JP2022081602A - 気密封止されたトロカールの性能を制御するシステム - Google Patents

Abstract

【課題】気密封止されたトロカールの性能を制御するシステムおよび方法を提供する。【解決手段】システム１００は、可変ＤＣ電圧をＤＣモータ１１２に送達するためのコントローラ１１０と、気密封止されたトロカール１１６に操作可能に接続されたポンプ１１４を駆動するためのコントローラ１１０に操作可能に接続されたＤＣモータ１１２と、気密封止されたトロカール１１６を通して加圧ガスを循環させるための、ＤＣモータ１１２によって駆動されるポンプ１１４と、コントローラ１１０がＤＣモータ１１２に送達される電圧を変化させ、腹腔鏡外科手技中にポンプ１１４の出力圧力および流量に影響を及ぼすよう、フィードバック制御信号をコントローラ１１０に提供するためにポンプ１１４と気密封止されたトロカール１１６との間で圧力および／または流量パラメータを感知するためのセンサ１１８と、を含む。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１１月２０日に出願された米国特許出願第１５／８１７，８９７
号の優先権の利益を主張するものであり、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる
。
本開示は、外科用アクセス装置と併用するためのガス送達システムに関し、より具体的
には、内視鏡または腹腔鏡手技に使用する、気密封止されたトロカールの性能を制御する
ためのシステムおよび方法に関する。

関連技術の説明
例えば、同一出願人による米国特許第７，８５４，７２４号および米国特許第８，７９
５，２２３号に開示されているような、気密封止されたトロカールは、電気機械制御シス
テムを介して操作されうる。このような制御システムは、例えば、同一出願人による米国
特許第８，７１５，２１９号、米国特許第８，９６１，４５１号、および米国特許第９，
２９５，４９０号に開示されている。これらのシステムは、最小侵襲腹腔鏡または内視鏡
外科手術のための規定の圧力勾配を生み出すトロカール内に、気密封止または気体封止を
作出および維持するよう機能する。これらの外科手術の当業者（外科医または看護師など
）は、解剖学的構造の視覚化と、送気のその他の利点をより良好に可能にするために、外
科腔を特定の圧力まで加圧（送気）することを選択しうる。上記で参照した同一出願人に
よる特許はそれぞれ、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

電気機械制御システムを介して気密封止されたトロカールを操作する場合、その性能挙
動および／または特性を変化させるためにトロカールに供給される空気圧を調節すること
が有利でありうる。設計および製造の違いにより、気密封止されたトロカールを封止する
ために必要な、空気動力の変動を可能にしうる。これは、設計、製造差異、必要な封止面
積（すなわち、５ｍｍのトロカール対１２ｍｍのトロカール）、効率、抵抗、およびその
他の要因の影響を受けうる。

また、気密封止されたトロカールを封止するために必要な空気圧は、気密封止によって
維持される圧力勾配の大きさに依存する。例えば、外科手術チームが患者を１５ｍｍＨｇ
まで送気する選択をする場合があり、気密封止されたトロカール内の気密封止によって、
勾配を１５ｍｍＨｇと周囲圧力（０ｍｍＨｇ）との間に維持することが必要となる。この
封止（勾配）を維持するために必要な力は、例えば、１０ｍｍＨｇ～０ｍｍＨｇとの間で
勾配を維持するために必要な力よりも大きい。

さらに、気密封止されたトロカールが通常動作している間は、一定の外乱や摂動が発生
しうる。これらには、送気された腔にもたらされる生理機能による変化（例えば、呼吸ま
たは筋肉の動きによるもの）、送気された腔に印加される外部の力（外科医または外科手
術機器による腔の押下）、または、気密封止されたトロカールの封止部を通過する器具ま
たは検体の通過を含むが、これらに限らない。

そのため、気密封止されたトロカールを操作する電気機械制御システムは、そのトロカ
ールに供給される力をリアルタイムで調節して、それらの外乱に対応し、指定通りに封止
および圧力勾配を維持することができるべきである。米国特許第８，７１５，２１９号に
開示された制御システムは、トロカールに供給される空気動力を調節する電気機械制御弁
を含む。そのシステムでは、ポンプ（通常、ＡＣすなわち交流で駆動される）が空気回路
に圧力および気体流を供給しすぎる。気密封止されたトロカールに供給される空気動力は
、電気機械弁を調節する埋込み制御システムによって調節される。

システムまたは空気圧工学の当業者であれば、空気圧回路の設計、および、このバルブ
が「Ｈ」または「バイパス」バルブとして機能する役割を理解するであろう。そのシステ
ムの実施形態におけるＡＣ駆動ポンプが一定の動力出力を供給し、電気機械弁の位置によ
って、気密封止されたトロカールに到達する動力の割合、および、ポンプの真空吸引に戻
って再利用される割合を制御する。

当業者であれば、エネルギー効率の向上も含め、気密封止されたトロカールの空気制御
にはＡＣベースではなくＤＣベースの制御を使用するほうが有利であることを容易に理解
するだろう。そのため、ＡＣ駆動ポンプではなくＤＣ駆動ポンプを介して、気密封止され
たトロカールに供給される空気動力をリアルタイムで調節するよう構成された制御システ
ムを提供することが有益であろう。

本発明は、内視鏡または腹腔鏡外科手術中に、気密封止されたトロカールの性能範囲を
制御するための新しい、有用なシステムに関する。本発明の実施形態では、システムは、
可変ＤＣ電圧をＤＣモータに送達するためのコントローラと、気密封止されたトロカール
に操作可能に接続されたポンプを駆動するためのコントローラに操作可能に接続されたＤ
Ｃモータと、気密封止されたトロカールを通して加圧ガスを循環させるための、ＤＣモー
タによって駆動されるポンプと、コントローラがＤＣモータに送達される電圧を変化させ
、ポンプの出力圧力および流量に影響を及ぼすよう、フィードバック制御信号をコントロ
ーラに提供するためにポンプとトロカールとの間で圧力および／または流量パラメータを
感知するためのセンサと、と含む。システムがさらに、ＡＣ入力電圧源と、ＤＣ電圧をコ
ントローラに供給するためのＡＣ－ＤＣコンバータとを含むことが好ましい。

本発明の別の実施形態では、システムは、可変ＤＣ電圧を少なくとも一つのＤＣモータ
に送達するためのコントローラと、気密封止されたトロカールに操作可能に接続された少
なくとも一つのポンプを駆動するためのコントローラに操作可能に接続された少なくとも
一つのＤＣモータと、気密封止されたトロカールを通して加圧ガスを循環させるための、
ＤＣモータによって駆動される少なくとも一つのポンプと、内視鏡または腹腔鏡外科手技
中に、コントローラが少なくとも一つのＤＣモータに送達される電圧を変化させ、少なく
とも一つのポンプの出力圧力および流量に影響を及ぼすよう、少なくとも一つのフィード
バック制御信号をコントローラに提供するために少なくとも一つのポンプとトロカールと
の間で圧力および／または流量パラメータを感知するための少なくとも一つのセンサと、
を含む。

本発明の実施形態では、少なくとも一つのセンサは、第一のフィードバック制御信号を
コントローラに提供するよう、少なくとも一つのポンプと気密封止されたトロカールの入
口ポートとの間の正圧および流量パラメータを感知するための第一のセンサと、第二のフ
ィードバック制御信号をコントローラに提供するよう、少なくとも一つのポンプと気密封
止されたトロカールの出口ポートとの間の負圧および／または流量パラメータを感知する
ための第二のセンサと、を含む。

別の実施形態では、少なくとも一つのＤＣモータは、気密封止されたトロカールに接続
された少なくとも一つの正圧ポンプを駆動するための少なくとも第一のＤＣモータと、
気密封止されたトロカールに接続された少なくとも一つの負圧ポンプを駆動するための少
なくとも第二のＤＣモータと、を含む。この実施形態では、少なくとも一つのセンサは、
第一のフィードバック制御信号をコントローラに提供するよう、正圧ポンプと気密封止さ
れたトロカールの入口ポートとの間の正圧および／または流量パラメータを感知するため
の第一のセンサと、第二のフィードバック制御信号をコントローラに提供するよう、負圧
ポンプと気密封止されたトロカールの出口ポートとの間の負圧および／または流量パラメ
ータを感知するための第二のセンサと、を含む。

本発明の別の実施形態では、少なくとも一つのポンプは、並列に配置され、少なくとも
一つのＤＣモータによって駆動される、少なくとも第一および第二のポンプを含む。コン
トローラは、様々なシステム要件を満たすよう、同一または異なる出力レベルで第一およ
び第二のポンプを制御するよう適合され、構成されうることが想定される。

本発明のさらに別の実施形態では、少なくとも一つのＤＣモータおよびＡＣ－ＤＣコン
バータは、少なくとも一つのブラシレスステッパモータ、少なくとも一つのモータドライ
バ、およびパルス発生器によって置き換えられ、これらは一種のＤＣコントローラとして
共に機能するが、技術的には、供給されるＤＣ電圧を調節するだけでは性能出力は制御さ
れない。この実施形態の構成要素の機械的および空気出力は、前述のＤＣモータ実施形態
におけるように、電気信号調節によって正確に制御される。しかしながら、この場合、Ｄ
Ｃ電圧を調節するのではなく、パルス発生器から制御される電気パルスが変化され、ブラ
シレスステッパモータを駆動するモータドライバに供給される。

より具体的には、変化する強度および長さの電気パルスを使用して、モータ内の磁石が
発生させた磁場の動きによって、ステッパモータの正確な回転を制御しうる。これにより
、モータの挙動を正確に制御するとともに、正確かつ繰り返し可能な開始／停止挙動が可
能になるだろう。

本発明はまた、気密封止されたトロカールの性能範囲を制御するための新しい、独特の
方法に関する。方法は、気密封止されたトロカールに加圧ガスを循環させるためのポンプ
を提供することと、ＤＣモータによってポンプを駆動することと、腹腔鏡外科手技中にポ
ンプの出力圧力と流量に影響を及ぼすように、ポンプと気密封止されたトロカールとの間
に流れる、感知された気体のパラメータに基づいて、ＤＣモータに送達される電圧を制御
することと、を含む。方法はまた、ポンプと気密封止されたトロカールとの間に流れる気
体の圧力および／または流量パラメータを感知することを含む。

本発明の制御システムおよび方法のこれらおよびその他の特徴およびそれが採用される
方式は、下記に説明するいくつかの図面と併せて理解される本発明の好ましい実施形態の
以下の可能とする記述から、当業者には容易に明らかになるであろう。

当業者は、必要以上の実験無しに、主題の発明の制御システムおよび方法を使用する方
法を容易に理解するであろうゆえに、好適な実施形態を、図面を参照しながら以下に詳細
に説明する。

図１は、可変電圧制御ＤＣモータによって駆動される正圧ポンプを含む本発明の制御システムの好ましい実施形態を図示した概略的なフロー図である。 図２は、第一の可変電圧制御ＤＣモータによって駆動される正圧ポンプと、第二の可変電圧制御ＤＣモータによって駆動される負圧ポンプとを含む、本発明の制御システムの別の好ましい実施形態を図示した概略的なフロー図である。 図３は、空気圧によって平行に配管され、平行なＤＣモータを制御する二つの可変電圧によって駆動される、二つの正圧ポンプを含む本発明の制御システムの別の好ましい実施形態を図示した概略的なフロー図である。 図４は、パルス発生器からの可変電気パルスによって調節されるモータドライバによって制御されるステッパモータによって駆動される正圧ポンプを含む本発明の制御システムの別の好ましい実施形態を図示した概略的なフロー図である。 図５は、パルス発生器からの可変電気パルスによって調節される、それぞれのモータドライバによって制御されるそれぞれのステッパモータによって駆動される二つの正圧ポンプを含む本発明の制御システムのさらに別の好ましい実施形態を図示した概略的なフロー図である。

図面では、同一の参照番号が、本発明の実施形態の類似の特徴または態様を指しており
、図面を参照すると、図１では、内視鏡または腹腔鏡外科手技中に、気密封止されたトロ
カールの性能範囲を制御するシステムが示されており、気密封止されたトロカールは、本
発明の好ましい実施形態において構築され、通常は参照番号１００で指定されている。

図１を参照すると、システム１００は、可変ＤＣ電圧をＤＣモータ１１２に送達するた
めのコントローラ１１０を含む。ＤＣモータ１１２は、気密封止されたトロカール１１６
に操作可能に接続された正圧ポンプ１１４を駆動するため、コントローラ１１０に操作可
能に接続されている。ポンプ１１４は、ＤＣモータ１１２によって駆動されて、気密封止
されたトロカール１１６を通して加圧ガスを循環させる。第一のフィードバック制御信号
をコントローラ１１０に提供するよう、ポンプ１１４と気密封止されたトロカール１１６
の入口ポートとの間の正圧および／または流量パラメータを感知する第一のセンサ１１８
が提供される。

第二のフィードバック制御信号をコントローラ１１０に提供するよう、ポンプ１１４と
気密封止されたトロカール１１６の出口ポートとの間の負圧および／または流量パラメー
タを感知する第二のセンサ１２０が提供される。第一および第二のフィードバック制御信
号により、コントローラ１１０は、ＤＣモータ１１２に送達される電圧を変化させて、出
力圧力および／またはポンプ１１４の流量に影響を及ぼすことができる。システム１００
はさらに、ＡＣ入力電圧源１２２と、ＤＣ電圧をコントローラ１１０に供給するためのＡ
Ｃ－ＤＣコンバータ１２４とを含む。

図２を参照すると、本発明の制御システムの別の実施形態が図示されており、これは通
常、参照番号２００で指定されている。システム２００は、気密封止されたトロカール２
１６に接続された正圧ポンプ２１４を駆動させるための第一のＤＣモータ２１２と、気密
封止されたトロカール２１６に接続された負圧ポンプ３１４を駆動させるための第二のＤ
Ｃモータ３１２とを含むという点で、システム１００とは異なる。システム２００はさら
に、第一のフィードバック制御信号をコントローラ２１０に提供するよう、ポンプ２１４
と気密封止されたトロカール２１６の入口ポートとの間の正圧および／または流量パラメ
ータを感知する第一のセンサ２１８と、第二のフィードバック制御信号をコントローラ２
１０に提供するよう、ポンプ３１４と気密封止されたトロカール２１６の出口ポートとの
間の負圧および／または戻り流量パラメータを感知する第二のセンサ２２０とを含む。図
１の前述の実施形態のように、システム２００はさらに、ＡＣ入力電圧源２２２と、ＤＣ
電圧をコントローラ２１０に供給するためのＡＣ－ＤＣコンバータ２２４とを含む。

ここで図３を参照すると、図１に示す制御システム１００の変形バージョンが図示され
ている。ここでは、システム１００は二つの正圧ポンプ１１４ａおよび１１４ｂを含んで
おり、それぞれＤＣモータ１１２ａおよび１１２ｂによって駆動される。これらのポンプ
およびモータは、システム１００の空気動力能力を増加させるよう配置されるか、あるい
は並列に積み重ねられ、システム効率を向上させるためのさらなる制御オプションを提供
する。さらに、二つのＤＣ駆動ポンプを並列に配置することにより、二倍の空気出力が提
供されうる。この場合、システム要求に応じて、コントローラまたはＣＰＵ１１０はポン
プの一方または両方の性能出力を制御する。

例えば、二つのポンプ１１４ａ、１１４ｂそれぞれが、５０Ｌ／分の容量を有し、且つ
、並列に組み合わされ、システム１００の動作範囲が常に５０Ｌ／分から１００Ｌ／分の
間でなければならない場合、システム要件を達成するために、第一のポンプ１１４ａは常
にその出力の１００％（すなわち、５０Ｌ／分）に制御され、第二のポンプ１１４ｂの出
力が、０Ｌ／分～５０Ｌ／分の間に可変的に制御されうる。

あるいは、ＤＣ駆動ポンプ１１４ａ、１１４ｂの両方が、同一の出力レベルに制御され
てもよい。例えば、８０Ｌ／分の出力を達成するため、ポンプ１１４ａ、１１４ｂの両方
ともが４０Ｌ／分の出力に制御されるだろう。または、８０Ｌ／分の出力を達成するため
、二つのポンプ１１４ａ、１１４ｂが異なるレベルに制御されてもよい。例えば、ポンプ
１１４ａは４５Ｌ／分に制御され、ポンプ１１４ｂは３５Ｌ／分に制御されてもよい。

複数のモータおよびポンプを備えたこれらの代替的実施形態のそれぞれでは、より大き
なＤＣ電源が必要であり（例えば、二つの１２Ｖモータに供給するため、２４Ｖ）また指
定されたように、二つのモータ１１２ａ、１１２ｂ間で供給される電圧を分割し、調節す
るのはＣＰＵ１１０が担うことになり、さらに、それぞれのポンプ１１４ａ、１１４ｂの
出力を制御することになる。図３のこの実施形態では、二つのＤＣ駆動正圧ポンプが並列
関係で一緒に積み重ねられて示されて、説明されているが、三つ以上のポンプまたは類似
あるいは様々な容量がこの方法で配置されて、本明細書に開示された制御システムの動作
能力をさらに増加させ、多様化することが予想される。

図４を参照すると、図１に示す制御システム１００の別のバージョンが図示されている
。本発明のこの実施形態では、図１に示すＤＣモータ１１２およびＡＣ－ＤＣコンバータ
１２４は、ブラシレスステッパモータ１３０、モータドライバ１３２、およびパルス発生
器１３４によって置き換えられる。技術的には、供給されるＤＣ電圧を調節するだけでは
性能出力は制御されないが、当業者であればこの実施形態をＤＣコントローラの一種とし
て分類することができるだろう。それでもなお、当業者であれば、ＤＣ制御システムとの
、本発明の実施形態の類似点を理解するであろう。

この実施形態の構成要素の機械的および空気出力は、前述のＤＣモータ実施形態におけ
るように、電気信号調節によって正確に制御される。しかしながら、この場合、ＤＣ電圧
を調節するのではなく、パルス発生器１３４から制御される電気パルスが変えられ、ブラ
シレスステッパモータ１３０を駆動するモータドライバ１３２に供給される。より具体的
には、変化する強度および長さの電気パルスを使用して、モータ内の磁石が発生させた磁
場の正確な動きによって、ステッパモータ１３０の正確な回転を制御する。これにより、
モータの挙動を正確に制御するとともに、正確かつ繰り返し可能な開始／停止挙動が可能
になる。また、当業者であれば、ステッパモータのギア様幾何学的形状によって、ギアの
「ステップ」数をその埋め込み式制御の一部として検証するのを可能にし、少なくとも一
つの別個のセンサー（センサー１１８または１２０など）の必要性を軽減することによっ
て、システムの空気性能を制御するフィードバックループの簡素な設計を可能にしうる。

図４の実施形態は、一つのモータドライバ１３２、一つのステッパモータ１３０、およ
び一つの正圧ポンプ１１４を有するように示され、説明されているが、これらの三つの構
成要素（１３２、１３０、１１４）のグループ化が、例えば図５に示したように並列の関
係で配置されて、本明細書に開示される制御システム１００の動作能力をさらに増加し、
多様化してもよい。より具体的には、図５に示すように、コントローラ１１０は、パルス
発生器１３４によって供給される可変パルス信号を、モータドライバ１３２ａ、ステッパ
モータ１３０ａ、および正圧ポンプ１１４ａを含む構成要素の第一のグループ、および、
モータドライバ１３２ｂ、ステッパモータ１３０ｂ、および正圧ポンプ１１４ｂを含む構
成要素の第二のグループに送達するよう構成されてもよい。コントローラ１１０は、シス
テム要件を満たすために、同一または異なる強度または持続時間が可変のパルスを、並列
したセットの構成要素に送達するよう構成されることが想定される。

ここで、本明細書に記載した本発明の様々な実施形態について全体的に参照すると、
組み込みシステム制御の当業者は、ポンプのようなＤＣ構成要素に供給される電圧を変化
させることによって、構成要素またはシステムの挙動を供給する、調節する、および制御
するいくつかの方法を知っているだろう。要求される構成要素は、電源コンバータまたは
電池、電位差計（ＤＣ構成要素に供給される電圧を制御する回路抵抗を変化させる）、コ
ンピュータ基板（例えば、アルドゥイーノ等）、永久磁石モータ、等を含みうるが、これ
らに限定されない。

電源コンバータまたは電池を使用して、交流電流（ＡＣ）を供給するのではなく直流（
ＤＣ）でＤＣ構成要素に供給し、通常は電源出力および送電網によって供給される。ＤＣ
構成要素に供給される電圧を制御することにより、その性能出力が変化する。例えば、１
２ＶのＤＣモータは、６Ｖで供給されるときよりも、１０Ｖで供給されるときのほうが、
より多くの電力を出力することになる。この制御はループコントローラを介して頻繁に達
成されており、そのループコントローラでは、センサ測定性能出力（またはいくつかの関
連する測定基準）が、応答でプログラムされるコンピュータ基板と通信する。センサから
のデータがモータに供給される可変電力の変化を必要とする場合、コンピュータ基板がそ
のような変化を開始する。

本発明の方法および装置は、ＤＣ駆動ポンプの空気圧力の制御を介して、リアルタイム
で気密封止されたトロカールに供給される空気動力を調節する。図１のシステム１００で
は、制御ループは、ＣＰＵ制御ボード１１０と、ポンプ１１４を駆動するモータ１１２と
、センサ１１８との三つの主要構成要素の周りに設計される。この好ましい実施形態では
、システム１００は、壁（出口供給）からのＡＣ電流をＤＣに変換する変圧器１２４から
構成される。あるいは、ＡＣ電流から充電して、直接ＤＣ電力を提供する電池を有するこ
ともできる。利用する電源は、電気供給された構成要素の定格を満たすか、それを超えな
ければならない（例えば、１２Ｖモータに完全に電力供給するためには、ＤＣ電源は１２
Ｖでなければならない）。変換された後、ＣＰＵはモータ１１２にどの程度の電圧が供給
されるかを調節する。

モータ１１２への電圧の変化は、ポンプ１１４の圧力および流量出力に直接影響し、そ
の変化はＣＰＵ１１０にループして戻るセンサ１１８によって記録され、ＣＰＵにシステ
ム性能を知らせ、どのように応答するかを誘導して、必要とされるシステム１００の制御
および調節を継続する。あるいは、ＣＰＵ１１０は、負圧センサ１２０からのデータを使
用して、モータ１１２への電圧供給を調節して、真空圧力および気体流量を制御すること
ができる。

ＣＰＵ１１０は、電位差計のような構成要素を制御して、モータ１１２に供給されるＤ
Ｃ電圧を調節できる。ところが、電位差計はさらなる構成要素を設計に追加し、効率損失
から熱やエネルギーを無駄にしてしまう場合がある。好ましい実施形態は、パルス幅変調
（ＰＷＭ）を使用して、モータ１１２への電圧供給を制御することができる。この制御方
法は、可変する期間にわたって同じ大きさの電圧のパルスを調節して、「有効な」レベル
の電圧供給を生成する。例えば、１２Ｖの電源のＰＷＭ制御は、より長い持続時間のパル
スを制御して、１０Ｖの「平均」供給を生み出すが、同じ１２Ｖの電源供給のＰＷＭ制御
は、より短い持続時間のパルスを制御して、４Ｖの「平均」供給を生み出すだろう。これ
らのパルスは、ＣＰＵ１１０によって電源オンおよびオフにすることができるトランジス
タの時間制御によって調節される。

この方法は、電位差計の使用よりもより正確かつ効率的でありうる。当業者であれば、
ＰＷＳを使用することなく、正確な電力送達を制御および変化させる他の方法を知ってい
るだろう。代替的な実施形態は、図２に示す通り、二つの独立したＤＣポンプを介して気
密封止されたトロカールに供給される圧力および真空を別々に制御することができる。こ
の実施形態は、正圧および流量を気密封止されたトロカール２１６に供給するための一つ
のポンプ２１４と、釣り合った負圧とトロカール２１６からの戻り流量を提供するための
別のポンプ３１４とを制御することを含む。この実施形態は、詳細な性能制御の新たなパ
ラダイムを可能にしうる、圧力流量および戻り／真空流量への、別々の、リアルタイムの
、独立した制御を可能にするだろう。この実施形態では、両方のポンプが周囲に対して開
かれ、その性能は、単一の、閉ループ空気回路による影響を受けず、制限もされない。

図１（および米国特許第８，７１５，２１９号に開示されているシステム）の前述の実
施形態では、単一ポンプが空気回路の一方の側を加圧し、回路の他方の側に吸引力を適用
させ、両側で釣り合った流量を生み出しており、図２に示すこの代替的実施形態では、シ
ステム２００が、圧力と戻り流量を様々な流量に制御するのを可能にするだろう。このシ
ステムにより、電気機械制御は、気密封止されたトロカール２１６の性能に対してさらな
る制御レバーを使用するのを可能にする。圧力流量対真空／戻り流量の均衡を変える小規
模調整（おそらく０．１Ｌ／分ほどの）により、トロカール２１６の空気性能をより厳し
く制御することが可能となることが仮定される。

例えば、ループコントローラに小さな、正の制御偏差（組み込み制御システムにおける
測定性能と目標性能の差異）がある場合、ＣＰＵ２１０は、圧力ポンプ２１４を０．１Ｌ
／分増加させるか、または、吸引ポンプ３１４に０．１Ｌ／分減少させて、均衡の取れた
性能となるよう要求でき、一方で、前述のように、こうした二つの流量間に不均衡を作り
出すことは不可能であった。この実施形態では、圧力ポンプ２１４がその吸引のために周
囲に開かれなければならず、真空／吸引ポンプ３１４は、排気のために周囲に開かれなけ
ればならない。圧力ポンプ２１４に対して吸気を開き、真空ポンプ３１４からの排気のた
めに開くことにより、好適な濾過装置または要素を介して濾過されることが想定される。

当業者であれば、気密封止されたトロカールの空気制御のため、ＡＣベースのシステム
ではなく、ＤＣベースの制御システムを使用する数多くの利点を容易に理解するだろう。
ＤＣベースの制御システムは、ＡＣベースのシステムよりもエネルギー効率が高い。電気
機械制御システムの動作範囲を完全に包含するために、ＡＣポンプを大きくする必要があ
る。ＡＣ構成要素の性質として、それらは常に「オン」であり、つまり、装置が実行され
るときは常に全電力が必要となる。

ＤＣベースのシステムでは、ポンプは、必要となる具体的なレベルまで電源供給されれ
ばよい。例えば、システムの動作範囲は最大１００Ｌ／分であるが、使用シナリオでは２
０Ｌ／分の出力のみが要求される場合、ＡＣベースの実施形態では、単一のＡＣポンプが
１００Ｌ／分を出力しなければならない（８０Ｌ／分が流用される）が、ＤＣベースの実
施形態では、ＤＣポンプを２０Ｌ／分出力するレベルまで電力供給すればよい。この配置
は、エネルギー効率が良いだけでなく、機械構成要素を動かすことによって発生する熱や
音を削減する。結果として、設計の絶縁構成要素を減らすか、または除去することが可能
でありうる。

さらに、ＡＣポンプ出力からの流量を流用するバルブ／センサがもはや必要ではないた
め、構成要素の数を減らすことが可能となりうる。構成要素の数を減らすことにより、開
発プロセスおよび認証テストがより簡素となり、商品、開発の両コストを削減することに
なるだろう。さらに、ＤＣベースの制御システムを使用することにより、ＡＣモータおよ
びポンプの電力周波数による影響を受けることがなくなり、これにより、世界中の様々な
送電網が、様々な周波数で電力を供給する（通常は５０Ｈｚまたは６０ Ｈｚのいずれか
）。ＡＣモータまたはポンプに電力供給すると、出力性能は周波数によってわずかに変化
するが、ＤＣモータまたはポンプは周波数に関係なく同じ動作を生成できる。

最後に、ポンプのような典型的なＡＣ構成要素は電源に左右される（ポンプが、２３０
Ｖ送電網に対して１００／１１５Ｖ送電網用の様々なモデルを有する場合がある）が、Ｄ
Ｃポンプであれば、電力変換機が単に入力電圧を１２Ｖに変換してモータに電力供給する
だけであるため、単一の、世界的な設計が可能となる。これは、製造時の在庫管理や経済
の規模において有利にさせ、商品のコストを下げるだろう。また、様々な送電網に対する
各装置の複数のバージョンの開発、認証、文書化が必要でなくなる。

対象開示が好ましい実施形態を参照して示され、記述されてきたが、当業者であれば、
変更および／または修正が、対象開示の範囲から逸脱することなく作成され得ることを容
易に理解するであろう。

対象開示が好ましい実施形態を参照して示され、記述されてきたが、当業者であれば、変更および／または修正が、対象開示の範囲から逸脱することなく作成され得ることを容易に理解するであろう。
例示的には、本発明は以下に示す態様を含む。
（項１）
気密封止されたトロカールの性能範囲を制御するシステムであって、
ａ）ＤＣモータに可変ＤＣ電圧を送達するためのコントローラと、
ｂ）気密封止されたトロカールに操作可能に接続されたポンプを駆動するため、コントローラに操作可能に接続されたＤＣモータと、
ｃ）前記ＤＣモータによって駆動されて、前記気密封止されたトロカールを通して加圧ガスを循環させるポンプと、
ｄ）前記コントローラが、外科手技中に、前記ＤＣモータに送達される前記電圧を変化させ、前記ポンプの前記出力圧力および流量に影響を及ぼすよう、フィードバック制御信号を前記コントローラに提供するために前記ポンプと前記トロカールとの間で圧力および／または流量パラメータを感知するためのセンサと、を備える、システム。
（項２）
ＡＣ入力電圧源と、ＤＣ電圧を前記コントローラに供給するためのＡＣ－ＤＣコンバータと、をさらに備える、項１に記載のシステム。
（項３）
前記外科手技中に患者の体腔へ気密封止されたトロカールを提供するために、前記ポンプに接続された、気密封止されたトロカールをさらに備える、項１に記載のシステム。
（項４）
気密封止されたトロカールの性能範囲を制御するシステムであって、
ａ）少なくとも一つのＤＣモータに可変ＤＣ電圧を送達するためのコントローラと、
ｂ）気密封止されたトロカールに操作可能に接続された少なくとも一つのポンプを駆動するため、コントローラに操作可能に接続された少なくとも一つのＤＣモータと、
ｃ）前記ＤＣモータによって駆動されて、前記気密封止されたトロカールを通して加圧ガスを循環させる少なくとも一つのポンプと、
ｄ）前記コントローラが、外科手技中に、前記少なくとも一つのＤＣモータに送達される前記電圧を変化させ、前記少なくとも一つのポンプの前記出力圧力および流量に影響を及ぼすよう、少なくとも一つのフィードバック制御信号を前記コントローラに提供するために前記ポンプと前記気密封止されたトロカールとの間で圧力および／または流量パラメータを感知するための少なくとも一つのセンサと、を備える、システム。
（項５）
ＡＣ入力電圧源と、ＤＣ電圧を前記コントローラに供給するためのＡＣ－ＤＣコンバータと、をさらに備える、項４に記載のシステム。
（項６）
前記外科手技中に患者の体腔へ気密封止されたトロカールを提供するために、前記少なくとも一つのポンプに接続された、気密封止されたトロカールをさらに備える、項４に記載のシステム。
（項７）
前記少なくとも一つのセンサが、第一のフィードバック制御信号を前記コントローラに提供するよう、前記少なくとも一つのポンプと前記気密封止されたトロカールの入口ポートとの間の正圧および／または流量パラメータを感知する第一のセンサと、第二のフィードバック制御信号を前記コントローラに提供するよう、前記少なくとも一つのポンプと前記気密封止されたトロカールの出口ポートとの間の負圧および／または流量パラメータを感知する第二のセンサとを含む、項４に記載のシステム。
（項８）
前記少なくとも一つのＤＣモータが、前記気密封止されたトロカールに接続された正圧ポンプを駆動させるための第一のＤＣモータと、前記気密封止されたトロカールに接続された負圧ポンプを駆動させるための第二のＤＣモータとを含む、項４に記載のシステム。
（項９）
前記少なくとも一つのセンサが、第一のフィードバック制御信号を前記コントローラに提供するよう、前記正圧ポンプと前記気密封止されたトロカールの入口ポートとの間の正圧および／または流量パラメータを感知する第一のセンサと、第二のフィードバック制御信号を前記コントローラに提供するよう、前記負圧ポンプと前記気密封止されたトロカールの前記出口ポートとの間の負圧および／または流量パラメータを感知する第二のセンサとを含む、項８に記載のシステム。
（項１０）
前記少なくとも一つのポンプが、並列に配置された少なくとも第一および第二のポンプを含み、前記コントローラが、システム要件を満たすよう、前記同一または異なる出力レベルで前記第一および第二のポンプを制御するように適合され、構成された、項４に記載のシステム。
（項１１）
前記少なくとも第一および第二のポンプが、それぞれ第一および第二のＤＣモータによって駆動される、項１０に記載のシステム。
（項１２）
気密封止されたトロカールの性能範囲を制御する方法であって、
ａ）気密封止されたトロカールを通して加圧ガスを循環させるためのポンプを提供することと、
ｂ）ＤＣモータによって前記ポンプを駆動することと、
ｃ）前記ポンプと前記気密封止されたトロカールとの間に流れる、感知された気体のパラメータに基づいて、前記ＤＣモータに送達される前記電圧を制御して、外科手術中の前記ポンプの前記出力圧力および流量に影響を及ぼすことと、を含む、方法。
（項１３）
前記ポンプと前記気密封止されたトロカールとの間に流れる前記気体の圧力および／または流量パラメータを感知することをさらに含む、項１２に記載の方法。
（項１４）
気密封止されたトロカールの性能範囲を制御するシステムであって、
ａ）モータドライバに可変パルスを送達するためのコントローラと、
ｂ）少なくとも一つのステッパモータを駆動するための前記コントローラに操作可能に接続された少なくとも一つのモータドライバと、
ｃ）少なくとも一つのモータドライバによって駆動され、少なくとも一つの正圧ポンプに操作可能に接続された少なくとも一つのステッパモータと、
ｄ）前記気密封止されたトロカールを通して加圧ガスを循環させるための前記少なくとも一つのステッパモータによって駆動される少なくとも一つの正圧ポンプと、
ｅ）前記コントローラが、外科手技中に、前記少なくとも一つのモータドライバに送達される前記電圧を変化させ、前記少なくとも一つの正圧ポンプの前記出力圧力および流量に影響を及ぼすよう、フィードバック制御信号を前記コントローラに提供するために前記少なくとも一つの正圧ポンプと前記トロカールとの間で圧力および／または流量パラメータを感知するための少なくとも一つのセンサと、を備える、システム。
（項１５）
前記外科手技中に患者の体腔へ気密封止されたトロカールを提供するために、前記少なくとも一つの正圧ポンプに接続された、気密封止されたトロカールをさらに備える、項１４に記載のシステム。
（項１６）
前記少なくとも一つのセンサが、第一のフィードバック制御信号を前記コントローラに提供するよう、前記少なくとも一つの正圧ポンプと前記気密封止されたトロカールの入口ポートとの間の正圧および／または流量パラメータを感知する第一のセンサと、第二のフィードバック制御信号を前記コントローラに提供するよう、前記負圧ポンプと前記気密封止されたトロカールの出口ポートとの間の前記少なくとも一つの正圧および／または流量パラメータを感知する第二のセンサとを含む、項１４に記載のシステム。
（項１７）
前記少なくとも一つの正圧ポンプが、並列な関係で配置された少なくとも第一および第二の正圧ポンプを含む、項１６に記載のシステム。
（項１８）
前記コントローラが、パルス発生器に接続され、第一の可変パルスを、前記第一の正圧ポンプに関連付けられた第一のモータドライバおよび第一のステッパモータに送達し、第二の可変パルスを、前記第二の正圧ポンプに関連付けられた第二のモータドライバおよび第二のステッパモータに送達するよう適合され、構成された、項１７に記載のシステム。
（項１９）
前記コントローラが、システム要件を満たすため、前記パルス発生器からの前記可変パルスを前記同一または異なる強度または持続期間で送達するよう適合され、構成された、項１７に記載のシステム。

Claims (19)

1. 気密封止されたトロカールの性能範囲を制御するシステムであって、
   ａ）ＤＣモータに可変ＤＣ電圧を送達するためのコントローラと、
   ｂ）気密封止されたトロカールに操作可能に接続されたポンプを駆動するため、コント
   ローラに操作可能に接続されたＤＣモータと、
   ｃ）前記ＤＣモータによって駆動されて、前記気密封止されたトロカールを通して加圧
   ガスを循環させるポンプと、
   ｄ）前記コントローラが、外科手技中に、前記ＤＣモータに送達される前記電圧を変化
   させ、前記ポンプの前記出力圧力および流量に影響を及ぼすよう、フィードバック制御信
   号を前記コントローラに提供するために前記ポンプと前記トロカールとの間で圧力および
   ／または流量パラメータを感知するためのセンサと、を備える、システム。
2. ＡＣ入力電圧源と、ＤＣ電圧を前記コントローラに供給するためのＡＣ－ＤＣコンバー
   タと、をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記外科手技中に患者の体腔へ気密封止されたトロカールを提供するために、前記ポン
   プに接続された、気密封止されたトロカールをさらに備える、請求項１に記載のシステム
   。
4. 気密封止されたトロカールの性能範囲を制御するシステムであって、
   ａ） 少なくとも一つのＤＣモータに可変ＤＣ電圧を送達するためのコントローラと、
   ｂ） 気密封止されたトロカールに操作可能に接続された少なくとも一つのポンプを駆
   動するため、コントローラに操作可能に接続された少なくとも一つのＤＣモータと、
   ｃ） 前記ＤＣモータによって駆動されて、前記気密封止されたトロカールを通して加
   圧ガスを循環させる少なくとも一つのポンプと、
   ｄ） 前記コントローラが、外科手技中に、前記少なくとも一つのＤＣモータに送達さ
   れる前記電圧を変化させ、前記少なくとも一つのポンプの前記出力圧力および流量に影響
   を及ぼすよう、少なくとも一つのフィードバック制御信号を前記コントローラに提供する
   ために前記ポンプと前記気密封止されたトロカールとの間で圧力および／または流量パラ
   メータを感知するための少なくとも一つのセンサと、を備える、システム。
5. ＡＣ入力電圧源と、ＤＣ電圧を前記コントローラに供給するためのＡＣ－ＤＣコンバー
   タと、をさらに備える、請求項４に記載のシステム。
6. 前記外科手技中に患者の体腔へ気密封止されたトロカールを提供するために、前記少な
   くとも一つのポンプに接続された、気密封止されたトロカールをさらに備える、請求項４
   に記載のシステム。
7. 前記少なくとも一つのセンサが、第一のフィードバック制御信号を前記コントローラに
   提供するよう、前記少なくとも一つのポンプと前記気密封止されたトロカールの入口ポー
   トとの間の正圧および／または流量パラメータを感知する第一のセンサと、第二のフィー
   ドバック制御信号を前記コントローラに提供するよう、前記少なくとも一つのポンプと前
   記気密封止されたトロカールの出口ポートとの間の負圧および／または流量パラメータを
   感知する第二のセンサとを含む、請求項４に記載のシステム。
8. 前記少なくとも一つのＤＣモータが、前記気密封止されたトロカールに接続された正圧
   ポンプを駆動させるための第一のＤＣモータと、前記気密封止されたトロカールに接続さ
   れた負圧ポンプを駆動させるための第二のＤＣモータとを含む、請求項４に記載のシステ
   ム。
9. 前記少なくとも一つのセンサが、第一のフィードバック制御信号を前記コントローラに
   提供するよう、前記正圧ポンプと前記気密封止されたトロカールの入口ポートとの間の正
   圧および／または流量パラメータを感知する第一のセンサと、第二のフィードバック制御
   信号を前記コントローラに提供するよう、前記負圧ポンプと前記気密封止されたトロカー
   ルの前記出口ポートとの間の負圧および／または流量パラメータを感知する第二のセンサ
   とを含む、請求項８に記載のシステム。
10. 前記少なくとも一つのポンプが、並列に配置された少なくとも第一および第二のポンプ
    を含み、前記コントローラが、システム要件を満たすよう、前記同一または異なる出力レ
    ベルで前記第一および第二のポンプを制御するように適合され、構成された、請求項４に
    記載のシステム。
11. 前記少なくとも第一および第二のポンプが、それぞれ第一および第二のＤＣモータによ
    って駆動される、請求項１０に記載のシステム。
12. 気密封止されたトロカールの性能範囲を制御する方法であって、
    ａ）気密封止されたトロカールを通して加圧ガスを循環させるためのポンプを提供する
    ことと、
    ｂ）ＤＣモータによって前記ポンプを駆動することと、
    ｃ）前記ポンプと前記気密封止されたトロカールとの間に流れる、感知された気体のパ
    ラメータに基づいて、前記ＤＣモータに送達される前記電圧を制御して、外科手術中の前
    記ポンプの前記出力圧力および流量に影響を及ぼすことと、を含む、方法。
13. 前記ポンプと前記気密封止されたトロカールとの間に流れる前記気体の圧力および／ま
    たは流量パラメータを感知することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 気密封止されたトロカールの性能範囲を制御するシステムであって、
    ａ）モータドライバに可変パルスを送達するためのコントローラと、
    ｂ）少なくとも一つのステッパモータを駆動するための前記コントローラに操作可能に
    接続された少なくとも一つのモータドライバと、
    ｃ）少なくとも一つのモータドライバによって駆動され、少なくとも一つの正圧ポンプ
    に操作可能に接続された少なくとも一つのステッパモータと、
    ｄ）前記気密封止されたトロカールを通して加圧ガスを循環させるための前記少なくと
    も一つのステッパモータによって駆動される少なくとも一つの正圧ポンプと、
    ｅ）前記コントローラが、外科手技中に、前記少なくとも一つのモータドライバに送達
    される前記電圧を変化させ、前記少なくとも一つの正圧ポンプの前記出力圧力および流量
    に影響を及ぼすよう、フィードバック制御信号を前記コントローラに提供するために前記
    少なくとも一つの正圧ポンプと前記トロカールとの間で圧力および／または流量パラメー
    タを感知するための少なくとも一つのセンサと、を備える、システム。
15. 前記外科手技中に患者の体腔へ気密封止されたトロカールを提供するために、前記少な
    くとも一つの正圧ポンプに接続された、気密封止されたトロカールをさらに備える、請求
    項１４に記載のシステム。
16. 前記少なくとも一つのセンサが、第一のフィードバック制御信号を前記コントローラに
    提供するよう、前記少なくとも一つの正圧ポンプと前記気密封止されたトロカールの入口
    ポートとの間の正圧および／または流量パラメータを感知する第一のセンサと、第二のフ
    ィードバック制御信号を前記コントローラに提供するよう、前記負圧ポンプと前記気密封
    止されたトロカールの出口ポートとの間の前記少なくとも一つの正圧および／または流量
    パラメータを感知する第二のセンサとを含む、請求項１４に記載のシステム。
17. 前記少なくとも一つの正圧ポンプが、並列な関係で配置された少なくとも第一および第
    二の正圧ポンプを含む、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記コントローラが、パルス発生器に接続され、第一の可変パルスを、前記第一の正圧
    ポンプに関連付けられた第一のモータドライバおよび第一のステッパモータに送達し、第
    二の可変パルスを、前記第二の正圧ポンプに関連付けられた第二のモータドライバおよび
    第二のステッパモータに送達するよう適合され、構成された、請求項１７に記載のシステ
    ム。
19. 前記コントローラが、システム要件を満たすため、前記パルス発生器からの前記可変パ
    ルスを前記同一または異なる強度または持続期間で送達するよう適合され、構成された、
    請求項１７に記載のシステム。

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