任意の移動可能な部材を総称して指すために使用される。一態様では、長手方向に移動可能な駆動部材は、発射部材、発射バー、及びＩビームに連結される。したがって、絶対位置決めシステムは、実際には、長手方向に移動可能な駆動部材の直線変位を追跡することによって、Ｉビームの直線変位を追跡することができる。様々な他の態様では、変位部材は、直線変位を測定するのに好適な任意の位置センサ４７２に連結されてもよい。したがって、長手方向に移動可能な駆動部材、発射部材、発射バー、又はＩビーム、又はそれらの組み合わせは、任意の好適な直線変位センサに連結され得る。直線変位センサは、接触式又は非接触式変位センサを含んでよい。直線変位センサは、線形可変差動変圧器（linear variable differential transformers、ＬＶＤＴ）、差動可変磁気抵抗型変換器（differential variable reluctance transducers、ＤＶＲＴ）、スライドポテンショメータ、移動可能な磁石及び一連の直線上に配置されたホール効果センサを備える磁気感知システム、固定された磁石及び一連の移動可能な直線上に配置されたホール効果センサを備える磁気感知システム、移動可能な光源及び一連の直線上に配置された光ダイオード若しくは光検出器を備える光学検出システム、固定された光源及び一連の移動可能な直線上に配置された光ダイオード若しくは光検出器を備える光学検出システム、又はこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。
電動モータ４８２は、変位部材上の駆動歯のセット又はラックと噛合係合で装着されるギヤアセンブリと動作可能にインターフェースする回転式シャフトを含んでもよい。センサ素子は、位置センサ４７２素子の１回転が、変位部材のいくらかの直線長手方向並進に対応するように、ギヤアセンブリに動作可能に連結されてもよい。ギヤリング及びセンサ機構を、ラックピニオン機構によって直線アクチュエータに、又はスパーギヤ若しくは他の接続によって回転アクチュエータに接続することができる。電源は、絶対位置決めシステムに電力を供給し、出力インジケータは、絶対位置決めシステムの出力を表示することができる。変位部材は、ギヤ減速機アセンブリの対応する駆動ギヤと噛合係合するために、その上に形成された駆動歯のラックを備える長手方向に移動可能な駆動部材を表す。変位部材は、長手方向に移動可能な発射部材、発射バー、Ｉビーム、又はこれらの組み合わせを表す。
位置センサ４７２に付随するセンサ素子の１回転は、変位部材の長手方向直線変位ｄ１に相当し、ｄ１は、変位部材に連結したセンサ素子が１回転した後に、変位部材が点「ａ」から点「ｂ」まで移動する長手方向の直線距離である。センサ機構は、位置センサ４７２が変位部材のフルストロークに対して１回以上の回転を完了する結果をもたらすギヤの減速を介して接続されてもよい。位置センサ４７２は、変位部材のフルストロークに対して複数回の回転を完了することができる。
位置センサ４７２の２回以上の回転に対する固有の位置信号を提供するために、一連のスイッチ（ここでｎは１より大きい整数である）が、単独で用いられても、ギヤの減速との組み合わせで用いられてもよい。スイッチの状態はマイクロコントローラ４６１にフィードバックされ、マイクロコントローラ４６１は論理を適用して、変位部材の長手方向の直線変位ｄ１＋ｄ２＋．．．ｄｎに対応する固有の位置信号を判定する。位置センサ４７２の出力はマイクロコントローラ４６１に提供される。センサ機構の位置センサ４７２は、位置信号又は値の固有の組み合わせを出力する、磁気センサ、ポテンショメータなどのアナログ回転センサ、又はアナログホール効果素子のアレイを備えてもよい。
位置センサ４７２は、例えば、磁界の全磁界又はベクトル成分を測定するか否かに基づいて分類される磁気センサなどの、任意の数の磁気感知素子を備えてもよい。両タイプの磁気センサを生産するために用いられる技術は、物理学及び電子工学の多数の側面を含んでいる。磁界の感知に用いられる技術としては、とりわけ、探りコイル、フラックスゲート、光ポンピング、核摂動（nuclear precession）、ＳＱＵＩＤ、ホール効果、異方性磁気抵抗、巨大磁気抵抗、磁気トンネル接合、巨大磁気インピーダンス、磁歪／圧電複合材、磁気ダイオード、磁気トランジスタ、光ファイバ、磁気光学、及び微小電気機械システムベースの磁気センサが挙げられる。
一態様では、絶対位置決めシステムを備える追跡システム４８０の位置センサ４７２は、磁気回転絶対位置決めシステムを備える。位置センサ４７２は、Ａｕｓｔｒｉａ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，ＡＧから入手可能なＡＳ５０５５ＥＱＦＴシングルチップ磁気回転位置センサとして実装されてもよい。位置センサ４７２は、マイクロコントローラ４６１と連携して絶対位置決めシステムを提供する。位置センサ４７２は、低電圧低電力の構成要素であり、磁石の上方に位置する位置センサ４７２の領域に、４つのホール効果素子を含む。更に、高解像度ＡＤＣ及びスマート電力管理コントローラがチップ上に設けられている。加算、減算、ビットシフト、及びテーブル参照演算のみを必要とする、双曲線関数及び三角関数を計算する簡潔かつ効率的なアルゴリズムを実装するために、桁毎法（digit-by-digit method）及びボルダーアルゴリズム（Volder's algorithm）としても知られる、座標回転デジタルコンピュータ（ＣＯＲＤＩＣ）プロセッサが設けられる。角度位置、アラームビット、及び磁界情報は、シリアル周辺インターフェース（ＳＰＩ）インターフェースなどの標準的なシリアル通信インターフェースを介してマイクロコントローラ４６１に伝送される。位置センサ４７２は、１２ビット又は１４ビットの解像度を提供する。位置センサ４７２は、小型のＱＦＮ１６ピン４×４×０．８５ｍｍパッケージで提供されるＡＳ５０５５チップであってもよい。
絶対位置決めシステムを備える追跡システム４８０は、ＰＩＤ、状態フィードバック、及び適応コントローラなどのフィードバックコントローラを備えてもよく、かつ／又はこれを実装するようにプログラムされてもよい。電源が、フィードバックコントローラからの信号を、システムへの物理的入力、この場合は電圧へと変換する。他の例としては、電圧、電流、及び力のＰＷＭが挙げられる。位置センサ４７２によって測定される位置に加えて、物理的システムの物理パラメータを測定するために、他のセンサ（複数化）が設けられてもよい。いくつかの態様では、他のセンサ（複数可）としては、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、「ＳＴＡＰＬＥ ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ ＴＩＳＳＵＥ ＴＨＩＣＫＮＥＳＳ ＳＥＮＳＯＲ ＳＹＳＴＥＭ」と題する２０１６年５月２４日発行の米国特許第９，３４５，４８１号、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、「ＳＴＡＰＬＥ ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ ＴＩＳＳＵＥ ＴＨＩＣＫＮＥＳＳ ＳＥＮＳＯＲ ＳＹＳＴＥＭ」と題する２０１４年９月１８日公開の米国特許出願公開第２０１４／０２６３５５２号、及びその全体が参照により本明細書に組み込まれる、「ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ＦＯＲ ＡＤＡＰＴＩＶＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＭＯＴＯＲ ＶＥＬＯＣＩＴＹ ＯＦ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＴＡＰＬＩＮＧ ＡＮＤ ＣＵＴＴＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」と題する２０１７年６月２０日出願の米国特許出願第１５／６２８，１７５号に記載されているものなどのセンサ機構を挙げることができる。デジタル信号処理システムでは、絶対位置決めシステムはデジタルデータ取得システムに連結され、ここで絶対位置決めシステムの出力は有限の解像度及びサンプリング周波数を有する。絶対位置決めシステムは、計算された応答を測定された応答に向けて駆動する加重平均及び理論制御ループなどのアルゴリズムを用いて、計算された応答を測定された応答と組み合わせるために、比較及び組み合わせ回路を備え得る。入力を知ることによって物理的システムの状態及び出力がどうなるかを予測するために、物理的システムの計算された応答は、質量、慣性、粘性摩擦、誘導抵抗などの特性を考慮に入れる。
絶対位置決めシステムは、モータ４８２が単に前方又は後方に経たステップの数をカウントして装置アクチュエータ、駆動バー、ナイフなどの位置を推定する従来の回転エンコーダで必要となり得るような、変位部材をリセット（ゼロ又はホーム）位置へ後退又は前進させることなしに、器具の電源投入時に変位部材の絶対位置を提供する。
例えば歪みゲージ又は微小歪みゲージなどのセンサ４７４は、例えば、アンビルに適用される閉鎖力を示すことができる、クランプ動作中にアンビルに及ぼされる歪みの振幅などのエンドエフェクタの１つ以上のパラメータを測定するように構成される。測定された歪みは、デジタル信号に変換されて、プロセッサ４６２に提供される。センサ４７４の代わりに、又はこれに加えて、例えば、負荷センサなどのセンサ４７６が、閉鎖駆動システムによってアンビルに加えられる閉鎖力を測定することができる。例えば、負荷センサなどのセンサ４７６は、外科用器具又はツールの発射ストローク中にＩビームに加えられる発射力を測定することができる。Ｉビームは、楔形スレッドと係合するように構成されており、楔形スレッドは、ステープルドライバを上向きにカム作用して、ステープルを押し出してアンビルと変形接触させるように構成されている。Ｉビームはまた、Ｉビームを発射バーによって遠位に前進させる際に組織を切断するために使用することができる、鋭利な切刃を含む。あるいは、モータ４８２による電流引き込みを測定するために、電流センサ４７８を用いることができる。発射部材を前進させるのに必要な力は、例えば、モータ４８２によって引き込まれる電流に対応し得る。測定された力は、デジタル信号に変換されて、プロセッサ４６２に提供される。
一形態では、歪みゲージセンサ４７４を使用して、エンドエフェクタによって組織に加えられる力を測定することができる。治療される組織に対するエンドエフェクタによる力を測定するために、歪みゲージをエンドエフェクタに連結することができる。エンドエフェクタによって把持された組織に印加される力を測定するためのシステムは、例えば、エンドエフェクタの１つ以上のパラメータを測定するように構成された微小歪みゲージなどの歪みゲージセンサ４７４を備える。一態様では、歪みゲージセンサ４７４は、クランプ動作中にエンドエフェクタのジョー部材に及ぼされる歪みの振幅又は大きさを測定することができ、これは組織の圧縮を示すことができる。測定された歪みはデジタル信号に変換されて、マイクロコントローラ４６１のプロセッサ４６２に提供される。負荷センサ４７６は、例えば、アンビルとステープルカートリッジとの間に捕捉された組織を切断するために、ナイフ要素を操作するのに用いられる力を測定することができる。磁界センサは、捕捉された組織の厚さを測定するために用いることができる。磁界センサの測定値もデジタル信号に変換されて、プロセッサ４６２に提供され得る。
センサ４７４、４７６によってそれぞれ測定される、組織の圧縮、組織の厚さ、及び／又はエンドエフェクタを組織上で閉鎖するのに必要な力の測定値は、発射部材の選択された位置、及び／又は発射部材の速度の対応する値を特性決定するために、マイクロコントローラ４６１によって使用することができる。一例では、メモリ４６８は、評価の際にマイクロコントローラ４６１によって用いることができる技術、等式及び／又はルックアップテーブルを記憶することができる。
外科用器具又はツールの制御システム４７０はまた、図８〜図１１に示されるようにモジュール式通信ハブと通信するための有線又は無線通信回路を備えてもよい。
図１３は、本開示の一態様による、外科用器具又はツールの態様を制御するように構成された制御回路５００を示す。制御回路５００は、本明細書に説明される様々なプロセスを実装するように構成することができる。制御回路５００は、少なくとも１つのメモリ回路５０４に連結された１つ以上のプロセッサ５０２（例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ）を備えるマイクロコントローラを備えることができる。メモリ回路５０４は、プロセッサ５０２によって実行されると、本明細書に記載される様々なプロセスを実装するための機械命令をプロセッサ５０２に実行させる、機械実行可能命令を記憶する。プロセッサ５０２は、当該技術分野で既知の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５０４は、揮発性及び不揮発性のストレージ媒体を備え得る。プロセッサ５０２は、命令処理ユニット５０６及び演算ユニット５０８を含んでよい。命令処理ユニットは、本開示のメモリ回路５０４から命令を受信するように構成されてもよい。
図１４は、本開示の一態様による、外科用器具又はツールの態様を制御するように構成された組み合わせ論理回路５１０を示す。組み合わせ論理回路５１０は、本明細書に記載される様々なプロセスを実装するように構成することができる。組み合わせ論理回路５１０は、入力５１４で外科用器具又はツールと関連付けられたデータを受信し、組み合わせ論理５１２によってデータを処理し、出力５１６を提供するように構成された組み合わせ論理５１２を含む有限状態マシンを含み得る。
図１５は、本開示の一態様による、外科用器具又はツールの態様を制御するように構成された順序論理回路５２０を示す。順序論理回路５２０又は組み合わせ論理５２２は、本明細書に記載される様々なプロセスを実装するように構成することができる。順序論理回路５２０は有限状態マシンを含んでもよい。順序論理回路５２０は、例えば、組み合わせ論理５２２、少なくとも１つのメモリ回路５２４、及びクロック５２９を含んでもよい。少なくとも１つのメモリ回路５２４は、有限状態マシンの現在の状態を記憶することができる。特定の場合には、順序論理回路５２０は、同期式又は非同期式であってもよい。組み合わせ論理５２２は、入力５２６から外科用器具又はツールと関連付けられたデータを受信し、組み合わせ論理５２２によってデータを処理し、出力５２８を提供するように構成される。他の態様では、回路は、プロセッサ（例えば、図１３のプロセッサ５０２）と、本明細書の様々なプロセスを実装する有限状態マシンと、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（例えば図１４の組み合わせ論理回路５１０）と順序論理回路５２０の組み合わせを含むことができる。
図１６は、様々な機能を実行するために起動され得る複数のモータを備える外科用器具又はツールを示す。特定の例では、第１のモータを起動させて第１の機能を実行することができ、第２のモータを起動させて第２の機能を実行することができ、第３のモータを起動させて第３の機能を実行することができ、第４のモータを起動させて第４の機能を実行することができる、といった具合である。特定の例では、ロボット外科用器具６００の複数のモータは個々に起動されて、エンドエフェクタにおいて発射運動、閉鎖運動、及び／又は関節運動を生じさせることができる。発射運動、閉鎖運動、及び／又は関節運動は、例えばシャフトアセンブリを介してエンドエフェクタに伝達することができる。
特定の例では、外科用器具システム又はツールは発射モータ６０２を含んでもよい。発射モータ６０２は、具体的にはＩビーム要素を変位させるために、モータ６０２によって生成された発射運動をエンドエフェクタに伝達するように構成され得る、発射モータ駆動アセンブリ６０４に動作可能に連結されてもよい。特定の例では、モータ６０２によって生成される発射運動によって、例えば、ステープルをステープルカートリッジから、エンドエフェクタによって捕捉された組織内へと配備し、かつ／又はＩビーム要素の切刃を前進させて、捕捉された組織を切断してもよい。Ｉビーム要素は、モータ６０２の方向を逆転させることによって後退させることができる。
特定の例では、外科用器具又はツールは閉鎖モータ６０３を含んでもよい。閉鎖モータ６０３は、具体的には閉鎖管を変位させてアンビルを閉鎖し、アンビルとステープルカートリッジとの間で組織を圧縮するためにモータ６０３によって生成された閉鎖運動をエンドエフェクタに伝達するように構成され得る、閉鎖モータ駆動アセンブリ６０５と動作可能に連結されてもよい。閉鎖運動によって、例えば、エンドエフェクタが開放構成から接近構成へと遷移して組織を捕捉することができる。エンドエフェクタは、モータ６０３の方向を逆転させることによって開放位置に遷移され得る。
特定の例では、外科用器具又はツールは、例えば、１つ以上の関節運動モータ６０６ａ、６０６ｂを含んでもよい。モータ６０６ａ、６０６ｂは、モータ６０６ａ、６０６ｂによって生成された関節運動をエンドエフェクタに伝達するように構成され得る、対応する関節運動モータ駆動アセンブリ６０８ａ、６０８ｂに動作可能に連結され得る。特定の例では、関節運動によって、例えば、エンドエフェクタがシャフトに対して関節運動することができる。
上述したように、外科用器具又はツールは、様々な独立した機能を実施するように構成され得る複数のモータを含んでもよい。特定の例では、外科用器具又はツールの複数のモータは、他のモータが停止した状態を維持している間に、独立して又は別個に起動させて、１つ以上の機能を実施することができる。例えば、関節運動モータ６０６ａ、６０６ｂを起動させて、発射モータ６０２が停止した状態を維持している間に、エンドエフェクタを関節運動させることができる。あるいは、発射モータ６０２を起動させて、関節運動モータ６０６が停止している間に、複数のステープルを発射させ、及び／又は切刃を前進させることができる。更に、閉鎖モータ６０３は、本明細書の以下でより詳細に説明されるように、閉鎖管及びＩビーム要素を遠位に前進させるために、発射モータ６０２と同時に起動されてもよい。
特定の例では、外科用器具又はツールは、外科用器具又はツールの複数のモータと共に用いることができる、共通の制御モジュール６１０を含んでもよい。特定の例では、共通の制御モジュール６１０は、一度に複数のモータのうちの１つに対応することができる。例えば、共通の制御モジュール６１０は、ロボット外科用器具の複数のモータ対して個々に連結及び分離が可能であってもよい。特定の例では、外科用器具又はツールの複数のモータは、共通の制御モジュール６１０などの１つ以上の共通の制御モジュールを共有してもよい。特定の例では、外科用器具又はツールの複数のモータは、共通の制御モジュール６１０に独立してかつ選択的に係合することができる。特定の例では、共通の制御モジュール６１０は、外科用器具又はツールの複数のモータのうち一方との連携から、外科用器具又はツールの複数のモータのうちもう一方との連携へと選択的に切り替えることができる。
少なくとも１つの実施例では、共通の制御モジュール６１０は、関節運動モータ６０６ａ、６０６ｂとの動作可能な係合と、発射モータ６０２又は閉鎖モータ６０３のいずれかとの動作可能な係合と、の間で選択的に切り替えることができる。少なくとも１つの実施例では、図１６に示すように、スイッチ６１４は、複数の位置及び／又は状態間を移動又は遷移させることができる。例えば、第１の位置６１６では、スイッチ６１４は、共通の制御モジュール６１０を発射モータ６０２と電気的に連結してもよく、第２の位置６１７では、スイッチ６１４は、共通の制御モジュール６１０を閉鎖モータ６０３と電気的に連結してもよく、第３の位置６１８ａでは、スイッチ６１４は、共通の制御モジュール６１０を第１の関節運動モータ６０６ａと電気的に連結してもよく、第４の位置６１８ｂでは、スイッチ６１４は、共通の制御モジュール６１０を第２の関節運動モータ６０６ｂと電気的に連結してもよい。特定の例では、同時に、別個の共通の制御モジュール６１０を、発射モータ６０２、閉鎖モータ６０３、及び関節運動モータ６０６ａ、６０６ｂと電気的に連結してもよい。特定の例では、スイッチ６１４は、機械的スイッチ、電気機械的スイッチ、固体スイッチ、又は任意の好適な切り替え機構であってもよい。
モータ６０２、６０３、６０６ａ、６０６ｂのそれぞれは、モータのシャフト上の出力トルクを測定するためのトルクセンサを備えてもよい。エンドエフェクタ上の力は、ジョーの外側の力センサによって、又はジョーを作動させるモータのトルクセンサなどによって、任意の従来の方法で感知されてもよい。
様々な例では、図１６に示されるように、共通の制御モジュール６１０は、１つ以上のＨブリッジＦＥＴを備え得るモータ駆動器６２６を備えてもよい。モータ駆動器６２６は、例えば、マイクロコントローラ６２０（「コントローラ」）からの入力に基づいて、電源６２８から共通の制御モジュール６１０に連結されたモータへと伝達された電力を変調してもよい。特定の例では、上述したように、例えば、モータが共通の制御モジュール６１０に連結されている間にマイクロコントローラ６２０を用いて、モータによって引き込まれる電流を判定することができる。
特定の例では、マイクロコントローラ６２０は、マイクロプロセッサ６２２（「プロセッサ」）と、１つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体又はメモリユニット６２４（「メモリ」）と、を含んでもよい。特定の例では、メモリ６２４は、様々なプログラム命令を記憶することができ、それが実行されると、プロセッサ６２２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。特定の場合には、メモリユニット６２４のうちの１つ以上が、例えば、プロセッサ６２２に連結されてもよい。
特定の例では、電源６２８を用いて、例えばマイクロコントローラ６２０に電力を供給してもよい。特定の例では、電源６２８は、例えばリチウムイオン電池などの電池（又は「電池パック」若しくは「パワーパック」）を含んでもよい。特定の例では、電池パックは、外科用器具６００に電力を供給するため、ハンドルに解除可能に装着されるように構成されてもよい。直列で接続された多数の電池セルを、電源６２８として使用してもよい。特定の例では、電源６２８は、例えば、交換可能及び／又は再充電可能であってもよい。
様々な例では、プロセッサ６２２は、モータ駆動器６２６を制御して、共通の制御モジュール６１０に連結されたモータの位置、回転方向、及び／又は速度を制御することができる。特定の例では、プロセッサ６２２は、モータ駆動器６２６に信号伝達して、共通の制御モジュール６１０に連結されたモータを停止及び／又は使用不能にすることができる。用語「プロセッサ」は、本明細書で使用されるとき、任意の好適なマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又は、コンピュータの中央処理装置（ＣＰＵ）の機能を１つの集積回路又は最大で数個の集積回路上で統合したその他の基本コンピューティング装置を含むと理解されるべきである。プロセッサは、デジタルデータを入力として受け取り、メモリに記憶された命令に従ってそのデータを処理し、結果を出力として提供する、多目的のプログラマブルデバイスである。これは、内部メモリを有するので、逐次的デジタル論理の一例である。プロセッサは、二進数法で表される数字及び記号で動作する。
一例では、プロセッサ６２２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。特定の場合には、マイクロコントローラ６２０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１つの実施例では、Ｔｅｘａｓ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＬＭ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲは、製品データシートで容易に利用可能な特性の中でもとりわけ、最大４０ＭＨｚの２５６ＫＢのシングル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、性能を４０ＭＨｚ超に改善するためのプリフェッチバッファ、３２ＫＢのシングルサイクルＳＲＡＭ、ＳｔｅｌｌａｒｉｓＷａｒｅ（登録商標）ソフトウェアを搭載した内部ＲＯＭ、２ＫＢのＥＥＰＲＯＭ、１つ以上のＰＷＭモジュール、１つ以上のＱＥＩアナログ、１２個のアナログ入力チャネルを備える１つ以上の１２ビットＡＤＣを含む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、モジュール４４１０と共に使用するのに容易に代用されてもよい。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。
特定の例では、メモリ６２４は、共通の制御モジュール６１０に連結可能な外科用器具６００のモータをそれぞれ制御するためのプログラム命令を含んでもよい。例えば、メモリ６２４は、発射モータ６０２、閉鎖モータ６０３、及び関節運動モータ６０６ａ、６０６ｂを制御するためのプログラム命令を含んでもよい。このようなプログラム命令は、プロセッサ６２２に、外科用器具又はツールのアルゴリズム又は制御プログラムからの入力に従って、発射機能、閉鎖機能、及び関節運動機能を制御させることができる。
特定の場合には、例えば、センサ６３０などの１つ以上の機構及び／又はセンサを用いて、特定の設定で使用すべきプログラム命令をプロセッサ６２２に警告することができる。例えば、センサ６３０は、エンドエフェクタの発射、閉鎖、及び関節運動に関連するプログラム命令を使用するようにプロセッサ６２２に警告することができる。特定の例では、センサ６３０は、例えば、スイッチ６１４の位置を感知するために用いることができる位置センサを備えてもよい。したがって、プロセッサ６２２は、例えば、センサ６３０を介してスイッチ６１４が第１の位置６１６にあることを検出すると、エンドエフェクタのＩビームの発射と関連付けられたプログラム命令を使用することができ、プロセッサ６２２は、例えば、センサ６３０を介してスイッチ６１４が第２の位置６１７にあることを検出すると、アンビルの閉鎖と関連付けられたプログラム命令を使用することができ、プロセッサ６２２は、例えば、センサ６３０を介してスイッチ６１４が第３の位置６１８ａ又は第４の位置６１８ｂにあることを検出すると、エンドエフェクタの関節運動と関連付けられたプログラム命令を使用することができる。
図１７は、本開示の一態様による、本明細書で説明される外科用ツールを操作するように構成されたロボット外科用器具７００の概略図である。ロボット外科用器具７００は、単一又は複数の関節運動駆動連結部のいずれかを用いて、変位部材の遠位／近位並進、閉鎖管の遠位／近位変位、シャフトの回転、及び関節運動を制御するようにプログラム又は構成されてもよい。一態様では、外科用器具７００は、発射部材、閉鎖部材、シャフト部材、及び／又は１つ以上の関節運動部材を個別に制御するようにプログラム又は構成されてもよい。外科用器具７００は、モータ駆動式の発射部材、閉鎖部材、シャフト部材、及び／又は１つ以上の関節運動部材を制御するように構成された制御回路７１０を備える。
一態様では、ロボット外科用器具７００は、複数のモータ７０４ａ〜７０４ｅを介して、エンドエフェクタ７０２のアンビル７１６及びＩビーム７１４（鋭い切刃を含む）部分、取り外し可能なステープルカートリッジ７１８、シャフト７４０、並びに１つ以上の関節運動部材７４２ａ、７４２ｂを制御するように構成された制御回路７１０を備える。位置センサ７３４は、Ｉビーム７１４の位置フィードバックを制御回路７１０に提供するように構成されてもよい。他のセンサ７３８は、制御回路７１０にフィードバックを提供するように構成されてもよい。タイマー／カウンタ７３１は、制御回路７１０にタイミング及びカウント情報を提供する。モータ７０４ａ〜７０４ｅを動作させるためにエネルギー源７１２が設けられてもよく、電流センサ７３６はモータ電流フィードバックを制御回路７１０に提供する。モータ７０４ａ〜７０４ｅは、開ループ又は閉ループフィードバック制御において制御回路７１０によって個別に操作することができる。
一態様では、制御回路７１０は、１つ以上のマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、又はプロセッサ若しくは複数のプロセッサに１つ以上のタスクを実施させる命令を実行するための他の好適なプロセッサを備えてもよい。一態様では、タイマー／カウンタ７３１は、経過時間又はデジタルカウントなどの出力信号を制御回路７１０に提供して位置センサ７３４によって決定されたＩビーム７１４の位置をタイマー／カウンタ７３１の出力と相関させ、その結果、制御回路７１０は、Ｉビーム７１４が開始位置に対して特定の位置にあるときの、開始位置又は時間（ｔ）に対する特定の時間（ｔ）におけるＩビーム７１４の位置を決定することができる。タイマー／カウンタ７３１は、経過時間を測定するか、外部イベントを計数するか、又は外部イベントの時間を測定するように構成されてよい。
一態様では、制御回路７１０は、１つ以上の組織状態に基づいてエンドエフェクタ７０２の機能を制御するようにプログラムされてもよい。制御回路７１０は、本明細書に記載されるように、直接的又は間接的のいずれかで厚さなどの組織状態を感知するようにプログラムされてもよい。制御回路７１０は、組織状態に基づいて発射制御プログラム又は閉鎖制御プログラムを選択するようにプログラムされてもよい。発射制御プログラムは、変位部材の遠位運動を記述することができる。様々な組織状態をより良好に処理するために様々な発射制御プログラムを選択することができる。例えば、より厚い組織が存在する場合、制御回路７１０は、変位部材をより低速で、かつ／又はより低電力で並進させるようにプログラムされてもよい。より薄い組織が存在する場合、制御回路７１０は、変位部材をより高速で、かつ／又はより高電力で並進させるようにプログラムされてもよい。閉鎖制御プログラムは、アンビル７１６によって組織に加えられる閉鎖力を制御し得る。その他の制御プログラムは、シャフト７４０及び関節運動部材７４２ａ、７４２ｂの回転を制御する。
一態様では、制御回路７１０は、モータ設定点（motor set point）信号を生成することができる。モータ設定点信号は、様々なモータコントローラ７０８ａ〜７０８ｅに提供されてもよい。モータコントローラ７０８ａ〜７０８ｅは、本明細書で説明するように、モータ７０４ａ〜７０４ｅにモータ駆動信号を提供してモータ７０４ａ〜７０４ｅを駆動するように構成された１つ以上の回路を備えてもよい。いくつかの実施例では、モータ７０４ａ〜７０４ｅはブラシ付きＤＣ電動モータであってもよい。例えば、モータ７０４ａ〜７０４ｅの速度は、それぞれのモータ駆動信号に比例してもよい。いくつかの実施例では、モータ７０４ａ〜７０４ｅはブラシレスＤＣ電動モータであってもよく、それぞれのモータ駆動信号は、モータ７０４ａ〜７０４ｅの１つ以上の固定子巻線に提供されるＰＷＭ信号を含んでもよい。また、いくつかの実施例では、モータコントローラ７０８ａ〜７０８ｅは省略されてもよく、制御回路７１０がモータ駆動信号を直接生成してもよい。
一態様では、制御回路７１０は、最初に、モータ７０４ａ〜７０４ｅのそれぞれを、変位部材のストロークの第１の開ループ部分では開ループ構成で動作させてもよい。ストロークの開ループ部分の間のロボット外科用器具７００の応答に基づいて、制御回路７１０は、閉ループ構成の発射制御プログラムを選択してもよい。器具の応答としては、開ループ部分の間の変位部材の並進距離、開ループ部分の間に経過する時間、開ループ部分の間にモータ７０４ａ〜７０４ｅのうちの１つに提供されるエネルギー、モータ駆動信号のパルス幅の合計などが挙げられ得る。開ループ部分の後で、制御回路７１０は、変位部材ストロークの第２の部分に対して選択された発射制御プログラムを実施してもよい。例えば、ストロークの閉ループ部分の間、制御回路７１０は、変位部材の位置を記述する並進データに基づいてモータ７０４ａ〜７０４ｅのうちの１つを閉ループ式に変調して、変位部材を一定速度で並進させてもよい。
一態様では、モータ７０４ａ〜７０４ｅは、エネルギー源７１２から電力を受け取ることができる。エネルギー源７１２は、主交流電源、電池、超コンデンサ、又は任意の他の好適なエネルギー源によって駆動されるＤＣ電源であってもよい。モータ７０４ａ〜７０４ｅは、それぞれの伝達装置７０６ａ〜７０６ｅを介して、Ｉビーム７１４、アンビル７１６、シャフト７４０、関節運動７４２ａ、及び関節運動７４２ｂなどの個々の可動機械的要素に機械的に連結されてもよい。伝達装置７０６ａ〜７０６ｅは、モータ７０４ａ〜７０４ｅを可動機械的要素に連結するための１つ以上のギヤ又は他の連結構成要素を含んでもよい。位置センサ７３４は、Ｉビーム７１４の位置を感知し得る。位置センサ７３４は、Ｉビーム７１４の位置を示す位置データを生成することができる任意の種類のセンサであってもよく、又はそれを含んでもよい。いくつかの実施例では、位置センサ７３４は、Ｉビーム７１４が遠位及び近位に並進すると一連のパルスを制御回路７１０に提供するように構成されたエンコーダを含んでもよい。制御回路７１０は、パルスを追跡してＩビーム７１４の位置を判定してもよい。例えば近接センサを含む他の好適な位置センサが使用されてもよい。他の種類の位置センサは、Ｉビーム７１４の運動を示す他の信号を提供することができる。また、一部の実施例では、位置センサ７３４は省略されてもよい。モータ７０４ａ〜７０４ｅのいずれかがステップモータである場合、制御回路７１０は、モータ７０４が実行するように命令されたステップの数及び方向を合計することによって、Ｉビーム７１４の位置を追跡することができる。位置センサ７３４は、エンドエフェクタ７０２内、又は器具の任意の他の部分に位置することができる。モータ７０４ａ〜７０４ｅのそれぞれの出力は、力を感知するためのトルクセンサ７４４ａ〜７４４ｅを含み、駆動シャフトの回転を感知するエンコーダを有する。
一態様では、制御回路７１０は、エンドエフェクタ７０２のＩビーム７１４部分などの発射部材を駆動するように構成されている。制御回路７１０はモータ制御部７０８ａにモータ設定点を提供し、モータ制御部７０８ａはモータ７０４ａに駆動信号を提供する。モータ７０４ａの出力シャフトは、トルクセンサ７４４ａに連結される。トルクセンサ７４４ａは、Ｉビーム７１４に連結された伝達装置７０６ａに連結される。伝達装置７０６ａは、エンドエフェクタ７０２の長手方向軸線に沿って遠位方向及び近位方向へのＩビーム７１４の移動を制御するための回転要素及び発射部材などの可動機械的要素を備える。一態様では、モータ７０４ａは、第１のナイフ駆動ギヤ及び第２のナイフ駆動ギヤを含むナイフギヤ減速セットを含むナイフギヤアセンブリに連結されてもよい。トルクセンサ７４４ａは、制御回路７１０に発射力フィードバック信号を提供する。発射力信号は、Ｉビーム７１４を発射又は変位させるために必要な力を表す。位置センサ７３４は、発射ストロークに沿ったＩビーム７１４の位置又は発射部材の位置を、フィードバック信号として制御回路７１０に提供するように構成されてもよい。エンドエフェクタ７０２は、制御回路７１０にフィードバック信号を提供するように構成された追加のセンサ７３８を含んでもよい。使用準備が整ったら、制御回路７１０は、モータ制御部７０８ａに発射信号を提供することができる。発射信号に応答して、モータ７０４ａは、発射部材をエンドエフェクタ７０２の長手方向軸線に沿って、近位のストローク開始位置からストローク開始位置の遠位にあるストローク終了位置まで遠位方向に駆動することができる。発射部材が遠位に並進すると、遠位端に位置付けられた切断要素を備えるＩビーム７１４は、遠位に前進して、ステープルカートリッジ７１８とアンビル７１６との間に位置する組織を切断する。
一態様では、制御回路７１０は、エンドエフェクタ７０２のアンビル７１６などの閉鎖部材を駆動するように構成されている。制御回路７１０は、モータ７０４ｂに駆動信号を提供するモータ制御部７０８ｂにモータ設定点を提供する。モータ７０４ｂの出力シャフトは、トルクセンサ７４４ｂに連結される。トルクセンサ７４４ｂは、アンビル７１６に連結された伝達装置７０６ｂに連結される。伝達装置７０６ｂは、開放位置及び閉鎖位置からのアンビル７１６の移動を制御するための回転要素及び閉鎖部材などの可動機械的要素を備える。一態様では、モータ７０４ｂは、閉鎖スパーギヤと噛合係合して支持される閉鎖減速ギヤセットを含む閉鎖ギヤアセンブリに連結される。トルクセンサ７４４ｂは、制御回路７１０に閉鎖力フィードバック信号を提供する。閉鎖力フィードバック信号は、アンビル７１６に適用される閉鎖力を表す。位置センサ７３４は、閉鎖部材の位置をフィードバック信号として制御回路７１０に提供するように構成されてもよい。エンドエフェクタ７０２内の追加のセンサ７３８は、閉鎖力フィードバック信号を制御回路７１０に提供することができる。枢動可能なアンビル７１６は、ステープルカートリッジ７１８の反対側に位置付けられる。使用準備が整うと、制御回路７１０は、モータ制御部７０８ｂに閉鎖信号を提供することができる。閉鎖信号に応答して、モータ７０４ｂは、閉鎖部材を前進させて、アンビル７１６とステープルカートリッジ７１８との間で組織を把持する。
一態様では、制御回路７１０は、エンドエフェクタ７０２を回転させるためにシャフト７４０などのシャフト部材を回転させるように構成されている。制御回路７１０は、モータ７０４ｃに駆動信号を提供するモータ制御部７０８ｃにモータ設定点を提供する。モータ７０４ｃの出力シャフトは、トルクセンサ７４４ｃに連結される。トルクセンサ７４４ｃは、シャフト７４０に連結された伝達装置７０６ｃに連結される。伝達装置７０６ｃは、シャフト７４０の時計回り又は反時計回りの回転を３６０度まで及びそれを超えて制御するために回転要素などの可動機械的要素を備える。一態様では、モータ７０４ｃは、ツール装着プレート上に動作可能に支持された回転ギヤアセンブリによって動作可能に係合されるように、近位閉鎖管の近位端上に形成された（又はこれに取り付けられた）管状ギヤセグメントを含む回転伝達装置アセンブリに連結される。トルクセンサ７４４ｃは、制御回路７１０に回転力フィードバック信号を提供する。回転力フィードバック信号は、シャフト７４０に加えられる回転力を表す。位置センサ７３４は、閉鎖部材の位置をフィードバック信号として制御回路７１０に提供するように構成されてもよい。シャフトエンコーダなどの追加のセンサ７３８が、シャフト７４０の回転位置を制御回路７１０に提供してもよい。
一態様では、制御回路７１０は、エンドエフェクタ７０２を関節運動させるように構成されている。制御回路７１０は、モータ７０４ｄに駆動信号を提供するモータ制御部７０８ｄにモータ設定点を提供する。モータ７０４ｄの出力シャフトは、トルクセンサ７４４ｄに連結される。トルクセンサ７４４ｄは、関節運動部材７４２ａに連結された伝達装置７０６ｄに連結される。伝達装置７０６ｄは、エンドエフェクタ７０２の±６５°の関節運動を制御するための関節運動要素などの可動機械的要素を備える。一態様では、モータ７０４ｄは、関節運動ナットに連結され、関節運動ナットは、遠位スパイン部分の近位端部分上で回転可能に軸支され、遠位スパイン部分の近位端部分上で関節運動ギヤアセンブリによって回転可能に駆動される。トルクセンサ７４４ｄは、制御回路７１０に関節運動力フィードバック信号を提供する。関節運動力フィードバック信号は、エンドエフェクタ７０２に適用される関節運動力を表す。関節運動エンコーダなどのセンサ７３８は、エンドエフェクタ７０２の関節運動位置を制御回路７１０に提供してもよい。
別の態様では、ロボット外科システム７００の関節運動機能は、２つの関節運動部材、又は連結部７４２ａ、７４２ｂを含んでもよい。これらの関節運動部材７４２ａ、７４２ｂは、２つのモータ７０８ｄ、７０８ｅによって駆動されるロボットインターフェース（ラック）上の個別のディスクによって駆動される。個別の発射モータ７０４ａが提供されると、ヘッドが運動していないときにヘッドに抵抗保持運動及び負荷を提供するために、かつヘッドが関節運動しているときに関節運動を提供するために、関節運動連結部７４２ａ、７４２ｂのそれぞれは他の連結部に対して拮抗的に駆動され得る。関節運動部材７４２ａ、７４２ｂは、ヘッドが回転するときに固定された半径でヘッドに取り付けられる。したがって、ヘッドが回転すると、プッシュプル連結部の機械効率は変化する。この機械効率の変化は、他の関節運動連結部の駆動システムでより顕著であり得る。
一態様では、１つ以上のモータ７０４ａ〜７０４ｅは、ギヤボックス、及び発射部材、閉鎖部材、又は関節運動部材への機械的連結部を備えるブラシ付きＤＣモータを備えてもよい。別の例としては、変位部材、関節運動連結部、閉鎖管、及びシャフトなどの可動機械的要素を動作させる電動モータ７０４ａ〜７０４ｅが挙げられる。外部影響とは、組織、周囲体、及び物理系上の摩擦などのものの、測定されていない予測不可能な影響である。こうした外部影響は、電動モータ７０４ａ〜７０４ｅの１つに反して作用する障害（drag）と呼ばれることがある。障害などの外部影響は、物理系の動作を物理系の所望の動作から逸脱させることがある。
一態様では、位置センサ７３４は、絶対位置決めシステムとして実装されてもよい。一態様では、位置センサ７３４は、Ａｕｓｔｒｉａ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，ＡＧから入手可能なＡＳ５０５５ＥＱＦＴシングルチップ磁気回転位置センサとして実装される磁気回転絶対位置決めシステムを備えてもよい。位置センサ７３４は、制御回路７１０とインターフェース接続（interface with）して絶対位置決めシステムを提供することができる。位置は、磁石の上方に位置し、加算、減算、ビットシフト、及びテーブル参照演算のみを必要とする、双曲線関数及び三角関数を計算する簡潔かつ効率的なアルゴリズムを実装するために設けられた、桁毎法及びボルダーアルゴリズムとしても知られるＣＯＲＤＩＣプロセッサに連結された、複数のホール効果素子を含み得る。
一態様では、制御回路７１０は、１つ以上のセンサ７３８と通信してもよい。センサ７３８は、エンドエフェクタ７０２上に位置付けられ、ロボット外科用器具７００と共に動作して、間隙距離対時間、組織圧縮対時間、及びアンビル歪み対時間などの様々な導出パラメータを測定するように適合されてもよい。センサ７３８は、磁気センサ、磁界センサ、歪みゲージ、ロードセル、圧力センサ、力センサ、トルクセンサ、渦電流センサなどの誘導センサ、抵抗センサ、容量センサ、光学センサ、及び／又はエンドエフェクタ７０２の１つ以上のパラメータを測定するための任意の他の好適なセンサを備えてもよい。センサ７３８は、１つ以上のセンサを含み得る。センサ７３８は、分割された電極を使用して組織の位置を決定するために、ステープルカートリッジ７１８のデッキ上に配置されてもよい。トルクセンサ７４４ａ〜７４４ｅは、とりわけ、発射力、閉鎖力、及び／又は関節運動力などの力を感知するように構成されてもよい。したがって、制御回路７１０は、（１）遠位閉鎖管によって経験される閉鎖負荷及びその位置、（２）ラックにある発射部材及びその位置、（３）ステープルカートリッジ７１８のどの部分がその上に組織を有しているか、及び（４）両方の関節運動ロッド上の負荷及び位置を感知することができる。
一態様では、１つ以上のセンサ７３８は、クランプ状態の間のアンビル７１６における歪みの大きさを測定するように構成された、微小歪みゲージなどの歪みゲージを備えてもよい。歪みゲージは、歪みの大きさに伴って振幅が変動する電気信号を提供する。センサ７３８は、アンビル７１６とステープルカートリッジ７１８との間で圧縮された組織の存在によって生成された圧力を検出するように構成された圧力センサを備えてもよい。センサ７３８は、アンビル７１６とステープルカートリッジ７１８との間に位置する組織部分のインピーダンスを検出するように構成されてもよく、このインピーダンスは、それらの間に位置する組織の厚さ及び／又は充満度を示す。
一態様では、センサ７３８は、とりわけ、１つ以上のリミットスイッチ、電気機械装置、固体スイッチ、ホール効果装置、磁気抵抗（ＭＲ）装置、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）装置、磁力計として実装されてもよい。他の実装形態では、センサ７３８は、とりわけ光センサ、ＩＲセンサ、紫外線センサなどの光の影響下で動作する固体スイッチとして実装されてもよい。更に、スイッチは、トランジスタ（例えば、ＦＥＴ、接合ＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、双極など）などの固体装置であってもよい。他の実装形態では、センサ７３８は、とりわけ、導電体非含有スイッチ、超音波スイッチ、加速度計、及び慣性センサを含んでもよい。
一態様では、センサ７３８は、閉鎖駆動システムによってアンビル７１６に及ぼされる力を測定するように構成され得る。例えば、１つ以上のセンサ７３８は、閉鎖管によってアンビル７１６に加えられる閉鎖力を検出するために、閉鎖管とアンビル７１６との間の相互作用点に位置し得る。アンビル７１６に対して及ぼされる力は、アンビル７１６とステープルカートリッジ７１８との間に捕捉された組織部分が経験する組織圧縮を表すものであり得る。１つ以上のセンサ７３８を、閉鎖駆動システムに沿って様々な相互作用点に位置付けて、閉鎖駆動システムによりアンビル７１６に適用される閉鎖力を検出することができる。１つ以上のセンサ７３８は、制御回路７１０のプロセッサによるクランプ動作中にリアルタイムでサンプリングされてもよい。制御回路７１０は、リアルタイムのサンプル測定値を受信して時間ベースの情報を提供及び分析し、アンビル７１６に適用される閉鎖力をリアルタイムで評価する。
一態様では、電流センサ７３６を用いて、モータ７０４ａ〜７０４ｅのそれぞれによって引き込まれる電流を測定することができる。Ｉビーム７１４などの可動機械的要素のいずれかを前進させるのに必要な力は、モータ７０４ａ〜７０４ｅのうちの１つによって引き込まれる電流に対応する。力はデジタル信号に変換されて、制御回路７１０に提供される。制御回路７１０は、器具の実際のシステムの応答をコントローラのソフトウェアでシミュレートするように構成され得る。変位部材を作動させて、エンドエフェクタ７０２内のＩビーム７１４を目標速度又はその付近で移動させることができる。ロボット外科用器具７００は、フィードバックコントローラを含むことができ、フィードバックコントローラは、例えば、ＰＩＤ、状態フィードバック、線形二次（ＬＱＲ）、及び／又は適応コントローラが挙げられるがこれらに限定されない任意のフィードバックコントローラのうちのいずれか１つであってもよい。ロボット外科用器具７００は、フィードバックコントローラからの信号を、例えば、ケース電圧、ＰＷＭ電圧、周波数変調電圧、電流、トルク、及び／又は力などの物理的入力に変換するための電源を含むことができる。更なる詳細は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年６月２９日出願の「ＣＬＯＳＥＤ ＬＯＯＰ ＶＥＬＯＣＩＴＹ ＣＯＮＴＲＯＬ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴＩＣ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」と題する米国特許出願第１５／６３６，８２９号に開示されている。
図１８は、本開示の一態様による、変位部材の遠位並進を制御するようにプログラムされた外科用器具７５０のブロック図を示す。一態様では、外科用器具７５０は、Ｉビーム７６４などの変位部材の遠位並進を制御するようにプログラムされる。外科用器具７５０は、アンビル７６６、Ｉビーム７６４（鋭利な切刃を含む）、及び取り外し可能なステープルカートリッジ７６８を備え得るエンドエフェクタ７５２を備える。
Ｉビーム７６４などの直線変位部材の位置、移動、変位、及び／又は並進は、絶対位置決めシステム、センサ構成、及び位置センサ７８４によって測定することができる。Ｉビーム７６４が長手方向に移動可能な駆動部材に連結されているので、Ｉビーム７６４の位置は、位置センサ７８４を使用する長手方向に移動可能な駆動部材の位置を測定することによって判定することができる。したがって、以下の説明では、Ｉビーム７６４の位置、変位、及び／又は並進は、本明細書に記載される位置センサ７８４によって達成され得る。制御回路７６０は、Ｉビーム７６４などの変位部材の並進を制御するようにプログラムされてもよい。いくつかの実施例では、制御回路７６０は、１つ以上のマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、又はプロセッサ若しくは複数のプロセッサに、記載される方法で変位部材、例えばＩビーム７６４を制御させる命令を実行するための他の好適なプロセッサを備えてもよい。一態様では、タイマー／カウンタ７８１は、経過時間又はデジタルカウントなどの出力信号を制御回路７６０に提供して、位置センサ７８４によって判定されたＩビーム７６４の位置をタイマー／カウンタ７８１の出力と相関させ、その結果、制御回路７６０は、開始位置に対する特定の時間（ｔ）におけるＩビーム７６４の位置を判定することができる。タイマー／カウンタ７８１は、経過時間を測定するか、外部イベントを計数するか、又は外部イベントの時間を測定するように構成されてよい。
制御回路７６０は、モータ設定点信号７７２を生成してもよい。モータ設定点信号７７２は、モータコントローラ７５８に提供されてもよい。モータコントローラ７５８は、本明細書で説明するように、モータ７５４にモータ駆動信号７７４を提供してモータ７５４を駆動するように構成された１つ以上の回路を備えてもよい。いくつかの実施例では、モータ７５４は、ブラシ付きＤＣ電動モータであってもよい。例えば、モータ７５４の速度は、モータ駆動信号７７４に比例してもよい。いくつかの実施例では、モータ７５４はブラシレスＤＣ電動モータであってもよく、モータ駆動信号７７４は、モータ７５４の１つ以上の固定子巻線に提供されるＰＷＭ信号を含んでもよい。また、いくつかの実施例では、モータコントローラ７５８は省略されてもよく、制御回路７６０がモータ駆動信号７７４を直接生成してもよい。
モータ７５４は、エネルギー源７６２から電力を受け取ることができる。エネルギー源７６２は、電池、超コンデンサ、又は任意の他の好適なエネルギー源であってもよく、あるいはそれを含んでもよい。モータ７５４は、伝達装置７５６を介してＩビーム７６４に機械的に連結され得る。伝達装置７５６は、モータ７５４をＩビーム７６４に連結するための１つ以上のギヤ又は他の連結構成要素を含んでもよい。位置センサ７８４は、Ｉビーム７６４の位置を感知し得る。位置センサ７８４は、Ｉビーム７６４の位置を示す位置データを生成することができる任意の種類のセンサであってもよく、又はそれを含んでもよい。いくつかの実施例では、位置センサ７８４は、Ｉビーム７６４が遠位及び近位に並進すると一連のパルスを制御回路７６０に提供するように構成されたエンコーダを含んでもよい。制御回路７６０は、パルスを追跡してＩビーム７６４の位置を判定してもよい。例えば近接センサを含む他の好適な位置センサが使用されてもよい。他の種類の位置センサは、Ｉビーム７６４の運動を示す他の信号を提供することができる。また、一部の実施例では、位置センサ７８４は省略されてもよい。モータ７５４がステップモータである場合、制御回路７６０は、モータ７５４が実行するように命令されたステップの数及び方向を合計することによって、Ｉビーム７６４の位置を追跡することができる。位置センサ７８４は、エンドエフェクタ７５２内、又は器具の任意の他の部分に位置することができる。
制御回路７６０は、１つ以上のセンサ７８８と通信状態にあってもよい。センサ７８８は、エンドエフェクタ７５２上に位置付けられ、外科用器具７５０と共に動作して、間隙距離対時間、組織圧縮対時間、及びアンビル歪み対時間などの様々な導出パラメータを測定するように適合され得る。センサ７８８は、磁気センサ、磁界センサ、歪みゲージ、圧力センサ、力センサ、渦電流センサなどの誘導センサ、抵抗センサ、容量センサ、光学センサ、及び／又はエンドエフェクタ７５２の１つ以上のパラメータを測定するための任意の他の好適なセンサを備え得る。センサ７８８は、１つ以上のセンサを含んでもよい。
１つ以上のセンサ７８８は、クランプ状態の間のアンビル７６６における歪みの大きさを測定するように構成された、微小歪みゲージなどの歪みゲージを備えてもよい。歪みゲージは、歪みの大きさに伴って振幅が変動する電気信号を提供する。センサ７８８は、アンビル７６６とステープルカートリッジ７６８との間で圧縮された組織の存在によって生成された圧力を検出するように構成された圧力センサを備えてもよい。センサ７８８は、アンビル７６６とステープルカートリッジ７６８との間に位置する組織部分のインピーダンスを検出するように構成されてもよく、このインピーダンスは、それらの間に位置する組織の厚さ及び／又は充満度を示す。
センサ７８８は、閉鎖駆動システムにより、アンビル７６６上に及ぼされる力を測定するように構成されてよい。例えば、１つ以上のセンサ７８８は、閉鎖管によってアンビル７６６に加えられる閉鎖力を検出するために、閉鎖管とアンビル７６６との間の相互作用点に位置し得る。アンビル７６６に対して及ぼされる力は、アンビル７６６とステープルカートリッジ７６８との間に捕捉された組織部分が経験する組織圧縮を表すものであり得る。１つ以上のセンサ７８８を、閉鎖駆動システムに沿って様々な相互作用点に位置付けて、閉鎖駆動システムによりアンビル７６６に適用される閉鎖力を検出することができる。１つ以上のセンサ７８８は、制御回路７６０のプロセッサによるクランプ動作中にリアルタイムでサンプリングされてもよい。制御回路７６０は、リアルタイムのサンプル測定値を受信して時間ベースの情報を提供及び分析し、アンビル７６６に適用される閉鎖力をリアルタイムで評価する。
モータ７５４によって引き込まれる電流を測定するために、電流センサ７８６を用いることができる。Ｉビーム７６４を前進させるのに必要な力は、モータ７５４によって引き込まれる電流に対応する。力はデジタル信号に変換されて、制御回路７６０に提供される。
制御回路７６０は、器具の実際のシステムの応答をコントローラのソフトウェアでシミュレートするように構成され得る。変位部材を作動させて、エンドエフェクタ７５２内のＩビーム７６４を目標速度又はその付近で移動させることができる。外科用器具７５０は、フィードバックコントローラを含むことができ、フィードバックコントローラは、例えば、ＰＩＤ、状態フィードバック、ＬＱＲ、及び／又は適応コントローラが挙げられるがこれらに限定されない任意のフィードバックコントローラのうちのいずれか１つであってもよい。外科用器具７５０は、フィードバックコントローラからの信号を、例えば、ケース電圧、ＰＷＭ電圧、周波数変調電圧、電流、トルク、及び／又は力などの物理的入力に変換するための電源を含むことができる。
外科用器具７５０の実際の駆動システムは、ギヤボックス、並びに関節運動及び／又はナイフシステムへの機械的連結部を備えるブラシ付きＤＣモータによって、変位部材、切断部材、又はＩビーム７６４を駆動するように構成されている。別の例は、交換式シャフトアセンブリの、例えば変位部材及び関節運動駆動器を操作する電気モータ７５４である。外部影響とは、組織、周囲体、及び物理系上の摩擦などのものの、測定されていない予測不可能な影響である。こうした外部影響は、電気モータ７５４に反して作用する障害と呼ばれることがある。障害などの外部影響は、物理系の動作を物理系の所望の動作から逸脱させることがある。
様々な例示的態様は、モータ駆動の外科用ステープル留め及び切断手段を有するエンドエフェクタ７５２を備える外科用器具７５０を対象とする。例えば、モータ７５４は、エンドエフェクタ７５２の長手方向軸線に沿って遠位方向及び近位方向に変位部材を駆動してもよい。エンドエフェクタ７５２は、枢動可能なアンビル７６６と、使用のために構成される場合は、アンビル７６６の反対側に位置付けられたステープルカートリッジ７６８とを備えてもよい。臨床医は、本明細書に記載されるように、アンビル７６６とステープルカートリッジ７６８との間に組織を把持してもよい。器具７５０を使用する準備が整った場合、臨床医は、例えば器具７５０のトリガを押すことによって発射信号を提供してもよい。発射信号に応答して、モータ７５４は、変位部材をエンドエフェクタ７５２の長手方向軸線に沿って、近位のストローク開始位置からストローク開始位置の遠位にあるストローク終了位置まで遠位方向に駆動することができる。変位部材が遠位方向に並進するにつれて、遠位端に位置付けられた切断要素を有するＩビーム７６４は、ステープルカートリッジ７６８とアンビル７６６との間の組織を切断することができる。
様々な実施例で、外科用器具７５０は、１つ以上の組織状態に基づいて、例えば、Ｉビーム７６４などの変位部材の遠位並進を制御するようにプログラムされた制御回路７６０を備えてもよい。制御回路７６０は、本明細書に説明されるように、直接的又は間接的のいずれかで厚さなどの組織状態を感知するようにプログラムされてもよい。制御回路７６０は、組織状態に基づいて発射制御プログラムを選択するようにプログラムされてもよい。発射制御プログラムは、変位部材の遠位運動を記述することができる。様々な組織状態をより良好に処理するために様々な発射制御プログラムを選択することができる。例えば、より厚い組織が存在する場合、制御回路７６０は、変位部材をより低速で、かつ／又はより低電力で並進させるようにプログラムされてもよい。より薄い組織が存在する場合、制御回路７６０は、変位部材をより高速で、かつ／又はより高電力で並進させるようにプログラムされてもよい。
いつくかの実施例では、制御回路７６０は、最初に、モータ７５４を、変位部材のストロークの第１の開ループ部分に対する開ループ構成で動作させてもよい。ストロークの開ループ部分の間の器具７５０の応答に基づいて、制御回路７６０は、発射制御プログラムを選択してもよい。器具の応答としては、開ループ部分の間の変位部材の並進距離、開ループ部分の間に経過する時間、開ループ部分の間にモータ７５４に提供されるエネルギー、モータ駆動信号のパルス幅の合計などが挙げられ得る。開ループ部分の後、制御回路７６０は、変位部材ストロークの第２の部分に対して、選択された発射制御プログラムを実施してもよい。例えば、ストロークの閉ループ部分の間、制御回路７６０は、変位部材の位置を記述する並進データに基づいてモータ７５４を閉ループ式に変調して、変位部材を一定速度で並進させてもよい。更なる詳細は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年９月２９日出願の「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ Ａ ＤＩＳＰＬＡＹ ＯＦ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」と題する米国特許出願第１５／７２０，８５２号に開示されている。
図１９は、本開示の一態様に従った、様々な機能を制御するように構成された外科用器具７９０の概略図である。一態様では、外科用器具７９０は、Ｉビーム７６４などの変位部材の遠位並進を制御するようにプログラムされる。外科用器具７９０は、アンビル７６６と、Ｉビーム７６４と、ＲＦカートリッジ７９６（破線で示す）と交換することができる着脱可能なステープルカートリッジ７６８と、を備え得るエンドエフェクタ７９２を備える。
一態様では、センサ７８８は、とりわけ、リミットスイッチ、電気機械装置、固体スイッチ、ホール効果装置、ＭＲ装置、ＧＭＲ装置、磁力計として実装されてもよい。他の実装形態では、センサ６３８は、とりわけ光センサ、ＩＲセンサ、紫外線センサなどの光の影響下で動作する固体スイッチであってもよい。更に、スイッチは、トランジスタ（例えば、ＦＥＴ、接合ＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、双極など）などの固体装置であってもよい。他の実装形態では、センサ７８８は、とりわけ、導電体非含有スイッチ、超音波スイッチ、加速度計、及び慣性センサを含んでもよい。
一態様では、位置センサ７８４は、Ａｕｓｔｒｉａ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，ＡＧから入手可能なＡＳ５０５５ＥＱＦＴシングルチップ磁気回転位置センサとして実装される磁気回転絶対位置決めシステムを備える絶対位置決めシステムとして実装されてもよい。位置センサ７８４は、制御回路７６０とインターフェース接続して絶対位置決めシステムを提供することができる。位置は、磁石の上方に位置し、加算、減算、ビットシフト、及びテーブル参照演算のみを必要とする、双曲線関数及び三角関数を計算する簡潔かつ効率的なアルゴリズムを実装するために設けられた、桁毎法及びボルダーアルゴリズムとしても知られるＣＯＲＤＩＣプロセッサに連結された、複数のホール効果素子を含み得る。
一態様では、Ｉビーム７６４は、組織切断刃を動作可能に支持するナイフ本体をその上に備えるナイフ部材として実装されてもよく、アンビル係合タブ又は特徴部及びチャネル係合特徴部又は足部を更に含んでよい。一態様では、ステープルカートリッジ７６８は、標準的な（機械式）外科用締結具カートリッジとして実装されてもよい。一態様では、ＲＦカートリッジ７９６はＲＦカートリッジとして実装されてもよい。これら、及び他のセンサ構成は、同一所有者の「ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ＦＯＲ ＡＤＡＰＴＩＶＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＭＯＴＯＲ ＶＥＬＯＣＩＴＹ ＯＦ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＴＡＰＬＩＮＧ ＡＮＤ ＣＵＴＴＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」と題する２０１７年６月２０日出願の米国特許出願第１５／６２８，１７５号に記載されており、その全体が参照として本明細書に組み込まれる。
Ｉビーム７６４などの直線変位部材の位置、移動、変位、及び／又は並進は、絶対位置決めシステム、センサ構成、及び位置センサ７８４として表される位置センサにより、測定可能である。Ｉビーム７６４が長手方向に移動可能な駆動部材に連結されているため、Ｉビーム７６４の位置は、位置センサ７８４を使用する長手方向に移動可能な駆動部材の位置を測定することによって判定することができる。したがって、以下の説明では、Ｉビーム７６４の位置、変位、及び／又は並進は、本明細書に記載される位置センサ７８４によって達成され得る。制御回路７６０は、本明細書に記載されるように、Ｉビーム７６４などの変位部材の並進を制御するようにプログラムされてもよい。いくつかの実施例では、制御回路７６０は、１つ以上のマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、又はプロセッサ若しくは複数のプロセッサに、記載される方法で変位部材、例えばＩビーム７６４を制御させる命令を実行するための他の好適なプロセッサを備えてもよい。一態様では、タイマー／カウンタ７８１は、経過時間又はデジタルカウントなどの出力信号を制御回路７６０に提供して、位置センサ７８４によって判定されたＩビーム７６４の位置をタイマー／カウンタ７８１の出力と相関させ、その結果、制御回路７６０は、開始位置に対する特定の時間（ｔ）におけるＩビーム７６４の位置を判定することができる。タイマー／カウンタ７８１は、経過時間を測定するか、外部イベントを計数するか、又は外部イベントの時間を測定するように構成されてよい。
制御回路７６０は、モータ設定点信号７７２を生成してもよい。モータ設定点信号７７２は、モータコントローラ７５８に提供されてもよい。モータコントローラ７５８は、本明細書で説明するように、モータ７５４にモータ駆動信号７７４を提供してモータ７５４を駆動するように構成された１つ以上の回路を備えてもよい。いくつかの実施例では、モータ７５４は、ブラシ付きＤＣ電動モータであってもよい。例えば、モータ７５４の速度は、モータ駆動信号７７４に比例してもよい。いくつかの実施例では、モータ７５４はブラシレスＤＣ電動モータであってもよく、モータ駆動信号７７４は、モータ７５４の１つ以上の固定子巻線に提供されるＰＷＭ信号を含んでもよい。また、いくつかの実施例では、モータコントローラ７５８は省略されてもよく、制御回路７６０がモータ駆動信号７７４を直接生成してもよい。
モータ７５４は、エネルギー源７６２から電力を受け取ることができる。エネルギー源７６２は、電池、超コンデンサ、又は任意の他の好適なエネルギー源であってもよく、あるいはそれを含んでもよい。モータ７５４は、伝達装置７５６を介してＩビーム７６４に機械的に連結され得る。伝達装置７５６は、モータ７５４をＩビーム７６４に連結するための１つ以上のギヤ又は他の連結構成要素を含んでもよい。位置センサ７８４は、Ｉビーム７６４の位置を感知し得る。位置センサ７８４は、Ｉビーム７６４の位置を示す位置データを生成することができる任意の種類のセンサであってもよく、又はそれを含んでもよい。いくつかの実施例では、位置センサ７８４は、Ｉビーム７６４が遠位及び近位に並進すると一連のパルスを制御回路７６０に提供するように構成されたエンコーダを含んでもよい。制御回路７６０は、パルスを追跡してＩビーム７６４の位置を判定してもよい。例えば近接センサを含む他の好適な位置センサが使用されてもよい。他の種類の位置センサは、Ｉビーム７６４の運動を示す他の信号を提供することができる。また、一部の実施例では、位置センサ７８４は省略されてもよい。モータ７５４がステップモータである場合、制御回路７６０は、モータが実行するように命令されたステップの数及び方向を合計することによって、Ｉビーム７６４の位置を追跡することができる。位置センサ７８４は、エンドエフェクタ７９２内、又は器具の任意の他の部分に位置することができる。
制御回路７６０は、１つ以上のセンサ７８８と通信状態にあってもよい。センサ７８８は、エンドエフェクタ７９２上に位置付けられ、外科用器具７９０と共に動作して、間隙距離対時間、組織圧縮対時間、及びアンビル歪み対時間などの様々な導出パラメータを測定するように適合され得る。センサ７８８は、磁気センサ、磁界センサ、歪みゲージ、圧力センサ、力センサ、渦電流センサなどの誘導センサ、抵抗センサ、容量センサ、光学センサ、及び／又はエンドエフェクタ７９２の１つ以上のパラメータを測定するための任意の他の好適なセンサを備え得る。センサ７８８は、１つ以上のセンサを含んでもよい。
１つ以上のセンサ７８８は、クランプ状態の間のアンビル７６６における歪みの大きさを測定するように構成された、微小歪みゲージなどの歪みゲージを備えてもよい。歪みゲージは、歪みの大きさに伴って振幅が変動する電気信号を提供する。センサ７８８は、アンビル７６６とステープルカートリッジ７６８との間で圧縮された組織の存在によって生成された圧力を検出するように構成された圧力センサを備えてもよい。センサ７８８は、アンビル７６６とステープルカートリッジ７６８との間に位置する組織部分のインピーダンスを検出するように構成されてもよく、このインピーダンスは、それらの間に位置する組織の厚さ及び／又は充満度を示す。
センサ７８８は、閉鎖駆動システムにより、アンビル７６６上に及ぼされる力を測定するように構成されてよい。例えば、１つ以上のセンサ７８８は、閉鎖管によってアンビル７６６に加えられる閉鎖力を検出するために、閉鎖管とアンビル７６６との間の相互作用点に位置し得る。アンビル７６６に対して及ぼされる力は、アンビル７６６とステープルカートリッジ７６８との間に捕捉された組織部分が経験する組織圧縮を表すものであり得る。１つ以上のセンサ７８８を、閉鎖駆動システムに沿って様々な相互作用点に位置付けて、閉鎖駆動システムによりアンビル７６６に適用される閉鎖力を検出することができる。１つ以上のセンサ７８８は、制御回路７６０のプロセッサ部分により、クランプ動作中にリアルタイムでサンプリングされてもよい。制御回路７６０は、リアルタイムのサンプル測定値を受信して時間ベースの情報を提供及び分析し、アンビル７６６に適用される閉鎖力をリアルタイムで評価する。
モータ７５４によって引き込まれる電流を測定するために、電流センサ７８６を用いることができる。Ｉビーム７６４を前進させるのに必要な力は、モータ７５４によって引き込まれる電流に対応する。力はデジタル信号に変換されて、制御回路７６０に提供される。
ＲＦエネルギー源７９４はエンドエフェクタ７９２に連結され、ＲＦカートリッジ７９６が、ステープルカートリッジ７６８の代わりにエンドエフェクタ７９２にロードされるときに、ＲＦカートリッジ７９６に適用される。制御回路７６０は、ＲＦエネルギーのＲＦカートリッジ７９６への送達を制御する。
更なる詳細は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年６月２８日出願の「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭ ＣＯＵＰＬＡＢＬＥ ＷＩＴＨ ＳＴＡＰＬＥ ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ ＡＮＤ ＲＡＤＩＯ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ，ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＵＳＩＮＧ ＳＡＭＥ」と題する米国特許出願第１５／６３６，０９６号に開示されている。
発生器ハードウェア
図２０は、他の利点の中でも、インダクタレス同調を提供するように構成された発生器８００の簡略化したブロック図である。発生器８００の追加の詳細は、「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ ＦＯＲ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ ＡＮＤ ＥＬＥＣＴＲＯＳＵＲＧＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題する２０１５年６月２３日発行の米国特許第９，０６０，７７５号に記載されており、その全体が参照として本明細書に組み込まれる。発生器８００は、電力変圧器８０６を介して非絶縁段階８０４と通信する患者絶縁段階８０２を備えてもよい。電力変圧器８０６の二次巻線８０８は、絶縁段階８０２内に収容され、例えば、超音波外科用器具、ＲＦ電気外科用器具、並びに単独又は同時に送達可能な超音波及びＲＦエネルギーモードを含む多機能型外科用器具などの様々な外科用器具に駆動信号を送達するために駆動信号出力部８１０ａ、８１０ｂ、８１０ｃを画定するためのタップ構成（例えば、センタータップ又は非センタータップ構成）を備え得る。具体的には、駆動信号出力部８１０ａ、８１０ｃは、超音波駆動信号（例えば、４２０Ｖの２乗平均平方根（ＲＭＳ）駆動信号）を超音波外科用器具に出力してもよく、駆動信号出力部８１０ｂ、８１０ｃは、電力変圧器８０６のセンタータップに対応する駆動出力部８１０ｂにより、ＲＦ電気外科用駆動信号（例えば、１００ＶのＲＭＳ駆動信号）をＲＦ電気外科用器具に出力してもよい。
特定の形態では、超音波及び電気外科用の駆動信号は、別個の外科用器具に、及び／又は超音波エネルギー及び電気外科用エネルギーの両方を組織に送達する能力を有する多機能外科用器具などの単一の外科用器具に、同時に供給されてもよい。専用の電気外科用器具及び／又は複合多機能超音波／電気外科用器具のどちらかへと提供される電気外科用信号は、治療用又は治療量以下のレベルの信号のどちらかであり、治療量以下の信号は、例えば、組織又は器具状態をモニタして、発生器へとフィードバックを提供することに使用され得る、と理解されよう。例えば、超音波及びＲＦ信号は、以下でより詳細に論じられるように、所望の出力信号を外科用器具に提供するために、単一の出力ポートを有する発生器から別個に又は同時に送達され得る。したがって、発生器は、超音波エネルギー及び電気外科用ＲＦエネルギーを組み合わせて、複合エネルギーを多機能超音波／電気外科用器具に送達することができる。双極電極は、エンドエフェクタの一方又は両方のジョーの上に配置することができる。一方のジョーは、同時に働く、電気外科用ＲＦエネルギーに加えて超音波エネルギーによって駆動されてもよい。超音波エネルギーが組織を切開するために用いられてもよい一方で、電気外科用ＲＦエネルギーは、血管封止に用いられてもよい。
非絶縁段階８０４は、電力変圧器８０６の一次巻線８１４に接続された出力部を有する電力増幅器８１２を備えてもよい。ある特定の形態では、電力増幅器８１２は、プッシュプル増幅器を備えてもよい。例えば、非絶縁段階８０４は、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）回路８１８に、デジタル出力を供給するための論理デバイス８１６を更に備えてもよく、ＤＡＣ回路８１８は、対応するアナログ信号を電力増幅器８１２の入力に供給する。特定の形態では、論理デバイス８１６は、数ある論理回路の中で、例えば、プログラマブルゲートアレイ（ＰＧＡ）、ＦＰＧＡ、プログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）を備えてもよい。したがって、論理デバイス８１６は、ＤＡＣ回路８１８を介して電力増幅器８１２の入力を制御することにより、駆動信号出力部８１０ａ、８１０ｂ、８１０ｃで出現する駆動信号の多くのパラメータ（例えば、周波数、波形、波形振幅）のうちのいずれかを制御することができる。特定の形態では、また以下で論じるように、論理デバイス８１６は、プロセッサ（例えば、以下で論じるＤＳＰ）と共に、多くのデジタルＤＳＰベースの及び／又はその他の制御アルゴリズムを実行して、発生器８００によって出力される駆動信号のパラメータを制御することができる。
電力は、スイッチモードレギュレータ８２０、例えば電力変換装置によって、電力増幅器８１２の電力レールに供給され得る。ある特定の形態では、スイッチモードレギュレータ８２０は、例えば、調節可能なバックレギュレータを備えてもよい。非絶縁段階８０４は、第１のプロセッサ８２２を更に備えてもよく、この第１のプロセッサは、一形態では、例えば、Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ（Ｎｏｒｗｏｏｄ，ＭＡ）から入手可能なＡｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ ＡＤＳＰ−２１４６９ ＳＨＡＲＣ ＤＳＰなどのＤＳＰプロセッサを備えてもよいが、様々な形態において、任意の好適なプロセッサが使用されてもよい。特定の形態では、ＤＳＰプロセッサ８２２は、電力増幅器８１２からＤＳＰプロセッサ８２２がＡＤＣ回路８２４を介して受信する、電圧フィードバックデータに応答するスイッチ−モードレギュレータ８２０の動作を制御し得る。一形態では、例えば、ＤＳＰプロセッサ８２２は、電力増幅器８１２によって増幅された信号（例えば、ＲＦ信号）の波形エンベロープを、ＡＤＣ回路８２４を介して入力として受信し得る。次いで、ＤＳＰプロセッサ８２２は、電力増幅器８１２に供給されるレール電圧が、増幅された信号の波形エンベロープを追跡するように、（例えば、ＰＷＭ出力を介して）スイッチモードレギュレータ８２０を制御し得る。波形エンベロープに基づいて、電力増幅器８１２のレール電圧を動的に変調することにより、電力増幅器８１２の効率は、固定レール電圧増幅器スキームに対して顕著に改善され得る。
特定の形態では、論理デバイス８１６は、ＤＳＰプロセッサ８２２と共に、直接デジタルシンセサイザ制御スキームなどのデジタル合成回路を実装して、発生器８００によって出力される駆動信号の波形形状、周波数及び／又は振幅を制御してもよい。一形態では、例えば、論理デバイス８１６は、ＦＰＧＡ内に埋め込まれてもよいＲＡＭ ＬＵＴなどの、動的に更新されるルックアップテーブル（ＬＵＴ）内に記憶された波形サンプルを呼び出すことによって、ＤＤＳ制御アルゴリズムを実装してもよい。この制御アルゴリズムは、超音波変換器などの超音波変換器が、その共振周波数における明瞭な正弦波電流によって駆動され得る超音波用途で特に有用である。他の周波数が寄生共振を励起し得るため、動作分岐電流の全歪みの最小化又は低減は、これに対応して望ましくない共振効果を最小化又は低減することができる。発生器８００によって出力される駆動信号の波形は、出力駆動回路内に存在する様々な歪み源（例えば、電力変圧器８０６、電力増幅器８１２）によって影響されるため、駆動信号に基づく電圧及び電流フィードバックデータは、ＤＳＰプロセッサ８２２によって実行される誤差制御アルゴリズムなどのアルゴリズムに入力されることができ、これは動的な、進行に応じたベース（例えば、リアルタイム）で、ＬＵＴに記憶された波形サンプルを好適に事前に歪ませる又は修正することによって、歪みを補償する。一形態では、ＬＵＴサンプルに加えられる予歪みの量又は程度は、計算された動作分岐電流と所望の電流波形との間の誤差に基づいてもよく、誤差は、サンプル毎に決定される。このようにして、予め歪ませたＬＵＴサンプルは、駆動回路により処理される場合、超音波変換器を最適に駆動するために、所望の波形形状（例えば、正弦波）を有する動作ブランチ駆動信号を生じ得る。そのような形態では、ＬＵＴ波形サンプルは、したがって、駆動信号の所望の波形を表すのではなく、歪み効果を考慮した際の、動作分岐駆動信号の所望の波形を最終的に生成するために必要な波形を表す。
非絶縁段階８０４は、発生器８００によって出力される駆動信号の電圧及び電流をそれぞれサンプリングするために、それぞれの絶縁変圧器８３０、８３２を介して電力変圧器８０６の出力部に連結された第１ＡＤＣ回路８２６及び第２ＡＤＣ回路８２８を更に備え得る。特定の形態では、ＡＤＣ回路８２６、８２８は、駆動信号のオーバーサンプリングを可能にするために、高速（例えば、毎秒８０メガサンプル（ＭＳＰＳ））でサンプリングするように構成され得る。一形態では、例えば、ＡＤＣ回路８２６、８２８のサンプリング速度は、駆動信号のおよそ２００×（周波数に依存する）のオーバーサンプリングを可能にし得る。特定の形態では、ＡＤＣ回路８２６、８２８のサンプリング動作は、双方向マルチプレクサを介し、入力電圧及び電流信号を受信する単一のＡＤＣ回路によって実施され得る。発生器８００の形態での高速サンプリングの使用は、とりわけ、動作ブランチを通って流れる複素電流の計算（これは、上述のＤＤＳベースの波形形状制御を実施するために、特定の形態で使用され得る）、サンプリングされた信号の正確なデジタルフィルタリング、及び高精度での実電力消費の計算を可能にし得る。ＡＤＣ回路８２６、８２８によって出力される電圧及び電流フィードバックデータは、論理デバイス８１６によって受信かつ処理され得（例えば、先着順処理方式（ＦＩＦＯ）バッファ、マルチプレクサ）、例えば、ＤＳＰプロセッサ８２２による、以後の読み出しのために、データメモリに記憶されてもよい。上記のように、電圧及び電流のフィードバックデータは、動的及び進行に応じたベースで、ＬＵＴ波形サンプルを予め歪ませるか又は修正するための、アルゴリズムへの入力として使用され得る。特定の形態では、これは、電圧及び電流のフィードバックデータ対が得られる場合に、論理デバイス８１６によって出力された対応するＬＵＴサンプルに基づき、又は別の方法でこれに関連して、記憶された各電圧及び電流のフィードバックデータ対が索引されることを必要とし得る。この方法によるＬＵＴサンプルと電圧及び電流のフィードバックデータとの同期は、予歪みアルゴリズムの正確なタイミング及び安定性に寄与する。
特定の形態では、電圧及び電流のフィードバックデータは、駆動信号の周波数及び／又は振幅（例えば、電流振幅）を制御するために使用されてもよい。例えば、一形態では、電圧及び電流のフィードバックデータは、インピーダンス相を決定するために使用されてもよい。駆動信号の周波数はその後、判定されたインピーダンス相とインピーダンス相設定点（例えば、０°）との間の差を最小化又は低減するように制御されてもよく、したがって高調波歪みの効果を最小化又は低減し、これに対応してインピーダンス相測定正確性を向上させる。相インピーダンス及び周波数制御信号の決定は、例えば、ＤＳＰプロセッサ８２２に実装されてもよく、周波数制御信号は、論理デバイス８１６によって実装されるＤＤＳ制御アルゴリズムへの入力として供給される。
別の形態では、例えば、電流のフィードバックデータは、駆動信号の電流振幅を電流振幅設定点で維持するために監視されてもよい。電流振幅設定点は、直接指定されてもよく、又は指定された電圧振幅及び電力設定点に基づいて間接的に判定されてもよい。特定の形態では、電流振幅の制御は、例えば、ＤＳＰプロセッサ８２２内の比例−積分−微分（ＰＩＤ）制御アルゴリズムなどの制御アルゴリズムによって実行され得る。駆動信号の電流振幅を好適に制御するために、制御アルゴリズムにより制御される変数には、例えば、論理デバイス８１６に記憶されるＬＵＴ波形サンプルのスケーリング、及び／又はＤＡＣ回路８３４を介したＤＡＣ回路８１８（これは電力増幅器８１２に入力を供給する）のフルスケール出力電圧が挙げられ得る。
非絶縁段階８０４は、とりわけ、ユーザインターフェース（ＵＩ）機能性を提供するために、第２のプロセッサ８３６を更に備えてもよい。一形態では、ＵＩプロセッサ８３６は、例えば、Ａｔｍｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）から入手可能な、ＡＲＭ ９２６ＥＪ−Ｓコアを有するＡｔｍｅｌ ＡＴ９１ＳＡＭ９２６３プロセッサを備えてもよい。ＵＩプロセッサ８３６によってサポートされるＵＩ機能の例としては、聴覚的及び視覚的なユーザフィードバック、周辺装置との通信（例えば、ＵＳＢインターフェースを介して）、フットスイッチとの通信、入力装置（例えば、タッチスクリーンディスプレイ）との通信、並びに出力装置（例えば、スピーカ）との通信を挙げることができる。ＵＩプロセッサ８３６は、ＤＳＰプロセッサ８２２及び論理デバイス８１６と（例えば、ＳＰＩバスを介して）通信し得る。ＵＩプロセッサ８３６は、ＵＩ機能性を主にサポートしてもよいが、特定の形態では、ＵＩプロセッサはまた、ＤＳＰプロセッサ８２２と協調して、危険の緩和を実現してもよい。例えば、ＵＩプロセッサ８３６は、ユーザ入力及び／又は他の入力（例えば、タッチスクリーン入力、フットスイッチ入力、温度センサ入力）の様々な態様をモニタリングするようにプログラミングされてもよく、かつ誤った状態が検出される際に、発生器８００の駆動出力を無効化することができる。
特定の形態では、ＤＳＰプロセッサ８２２及びＵＩプロセッサ８３６の両方は、例えば、発生器８００の作動状態を判定かつ監視してもよい。ＤＳＰプロセッサ８２２に関し、発生器８００の作動状態は、例えば、どの制御及び／又は診断プロセスがＤＳＰプロセッサ８２２によって実行されるかを表してもよい。ＵＩプロセッサ８３６に関し、発生器８００の作動状態は、例えば、ＵＩ（例えば、ディスプレイスクリーン、音）のどの要素がユーザに提供されるかを表し得る。ＤＳＰプロセッサ８２２及びＵＩプロセッサ８３６はそれぞれ、発生器８００の現在の作動状態を別個に維持し、現在の作動状態からの可能な遷移を、認識かつ評価してもよい。ＤＳＰプロセッサ８２２は、この関係におけるマスターとして機能し、作動状態間の遷移が生じるときを決定してもよい。ＵＩプロセッサ８３６は、作動状態間の有効な遷移を認識してもよく、また特定の遷移が適切であるかを確認してもよい。例えば、ＤＳＰプロセッサ８２２が、ＵＩプロセッサ８３６に特定の状態へと遷移するように命令すると、ＵＩプロセッサ８３６は、要求される遷移が有効であることを確認してもよい。要求される状態間の遷移がＵＩプロセッサ８３６によって無効であると判定される場合、ＵＩプロセッサ８３６は、発生器８００を故障モードにしてもよい。
非絶縁段階８０４は、入力装置を監視するためのコントローラ８３８（例えば、発生器８００をオン及びオフするために使用される静電容量式タッチセンサ、静電容量式タッチスクリーン）を更に備えてもよい。特定の形態では、コントローラ８３８は、少なくとも１つのプロセッサ及び／又はＵＩプロセッサ８３６と通信する他のコントローラデバイスを備えてもよい。一形態では、例えば、コントローラ８３８は、１つ以上の静電容量式タッチセンサを介して提供されるユーザ入力をモニタリングするように構成されたプロセッサ（例えば、Ａｔｍｅｌから入手可能なＭｅｇ１６８ ８ビットコントローラ）を備えてもよい。一形態では、コントローラ８３８は、静電容量式タッチスクリーンからのタッチデータの獲得を制御及び管理するための、タッチスクリーンコントローラ（例えば、Ａｔｍｅｌから入手可能なＱＴ５４８０タッチスクリーンコントローラ）を備えてもよい。
特定の形態では、発生器８００が「電源オフ」状態にあるとき、コントローラ８３８は、（例えば、後述の電源８５４などの、発生器８００の電源からのラインを介して）動作電力を受け取り続けてもよい。このようにして、コントローラ８３８は、発生器８００をオンオフするための入力装置（例えば、発生器８００の前側パネルに配置された静電容量式タッチセンサ）を監視し続けることができる。発生器８００が電源オフ状態にあるとき、コントローラ８３８は、ユーザによる「オン／オフ」入力装置の起動が検出された場合、電源を起動することができる（例えば、電源８５４の１つ以上のＤＣ／ＤＣ電圧変換器８５６の動作を有効化にする）。その結果、コントローラ８３８は、発生器８００を「電源オン」状態に移行させるためのシーケンスを開始することができる。逆に、発生器８００が電源オン状態にあるときに「オン／オフ」入力装置の起動が検出された場合、コントローラ８３８は発生器８００を電源オフ状態に遷移させるためのシーケンスを開始することができる。例えば、特定の形態では、コントローラ８３８は、「オン／オフ」入力装置の起動をＵＩプロセッサ８３６に報告してもよく、これは、発生器８００の電源オフ状態への遷移のために必要なプロセスシーケンスを実行する。この形態では、コントローラ８３８は、発生器８００の電源オン状態が確立された後に、発生器８００から電力を排除するための別個の能力を有しない場合がある。
特定の形態では、コントローラ８３８は、ユーザに電源オン又は電源オフシーケンスが開始されたことを警告するために、発生器８００に可聴又は他の感覚的フィードバックを提供させてもよい。そのような警告は、電源オン又は電源オフシーケンスの開始時、及びシーケンスと関連する他のプロセスの開始前に提供されてもよい。
特定の形態では、絶縁段階８０２は、例えば、外科用器具の制御回路（例えば、ハンドピーススイッチを備える制御回路）と、例えば論理デバイス８１６、ＤＳＰプロセッサ８２２及び／又はＵＩプロセッサ８３６などの非絶縁段階８０４の構成要素との間の、通信インターフェースを提供するために、器具インターフェース回路８４０を備えてもよい。器具インターフェース回路８４０は、例えば、ＩＲベースの通信リンクなどの、絶縁段階８０２と非絶縁段階８０４との間の好適な度合いの電気的絶縁を維持する通信リンクを介し、非絶縁段階８０４の構成要素と情報を交換し得る。例えば、非絶縁段階８０４から駆動される絶縁変圧器によって給電される低ドロップアウト電圧レギュレータを使用して、器具インターフェース回路８４０に電力を供給することができる。
一形態では、器具インターフェース回路８４０は、信号調整回路８４４と通信している論理回路８４２（例えば、論理回路、プログラマブルロジック回路、ＰＧＡ、ＦＰＧＡ、ＰＬＤ）を備えてもよい。信号調整回路８４４は、同一の周波数を有する双極呼びかけ信号を生成するために、論理回路８４２から周期信号（例えば、２ｋＨｚ方形波）を受信するように構成されてもよい。呼びかけ信号は、例えば、差動増幅器によって供給される双極電流源を使用して発生させることができる。呼びかけ信号は、（例えば、発生器８００を外科用装置に接続するケーブル内の導電ペアを使用して）外科用器具制御回路に通信され、制御回路の状態又は構成を判定するために監視されてもよい。制御回路は、多数のスイッチ、抵抗器、及び／又はダイオードを備えてもよく、制御回路の状態又は構成が１つ以上の特性に基づいて個別に識別可能であるように、呼びかけ信号の１つ以上の特性（例えば、振幅、整流）を修正してもよい。例えば、一形態では、信号調整回路８４４は、呼びかけ信号が通過する経路から生じる制御回路の入力にわたって出現する電圧信号のサンプルを生成するため、ＡＤＣ回路を備えてもよい。論理回路８４２（又は、非絶縁段階８０４の構成要素）はその後、ＡＤＣ回路サンプルに基づく制御回路の状態又は構成を決定し得る。
一形態では、器具インターフェース回路８４０は、第１のデータ回路インターフェース８４６を備えて、論理回路８４２（又は器具インターフェース回路８４０のその他の要素）と、外科用器具内に配置されるか又は別の方法で関連付けられた第１のデータ回路と、の間の情報交換を可能にしてもよい。特定の形態では、例えば、第１のデータ回路は、発生器８００を有する特定の外科用器具タイプ又はモデルとインターフェース接続させるために、外科用器具ハンドピースに一体的に取り付けられたケーブル内、又はアダプタ内に配設されてもよい。第１のデータ回路は、任意の好適な方法で実装されてもよく、例えば、第１のデータ回路に関して本明細書に記載されているものを含む任意の好適なプロトコルに従って、発生器と通信してもよい。特定の形態では、第１のデータ回路は、ＥＥＰＲＯＭデバイスなどの、不揮発性ストレージ装置を含み得る。特定の形態では、第１のデータ回路インターフェース８４６は、論理回路８４２とは別個に実装されてもよく、好適な回路（例えば、別個の論理デバイス、プロセッサ）を備え、論理回路８４２と第１のデータ回路との間の通信を可能にしてもよい。その他の形態では、第１のデータ回路インターフェース８４６は、論理回路８４２と一体であり得る。
特定の形態では、第１のデータ回路は、第１のデータ回路が関連する特定の外科用器具に関する情報を記憶し得る。そのような情報は、例えば、モデル番号、シリアル番号、外科用器具が使用された動作数、及び／又は任意の他のタイプの情報を含むことができる。この情報は、器具インターフェース回路８４０によって（例えば、論理回路８４２によって）読み出され、出力デバイスを介したユーザへの提供のため、及び／又は発生器８００の機能又は動作の制御のために、非絶縁段階８０４の構成要素（例えば、論理デバイス８１６、ＤＳＰプロセッサ８２２、及び／又はＵＩプロセッサ８３６）に伝達され得る。加えて、任意の種類の情報が、第１のデータ回路インターフェース８４６を介して内部に記憶させるために、（例えば、論理回路８４２を使用して）第１のデータ回路に通信され得る。そのような情報は、例えば、外科用器具が使用された最新の手術数並びに／又はその使用の日付及び／若しくは時間を含んでもよい。
上記のように、外科用器具は、器具の互換性及び／又は廃棄性を促進するために、ハンドピースから取り外し可能であり得る（例えば、多機能外科用器具は、ハンドピースから取り外し可能であり得る）。そのような場合、従来の発生器は、使用されている特定の器具構成を認識し、これに対応して制御及び診断プロセスを最適化する能力が制限されている場合がある。しかし、この問題に対処するために、外科用器具に読み取り可能なデータ回路を追加することは、適合性の観点から問題がある。例えば、必要なデータ読み取り機能性を欠く発生器との後方互換性を保つように外科用器具を設計することは、例えば、異なる信号スキーム、設計複雑性及び費用のために、実用的でない場合がある。本明細書で論じられる器具の形態は、既存の外科用器具に実装されてもよいデータ回路を経済的に使用し、外科用器具と最新の発生器プラットフォームとの適合性を維持するための設計変更を最小限にすることによってこれらの懸念に対処する。
加えて、発生器８００の形態は、器具ベースのデータ回路との通信を可能にしてもよい。例えば、発生器８００は、器具（例えば、多機能外科用器具）内に収容される第２のデータ回路と通信するように構成され得る。いくつかの形態では、第２のデータ回路は、本明細書に記載される第１のデータ回路のものと類似した多くのものに実装され得る。器具インターフェース回路８４０は、この通信を可能にする第２のデータ回路インターフェース８４８を備え得る。一形態では、第２のデータ回路インターフェース８４８は、トライステートデジタルインターフェースを備えてもよいが、他のインターフェースが使用されてもよい。ある特定の形態では、第２のデータ回路は、一般にデータを送信及び／又は受信するための任意の回路であってもよい。一形態では、例えば、第２のデータ回路は、第２のデータ回路が関連付けられた特定の外科用器具に関する情報を記憶してもよい。そのような情報は、例えば、モデル番号、シリアル番号、外科用器具が使用された動作数、及び／又は任意の他のタイプの情報を含むことができる。
いくつかの形態では、第２のデータ回路は、関連する超音波変換器、エンドエフェクタ、又は超音波駆動システムの電気的及び／又は超音波的特性に関する情報を記憶してもよい。例えば、第１のデータ回路は、本明細書に記載されるように、バーンイン周波数スロープを示してもよい。加えて、又は代替として、第２のデータ回路インターフェース８４８を介して内部に記憶させるために、第２のデータ回路に任意の種類の情報が通信されてもよい（例えば、論理回路８４２を使用して）。そのような情報は例えば、器具が使用された最新の動作数、並びに／又は、その使用の日付及び／若しくは時間を含んでもよい。ある特定の形態では、第２のデータ回路は、１つ以上のセンサ（例えば、器具ベースの温度センサ）によって取得されたデータを送信してもよい。特定の形態では、第２のデータ回路は、発生器８００からデータを受信し、その受信したデータに基づいてユーザに指標（例えば、発光ダイオード指標又はその他の可視指標）を提供し得る。
特定の形態では、第２のデータ回路及び第２のデータ回路インターフェース８４８は、論理回路８４２と第２のデータ回路との間の通信が、この目的のための追加的な導体（例えば、ハンドピースを発生器８００に接続するケーブルの専用導体）の提供を必要とせずにもたらされ得るように、構成され得る。一形態では、例えば、使用される導体のうちの１つが、信号調整回路８４４からハンドピース内の制御回路へ呼びかけ信号を送信するなど、既存のケーブル配線上に実装されたワンワイヤバス通信方式を使用して、第２のデータ回路との間で情報を通信することができる。このようにして、元来必要とされる場合がある外科用器具への設計変更又は修正は、最小化されるか又は低減される。更に、一般的な物理的チャネル上で実施される異なる種類の通信を周波数帯域分離することができるため、第２のデータ回路の存在は、必要なデータ読み取り機能を有しない発生器にとって「不可視」であり、したがって、外科用器具の後方互換性を可能にする。
特定の形態では、絶縁段階８０２は、直流電流が患者を通るのを防止するために、駆動信号出力部８１０ｂに接続された、少なくとも１つのブロッキングコンデンサ８５０−１を備えてもよい。単一のブロッキングコンデンサは、例えば、医学的規制又は基準に準拠することが必要とされる場合がある。単一コンデンサ設計における故障は比較的稀であるが、それでもなおそのような故障は否定的な結果をもたらす恐れがある。一形態では、第２のブロッキングコンデンサ８５０−２が、ブロッキングコンデンサ８５０−１と直列に提供されてもよく、ブロッキングコンデンサ８５０−１と８５０−２との間の点からの電流漏洩が、例えばＡＤＣ回路８５２によってモニタされて、漏洩電流により誘起される電圧がサンプリングされる。サンプルは、例えば、論理回路８４２によって受信されてもよい。（電圧サンプルによって示されるような）漏れ電流の変化に基づいて、発生器８００は、ブロッキングコンデンサ８５０−１、８５０−２のうちの少なくとも１つが、いつ故障したかを判定することができ、したがって単一の故障点を有する単一コンデンサ設計に対する利点を提供する。
特定の形態では、非絶縁段階８０４、好適な電圧及び電流でＤＣ電力を送達するための電源８５４を備えてもよい。電源は、例えば、４８ＶＤＣシステム電圧を送達するための、４００Ｗ電源を含み得る。電源８５４は、電源の出力を受け取って発生器８００の様々な構成要素によって必要とされる電圧及び電流でＤＣ出力を生成するための１つ以上のＤＣ／ＤＣ電圧変換器８５６を更に備えることができる。コントローラ８３８と関連して上述したように、ＤＣ／ＤＣ電圧変換器８５６のうちの１つ以上が、ユーザによる「オン／オフ」入力装置の起動がコントローラ８３８によって検出されたときにコントローラ８３８から入力を受信し、ＤＣ／ＤＣ電圧変換器８５６の動作又は起動を可能にしてもよい。
図２１は、発生器８００（図２０）の一形態である発生器９００の例を示す。発生器９００は、複数のエネルギーモダリティを外科用器具に送達するように構成されている。発生器９００は、エネルギーを外科用器具に送達するためのＲＦ信号及び超音波信号を単独で又は同時にのいずれかで提供する。ＲＦ信号及び超音波信号は、単独で、又は組み合わせて提供されてもよく、また同時に提供されてもよい。上述したように、少なくとも１つの発生器出力部は、単一のポートを通して複数のエネルギーモダリティ（例えば、とりわけ超音波、双極若しくは単極ＲＦ、不可逆及び／若しくは可逆電気穿孔法、並びに／又はマイクロ波エネルギー）を送達することができ、これらの信号は、組織を治療するために個別に又は同時にエンドエフェクタに送達することができる。
発生器９００は、波形発生器９０４に連結されたプロセッサ９０２を備える。プロセッサ９０２及び波形発生器９０４は、プロセッサ９０２に連結されたメモリに記憶された情報（開示を明瞭にするために示されず）に基づいて、様々な信号波形を発生するように構成されている。波形に関連するデジタル情報は、デジタル入力をアナログ出力に変換するために１つ以上のＤＡＣ回路を含む波形発生器９０４に提供される。アナログ出力は、信号調節及び増幅のために、増幅器１１０６に供給される。増幅器９０６の調節され増幅された出力は、電力変圧器９０８に連結される。信号は、電力変圧器９０８を横断して患者絶縁側にある二次側に連結される。第１のエネルギーモダリティの第１の信号は、ＥＮＥＲＧＹ１及びＲＥＴＵＲＮとラベルされた端子間の外科用器具に提供される。第２のエネルギーモダリティの第２の信号は、コンデンサ９１０にわたって連結され、ＥＮＥＲＧＹ２及びＲＥＴＵＲＮとラベルされた端子間の外科用器具に提供される。２つを超えるエネルギーモダリティが出力されてもよく、したがって添え字「ｎ」は、最大ｎ個のＥＮＥＲＧＹｎ端子が提供され得ることを表示するために使用することができ、このｎは、１超の正の整数であることが理解されよう。最大「ｎ」個のリターンパス（ＲＥＴＵＲＮｎ）が、本開示の範囲から逸脱することなく提供されてもよいことも理解されよう。
第１の電圧感知回路９１２は、ＥＮＥＲＧＹ１及びＲＥＴＵＲＮパスとラベルされた端子にわたって連結され、それらの間の出力電圧を測定する。第２の電圧感知回路９２４は、ＥＮＥＲＧＹ２及びＲＥＴＵＲＮパスとラベルされた端子にわたって連結され、それらの間の出力電圧を測定する。電流感知回路９１４は、いずれかのエネルギーモダリティの出力電流を測定するために、図示される電力変圧器９０８の二次側のＲＥＴＵＲＮ区間と直列に配設される。異なるリターンパスが各エネルギーモダリティに対して提供される場合、別個の電流感知回路が、各リターン区間で提供されねばならない。第１の電圧感知回路９１２及び第２の電圧感知回路９２４の出力が対応の絶縁変圧器９１６、９２２に提供され、電流感知回路９１４の出力は、別の絶縁変圧器９１８に提供される。電力変圧器９０８の一次側（非患者絶縁側）上における絶縁変圧器９１６、９２８、９２２の出力は、１つ以上のＡＤＣ回路９２６に提供される。ＡＤＣ回路９２６のデジタル化された出力は、更なる処理及び計算のためにプロセッサ９０２に提供される。出力電圧及び出力電流のフィードバック情報は、外科用器具に提供される出力電圧及び電流を調整するために、またいくつかあるパラメータの中で出力インピーダンスを計算するために使用することができる。プロセッサ９０２と、患者から隔離された回路との間の入力／出力通信は、インターフェース回路９２０を通して提供される。センサもまた、インターフェース回路９２０を介してプロセッサ９０２と電気通信してもよい。
一態様では、インピーダンスは、ＥＮＥＲＧＹ１／ＲＥＴＵＲＮとラベルされた端子にわたって連結された第１の電圧感知回路９１２、又はＥＮＥＲＧＹ２／ＲＥＴＵＲＮとラベルされた端子にわたって連結された第２の電圧感知回路９２４のいずれかの出力を、電力変圧器９０８の二次側のＲＥＴＵＲＮ区間と直列に配置された電流感知回路９１４の出力で割ることによって、プロセッサ９０２により決定されてもよい。第１の電圧感知回路９１２及び第２の電圧感知回路９２４の出力は、個別の絶縁変圧器９１６、９２２に提供され、電流感知回路９１４の出力は、別の絶縁変圧器９１６に提供される。ＡＤＣ回路９２６からのデジタル化された電圧及び電流感知測定値は、インピーダンスを計算するためにプロセッサ９０２に提供される。一例として、第１のエネルギーモダリティＥＮＥＲＧＹ１は、超音波エネルギーであってもよく、第２のエネルギーモダリティＥＮＥＲＧＹ２は、ＲＦエネルギーであってもよい。それでも、超音波エネルギーモダリティ及び双極又は単極ＲＦエネルギーモダリティに加えて、他のエネルギーモダリティには、数ある中でも不可逆並びに／又は可逆電気穿孔法及び／若しくはマイクロ波エネルギーが挙げられる。また、図２１に例示された例は、単一のリターンパス（ＲＥＴＵＲＮ）が２つ以上のエネルギーモダリティに提供され得ることを示しているが、他の態様では、複数のリターンパスＲＥＴＵＲＮｎが、各エネルギーモダリティＥＮＥＲＧＹｎに提供されてもよい。したがって、本明細書に記載されるように、超音波変換器のインピーダンスは、第１の電圧感知回路９１２の出力を電流感知回路９１４で割ることによって測定されてもよく、組織のインピーダンスは、第２の電圧感知回路９２４の出力を電流感知回路９１４で割ることによって測定されてもよい。
図２１に示すように、少なくとも１つの出力ポートを含む発生器９００は、実行される組織の処置の種類に応じて、電力を、例えば、とりわけ、超音波、双極若しくは単極ＲＦ、不可逆及び／若しくは可逆電気穿孔法、並びに／又はマイクロ波エネルギーなどの１つ以上のエネルギーモダリティの形態でエンドエフェクタに提供するために単一の出力部を有し、かつ複数のタップを有する電力変圧器９０８を含むことができる。例えば、発生器９００は、単極又は双極ＲＦ電気外科用電極のいずれかを用いて、超音波変換器を駆動するために高電圧かつ低電流で、組織封止のためのＲＦ電極を駆動するために低電圧かつ高電流で、又はスポット凝固のための凝固波形で、エネルギーを送達することができる。発生器９００からの出力波形は、周波数を外科用器具のエンドエフェクタに提供するために、誘導、切り替え、又はフィルタリングされ得る。超音波変換器の発生器９００の出力部への接続部は、好ましくは、図２１に示したＥＮＥＲＧＹ１とラベルされた出力部とＲＥＴＵＲＮとラベルされた出力部との間に位置するであろう。一例では、ＲＦ双極電極の発生器９００の出力部への接続部は、好ましくは、ＥＮＥＲＧＹ２とラベルされた出力部とＲＥＴＵＲＮとラベルされた出力部との間に位置するであろう。単極出力の場合、好ましい接続部は、ＥＮＥＲＧＹ２出力部及びＲＥＴＵＲＮ出力部に接続された好適なリターンパッドへの活性電極（例えば、ペンシル型又は他のプローブ）であろう。
更なる詳細は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、「ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ＦＯＲ ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ ＦＯＲ ＤＩＧＩＴＡＬＬＹ ＧＥＮＥＲＡＴＩＮＧ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＳＩＧＮＡＬ ＷＡＶＥＦＯＲＭＳ ＡＮＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ」と題する２０１７年３月３０日公開の米国特許出願公開第２０１７／００８６９１４号に開示されている。
本説明全体で使用される用語「無線」及びその派生語は、非固体媒体を介して変調電磁放射線の使用を通じてデータを通信し得る回路、装置、システム、方法、技術、通信チャネルなどを説明するために使用されてもよい。この用語は、関連する装置がいかなる有線も含まないことを意味するものではないが、一部の態様では、それらは存在しない可能性がある。通信モジュールは、Ｗｉ−Ｆｉ（ＩＥＥＥ８０２．１１ファミリー）、ＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ８０２．１６ファミリー）、ＩＥＥＥ８０２．２０、ロング・ターム・エボリューション（ＬＴＥ）、Ｅｖ−ＤＯ、ＨＳＰＡ＋、ＨＳＤＰＡ＋、ＨＳＵＰＡ＋、ＥＤＧＥ、ＧＳＭ、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＤＥＣＴ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、これらのイーサネット派生物、のみならず３Ｇ、４Ｇ、５Ｇ、及びそれ以降と指定される任意の他の無線及び有線プロトコルが挙げられるがこれらに限定されない多数の無線又は有線通信規格又はプロトコルのうちのいずれかを実装してもよい。コンピューティングモジュールは、複数の通信モジュールを含んでもよい。例えば、第１の通信モジュールは、Ｗｉ−Ｆｉ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの短距離無線通信専用であってもよく、第２の通信モジュールは、ＧＰＳ、ＥＤＧＥ、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ、Ｅｖ−ＤＯなどの長距離無線通信専用であってもよい。
本明細書で使用するとき、プロセッサ又は処理ユニットは、いくつかの外部データソース、通常はメモリ又は何らかの他のデータストリーム上で動作を実行する電子回路である。この用語は、本明細書では、多くの専用「プロセッサ」を組み合わせたシステム又はコンピュータシステム（特にシステムオンチップ（ＳｏＣ））内の中央プロセッサ（中央処理ユニット）を指すために使用される。
本明細書で使用するとき、チップ上のシステム又はシステムオンチップ（ＳｏＣ又はＳＯＣ）は、コンピュータ又は他の電子システムの全ての構成要素を統合する集積回路（「ＩＣ」又は「チップ」としても知られる）である。これは、デジタル、アナログ、混合信号、及び多くの場合は高周波数機能を、全て単一の基材上に含むことができる。ＳｏＣは、マイクロコントローラ（又はマイクロプロセッサ）を、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、Ｗｉ−Ｆｉモジュール、又はコプロセッサなどの最新の周辺装置と統合する。ＳｏＣは、内蔵メモリを含んでもよく、含まなくてもよい。
本明細書で使用するとき、マイクロコントローラ又はコントローラは、マイクロプロセッサを周辺回路及びメモリと統合するシステムである。マイクロコントローラ（又はマイクロコントローラユニットのＭＣＵ）は、単一の集積回路上の小型コンピュータとして実装されてもよい。これはＳｏＣと同様であってもよく、ＳｏＣは、その構成要素の１つとしてマイクロコントローラを含み得る。マイクロコントローラは、１つ以上のコア処理ユニット（ＣＰＵ）と共にメモリ及びプログラム可能な入力／出力周辺機器を収容することができる。強誘電性のＲＡＭ、ＮＯＲフラッシュ、又はＯＴＰ ＲＯＭの形態のプログラムメモリ、及び少量のＲＡＭもまた、チップ上にしばしば含まれる。マイクロコントローラは、パーソナルコンピュータ又は様々な個別のチップで構成された他の汎用用途で使用されるマイクロプロセッサとは対照的に、組み込み型用途用に採用され得る。
本明細書で使用するとき、コントローラ又はマイクロコントローラという用語は、周辺装置とインターフェースするスタンドアロンＩＣ又はチップ装置であってもよい。これは、その装置の動作（及び装置との接続）を管理する外部装置上のコンピュータ又はコントローラの２つの部分間のリンクであってもよい。
本明細書で説明されるプロセッサ又はマイクロコントローラはいずれも、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により実装されてもよい。一態様では、プロセッサは、例えば、その詳細が製品データシートで入手可能である、最大４０ＭＨｚの２５６ＫＢのシングル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、性能を４０ＭＨｚ超に改善するためのプリフェッチバッファ、３２ＫＢのシングルサイクルシリアルランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ＳｔｅｌｌａｒｉｓＷａｒｅ（登録商標）ソフトウェアを搭載した内部読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、２ＫＢの電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、１つ以上のパルス幅変調（ＰＷＭ）モジュール、１つ以上の直交エンコーダ入力（ＱＥＩ）アナログ、１２個のアナログ入力チャネルを備える１つ以上の１２ビットアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を含む、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＬＭ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲ ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ−Ｍ４Ｆプロセッサコアであってもよい。
一態様では、プロセッサは、同じくＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のＨｅｒｃｕｌｅｓ ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ Ｒ４の商品名で知られるＴＭＳ５７０及びＲＭ４ｘなどの２つのコントローラ系ファミリーを含む安全コントローラを含んでもよい。安全コントローラは、拡張性のある性能、接続性、及びメモリの選択肢を提供しながら、高度な集積型安全機構を提供するために、中でも特に、ＩＥＣ６１５０８及びＩＳＯ２６２６２の安全限界用途専用に構成されてもよい。
モジュール式装置は、外科用ハブ内に受容可能な（例えば図３及び図９に関連して説明される）モジュールと、対応する外科用ハブと接続又はペアリングするために様々なモジュールに接続され得る外科用装置又は器具と、を含む。モジュール式装置としては、例えば、インテリジェント外科用器具、医療用撮像デバイス、吸引／灌注装置、排煙器、エネルギー発生器、ベンチレータ、気胸装置（insufflator）、及びディスプレイが挙げられる。本明細書に記載されるモジュール式装置は、制御アルゴリズムによって制御することができる。制御アルゴリズムは、モジュール式装置自体上で、特定のモジュール式装置がペアリングされる外科用ハブ上で、又はモジュール式装置及び外科用ハブの両方の上で（例えば、分散コンピューティングアーキテクチャを介して）、実行され得る。いくつかの例示では、モジュール式装置の制御アルゴリズムは、モジュール式装置自体によって（すなわち、モジュール式装置内の、モジュール式装置上の、又はモジュール式装置に接続されたセンサによって）感知されたデータに基づいて装置を制御する。このデータは、手術中の患者（例えば、組織性状又は注入圧）又はモジュール式装置自体（例えば、前進するナイフの速度、モータ電流、又はエネルギーレベル）に関連し得る。例えば、外科用ステープル留め及び切断器具の制御アルゴリズムは、ナイフが前進する際にナイフが遭遇する抵抗に基づき、器具のモータが組織を貫いてそのナイフを駆動させる速度を制御することができる。
状況認識
状況認識は、データベース及び／又は器具から受信したデータから、外科処置に関連する情報を判定又は推定するための、外科システムのいくつかの態様の能力である。情報は、実行されている処置の種類、操作を実施している組織の種類、又は処置の対象である体腔を含むことができる。外科処置に関連するコンテキスト情報により、外科システムは、例えば、外科システムに接続されたモジュール式装置（例えば、ロボットアーム及び／又はロボット外科用ツール）を外科システムが制御する方法を改善し、コンテキスト化された情報又は提案を、外科処置の過程において外科医に提供することができる。
ここで図５６を参照すると、例えば、外科用ハブ１０６又は２０６などのハブの状況認識を示す時間線５２００が示されている。時間線５２００は例示的な外科処置、及び外科用ハブ１０６、２０６が、外科処置の各工程でデータソースから受信したデータから導き出すことができるコンテキスト情報である。時間線５２００は、手術室を設置することから開始し、患者を術後回復室に移送することで終了する肺区域切除手術の過程で、看護師、外科医、及び他の医療関係者によってとられるであろう典型的な工程を示す。
状況認識外科用ハブ１０６、２０６は、外科処置の過程全体にわたって、医療関係者が外科用ハブ１０６、２０６とペアリングされたモジュール式装置を使用する度に生成されるデータを含むデータをデータソースから受信する。外科用ハブ１０６、２０６は、ペアリングされたモジュール式装置及び他のデータソースからこのデータを受信して、任意の所与の時間に処置のどの工程が実施されているかなどの新しいデータが受信されると、進行中の処置に関する推定（すなわち、コンテキスト情報）を継続的に導出することができる。外科用ハブ１０６、２０６の状況認識システムは、例えば、レポートを生成するために処置に関するデータを記録する、医療関係者によってとられている工程を検証する、特定の処置工程に関連し得るデータ又はプロンプトを（例えば、ディスプレイスクリーンを介して）提供する、コンテキストに基づいてモジュール式装置を調節する（例えば、モニタを起動する、医療用撮像デバイスの視界（ＦＯＶ）を調節する、又は超音波外科用器具若しくはＲＦ電気外科用器具のエネルギーレベルを変更するなど）、及び上記の任意の他のこうした動作を行うことが可能である。
この例示的な処置における第１の工程５２０２として、病院職員は、患者の電子医療記録（ＥＭＲ）を病院のＥＭＲデータベースから読み出す。ＥＭＲにおける選択された患者データに基づいて、外科用ハブ１０６、２０６は、実行される処置が胸郭処置であることを判定する。
第２の工程５２０４では、職員は、処置のために入来する医療用品をスキャンする。外科用ハブ１０６、２０６は、スキャンされた用品を様々な種類の処置で利用される用品のリストと相互参照し、用品の組み合わせ（mix of supplies）が胸郭処置に対応することを確認する。更に、外科用ハブ１０６、２０６はまた、処置が楔形処置ではないと判定することができる（入来する用品が、胸郭楔形処置に必要な特定の用品を含まないか、又は別の点で胸郭楔形処置に対応していないかのいずれかであるため）。
第３の工程５２０６では、医療関係者は、外科用ハブ１０６、２０６に通信可能に接続されたスキャナを介して患者のバンドをスキャンする。続いて、外科用ハブ１０６、２０６は、スキャンされたデータに基づいて患者の識別情報を確認することができる。
第４の工程５２０８では、医療スタッフが補助装置をオンにする。利用される補助装置は、外科処置の種類及び外科医によって使用される技術に従って変わり得るが、この例示的な場合では、これらとしては、排煙器、気胸装置、及び医療用撮像デバイスが挙げられる。起動されると、モジュール式装置である補助装置は、その初期化プロセスの一部として、モジュール式装置の特定の近傍内に位置する外科用ハブ１０６、２０６と自動的にペアリングすることができる。続いて、外科用ハブ１０６、２０６は、この術前又は初期化段階中にそれとペアリングされるモジュール式装置の種類を検出することによって、外科処置に関するコンテキスト情報を導出することができる。この特定の実施例では、外科用ハブ１０６、２０６は、ペアリングされたモジュール式装置のこの特定の組み合わせに基づいて、外科処置がＶＡＴＳ手術であると判定する。患者のＥＭＲからのデータの組み合わせ、手術に用いられる医療用品のリスト、及びハブに接続するモジュール式装置の種類に基づいて、外科用ハブ１０６、２０６は、外科チームが実施する特定の処置を概ね推定することができる。外科用ハブ１０６、２０６が、何の特定の処置が実施されているかを知ると、続いて外科用ハブ１０６、２０６は、メモリから、又はクラウドからその処置の工程を読み出して、次に接続されたデータソース（例えば、モジュール式装置及び患者監視装置）からその後受信したデータを相互参照して、外科処置のどの工程を外科チームが実行しているかを推定することができる。
第５の工程５２１０では、職員は、ＥＫＧ電極及び他の患者監視装置を患者に取り付ける。ＥＫＧ電極及び他の患者監視装置は、外科用ハブ１０６、２０６とペアリングすることができる。外科用ハブ１０６、２０６が患者監視装置からデータの受信を開始すると、外科用ハブ１０６、２０６は患者が手術室にいることを確認する。
第６の工程５２１２では、医療関係者は患者に麻酔を誘発する。外科用ハブ１０６、２０６は、例えば、ＥＫＧデータ、血圧データ、ベンチレータデータ、又はこれらの組み合わせを含む、モジュール式装置及び／又は患者監視装置からのデータに基づいて、患者が麻酔下にあることを推定することができる。第６の工程５２１２が完了すると、肺区域切除手術の術前部分が完了し、手術部分が開始する。
第７の工程５２１４では、操作されている患者の肺が虚脱される（換気が対側肺に切り替えられる間に）。外科用ハブ１０６、２０６は、例えば、患者の肺が虚脱されたことをベンチレータデータから推定することができる。外科用ハブ１０６、２０６は、患者の肺が虚脱したのを検出したことを、処置の予期される工程（事前にアクセス又は読み出すことができる）と比較することができるため、処置の手術部分が開始したことを推定して、それによって肺を虚脱させることがこの特定の処置における第１の手術工程であると判定することができる。
第８の工程５２１６では、医療用撮像デバイス（例えば、スコープ）が挿入され、医療用撮像デバイスからのビデオ映像が開始される。外科用ハブ１０６、２０６は、医療用撮像デバイスへの接続を通じて医療用撮像デバイスデータ（すなわち、ビデオ又は画像データ）を受信する。医療用撮像デバイスデータを受信すると、外科用ハブ１０６、２０６は、外科処置の腹腔鏡部分が開始したことを判定することができる。更に、外科用ハブ１０６、２０６は、実施されている特定の処置が、肺葉切除とは対照的に区域切除術であると判定することができる（処置の第２の工程５２０４で受信したデータに基づいて、楔形処置は外科用ハブ１０６、２０６によって既に割り引かれていることに留意されたい）。医療用撮像デバイス１２４（図２）からのデータは、患者の解剖学的構造の可視化に関して配向されている医療用撮像デバイスの角度を判定することによる、用いられている（すなわち、起動されており、外科用ハブ１０６、２０６とペアリングされている）数又は医療用撮像デバイスを監視することによる、及び用いられている可視化装置の種類を監視することによる、ことを含む多くの異なる方法の中から実施されている処置の種類に関するコンテキスト情報を判定するために用いられ得る。例えば、ＶＡＴＳ肺葉切除術を実施するための１つの技術は、カメラを患者の胸腔の前下方角部の横隔膜上方に配置し、一方、ＶＡＴＳ区域切除術を実施するための１つの技術は、カメラを、区域裂に対して前肋間位置に配置する。例えば、パターン認識又は機械学習技術を使用して、状況認識システムは、患者の解剖学的構造の可視化に基づいて、医療用撮像デバイスの位置を認識するように訓練され得る。別の例として、ＶＡＴＳ肺葉切除術を実施するための１つの技術は単一の医療用撮像デバイスを利用するが、ＶＡＴＳ区域切除術を実施するための別の技術は複数のカメラを利用する。更に別の例として、ＶＡＴＳ区域切除術を実施するための１つの技術は、区域裂を可視化するために赤外線光源（可視化システムの一部として外科用ハブに通信可能に連結され得る）を使用し、これはＶＡＴＳ肺葉切除術では使用されない。医療用撮像デバイスからのこのデータのいずれか又は全てを追跡することによって、外科用ハブ１０６、２０６は、実行中の特定の種類の外科処置、及び／又は特定の種類の外科処置に使用されている技術を判定することができる。
第９の工程５２１８で、外科チームは、処置の切開工程を開始する。外科用ハブ１０６、２０６は、エネルギー器具が発射されていることを示すＲＦ又は超音波発生器からのデータを受信するため、外科医が患者の肺を切開して分離するプロセスにあると推定することができる。外科用ハブ１０６、２０６は、受信されたデータを外科処置の読み出しされた工程と相互参照して、プロセスのこの時点（すなわち、上述された処置の工程が完了した後）で発射されているエネルギー器具が切開工程に対応していると判定することができる。特定の例では、エネルギー器具は、ロボット外科システムのロボットアームに取り付けられたエネルギーツールであり得る。
第１０の工程５２２０で、外科チームは、処置の結紮工程に進む。外科用ハブ１０６、２０６は、器具が発射されていることを示す外科用ステープル留め及び切断器具からのデータを受信するため、外科医が動脈及び静脈を結紮していると推定することができる。前工程と同様に、外科用ハブ１０６、２０６は、外科用ステープル留め及び切断器具からのデータの受信を、読み出しされたプロセス内の工程と相互参照することによって、この推定を導出することができる。特定の例では、外科用器具は、ロボット外科システムのロボットアームに取り付けられた外科用ツールであり得る。
第１１の工程５２２２では、処置の区域切除部分が実施される。外科用ハブ１０６、２０６は、そのカートリッジからのデータを含む外科用ステープル留め及び切断器具からのデータに基づいて、外科医が実質組織を横切開していると推定することができる。カートリッジのデータは、例えば、器具によって発射されるステープルのサイズ又は種類に対応することができる。異なる種類のステープルが異なる種類の組織に利用されているため、カートリッジのデータは、ステープル留め及び／又は横切開されている組織の種類を示すことができる。この場合、発射されるステープルの種類は実質組織（又は他の同様の組織種）に用いられ、これにより、外科用ハブ１０６、２０６は、処置の区域切除部分が実行されていると推定することができる。
続いて第１２の工程５２２４で、結節切開工程が実行される。外科用ハブ１０６、２０６は、ＲＦ又は超音波器具が発射されていることを示す発生器から受信したデータに基づいて、外科チームが結節を切開し、漏れ試験を実施していると推定することができる。この特定の処置の場合、実質組織が横切開された後に用いられるＲＦ又は超音波器具は結節切開工程に対応しており、この結節切開工程により外科用ハブ１０６、２０６がこの推定を行うことが可能となる。異なる器具が特定の作業に対してより良好に適合するため、外科医は、処置中の特定の工程に応じて、定期的に外科用ステープル留め／切断器具と外科用エネルギー（すなわち、ＲＦ又は超音波）器具との間で交互に切り替えることに留意されたい。したがって、ステープル留め／切断器具及び外科用エネルギー器具が使用される特定のシーケンスは、外科医が処置のどの工程を実施中であるかを示すことができる。更に、特定の例では、外科処置中の１つ以上の工程にロボットツールを使用することができ、かつ／又は外科処置中の１つ以上の工程にハンドヘルド外科用器具を使用することができる。外科医（複数可）は、例えば、ロボットツールとハンドヘルド外科用器具とを順に交代させることができ、かつ／又は、例えば、装置を同時に使用することができる。第１２の工程５２２４が完了すると、切開部が閉鎖され、処置の術後部分が開始する。
第１３の工程５２２６では、患者の麻酔が逆転される。外科用ハブ１０６、２０６は、例えば、ベンチレータデータに基づいて（すなわち、患者の呼吸速度が増加し始める）、患者が麻酔から覚醒しつつあると推定することができる。
最後に、第１４の工程５２２８は、医療関係者が患者から様々な患者監視装置を除去することである。したがって、外科用ハブ１０６、２０６は、ハブがＥＫＧ、ＢＰ、及び患者監視装置からの他のデータを喪失したとき、患者が回復室に移送されていると推定することができる。この例示的な処置の説明から分かるように、外科用ハブ１０６、２０６と通信可能に連結された各種データソースから受信されたデータに基づいて、外科用ハブ１０６、２０６は、所与の外科処置の各工程が発生しているときを判定又は推定することができる。
状況認識については、「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する２０１７年１２月２８日出願の米国仮特許出願第６２／６１１，３４１号で更に説明されており、その開示の全体が参照として本明細書に組み込まれる。特定の例では、例えば本明細書で開示される様々なロボット外科システムを含むロボット外科システムの動作は、その状況認識、及び／若しくはその構成要素からのフィードバックに基づいて、並びに／又はクラウド１０４からの情報に基づいて、ハブ１０６、２０６によって制御され得る。
ロボットシステム
ロボット外科システムは、低侵襲性医療処置で使用することができる。このような医療処置の間、患者は、ロボット外科システムに隣接するプラットフォーム上に置かれることができ、外科医は、プラットフォームから離れた及び／又はロボットから離れたコンソールに位置付けられ得る。例えば、外科医は、手術部位を取り囲む滅菌野の外に位置付けられ得る。外科医は、コンソールの入力装置を介してユーザインターフェースへの入力を提供して、ロボットシステムのアームに連結された外科用ツールを操作する。入力装置は、機械的入力装置、例えば、制御ハンドル若しくはジョイスティックなど、又は非接触入力装置、例えば、光ジェスチャーセンサなどとすることができる。
ロボット外科システムは、１つ以上のロボットアームを支持するロボットタワーを含むことができる。少なくとも１つの外科用ツール（例えば、エンドエフェクタ及び／又は内視鏡）をロボットアームに装着することができる。外科用ツールは、例えば、関節運動式リストアセンブリを介して、対応するロボットアームに対して関節運動するように、及び／又は、線形スライド機構を介してロボットアームに対して並進運動するように構成され得る。外科処置中、外科用ツールは、例えば、カニューレ若しくはトロカールを介して、患者の小さな切開の中に、又は患者の自然開口部の中に挿入されて、患者の身体内の手術部位に外科用ツールの遠位端を位置付けることができる。加えて又は代替として、ロボット外科システムは、特定の例では開腹外科処置において使用され得る。
ロボット外科システム１５０００の概略図が図２２に示されている。ロボット外科システム１５０００は、中央制御ユニット１５００２、外科医のコンソール１５０１２、１つ以上のロボットアーム１５０２４を含むロボット１５０２２、及び制御ユニット１５００２に動作可能に連結された一次ディスプレイ１５０４０を含む。外科医のコンソール１５０１２は、ディスプレイ１５０１４と、外科医がロボット１５０２２のロボットアーム１５０２４を遠隔操作することを可能にする少なくとも１つの手動入力装置１５０１６（例えば、スイッチ、ボタン、タッチスクリーン、ジョイスティック、ジンバルなど）を含む。読者は、追加の及び代替の入力装置を使用することができることを理解するであろう。
中央制御ユニット１５００２は、メモリ１５００６に動作可能に連結されたプロセッサ１５００４を含む。プロセッサ１５００４は、ロボット外科システム１５０００の構成要素とインターフェース接続するための複数の入力部及び出力部を含む。プロセッサ１５００４は、ロボット外科システム１５０００の様々な構成要素（例えば、１つ以上のモータ、センサ、及び／又はディスプレイ）のうちの１つ以上を制御するために、入力信号を受信し、及び／又は出力信号を生成するように構成され得る。出力信号は、外科医又は別の臨床医によって事前にプログラム及び／又は入力され得るアルゴリズム命令を含むことができる、及び／又はそれに基づくことができる。プロセッサ１５００４は、コンソール１５０１２にいる外科医などのユーザから複数の入力を受け取るように構成することができ、及び／又は遠隔システムとインターフェース接続してもよい。メモリ１５００６は、命令及び／又はデータベースを記憶するために、プロセッサ１５００４に直接及び／又は間接的に連結され得る。
ロボット１５０２２は、１つ以上のロボットアーム１５０２４を含む。各ロボットアーム１５０２４は１つ以上のモータ１５０２６を含み、各モータ１５０２６は、１つ以上のモータ駆動器１５０２８に連結されている。例えば、異なる駆動器及び／又は機構に割り当てられ得るモータ１５０２６は、キャリッジアセンブリ又はハウジング内に収容され得る。特定の場合には、モータ１５０２６と１つ以上の駆動器１５０２８との中間の伝達装置により、１つ以上の駆動器１５０２８へのモータ１５０２６の連結及び連結解除が可能になり得る。駆動器１５０２８は、１つ以上の手術機能を実現するように構成され得る。例えば、１つ以上の駆動器１５０２８には、ロボットアーム１５０２４、及び／又はその連結及び／又は継手を回転させることによって、ロボットアーム１５０２４を動かすタスクが与えられ得る。加えて、１つ以上の駆動器１５０２８を外科用ツール１５０３０に連結することができ、例えば、関節運動、回転、クランプ、封止、ステープル留め、通電、発射、切断、及び／又は開口を実装することができる。特定の場合には、外科用ツール１５０３０は、交換可能及び／又は置換可能であり得る。ロボット外科システム及び外科用ツールの例が、本明細書に更に記載される。
読者は、コンピュータ実装インタラクティブ外科システム１００（図１）及びコンピュータ実装インタラクティブ外科システム２００（図９）が、ロボット外科システム１５０００を組み込むことができることを容易に理解するであろう。加えて又は代替として、ロボット外科システム１５０００は、コンピュータ実装インタラクティブ外科システム１００及び２００の様々な特徴及び／又は構成要素を含むことができる。
一例示では、ロボット外科システム１５０００はロボットシステム１１０（図２）を包含することができ、ロボットシステム１１０は、外科医のコンソール１１８、外科用ロボット１２０、及びロボットハブ１２２を含む。加えて又は代替として、ロボット外科システム１５０００は、例えば、外科用ハブ１０６などの別のハブと通信することができる。一例では、ロボット外科システム１５０００は、例えば、コンピュータ実装インタラクティブ外科システム１００（図１）、又はコンピュータ実装インタラクティブ外科システム２００（図９）などの外科システムの中に組み込むことができる。そのような例では、ロボット外科システム１５０００は、クラウド１０４又はクラウド２０４のそれぞれ、及び外科用ハブ１０６又は外科用ハブ２０６のそれぞれと相互作用してもよい。特定の例では、ロボットハブ又は外科用ハブは、中央制御ユニット１５００２を含むことができ、及び／又は中央制御ユニット１５００２はクラウドと通信することができる。他の例では、外科用ハブは、中央制御ユニット１５００２とは別個であって中央制御ユニット１５００２と通信できる、個別のユニットを具現化することができる。
別の外科用ロボットシステムは、Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣａｌｉｆｏｒｎｉａにあるＩｎｔｕｉｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ，Ｉｎｃ．による、ＤＡＶｉｎｃｉ（登録商標）外科用ロボットシステムである。システムの一例を図２３〜図２９に示す。図２３は、手術台１２０１４上に横たわっている患者１２０１２に対して低侵襲性の診断又は外科処置を行うために典型的に使用される、低侵襲ロボット外科（ＭＩＲＳ）システム１２０１０を示す。システム１２０１０は、処置中に外科医１２０１８が使用する、外科医のコンソール１２０１６を含む。１人以上のアシスタント１２０２０もまた、処置に参加してもよい。ＭＩＲＳシステム１２０１０は、患者側カート１２０２２、すなわち外科用ロボット、及びエレクトロニクスカート１２０２４を更に含むことができる。外科医１２０１８がコンソール１２０１６を介して手術部位を見ている間に、外科用ロボット１２０２２は、患者１２０１２の身体の低侵襲切開を通して、少なくとも１つの取り外し可能に連結されたツールアセンブリ１２０２６（以下では「ツール」と称する）を操作することができる。手術部位の画像は立体視内視鏡１２０２８などの撮像デバイスによって得ることができ、立体内視鏡を外科用ロボット１２０２２によって操作して内視鏡１２０２８を正しい位置に合わせることができる。様々な変化をもたらす（alterative）撮像デバイスが、本明細書に更に記載される。
外科医のコンソール１２０１６を介して、後で外科医１２０１８に対して表示するために、エレクトロニクスカート１２０２４を使用して手術部位の画像を処理することができる。一度に使用されるロボットツール１２０２６の数は一般に、他の要因の中でも、診断又は外科処置、及び手術室内の空間的な制約に依存することになる。処置中に、使用中のロボットツール１２０２６のうちの１つ以上を変更する必要がある場合、アシスタント１２０２０が、ロボットツール１２０２６を外科用ロボット１２０２２から取り除き、それを手術室内のトレイ１２０３０からの別のツール１２０２６と交換することができる。
主に図２４を参照すると、外科医のコンソール１２０１６は、左目用ディスプレイ１２０３２及び右目用ディスプレイ１２０３４を含み、奥行感覚を可能にする、手術部位の協調された立体視を外科医１２０１８に提示する。コンソール１２０１６は、１つ以上の入力制御デバイス１２０３６を更に含み、この入力制御デバイス１２０３６は、外科用ロボット１２０２２（図２３）に、１つ以上のツール１２０２６（図２３）を操作させる。入力制御デバイス１２０３６は、それらと関連するツール１２０２６（図２３）と同じ自由度を提供して、外科医にテレプレゼンスを提供するか、又は入力制御デバイス１２０３６がロボットツール１２０２６と一体であって、ロボットツール１２０２６を直接制御しているという強い感覚を外科医が持つような知覚を提供することができる。この目的のために、位置、力、及び触覚フィードバックセンサを用いて、位置、力、及び触覚感覚をロボットツール１２０２６から伝達し、入力制御デバイス１２０３６を介して外科医の手に戻してもよい。外科医のコンソール１２０１６は通常、患者１２０１２と同じ部屋に位置しており、それにより、外科医１２０１８は、処置を直接監視し、必要に応じて物理的に存在し、電話又は他の通信媒体を介すのではなく、直接、アシスタント１２０２０に話をしてもよい。しかし、外科医１２０１８は、異なる部屋、完全に異なる建物、又は患者１２０１２から離れた他の場所に位置して、遠隔での外科処置を可能にすることができる。滅菌野は、手術部位の周囲に画定することができる。様々な例では、外科医１２０１８は、滅菌野の外側に位置付けることができる。無菌アダプタは、滅菌野の境界部分を画定することができる。ロボットアーム用の無菌アダプタの一例は、「ＢＡＣＫＵＰ ＬＡＴＣＨ ＲＥＬＥＡＳＥ ＦＯＲ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」と題する２０１５年３月１７日に出願された米国特許出願第２０１５／０２５７８４２号であって、２０１７年１２月１２日に発行された米国特許第９，８３９，４８７号に記載されており、その全体が参照として本明細書に組み込まれる。
ここで主に図２５を参照すると、エレクトロニクスカート１２０２４は内視鏡１２０２８と連結させることができ、プロセッサを含むことができて、キャプチャされた画像を処理して、後で例えば、外科医のコンソール上で、又はローカル及び／又は遠隔に位置する別の好適なディスプレイ上で外科医に表示することができる。例えば、立体視内視鏡１２０２８が使用される場合、エレクトロニクスカート１２０２４は、キャプチャされた画像を処理して、手術部位の協調された立体画像を外科医に提示することができる。このような協調は、対向する画像間の位置合わせを含むことができ、立体視内視鏡の立体作業距離を調節することを含み得る。別の例として、画像処理は、例えば光学収差などの、画像撮像装置の画像誤差を補償するために、以前に決定されたカメラ較正パラメータの使用を含むことができる。
図２６は、図２３のＭＩＲＳシステム１２０１０などのロボット手術システム１２０５０を概略的に示す。本明細書で論じるように、外科医のコンソール１２０５２、例えば図２３の外科医のコンソール１２０１６を外科医が使用して、低侵襲処置中に、外科用ロボット１２０５４、例えば図２３の外科用ロボット１２０２２を制御することができる。外科用ロボット１２０５４は、立体視内視鏡などの撮像デバイスを使用して、処置部位の画像をキャプチャし、キャプチャされた画像を、図２３のエレクトロニクスカート１２０２４などのエレクトロニクスカート１２０５６に出力することができる。本明細書で論じるように、エレクトロニクスカート１２０５６は、何らかの後続の表示の前に、キャプチャされた画像を様々な方法で処理することができる。例えば、エレクトロニクスカート１２０５６は、合成された画像を外科医のコンソール１２０５２を介して外科医に表示する前に、キャプチャされた画像を仮想制御インターフェースにオーバーレイすることができる。外科用ロボット１２０５４は、エレクトロニクスカート１２０５６の外部で処理するために、キャプチャされた画像を出力することができる。例えば、外科用ロボット１２０５４は、キャプチャされた画像をプロセッサ１２０５８に出力することができ、プロセッサ１２０５８は、キャプチャされた画像を処理するために使用することができる。画像はまた、エレクトロニクスカート１２０５６とプロセッサ１２０５８との組み合わせによって処理されてもよく、これらは一体に連結されて、キャプチャされた画像を一緒に、逐次的に、及び／又はそれらの組み合わせで処理することができる。１つ以上の別個のディスプレイ１２０６０をプロセッサ１２０５８及び／又はエレクトロニクスカート１２０５６と連結させて、処置部位の画像、又は他の関連する画像などの画像をローカル及び／又は遠隔で表示させることもできる。
図２７及び図２８はそれぞれ、外科用ロボット１２０２２及びロボットツール１２０６２を示す。ロボットツール１２０６２は、ロボットツール１２０２６（図２３）の一例である。代替のロボットツールを外科用ロボット１２０２２と共に用いることができ、本明細書には例示的なロボットツールが記載されていることを、読者は理解するであろう。示される外科用ロボット１２０２２は、３つのロボットツール１２０２６、及び処置部位の画像をキャプチャするために使用される立体視内視鏡などの撮像デバイス１２０２８の操作を提供する。操作は、複数のロボット関節を有するロボット機構によって提供される。撮像デバイス１２０２８及びロボットツール１２０２６は、運動学的な遠隔中心又は仮想ピボットを切開創に維持して切開創の大きさを最小限に抑えるように、患者の切開創を通して位置付け及び操作され得る。ロボットツール１２０２６の遠位端が撮像デバイス１２０２８の視野（ＦＯＶ）内に位置付けられたとき、手術部位の画像は遠位端画像を含み得る。各ツール１２０２６は、ロボット関節のうちの１つ以上の遠位端に位置する対応する外科用マニピュレータ１２０３１から取り外し可能であり、かつこれらによって支持される。外科用マニピュレータ１２０３１は、ロボット関節の動きを介して、外科用ロボット１２０２２に対してツール１２０２６の全体を移動させるための可動プラットフォームを提供する。外科用マニピュレータ１２０３１はまた、１つ以上の機械的及び／又は電気的インターフェースを使用してロボットツール１２０２６を操作するための動力を供給する。
図２９は、遠隔手術制御外科システム１２１００の概略図である。外科システム１２１００は外科医コンソール１２１０２を含み、これは例えば外科医のコンソール１２０５２（図２６）であり得る。外科医コンソール１２１０２は外科用ロボット１２１０４を駆動し、これは例えば外科用ロボット１２０２２（図２３）であり得る。外科用ロボット１２１０４は外科用マニピュレータ１２１０６を含み、これは例えば外科用マニピュレータ１２０３１（図２７）であり得る。外科用マニピュレータ１２１０６は、モータユニット１２１０８及びロボットツール１２１１０を含む。モータユニット１２１０８は、異なる機構に割り当てられ得る５つのモータを保持するキャリッジアセンブリである。いくつかの例示では、５つのモータのみが使用され、一方で他の例示では、５つを超える又は５つ未満のモータを使用することができる。モータユニット１２１０８は、動力モータ１２１１２、カムシャフトモータ１２１４０、ピッチモータ１２１１６、ヨーモータ１２１１８、及び低力グリップモータ１２１２０を含むが、これらのモータは、取り付けられた器具に応じて異なる目的で使用することができる。一般に、各モータは、ロボットツール１２１１０の対応する入力部と機械的及び電気的に連結する電気モータである。いくつかの例示では、モータユニット１２１０８は、図２８に示す近位ハウジングによって一般に示されるように、ロボットツールと共有のシャーシ内でロボットツール１２１１０の近位端に位置していてもよい。モータハウジングは、「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＰＡＳＳＩＶＥＬＹ ＤＥＣＯＵＰＬＩＮＧ ＴＯＲＱＵＥ ＡＰＰＬＩＥＤ ＢＹ Ａ ＲＥＭＯＴＥ ＡＣＴＵＡＴＯＲ ＩＮＴＯ ＡＮ ＩＮＤＥＰＥＮＤＥＮＴＬＹ ＲＯＴＡＴＩＮＧ ＭＥＭＢＥＲ」と題し２０１１年１１月１５日に出願された米国特許出願公開第２０１２／０１５０１９２号であって、２０１５年８月４日に発行された米国特許第９，０９５，３６２号に更に記載されており、その全体が参照として本明細書に組み込まれる。
ロボットツール１２１１０は、例えば、本明細書に記載されるロボットツール１２０２６（図２３）であり得る。ロボットツール１２１１０は、外科用マニピュレータ１２１０６によって、ピッチモータ１２１１６、ヨーモータ１２１１８及び低力グリップモータ１２１２０とそれぞれ機械的に連結する３つの個別の入力を含む、細長いエフェクタユニット１２１２２を含む。ロボットツール１２１１０はまた、動力モータ１２１１２及びカムシャフトモータ１２１４０と機械的に連結する伝達装置１２１２４を含む。ツールの例は、「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ ＳＨＩＦＴＡＢＬＥ ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ」と題し２０１５年３月３１日に出願された国際公開第２０１５／１５３６４２号、及び「ＣＯＮＴＲＯＬ ＩＮＰＵＴ ＡＣＣＵＲＡＣＹ ＦＯＲ ＴＥＬＥＯＰＥＲＡＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」と題し、２０１５年３月３１日に出願された国際公開第２０１５／１５３６３６号に更に記載されており、それら各々の全体が参照として本明細書に組み込まれる。
外科用エンドエフェクタ１２１２６は、エフェクタユニット１２１２２の遠位端に位置する。外科用エンドエフェクタ１２１２６及びエフェクタユニット１２１２２は、可動リストによって接続される。そのようなリストの一例は、「ＤＯＵＢＬＥ ＵＮＩＶＥＲＳＡＬ ＪＯＩＮＴ」と題し、２０１０年１１月１２日に出願された米国特許出願公開第２０１１／０１１８７０８号、及び「ＳＥＡＬＳ ＡＮＤ ＳＥＡＬＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＨＡＶＩＮＧ ＡＮ ＡＲＴＩＣＵＬＡＴＥＤ ＥＮＤ ＥＦＦＥＣＴＯＲ ＡＣＴＵＡＴＥＤ ＢＹ Ａ ＤＲＩＶＥ ＳＨＡＦＴ」と題し２０１２年２月１５日に出願された米国特許第９，２１６，０６２号に示され、それら各々の全体が参照として本明細書に組み込まれる。単純に言うと、外科用エンドエフェクタは、複数の個別であるが相互に関連する機構によって特徴付けることができ、各機構は外科用エンドエフェクタ１２１２６に自由度（ＤＯＦ）を提供する。外科システム１２１００に関して本明細書で使用する場合、ＤＯＦは、対応する運動に影響を及ぼす１つ以上の相互に関連する機構である。ＤＯＦは、外科用エンドエフェクタ１２１２６に、同時に又は個別に動作することができる様々な動作モードを付与する。例えば、リストは、外科用マニピュレータ１２１０６に対する外科用エンドエフェクタ１２１２６のピッチ及びヨーを可能にし、したがって、ピッチＤＯＦ１２１２８及びヨーＤＯＦ１２１３０を含む。外科用エンドエフェクタ１２１２６はまた、外科用エンドエフェクタ１２１２６を細長い軸の周りで回転させるロールＤＯＦ１２１３２を含む。本明細書で更に記載されるように、異なるロボットツールは異なるＤＯＦを有し得る。
外科用エンドエフェクタ１２１２６は、外科用ステープラなどのクランプ及び切断機構を含んでもよい。それ用のステープルカートリッジを含む、そのような器具の一例は、「ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ ＳＴＡＴＵＳ ＡＮＤ ＰＲＥＳＥＮＣＥ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ」と題し、２０１２年１０月２６日に出願された米国特許出願公開第２０１３／０１０５５５２号、及び「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ ＩＮＴＥＧＲＡＬ ＫＮＩＦＥ ＢＬＡＤＥ」と題し２０１２年１０月２６日に出願された米国特許第２０１３／０１０５５４５号に更に記載され、これら両方のそれぞれの全体が参照として本明細書に組み込まれる。クランプ機構は、２つのモードに従って把持することができ、したがって、２つのＤＯＦを含むことができる。低力ＤＯＦ１２１３４（例えば、ケーブル作動機構）は、クランプを低力で切り換えて組織を穏やかに操作するように動作する。低力ＤＯＦ１２１３４は、切断又はステープル留め動作のために外科用エンドエフェクタを準備することに対して有用である。高力ＤＯＦ１２１３６（例えば、主ねじ作動機構）は、更にクランプを開くか、又はクランプを比較的強い力で組織上に閉鎖するように動作して、例えば、切断又はステープル留め動作の準備のために組織を止血する。いったんクランプされると、外科用エンドエフェクタ１２１２６は、ツール作動ＤＯＦ１２１３８を用いて、組織に更に影響を及ぼし、例えば、ステープル留め、切断、及び／又は焼灼装置によって組織に影響を及ぼす。外科用エンドエフェクタ用のクランプシステムは、「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＤＥＴＥＣＴＩＮＧ ＳＴＡＰＬＥ ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ ＭＩＳＦＩＲＥ ＯＲ ＦＡＩＬＵＲＥ」と題し２０１２年５月１５日に出願され２０１６年７月１９日に発行された米国特許第９，３９３，０１７号、「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＩＮＤＩＣＡＴＩＮＧ Ａ ＣＬＡＭＰＩＮＧ ＰＲＥＤＩＣＴＩＯＮ」と題し２０１２年１月１３日に出願され２０１５年３月２日に発行された米国特許第８，９８９，９０３号、及び「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＩＮＤＩＣＡＴＩＮＧ Ａ ＣＬＡＭＰＩＮＧ ＰＲＥＤＩＣＴＩＯＮ」と題し２０１５年３月２日に出願され２０１７年５月３０日に発行された米国特許第９，６６２，１７７号に更に記載され、それら全ての各々の全体が参照として本明細書に組み込まれる。
図２９に示すように、ピッチモータ１２１１６、ヨーモータ１２１１８、及び低力グリップモータ１２１２０はそれぞれ、ピッチＤＯＦ１２１２８、ヨーＤＯＦ１２１３０、及び低力グリップＤＯＦ１２１３４を駆動する。したがって、ピッチＤＯＦ１２１２８、ヨーＤＯＦ１２１３０、及び低力グリップＤＯＦ１２１３４の各々は、個別にモータと対にされ、他のＤＯＦに対して独立に、かつ同時に動作することができる。しかし、高力グリップＤＯＦ１２１３６、ロールＤＯＦ１２１３２、及びツール作動ＤＯＦ１２１３８は、伝達装置１２１２４を介して単一の入力を動力モータ１２１１２と共有している。したがって、動力モータ１２１１２との連結は個別に行われるので、高力グリップＤＯＦ１２１３６、ロールＤＯＦ１２１３２、及びツール作動ＤＯＦ１２１３８のうちの１つのみが一度に動作することができる。カムシャフトモータ１２１４０は作動されて、動力モータ１２１１２の出力を、高力グリップＤＯＦ１２１３６、ロールＤＯＦ１２１３２、及びツール作動ＤＯＦ１２１３８の間でシフトさせる。したがって、伝達装置１２１２４は有利には、各モータが単一のＤＯＦに対して専用である構成よりも、より多くのＤＯＦを可能にする。
図２３〜図２９のロボット外科システムなどの外科用ロボットシステムの追加の特徴及び動作は、それぞれの全体が参照として本明細書に組み込まれる、以下の参照文献に更に記載されている。
・「ＤＯＵＢＬＥ ＵＮＩＶＥＲＳＡＬ ＪＯＩＮＴ」と題し、２０１０年１１月１２日に出願された米国特許出願公開第２０１１／０１１８７０８号、
・「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＰＡＳＳＩＶＥＬＹ ＤＥＣＯＵＰＬＩＮＧ ＴＯＲＱＵＥ ＡＰＰＬＩＥＤ ＢＹ Ａ ＲＥＭＯＴＥ ＡＣＴＵＡＴＯＲ ＩＮＴＯ ＡＮ ＩＮＤＥＰＥＮＤＥＮＴＬＹ ＲＯＴＡＴＩＮＧ ＭＥＭＢＥＲ」と題し２０１１年１１月１５日に出願され、２０１５年８月４日に発行された米国特許第９，０９５，３６２号、
・「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＩＮＤＩＣＡＴＩＮＧ Ａ ＣＬＡＭＰＩＮＧ ＰＲＥＤＩＣＴＩＯＮ」と題し２０１２年１月１３日に出願され、２０１５年３月２４日に発行された米国特許第８，９８９，９０３号、
・「ＳＥＡＬＳ ＡＮＤ ＳＥＡＬＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＨＡＶＩＮＧ ＡＮ ＡＲＴＩＣＵＬＡＴＥＤ ＥＮＤ ＥＦＦＥＣＴＯＲ ＡＣＴＵＡＴＥＤ ＢＹ Ａ ＤＲＩＶＥ ＳＨＡＦＴ」と題し２０１２年２月１５日に出願され、２０１５年１２月２２日に発行された米国特許第９，２１６，０６２号、
・「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＤＥＴＥＣＴＩＮＧ ＳＴＡＰＬＥ ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ ＭＩＳＦＩＲＥ ＯＲ ＦＡＩＬＵＲＥ」と題し２０１２年５月１５日に出願され、２０１６年７月１９日に発行された米国特許第９，３９３，０１７号、
・「ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ ＳＴＡＴＵＳ ＡＮＤ ＰＲＥＳＥＮＣＥ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ」と題し２０１２年１０月２６日に出願された米国特許出願公開第２０１３／０１０５５５２号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ ＩＮＴＥＧＲＡＬ ＫＮＩＦＥ ＢＬＡＤＥ」と題し２０１２年１０月２６日に出願された米国特許出願公開第２０１３／０１０５５４５号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＣＡＮＮＵＬＡ ＭＯＵＮＴＳ ＡＮＤ ＲＥＬＡＴＥＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」と題し２０１５年３月１７日に出願された国際公開第２０１５／１４２８１４号、
・「ＢＡＣＫＵＰ ＬＡＴＣＨ ＲＥＬＥＡＳＥ ＦＯＲ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」と題し、２０１５年３月１７日に出願された米国特許出願第２０１５／０２５７８４２号、
・「ＬＡＴＣＨ ＲＥＬＥＡＳＥ ＦＯＲ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」と題し２０１５年３月１７日に出願された米国特許出願公開第２０１５／０２５７８４１号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ ＳＨＩＦＴＡＢＬＥ ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ」と題し２０１５年３月３１日に出願された国際公開第２０１５／１５３６４２号、
・「ＣＯＮＴＲＯＬ ＩＮＰＵＴ ＡＣＣＵＲＡＣＹ ＦＯＲ ＴＥＬＥＯＰＥＲＡＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」と題し２０１５年３月３１日に出願された国際公開第２０１５／１５３６３６号、
・「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＩＮＤＩＣＡＴＩＮＧ Ａ ＣＬＡＭＰＩＮＧ ＰＲＥＤＩＣＴＩＯＮ」と題し２０１５年３月２日に出願され２０１７年５月３０日に発行された米国特許第９，６６２，１７７号。
本明細書に開示されるロボット外科システム及び特徴は、本明細書で参照されるｄａ Ｖｉｎｃｉ（登録商標）外科用ロボットシステム、及び／又は図２３〜図２９のシステムと共に用いることができる。読者は、本明細書に開示される様々なシステム及び／又は特徴が、例えば、コンピュータ実装インタラクティブ外科システム１００、コンピュータ実装インタラクティブ外科システム２００、ロボット外科システム１１０、ロボットハブ１２２、ロボットハブ２２２、及び／又はロボット外科システム１５０００を含む代替的な外科システムと共に用いることができることを更に理解するであろう。
様々な例では、ロボット外科システムは、システムの制御ユニットを収容することができるロボット制御タワーを含むことができる。例えば、プロセッサ１２０５８（図２６）は、ロボット制御タワー内に収容され得る。ロボット制御タワーは、例えばロボットハブ１２２（図２）又はロボットハブ２２２（図９）などのロボットハブを備えることができる。そのようなロボットハブは、超音波発生器及び／若しくは無線周波数発生器などの１つ以上の発生器、並びに／又は、撮像モジュール、吸引モジュール、灌流モジュール、排煙モジュール及び／若しくは通信モジュールなどの１つ以上のモジュールと連結させるためのモジュール式インターフェースを含むことができる。
ロボットハブは、複数のソースからのデータを合成して、外科的事象に対して適切な応答を決定するように構成され得る、状況認識モジュールを含むことができる。例えば、状況認識モジュールは、本明細書で更に記載されるように、外科処置の種類、外科処置における工程、組織の種類、及び／又は組織特性を判定することができる。その上、そのようなモジュールは、合成されたデータに基づいて、特定の方針又は可能な選択肢を推奨することができる。様々な例では、ロボットシステム全体に分散された複数のセンサを包含するセンサシステムは、データ、画像、及び／又は他の情報を状況認識モジュールに提供することができる。このような状況認識モジュールは、例えば、プロセッサ１２０５８にアクセス可能であり得る。様々な例では、状況認識モジュールは、例えば、外科用ハブ１０６（図１）、外科用ハブ２０６（図１０）、クラウド１０４（図１）、及び／又はクラウド２０４（図９）などの、ロボット外科用ではないハブ及び／又はクラウドからデータ及び／又は情報を取得することができる。外科システムの状況認識は、本明細書に更に記載されているとともに、「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題し２０１７年１２月２８日に出願された米国仮特許出願第６２／６１１，３４１号、及び「ＣＬＯＵＤ−ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ」と題し２０１７年１２月２８日に出願された米国仮特許出願第６２／６１１，３４０号に更に記載されており、それら各々の開示の全体が参照として本明細書に組み込まれる。
ロボット、可視化システム（可視化システム１０８又は可視化システム２０８など）、及び１つ以上のハブ（ハブ１０６、ロボットハブ１２２、ハブ２０６、及び／又はロボットハブ２２２など）を含む外科システムは、データ収集及び伝搬において、堅牢な通信システムから便益を得ることができる。例えば、手術部位、外科用器具、及び／又は外科処置に関する様々なパラメータは、ロボット、可視化システム、及びハブに重要な情報であり得る。更に、ロボットは、例えば、手術部位、外科用器具、及び／又は外科処置に関する情報を必要とし得る１つ以上のサブアセンブリ、例えば制御コンソールを含むことができる。情報を収集し、適切なアセンブリ及び／又はサブアセンブリにリアルタイムで又はほぼリアルタイムで伝搬して、例えば、機械学習及び／又は意思決定プロセスを通知することが役立ち得る。特定の例では、データ収集及び伝搬は、１つ以上のロボットシステムを含む外科システムの状況認識を通知することができる。
一態様では、ロボット外科システムは、追加の通信経路を含むことができる。例えば、ロボット外科システムは、一次有線通信経路及び二次無線通信経路を含むことができる。特定の場合では、２つの通信経路は、二次経路が一次経路に対して冗長である及び／又は並列であるように独立していることができる。様々な例では、データの第１の種類及び／又は量は一次経路に沿って転送することができ、データの第２の種類及び／又は量は二次経路に沿って転送することができる。複数の通信経路は、手術現場、制御コンソール、及び／又は制御ユニット内の１つ以上のディスプレイへのロボット及び／又はロボット外科用ツールの接続性を改善することができる。通信経路は、外科用ロボットを、例えば、中央制御ユニット（例えば、ハブ）、及び／又は可視化システム（例えば、ディスプレイ）に接続することができる。様々な例では、追加の通信経路は、ロボット、及び／又は発生器モジュール、及び／又は発生器モジュールと通信するプロセッサに追加のデータを提供することができる。
主に図３０を参照すると、コンソール１２２１６及びロボット１２２２２を含むロボット外科システム１２２００が示される。コンソール１２２１６は、多くの点でコンソール１２０１６に類似する場合があり（図２３及び図２４）、ロボット１２２２２は、多くの点でロボット１２０２２と類似する場合がある（図２３及び図２７）。例えば、ロボットツール１２０２６（図２３）と多くの点で類似し得るロボットツール１２２２６が、ロボット１２２２２のアームのうちの１つの遠位端に位置付けられている。ロボットツール１２２２６は、エネルギー装置である。例えば、エネルギーを、ロボットツール１２２２６に連結された発生器によって、ロボットツール１２２２６に供給することができる。
ロボット外科システム１２２００はまた、多くの点でロボットハブ１２２（図２）及び／又はロボットハブ２２２（図９）に類似し得るハブ１２２２４を含む。ハブ１２２２４は、多くの点で発生器モジュール１４０（図３）に類似している発生器モジュール１２２３０、及び多くの点で通信モジュール１３０（図３）に類似している無線通信モジュール１２２３８を含む。発生器モジュール１２２３０は、第１の有線接続１２２４４を介してロボットツール１２２２６にエネルギーを供給するように構成されている。
一例では、第１の有線接続１２２４４は、ロボットツール１２２２６と外科用ハブ１２２２４との間の双方向通信経路であり得る。第１の有線接続１２２４４は、ロボットツール１２２２６と外科用ハブ１２２２４との間で、前進エネルギーパラメータ又は他の電気的データを搬送することができる。例えば、外科用ハブ１２２２４は、そこに供給される出力レベル（power level）（例えば、ＲＦデバイスの電流、並びに超音波装置の振幅及び／又は周波数）に関する情報を、ロボットツール１２２２６に提供することができる。加えて、ロボットツール１２２２６は、組織の特性及び／又はエネルギー装置の有効性に対応する、組織境界面における、検出された伝導度及び／又はインピーダンスに関する情報をロボット１２２２２に提供することができる。
加えて、ロボット１２２２２に装着されたコンソール１２２１６とロボットツール１２２２６との間の第２の有線接続１２２４０が、ロボットコンソール１２２１６からロボットツール１２２２６への制御信号用の通信経路を提供する。一例では、第２の有線接続１２２４０は、ロボット１２２２２及び／又はロボットツール１２２２６によって収集された制御パラメータ又は他の機械的データに関する、ロボット１２２２２からコンソール１２２１６への一方向通信経路であり得る。例えば、ロボット１２２２２は、閉鎖運動及び／又は発射運動などのロボットツールの外科的作動についての情報をコンソール１２２１６に提供することができる。より具体的には、ロボットは、クランプ力パラメータ（例えば、ロボットツール１２２２６による組織上へのクランプ圧力）、及び／又は発射力パラメータを、例えば、ロボットツール１２２２６からコンソール１２２１６へと通信することができる。
依然として図３０を参照すると、無線通信経路１２２４２及び１２２４６がない場合は、ロボットハブ１２２２４は、コンソール１２２１６と通信することができず、逆もまた同様であり得る。加えて、ロボットツール１２２２６は、ハブ１２２２４と通信することができない場合がある。ハブ１２２２４及びロボット１２２２２及び／又はロボットツール１２２２６の間の通信経路がない場合は、ロボットツール１２２２６からの機械制御パラメータ（例えば、クランプ力）は、ロボットハブ１２２２４及びその発生器モジュール１２２３０に通信されない場合がある。加えて、電気的な前進エネルギーパラメータは、ロボット１２２２２からロボットハブ１２２２４へと、及び／又はコンソール１２２１６へと通信されない場合がある。そのような例では、システム１２２００は、開ループ制御を備えることになる。
異なるエネルギーパラメータ及び異なるクランプ圧力が、特定の種類の組織及び／又は特定の用途に、より適している場合がある。例えば、超音波溶接（weld）は一般に、経時的な変換器の振幅及びクランプ圧力の関数である。同様に、ＲＦ溶接は一般に、経時的な電流及びクランプ圧力の関数である。しかし、上述の無線通信経路１２２４２及び１２２４６がない場合、発生器モジュール１２２３０は、クランプ圧力を認識しない場合がある。同様に、コンソール１２２１６は、エネルギーパラメータを認識しない場合がある。
ロボットツール１２２２６の制御を最適化するために、ロボットツール１２２２６は、１つ以上の機械制御パラメータをロボットハブ１２２２４に伝達することができる。加えて、ハブ１２２２４は、１つ以上の前進エネルギーパラメータをコンソール１２２１６に伝達することができる。データ転送は、システム１２２００に対して閉ループ制御を提供することができる。一例では、機械制御パラメータ及び前進エネルギーパラメータは、異なる種類の組織及び／又は特定の用途に対してバランスをとることができる。例えば、クランプ圧力を低下させることができ、ロボットツール１２２２６への動力を増加させることができ、又はその逆にすることができる。
依然として図３０を参照すると、ロボットツール１２２２６は、本明細書で更に記載されるように、無線通信モジュール１２２２８を含む。無線通信モジュール１２２２８は、無線通信経路１２２４２を介してロボットハブ１２２２４の無線通信モジュール１２２３８と信号通信している。例えば、無線通信モジュール１２２３８は、無線信号をロボットツール１２２２６から受信するように構成された第１の受信機１２２３２を含み得る。無線通信モジュール１２２３８はまた、第２の無線通信経路１２２４６を介して、信号をコンソール１２２１６から受信することができる第２の受信機１２２３４を含む。そのような例では、第１及び第２の無線通信経路１２２４２及び１２２４６は、それぞれ、例えば外科用ハブ１２２２４を介して、ロボットツール１２２２６からコンソール１２２１６へと戻る通信回路を完了することができる。
他の例では、無線通信モジュール１２２２８は、ロボット１２２２２上にあり得る。例えば、無線通信モジュール１２２２８は、ロボットのアーム及び／又はロボット１２２２２のツール装着部分に位置付けられ得る。
加えて又は代替として、ロボットツール１２２２６とコンソール１２２１６との間に無線通信経路を提供することができる。
本明細書に記載される無線経路は、ロボットツール１２２２６の可動性を妨げることなく、及び／又は、絡まり又はコード及び／又はワイヤの追加の機会を生むことなく、データ転送を提供することができる。他の例では、本明細書に記載される無線通信経路のうちの１つ以上は、有線接続によって置き換えることができる。
一態様では、ロボットツール１２２２６及び／又はハブ１２２２４は、感知された組織パラメータ（例えば、組織の特性に対応する伝導度又はインダクタンス）、及び／又は感知された組織パラメータに基づき得る、組織に通電するための制御アルゴリズム（例えば、出力レベル）に関する情報を共有することができる。ロボットツール１２２２６は、例えば、状態、起動状態、識別情報、及び／又はスマートデータに関する情報をハブ１２２２４に提供することができる。ハブ１２２２４に提供されたデータは、記憶され、分析され、及び／又は更に、ハブ１２２２４によって例えばその表示画面１２２３６に伝播され得る。そのような例では、ハブ１２２２４は、有線又は無線接続を介して追加の場所にデータを送信するための導管又は中継ポストである。
特定の例では、ハブ１２２２４は、本明細書で更に記載されるように、状況認識モジュールを含む。状況認識モジュールは、ロボット１２２２２及びコンソール１２２１６を含む様々なソースから受信した情報に基づいて、外科処置における工程を判定及び／又は確認し、及び／又は特定の外科的動作を示唆するように構成され得る。ハブ１２２２４を、ロボット１２２２２及びコンソール１２２１６にそれぞれ連結する無線通信経路１２２４２及び１２２４６は、状況認識モジュールに通知するように構成され得る。例えば、クランプ及び／又は発射に関する機械制御パラメータは、第２の無線通信経路１２２４６を介して、ハブ１２２２４及びその状況認識モジュールに通信され得る。加えて又は代替として、エネルギーツールの起動に関するエネルギーパラメータ、及び／又は感知された組織パラメータは、第１の無線通信経路１２２４２を介して、ハブ１２２２４及びその状況認識モジュールに通信され得る。
特定の例では、ハブ１２２２４に無線で送信されるデータは、その状況認識モジュールに通知することができる。例えば、ロボットツール１２２２６によって検出され第１の無線通信経路１２２４２に沿って送信された感知された組織パラメータに基づいて、状況認識モジュールは、外科処置に伴う組織の種類を判定及び／又は確認することができ、特定の例では、遭遇する組織の種類に基づいて治療反応を示唆することができる。
依然として図３０を参照すると、ロボット１２２２２からコンソール１２２１６への第２の有線接続１２２４０は、第１の通信経路を提供する。その上、ロボット１２２２２とハブ１２２２４との間の有線又は無線接続は、ハブ１２２２４とコンソール１２２１６との間の無線通信経路１２２４６と組み合わせて、ロボット１２２２２からコンソール１２２１２への第２の並列通信経路を形成する。第２の通信経路は、ハブ１２２２４及びその無線通信モジュール１２２３８を介して通信するので、第２の通信経路は第１の通信経路とは異なる。しかし、そのような経路は、ロボット１２２２２とコンソール１２２１６との間に、第２の有線接続１２２４０に対して並列かつ代替の経路を提供する。同様に、並列及び／又は冗長の経路がまた、ロボット１２２２２とハブ１２２２４との間の無線経路１２２４２及び有線経路１２２４４を介して提供される。代替の並列通信経路は、通信システムの保全性を補強し、外科システムの様々な構成要素間のロボット通信を可能にし得る。
加えて又は代替として、情報は、無線能力を有するデバイス又はシステム、例えば可視化システム１０８又は可視化システム２０８のような可視化システム又はディスプレイなどに直接通信されてもよい。図５５に示す外科システム１２３００は、外科医Ｓのためのコンソール１２２１６、装着されたロボットツール１２２２６を含むロボット１２２２２、及び外科用ハブ１２２２４を含む。外科システム１２３００はまた、手術現場内に位置付けられたモニタ１２３５０を含む。看護師Ｎ、医療アシスタントＭＡ、及び麻酔科医Ａを含む追加の臨床医は手術現場内に存在し得る。特定の臨床医は滅菌野内に位置付けられ得る。例えば、複数の医療器具及びロボットツールを支持しているテーブル１２３５２に位置する看護師Ｎは無菌であり得る。手持ち式外科用器具を保持する医療アシスタントＭＡ、及び麻酔科医Ａは、滅菌野の外側に位置付けられてもよい。モニタ１２３５０は、滅菌野内で及び滅菌野外で臨床医が見ることができる。追加のディスプレイ１２３５４を滅菌野内に位置付けることができる。追加のディスプレイ１２３５４は、例えば、無線、セルラー、及び／又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ能力を有するモバイルコンピュータであり得る。一例では、追加のディスプレイ１２３５４は、患者Ｐ又は患者テーブル１２３５８の上に配置可能なｉＰａｄ（登録商標）タブレットなどのタブレットであり得る。そのような例では、ディスプレイ１２３５４は滅菌野内に位置付けられる。
ロボットツール１２２２６上の無線通信モジュール１２２２８（図３０）は、モニタ１２３５０及び／又はディスプレイ１２３５４と信号通信することができる。そのような例では、手術部位及び／又はロボットツール１２２２６によって得られたデータ及び／又は情報は、手術現場内のスクリーンに直接通信され、滅菌野内又は滅菌野外の臨床医を含む、手術現場にいる様々な臨床医が直接見ることができる。そのような例では、データは、外科処置中に臨床医の判断を通知するためにリアルタイムで又はほぼリアルタイムで提供され得る。加えて、本明細書で更に記載されるように、更なる記憶、分析及び／又は伝搬のために、特定の情報がハブ１２２２４に通信され得る。
無線通信経路のおかげで、モニタ１２３５０及び／又はディスプレイ１２３５４はまた、特定の例では、エネルギーパラメータを含む、ハブからの情報を表示することができる。例えば、本明細書で更に記載されるように、ハブ１２２２４は、発生器モジュール１２２３０（図３０）の起動状態又は起動レベルを示すデータを取得することができ、及び／又は感知された組織パラメータを示すデータをロボットツール１２２２６から受信することができる。そのような例では、起動情報及び／又は組織情報は、情報が滅菌野内及び滅菌野外の両方において操作者に容易に利用可能となるように、モニタ１２３５０及び／又はディスプレイ１２３５４上に表示され得る。
一態様では、ハブ１２２２４は、最終的に、例えばクラウド１０４又はクラウド２０４などのクラウドと通信して、ロボットツール１２２２６の前進エネルギーパラメータ及び／又は機械制御パラメータに関連する機械学習及び意思決定プロセスを更に通知することができる。例えば、クラウドは、その中に記憶された集約されたデータに基づいて、特定の組織パラメータ、外科処置、及び／又は患者の人口統計学に対して、適切な外科処置及び／又は治療的応答を判定することができる。患者の機密性を保護するために、ハブ１２２２４は、例えば、編集済みデータ及び／又は機密バージョンのデータを通信することができる。
図３０に関して本明細書に記載されるように、ロボットツール１２２２６は無線通信モジュール１２２２８を含む。無線通信モジュール１２２２８は、図３１にも示される。具体的には、無線通信モジュール１２２２８を含むロボットツール１２２２６の近位部分、並びにロボットツール１２２２６の近位ハウジングを着脱可能に取り付けるためのロボット１２２２２のツール装着部分又は取り付け部分１２２５０が、図３１に示される。ロボットツール１２２２６とツール装着部分１２２５０との間の機械的及び電気的インターフェースの詳細図を図３２に示す。
ロボットツール１２２２６は、ツール装着部分１２２５０上の第２の駆動インターフェース１２２５４と駆動連結する第１の駆動インターフェース１２２５２を含む。ツール装着部分１２２５０は、例えば、モータ１２１１２、１２１１６、１２１１８、１２１２０、及び１２１４０（図２９）に多くの点で類似し得る複数のモータを収容するキャリッジ又はモータハウジングを含む。モータは、ロボットツール１２２２６上の回転入力部１２２５８に係合する第２の駆動インターフェース１２２５４において回転出力部１２２５６に駆動連結される。例えば、回転入力部１２２５８は、ツール装着部分１２２５０上の回転出力部１２２５６に機械的に嵌合するように位置付けられ構造化される。
モータに電力を供給するためのプラグ１２２６０を図３１に示す。プラグ１２２６０はまた、無線通信モジュール１２２２８に連結される。そのような例では、無線通信モジュール１２２２８は、プラグ１２２６０によって供給される電流を介して給電され得る。プラグ１２２６０は、最終的に、ハブ１２２２４内の発生器モジュール１２２３０に配線されて、ロボットツール１２２２６とハブ１２２２４との間の有線接続１２２４４を完了することができる（図３０を参照）。
ここで主に図３１を参照すると、ツール装着部分１２２５０はまた電気接点１２２６２を含み、ロボットツール１２２２６は、ツール装着部分１２２５０上の電気接点１２２６２と嵌合するように位置付けられかつ構造化された電気接点１２２６４を含む。電気信号は、互いに接続された（mating）電気接点１２２６２、１２２６４を介して、ロボットツール１２２２６とロボット１２２２２（図３０）との間で通信され得る。特定の例では、ロボットツール１２２６２からの機械制御パラメータは、本明細書で更に記載されるように、電気接点１２２６２、１２２６４を介してロボット１２２２２に通信され得る。加えて又は代替として、前進エネルギーパラメータが、本明細書で更に記載されるように、互いに接続された電気接点１２２６２、１２２６４を介して、ロボット１２２２２及び／又はロボットツール１２２２６に通信され得、又はその逆が行われ得る。
図３２に示すように、ロボットツール１２２２６がツール装着部分１２２５０に装着されたとき、フレックス回路１２２７０が、互いに接続されたロボットツール１２２２６の電気接点１２２６４と、ツール装着部分１２２５０の電気接点１２２６２との中間に位置付けられて、データ伝送を促進する。フレックス回路１２２７０は、ロボットツール１２２６２とツール装着部分１２２５０との間の通信信号を傍受するように位置付けられている。そのような例では、フレックス回路１２２７０は、それら接点１２２６２、１２２６４の間を通過する信号を捕捉するように構成される。特定の例では、フレックス回路１２２７０は、ロボットツール１２２２６に知能機構を提供することができる。
様々な例では、フレックス回路１２２７０は、フィードバックピグテールコネクタを含むことができる。ピグテールコネクタは、ロボットツール１２２２６とツール装着部分１２２５０との間の接続を傍受することができる。
様々な例では、図３１のフレックス回路１２２７０はまた、無線通信経路１２２４２を介してハブ１２２２４（図３０）と通信するように構成された無線送信機を含むことができる。他の例では、フレックス回路１２２７０は、無線送信機及び／又は無線受信機を含むことができる、図３０及び図３１のモジュール１２２２８のような無線通信モジュールに連結することができる。
フレックス回路１２２７０は、ツール装着部分１２２５０とロボットツール１２２２６との間で小さいフットプリントを占有する。一態様では、既存のロボットシステムは、そのようなフレックス回路を後付けすることができる。換言すれば、既存のロボットツール及びツール装着部分は、現在のロボットツール及び／又はツール装着部分を改造することなく、本明細書に記載される堅牢な通信システムを利用することができる。
様々な例では、フレックス回路１２２７０又は別の中間ピグテールコネクタは、外部コントローラ（例えば、ハブ１０６（図３）内の発生器モジュール１４０のエネルギー発生器）とロボットツール１２２２６との間の１つ以上の信号を取得するように構成され得る。その上、そのような回路又はコネクタを使用して、傍受接続を介してロボットツール１２２２６に信号を送達することができる。
一態様では、ロボットハブは、本明細書に記載されるように、プロセッサと、プロセッサに通信可能に結合されたメモリとを含む。メモリは、本明細書に記載されるように、ロボットと制御コンソールとの間で無線信号を中継するためにプロセッサによって実行可能な命令を記憶する。特定の例では、メモリは、フレックス回路によって傍受された、及び／又は無線通信経路に沿って伝達された信号に基づいて、発生器（例えば、出力レベル）の制御パラメータを調節するためにプロセッサによって実行可能な命令を記憶する。加えて又は代替として、メモリは、フレックス回路によって傍受された、及び／又は無線通信経路に沿って伝達された、組織性状を示す信号に基づいて、エネルギーツールの制御パラメータ（例えば、クランプ圧力）を調節するためにプロセッサによって実行可能な命令を記憶する。
様々な態様では、本開示は、本明細書に記載されるように、ロボットと制御コンソールとの間で無線信号を中継し、発生器の制御パラメータを調節し、及び／又はエネルギーツールの制御パラメータを調節するための制御回路を提供する。様々な態様では、本開示は、コンピュータ可読命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体を提供し、命令は、実行されると、本明細書に記載されるように、マシンに、ロボットと制御コンソールとの間で無線信号を中継させ、発生器の制御パラメータを調節させ、及び／又はエネルギーツールの制御パラメータを調節させる。
一態様では、ロボット制御外科用ツール及びそのエンドエフェクタの１つ以上の特徴及び／又は効果は、制御アルゴリズムによって制御され得る。例えば、エンドエフェクタ効果の強度は、ロボットのメモリに記憶され、プロセッサによって実行可能な制御アルゴリズムによって制御され得る。一例では、エンドエフェクタ効果は、排煙、送気、及び／又は冷却であり得る。別の例では、エンドエフェクタ効果は、関節運動及び／又は後退であり得る。一例として、ロボットは、本明細書で更に記載されるように、組織上に所定の側方力をもたらし、変位限界によって限定される、ロボットツールの関節運動のための負荷制御保持アルゴリズムを実装することができる。
特定の例では、例えば、ＲＦ電極及び／又は超音波ブレードを含むエネルギーツールなどのロボット制御外科用ツールにポンプを組み込むことが望ましい場合がある。ポンプは、送気ガス又は空気を手術部位に供給することができる。特定の例では、ポンプは、手術部位に冷媒を提供することができ、及び／又は、手術部位から煙及び／又は蒸気を引き抜くことができる。
ロボット制御外科用ツールは、ロボットと解放可能に係合し、ロボットからロボットツールに駆動運動を伝達するための駆動システムを含む。例えば、ロボット制御外科用ツールは、モータから回転入力を受容するように構成された、回転駆動機を含むインターフェースを、モータハウジング又はツール装着部分内に含むことができる。例示的な駆動システム及びそのインターフェースが、本明細書で更に記載される。
ロボットツール内の回転駆動機は、例えば、シャフトの回転、エンドエフェクタのジョーの閉鎖、及びエンドエフェクタの関節運動などの様々な手術機能を作動させるように構成されている。インターフェース構成の実施例は、本明細書に更に記載されるとともに、「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ ＳＨＩＦＴＡＢＬＥ ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ」と題し２０１５年３月３１日に出願された国際公開第２０１５／１５３６４２号、「ＣＯＮＴＲＯＬ ＩＮＰＵＴ ＡＣＣＵＲＡＣＹ ＦＯＲ ＴＥＬＥＯＰＥＲＡＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」と題し２０１５年３月３１日に出願された国際公開第２０１５／１５３６３６号、及び「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＰＡＳＳＩＶＥＬＹ ＤＥＣＯＵＰＬＩＮＧ ＴＯＲＱＵＥ ＡＰＰＬＩＥＤ ＢＹ Ａ ＲＥＭＯＴＥ ＡＣＴＵＡＴＯＲ ＩＮＴＯ ＡＮ ＩＮＤＥＰＥＮＤＥＮＴＬＹ ＲＯＴＡＴＩＮＧ ＭＥＭＢＥＲ」と題し２０１１年１１月１５日に出願された米国特許第９，０９５，３６２号に記載されており、それら各々の全体が参照として本明細書に組み込まれる。
特定の例では、モータの数、回転駆動機の数、及び／又はモータ及び／又は回転駆動機の構成は、駆動システムのフットプリント、及び／又はロボットツールとツール装着部分との間の連結によって限定又は拘束され得る。一態様では、新しい及び／又は改善されたロボット制御外科用ツールは、既存のロボットプラットフォームと互換性があることが望ましい場合がある。例えば、モータハウジング又はツール装着部分を拡大することなく、既存のモータハウジング及びツール装着部分で使用するために、機能性を変更し、及び／又は機能性をロボットツールに追加することが望ましい場合がある。そのような例では、例えばポンプのような特定の機構を、既存の外科用ロボットと互換性のあるロボットツールに組み込むことは困難であり得る。更に、外科用ロボットの既存のアーキテクチャ内に、このようなポンプの制御及び／又は制御アルゴリズムを含めることが望ましい場合がある。
一態様では、ロボットツール用のポンプは、ロボットツールインターフェースの回転駆動部によって動力供給され得る。回転駆動部、したがってポンプは、ロボットツール及び／又は外科処置の必要性に依存し得る可変速度で駆動することができる。例えば、ポンプに連結された回転駆動部の速度は、手術部位から排出される煙の体積、及び／又はロボットツールによる組織へのエネルギーの適用に関連し得る。一例では、ロボットツールは、ロボットツール上のセンサ及び／又はロボットツールへの他の入力に基づいて、ポンプに対する適切な速度を決定するように構成されたプロセッサを含む、インテリジェントツールであり得る。他の例では、ロボットの制御ユニット内のプロセッサは、ロボットの、及び／又はそのモジュール、例えばロボットハブ内の排煙モジュールなどの、センサに基づいて、ポンプに対する適切な速度を決定するように構成され得る。
エネルギー装置は、組織に影響を及ぼすエネルギーを利用する。エネルギー装置では、エネルギーは発生器によって供給される。エネルギー装置は、１つ以上の無線周波数（ＲＦ）電極を有する電気外科用装置などの、組織接触電極を有するデバイス、及び超音波ブレードを有する超音波装置などの、振動表面を有するデバイスを含む。電気外科用装置では、発生器は、振動電流を発生させて電極にエネルギーを付与するように構成されている。超音波装置では、発生器は、超音波振動を発生させて超音波ブレードにエネルギーを付与するように構成されている。
本明細書で提供される場合、エネルギー装置は、組織を治療するために（例えば、組織を切断し、及び／又は標的組織内及び／又は標的組織の近くの血管を焼灼するために）、機械的又は電気的エネルギーを標的組織に送達する。組織の切断及び／又は焼灼により、流体及び／又は微粒子が空気中に放出され得る。外科処置中に放出されるこのような流体及び／又は微粒子は、例えば、煙を構成する場合があり、その煙は、空気中に浮遊した炭素及び／又は他の粒子を含む場合がある。
様々な例では、ロボットシステムと共に使用するためのエネルギーツールは、ツール駆動器上のモータによって動力供給されるポンプに連結された吸引ポートを含み得る。例えば、ｄａ Ｖｉｎｃｉ（登録商標）外科用ロボットシステム用のエネルギーツールは、ツール駆動器上のモータによって動力供給されるポンプに連結された吸引ポートを含み得る。ポンプは、吸引ポートを介して手術部位から煙を引き抜くように構成され得る。そのような例では、エネルギーツールは、煙排出システムを含むことができる。一態様では、ロボットツールはポンプを含むことができる。代替として、ロボットツールはポンプに連結され得る。
読者は、このような排出システムを「煙排出システム」と称することができるが、そのような排出システムは、手術部位から、煙のみではなく、それ以外をも排出するように構成され得ることを理解するであろう。本開示全体をとおして、排出システムによって排出される「煙」は、煙だけに限定されない。むしろ、本明細書に開示される排出システムは、液体、気体、蒸気、煙、水蒸気、又はそれらの組み合わせを含む種々の流体を排出するために使用することができる。流体は、生物起源とすることができ、及び／又は処置中に外部ソースから手術部位に導入することができる。流体としては、例えば、水、生理食塩水、リンパ液、血液、滲出液、及び／又は化膿性排出物を挙げることができる。その上、流体は、排出システムによって排出される粒子又は他の物質（例えば、細胞物質又は細胞片）を含み得る。例えば、このような微粒子は、流体中に懸濁され得る。
ここで図３３〜図３５を参照すると、ロボット外科システムと共に使用するためのロボットツール１２４２６が示されている。ロボットツール１２４２６は、例えば、ロボット外科システム１２０１０（図２３）と共に用いることができる。ロボットツール１２４２６は、双極無線周波（ＲＦ）ロボットツールである。例えば、ツールは、その全体が参照として本明細書に組み込まれる、「ＢＩＰＯＬＡＲ ＣＡＵＴＥＲＹ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」と題し２００８年７月１６日に出願された米国特許第８，７７１，２７０号に開示されているツールと多くの点で類似し得る。
他の例では、ロボットツール１２４２６は、単極ＲＦツール、超音波ツール、又は超音波とＲＦを組み合わせたツールであり得る。例えば、ロボットツール１２４２６は、その全体が参照として本明細書に組み込まれる、「ＲＯＢＯＴＩＣ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥ ＷＩＴＨ ＡＲＴＩＣＵＬＡＴＩＮＧ ＥＮＤ ＥＦＦＥＣＴＯＲ」と題し２０１３年３月１３日に出願された米国特許第９，３１４，３０８号に開示されているツールと多くの点で類似し得る。
ロボットツール１２４２６は、近位ハウジング１２４３７、近位ハウジング１２４３７から延在するシャフト１２４３８、及びシャフト１２４３８の遠位端から延在するエンドエフェクタ１２４２８を含む。主に図３４を参照すると、エンドエフェクタ１２４２８は、対向するジョー１２４３０ａ、１２４３０ｂを含む。ジョー１２４３０ａ、１２４３０ｂの各々は、電極を含む組織接触表面を含む。例えば、ジョー１２４３０ａは、供給電極を含むことができ、ジョー１２４３０ｂは戻り電極を含むことができ、又はその逆にすることができる。図３４では、エンドエフェクタ１２４２８はクランプされた構成にあり、ＲＦ溶接を生成していることが示される。そのような例では、ＲＦ溶接からの煙Ｓは、エンドエフェクタ１２４２８の周囲に蓄積し得る。例えば、煙Ｓは、特定の場合には、患者の腹部内に蓄積し得る。
ロボットツール１２４２６はまた、排出システム１２４３６を含む。例えば、ロボットツール１２４２６の可視性及び効率を改善するために、手術部位における煙Ｓは、エンドエフェクタ１２４２８から近位方向に延在する排出チャネル又は吸引導管１２４４０に沿って排出され得る。排出チャネル１２４４０は、ロボットツール１２４２６のシャフト１２４３８を通って近位ハウジング１２４３７まで延在し得る。排出導管１２４４０は、エンドエフェクタ１２４２８に隣接する吸引ポート１２４４２で終端する。排出システム１２４３６の動作中、手術部位での煙Ｓが吸引ポート１２４４２の中に引き込まれて、排出導管１２４４０を通る。
様々な例では、ロボットツール１２４２６は、送気、冷却、及び／又は灌注能力も含むことができる。例えば、排出システム１２４３６は、例えば生理食塩水又はＣＯ２などの流体を、エンドエフェクタ１２４２８に向かって、そして手術部位の中へと選択的にポンプで送るように構成され得る。
様々な例では、排出チャネル１２４４０は、ロボットツール１２４２６のシャフト１２４３８内の排出チャネル１２４４０に沿って煙Ｓを引き込むためのポンプに連結され得る。主に図３５を参照すると、排出システム１２４３６はポンプ１２４４６を含む。ポンプ１２４４６は、ロボットツール１２４２６の近位ハウジング１２４３７内に収容される。ポンプ１２４４６は、ロボットツール１２４２６の駆動インターフェース１２４４８に組み込まれたローブポンプである。駆動インターフェース１２４４８は、本明細書に記載されるように、ロボットのツール装着部分内のモータからの回転出力によって駆動される回転駆動機１２４５０を含む（例えば、回転出力部１２２５６（図３１）、及び回転出力部１２８２４ａ〜１２８２４ｅ（図３９）を参照のこと）。
ローブポンプは、低容積かつ静音又は無音とすることができ、したがって、特定の場合には望ましい。例えば、ローブポンプにより、排出システム１２４３６によって生じる音が臨床医の注意を逸らすことがないこと、及び／又は手術現場において臨床医間のコミュニケーションを可能にすることが確実になる。他の場合には、排出システム１２４３６によって異なるポンプが利用され得ることを、読者は容易に理解するであろう。
取付具１２４５４で終端するチャネル１２４５２は、図３３及び図３５のポンプ１２４４６から延在している。取付具１２４５４はルアー取付具であるが、代替的な取付具が想定されることを読者は容易に理解するであろう。ルアー取付具は、例えば、手術部位から煙Ｓを受け取るように構成されたリザーバに選択的に連結され得る。加えて又は代替として、ルアー取付具は、ポンプ１２４４６からフィルタへと排出物を供給することができる。
依然として図３５を参照すると、駆動インターフェース１２４４８の内部構成要素が示されているが、明確にするために特定の構成要素が取り除かれている。排出チャネル１２４４０は、シャフト１２４３８を通って近位ハウジング１２４３７内のローブポンプ１２４４６まで延在する。ポンプ１２４４６は、インターフェース１２４４８の回転駆動機１２４５０によって駆動される。様々な例では、インターフェース１２４４８は、４つの回転駆動機１２４５０を含むことができる。一実施例では、第１の回転駆動機１２４５０は関節運動に動力を供給するように構成され、第２の回転駆動機１２４５０はジョー閉鎖運動に動力を供給するように構成され、第３の回転駆動機１２４５０はシャフト回転に動力を供給するように構成され、第４の回転駆動機１２４５０はポンプ１２４４６に動力を供給するように構成されている。読者は、代替的なインターフェース構成が、４つを超える又は４つ未満の回転駆動機１２４５０を含み得ることを理解するであろう。加えて、回転駆動機１２４５０によって生成される駆動運動は、ロボットツール１２４２６の所望の機能に応じて変化し得る。更に、特定の例では、駆動インターフェース１２４４８は、本明細書で更に記載されるように、回転駆動機１２４５０が複数の手術機能の間をシフトできるように、伝達装置又はシフトレバーを含むことができる（例えば、図２９の伝達装置１２１２４、及び図４０〜図４５の伝達装置アセンブリ１２８４０を参照のこと）。一例では、ポンプ１２４４６に連結された回転駆動機１２４５０はまた、例えば、エンドエフェクタ１２４２８のクランプ運動を作動させることができる。
一態様では、ロボットツール１２４２６のポンプ１２４４６の起動を、ロボットツール１２４２６によるエネルギーの印加と協調させることができる。様々な例では、ポンプ１２４４６用の回転駆動機１２４５０用の制御アルゴリズムが、手術部位から煙Ｓが引き抜かれる速度に関連し得る。そのような例では、ロボット（例えば、図２３及び図２７のロボット１２０２２）は、手術部位からの排出及び／又は引き抜きの体積について直接制御することができる。
一例では、ポンプ１２４４６のオン／オフ制御は、例えば内視鏡のような撮像デバイス１２４（図２）のカメラなどの、カメラからの入力に基づいて制御される。撮像デバイス１２４を、手術部位における視野内の煙Ｓの存在を検出するように構成することができる。別の態様では、ポンプ１２４４６のオン／オフ制御は、患者からポンプで引き抜かれている流体の流れに沿って位置する煙センサ１２４５３（図３４）からの入力に基づいて制御される。例えば、ポンプ１２４４６は、煙センサ１２４５３によって閾値量の煙Ｓが検出されている限りオンに留まることができ、検出された煙Ｓの体積が閾値量を下回った場合には、オフにされる又は一時停止され得る。更に別の態様では、ポンプ１２４４６は、エネルギーが起動されたときにオンにされ、特定の例では、エネルギーが停止された後、一定期間オンに留まることができる。エネルギーが停止した後にポンプ１２４４６がオンに留まることができる時間は、例えば、固定されてもよく、又はエネルギーが起動されている時間の長さに比例してもよい。
主に図３７を参照すると、ポンプ１２４４６などのポンプを動作させるための論理工程を示すフローチャートが示される。ロボット（例えば、ロボット１２０２２）用のプロセッサ、及び／又はロボットと信号通信するハブ（例えば、ハブ１０６、ハブ２０６、ロボットハブ１２２、及びロボットハブ２２２）のプロセッサは、手術部位からの排煙の速度を判定又は推定することができる。排煙の速度は、工程１２５１０において、ロボットツールによるエネルギーの起動（第１の入力１２５０２）、煙排出チャネルに沿って位置する煙センサ（第２の入力１２５０４）、及び／又は手術部位を見るように構成された撮像デバイス（第３の入力１２５０６）、を含む１つ以上のファクタ又は入力によって決定することができる。第１の入力部１２５０２は、例えば、エネルギー印加の持続時間及び／又は出力レベルに対応し得る。１つ以上の要因に基づいて、工程１２５１２においてポンプを調節することができる。例えば、回転駆動機がポンプを駆動する速度を調節することができる。他の例では、回転駆動機は、検出された排煙の速度が閾値体積を下回っている間は、ポンプの動作を停止又は一時停止させ得る。図３７のフローチャートは、ロボットツールの動作を通じて継続することができる。特定の例では、工程１２５１０及び１２５１２は、外科処置中に、及び／又は臨床医によって要求されたときに、及び／又はハブによって推奨されたときに、予め定められた間隔で繰り返すことができる。
ここで図３６を参照すると、ロボット外科システムと共に使用するためのロボットツール１２５２６が示されている。ロボットツール１２５２６は、例えば、ロボット外科システム１２０１０（図２３）と共に用いることができる。ロボットツール１２５２６は、冷却及び送気能力を有する超音波ロボットツールである。例えば、ロボットツール１２５２６は、その全体が参照として本明細書に組み込まれる、「ＲＯＢＯＴＩＣ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥ ＷＩＴＨ ＡＲＴＩＣＵＬＡＴＩＮＧ ＥＮＤ ＥＦＦＥＣＴＯＲ」と題し２０１３年３月１３日に出願された米国特許第９，３１４，３０８号で開示されているロボットツールと多くの点で類似し得る。
ロボットツール１２５２６は、近位ハウジング１２５３７、近位ハウジング１２５３７から延在するシャフト１２５３８、及びシャフト１２５３８の遠位端から延在するエンドエフェクタ１２５２８を含む。エンドエフェクタ１２５２８は、超音波ブレード１２５３０ａ、及び対向するクランプアーム１２５３０ｂを含む。ロボットツール１２５２６はまた、例えば生理食塩水又は冷却ＣＯ２などの冷媒を手術部位に供給するように構成された灌注システム１２５３６を含む。灌注は、例えば、組織及び／又は超音波ブレード１２５３０ａを冷却するように構成され得る。灌注システム１２５３６は、シャフト１２５３８を通って近位ハウジング１２５３７まで延在する灌注チャネル１２５４０を含む。灌注チャネル１２５４０は、エンドエフェクタ１２５２８に隣接する灌注ポートで終端する。
様々な例では、灌注チャネル１２５４０は、ロボットツール１２５２６のシャフト１２５３８内の灌注チャネル１２５４０に沿って流体を導くように構成されたブロワに連結され得る。灌注システム１２５３６は、ブロワ１２５４６を含む。ブロワ１２５４６は、ロボットツール１２５２６の近位ハウジング１２５３７内に収容される。ブロワ１２５４６は、ロボットツール１２５２６の駆動インターフェース１２５４８に組み込まれた渦流ブロワである。駆動インターフェース１２５４８は、本明細書に記載されるように、ロボットのツール装着部分内のモータからの回転出力によって駆動される回転駆動機１２５５０を含む（例えば、回転出力部１２２５６（図３１）、及び回転出力部１２８２４ａ〜１２８２４ｅ（図３９）を参照のこと）。
取付具１２５５４で終端するチャネル１２５５２は、ブロワ１２５４６から延在している。取付具１２５５４はルアー取付具であるが、代替的な取付具が想定されることを読者は容易に理解するであろう。ルアー取付具は、潅注流体をブロワ１２５４６に供給するように構成されたリザーバに選択的に連結され得る。動作時、冷媒は、取付具１２５５４を通って送気ラインに入ることができ、ブロワ１２５４６は、駆動インターフェース１２５４８においてブロワ１２５４６に向かって冷媒を引き寄せ、次いで、ロボットツール１２５２６のシャフト１２５３８に沿ってエンドエフェクタ１２５２８に向かって冷媒を遠位側に吹き出すことができる。冷媒は、エンドエフェクタ１２５２８において又はエンドエフェクタ１２５２８に隣接して排出することができ、冷媒は、超音波ブレードを冷却すること、及び／又は手術部位の送気、例えば腹部の送気などを維持することができる。
図３６では、駆動インターフェース１２５４８の内部構成要素が示されているが、明確にするために特定の構成要素が取り除かれている。灌注チャネル１２５４０は、シャフト１２５３８を通って近位ハウジング１２５３７内のブロワ１２５４６まで延在する。ブロワ１２５４６は、駆動インターフェース１２５４８の回転駆動機１２５５０によって駆動される。インターフェース１２４４８（図３５）と同様に、インターフェース１２５４８は、４つの回転駆動機１２５５０を含む。一実施例では、第１の回転駆動機１２５５０は関節運動に動力を供給するように構成され、第２の回転駆動機１２５５０はジョー閉鎖運動に動力を供給するように構成され、第３の回転駆動機１２５５０はシャフト回転に動力を供給するように構成され、第４の回転駆動機１２５５０は灌注システム１２５３６に動力を供給するように構成されている。読者は、代替的なインターフェース構成が、４つを超える又は４つ未満の回転駆動機１２５５０を含み得ることを理解するであろう。加えて、回転駆動機１２５５０によって生成される駆動運動は、ロボットツールの所望の機能に応じて変化し得る。更に、特定の例では、駆動インターフェース１２５４８は、本明細書で更に記載されるように、回転駆動機１２５５０が複数の手術機能の間をシフトできるように、伝達装置又はシフトレバーを含むことができる（例えば、図２９の伝達装置１２１２４、及び図４０〜図４５の伝達装置アセンブリ１２８４０を参照のこと）。一例では、ブロワ１２５４６に連結された回転駆動機１２５５０はまた、例えば、エンドエフェクタ１２５２８のクランプ運動を作動させることができる。
図３５のポンプ１２４４６に関して本明細書に記載されるように、図３６のブロワ１２５４６の動作は、ロボットツール１２５２６によるエネルギーの印加と協調させることができる。例えば、エネルギーが起動されたときにブロワ１２５４６をオンにすることができ、特定の例では、ブロワ１２５４６は、エネルギーが停止された後、一定期間オンに留まることができる。例えば、エネルギーが停止した後にブロワ１２５４６がオンに留まることができる時間は、例えば、固定されてもよく、又はエネルギーが起動されている時間の長さに比例してもよい。加えて又は代替として、ブロワ１２５４６の出力レベルは、ロボットツール１２５２６の起動レベルに比例するか、又は別の形で関連し得る。例えば、高出力レベルは第１の速度に対応することができ、より低い出力レベルは第２の速度に対応することができる。一例では、第２の速度は第１の速度よりも小さい場合がある。
一態様では、ロボットツール１２５２６はまた、渦流ブロワ１２５４６の上流にある送気ポンプを含むことができる。送気ポンプは、第１の体積の流体をトロカールに導き、第２の体積の流体を渦流ブロワ１２５４６に導くことができる。トロカールに供給される流体は、手術部位、例えば患者の腹部に送気するように構成され得る。渦流ブロワ１２５４６によって提供される流体は、例えば、超音波ブレードを冷却するように構成され得る。
ロボット外科用ツール１２４２６及び１２５２６は、例えばロボットハブ１２２又はロボットハブ２２２などのハブに関連して使用することができる。一態様では、ロボットハブは、本明細書に記載されるように、状況認識モジュールを含むことができる。状況認識モジュールは、１つ以上のロボット外科用ツール及び／又は発生器モジュールを含む様々なソースから受信した情報に基づいて、外科処置における工程を判定及び／又は確認し、及び／又は特定の外科的動作を示唆するように構成され得る。一例では、ロボット外科用ツール上のポンプの作動は、状況認識モジュールに排気及び／又は灌注が用いられたことを通知することができ、それにより、特定の外科処置又は外科処置群に関する結論がもたらされ得る。同様に、状況認識モジュールからのデータがプロセッサに供給され得る。特定の例では、プロセッサはメモリに通信可能に結合されることができ、メモリは、例えば、外科処置の種類及び／又は外科処置における工程を示すことができる状況認識モジュールからのデータに基づいて、ポンプのポンピング速度を調節するための、プロセッサによって実行可能な命令を記憶する。例えば、状況認識は、特定の外科処置の少なくとも一部に送気が必要であることを示すことができる。そのような例では、ブロワ１２５４６（図３６）などのポンプを、十分な送気を維持するレベルで起動及び／又は維持することができる。
一態様では、ロボット外科システムは、本明細書に記載されるように、プロセッサと、プロセッサに通信可能に結合されたメモリとを含む。メモリは、本明細書に記載されるように、ロボットツール内の駆動器を可変速度で回転させて、ロボットツール内のポンプに調節可能な出力レベルを提供するための、プロセッサによって実行可能な命令を記憶する。
様々な態様では、本開示は、本明細書に記載されるように、ロボットツール内の回転駆動機を可変速度で回転させるための制御回路を提供する。様々な態様では、本開示は、コンピュータ可読命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体を提供し、命令は、実行されると、本明細書に記載されるように、マシンに、ロボットツール内の回転駆動機を可変速度で回転させて、ロボットツール内のポンプに調節可能な出力レベルを提供させる。
ここで図５１及び図５２を参照すると、２つのロボットツールを利用する外科処置が示される。図５１では、ロボットツールは、手術部位において組織と係合される。本実施例の第１のツールは、可撓性ロボット牽引子１２９０２であり、患者の肝臓Ｌの一部に牽引力を印加する。図５２では、可撓性ロボット牽引子１２９０２は、ツールシャフトの長手方向軸線に沿って方向Ａに移動することができ、及び／又は方向Ｂに横方向に移動することができる（例えば、ロボット牽引子内の２つの剛性連結部の間の継手で枢動される）。
この実施例での第２のツールは、組織上にクランプされている関節運動双極ツール１２９０４である。例えば、関節運動双極ツール１２９０４は、双極ＲＦ電流を利用して肝臓アタッチメントＡを肝臓に移動させるように構成することができる。関節運動双極ツール１２９０４は、方向Ｃに横方向に関節運動することができる（例えば、ロボットツール１２９０４の双極ジョーの近位の関節継手で枢動される）。方向Ａ、Ｂ、及びＣは、図５２において矢印で示されている。
図示した実施例では、関節運動双極ツール１２９０４の双極ジョーが、クランプされた組織を切断及び／又は封止して肝臓アタッチメントＡを動かそうとする際に、可撓性ロボット牽引子１２９０２は臓器、すなわち肝臓Ｌを保持しようとする。一態様では、可撓性ロボット牽引子１２９０２による肝臓Ｌの移動は、双極ツール１２９０４が肝臓アタッチメントＡを肝臓Ｌへと動かす際に一定の後退力を維持するように構成することができる。組織上に一定の後退力を維持するように、負荷制御アルゴリズムが構成され得る。特定の例では、負荷制御アルゴリズムは、関節運動双極ツール１２９０４及び／又は可撓性ロボット牽引子１２９０２の関節継手に、設定された又は所定のトルクを提供する関節運動制御アルゴリズムとすることができる。関節継手における設定トルクは、例えば、関節運動モータに供給される電流に基づいて近似され得る。
特定の例では、可撓性ロボット牽引子１２９０２は、肝臓Ｌを過後退する危険にさらすか、又は過後退する恐れがあり得る。例えば、もし可撓性ロボット牽引子１２９０２の変位が設定変位限界に近づいた場合、可撓性ロボット牽引子１２９０２は、組織の一部を引き裂く恐れがある。このような過後退を防止するために、可撓性ロボット牽引子１２９０２の変位が変位限界に近づくにつれて、可撓性ロボット牽引子１２９０２によって生成される力は、負荷制御アルゴリズムによって低減され得る。例えば、力は、変位限界が満たされた時に、一定又は実質的に一定の後退力未満まで低減され得る。
ここで図５３のグラフ表示１２９１０を参照すると、器官に加えられた後退力Ｆ、及びロボットツールの、すなわち臓器の変位δが経時的にプロットされている。読者は、図５１及び図５２の外科処置に示されるようなロボットツール１２９０２及び１２９０４を利用して、グラフィック表示１２９１０を生成することができることを理解するであろう。代替的な外科用ツール及び外科処置もまた企図される。一態様では、操作者は、図５３に示すように、後退力閾値Ｙ及び変位限界Ｘを設定することができる。他の例では、後退力閾値Ｙ及び／又は変位限界Ｘは、外科用ハブ及び／又はクラウドからの情報に基づいて決定及び／又は計算することができる。特定の例では、特定の後退力閾値Ｙ及び／又は変位限界Ｘが、ロボット、外科用ハブ、及び／又はクラウドのメモリに記憶されたデータに基づいて臨床医に推奨され得る。後退力閾値Ｙ及び／又は変位限界Ｘは、例えば、患者情報に依存し得る。
外科処置中、時間ｔ１、ｔ２、及びｔ３のように、後退力Ｆが一定の後退力閾値Ｙを下回って降下したか、又は一定の後退力閾値Ｙに対して既定の割合若しくは量だけ降下した場合、可撓性ロボット牽引子１２９０２を更に変位させて臓器を変位させ、後退力Ｆを閾値Ｙに向かって増加させ得る。同様に、変位δが、時間ｔ４のように変位限界Ｘに近づくと、後退力は低減されて、変位限界Ｘを超える変位を更に限定し得る。例えば、再び図５１を参照すると、肝臓Ｌは、Ｌ’として示される第２の位置に示される。肝臓Ｌ’の位置は、可撓性ロボット牽引子１２９０２の変位限界Ｘに対応し得る。
ここで図５４を参照すると、例えば、ツール１２９０２（図５１及び図５２）などのロボットツールを動作させるための論理工程を示すフローチャートが示される。ロボット（例えば、ロボット１２０２２）用のプロセッサ、及び／又はロボットと信号通信するハブ（例えば、ハブ１０６、ハブ２０６、ロボットハブ１２２、及びロボットハブ２２２）のプロセッサは、工程１２９２０において変位限界を設定することができる。加えて、プロセッサは、工程１２９２２にて力限界を設定することができる。変位限界及び力限界は、本明細書で更に記載されるように、臨床医入力１２９３０、ロボット入力１２９３２、ハブ入力１２９３４、及び／又はクラウド入力１２９３６を含む１つ以上の供給源からの入力に基づいて選択することができる。特定の例では、ハブは、ロボットによって収集されたデータ、ハブに提供されたデータ、及び／又はクラウドに記憶されたデータに基づいて特定の限定を示唆することができる。例えば、状況認識モジュールは、状況認識モジュールによって確認された外科処置又はその工程に基づいて特定の限界を示唆することができる。加えて又は代替として、臨床医は、ハブの提案から入力を提供すること及び／又は限界を選択することができる。他の例では、臨床医はハブの提案をオーバーライドすることができる。限界は、例えば、限界±１％、±５％、又は±１０％などの値の範囲に対応し得る。
ロボットツールは、最初は一定力モードで動作することができる。一定力モードの工程１２９２４では、ロボットツールによって加えられる力は、力限界に維持され得る。プロセッサは、力が力限界Ｙを下回ったままであることを確実にするために力を監視することができる。力が力限界Ｙを超えた場合、ステップ１２９２６において、力が力限界Ｙに到達するか又は十分に近づくまで、変位値を増加させることができる。力が力限界に対応する値の範囲内にある場合、力が力限界に十分に接近することができる。プロセッサは、変位が変位限界Ｘを下回って留まるように変位を監視することができる。
変位が変位限界Ｘに近付いた場合（又は変位限界に対応する値の範囲に入った場合）合、ロボットツールは変位限界モードに切り替わることができる。変位限界モードでは、ロボットツールが変位限界内に留まることを確実にするために、工程１２９２８において力値を減少させることができる。変位が変位限界内に留まることを確実にするために、工程１２９２２において新たな力限界を設定することができる。そのような例では、ロボットツールは、（新しい、低減された力限界を有する）一定力モードに切り替えられて戻り、工程１２９２４、１２９２６、及び１２９２８を繰り返すことができる。
特定の例では、肝臓Ｌのような臓器に対して所望の大きさの側方力を達成するために、ロボットツールのうちの１つ以上のシャフトの剛性を負荷制御アルゴリズムの考慮の中に入れることができる。例えば、可撓性ロボット牽引子１２９０２は、そのエンドエフェクタによって組織に加えられる側方力に影響を及ぼす剛性を規定し得る。
特定の例では、ロボットツール用の駆動ハウジングは、１つ以上のモータによって動作可能に駆動され得る複数の回転駆動機を含むことができる。モータは、ロボットアームの遠位端に位置し得るモータキャリッジ内に位置付けられ得る。他の例では、モータをロボットツールに組み込むことができる。特定の例では、モータは、複数の回転駆動機を動作可能に駆動することができ、伝達装置は、複数の回転駆動機の間を切り替えられるように構成され得る。そのような例では、ロボットツールは、単一の駆動モータに関連付けられた２つ以上の回転駆動機を同時に作動させることはできない。例えば、図２９に関して本明細書で説明されるように、モータ１２１１２は、ロールＤＯＦ１２１３２、高力グリップＤＯＦ１２１３６、又はツール作動ＤＯＦ１２１３８のうちの１つに選択的に動力を供給することができる。伝達装置１２１２４は、モータ１２１１２を適切なＤＯＦに選択的に連結することができる。
特定の例では、ロボットツールの出力に送達されるトルクを増加させることが望ましい場合がある。例えば、外科用ステープラのクランプ及び／又は発射は、切断及び／又はステープル留めされる組織が特に厚いか又は丈夫な場合など、特定の例において追加のトルクから利益を得ることができる。特に、より長いエンドエフェクタ及び／又はより長い発射ストロークの場合、発射ストロークを完了させるために追加のトルクが必要となり得る。特定の例では、特に、より長いエンドエフェクタ及び／又はより長い発射ストロークのために、Ｉビーム発射構造体を利用することができる。Ｉビームは、例えば、発射ストロークの遠位先端における撓みを限定することができる。しかし、Ｉビームは、トルクの増加を必要とする場合がある。
加えて、特定のロボットツールは、複数のＤＯＦ又は外科用エンドエフェクタの機能の同時動作に関して、付加的な柔軟性を必要とする場合がある。ロボットシステムの出力、トルク、及び可撓性を増加させるために、追加のモータ及び／又はより大きいモータをモータキャリッジに組み込むことができる。しかし、モータの追加及び／又はより大きいモータの利用は、モータキャリッジ及び駆動ハウジングのサイズを増加させる場合がある。
特定の例では、ロボット外科用ツールは、小型の駆動ハウジングを含むことができる。小型の駆動ハウジングは、ロボットアームのアクセスエンベロープを改善し得る。その上、小型の駆動ハウジングにより、アーム衝突及び絡み合いのリスクを最小限に抑えることができる。駆動ハウジングは小型であるが、ロボットツールに十分な出力、トルク、及び可撓性を依然として提供することができる。
特定の例では、エンドエフェクタ機能間の切換えは、駆動シャフトのうちの１つを用いて実現され得る。回転駆動部の切換え及びロックは、例えば、ロボット外科システムが休止モードにある場合にのみ生じ得る。一態様では、シフト駆動部のカム構造に基づいて、３つの回転駆動部に、必要なだけ多くのエンドエフェクタ機能を動作させることが実用的であり得る。一態様では、３つの回転駆動部を協調させて使用することにより、ロボット外科用ツールは、３つの異なる機能の代わりに、４つの異なる可能な機能の間をシフトすることができる。例えば、３つの回転駆動部は、シャフト回転、独立したヘッド回転、発射、閉鎖、及び二次閉鎖手段に影響を及ぼし得る。更に他の例では、回転駆動部は、例えば、それぞれ、図３５の外科用ツール１２４２６において、及び図３６の外科用ツール１２５２６においてなど、ポンプに選択的に動力を供給することができる。
加えて又は代替として、特定の例では、複数の回転駆動部が単一の出力シャフトを協働して駆動することができる。例えば、外科用ツールに送達されるトルクを増加させるために、複数のモータが、所与の時間に同じ出力シャフトにトルクを送達するように構成され得る。例えば、特定の例では、２つの駆動モータが単一の出力を駆動することができる。シフトレバー駆動部（shifter drive）は、独立して、２つの駆動モータを、単一の出力から係合及び係合解除するように構成され得る。そのような場合、増加したトルクは、複数の回転駆動機及びエンドエフェクタ機能に関連付けられた小型の駆動ハウジングによって出力に送達され得る。結果として、外科用ツールの負荷能力を増大させることができる。その上、駆動ハウジングは、複数のＤＯＦ又は手術機能の動作を含む、様々な手術機能を必要とする外科用ツールを収容することができる。
ここで図３８〜図４５を参照すると、ロボット外科用ツール１２８３０用の駆動システム１２８００が示される。駆動システム１２８００は、ハウジング１２８３２、及びモータキャリッジ１２８２８を含む。外科用ツール１２８３０のシャフト１２８３４は、ハウジング１２８３２から延在している。モータキャリッジ１２８２８は、モータキャリッジ１２１０８と同様の５つのモータ１２８２６を収容している（図２９）。他の例では、モータキャリッジ１２８２８は、５つを下回るモータ又は５つを超えるモータを収容することができる。他の例では、モータ１２８２６はロボット外科用ツール１２８３０内に収容され得る。
各モータ１２８２６は回転出力部１２８２４に連結され、各回転出力部１２８２４は、駆動インターフェース１２８２２においてハウジング１２８３２内の回転入力部１２８３６に連結される。モータ１２８２６及び対応する回転出力部１２８２４からの回転運動は、対応する回転入力部１２８３６に伝達される。回転入力部１２８３６は、ハウジング１２８３２内の回転駆動機又は回転駆動シャフトに対応する。一実施例では、第１のモータ１２８２６ａは、左／右関節運動（又はヨー）モータとすることができ、第２のモータ１２８２６ｂは、上／下関節運動（又はピッチ）モータとすることができ、第３のモータ１２８２６ｃは、シフトレバーモータ（shifter motor）とすることができ、第４のモータ１２８２６ｄは、第１の協働モータとすることができ、第５のモータ１２８２６ｅは第２の協働モータとすることができる。同様に、第１の回転出力部１２８２４ａは、左／右関節運動（又はヨー）出力部とすることができ、第２の回転出力部１２８２４ｂは、上／下関節運動（又はピッチ）出力部とすることができ、第３の回転出力部１２８２４ｃは、シフトレバー出力部（shifter output）とすることができ、第４の回転出力部１２８２４ｄは、第１の協働出力部とすることができ、第５の回転出力部１２８２４ｅは第２の協働出力部とすることができる。更には、第１の回転入力部１２８３６ａは、左／右関節運動（又はヨー）駆動シャフトとすることができ、第２の回転入力部１２８３６ｂは、上／下関節運動（又はピッチ）駆動シャフトとすることができ、第３の回転入力部１２８３６ｃは、シフトレバー駆動シャフト（shifter drive shaft）とすることができ、第４の回転入力部１２８３６ｄは、第１の協働駆動シャフトとすることができ、第５の回転入力部１２８３６ｅは第２の協働駆動シャフトとすることができる。他の例では、駆動シャフト１２８３６ａ〜１２８３６ｅは、様々な向きに動作可能に位置決めされて、様々なギヤ列構成を実現して、所望の回転出力を伝達することができる。
外科用ツール１２８３０は、図４７〜図５０の複数の様々な構成で示されている。例えば、図４７では、外科用ツール１２８３０は非作動構成にある。図４８では、シャフト１２８３４は、ヨー軸及びピッチ軸を中心として（矢印Ａ及びＢの方向に）関節運動されている。第１の回転入力部１２８３６ａ及び第２の回転入力部１２８３６ｂの回転は、シャフト１２８３４をヨー軸及びピッチ軸を中心としてそれぞれ関節運動させるように構成されている。図４９では、シャフト１２８３４は、シャフト１２８３４の長手方向軸線の周りに矢印Ｃの方向に回転されており、エンドエフェクタ１２８３５のジョーは、矢印Ｄの方向に低力作動で閉鎖されている。第４の回転出力部１２８３６ｄの回転は、シャフト１２８３４の回転に選択的に影響を与えるように構成され、第５の回転出力部１２８３６ｅの回転は、エンドエフェクタ１２８３５の低力閉鎖に選択的に影響するように構成されている。図５０では、エンドエフェクタ１２８３５のジョーは、矢印Ｅの方向に高力作動でクランプされており、発射部材は矢印Ｆの方向に前進している。第４の回転出力部１２８３６ｄ及び第５の回転出力部１２８３６ｅの回転は、それぞれ、エンドエフェクタ１２８３５の高力閉鎖及びエンドエフェクタ内の発射部材の発射に選択的かつ協働的に作用するように構成されている。
ここで主に図４０〜図４５を参照すると、ハウジング１２８３２は、複数層のギヤ列アセンブリを含む。具体的には、ハウジング１２８３２は第１のギヤ列アセンブリ１２８３８ａを含み、第１のギヤ列アセンブリ１２８３８ａは第２のギヤ列アセンブリ１２８３８ｂの下の層を形成し、第２のギヤ列アセンブリ１２８３８ｂは第３のギヤ列アセンブリ１２８３８ｃの下の層を形成し、第３のギヤ列アセンブリ１２８３８ｃは第４のギヤ列アセンブリ１２８３８ｄの下の層を形成している。第１のギヤ列アセンブリ１２８３８ａは、例えばシャフト１２８３４の回転などの第１のＤＯＦに対応する。第２のギヤ列アセンブリ１２８３８ｂは、例えば、低閉鎖力でのエンドエフェクタ１２８３５の閉鎖（すなわち、速い閉鎖）などの第２のＤＯＦに対応する。第３のギヤ列アセンブリ１２８３８ｃは、例えば、高閉鎖力でのエンドエフェクタ１２８３５のクランプ（すなわち、ゆっくりな閉鎖）などの第３のＤＯＦに対応する。第４のギヤ列アセンブリ１２８３８ｄは、例えばエンドエフェクタ１２８３５内の発射要素の発射などの第４のＤＯＦに対応する。５つの回転入力部１２８３６ａ〜１２８３６ｅは、ギヤ列アセンブリ１２８３８ａ〜１２８３８ｄの４つの層を通って延在している。
第１のモータ１２８２６ａは、第１の回転入力部１２８３６ａに駆動連結される。そのような例では、第１のモータ１２８２６ａは、第１のＤＯＦに影響を及ぼす第１の回転入力部１２８３６ａを駆動するように単独で構成されている。例えば、主に図４１を参照すると、関節運動ワイヤ１２８４２は、第１の回転入力部１２８３６ａからロボットツール１２８３０のシャフト１２８３４を通ってエンドエフェクタ１２８３５に向かって延在することができる。第１の回転入力部１２８３６ａの回転は、関節運動ワイヤ１２８４２を作動させて、エンドエフェクタ１２８３５の左／右関節運動に影響を及ぼすように構成されている。同様に、第２のモータ１２８２６ｂは、第２の回転入力部１２８３６ｂに駆動連結される。そのような例では、第２のモータ１２８２６ｂは、第２のＤＯＦに影響を及ぼす第２の回転入力部１２８３６ｂを駆動するように単独で構成されている。依然として図４１を参照すると、関節運動ワイヤ１２８４４は、第２の回転入力部１２８３６ｂからロボットツール１２８３０のシャフト１２８３４を通ってエンドエフェクタ１２８３５に向かって延在することができる。第２の回転入力部１２８３６ｂの回転は、関節運動ワイヤ１２８４４を作動させてエンドエフェクタ１２８３５の上／下関節運動に影響を及ぼすように構成されている。他の例では、第１の回転入力部１２８３６ａ及び第２の回転入力部１２８３６ｂのうちの少なくとも１つは、異なるＤＯＦ又は異なる手術機能に対応し得る。
ハウジング１２８３２はまた、伝達装置アセンブリ１２８４０を含む。例えば、第３の回転入力部１２８３６ｃは、伝達装置アセンブリ１２８４０のシフトレバー駆動シャフトである。図４０〜図４５に示す、第３の回転入力部１２８３６ｃは、複数のカムローブを含むカムシャフトであり得る。カムローブ１２８３９の構成は、ハウジング１２８３２内に積み重ねられたギヤ列アセンブリ１２８３８ａ〜１２８３８ｄの各々に対応し得る。その上、各ギヤ列アセンブリ１２８３８ａ〜１２８３８ｄは、第３の回転入力部１２８３６ｃによって操作可能に係合された対応するシャトル１２８４６ａ〜１２８４６ｄを含む。例えば、第３の回転入力部１２８３６ｃは、シャトル１２８４６ａ〜１２８４６ｄの各々の開口部を通って延在し、シャトル１２８４６ａ〜１２８４６ｄ上の少なくとも１つの突出部１２８４８と選択的に係合して、第３の回転入力部１２８３６ｃに対する対応するシャトル１２８４６ａ〜１２８４６ｄのシフトに影響を及ぼし得る。換言すれば、第３の回転入力部１２８３６ｃの回転は、シャトル１２８４６ａ〜１２８４６ｄのシフトに影響を及ぼすように構成されている。シャトル１２８４６ａ〜１２８４６ｄがそれぞれ、ギヤ列アセンブリ１２８３８ａ〜１２８３８ｄの各々の内部でシフトするにつれて、協働駆動シャフト１２８３６ｄ及び１２８３６ｅは、本明細書で更に記載されるように、ロボットツール１２８３０の１つ以上の出力シャフトに選択的に駆動連結される。
他の例では、ロボットツール用の駆動システムは、シャトル１２８４６ａ〜１２８４６ｄをシフトさせるか、又は別の方法で、モータからの出力駆動部を、ロボットツール１２８３０上の１つ以上の入力ドライブに係合させるように構成され得る、垂直シフトギヤセレクタを含むことができる。
依然として図３８〜図４５を参照すると、第４及び第５の出力駆動部、又は第１及び第２の協働駆動シャフト１２８３６ｄ及び１２８３６ｅは、それぞれ、独立して、又は協調した同期された形で動作することができる。例えば、特定の例では、協働駆動シャフト１２８３６ｄ及び１２８３６ｅの各々を、単一の出力ギヤ又は出力シャフトと対にすることができる。他の例では、協働駆動部１２８３６ｄ及び１２８３６ｅの両方を、単一の出力ギヤ又は出力シャフトと対にすることができる。
主に図４２を参照すると、伝達装置構成１２８４０の第１の構成では、第１の協働駆動シャフト１２８３６ｄは、第１のギヤ列アセンブリ１２８３８ａの第１の出力ギヤ１２８５２に駆動係合される。例えば、第１のギヤ列アセンブリ１２８３８ａは、１つ以上の第１のアイドラーギヤ１２８５０ａを含む。図４２では、第１のギヤ列アセンブリ１２８３８ａは、２つの第１のアイドラーギヤ１２８５０ａを含む。第１のアイドラーギヤ１２８５０ａは、第１のギヤ列アセンブリ１２８３８ａ内の第１のシャトル１２８４６ａ上に位置付けられる。第１の構成（図４２）では、第１のシャトル１２８４６ａは、カムシャフト１２８３６ｃによって第１の出力ギヤ１２８５２に向かってシフトしており、その結果、第１のシャトル１２８４６ａ上の第１のアイドラーギヤ１２８５０ａのうちの１つが移動して第１の出力ギヤ１２８５２と噛合係合し、第１のアイドラーギヤ１２８５０ａのうちの１つが移動して第１の協働駆動シャフト１２８３６ｄと噛合係合する。換言すれば、第１の協働駆動シャフト１２８３６ｄは、第１の出力ギヤ１２８５２に駆動係合される。
第１の出力ギヤ１２８５２の回転は、特定のＤＯＦに対応する。例えば、第１の出力ギヤ１２８５２の回転は、ロボットツール１２８３０のシャフト１２８３４を回転させるように構成されている。換言すれば、伝達装置構成１２８４０（図４２）の第１の構成では、第４のモータ１２８２６ｄ及び第４の回転出力部１２８２４ｄの回転は、第１の協働駆動シャフト１２８３６ｄを回転させるように構成され、第１の協働駆動シャフト１２８３６ｄは、第１のアイドラーギヤ１２８５０ａを介して、第１の出力ギヤ１２８５２に連結されシャフト１２８３４を回転（又はロール）させる。
第１のギヤ列アセンブリ１２８３８ａはまた、第１のロッキングアーム１２８６０ａを含む。第１のロッキングアーム１２８６０ａは、第１のシャトル１２８４６ａから延在する。第１のシャトル１２８４６ａの移動は、第１のロッキングアーム１２８６０ａを移動させるように構成されている。例えば、図４２の第１の構成では、第１のロッキングアーム１２８６０ａは、第１のギヤ列アセンブリ１２８３８ａから係合解除され、その結果、第１の出力ギヤ１２８５２は回転することができる。第１のシャトル１２８４６ａの移動が、第１のロッキングアーム１２８６０ａを移動させて、第１の出力ギヤ１２８５２と係合させることができる。例えば、第１のアイドラーギヤ１２８５０ａが第１の出力ギヤ１２８５２との係合から外れた場合、第１のロッキングアーム１２８６０ａは、第１のギヤ列アセンブリ１２８３８ａ内の第１の出力ギヤ１２８５２又は別のギヤと係合して、第１の出力ギヤ１２８５２の回転を防止することができる。
依然として図４２を参照すると、伝達装置構成１２８４０の第１の構成では、第２の協働駆動シャフト１２８３６ｅは、第２のギヤ列アセンブリ１２８３８ｂの第２の出力ギヤ１２８５４に駆動係合される。例えば、第２のギヤ列アセンブリ１２８３８ｂは、１つ以上の第２のアイドラーギヤ１２８５０ｂ、及び第２の出力ギヤ１２８５４と噛合係合される遊星ギヤ１２８５３を含む。図４２では、第２のギヤ列アセンブリ１２８３８ｂは２つの第２のアイドラーギヤ１２８５０ｂを含む。第２のアイドラーギヤ１２８５０ｂは、第２のギヤ列アセンブリ１２８３８ｂ内の第２のシャトル１２８４６ｂ上に位置付けられる。第１の構成では、第２のシャトル１２８４６ｂは、カムシャフト１２８３６ｃによって第２の出力ギヤ１２８５４に向かってシフトしており、その結果、第２のシャトル１２８４６ｂ上の第２のアイドラーギヤ１２８５０ｂのうちの１つが移動して遊星ギヤ１２８５３と噛合係合し、第２のアイドラーギヤ１２８５０ｂのうちの１つが移動して第２の協働駆動シャフト１２８３６ｅと噛合係合する。換言すれば、第２の協働駆動シャフト１２８３６ｅは、第２のアイドラーギヤ１２８５０ｂ及び遊星ギヤ１２８５３を介して第２の出力ギヤ１２８５４に駆動係合される。第２の出力ギヤ１２８５４は、駆動運動をエンドエフェクタ１２８３５に伝達する第２の出力シャフト１２８６４を駆動するように構成されている（図４３〜図４５）。
第２の出力ギヤ１２８５４の回転は、特定のＤＯＦに対応する。例えば、第２の出力ギヤ１２８５４の回転は、ロボットツール１２８３０のエンドエフェクタ１２８３５を低閉鎖力で閉鎖するように構成されている。換言すれば、伝達装置構成１２８４０の第１の構成では、第５のモータ１２８２６ｅ及び第５の回転出力部１２８２４ｅの回転は、第２の協働駆動シャフト１２８３６ｅを回転させるように構成され、第２の協働駆動シャフト１２８３６ｅは、第２のアイドラーギヤ１２８５０ｂ及び遊星ギヤ１２８５３を介して、第２の出力ギヤ１２８５４に連結され、ロボットツール１２８３０のエンドエフェクタ１２８３５を低閉鎖力で閉鎖する。
第２のギヤ列アセンブリ１２８３８ｂはまた、第２のロッキングアーム１２８６０ｂを含む。第２のロッキングアーム１２８６０ｂは、第２のシャトル１２８４６ｂから延在する。第２のシャトル１２８４６ｂの移動は、第２のロッキングアーム１２８６０ｂを移動させるように構成されている。例えば、図４２の第１の構成では、第２のロッキングアーム１２８６０ｂは遊星ギヤ１２８５３から係合解除されている。第２のシャトル１２８４６ｂの移動が、第２のロッキングアーム１２８６０ｂを移動させて、第２遊星ギヤ１２８５３と係合させることができる。例えば、第２のアイドラーギヤ１２８５０ｂが、その第２のギヤ列アセンブリ１２８３８ｂ又は遊星ギヤ１２８５３との係合から外れた場合、第２のロッキングアーム１２８６０ｂは、第２のギヤ列アセンブリ１２８３８ｂの一部、例えば遊星ギヤ１２８５３などと係合して、遊星ギヤ１２８５３及び第２の出力ギヤ１２８５４の回転を防止することができる。
第１の構成では、回転駆動運動を、第１の協働駆動シャフト１２８３６ｄ及び第２の協働駆動シャフト１２８３６ｅにそれぞれ同時に適用して、複数の自由度に同時に影響を及ぼすことができる。例えば、伝達装置構成１２８４０は、シャフト１２８３４の回転と、エンドエフェクタのジョーの閉鎖とを同時に可能にすることができる。他の例では、他の出力ギヤ１２８５２、１２８５４が、対応する協働駆動シャフト１２８３６ｄ、１２８３６ｅに駆動連結された場合に、出力ギヤ１２８５２、１２８５４のうちの１つが対応するロッキングアームによってロックされ得る。
依然として図４２を参照すると、伝達装置構成１２８４０の第１の構成では、第３のギヤ列アセンブリ１２８３８ｃ内の第３の出力ギヤ１２８５６、及び第４のギヤ列アセンブリ１２８３８ｄ内の第４の出力ギヤ１２８５８は、それぞれ、ロッキングアーム１２８６０ｃ及び１２８６０ｄを介してロックされる。その結果、エンドエフェクタジョーのクランプ又は高力閉鎖に対応する第３の出力ギヤ１２８５６の回転は、第１の構成によって防止される。加えて、エンドエフェクタ１２８３５内の発射部材の発射に対応する第４の出力ギヤ１２８５８の回転も防止される。換言すれば、伝達装置構成１２８４０が回転運動を送達して、低力閉鎖ＤＯＦ又はシャフト回転ＤＯＦに影響を及ぼすように構成されていると、高力クランプ及び発射が防止される。そのような例では、高力クランプ機能及び発射機能は、伝達装置構成１２８４０によって選択的にロックアウトされ得る。
ここで図４３を参照すると、伝達装置構成１２８４０の第２の構成が示される。第２の構成では、第１の協働駆動シャフト１２８３６ｄ及び第２の協働駆動シャフト１２８３６ｅは、第３のギヤ列アセンブリ１２８３８ｃの第３の出力ギヤ１２８５６と駆動係合される。第３の出力ギヤ１２８５６は、駆動運動をエンドエフェクタ１２８３５に伝達する第３の出力シャフト１２８６６を駆動するように構成されている（図４３〜図４５）。例えば、第３のギヤ列アセンブリ１２８３８ｃは、１つ以上の第３のアイドラーギヤ１２８５０ｃ、及び第３の出力ギヤ１２８５６と噛合係合される遊星ギヤ１２８５５を含む。図４３では、第３のギヤ列アセンブリ１２８３８ｃは３つの第３のアイドラーギヤ１２８５０ｃを含む。第３のアイドラーギヤ１２８５０ｃは、第３のギヤ列アセンブリ１２８３８ｃ内の第３のシャトル１２８４６ｃ上に位置付けられる。第２の構成では、第３のシャトル１２８４６ｃは、カムシャフト１２８３６ｃによって第３の出力ギヤ１２８５６に向かってシフトしており、その結果、第３のアイドラーギヤ１２８５０ｃのうちの１つが移動して遊星ギヤ１２８５５と噛合係合し、第３のアイドラーギヤ１２８５０ｃのうちの１つが移動して第１の協働駆動シャフト１２８３６ｄと噛合係合し、第３のアイドラーギヤ１２８５０ｃのうちの１つが移動して第２の協働駆動シャフト１２８３６ｅと噛合係合する。換言すれば、協働駆動シャフト１２８３６ｄ及び１２８３６ｅは両方とも、第３のアイドラーギヤ１２８５０ｃ及び遊星ギヤ１２８５５を介して第３の出力ギヤ１２８５６に駆動係合される。
第３の出力ギヤ１２８５６の回転は、特定のＤＯＦに対応する。例えば、第３の出力ギヤ１２８５６の回転は、ロボットツール１２８３０のエンドエフェクタ１２８３５を高閉鎖力でクランプするように構成されている。換言すれば、伝達装置構成１２８４０の第２の構成では、第４のモータ１２８２６ｄ及び第５のモータ１２８２６ｅの回転、並びに第４の回転出力部１２８２４ｄ及び第５の回転出力１２８２４ｅの対応する回転は、それぞれ、協働駆動シャフト１２８３６ｄ及び１２８３６ｅを回転させるように構成されている。そのような例では、協働駆動シャフト１２８３６ｄ及び１２８３６ｅの両方によって供給されるトルクは、第３のアイドラーギヤ１２８５０ｃを介して、第３の出力ギヤ１２８５６に連結されて、ロボットツール１２８３０のエンドエフェクタ１２８３５を高閉鎖力でクランプする。
依然として図４３を参照すると、伝達装置構成１２８４０の第２の構成において、第３の出力ギヤ１２８５６はロック解除されている。より具体的には、第３のロッキングアーム１２８６０ｃは、第３の出力ギヤ１２８５６が回転できるように、第３のギヤ列アセンブリ１２８３８ｃから係合解除される。加えて、カムシャフト１２８３６ｃは、第１のロッキングアーム１２８６０ａを第１のギヤ列アセンブリ１２８３８ａと係合させ、第２のロッキングアーム１２８６０ｂを第２のギヤ列アセンブリ１２８３８ｂと係合させ、第４のロッキングアーム１２８６０ｄを第４のギヤ列アセンブリ１２８３８ｄと係合させて、それぞれ、第１の出力ギヤ１２８５２、第２の出力ギヤ１２８５４、及び第４の出力ギヤ１２８５８の回転を防止する。その結果、シャフト１２８３４の回転、エンドエフェクタジョーの低力閉鎖、及びエンドエフェクタ１２８３５の発射は、第２の構成にある伝達装置構成１２８４０によって防止される。そのような例では、シャフト回転機能、低力閉鎖機能、及び発射機能は、伝達装置構成１２８４０によって選択的にロックアウトされ得る。
ここで図４４を参照すると、伝達装置構成１２８４０の第３の構成が示される。第３の構成では、第１の協働駆動シャフト１２８３６ｄ及び第２の協働駆動シャフト１２８３６ｅは、第４のギヤ列アセンブリ１２８３８ｄの第４の出力ギヤ１２８５８と駆動係合される。例えば、第４のギヤ列アセンブリ１２８３８ｄは、１つ以上の第４のアイドラーギヤ１２８５０ｄ、及び第４の出力ギヤ１２８５８と噛合係合される遊星ギヤ１２８５７を含む。図４４では、第４のギヤ列アセンブリ１２８３８ｄは３つの第４のアイドラーギヤ１２８５０ｄを含む。第４のアイドラーギヤ１２８５０ｄは、第４のギヤ列アセンブリ１２８３８ｄ内の第４のシャトル１２８４６ｄ上に位置付けられる。第３の構成では、第４のシャトル１２８４６ｄは、カムシャフト１２８３６ｃによって第４の出力ギヤ１２８５８に向かってシフトしており、その結果、第４のアイドラーギヤ１２８５０ｄのうちの１つが移動して遊星ギヤ１２８５７と噛合係合し、第４のアイドラーギヤ１２８５０ｄのうちの１つが移動して第１の協働駆動シャフト１２８３６ｄと噛合係合し、第４のアイドラーギヤ１２８５０ｄのうちの１つが移動して第２の協働駆動シャフト１２８３６ｅと噛合係合する。換言すれば、協働駆動シャフト１２８３６ｅ及び１２８３６ｅは両方とも、第４のアイドラーギヤ１２８５０ｄ及び遊星ギヤ１２８５７を介して第４の出力ギヤ１２８５８に駆動係合される。第４の出力ギヤ１２８５８は、駆動運動をエンドエフェクタ１２８３５に伝達する第３の出力シャフト１２８６８を駆動するように構成されている（図４３〜図４５）。
第４の出力ギヤ１２８５８の回転は、特定のＤＯＦに対応する。例えば、第４の出力ギヤ１２８５８の回転は、ロボットツール１２８３０のエンドエフェクタ１２８３５内の発射部材を発射するように構成されている。換言すれば、伝達装置構成１２８４０の第３の構成では、第４のモータ１２８２６ｄ及び第５のモータ１２８２６ｅの回転、並びに第４の回転出力部１２８２４ｄ及び第５の回転出力部１２８２４ｅの対応する回転は、それぞれ、協働駆動シャフト１２８３６ｄ及び１２８３６ｅを回転させるように構成されている。そのような例では、協働駆動シャフト１２８３６ｄ及び１２８３６ｅの両方によって供給されるトルクは、第４のアイドラーギヤ１２８５０ｄ及び遊星ギヤ１２８５７を介して、第４の出力ギヤ１２８５８に連結されて、ロボットツール１２８３０のエンドエフェクタ１２８３５を発射させる。
依然として図４４を参照すると、伝達装置構成１２８４０の第３の構成において、第４の出力ギヤ１２８５８はロック解除されている。より具体的には、第４のロッキングアーム１２８６０ｄは、第４の出力ギヤ１２８５８が回転できるように、第４のギヤ列アセンブリ１２８３８ｄから係合解除される。加えて、カムシャフト１２８３６ｃは、第１のロッキングアーム１２８６０ａを第１のギヤ列アセンブリ１２８３８ａと係合させ、第２のロッキングアーム１２８６０ｂを第２のギヤ列アセンブリ１２８３８ｂと係合させ、第３のロッキングアーム１２８６０ｃを第３のギヤ列アセンブリ１２８３８ｃと係合させて、それぞれ、第１の出力ギヤ１２８５２、第２の出力ギヤ１２８５４、及び第３の出力ギヤ１２８５６の回転を防止する。その結果、シャフト１２８５２の回転、及びエンドエフェクタジョーの低力閉鎖、及びエンドエフェクタジョーの高力クランプは、第３の構成にある伝達装置構成１２８４０によって防止される。そのような例では、シャフト回転機能、低力閉鎖機能、及び高力クランプ機能は、伝達装置構成１２８４０によって選択的にロックアウトされ得る。
一態様では、２つの駆動モータ１２８２６ｄ及び１２８２６ｅは、シフトモータ１２８２６ｃと協調して、複数のエンドエフェクタ機能を可能にする小型の駆動ハウジング１２８３２を提供することができる。その上、協働駆動シャフト１２８３６ｄ及び１２８３６ｅを介して、１つ以上のエンドエフェクタ機能のためにより大きなトルクを供給することができる。
一態様では、協働駆動シャフト１２８３６ｄ及び１２８３６ｅが一緒に動作する場合、２つの駆動シャフト１２８３６ｄ及び１２８３６ｅは同期される。例えば、駆動シャフト１２８３６ｄ及び１２８３６ｅは両方とも、出力シャフト１２８６６及び／又は１２８６８などの共通出力シャフトを駆動することができる。トルクは、駆動シャフト１２８３６ｄ及び１２８３６ｅの両方を介して、共通出力シャフト１２８６６及び／又は１２８６８に供給され得る。
ここで図４６を参照すると、例えば、ロボットツール１２８３０（図３８〜図４５）などのロボットツールの異なる手術機能についての出力トルクのグラフ表示１２８９０が示される。第１の協働駆動シャフトを介してツールシャフト（例えば、シャフト１２８３４）を回転させるための出力トルク、及び第２の協働駆動シャフトを介してエンドエフェクタジョーを低力閉鎖するための出力トルクは、単一のシャフトからの最大出力トルクであるｔ１未満である。シャフト回転及び低力ジョー閉鎖のためのより低い出力トルクは、例えば、スピンドル上のケーブルから得ることができる負荷の範囲内であり得る。特定の例では、外科用ツールの他の低負荷機能性は、単一のシャフトからの出力によって影響を受ける場合がある。
高力クランプに影響を及ぼすためには、トルクは、協働駆動シャフト（例えば、協働駆動シャフト１２８３６ｄ及び１２８３６ｅ）からの最大出力トルクであるｔ２に近づく。例えば、ｔ２は、ｔ１の値の２倍であり得る。図４６の値「ａ」及び「ｂ」は、ロボットツールに対する相対力を示す。値「ａ」は、閉鎖管システムによる閉鎖とＩビームを介したクランプ例など、低力閉鎖と高力クランプとの間の負荷の差である。特定の例では、閉鎖管システムとＩビームシステムは協働するか、又は図４６に示されるように時間的に重なり合って、エンドエフェクタのクランプを完了することができる。値「ｂ」は、値「ａ」に等しい、又はそれ未満であり得る。例えば、エンドエフェクタを発射するのに必要なトルクは、低力閉鎖と高力クランプとの間のトルクの差と同じであるか、又は実質的に同じであり得る。値「ａ」及び「ｂ」は、単一のシャフトからの最大出力トルクよりも大きいが、協働駆動シャフトからの最大出力トルクよりも小さい。
一例では、複数の駆動シャフト（例えば、協働駆動シャフト１２８３６ｄ及び１２８３６ｅ）の同期は、一方の駆動シャフトが、他方の駆動シャフトに追随するスレーブであり得る。例えば、最大トルク閾値を第１の駆動シャフトの限界まで押し上げることができるが、それを超えないようにすることができるように、異なる最大トルク閾値をスレーブ側の駆動シャフトに設定することができる。一態様では、出力シャフトの速度は、回転速度の増加及び／又は減少について監視され得る。例えば、センサを位置付けて、出力シャフトの回転速度を検出することができる。更に、協働駆動シャフトは、両方の協働駆動シャフトが出力シャフトを加速させる代わりに、協働駆動シャフトのうちの一方が出力シャフトを減速又は制動（brake）し始めた時に、トルクを平衡化するように調整され得る。
本明細書に記載されるモータは、ロボットアーム上のツール取付部内に収容される。他の例では、モータのうちの１つ以上をロボットツール内に収容することができる。
一態様では、ロボットツールのインターフェースにおける入力駆動器は、ツール取付部内の出力駆動器と機械的及び電気的に連結するように構成されている。本明細書に記載されるように、ツール取付部内のモータは、ロボットツール内の駆動器に回転駆動運動を送達するように構成され得る。他の例では、ロボットツール内の駆動器は、ツール取付部内の出力駆動器から直線駆動運動を受容するように構成され得る。例えば、１つ以上の直線駆動運動が、ツール取付部とロボットツールとの間のインターフェースを経由して伝達され得る。
単一のモータが出力シャフトに駆動連結されている場合、伝達装置アセンブリは、２つ以上のモータが出力シャフトに駆動連結している高トルク作動状態と比較して低トルク作動状態にある。高トルク作動状態において出力シャフトに送達可能な最大トルクは、低トルク作動状態において出力シャフトに送達可能な最大トルクよりも大きい。一例では、高トルク作動状態における最大トルクは、低トルク作動状態における最大トルクの２倍であり得る。出力シャフトに送達可能な最大トルクは、モータのサイズ及びトルク能力に基づき得る。
一態様では、ロボット外科システムは、本明細書に記載されるように、プロセッサと、プロセッサに通信可能に結合されたメモリとを含む。本明細書に記載されるように、メモリは、第１の回転駆動機及び第２の回転駆動機をツールハウジングの出力シャフトに選択的に動作可能に連結させるための、プロセッサによって実行可能な命令を記憶し、第１の回転駆動機及び第２の回転駆動機のうちの１つは、出力シャフトに低トルク作動状態でトルクを供給するように構成されており、第１の回転駆動機及び第２の回転駆動機は、出力シャフトに高トルク作動状態でトルクを同時に供給するように構成されている。
様々な態様では、本開示は、本明細書に記載されるように、第１の回転駆動機及び／又は第２の回転駆動機を出力シャフトに選択的に動作可能に連結するための制御回路を提供する。様々な態様では、本開示は、コンピュータ可読命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体を提供し、命令は、実行されると、本明細書に記載されるように、マシンに、第１の回転駆動機及び／又は第２の回転駆動機を出力シャフトに選択的に動作可能に連結させる。
以下の開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＴＡＰＬＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ ＷＩＴＨ ＲＯＴＡＴＡＢＬＥ ＳＴＡＰＬＥ ＤＥＰＬＯＹＭＥＮＴ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ」と題し２０１１年５月２７日に出願され、２０１５年７月７日に発行された米国特許第９，０７２，５３５号、
・「ＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＬ ＬＯＣＫＩＮＧ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＴＡＲＹ ＰＯＷＥＲＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ」と題し２０１２年６月２８日に出願され、２０１５年７月７日に発行された米国特許第９，０７２，５３６号、
・「ＦＬＥＸＩＢＬＥ ＤＲＩＶＥ ＭＥＭＢＥＲ」と題し２０１２年６月２８日に出願され、２０１５年１２月８日に発行された米国特許第９，２０４，８７９号、
・「ＩＮＴＥＲＣＨＡＮＧＥＡＢＬＥ ＣＬＩＰ ＡＰＰＬＩＥＲ」と題し２０１２年６月２８日に出願され、２０１７年２月７日に発行された米国特許第９，５６１，０３８号、
・「ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＳＥＮＳＯＲＳ ＷＩＴＨ ＯＮＥ ＳＥＮＳＯＲ ＡＦＦＥＣＴＩＮＧ Ａ ＳＥＣＯＮＤ ＳＥＮＳＯＲ’Ｓ ＯＵＴＰＵＴ ＯＲ ＩＮＴＥＲＰＲＥＴＡＴＩＯＮ」と題し２０１４年９月５日に出願され、２０１７年９月１２日に発行された米国特許第９，７５７，１２８号、
・「ＯＶＥＲＬＡＩＤ ＭＵＬＴＩ ＳＥＮＳＯＲ ＲＡＤＩＯ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ （ＲＦ） ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ ＳＹＳＴＥＭ ＴＯ ＭＥＡＳＵＲＥ ＴＩＳＳＵＥ ＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯＮ」と題し２０１５年３月６日に出願された米国特許出願第１４／６４０，９３５号であって、現在は米国特許出願公開第２０１６／０２５６０７１号、
・「ＭＯＤＵＬＡＲ ＢＡＴＴＥＲＹ ＰＯＷＥＲＥＤ ＨＡＮＤＨＥＬＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＥＮＥＲＧＹ ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＴＩＳＳＵＥ ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＺＡＴＩＯＮ」と題し２０１６年１２月１６日に出願された米国特許出願第１５／３８２，２３８号であって、現在は米国特許出願公開第２０１７／０２０２５９１号、
・「ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＡＤＶＡＮＣＥＭＥＮＴ ＲＡＴＥ ＡＮＤ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ ＦＯＲＣＥ ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＭＥＡＳＵＲＥＤ ＦＯＲＣＥＳ」と題し２０１６年８月１６日に出願された米国特許出願第１５／２３７，７５３号であって、現在は米国特許出願公開第２０１８／００４９８２２号、
のそれぞれの全体が参照として本明細書に組み込まれる。
本明細書に記載される主題の様々な態様は、以下の番号付けされた実施例において説明される。
実施例１．外科用システムであって、発生器を備えるハブと、ツール取付部を備えるロボットと、前記ツール取付部に着脱可能に取り付けられ、かつ前記発生器に操作可能に結合されたエネルギーツールと、制御コンソールであって、前記エネルギーツールと前記制御コンソールとの間に有線通信経路が延びる、制御コンソールと、前記エネルギーツールと前記制御コンソールとの間に延びる無線通信経路であって、前記無線通信経路は、検出された組織パラメータを示すデータを前記制御コンソールに送信するように構成されている、無線通信経路と、を備える、外科用システム。
実施例２．前記ハブは、前記外科用コンソールからの１つ以上の信号及び前記エネルギーツールからの１つ以上の信号に基づいて、外科処置における工程を判定するように構成された状況認識モジュールを更に備える、実施例１に記載の外科用システム。
実施例３．前記ハブは、無線通信モジュールを更に備え、前記無線通信経路は、前記無線通信モジュールを更に備える、実施例１及び２のいずれか１つに記載の外科用システム。
実施例４．前記無線通信経路は、機械制御パラメータを前記ハブに通信するように構成されている、実施例１〜３のいずれか１つに記載の外科用システム。
実施例５．前記ロボットは、前記ツール取付部と前記エネルギーツールとの間の通信経路を傍受するように位置付けられたフレックス回路を更に備える、実施例１〜４のいずれか１つに記載の外科用システム。
実施例６．外科用システムであって、無線通信モジュールと、ロボットであって、ツール取付部と、前記ツール取付部に着脱可能に取り付けられたエネルギーツールと、を備える、ロボットと、前記ツール取付部と前記エネルギーツールとの中間に位置付けられたフレックス回路であって、前記フレックス回路は、前記ツール取付部と前記エネルギーツールとの間の通信経路を傍受するように位置付けられ、前記フレックス回路は、前記無線通信モジュールと通信するように構成された無線送信機に結合されている、フレックス回路と、を備える、外科用システム。
実施例７．前記フレックス回路は、フィードバックピグテールコネクタを備える、実施例６に記載の外科用システム。
実施例８．前記フレックス回路は、外部コントローラと前記エネルギーツールとの間の信号を傍受するように構成されている、実施例６及び７のいずれか１つに記載の外科用システム。
実施例９．前記信号は、前記エネルギーツールによって加えられるクランプ力を示す、実施例８に記載の外科用システム。
実施例１０．前記エネルギーツールは、第１の電気接点を更に備え、前記ツール取付部は、前記第１の電気接点とインターフェース接続する第２の電気接点を更に備え、前記フレックス回路は、前記第１の電気接点と前記第２の電気接点との間を通過する信号を傍受するように構成されている、実施例６〜９のいずれか１つに記載の外科用システム。
実施例１１．前記エネルギーツールから前記無線送信機を介して信号を受信するように構成された状況認識モジュールを更に備える、実施例６〜１０のいずれか１つに記載の外科用システム。
実施例１２．プロセッサと、前記プロセッサに通信可能に結合されたメモリと、を更に備え、前記メモリは、前記プロセッサによって実行可能な命令を記憶して、前記フレックス回路によって傍受された信号に基づいて前記発生器の出力レベルを調節する、実施例６〜１１のいずれか１つに記載の外科用システム。
実施例１３．プロセッサと、前記プロセッサに通信可能に結合されたメモリと、を更に備え、前記メモリは、前記プロセッサによって実行可能な命令を記憶して、前記エネルギーツールから前記無線通信モジュールに送信された組織性状を示す信号に基づいて前記エネルギーツールのクランプ力を調節する、実施例６〜１２のいずれか１つに記載の外科用システム。
実施例１４．外科用システムであって、無線通信モジュールを備えるハブと、着脱可能な外科用ツールとインターフェース接続するように構成されたツール取付部を備えるロボットと、制御コンソールであって、有線接続を介して前記ロボットと前記制御コンソールとの間に一次通信経路が延びる、制御コンソールと、前記ロボットと前記無線通信モジュールとの間に延びる第１の無線通信経路と、前記制御コンソールと前記無線通信モジュールとの間に延びる第２の無線通信経路であって、前記第１の無線通信経路及び前記第２の無線通信経路は、前記ロボットと前記制御コンソールとの間の、前記一次通信経路とは異なる追加の通信経路の少なくとも一部分を形成する、第２の無線通信経路と、を備える、外科用システム。
実施例１５．前記第１の無線通信経路は、クランプ力を示すデータを前記ハブに送信するように構成されている、実施例１４に記載の外科用システム。
実施例１６．前記有線接続は、エネルギーパラメータを示すデータを前記ロボットから前記制御コンソールに送信するように構成されている、実施例１４及び１５のいずれか１つに記載の外科用システム。
実施例１７．前記ツール取付部と前記着脱可能な外科用ツールとの間の通信経路を傍受するように位置付けられたフレックス回路を更に備える、実施例１４〜１６のいずれか１つに記載の外科用システム。
実施例１８．前記着脱可能な外科用ツールを更に備え、前記着脱可能な外科用ツールは、エネルギーツールを備える、実施例１４〜１７のいずれか１つに記載の外科用システム。
実施例１９．前記ハブは、プロセッサと、前記プロセッサに通信可能に結合されたメモリと、を更に備え、前記メモリは、前記プロセッサによって実行可能な命令を記憶して、前記第１の無線通信経路に沿って送信された信号に基づいて前記エネルギーツールの制御パラメータを調節する、実施例１４〜１８のいずれか１つに記載の外科用システム。
実施例２０．前記ハブは、前記第１の無線通信経路に沿って送信された１つ以上の信号に基づいて外科処置における工程を判定するように構成された状況認識モジュールを更に備える、実施例１４〜１９のいずれか１つに記載の外科用システム。
実施例２１．信号を送信するように構成された無線通信モジュールを備えるシステム。前記システムは、ツールインターフェースを備えるロボット外科用ツールであって、前記ツールインターフェースは、ロボットツールドライバから駆動運動を受容するように構成された機械的接続と、前記信号を送信するように構成された電気的接続と、を備える、ロボット外科用ツールを更に備える。前記システムは、フレックス回路であって、前記フレックス回路が前記ツールインターフェースと係合されると、前記信号を傍受するように構成されている、フレックス回路を更に備える。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。
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装置及び／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、当業者には理解されるであろうが、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、又はこれらの事実上の任意の組み合わせによって、個々にかつ／又は集合的に実装することができる。当業者には、本明細書で開示される形態のうちのいくつかの態様の全部又は一部が、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、又はこれらの実質的に任意の組み合わせとして集積回路上で等価に実現することができ、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ことが理解されよう。更に、当業者には理解されることとして、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。
様々な開示された態様を実行するように論理をプログラムするために使用される命令は、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、キャッシュ、フラッシュメモリ、又は他のストレージなどのシステム内メモリに記憶され得る。更に、命令は、ネットワークを介して、又は他のコンピュータ可読媒体によって分配され得る。したがって、機械可読媒体としては、機械（例えば、コンピュータ）によって読み出し可能な形態で情報を記憶又は送信するための任意の機構が挙げられ得るが、フロッピーディスケット、光ディスク、コンパクトディスク、読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、並びに磁気光学ディスク、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、磁気若しくは光カード、フラッシュメモリ、又は、電気的、光学的、音響的、若しくは他の形態の伝播信号（例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号など）を介してインターネットを介した情報の送信に使用される有形機械可読ストレージに限定されない。したがって、非一時的コンピュータ可読媒体としては、機械（例えば、コンピュータ）によって読み出し可能な形態で電子命令又は情報を記憶又は送信するのに好適な任意の種類の有形機械可読媒体が挙げられる。
本明細書の任意の態様で使用されるとき、用語「制御回路」は、例えば、ハードワイヤード回路、プログラマブル回路（例えば、１つ以上の個々の命令処理コアを含むコンピュータプロセッサ、処理ユニット、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコントローラユニット、コントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、プログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）、プログラマブル論理アレイ（ＰＬＡ）、又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ））、状態機械回路、プログラマブル回路によって実行される命令を記憶するファームウェア、及びこれらの任意の組み合わせを指すことができる。制御回路は、集合的に又は個別に、例えば、集積回路（ＩＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、システムオンチップ（ＳｏＣ）、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、サーバ、スマートフォンなどの、より大きなシステムの一部を形成する回路として具現化され得る。したがって、本明細書で使用するとき、「制御回路」としては、少なくとも１つの個別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つの特定用途向け集積回路を有する電気回路、コンピュータプログラムによって構成された汎用コンピューティング装置（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によって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によって構成されたマイクロプロセッサ）を形成する電気回路、メモリ装置（例えば、ランダムアクセスメモリの形態）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−電気設備）を形成する電気回路が挙げられるが、これらに限定されない。当業者は、本明細書で述べた主題が、アナログ若しくはデジタルの形式又はこ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認識するであろう。
本明細書の任意の態様で使用される場合、用語「論理」は、前述の動作のいずれかを実行するように構成されたアプリケーション、ソフトウェア、ファームウェア、及び／又は回路を指し得る。ソフトウェアは、非一時的コンピュータ可読記憶媒体上に記録されたソフトウェアパッケージ、コード、命令、命令セット、及び／又はデータとして具現化されてもよい。ファームウェアは、メモリ装置内のコード、命令、若しくは命令セット、及び／又はハードコードされた（例えば、不揮発性の）データとして具現化されてもよい。
本明細書の任意の態様で使用するとき、用語「構成要素（component）」、「システム」、「モジュール」などは、ハードウェア、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせ、ソフトウェア、又は実行中のソフトウェアのいずれかであるコンピュータ関連エンティティを指すことができる。
本明細書の任意の態様で使用するとき、「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、転送、結合、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なす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、番号などとして言及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。
ネットワークとしては、パケット交換ネットワークが挙げられ得る。通信装置は、選択されたパケット交換ネットワーク通信プロトコルを使用して、互いに通信することができる。１つの例示的な通信プロトコルとしては、伝送制御プロトコル／インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）を使用して通信を可能にすることができるイーサネット通信プロトコルを挙げることができる。イーサネットプロトコルは、Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ（ＩＥＥＥ）によって発行された２００８年１２月発行の表題「ＩＥＥＥ８０２．３Ｓｔａｎｄａｒｄ」、及び／又は本規格の後のバージョンのイーサネット規格に準拠するか、又は互換性があり得る。代替的に又は追加的に、通信装置は、Ｘ．２５通信プロトコルを使用して互いに通信することができる。Ｘ．２５通信プロトコルは、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ−Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ Ｓｅｃｔｏｒ（ＩＴＵ−Ｔ）によって公布された規格に準拠するか、又は互換性があり得る。代替的に又は追加的に、通信装置は、フレームリレー通信プロトコルを使用して互いに通信することができる。フレームリレー通信プロトコルは、Ｃｏｎｓｕｌｔａｔｉｖｅ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｇｒａｐｈ ａｎｄ Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ（ＣＣＩＴＴ）及び／又はＡｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（ＡＮＳＩ）によって公布された規格に準拠するか、又は互換性があり得る。代替的に又は追加的に、送受信機は、非同期転送モード（ＡＴＭ）通信プロトコルを使用して互いに通信することが可能であり得る。ＡＴＭ通信プロトコルは、ＡＴＭ Ｆｏｒｕｍによって「ＡＴＭ−ＭＰＬＳ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｗｏｒｋｉｎｇ２．０」という題で２００１年８月に公開されたＡＴＭ規格及び／又は本規格の後のバージョンに準拠するか、又は互換性があり得る。当然のことながら、異なる及び／又は後に開発されたコネクション型ネットワーク通信プロトコルは、本明細書で等しく企図される。
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（processing）」、「計算する（computing）」、「算出（又は計算）する（calculating）」、「決定（又は判定）する（determining）」、「表示する（displaying）」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。
１つ以上の構成要素が、本明細書中で、「ように構成される（configured to）」、「ように構成可能である（configurable to）」、「動作可能である／ように動作する（operable/operative to）」、「適合される／適合可能である（adapted/adaptable）」、「ことが可能である（able to）」、「準拠可能である／準拠する（conformable/conformed to）」などと言及され得る。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、アクティブ状態の構成要素及び／又は非アクティブ状態の構成要素及び／又はスタンドバイ状態の構成要素を包含し得ることを理解するであろう。
「近位」及び「遠位」という用語は、本明細書では、外科用器具のハンドル部分を操作する臨床医を基準として使用される。「近位」という用語は、臨床医に最も近い部分を指し、「遠位」という用語は、臨床医から離れた位置にある部分を指す。便宜上及び明確性のために、「垂直」、「水平」、「上」、及び「下」などの空間的用語が、本明細書において図面に対して使用され得ることが更に理解されよう。しかしながら、外科用器具は、多くの向き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及び／又は絶対的であることを意図したものではない。
当業者は、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「オープンな」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）ことを理解するであろう。更に、導入された請求項記載（introduced claim recitation）において特定の数が意図される場合、かかる意図は当該請求項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、請求項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請求項記載を導入した場合に、たとえ同一の請求項内に「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、かかる導入された請求項記載を含むいかなる特定の請求項も、かかる記載事項を１つのみ含む請求項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）。定冠詞を使用して請求項記載を導入する場合にも、同様のことが当てはまる。
更に、導入された請求項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、典型的には、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つ若しくは３つ以上の選択的な用語を表わ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、明細書内であろうと、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よう。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よう。
添付の特許請求の範囲に関して、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、様々な動作のフロー図がシーケンス（複数可）で示されているが、様々な動作は、例示されたもの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、割り込み、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」、「例示（an exemplification）」、「一例示（one exemplification）」などへの任意の参照は、その態様に関連して記載される特定の機構、構造、又は特性が少なくとも１つの態様に含まれると意味することは特記に値する。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語句「一態様では」、「態様では」、「例示では」、及び「一例示では」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好適な様態で組み合わせることができる。
本明細書で参照され、かつ／又は任意の出願データシートに列挙される任意の特許出願、特許、非特許刊行物、又は他の開示資料は、組み込まれる資料が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。それ自体、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組み込まれているあらゆる矛盾する記載に優先するものとする。現行の定義、見解、又は本明細書に記載されるその他の開示内容と矛盾する任意の内容、又はそれらの部分は本明細書に参照により組み込まれるものとするが、組み込まれる内容と現行の開示内容との間に矛盾が生じない範囲においてのみ、組み込まれるものとする。
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。
〔実施の態様〕
（１） 外科用システムであって、
発生器を備えるハブと、
ツール取付部を備えるロボットと、
前記ツール取付部に着脱可能に取り付けられ、かつ前記発生器に操作可能に結合されたエネルギーツールと、
制御コンソールであって、前記エネルギーツールと前記制御コンソールとの間に有線通信経路が延びる、制御コンソールと、
前記エネルギーツールと前記制御コンソールとの間に延びる無線通信経路であって、前記無線通信経路は、検出された組織パラメータを示すデータを前記制御コンソールに送信するように構成されている、無線通信経路と、を備える、外科用システム。
（２） 前記ハブは、前記外科用コンソールからの１つ以上の信号及び前記エネルギーツールからの１つ以上の信号に基づいて、外科処置における工程を判定するように構成された状況認識モジュールを更に備える、実施態様１に記載の外科用システム。
（３） 前記ハブは、無線通信モジュールを更に備え、前記無線通信経路は、前記無線通信モジュールを更に備える、実施態様１に記載の外科用システム。
（４） 前記無線通信経路は、機械制御パラメータを前記ハブに通信するように構成されている、実施態様１に記載の外科用システム。
（５） 前記ロボットは、前記ツール取付部と前記エネルギーツールとの間の通信経路を傍受するように位置付けられたフレックス回路を更に備える、実施態様１に記載の外科用システム。
（６） 外科用システムであって、
無線通信モジュールと、
ロボットであって、
ツール取付部と、
前記ツール取付部に着脱可能に取り付けられたエネルギーツールと、を備える、ロボットと、
前記ツール取付部と前記エネルギーツールとの中間に位置付けられたフレックス回路であって、前記フレックス回路は、前記ツール取付部と前記エネルギーツールとの間の通信経路を傍受するように位置付けられ、前記フレックス回路は、前記無線通信モジュールと通信するように構成された無線送信機に結合されている、フレックス回路と、を備える、外科用システム。
（７） 前記フレックス回路は、フィードバックピグテールコネクタを備える、実施態様６に記載の外科用システム。
（８） 前記フレックス回路は、外部コントローラと前記エネルギーツールとの間の信号を傍受するように構成されている、実施態様６に記載の外科用システム。
（９） 前記信号は、前記エネルギーツールによって加えられるクランプ力を示す、実施態様８に記載の外科用システム。
（１０） 前記エネルギーツールは、第１の電気接点を更に備え、前記ツール取付部は、前記第１の電気接点とインターフェース接続する第２の電気接点を更に備え、前記フレックス回路は、前記第１の電気接点と前記第２の電気接点との間を通過する信号を傍受するように構成されている、実施態様６に記載の外科用システム。
（１１） 前記エネルギーツールから前記無線送信機を介して信号を受信するように構成された状況認識モジュールを更に備える、実施態様６に記載の外科用システム。
（１２） プロセッサと、前記プロセッサに通信可能に結合されたメモリと、を更に備え、前記メモリは、前記プロセッサによって実行可能な命令を記憶して、前記フレックス回路によって傍受された信号に基づいて前記発生器の出力レベルを調節する、実施態様６に記載の外科用システム。
（１３） プロセッサと、前記プロセッサに通信可能に結合されたメモリと、を更に備え、前記メモリは、前記プロセッサによって実行可能な命令を記憶して、前記エネルギーツールから前記無線通信モジュールに送信された組織性状を示す信号に基づいて前記エネルギーツールのクランプ力を調節する、実施態様６に記載の外科用システム。
（１４） 外科用システムであって、
無線通信モジュールを備えるハブと、
着脱可能な外科用ツールとインターフェース接続するように構成されたツール取付部を備えるロボットと、
制御コンソールであって、有線接続を介して前記ロボットと前記制御コンソールとの間に一次通信経路が延びる、制御コンソールと、
前記ロボットと前記無線通信モジュールとの間に延びる第１の無線通信経路と、
前記制御コンソールと前記無線通信モジュールとの間に延びる第２の無線通信経路であって、前記第１の無線通信経路及び前記第２の無線通信経路は、前記ロボットと前記制御コンソールとの間の、前記一次通信経路とは異なる追加の通信経路の少なくとも一部分を形成する、第２の無線通信経路と、を備える、外科用システム。
（１５） 前記第１の無線通信経路は、クランプ力を示すデータを前記ハブに送信するように構成されている、実施態様１４に記載の外科用システム。
（１６） 前記有線接続は、エネルギーパラメータを示すデータを前記ロボットから前記制御コンソールに送信するように構成されている、実施態様１４に記載の外科用システム。
（１７） 前記ツール取付部と前記着脱可能な外科用ツールとの間の通信経路を傍受するように位置付けられたフレックス回路を更に備える、実施態様１４に記載の外科用システム。
（１８） 前記着脱可能な外科用ツールを更に備え、前記着脱可能な外科用ツールは、エネルギーツールを備える、実施態様１４に記載の外科用システム。
（１９） 前記ハブは、プロセッサと、前記プロセッサに通信可能に結合されたメモリと、を更に備え、前記メモリは、前記プロセッサによって実行可能な命令を記憶して、前記第１の無線通信経路に沿って送信された信号に基づいて前記エネルギーツールの制御パラメータを調節する、実施態様１４に記載の外科用システム。
（２０） 前記ハブは、前記第１の無線通信経路に沿って送信された１つ以上の信号に基づいて外科処置における工程を判定するように構成された状況認識モジュールを更に備える、実施態様１４に記載の外科用システム。
（２１） システムであって、
信号を送信するように構成された無線通信モジュールと、
ツールインターフェースを備えるロボット外科用ツールであって、前記ツールインターフェースは、
ロボットツールドライバから駆動運動を受容するように構成された機械的接続と、
前記信号を送信するように構成された電気的接続と、を備える、ロボット外科用ツールと、
フレックス回路であって、前記フレックス回路が前記ツールインターフェースと係合されると、前記信号を傍受するように構成されている、フレックス回路と、を備える、システム。

Claims (21)

  1. 外科用システムであって、
    発生器を備えるハブと、
    ツール取付部を備えるロボットと、
    前記ツール取付部に着脱可能に取り付けられ、かつ前記発生器に操作可能に結合されたエネルギーツールと、
    制御コンソールであって、前記エネルギーツールと前記制御コンソールとの間に有線通信経路が延びる、制御コンソールと、
    前記エネルギーツールと前記制御コンソールとの間に延びる無線通信経路であって、前記無線通信経路は、検出された組織パラメータを示すデータを前記制御コンソールに送信するように構成されている、無線通信経路と、を備える、外科用システム。
  2. 前記ハブは、前記外科用コンソールからの１つ以上の信号及び前記エネルギーツールからの１つ以上の信号に基づいて、外科処置における工程を判定するように構成された状況認識モジュールを更に備える、請求項１に記載の外科用システム。
  3. 前記ハブは、無線通信モジュールを更に備え、前記無線通信経路は、前記無線通信モジュールを更に備える、請求項１に記載の外科用システム。
  4. 前記無線通信経路は、機械制御パラメータを前記ハブに通信するように構成されている、請求項１に記載の外科用システム。
  5. 前記ロボットは、前記ツール取付部と前記エネルギーツールとの間の通信経路を傍受するように位置付けられたフレックス回路を更に備える、請求項１に記載の外科用システム。
  6. 外科用システムであって、
    無線通信モジュールと、
    ロボットであって、
    ツール取付部と、
    前記ツール取付部に着脱可能に取り付けられたエネルギーツールと、を備える、ロボットと、
    前記ツール取付部と前記エネルギーツールとの中間に位置付けられたフレックス回路であって、前記フレックス回路は、前記ツール取付部と前記エネルギーツールとの間の通信経路を傍受するように位置付けられ、前記フレックス回路は、前記無線通信モジュールと通信するように構成された無線送信機に結合されている、フレックス回路と、を備える、外科用システム。
  7. 前記フレックス回路は、フィードバックピグテールコネクタを備える、請求項６に記載の外科用システム。
  8. 前記フレックス回路は、外部コントローラと前記エネルギーツールとの間の信号を傍受するように構成されている、請求項６に記載の外科用システム。
  9. 前記信号は、前記エネルギーツールによって加えられるクランプ力を示す、請求項８に記載の外科用システム。
  10. 前記エネルギーツールは、第１の電気接点を更に備え、前記ツール取付部は、前記第１の電気接点とインターフェース接続する第２の電気接点を更に備え、前記フレックス回路は、前記第１の電気接点と前記第２の電気接点との間を通過する信号を傍受するように構成されている、請求項６に記載の外科用システム。
  11. 前記エネルギーツールから前記無線送信機を介して信号を受信するように構成された状況認識モジュールを更に備える、請求項６に記載の外科用システム。
  12. プロセッサと、前記プロセッサに通信可能に結合されたメモリと、を更に備え、前記メモリは、前記プロセッサによって実行可能な命令を記憶して、前記フレックス回路によって傍受された信号に基づいて前記発生器の出力レベルを調節する、請求項６に記載の外科用システム。
  13. プロセッサと、前記プロセッサに通信可能に結合されたメモリと、を更に備え、前記メモリは、前記プロセッサによって実行可能な命令を記憶して、前記エネルギーツールから前記無線通信モジュールに送信された組織性状を示す信号に基づいて前記エネルギーツールのクランプ力を調節する、請求項６に記載の外科用システム。
  14. 外科用システムであって、
    無線通信モジュールを備えるハブと、
    着脱可能な外科用ツールとインターフェース接続するように構成されたツール取付部を備えるロボットと、
    制御コンソールであって、有線接続を介して前記ロボットと前記制御コンソールとの間に一次通信経路が延びる、制御コンソールと、
    前記ロボットと前記無線通信モジュールとの間に延びる第１の無線通信経路と、
    前記制御コンソールと前記無線通信モジュールとの間に延びる第２の無線通信経路であって、前記第１の無線通信経路及び前記第２の無線通信経路は、前記ロボットと前記制御コンソールとの間の、前記一次通信経路とは異なる追加の通信経路の少なくとも一部分を形成する、第２の無線通信経路と、を備える、外科用システム。
  15. 前記第１の無線通信経路は、クランプ力を示すデータを前記ハブに送信するように構成されている、請求項１４に記載の外科用システム。
  16. 前記有線接続は、エネルギーパラメータを示すデータを前記ロボットから前記制御コンソールに送信するように構成されている、請求項１４に記載の外科用システム。
  17. 前記ツール取付部と前記着脱可能な外科用ツールとの間の通信経路を傍受するように位置付けられたフレックス回路を更に備える、請求項１４に記載の外科用システム。
  18. 前記着脱可能な外科用ツールを更に備え、前記着脱可能な外科用ツールは、エネルギーツールを備える、請求項１４に記載の外科用システム。
  19. 前記ハブは、プロセッサと、前記プロセッサに通信可能に結合されたメモリと、を更に備え、前記メモリは、前記プロセッサによって実行可能な命令を記憶して、前記第１の無線通信経路に沿って送信された信号に基づいて前記エネルギーツールの制御パラメータを調節する、請求項１４に記載の外科用システム。
  20. 前記ハブは、前記第１の無線通信経路に沿って送信された１つ以上の信号に基づいて外科処置における工程を判定するように構成された状況認識モジュールを更に備える、請求項１４に記載の外科用システム。
  21. システムであって、
    信号を送信するように構成された無線通信モジュールと、
    ツールインターフェースを備えるロボット外科用ツールであって、前記ツールインターフェースは、
    ロボットツールドライバから駆動運動を受容するように構成された機械的接続と、
    前記信号を送信するように構成された電気的接続と、を備える、ロボット外科用ツールと、
    フレックス回路であって、前記フレックス回路が前記ツールインターフェースと係合されると、前記信号を傍受するように構成されている、フレックス回路と、を備える、システム。
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