JP2023065479A - 関節運動角度に基づく外科用ステープル留め及び切断器具のモータ速度の制御 - Google Patents

関節運動角度に基づく外科用ステープル留め及び切断器具のモータ速度の制御 Download PDF

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Abstract

Figure 2023065479000001
【課題】様々な状況において、組織をステープル留め及び切断するために設計された、外科用ステープル留め及び切断器具並びにそれらのステープルカートリッジを含めた電動式外科用器具を提供する。
【解決手段】外科用器具１０は、エンドエフェクタ３００の動きを制御するように構成された制御回路を含む。エンドエフェクタ３００が所定の所望の位置の外側に移動した場合、制御回路は、モータの通電状態を起動して、エンドエフェクタ３００を所望の位置に戻すことができる。エンドエフェクタ３００が所望の位置にあるとき、制御回路は、モータの通電解除状態に係合し、電磁ロックに係合する。
【選択図】図１

Description

本開示は、外科用器具に関し、また様々な状況において、組織をステープル留め及び切断するために設計された、外科用ステープル留め及び切断器具並びにそれらのステープルカートリッジに関する。
電動式外科用ステープル留め及び切断器具では、切断部材の速度を制御するか、又はエンドエフェクタの関節運動速度を制御することが有用であり得る。変位部材の速度は、変位部材の所定の位置間隔で経過時間を測定するか、又は所定の時間間隔で変位部材の位置を測定することによって決定することができる。制御は、開ループ又は閉ループであってもよい。このような測定は、組織厚さなどの組織状態を評価し、組織状態を考慮するように発射ストローク中の切断部材の速度を調節するのに有用であり得る。組織厚さは、切断部材の予測される速度を切断部材の実際の速度と比較することによって決定され得る。いくつかの状況では、エンドエフェクタを一定の関節運動速度で関節運動させることが有用であり得る。他の状況では、エンドエフェクタのスイープ範囲内の１つ以上の領域において、デフォルトの関節運動速度とは異なる関節運動速度でエンドエフェクタを駆動することが有用であり得る。
電動式外科用ステープル留め及び切断器具の使用中、エンドエフェクタが関節運動し、更に不必要に関節運動し得る可能性がある。したがって、エンドエフェクタが関節運動していないが、エンドエフェクタの顎部が開放され、モータを関節運動部材に同期させるときに、動的ブレーキを生成して保持するための保持荷重を提供することが望ましい場合がある。
一態様では、外科用器具が提供される。外科用器具は、エンドエフェクタと、関節継手と、関節運動部材と、を含み得る。関節運動部材は、近位位置から遠位位置までの距離をエンドエフェクタに対して並進可能であってよく、関節運動部材の並進によって関節継手が関節運動する。外科用器具はまた、近位位置から遠位位置までの距離に沿って関節運動部材を並進させるように動作可能なモータを含んでもよい。モータは、通電状態及び通電解除状態を含んでもよい。外科用器具は、モータに連結された制御回路と、制御回路に連結された位置センサと、を更に含んでもよい。位置センサは、距離の少なくとも一部分に沿って関節運動部材の位置を検出するように構成されてもよい。制御回路は、関節運動部材の関節運動位置を示す位置センサからの位置入力を受信するように構成されてもよい。制御回路はまた、関節運動部材の関節運動位置に対応する所定の所望の位置を特定してもよい。制御回路は、所望の位置に対応しない関節運動部材の現在位置に応じて、モータの制御動作を更に決定してもよい。制御回路は、現在位置が所望の位置に対応するときに関節運動部材の動きを制御することができ、関節運動部材の動きを制御することは、モータを通電解除状態にすることを含む。
別の態様では、外科用器具は、エンドエフェクタと、回転可能なシャフトアセンブリと、を含み得る。回転可能なシャフトアセンブリは、長手方向軸を中心に回転するように構成されてもよい。回転可能なシャフトアセンブリは、回転位置センサと、ギヤアセンブリと、を含み得る。回転位置センサは、長手方向軸の周りの回転可能なシャフトアセンブリの回転を監視するように構成されてもよい。外科用器具は、回転可能なシャフトアセンブリのギヤアセンブリに動作可能に接続されたモータを更に含んでもよい。モータは、ギヤアセンブリを回転させる回転力を印加するように構成されてもよい。ギヤアセンブリの回転は、回転可能なシャフトアセンブリを長手方向軸の周りで回転させる。外科用器具は、モータに連結された制御回路を更に含んでもよい。制御回路は、回転位置センサからの信号に基づいて回転可能なシャフトアセンブリの回転位置を監視するように構成されてもよい。制御回路はまた、回転可能なシャフトアセンブリの回転位置に対応する所定の所望の位置を特定してもよい。制御回路は、所望の位置に対応しない回転可能なシャフトアセンブリの現在位置に応じて、モータの制御動作を更に決定してもよい。制御回路はまた、現在位置が所望の位置に対応するときに回転可能なシャフトアセンブリの回転を制御することもでき、回転可能なシャフトアセンブリの回転を制御することは、モータを通電解除状態にすることを含んでもよい。
別の態様では、外科用器具は、長手方向シャフトアセンブリを含んでもよい。長手方向シャフトアセンブリは、長手方向軸に沿って延在する回転可能なシャフト部分を含んでもよい。長手方向シャフトアセンブリは、駆動ギヤと、関節継手と、を更に備えてもよい。駆動ギヤは、回転可能なシャフト部分を長手方向軸の周りで回転させるように構成されてもよい。関節継手は、関節運動ギヤを含んでもよい。外科用器具は、駆動アセンブリを更に含み得る。駆動アセンブリは、モータと、制御回路と、駆動部材と、を含み得る。モータは、駆動出力部を含んでもよい。制御回路は、モータを制御するように構成されてもよい。駆動部材は、駆動出力部に動作可能に接続されてもよい。制御回路が回転状態にあるとき、駆動部材は、回転可能なシャフト部分の駆動ギヤに動作可能に接続される。制御回路が関節運動状態にあるとき、駆動部材は、関節継手の関節運動ギヤに動作可能に接続される。外科用器具は、電源を更に含み得る。モータは、通電状態及び通電解除状態を含んでもよい。モータが通電状態にあるとき、制御回路は、直列回路構成で電源をモータに供給する。制御回路が非係合状態にあるとき、制御回路は、電源をモータから切断する。
本発明の１つ以上の実施形態の詳細は、添付の図面及び下記の記載で述べられる。他の特徴及び利点は、明細書、図面、及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
本明細書に記載される態様の新規特徴は、添付の「特許請求の範囲」に具体的に記載される。しかし、これらの態様は、構成及び操作の方法のいずれに関しても、以下の説明文を添付の図面と共に参照することによってより深い理解を得ることができる。
本開示の一態様による、動作可能に結合された交換式シャフトアセンブリを有する、外科用器具の斜視図である。 本開示の一態様による、図１の外科用器具の一部の分解組立図である。 本開示の一態様による、交換式シャフトアセンブリの一部の分解組立図である。 本開示の一態様による、図１の外科用器具のエンドエフェクタの分解組立図である。 本開示の一態様による、２枚の図面にわたる図１の外科用器具の制御回路のブロック図である。 本開示の一態様による、２枚の図面にわたる図１の外科用器具の制御回路のブロック図である。 本開示の一態様による、ハンドルアセンブリ、電源アセンブリ、及びハンドルアセンブリと交換式シャフトアセンブリとの間のインターフェースを示す、図１の外科用器具の制御回路のブロック図である。 本開示の一態様による、図１の外科用器具の態様を制御するように構成された制御回路を示す。 本開示の一態様による、図１の外科用器具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。 本開示の一態様による、図１の外科用器具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。 絶対位置決めシステムが、本開示の一態様によるセンサ装置を備える制御モータ駆動回路装置を備える、図１の外科用器具の絶対位置決めシステムの図である。 本開示の一態様による、制御回路基板アセンブリ及びセンサ装置の各要素の相対的な整合を示す、絶対位置決めシステム用のセンサ装置の分解斜視図である。 本開示の一態様による、磁気回転絶対位置決めシステムを備える位置センサの図である。 本開示の一態様による、エンドエフェクタ内に把持された組織に対する発射部材のストロークを示す、図１の外科用器具のエンドエフェクタの断面図である。 本開示の一態様による、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。 本開示の一態様によって実行される、２つの例示的な変位部材ストロークをプロットした図を示す。 本開示の一態様による、明確にするためにその一部分が省略された、非関節運動方向にある細長いシャフトアセンブリを示す、外科用器具のエンドエフェクタの一部分の部分斜視図である。 本開示の一態様による、非関節運動方向にある細長いシャフトアセンブリを示す、図１６のエンドエフェクタの別の斜視図である。 本開示の一態様による、細長いシャフトアセンブリ態様を示す、図１６のエンドエフェクタの分解組立斜視図である。 本開示の一態様による、非関節運動方向にある細長いシャフトアセンブリを示す、図１６のエンドエフェクタの上面図である。 本開示の一態様による、第１の関節運動方向にある細長いシャフトアセンブリを示す、図１６のエンドエフェクタの別の上面図である。 本開示の一態様による、第２の関節運動方向にある細長いシャフトアセンブリを示す、図１６のエンドエフェクタの別の上面図である。 本開示の一態様による、外科用器具のエンドエフェクタを関節運動させるための関節運動機構の例を示す。 本開示の一態様による、エンドエフェクタの関節運動角度の関数としての発射ロッド角度及びモータデューティサイクルのグラフである。 本開示の一態様による、エンドエフェクタのシャフト回転の関数としてのモータデューティサイクルのグラフである。 本開示の一態様による、外科用器具のモータシステムの回路構成を示す回路図である。 本開示の一態様による、外科用器具のエンドエフェクタを関節運動させるための関節運動機構の例を示す。 本開示の一態様による、動的関節運動制御プログラムを表す制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図である。 本開示の一態様による、動的回転制御プログラムを表す制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図である。 本開示の一態様による、受動関節運動制御プログラムを表す制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図である。 本開示の一態様による、受動回転制御プログラムを表す制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図である。
本出願の出願人は、本出願と同時に出願された以下の特許出願を所有しており、これらの各々は、参照によりそれぞれの全体が本明細書に組み込まれる。
代理人整理番号ＥＮＤ８１９１ＵＳＮＰ／１７００５４、２０１７年６月２０日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶ ｅｔ ａｌ．による「ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＭＯＴＯＲ ＶＥＬＯＣＩＴＹ ＯＦ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＴＡＰＬＩＮＧ ＡＮＤ ＣＵＴＴＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＡＮＧＬＥ ＯＦ ＡＲＴＩＣＵＬＡＴＩＯＮ」。
代理人整理番号ＥＮＤ８１９２ＵＳＮＰ／１７００５５、２０１７年６月２０日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶ ｅｔ ａｌ．による「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＤＵＲＡＴＩＯＮ ＴＲＩＧＧＥＲ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴ」。
代理人整理番号ＥＮＤ８１９３ＵＳＮＰ／１７００５６、２０１７年６月２０日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶ ｅｔ ａｌ．による「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＤＩＳＰＬＡＣＥＭＥＮＴ ＭＥＭＢＥＲ ＭＯＴＩＯＮ ＯＦ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＴＡＰＬＩＮＧ ＡＮＤ ＣＵＴＴＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」。
代理人整理番号ＥＮＤ８１９４ＵＳＮＰ／１７００５７、２０１７年６月２０日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶ ｅｔ ａｌ．による「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＭＯＴＯＲ ＶＥＬＯＣＩＴＹ ＯＦ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＴＡＰＬＩＮＧ ＡＮＤ ＣＵＴＴＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＡＣＣＯＲＤＩＮＧ ＴＯ ＡＲＴＩＣＵＬＡＴＩＯＮ ＡＮＧＬＥ ＯＦ ＥＮＤ ＥＦＦＥＣＴＯＲ」。
代理人整理番号ＥＮＤ８１９５ＵＳＮＰ／１７００５８、２０１７年６月２０日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶ ｅｔ ａｌ．による「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＭＯＴＯＲ ＶＥＬＯＣＩＴＹ ＯＦ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＴＡＰＬＩＮＧ ＡＮＤ ＣＵＴＴＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」。
代理人整理番号ＥＮＤ８１９６ＵＳＮＰ／１７００５９、２０１７年６月２０日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶ ｅｔ ａｌ．による「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＨＡＶＩＮＧ ＣＯＮＴＲＯＬＬＡＢＬＥ ＡＲＴＩＣＵＬＡＴＩＯＮ ＶＥＬＯＣＩＴＹ」。
代理人整理番号ＥＮＤ８１９７ＵＳＮＰ／１７００６０、２０１７年６月２０日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶ ｅｔ ａｌ．による「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＶＥＬＯＣＩＴＹ ＯＦ Ａ ＤＩＳＰＬＡＣＥＭＥＮＴ ＭＥＭＢＥＲ ＯＦ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＴＡＰＬＩＮＧ ＡＮＤ ＣＵＴＴＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」。
代理人整理番号ＥＮＤ８１９８ＵＳＮＰ／１７００６１、２０１７年６月２０日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶ ｅｔ ａｌ．による「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＤＩＳＰＬＡＣＥＭＥＮＴ ＭＥＭＢＥＲ ＶＥＬＯＣＩＴＹ ＦＯＲ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」。
代理人整理番号ＥＮＤ８１９９ＵＳＮＰ／１７００６２Ｍ、２０１７年６月２０日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶ ｅｔ ａｌ．による「ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ＦＯＲ ＡＤＡＰＴＩＶＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＭＯＴＯＲ ＶＥＬＯＣＩＴＹ ＯＦ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＴＡＰＬＩＮＧ ＡＮＤ ＣＵＴＴＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」。
代理人整理番号ＥＮＤ８２７５ＵＳＮＰ／１７０１８５Ｍ、２０１７年６月２０日出願の発明者Ｒａｙｍｏｎｄ Ｅ．Ｐａｒｆｅｔｔ ｅｔ ａｌ．による「ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ＦＯＲ ＣＬＯＳＥＤ ＬＯＯＰ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＭＯＴＯＲ ＶＥＬＯＣＩＴＹ ＯＦ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＴＡＰＬＩＮＧ ＡＮＤ ＣＵＴＴＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」。
代理人整理番号ＥＮＤ８２６８ＵＳＮＰ／１７０１８６、２０１７年６月２０日出願の発明者Ｒａｙｍｏｎｄ Ｅ．Ｐａｒｆｅｔｔ ｅｔ ａｌ．による「ＣＬＯＳＥＤ ＬＯＯＰ ＦＥＥＤＢＡＣＫ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＭＯＴＯＲ ＶＥＬＯＣＩＴＹ ＯＦ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＴＡＰＬＩＮＧ ＡＮＤ ＣＵＴＴＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＭＡＧＮＩＴＵＤＥ ＯＦ ＶＥＬＯＣＩＴＹ ＥＲＲＯＲ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＳ」。
代理人整理番号ＥＮＤ８２７６ＵＳＮＰ／１７０１８７、２０１７年６月２０日出願の発明者Ｊａｓｏｎ Ｌ．Ｈａｒｒｉｓ ｅｔ ａｌ．による「ＣＬＯＳＥＤ ＬＯＯＰ ＦＥＥＤＢＡＣＫ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＭＯＴＯＲ ＶＥＬＯＣＩＴＹ ＯＦ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＴＡＰＬＩＮＧ ＡＮＤ ＣＵＴＴＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＭＥＡＳＵＲＥＤ ＴＩＭＥ ＯＶＥＲ Ａ ＳＰＥＣＩＦＩＥＤ ＤＩＳＰＬＡＣＥＭＥＮＴ ＤＩＳＴＡＮＣＥ」。
代理人整理番号ＥＮＤ８２６６ＵＳＮＰ／１７０１８８、２０１７年６月２０日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶ ｅｔ ａｌ．による「ＣＬＯＳＥＤ ＬＯＯＰ ＦＥＥＤＢＡＣＫ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＭＯＴＯＲ ＶＥＬＯＣＩＴＹ ＯＦ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＴＡＰＬＩＮＧ ＡＮＤ ＣＵＴＴＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＭＥＡＳＵＲＥＤ ＤＩＳＰＬＡＣＥＭＥＮＴ ＤＩＳＴＡＮＣＥ ＴＲＡＶＥＬＥＤ ＯＶＥＲ Ａ ＳＰＥＣＩＦＩＥＤ ＴＩＭＥ ＩＮＴＥＲＶＡＬ」。
代理人整理番号ＥＮＤ８２６７ＵＳＮＰ／１７０１８９、２０１７年６月２０日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶ ｅｔ ａｌ．による「ＣＬＯＳＥＤ ＬＯＯＰ ＦＥＥＤＢＡＣＫ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＭＯＴＯＲ ＶＥＬＯＣＩＴＹ ＯＦ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＴＡＰＬＩＮＧ ＡＮＤ ＣＵＴＴＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＭＥＡＳＵＲＥＤ ＴＩＭＥ ＯＶＥＲ Ａ ＳＰＥＣＩＦＩＥＤ ＮＵＭＢＥＲ ＯＦ ＳＨＡＦＴ ＲＯＴＡＴＩＯＮＳ」。
代理人整理番号ＥＮＤ８２６９ＵＳＮＰ／１７０１９０、２０１７年６月２０日出願の発明者Ｊａｓｏｎ Ｌ．Ｈａｒｒｉｓ ｅｔ ａｌ．による「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＤＩＳＰＬＡＹＩＮＧ ＭＯＴＯＲ ＶＥＬＯＣＩＴＹ ＦＯＲ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」。
代理人整理番号ＥＮＤ８２７０ＵＳＮＰ／１７０１９１、２０１７年６月２０日出願の発明者Ｊａｓｏｎ Ｌ．Ｈａｒｒｉｓ ｅｔ ａｌ．による「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＭＯＴＯＲ ＳＰＥＥＤ ＡＣＣＯＲＤＩＮＧ ＴＯ ＵＳＥＲ ＩＮＰＵＴ ＦＯＲ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」。
代理人整理番号ＥＮＤ８２７１ＵＳＮＰ／１７０１９２、２０１７年６月２０日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶ ｅｔ ａｌ．による「ＣＬＯＳＥＤ ＬＯＯＰ ＦＥＥＤＢＡＣＫ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＭＯＴＯＲ ＶＥＬＯＣＩＴＹ ＯＦ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＴＡＰＬＩＮＧ ＡＮＤ ＣＵＴＴＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＳ」。
代理人整理番号ＥＮＤ８２７４ＵＳＤＰ／１７０１９３Ｄ、２０１７年６月２０日出願の発明者Ｊａｓｏｎ Ｌ．Ｈａｒｒｉｓ ｅｔ ａｌ．による「ＧＲＡＰＨＩＣＡＬ ＵＳＥＲ ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ ＦＯＲ Ａ ＤＩＳＰＬＡＹ ＯＲ ＰＯＲＴＩＯＮ ＴＨＥＲＥＯＦ」。
代理人整理番号ＥＮＤ８２７３ＵＳＤＰ／１７０１９４Ｄ、２０１７年６月２０日出願の発明者Ｊａｓｏｎ Ｌ．Ｈａｒｒｉｓ ｅｔ ａｌ．による「ＧＲＡＰＨＩＣＡＬ ＵＳＥＲ ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ ＦＯＲ Ａ ＤＩＳＰＬＡＹ ＯＲ ＰＯＲＴＩＯＮ ＴＨＥＲＥＯＦ」。
代理人整理番号ＥＮＤ８２７２ＵＳＤＰ／１７０１９５Ｄ、２０１７年６月２０日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶ ｅｔ ａｌ．による「ＧＲＡＰＨＩＣＡＬ ＵＳＥＲ ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ ＦＯＲ Ａ ＤＩＳＰＬＡＹ ＯＲ ＰＯＲＴＩＯＮ ＴＨＥＲＥＯＦ」。
開示される装置及び方法の構造、機能、製造、及び使用の理解を提供するために、特定の態様が示され、説明される。一例で示される又は説明される特徴は、他の例の特徴と組み合わされてもよく、修正及び変形は、本開示の範囲内である。
用語「近位」及び「遠位」は、外科用器具のハンドルを操作する臨床医に対して、「近位」は臨床医に近い部分を指し、「遠位」は、臨床医から遠くに位置する部分を指す。外科用器具は多くの向き及び位置で使用され得るため、便宜上、図面に関して使用される「垂直」、「水平」、「上」、及び「下」といった空間的用語は、限定及び／又は絶対的であることを意図するものではない。
腹腔鏡下及び低侵襲性の外科的処置を行うため、例示的な装置及び方法が提供されている。しかしながら、そのような装置及び方法は、例えば、観血的手術を含む他の外科的処置及び用途に使用することができる。外科用器具は、自然開口部を通して、又は組織内に形成された切開若しくは穿刺穴を通して挿入することができる。これらの器具の作用部分すなわちエンドエフェクタ部分は、体内に直接、又は、外科用器具のエンドエフェクタ及び細長いシャフトを進めることが可能な作用通路を有するアクセスデバイスを通して、挿入することができる。
図１～図４は、再使用されてもされなくてもよい、切断及び締結用のモータ駆動の外科用器具１０を示す。図示の例では、外科用器具１０は、臨床医が把持し、操作し、作動させるように構成されているハンドルアセンブリ１４を備えるハウジング１２を含む。ハウジング１２は、１つ以上の外科的タスク又は処置を行うように構成されている外科用エンドエフェクタ３００が動作可能に結合されている、交換式シャフトアセンブリ２００に動作可能に取り付けるように構成されている。本開示によれば、様々な形態の交換式シャフトアセンブリが、ロボット制御された外科用システムと接続して効果的に使用され得る。「ハウジング」という用語は、交換式シャフトアセンブリを作動させるために利用できる少なくとも１つの制御運動を生成及び加えるように構成された少なくとも１つの駆動システムを収容するか、ないしは別様に支持するロボットシステムのハウジング又は類似の部分を包含することができる。「フレーム」という用語は、手持ち式外科用器具の一部分を指してもよい。「フレーム」という用語はまた、ロボット制御式の外科用器具の一部分、及び／又は外科用器具を動作可能に制御するために使用され得るロボットシステムの一部分を表す場合もある。交換式シャフトアセンブリは、全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第９，０７２，５３５号、発明の名称「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＴＡＰＬＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ ＷＩＴＨ ＲＯＴＡＴＡＢＬＥ ＳＴＡＰＬＥ ＤＥＰＬＯＹＭＥＮＴ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ」に開示されている様々なロボットシステム、器具、構成要素、及び方法と共に用いられてもよい。
図１は、本開示の一態様による、動作可能に結合された交換式シャフトアセンブリ２００を有する、外科用器具１０の斜視図である。ハウジング１２は、外科用ステープルカートリッジ３０４を中で動作可能に支持するように構成されている、外科用切断及び締結デバイスを含む、エンドエフェクタ３００を備える。ハウジング１２は、様々な大きさ及びタイプのステープルカートリッジを支持するように適合されたエンドエフェクタを含み、様々なシャフト長さ、大きさ、及びタイプを有する、交換式シャフトアセンブリと接続して使用するために、構成されてよい。ハウジング１２は、高周波（ＲＦ）エネルギー、超音波エネルギー及び／又はモーションなどの他のモーション及び形態のエネルギーを、様々な外科用途及び処置と関連させて用いられるように適合されたエンドエフェクタ装置に印加するように構成されたアセンブリなどの、様々な交換式シャフトアセンブリと共に効果的に用いられてよい。エンドエフェクタ、シャフトアセンブリ、ハンドル、外科用器具、及び／又は外科用器具システムは、任意の好適な締結具を利用して組織を締結することができる。例えば、中に着脱可能に格納された複数の締結具を備える締結具カートリッジが、シャフトアセンブリのエンドエフェクタに着脱可能に挿入及び／又は装着され得る。
ハンドルアセンブリ１４は、ねじ、スナップ機構、接着剤などで相互連結される１対の交換式ハンドルハウジングセグメント１６及び１８を備えてよい。ハンドルハウジングセグメント１６、１８は、一体となって、臨床医に把持及び操作され得るピストルグリップ部分１９を形成する。ハンドルアセンブリ１４は、複数の駆動システムを動作可能に支持し、それら駆動システムは、ハンドルアセンブリに動作可能に取り付けられた交換式シャフトアセンブリの対応部分に、制御運動を生成及び適用するように構成されている。ディスプレイはカバー４５の下に提供されてもよい。
図２は、本開示の一態様による、図１の外科用器具１０の一部の分解組立図である。ハンドルアセンブリ１４は、複数の駆動システムを動作可能に支持するフレーム２０を含んでもよい。フレーム２０は、交換式シャフトアセンブリ２００に閉鎖運動及び開放運動を加えることができる「第１の」つまり「閉鎖駆動システム３０」を動作可能に支持することができる。閉鎖駆動システム３０は、フレーム２０によって枢動可能に支持される閉鎖トリガ３２などのアクチュエータを含んでもよい。閉鎖トリガ３２は、枢動ピン３３によってハンドルアセンブリ１４に枢動可能に連結され、閉鎖トリガ３２が臨床医によって操作されることを可能にする。臨床医がハンドルアセンブリ１４のピストルグリップ部分１９を把持するとき、閉鎖トリガ３２は、開始つまり「非作動」位置から「作動」位置へ、より具体的には完全圧縮位置又は完全作動位置へと枢動できる。
ハンドルアセンブリ１４及びフレーム２０は、発射駆動システム８０を動作可能に支持でき、この発射駆動システムは、ハンドルアセンブリに取り付けられた交換式シャフトアセンブリの対応部分に発射運動を加えるように構成されている。発射駆動システム８０は、ハンドルアセンブリ１４のピストルグリップ部分１９に設置された電動モータ８２を用いてもよい。電動モータ８２は、例えば約２５，０００ＲＰＭの最大回転速度を有するブラシ付きＤＣモータであってよい。その他の構成では、モータとしては、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、又はその他の任意の好適な電気モータを挙げてもよい。電動モータ８２は、取り外し可能なパワーパック９２を備え得る、電源９０によって給電されてよい。パワーパック９２は、遠位ハウジング部分９６に装着するように構成された、近位ハウジング部分９４を備えてもよい。近位ハウジング部分９４及び遠位ハウジング部分９６は、複数の電池９８を中に動作可能に支持するように構成されている。電池９８はそれぞれ、例えば、リチウムイオン（ＬＩ）又は他の好適な電池を含んでもよい。遠位ハウジング部分９６は、電動モータ８２に動作可能に結合されている、制御回路基板１００に取り外し可能かつ動作可能に取り付けられるために構成されている。直列に接続されたいくつかの電池９８は、外科用器具１０に電力を供給することができる。電源９０は、交換可能及び／又は再充電可能であってもよい。カバー４５の下方に位置するディスプレイ４３は、制御回路基板１００に電気的に結合されている。ディスプレイ４３が現れるように、カバー４５を取り外しできる。
電動モータ８２は、回転可能なシャフト（図示せず）を備えてもよく、この回転可能なシャフトは、長手方向に移動可能な駆動部材１２０上の駆動歯１２２の組又はラックとの噛合い係合をなして取り付けられるギヤ減速機アセンブリ８４と動作可能にインターフェースをとる。長手方向に移動可能な駆動部材１２０は、ギヤ減速機アセンブリ８４の対応する駆動ギヤ８６と噛合い係合するために、その上に形成された駆動歯１２２のラックを有する。
使用の際、電源９０によって提供される電圧極性によって電気モータ８２を時計方向に動作させることができるが、電池によって電気モータに印加される電圧極性は、電気モータ８２を反時計方向に動作させるために反転させることができる。電動モータ８２が一方向に回転されると、長手方向に移動可能な駆動部材１２０は、遠位方向「ＤＤ」に軸方向駆動されることになる。電動モータ８２が反対の回転方向に駆動されると、長手方向に移動可能な駆動部材１２０は、近位方向「ＰＤ」に軸方向駆動されることになる。ハンドルアセンブリ１４は、電源９０によって電動モータ８２に付与される極性を反転させるように構成され得るスイッチを含むことができる。ハンドルアセンブリ１４は、長手方向に移動可能な駆動部材１２０の位置及び／又は長手方向に移動可能な駆動部材１２０が移動している方向を検出するように構成されたセンサを備えてよい。
電動モータ８２の作動は、ハンドルアセンブリ１４上に枢動可能に支持される発射トリガ１３０によって制御され得る。発射トリガ１３０は、非作動位置と作動位置との間で枢動させられてもよい。
図１に戻ると、交換式シャフトアセンブリ２００は、外科用ステープルカートリッジ３０４を中で動作可能に支持するように構成されている細長いチャネル３０２を備える、エンドエフェクタ３００を含む。エンドエフェクタ３００は、細長いチャネル３０２に対して枢動可能に支持されるアンビル３０６を含んでもよい。交換式シャフトアセンブリ２００は、関節継手２７０を備えてよい。エンドエフェクタ３００及び関節継手２７０の構造と動作は、米国特許出願公開第２０１４／０２６３５４１号、発明の名称「ＡＲＴＩＣＵＬＡＴＡＢＬＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＣＯＭＰＲＩＳＩＮＧ ＡＮ ＡＲＴＩＣＵＬＡＴＩＯＮ ＬＯＣＫ」に説明されおり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。交換式シャフトアセンブリ２００は、ノズル部分２０２、２０３で構成される近位ハウジング又はノズル２０１を含んでよい。交換式シャフトアセンブリ２００は、エンドエフェクタ３００のアンビル３０６を開閉するために利用することができる、シャフト軸ＳＡに沿って延在する閉鎖管２６０を含んでよい。
図１に戻ると、閉鎖管２６０は、例えば、前述の参考文献米国特許出願公開第２０１４／０２６３５４１号に記載されている方法で閉鎖トリガ３２の作動に応答して、アンビル３０６を閉鎖するために遠位方向（方向「ＤＤ」）に並進される。アンビル３０６は、閉鎖管２６０を近位に並進させることによって開放される。アンビル開放位置において、閉鎖管２６０は、その近位位置へと移動させられる。
図３は、本開示の一態様による、交換式シャフトアセンブリ２００の一部の別の分解組立図である。交換式シャフトアセンブリ２００は、スパイン２１０内で軸方向移動するように支持される発射部材２２０を含んでよい。発射部材２２０は、遠位側切断部分、つまりナイフバー２８０に取り付けるように構成されている中間発射シャフト２２２を含む。発射部材２２０は、「第２のシャフト」又は「第２のシャフトアセンブリ」と呼ばれることもある。中間発射シャフト２２２は、その遠位端に、ナイフバー２８０の近位端２８２にあるタブ２８４を受け入れるように構成されている、長手方向スロット２２３を含んでもよい。長手方向スロット２２３及び近位端部２８２は、それらの間の相対運動を可能にするように構成することができ、かつスリップ継手２８６を備えることができる。スリップ継手２８６は、ナイフバー２８０を移動させずに、又は少なくとも実質的に移動させずに、発射部材２２０の中間発射シャフト２２２が、関節継手２７０を中心としたエンドエフェクタ３００の関節運動させることを可能にすることができる。エンドエフェクタ３００が好適に方向付けられた後は、ナイフバー２８０を進め、チャネル３０２内に位置するステープルカートリッジを発射するため、長手方向スロット２２３の近位側の側壁がタブ２８４に接触するまで、中間発射シャフト２２２を遠位側に進めることができる。スパイン２１０は細長い開口部、つまり窓２１３を有して、スパイン２１０への中間発射シャフト２２２の組み付け及び挿入を容易にしている。中間発射シャフト２２２が挿入されると、頂部フレームセグメント２１５がシャフトフレーム２１２と係合されて、中間発射シャフト２２２及びナイフバー２８０を中に封入してもよい。発射部材２２０の動作に関しては、米国特許出願公開第２０１４／０２６３５４１号に見出すことができる。スパイン２１０は、発射部材２２０と、スパイン２１０の周りに延在する閉鎖管２６０とを摺動可能に支持するように構成することができる。スパイン２１０は、関節運動ドライバ２３０を摺動可能に支持できる。
交換式シャフトアセンブリ２００は、関節運動ドライバ２３０を発射部材２２０に選択的かつ解除可能に結合するように構成されている、クラッチアセンブリ４００を含むことができる。クラッチアセンブリ４００は、発射部材２２０の周りに位置付けられるロックカラー、つまりロックスリーブ４０２を含み、ロックスリーブ４０２は、ロックスリーブ４０２が関節運動ドライバ２３０を発射部材２２０に結合する係合位置と、関節運動ドライバ２３０が発射部材２２０に動作可能に結合されない係合解除位置との間で回転され得る。ロックスリーブ４０２がその係合位置にあるとき、発射部材２２０の遠位方向移動によって、関節運動ドライバ２３０を遠位側に移動させることができ、それに対応して、発射部材２２０の近位方向移動によって、関節運動ドライバ２３０を近位側に移動させることができる。ロックスリーブ４０２がその係合解除位置にあるとき、発射部材２２０の移動は、関節運動ドライバ２３０に伝達されず、その結果、発射部材２２０は、関節運動ドライバ２３０とは独立して移動することができる。ノズル２０１は、米国特許出願公開第２０１４／０２６３５４１号に記載されている様々な方式で、関節駆動システムと発射駆動システムとを動作可能に係合及び係合解除するために用いることができる。
交換式シャフトアセンブリ２００は、例えば、エンドエフェクタ３００との間で電力を伝導し、かつ／又はエンドエフェクタ３００との間で信号を通信するように構成することができる、スリップリングアセンブリ６００を備えることができる。スリップリングアセンブリ６００は、近位コネクタフランジ６０４と、ノズル部分２０２、２０３に画定されたスロット内に位置付けられる遠位コネクタフランジ６０１とを備えることができる。近位コネクタフランジ６０４は第１の面を備えることができ、遠位コネクタフランジ６０１は、第１の面に隣接して位置付けられ、かつ第１の面に対して移動可能である第２の面を備えることができる。遠位コネクタフランジ６０１は、シャフト軸ＳＡ－ＳＡを中心にして、近位コネクタフランジ６０４に対して回転することができる（図１）。近位コネクタフランジ６０４は、その第１の面に画定される、複数の同心の、又は少なくとも実質的に同心の導体６０２を備えることができる。コネクタ６０７は、遠位コネクタフランジ６０１の近位側に装着することができ、複数の接点を有してもよく、各接点は、導体６０２のうち１つに対応してそれと電気的に接触する。かかる構成により、近位コネクタフランジ６０４と遠位コネクタフランジ６０１とが、それらの間の電気的接触を維持したまま相対回転することが可能になる。近位コネクタフランジ６０４は、例えば、シャフト回路基板と信号連通して導体６０２を配置することができる、電気コネクタ６０６を含むことができる。少なくとも一事例では、複数の伝導体を含むワイヤハーネスが、電気コネクタ６０６とシャフト回路基板との間に延在し得る。電気コネクタ６０６は、シャーシ取り付けフランジに画定されたコネクタ開口部を通って近位に延在してもよい。米国特許出願公開第２０１４／０２６３５５１号、発明の名称「ＳＴＡＰＬＥ ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ ＴＩＳＳＵＥ ＴＨＩＣＫＮＥＳＳ ＳＥＮＳＯＲ ＳＹＳＴＥＭ」は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。米国特許出願公開第２０１４／０２６３５５２号、発明の名称「ＳＴＡＰＬＥ ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ ＴＩＳＳＵＥ ＴＨＩＣＫＮＥＳＳ ＳＥＮＳＯＲ ＳＹＳＴＥＭ」は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。スリップリングアセンブリ６００に関する更なる詳細は、米国特許出願公開第２０１４／０２６３５４１号に見出すことができる。
交換式シャフトアセンブリ２００は、ハンドルアセンブリ１４に固定可能に取り付けられる近位部分と、長手方向軸を中心に回転可能である遠位部分とを含み得る。回転可能な遠位シャフト部分は、スリップリングアセンブリ６００を中心にして近位部分に対して回転させることができる。スリップリングアセンブリ６００の遠位コネクタフランジ６０１は、回転可能な遠位シャフト部分内に位置付けることができる。
図４は、本開示の一態様による、図１の外科用器具１０のエンドエフェクタ３００の一態様の分解組立図である。エンドエフェクタ３００は、アンビル３０６と、外科用ステープルカートリッジ３０４と、を含んでよい。アンビル３０６は、細長いチャネル３０２に連結されてよい。アパーチャ１９９を、アンビル３０６から延在するピン１５２を受け入れる細長いチャネル３０２内に画定することができ、アパーチャ１９９によって、細長いチャネル３０２及び外科用ステープルカートリッジ３０４に対してアンビル３０６を開放位置から閉鎖位置まで枢動させることができる。発射バー１７２は、エンドエフェクタ３００内へと長手方向で並進するように構成されている。発射バー１７２は、１つの中実部分から構築されてもよく、又は、鋼板のスタックを含む、積層材料を含んでもよい。発射バー１７２は、Ｉビーム１７８と、その遠位端に切刃１８２とを備える。発射バー１７２の遠位側に突出する端部をＩビーム１７８に取り付け、アンビル３０６が閉鎖位置にあるとき、細長いチャネル３０２内に位置付けられた外科用ステープルカートリッジ３０４からアンビル３０６を離すことを支援することができる。Ｉビーム１７８は、Ｉビーム１７８を発射バー１７２によって遠位側に前進させながら組織を切るための、鋭利な切刃１８２を含むことができる。動作の際、Ｉビーム１７８は、外科用ステープルカートリッジ３０４を、すなわち発射することができる。外科用ステープルカートリッジ３０４は、ステープルドライバ１９２上に載置された複数のステープル１９１を、それぞれの上向きに開いたステープルキャビティ１９５内で保持する、成型カートリッジ本体１９４を含むことができる。楔形スレッド１９０は、Ｉビーム１７８によって遠位側に駆動されて、外科用ステープルカートリッジ３０４のカートリッジトレイ１９６上を摺動する。楔形スレッド１９０は、Ｉビーム１７８の切刃１８２がクランプされた組織を切る間、ステープルドライバ１９２を上向きにカム駆動して、ステープル１９１を追い出してアンビル３０６と変形接触させる。
Ｉビーム１７８は、発射の間、アンビル３０６に係合する上部ピン１８０を含むことができる。Ｉビーム１７８は、カートリッジ本体１９４、カートリッジトレイ１９６、及び細長いチャネル３０２の部分に係合する、中央ピン１８４と下部フット１８６とを含んでよい。外科用ステープルカートリッジ３０４が細長いチャネル３０２内に位置付けられると、カートリッジ本体１９４に画定されたスロット１９３を、カートリッジトレイ１９６に画定された長手方向スロット１９７及び細長いチャネル３０２に画定されたスロット１８９と整列させることができる。使用の際、Ｉビーム１７８は、整列された細長いスロット１９３、１９７、及び１８９を通って摺動することができ、図４に示されるように、Ｉビーム１７８の下部フット１８６は、スロット１８９の長さに沿って細長いチャネル３０２の底面に沿って通っている溝に係合することができ、中央ピン１８４は、長手方向スロット１９７の長さに沿ってカートリッジトレイ１９６の上面に係合することができ、上部ピン１８０は、アンビル３０６に係合することができる。発射バー１７２が遠位側へと前進して、ステープルを外科用ステープルカートリッジ３０４から発射し、かつ／又はアンビル３０６と外科用ステープルカートリッジ３０４との間に捕捉された組織を切開するにつれて、Ｉビーム１７８は、アンビル３０６と外科用ステープルカートリッジ３０４とを離すか、又はこれらの相対移動を制限することができる。発射バー１７２及びＩビーム１７８を近位側へと後退させることができ、それによってアンビル３０６を開いて、ステープル留めされ切られた２つの組織部分を解放することができる。
図５Ａ～図５Ｂは、本開示の一態様による、２枚の図面にわたる図１の外科用器具１０の制御回路７００のブロック図である。主として図５Ａ～図５Ｂを参照すると、ハンドルアセンブリ７０２はモータ７１４を含んでよく、このモータは、モータ駆動器７１５によって制御され得、外科用器具１０の発射システムによって用いられ得る。様々な形態において、モータ７１４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。別の構成では、モータ７１４としては、ブラシレスモータ、コードレスモータ、同期モータ、ステップモータ、又は任意の他の好適な電動モータが挙げられ得る。モータ駆動器７１５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７１９を備えてもよい。モータ７１４は、外科用器具１０に制御電力を供給するために解放可能にハンドルアセンブリ２００に取り付けられる電源アセンブリ７０６によって電力供給され得る。電源アセンブリ７０６は、外科用器具１０に給電するための電源として使用され得る、直列に接続された複数の電池を備えてもよい。特定の状況下では、電源アセンブリ７０６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７０６に別個に連結され得るリチウムイオン電池であってよい。
シャフトアセンブリ７０４はシャフトアセンブリコントローラ７２２を含んでよく、これは、インターフェースを介して安全コントローラ及び電力管理コントローラ７１６と通信でき、一方、シャフトアセンブリ７０４及び電源アセンブリ７０６はハンドルアセンブリ７０２に結合されている。例えば、インターフェースは、シャフトアセンブリ７０４及び電力アセンブリ７０６がハンドルアセンブリ７０２に結合されている間にシャフトアセンブリコントローラ７２２と電力管理コントローラ７１６との間の電気通信を可能にするために、対応するシャフトアセンブリ電気コネクタとの連結係合のために１つ以上の電気コネクタを含み得る第１のインターフェース部分７２５、及び、対応する電力アセンブリ電気コネクタとの連結係合のために１つ以上の電気コネクタを含み得る第２のインターフェース部分７２７を含み得る。インターフェースを介して１つ以上の通信信号を送信して、装着された交換式シャフトアセンブリ７０４の１つ以上の電力要件を電力管理コントローラ７１６に伝達することができる。それに応じて、電源管理コントローラは、装着されたシャフトアセンブリ７０４の電力要件に従って、以下により詳細に記載されているように、電源アセンブリ７０６の電池の電力出力を変調し得る。電気コネクタは、シャフトアセンブリ７０４、及び／又は電源アセンブリ７０６とのハンドルアセンブリ７０２の機械的連結係合後に起動され得るスイッチを備えてよく、それにより、シャフトアセンブリコントローラ７２２と電力管理コントローラ７１６との間の電気通信が可能になる。
インターフェースは、例えば、ハンドルアセンブリ７０２に存在するメインコントローラ７１７を介してかかる通信信号を経路指定することにより、電源管理コントローラ７１６とシャフトアセンブリコントローラ７２２との間の１つ以上の通信信号の伝送を容易にし得る。他の状況下では、シャフトアセンブリ７０４及び電源アセンブリ７０６がハンドルアセンブリ７０２に連結されている一方で、インターフェースは、ハンドルアセンブリ７０２を介して電源管理コントローラ７１６とシャフトアセンブリコントローラ７２２との間の直接線の通信を容易にし得る。
メインコントローラ７１７は、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓの商標名ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘとして知られるものなど、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よい。一態様では、メインコントローラ７１７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。
安全コントローラは、やはりＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓの商標名Ｈｅｒｃｕｌｅｓ ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ Ｒ４として知られている、ＴＭＳ５７０及びＲＭ４ｘなど、２つのコントローラベースファミリを備える安全コントローラプラットフォームであってよい。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。
電源アセンブリ７０６は、電力管理回路を含んでよく、電力管理回路は、電源管理コントローラ７１６、電力変調器７３８、及び電流検出回路７３６を含み得る。シャフトアセンブリ７０４及び電源アセンブリ７０６がハンドルアセンブリ７０２に連結されている一方で、電源管理回路は、シャフトアセンブリ７０４の電力要件に基づいて電池の電力出力を変調するように構成され得る。電源管理コントローラ７１６は、電源アセンブリ７０６の電力出力の電力変調器７３８を制御するようにプログラムされ得、電流検出回路７３６は、電池の電力出力に関するフィードバックを電源管理コントローラ７１６に提供するため、電源アセンブリ７０６の電力出力を監視するように用いられ得、そのため、電源管理コントローラ７１６は、電源アセンブリ７０６の電力出力を調節して、所望の出力を維持することができる。電源管理コントローラ７１６及び／又はシャフトアセンブリコントローラ７２２はそれぞれ、多数のソフトウェアモジュールを記憶し得る１つ以上のプロセッサ及び／又はメモリ装置を備え得る。
外科用器具１０（図１～図４）は、ユーザに感覚フィードバックを提供するための装置を含み得る、出力装置７４２を備えてよい。このような装置は、例えば、視覚的フィードバック装置（例えば、ＬＣＤディスプレイスクリーン、ＬＥＤインジケータ）、可聴フィードバック装置（例えば、スピーカー、ブザー）又は触覚フィードバック装置（例えば、触覚作動装置）を含んでもよい。特定の状況下では、出力装置７４２は、ハンドルアセンブリ７０２に含まれ得るディスプレイ７４３を備えてよい。シャフトアセンブリコントローラ７２２及び／又は電力管理コントローラ７１６は、出力装置７４２を介して外科用器具１０のユーザにフィードバックを提供し得る。インターフェースは、シャフトアセンブリコントローラ７２２及び／又は電力管理コントローラ７１６を出力装置７４２に接続するように構成され得る。出力装置７４２は、代わりに電源アセンブリ７０６と統合され得る。このような状況下では、シャフトアセンブリ７０４がハンドルアセンブリ７０２に連結されている一方で、出力装置７４２とシャフトアセンブリコントローラ７２２との間の通信はインターフェースを介して成し遂げられ得る。
制御回路７００は、電動式外科用器具１０の動作を制御するように構成された回路セグメントを備える。安全コントローラセグメント（セグメント１）は、安全コントローラ及びメインコントローラ７１７セグメント（セグメント２）を備える。安全コントローラ及び／又はメインコントローラ７１７は、加速度セグメント、ディスプレイセグメント、シャフトセグメント、エンコーダセグメント、モータセグメント、及び電力セグメントなどの１つ以上の追加の回路セグメントと相互作用するように構成されている。回路セグメントのそれぞれは、安全コントローラ及び／又はメインコントローラ７１７に連結されてもよい。メインコントローラ７１７はまた、フラッシュメモリにも結合されている。メインコントローラ７１７はまた、シリアル通信インターフェースも備える。メインコントローラ７１７は、例えば、１つ以上の回路セグメント、電池、及び／又は複数のスイッチに結合された、複数の入力を備える。セグメント化回路は、例えば、電動式外科用器具１０内のプリント回路基板アセンブリ（ＰＣＢＡ）など、任意の好適な回路によって実装されてもよい。プロセッサという用語は、本明細書で使用するとき、任意のマイクロプロセッサ、プロセッサ、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に組み込んだ、他の基本コンピューティングデバイスを含むことが理解されるべきである。メインコントローラ７１７は、デジタルデータを入力として受理し、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、多目的のプログラム可能装置である。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。制御回路７００は、本明細書に記載される１つ以上のプロセスを実行するように構成することができる。
加速度セグメント（セグメント３）は加速度計を含む。加速度センサは、電動式外科用器具１０の移動又は加速度を検出するように構成されている。加速度センサからの入力は、スリープモードとの間での遷移、電動式外科用器具の向きの特定、及び／又は外科用器具が落下したときの特定に使用することができる。いくつかの例では、加速度セグメントは、安全コントローラ及び／又はメインコントローラ７１７に結合されている。
ディスプレイセグメント（セグメント４）は、メインコントローラ７１７に連結されたディスプレイコネクタを備える。ディスプレイコネクタは、１つ以上のディスプレイの集積回路ドライバを通して、メインコントローラ７１７をディスプレイに結合する。ディスプレイの集積回路ドライバは、ディスプレイと一体化されてもよく、かつ／又はディスプレイとは別個に配置されてもよい。ディスプレイは、例えば、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、及び／又は任意の他の好適なディスプレイなど、任意の好適なディスプレイを含んでもよい。いくつかの例では、ディスプレイセグメントは、安全コントローラに結合されている。
シャフトセグメント（セグメント５）は、外科用器具１０（図１～図４）に結合された交換式シャフトアセンブリ２００（図１及び図３）に対する制御機器、及び／又は、交換式シャフトアセンブリ２００に結合されたエンドエフェクタ３００に対する１つ以上の制御機器を備える。シャフトセグメントは、メインコントローラ７１７をシャフトＰＣＢＡに結合するように構成された、シャフトコネクタを備える。シャフトＰＣＢＡは、強誘電体メモリ（ＦＲＡＭ）、関節運動スイッチ、シャフト解放ホール効果スイッチ、及びＰＣＢＡ ＥＥＰＲＯＭを有する、低出力マイクロコントローラを備える。シャフトＰＣＢＡ ＥＥＰＲＯＭは、交換式シャフトアセンブリ２００及び／又はシャフトＰＣＢＡ固有の１つ以上のパラメータ、ルーチン、及び／又はプログラムを含む。シャフトＰＣＢＡは、交換式シャフトアセンブリ２００に結合され、及び／又は、外科用器具１０と一体であってもよい。いくつかの例では、シャフトセグメントは、第２のシャフトＥＥＰＲＯＭを備える。第２のシャフトＥＥＰＲＯＭは、電動式外科用器具１０と接続され得る１つ以上のシャフトアセンブリ２００及び／又はエンドエフェクタ３００に対応する複数のアルゴリズム、ルーチン、パラメータ、及び／又は他のデータを含む。
位置エンコーダセグメント（セグメント６）は、１つ以上の磁気角度回転位置エンコーダを備える。１つ以上の磁気角度回転位置エンコーダは、外科用器具１０（図１～図４）のモータ７１４、交換式シャフトアセンブリ２００（図１及び図３）、及び／又はエンドエフェクタ３００の回転位置を特定するように構成されている。いくつかの例では、磁気角度回転位置エンコーダは、安全コントローラ及び／又はメインコントローラ７１７に結合されてもよい。
モータ回路セグメント（セグメント７）は、電動式外科用器具１０（図１～図４）の動作を制御するように構成されたモータ７１４を備える。モータ７１４は、１つ以上のＨブリッジ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）及びモータコントローラを含むＨブリッジドライバによって、メインマイクロコントローラプロセッサ７１７に結合されている。Ｈブリッジドライバはまた、安全コントローラにも結合されている。モータ電流センサは、モータの電流引き出しを測定するため、モータと直列に結合されている。モータ電流センサは、メインコントローラ７１７及び／又は安全コントローラと信号連通している。いくつかの例では、モータ７１４は、モータ電磁干渉（ＥＭＩ）フィルタに結合されている。
モータコントローラは、第１のモータフラグ及び第２のモータフラグを、モータ７１４の状態及び位置をメインコントローラ７１７に示すように制御する。メインコントローラ７１７は、パルス幅変調（ＰＷＭ）高信号、ＰＷＭ低信号、方向信号、同期信号及びモータリセット信号をモータコントローラにバッファを介して供給する。電源セグメントは、回路セグメントのそれぞれに部分電圧を提供するように構成されている。
電源セグメント（セグメント８）は、安全コントローラ、メインコントローラ７１７、追加の回路セグメントに連結された電池を含む。電池は、電池コネクタ及び電流センサによってセグメント化回路に結合されている。電流センサは、セグメント化回路の合計電流引き出しを測定するように構成されている。いくつかの例では、１つ以上の電圧変換器が、既定の電圧値を１つ以上の回路セグメントに提供するように構成されている。例えば、いくつかの例では、セグメント化回路は、３．３Ｖ電圧変換器及び／又は５Ｖ電圧変換器を備えてもよい。ブースト変換器は、例えば１３Ｖ以下など、既定量以下のブースト電圧を提供するように構成されている。ブースト変換器は、電力集約的な動作の間、追加の電圧及び／又は電流を提供し、電圧低下又は低電力状態を防止するように構成されている。
複数のスイッチは、安全コントローラ及び／又はメインコントローラ７１７に連結されている。スイッチは、外科用器具１０（図１～図４）の動作を制御し、セグメント化回路の動作を制御し、かつ／又は外科用器具１０の状態を示すように構成されてもよい。緊急離脱のための緊急離脱ドアスイッチ及びホール効果スイッチは、緊急離脱ドアの状態を示すように構成されている。例えば、左側関節左スイッチ、左側関節右スイッチ、左側関節中央スイッチ、右側関節左スイッチ、右側関節右スイッチ、及び右側関節中央スイッチなど、複数の関節運動スイッチは、交換式シャフトアセンブリ２００（図１及び図３）及び／又はエンドエフェクタ３００（図１及び図４）の関節運動を制御するように構成されている。左側反転スイッチ及び右側反転スイッチは、メインコントローラ７１７に結合されている。左側関節左スイッチ、左側関節右スイッチ、左側関節中央スイッチ、及び左側反転スイッチを備える左側スイッチは、左側可撓コネクタによってメインコントローラ７１７に結合されている。右側関節左スイッチ、右側関節右スイッチ、右側関節中央スイッチ、及び右側反転スイッチを備える右側スイッチは、右側可撓コネクタによってメインコントローラ７１７に結合されている。発射スイッチ、掴持解除スイッチ、及びシャフト係合スイッチは、メインコントローラ７１７に結合されている。
任意の好適な機械的、電気機械的、又はソリッドステートスイッチが用いられて、任意の組み合わせで複数のスイッチを実行してよい。例えば、スイッチは、外科用器具１０（図１～図４）に関連付けられる構成要素の移動又は物体の存在によって操作されるスイッチを限定してよい。このようなスイッチを用いて、外科用器具１０に関連付けられる様々な機能を制御してよい。リミットスイッチは、一連の接点に機械的に連結されたアクチュエータからなる電気機械装置である。物体がアクチュエータと接触すると、この装置は、接点を動作させて、電気的接続を行う、又は切断する。リミットスイッチは、その耐久性、取り付けやすさ、及び動作の信頼性のために様々な用途及び環境で使用される。リミットスイッチは、物体の有無、通過、位置付け、及び移動の終了を測定できる。他の実施形態において、スイッチは、とりわけ、ホール効果装置、磁気抵抗（ＭＲ）装置、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）装置、磁力計など磁場の影響下で動作するソリッドステートスイッチであってよい。他の実施形態において、スイッチは、とりわけ、光センサ、赤外線センサ、紫外線センサなど光の影響下で動作するソリッドステートスイッチであってよい。更に、スイッチは、トランジスタ（例えば、ＦＥＴ、接合型ＦＥＴ、金属酸化物半導体ＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ）、双極など）などソリッドステート装置であってよい。他のスイッチには、とりわけ、無線スイッチ、超音波スイッチ、加速度計、慣性センサが挙げられてよい。
図６は、本開示の一態様による、ハンドルアセンブリ７０２と電源アセンブリ７０６との間、及びハンドルアセンブリ７０２と交換式シャフトアセンブリ７０４との間のインターフェースを示す、図１の外科用器具の制御回路７００の別のブロック図である。ハンドルアセンブリ７０２は、メインコントローラ７１７、シャフトアセンブリコネクタ７２６、及び電源アセンブリコネクタ７３０を備えてもよい。電源アセンブリ７０６は、電源アセンブリコネクタ７３２、電力管理回路７３４を含んでよく、電力管理回路は、電源管理コントローラ７１６、電力変調器７３８、及び電流検出回路７３６を含み得る。シャフトアセンブリコネクタ７３０、７３２は、インターフェース７２７を形成する。交換式シャフトアセンブリ７０４及び電源アセンブリ７０６がハンドルアセンブリ７０２に連結されている一方で、電源管理回路７３４は、交換式シャフトアセンブリ７０４の電力要件に基づいて電池７０７の電力出力を変調するように構成され得る。電源管理コントローラ７１６は、電源アセンブリ７０６の電力出力の電力変調器７３８を制御するようにプログラムされ得、電流検出回路７３６は、電池７０７の電力出力に関するフィードバックを電源管理コントローラ７１６に提供するため、電源アセンブリ７０６の電力出力を監視するように用いられ得、そのため、電源管理コントローラ７１６は、電源アセンブリ７０６の電力出力を調節して、所望の出力を維持することができる。シャフトアセンブリ７０４は、シャフトアセンブリ７０４をハンドルアセンブリ７０２に電気的に結合するために、不揮発性メモリ７２１及びシャフトアセンブリコネクタ７２８に連結されたシャフトプロセッサ７１９を備える。シャフトアセンブリコネクタ７２６、７２８は、インターフェース７２５を形成する。メインコントローラ７１７、シャフトプロセッサ７１９及び／又は電力管理コントローラ７１６は、本明細書に記載されるプロセスのうちの１つ以上を実行するように構成され得る。
外科用器具１０（図１～図４）は、ユーザに感覚フィードバックを行うための出力装置７４２を備えてよい。かかる装置は、視覚的フィードバック装置（例えば、ＬＣＤディスプレイ画面、ＬＥＤインジケータ）、可聴フィードバック装置（例えば、スピーカー、ブザー）又は触覚フィードバック装置（例えば、触覚作動装置）を含んでよい。特定の状況下では、出力装置７４２は、ハンドルアセンブリ７０２に含まれ得るディスプレイ７４３を備えてよい。シャフトアセンブリコントローラ７２２及び／又は電力管理コントローラ７１６は、出力装置７４２を介して外科用器具１０のユーザにフィードバックを提供し得る。インターフェース７２７は、シャフトアセンブリコントローラ７２２及び／又は電力管理コントローラ７１６を出力装置７４２に接続するように構成され得る。出力装置７４２は、電源アセンブリ７０６と統合され得る。交換式シャフトアセンブリ７０４がハンドルアセンブリ７０２に連結されている一方で、出力装置７４２とシャフトアセンブリコントローラ７２２との間の通信はインターフェース７２５を介して成し遂げられ得る。外科用器具１０（図１～図４）の動作を制御するための制御回路７００（図５Ａ～図５Ｂ及び図６）を説明してきたが、ここで本開示は、外科用器具１０（図１～図４）及び制御回路７００の様々な構成について説明する。
図７は、本開示の一態様による、外科用器具１０（図１～図４）の態様を制御するように構成された制御回路８００を示す。制御回路８００は、本明細書に記載される様々なプロセスを実行するように構成することができる。制御回路８００は、少なくとも１つのメモリ回路８０４に連結された１つ以上のプロセッサ８０２（例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ）を備えるコントローラを備えることができる。メモリ回路８０４は、プロセッサ８０２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行するための機械命令をプロセッサ８０２に実行させる、機械実行可能命令を記憶する。プロセッサ８０２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つであってよい。メモリ回路８０４は、揮発性及び不揮発性のストレージ媒体を含むことができる。プロセッサ８０２は、命令処理ユニット８０６及び演算ユニット８０８を含んでもよい。命令処理ユニットは、メモリ回路８０４から命令を受信するように構成されてよい。
図８は、本開示の一態様による、外科用器具１０（図１～図４）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８１０を示す。組み合わせ論理回路８１０は、本明細書に記載される様々なプロセスを実行するように構成することができる。回路８１０は、入力８１４で外科用器具１０と関連付けられたデータを受信し、組み合わせ論理８１２によってデータを処理し、出力８１６を提供するように構成された組み合わせ論理回路８１２を含む有限状態マシンを含み得る。
図９は、本開示の一態様による、外科用器具１０（図１～図４）の態様を制御するように構成された順序論理回路８２０を示す。順序論理回路８２０又は組み合わせ論理回路８２２は、本明細書に記載される様々なプロセスを実行するように構成することができる。回路８２０は有限状態マシンを含んでもよい。順序論理回路８２０は、例えば、組み合わせ論理回路８２２、少なくとも１つのメモリ回路８２４、及びクロック８２９を含んでもよい。少なくとも１つのメモリ回路８２０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。特定の場合では、順序論理回路８２０は、同期式又は非同期式であってもよい。組み合わせ論理回路８２２は、入力８２６で外科用器具１０と関連付けられたデータを受信し、組み合わせ論理回路８２２によってデータを処理し、出力８２８を提供するように構成されている。他の態様では、回路は、プロセッサ８０２と、本明細書の様々なプロセスを実行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８１０及び順序論理回路８２０の組み合わせを含むことができる。
態様は、製造物品として実施されてもよい。製造物品は、１つ以上の態様の様々な動作を行うための論理、命令、及び／又はデータを格納するように構成されたコンピュータ可読記憶媒体を含んでもよい。例えば、製造物品は、汎用プロセッサ又は特定用途向けプロセッサによって実行するのに好適なコンピュータプログラム命令を含む磁気ディスク、光学ディスク、フラッシュメモリ、又はファームウェアを含んでもよい。
図１０は、絶対位置決めシステム１１００が、本開示の一態様によるセンサ装置１１０２を備える制御モータ駆動回路装置を備える、外科用器具１０（図１～図４）の絶対位置決めシステム１１００の図である。絶対位置決めシステム１１００用のセンサ装置１１０２は、変位部材１１１１の位置に対応する固有の位置信号を提供する。簡単に図２～図４に戻ると、一態様では、変位部材１１１１は、ギヤ減速機アセンブリ８４の対応する駆動ギヤ８６と噛合い係合するための駆動歯のラック１２２を備える長手方向に移動可能な駆動部材１２０（図２）を表す。他の態様では、変位部材１１１１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２２０（図３）を表す。更に別の態様では、変位部材１１１１は、それぞれが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１７２（図４）又はＩビーム１７８（図４）を表す。したがって、本明細書で使用するとき、変位部材という用語は、一般的に、駆動部材１２０、発射部材２２０、発射バー１７２、Ｉビーム１７８、又は変位され得る任意の要素など、外科用器具１０の任意の可動部材を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１２０は、発射部材２２０、発射バー１７２、及びＩビーム１７８に連結される。したがって、絶対位置決めシステム１１００は、実際には、長手方向に移動可能な駆動部材１２０の直線変位を追跡することによって、Ｉビーム１７８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１１１１は、直線変位を測定するのに好適な任意のセンサ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１２０、発射部材２２０、発射バー１７２、若しくはＩビーム１７８、又は組み合わせは、任意の好適な直線変位センサに連結されてもよい。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１１２０は、変位部材１１１１上の駆動歯の組又はラックと噛合い係合で装着されるギヤアセンブリ１１１４と動作可能にインターフェースする回転式シャフト１１１６を含んでもよい。センサ素子１１２６は、センサ素子１１２６の１回転が、変位部材１１１１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１１１４に動作可能に連結されてもよい。ギヤリング及びセンサ１１１８の装置を、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１１２９は、絶対位置決めシステム１１００に電力を供給し、出力インジケータ１１２８は、絶対位置決めシステム１１００の出力を表示することができる。図２では、変位部材１１１１は、ギヤ減速機アセンブリ８４の対応する駆動ギヤ８６と噛合い係合するために、その上に形成された駆動歯のラック１２２を備える長手方向に移動可能な駆動部材１２０を表す。変位部材１１１１は、長手方向に移動可能な発射部材２２０、発射バー１７２、Ｉビーム１７８又はこれらの組み合わせを表す。
位置センサ１１１２に付随するセンサ素子１１２６の１回転は、変位部材１１１１の長手方向直線変位ｄ１に相当し、ｄ１は、変位部材１１１１に連結したセンサ素子１１２６の１回転した後で、変位部材１１１１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。センサ装置１１０２は、位置センサ１１１２が変位部材１１１１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１１１２は、変位部材１１１１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１１１２の複数の回転に対する固有の位置信号を与えるために、一連のスイッチ１１２２ａ～１１２２ｎ（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、減速装置と共に用いられてもよい。スイッチ１１２２ａ～１１２２ｎの状態はコントローラ１１０４にフィードバックされ、コントローラはロジックを適用して、変位部材１１１１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決定する。位置センサ１１１２の出力１１２４はコントローラ１１０４に提供される。センサ装置１１０２の位置センサ１１１２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、電位差計などのアナログ回転センサ、アナログホール効果素子のアレイを備えてもよい。
絶対位置決めシステム１１００は、モータ１１２０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１１１１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１１１１の絶対位置を提供する。
コントローラ１１０４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、様々な機能を実施するようにプログラムされてもよい。一態様では、コントローラ１１０４は、プロセッサ１１０８及びメモリ１１０６を含む。電動モータ１１２０は、関節運動又はナイフシステムへのギヤボックス及び機械的リンクを備えたブラシ付きＤＣモータであってもよい。一態様では、モータ駆動器１１１０は、Ａｌｌｅｇｒｏ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃから入手可能なＡ３９４１であってもよい。絶対位置決めシステム１１００で使用するために、他のモータ駆動器が容易に代用されることができる。絶対位置決めシステム１１００のより詳細な説明は、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２０１６年４月１５日出願の米国特許出願第１５／１３０，５９０号に記載されている。
コントローラ１１０４は、変位部材１１１１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。コントローラ１１０４は、コントローラ１１０４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を、測定による応答と釣り合わせる好適な同調された値であり、これはシステムに及ぼす外部の影響を検知することができる。
絶対位置決めシステム１１００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１１２９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、及び力のパルス幅変調（ＰＷＭ）が挙げられる。位置センサ１１１２で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（単数又は複数の）センサ（１１１８）が設けられてもよい。デジタル信号処理システムでは、絶対位置決めシステム１１００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１１００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１１００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。コントローラ１１０４は、制御回路７００であってもよい（図５Ａ～図５Ｂ）。
モータ駆動器１１１０は、Ａｌｌｅｇｒｏ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃから入手可能なＡ３９４１であってもよい。Ａ３９４１駆動器１１１０は、ブラシ付きＤＣモータなどの誘導負荷に合わせて特別に設計された外部の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）と共に使用するフルブリッジコントローラである。駆動器１１１０は、固有の電荷ポンプレギュレータを備え、これは、フル（＞１０Ｖ）ゲート駆動を７Ｖまでの電池電圧にもたらし、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。ブートストラップコンデンサは、ＮチャネルのＭＯＳＦＥＴに必要な上記の電池供給電圧を提供するために使用されてもよい。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、抵抗器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。絶対位置決めシステム１１００で使用するために、他のモータ駆動器が容易に代用されることができる。
センサ装置１１０２用の絶対位置決めシステム１１００の態様を実装するための一般的なアーキテクチャについて説明してきたが、ここで本開示は、絶対位置決めシステム１１００のセンサ装置１１０２の一態様について説明するために、図１１～図１２を参照する。図１１は、一態様による、回路１２０５及びセンサ装置１１０２の各要素の相対的な整合を示す、絶対位置決めシステム１１００のセンサ装置１１０２の分解斜視図である。絶対位置決めシステム１１００用のセンサ装置１１０２は、磁気位置センサ１２００と、磁石１２０２のセンサ要素と、変位部材１１１１のフルストローク毎に１回転する磁石ホルダ１２０４と、ギヤを減速させるギヤアセンブリ１２０６とを備えている。簡単に図２を参照すると、変位部材１１１１は、ギヤ減速機アセンブリ８４の対応する駆動ギヤ８６と噛合い係合するために、駆動歯のラック１２２を備える長手方向に移動可能な駆動部材１２０を表してよい。図１１に戻ると、ギヤアセンブリ１２０６、磁石ホルダ１２０４、及び磁石１２０２を支持するために、ブラケット１２１６などの構造要素が設けられている。位置センサ１２００は、ホール素子などの磁気検出素子を備え、磁石１２０２に近接して定置されている。磁石１２０２が回転すると、位置センサ１２００の磁気感知素子は、１回転にわたって磁石１２０２の絶対角度位置を判定する。
センサ装置１１０２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。磁場検出に用いられる技術として、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、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、光磁気、及び微小電気機械システム系の磁気センサが挙げられる。
ギヤアセンブリは、３：１のギヤ比接続を提供する噛合い係合の第１のギヤ１２０８と第２のギヤ１２１０とを備えている。第３のギヤ１２１２は、シャフト１２１４の周りを回転する。第３のギヤ１２１２は、変位部材１１１１（又は図２に示されるような１２０）と噛合い係合し、変位部材１１１１が遠位方向Ｄに前進すると、第１の方向に回転し、変位部材１１１１が近位方向Ｐに後退すると、第２の方向に回転する。第２のギヤ１２１０はまた、シャフト１２１４の周りを回転し、したがって、シャフト１２１４の周りでの第２のギヤ１２１０の回転は、変位部材１１１１の長手方向移動に対応する。したがって、遠位方向Ｄ又は近位方向Ｐのいずれかにおける変位部材１１１１の１フルストロークは、第２のギヤ１２１０の３回転、及び第１のギヤ１２０８の１回転に対応する。磁石ホルダ１２０４は、第１のギヤ１２０８に結合されているので、磁石ホルダ１２０４は、変位部材１１１１のフルストローク毎に完全に１回転する。
位置センサ１２００は、アパーチャ１２２０を画定する位置センサホルダ１２１８によって支持されており、このアパーチャは、磁石ホルダ１２０４内の下方で回転する磁石１２０２と正確に整列する位置センサ１２００を収容するのに好適なものである。固定具が、ブラケット１２１６に、及び回路１２０５に結合されており、磁石１２０２が磁石ホルダ１２０４と共に回転する間、依然として静止している。ハブ１２２２が、第１のギヤ１２０８及び磁石ホルダ１２０４と嵌合するように設けられている。シャフト１２１４に連結された第２のギヤ１２１０及び第３のギヤ１２１２も示されている。
図１２は、本開示の一態様による、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１１００用の位置センサ１２００の図である。位置センサ１２００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１２００は、コントローラ１１０４と連係して絶対位置決めシステム１１００を設けている。位置センサ１２００は、低電圧低電力の構成要素であり、磁石１２０２（図１５及び１６）の上方に位置する位置センサ１２００の領域１２３０に、４つのホール効果素子１２２８Ａ、１２２８Ｂ、１２２８Ｃ、１２２８Ｄを有している。また、高解像度ＡＤＣ１２３２及びスマート電力管理コントローラ１２３８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、１桁毎の方法とボルダーアルゴリズム（Volder's algorithm）でも知られる、ＣＯＲＤＩＣ（座標回転デジタルコンピュータの略）プロセッサ１２３６が設けられる。角度位置、アラームビット、及び磁場情報が、ＳＰＩインターフェース１２３４など標準的なシリアル通信インターフェースを介してコントローラ１１０４に伝送される。位置センサ１２００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１２００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。
ホール効果素子１２２８Ａ、１２２８Ｂ、１２２８Ｃ、１２２８Ｄは、直接回転磁石１２０２の上方に設置されている（図１１）。ホール効果は周知の効果であり、便宜上、本明細書では詳細に説明しないが、一般に、ホール効果は、電気導体に流れる電流と、その電流に垂直な磁場に直交して、電気導体にかかる電位差（ホール電圧）を発生する。ホール係数は、誘導電場と、電流密度に印加磁場を掛けたものとの比として定義される。その値は、電流を構成する電荷キャリアの種類、個数、及び特性に依存するので、ホール係数は、導体を作る材料の特徴を示す。ＡＳ５０５５位置センサ１２００において、ホール効果素子１２２８Ａ、１２２８Ｂ、１２２８Ｃ、１２２８Ｄは、磁石１２０２の絶対位置を磁石１２０２の１回転にわたって角度で示す電圧信号を発生させることが可能である。この角度値は固有の位置信号であり、ＣＯＲＤＩＣプロセッサ１２３６によって算出され、ＡＳ５０５５位置センサ１２００にオンボードでレジスタ又はメモリ内に格納される。１回転にわたる磁石１２０２の位置を示す角度値は、様々な技術で、例えば電源投入時に、又はコントローラ１１０４によって要求されたときに、コントローラ１１０４に与えられる。
ＡＳ５０５５位置センサ１２００は、コントローラ１１０４に接続されているとき、動作するために少数の外部構成要素のみを必要とする。単一電源を使用する単純な用途には６本の導線を必要とし、電力用に２本の導線、コントローラ１１０４とのＳＰＩインターフェース１２３４用に４本の導線１２４０を必要とする。割り込みをコントローラ１１０４に送信して、新たな有効な角度が読み込まれ得ることを知らせるために、７番目の接続が加えられてもよい。電源投入時に、ＡＳ５０５５位置センサ１２００は、１回の角度測定を含む全ての電源投入シーケンスを実施する。このサイクルの完了は、ＩＮＴ出力１２４２として示され、角度値は内部レジスタに記憶される。この出力が設定されると、ＡＳ５０５５位置センサ１２００は、一時停止してスリープモードに移る。コントローラ１１０４は、ＳＰＩインターフェース１２３４を介してＡＳ５０５５位置センサ１２００から角度値を読み取ることによって、ＩＮＴ出力１２４２におけるＩＮＴ要求に応答することができる。角度値がコントローラ１１０４によって読み取られると、ＩＮＴ出力１２４２が再びクリアされる。また、コントローラ１１０４によってＳＰＩインターフェース１２３４で「角度読み取り」コマンドを位置センサ１２００に送信すると、自動的にチップに給電され、別の角度測定が開始される。コントローラ１１０４が角度値の読み取りを完了すると、直ちに、ＩＮＴ出力１２４２がクリアされ、新たな結果が角度レジスタに記憶される。角度測定の完了は、再び、ＩＮＴ出力１２４２及びステータスレジスタの対応するフラグを設定することによって示される。
ＡＳ５０５５位置センサ１２００の測定原理に基づいて、単一の角度測定のみが、各電源投入シーケンス後のごく短い時間で（～６００μｓ）実施される。１つの角度の測定が完了すると、直ちに、ＡＳ５０５５位置センサ１２００は一時停止して電源オフ状態に移る。デジタル平均化による角度値のオンチップフィルタリングは、複数回の角度測定を必要とし、その結果、電源投入時間がより長くなり、低電力用途には望ましくないので、このオンチップフィルタリングは実施されない。角度のジッターは、コントローラ１１０４で複数の角度サンプルを平均化することによって低減され得る。例えば、４つのサンプルを平均化すると、ジッターは６ｄＢ（５０％）低減する。
図１３は、本開示の一態様による、エンドエフェクタ２５０２内に把持された組織２５２６に対するＩビーム２５１４の発射ストロークを示す、外科用器具１０（図１～図４）のエンドエフェクタ２５０２の断面図である。エンドエフェクタ２５０２は、図１～図４に示される外科用器具１０と共に動作するように構成されている。エンドエフェクタ２５０２は、アンビル２５１６と、細長いチャネル２５０３内に位置決めされたステープルカートリッジ２５１８を備える細長いチャネル２５０３と、を含む。発射バー２５２０は、エンドエフェクタ２５０２の長手方向軸２５１５に沿って遠位及び近位に並進可能である。エンドエフェクタ２５０２が関節運動していないとき、エンドエフェクタ２５０２は器具のシャフトと一直線になっている。切刃２５０９を含むＩビーム２５１４は、発射バー２５２０の遠位部分に図示されている。楔形スレッド２５１３は、ステープルカートリッジ２５１８内に位置付けられている。Ｉビーム２５１４が遠位方向に並進すると、切刃２５０９は、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に位置付けられた組織２５２６と接触し、切断することができる。また、Ｉビーム２５１４は楔形スレッド２５１３に接触して、これを遠位方向に押し、楔形スレッド２５１３をステープルドライバ２５１１に接触させる。ステープルドライバ２５１１は、ステープル２５０５内に打ち込まれて、ステープル２５０５が組織を通って、ステープル２５０５を成形するアンビル２５１６内に画定されたポケット２５０７内へ前進させることができる。
例示的なＩビーム２５１４の発射ストロークは、エンドエフェクタ２５０２と整列されたチャート２５２９によって例示される。例示的な組織２５２６もまた、エンドエフェクタ２５０２と整列して示されている。発射部材のストロークは、ストローク開始位置２５２７及びストローク終了位置２５２８を含み得る。Ｉビーム２５１４の発射ストロークの間、Ｉビーム２５１４は、ストローク開始位置２５２７からストローク終了位置２５２８まで遠位に前進できる。Ｉビーム２５１４は、ストローク開始位置２５２７の一例の位置で示されている。Ｉビーム２５１４の発射部材ストロークチャート２５２９は、５つの発射部材ストローク領域２５１７、２５１９、２５２１、２５２３、２５２５を示す。第１の発射ストローク領域２５１７では、Ｉビーム２５１４は遠位に前進し始めることができる。第１の発射ストローク領域２５１７では、Ｉビーム２５１４は、楔形スレッド２５１３に接触し、それを遠位方向に移動させ始めることができる。しかしながら、第１の領域では、切刃２５０９は組織に接触しなくてもよく、楔形スレッド２５１３はステープルドライバ２５１１と接触しなくてもよい。静止摩擦力を超えた後、第１の領域２５１７内のＩビーム２５１４を駆動する力は、実質的に一定であってもよい。
第２の発射部材ストローク領域２５１９では、切刃２５０９は、組織２５２６と接触して切断し始めることができる。また、楔形スレッド２５１３は、ステープル２５０５を駆動するためにステープルドライバ２５１１に接触し始めることができる。Ｉビーム２５１４を駆動する力は、上昇し始め得る。示されるように、最初に遭遇する組織は、アンビル２５１６がステープルカートリッジ２５１８に対して枢動するように圧縮され、及び／又はより薄くなり得る。第３の発射部材ストローク領域２５２１では、切刃２５０９は、組織２５２６と連続的に接触して切断でき、楔形スレッド２５１３は、ステープルドライバ２５１１と繰り返し接触できる。Ｉビーム２５１４を駆動する力は、第３の領域２５２１内でプラトーであり得る。第４の発射ストローク領域２５２３によって、Ｉビーム２５１４を駆動する力は低下し始め得る。例えば、第４の発射領域２５２３に対応するエンドエフェクタ２５０２の部分の組織は、切断する力が少なくて済むように、アンビル２５１６の枢動点により近い組織よりも圧縮されない場合がある。また、切刃２５０９及び楔形スレッド２５１３は、第４の領域２５２３にある間に組織２５２６の端部に到達できる。Ｉビーム２５１４が第５の領域２５２５に到達すると、組織２５２６を完全に切断できる。楔形スレッド２５１３は、組織の端部又はその近くで１つ以上のステープルドライバ２５１１に接触してもよい。Ｉビーム２５１４を第５の領域２５２５を通して前進させる力は低減され得、いくつかの例では、Ｉビーム２５１４を第１領域２５１７内で駆動する力と同様であってもよい。発射部材のストロークの終わりに、Ｉビーム２５１４はストローク終了位置２５２８に到達し得る。図１８の発射部材ストローク領域２５１７、２５１９、２５２１、２５２３、２５２５の位置は、単なる一例である。いくつかの例では、例えば、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間の組織の位置決めに基づいて、エンドエフェクタ長手方向軸２５１５に沿った異なる位置で異なる領域が開始されてもよい。
上述したように、かつここで図１０～１３を参照して、エンドエフェクタ２５０２内に捕捉された組織をステープル留め及び／又は切開するために、外科用器具１０（図１～図４）のハンドルアセンブリ内に配置された電動モータ１１２２を利用することで、Ｉビーム２５１４を含めて、シャフトアセンブリの発射システムを、エンドエフェクタ２５０２に対して前進及び／又は後退させることができる。Ｉビーム２５１４は、所望の速度で、又は所望の速度の範囲内で前進又は後退させることができる。コントローラ１１０４は、Ｉビーム２５１４の速度を制御するように構成されてもよい。コントローラ１１０４は例えば、電圧及び／若しくは電流など、電動モータ１１２２に供給される電源の様々なパラメータ、並びに／又は電動モータ１１２２若しくは外的影響の他の動作パラメータに基づいて、Ｉビーム２５１４の速度を予測するように構成されてもよい。コントローラ１１０４は、電動モータ１１２２に供給される電流及び／若しくは電圧の以前の値、並びに／又は、速度、加速度、及び／若しくは位置など、システムの以前の状態に基づいて、Ｉビーム２５１４の現在の速度を予測するように構成されてもよい。コントローラ１１０４は、本明細書に記載される絶対位置決めセンサシステムを利用して、Ｉビーム２５１４の速度を感知するように構成されてもよい。コントローラは、Ｉビーム２５１４の予測速度と、Ｉビーム２５１４の感知速度とを比較して、電動モータ１１２２への電力を、Ｉビーム２５１４の速度を増加させるために増加させ、かつ／又はＩビーム２５１４の速度を低下させるために減少させるべきか否かを判断するように構成されてもよい。米国特許第８２１０４１１号、発明の名称「ＭＯＴＯＲ－ＤＲＩＶＥＮ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＣＵＴＴＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」の全ての開示内容が参照によって本明細書に組み込まれる。米国特許第７，８４５，５３７号、発明の名称「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＨＡＶＩＮＧ ＲＥＣＯＲＤＩＮＧ ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＩＥＳ」の全ての開示内容が参照によって本明細書に組み込まれる。
Ｉビーム２５１４に作用する力は、様々な技術を用いて決定することができる。Ｉビーム２５１４の力は、モータ２５０４の電流を測定することによって決定することができ、モータ２５０４の電流は、遠位に前進する際にＩビーム２５１４によって経験される負荷に基づく。Ｉビーム２５１４の力は、駆動部材１２０（図２）、発射部材２２０（図２）、Ｉビーム２５１４（Ｉビーム１７８、図２０）、発射バー１７２（図２）、及び／又は切刃２５０９の近位端上に歪みゲージを配置することによって決定されてもよい。Ｉビーム２５１４の力は、所定の経過期間Ｔ１後にモータ２５０４の現在の設定速度に基づいて予測速度で移動するＩビーム２５１４の実際の位置を監視し、Ｉビーム２５１４の実際の位置を、期間Ｔ１終了時のモータ２５０４の現在の設定速度に基づくＩビーム２５１４の予測位置に対して比較することによって決定されてもよい。このとき、Ｉビーム２５１４の実際の位置が、Ｉビーム２５１４の予測位置よりも小さい場合、Ｉビーム２５１４上の力は、公称力よりも大きい。逆に、Ｉビーム２５１４の実際の位置が、Ｉビーム２５１４の予測位置よりも大きい場合、Ｉビーム２５１４上の力は、公称力よりも小さい。Ｉビーム２５１４の実際の位置と予測される位置との差は、公称力からのＩビーム２５１４上の力の偏差に比例する。そのような技術は、代理人整理番号ＥＮＤ８１９５ＵＳＮＰに記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
図１４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２５００のブロック図を示す。一態様では、外科用器具２５００は、Ｉビーム２５１４などの変位部材１１１１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２５００は、アンビル２５１６と、Ｉビーム２５１４（鋭い刃先２５０９を含む）と、取り外し可能なステープルカートリッジ２５１８と、を備え得る、エンドエフェクタ２５０２を備える。エンドエフェクタ２５０２、アンビル２５１６、Ｉビーム２５１４及びステープルカートリッジ２５１８は、例えば、図１～１３に関して本明細書に記載されるように構成されてもよい。
Ｉビーム２５１４などの長手方向変位部材１１１１の位置、移動、変位、及び／又は並進は、図１０～図１２に示され、図１４の位置センサ２５３４として表されるように、絶対位置決めシステム１１００、センサ装置１１０２及び位置センサ１２００によって測定することができる。Ｉビーム２５１４が長手方向に移動可能な駆動部材１２０に連結されているため、Ｉビーム２５１４の位置は、位置センサ２５３４を使用する長手方向に移動可能な駆動部材１２０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２５１４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２５３４によって達成され得る。図５Ａ及び５Ｂで説明される制御回路７００などの制御回路２５１０は、図１０～１２に関連して記載されるように、Ｉビーム２５１４などの変位部材１１１１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２５１０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２５１４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／カウンタ回路２５３１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２５１０に提供して、位置センサ２５３４によって判定されたＩビーム２５１４の位置をタイマー／カウンタ回路２５３１の出力と相関させ、その結果、制御回路２５１０は、開始位置に対する特定の時間（ｔ）におけるＩビーム２５１４の位置を判定することができる。タイマー／カウンタ回路２５３１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２５１０は、モータ設定点信号２５２２を生成してもよい。モータ設定点信号２５２２は、モータコントローラ２５０８に提供されてもよい。モータコントローラ２５０８は、本明細書で説明するように、モータ２５０４にモータ駆動信号２５２４を提供してモータ２５０４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。いくつかの例では、モータ２５０４は、図１、図５Ｂ、図１０に示されるモータ８２、７１４、１１２０などのブラシ付きＤＣ電動モータであってもよい。例えば、モータ２５０４の速度は、モータ駆動信号２５２４に比例してもよい。いくつかの例では、モータ２５０４はブラシレス直流（ＤＣ）電動モータであってもよく、モータ駆動信号２５２４は、モータ２５０４の１つ以上の固定子巻線に提供されるパルス幅変調（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２５０８は省略されてもよく、制御回路２５１０がモータ駆動信号２５２４を直接生成してもよい。
モータ２５０４は、エネルギー源２５１２から電力を受け取ることができる。エネルギー源２５１２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２５１２であってもよく、あるいはそれを含んでもよい。モータ２５０４は、伝達装置２５０６を介してＩビーム２５１４に機械的に連結され得る。伝達装置２５０６は、モータ２５０４をＩビーム２５１４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２５３４は、Ｉビーム２５１４の位置を感知し得る。位置センサ２５３４は、Ｉビーム２５１４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。いくつかの例では、位置センサ２５３４は、Ｉビーム２５１４が遠位方向及び近位方向に並進すると一連のパルスを制御回路２５１０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２５１０は、パルスを追跡してＩビーム２５１４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２５１４の動き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２５３４は省略されてもよい。モータ２５０４がステップモータである場合、制御回路２５１０は、モータ２５０４が実行するように指示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２５１４の位置を追跡することができる。位置センサ２５３４は、エンドエフェクタ２５０２内、又は器具の任意の他の部分に位置してもよい。
制御回路２５１０は、１つ以上のセンサ２５３８と通信してもよい。センサ２５３８は、エンドエフェクタ２５０２上に位置付けられ、外科用器具２５００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２５３８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２５０２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２５３８は、１つ以上のセンサを含んでもよい。
１つ以上のセンサ２５３８は、クランプ状態の間のアンビル２５１６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２５３８は、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に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２５３８は、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８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厚さ及び／又は充満度を示す。
センサ２５３８は、閉鎖駆動システム３０によってアンビル２５１６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２５３８は、閉鎖管２６０（図３）によってアンビル２５１６に適用される閉鎖力を検出するために、閉鎖管２６０とアンビル２５１６との間の相互作用点に位置してもよい。アンビル２５１６に対して及ぼされる力は、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に捕捉された組織切片によって経験される組織圧縮を表すものであり得る。１つ以上のセンサ２５３８は、閉鎖駆動システム３０（図２）に沿った様々な相互作用点に配置されて、閉鎖駆動システム３０によってアンビル２５１６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２５３８は、図５Ａ～図５Ｂで説明される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２５１０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２５１６に適用される閉鎖力をリアルタイムで評価する。
モータ２５０４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２５３６を用いることができる。Ｉビーム２５１４を前進させるのに必要な力は、モータ２５０４によって引き込まれる電流に相当する。力はデジタル信号に変換されて、制御回路２５１０に提供される。
図１～図１４に関連し、かつ図１４を参照して本明細書で開示される器具の物理的性質を用いて、制御回路２５１０が、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２５０２内のＩビーム２５１４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２５００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２５００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、パルス幅変調（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２５００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２５１４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ドライバを操作する電動モータ２５０４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、電動モータ２５０４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。
外科用器具２５００の態様を詳細に説明する前に、例示的態様が、適用又は使用において、添付の図面及び明細書で例示される部品の構造及び配置の詳細に限定されないことに留意されたい。例示的な態様は、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態様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。
様々な例示的態様が、モータ駆動の外科用ステープル留め及び切断器具を有するエンドエフェクタ２５０２を備える外科用器具２５００に関する。例えば、モータ２５０４は、エンドエフェクタ２５０２の長手方向軸に沿って遠位及び近位に変位部材を駆動してもよい。エンドエフェクタ２５０２は、枢動可能なアンビル２５１６と、使用のために構成されるときは、アンビル２５１６の反対側に位置付けられたステープルカートリッジ２５１８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２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に組織を把持してもよい。器具２５００を使用する準備が整うと、臨床医は、例えば器具２５００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２５０４は、変位部材をエンドエフェクタ２５０２の長手方向軸に沿って、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と、遠位端に位置付けられた切断要素を備えるＩビーム２５１４は、ステープルカートリッジ２５１８とアンビル２５１６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２５００は、１つ以上の組織状態に基づいて、例えばＩビーム２５１４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２５１０を備えてもよい。制御回路２５１０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２５１０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２５１０は、変位部材をより低い速度で、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２５１０は、変位部材をより速い速度で、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。
いくつかの実施例では、制御回路２５１０は、最初に、モータ２５０４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器具２５００の応答に基づいて、制御回路２５１０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２５０４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２５１０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２５１０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２５０４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。
図１５は、本開示の一態様によって実行される、２つの例示的な変位部材ストロークをプロットした図２５８０を示す。図２５８０は、２つの軸を含む。横軸２５８４は経過時間を示す。縦軸２５８２は、ストローク開始位置２５８６とストローク終了位置２５８８との間のＩビーム２５１４の位置を示す。横軸２５８４上で、制御回路２５１０は発射信号を受信し、ｔ０で初期モータ設定を提供し始めることができる。変位部材ストロークの開ループ部分は、ｔ０～ｔ１で経過し得る初期期間である。
第１の例２５９２は、厚い組織がアンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に位置付けられたときの外科用器具２５００の応答を示す。変位部材ストロークの開ループ部分の間、例えば、ｔ０～ｔ１の初期期間中、Ｉビーム２５１４は、ストローク開始位置２５８６から位置２５９４まで横断できる。制御回路２５１０は、位置２５９４が、ｔ１（例えば、閉ループ部分内）の後の例２５９２の傾きによって示される、選択された一定速度（Ｖｓｌｏｗ）でＩビーム２５１４を前進させる発射制御プログラムに対応すると判定できる。制御回路２５１０は、Ｉビーム２５１４の位置を監視し、モータ設定点２５２２及び／又はモータ駆動信号２５２４を調節してＶｓｌｏｗを維持することによって、Ｉビーム２５１４を速度Ｖｓｌｏｗまで駆動できる。第２の例２５９０は、薄い組織がアンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に位置付けられたときの外科用器具２５００の応答を示す。
ｔ０～ｔ１の初期期間（例えば開ループ期間）中、Ｉビーム２５１４は、ストローク開始位置２５８６から位置２５９６まで横断できる。制御回路は、位置２５９６が、選択された一定速度（Ｖｆａｓｔ）で変位部材を前進させる発射制御プログラムに対応すると判定できる。例２５９０の組織は、例２５９２の組織よりも薄いため、Ｉビーム２５１４の動きに対する抵抗がより小さくなり得る。その結果、Ｉビーム２５１４は、初期期間中に、ストロークのより大きな部分を横断できる。また、いくつかの例では、より薄い組織（例えば、初期期間中に横断される変位部材ストロークのより大きい部分）は、初期期間後のより高い変位部材速度に対応し得る。
図１６～２１は、本開示の一態様による、エンドエフェクタ２３００が、どのように関節継手２２７０を中心に細長シャフトアセンブリ２２００に対して関節運動させ得るのかを示す、外科用器具２０１０のエンドエフェクタ２３００を示す。図１６は、明確にするためにその一部分が省略された、非関節運動方向にある細長いシャフトアセンブリ２２００を示す、エンドエフェクタ２３００の一部分の部分斜視図である。図１７は、非関節運動方向にある細長いシャフトアセンブリ２２００を示す、図１６のエンドエフェクタ２３００の斜視図である。図１８は、細長いシャフトアセンブリ２２００を示す、図１６のエンドエフェクタ２３００の分解組立斜視図である。図１９は、非関節運動方向にある細長いシャフトアセンブリ２２００を示す、図１６のエンドエフェクタ２３００の上面図である。図２０は、第１の関節運動方向にある細長いシャフトアセンブリ２２００を示す、図１６のエンドエフェクタ２３００の上面図である。図２１は、第２の関節運動方向にある細長いシャフトアセンブリ２２００を示す、図１６のエンドエフェクタ２３００の上面図である。
ここで図１６～２１を参照すると、外科用エンドエフェクタ２３００は、組織を切断及びステープル留めするように適合されており、外科用ステープルカートリッジ２３０４を中に動作可能に支持するように構成された細長いチャネル２３０２の形態をなす第１の顎部を含んでいる。外科用エンドエフェクタ２３００は、細長いチャネル２３０２上でそれに対して移動するように支持されるアンビル２３１０の形態をなす第２の顎部を更に含む。細長シャフトアセンブリ２２００は、関節運動ロック２８１０を用いる関節運動システム２８００を含む。関節運動ロック２８１０は、様々な関節運動位置に外科用エンドエフェクタ２３００を選択的にロックするように構成されて、操作され得る。かかる構成は、関節運動ロック２８１０がそのロック解除状態にあるときに、外科用エンドエフェクタ２３００がシャフト閉鎖スリーブ２６０に対して回転、すなわち関節運動することを可能にする。特に図１８を参照すると、細長シャフトアセンブリ２２００はスパイン２１０を含んでおり、このスパインは、（１）その中に発射部材２２０を摺動可能に支持し、（２）スパイン２１０の周りに延びる閉鎖スリーブ２６０（図１６）を摺動可能に支持するように構成されている。シャフト閉鎖スリーブ２６０は、二重枢動閉鎖スリーブアセンブリ２７１によって閉鎖スリーブ２６０に枢動可能に取り付けられるエンドエフェクタ閉鎖スリーブ２７２に取り付けられている。
スパイン２１０はまた、近位関節ドライバ２３０を摺動可能に支持する。近位関節運動ドライバ２３０は、関節運動ロック２８１０と動作可能に係合するように構成された遠位端２３１を有する。関節運動ロック２８１０は、本明細書に開示される様々な方式でスパイン２１０に取り付けられるシャフトフレーム２８１２を更に備えている。シャフトフレーム２８１２は、その中で遠位関節運動ドライバ２８２０の近位部分２８２１を移動可能に支持するように構成されている。遠位関節運動ドライバ２８２０は、それに加えられた関節運動制御モーションに応答して、シャフト軸ＳＡ－ＳＡから横方向に偏位しかつシャフト軸ＳＡ－ＳＡに対して平行である関節作動軸ＡＡＡに沿って、遠位方向ＤＤ及び近位方向ＰＤに選択的に長手方向に移動するように、細長シャフトアセンブリ２２００内で移動可能に支持されている。
図１７及び１８では、シャフトフレーム２８１２は、枢動ピン２８１８をその上に形成された遠位端部分２８１４を含んでいる。枢動ピン２８１８は、エンドエフェクタ装着アセンブリ２３９０の枢動ベース部分２３９５に形成された枢動ホール２３９７内に枢動可能に受容されるように適合されている。エンドエフェクタ装着アセンブリ２３９０は、ばねピン２３９３又は同等のものにより、細長いチャネル２３０２の近位端部２３０３へと取り付けられている。枢動ピン２８１８は、シャフト軸ＳＡ－ＳＡに対して横方向の関節運動軸Ｂ－Ｂを画定して、シャフトフレーム２８１２に対する関節運動軸Ｂ－Ｂを中心としたエンドエフェクタ２３００の枢動移動（すなわち、関節運動）を容易にする。
図１８に示されるように、リンクピン２８２５が遠位関節リンク２８２０の遠位端部２８２３上に形成されており、クロスリンク２９００の近位端部２９０２のホール２９０４内に受容されるように構成されている。クロスリンク２９００は、シャフト軸ＳＡ－ＳＡを横断して延びており、遠位端部分２９０６を含んでいる。遠位リンクホール２９０８がクロスリンク２９００の遠位端部分２９０６を通して設けられており、エンドエフェクタ装着アセンブリ２３９０の枢動ベース部分２３９５の底部から延びるベースピン２３９８を中に枢動可能に受容するように構成されている。ベースピン２３９５は、関節運動軸Ｂ－Ｂに平行なリンク軸ＬＡを画定する。図１７及び２０は、非関節運動位置にある外科用エンドエフェクタ２３００を示す。細長いチャネル２３０２によって規定されるエンドエフェクタ軸ＥＡは、シャフト軸ＳＡ－ＳＡと整列される。「と整列される」という用語は、シャフト軸ＳＡ－ＳＡと「同軸状に整列される」か又はシャフト軸ＳＡ－ＳＡと平行であることを意味し得る。遠位関節運動ドライバ２８２０が近位方向ＰＤへ移動することにより、クロスリンク２９００が、図１９に示すように関節運動軸Ｂ－Ｂを中心として時計回りのＣＷ方向に外科用エンドエフェクタ２３００を引き込むことになる。遠位関節運動ドライバ２８２０が遠位方向ＤＤへ移動することにより、クロスリンク２９００が、図２１に示すように関節運動軸Ｂ－Ｂを中心として反時計回りのＣＣＷ方向に外科用エンドエフェクタ２３００を移動させることになる。図２１に示されるように、クロスリンク２９００は湾曲形状を有しており、この湾曲形状は、外科用エンドエフェクタ２３００がその方向に関節運動されるときに、クロスリンク２９００を関節ピン２８１８の周りに湾曲させることを可能にするものである。外科用エンドエフェクタ２３００がシャフト軸ＳＡ－ＳＡの両側で完全関節運動位置にあるとき、エンドエフェクタ軸ＥＡとシャフト軸ＳＡ－ＳＡとの間の関節運動角度２７００は約６５度（６５°）である。したがって、シャフト軸の当該いずれかの関節運動の範囲は、１度（１°）から６５度（６５°）である。
図１９は、一態様による、直線姿勢をなす、すなわちシャフト軸ＳＡとして示す長手方向に対してゼロの角度θ０をなす関節継手２２７０を示している。図２０は、一態様による、シャフト軸ＳＡとエフェクタ軸ＥＡとの間に規定される第１の角度θ１をなして一方向に関節運動した、図１９の関節継手２２７０を示している。図２１は、シャフト軸ＳＡとエフェクタ軸ＥＡとの間に規定される第２の角度θ２をなして別の方向に関節運動した、図１９の関節継手２２７０を示している。
図１６～２１の外科用エンドエフェクタ２３００は、本明細書で説明した様々なタイプ及び構成の発射部材２２０を用いた外科用切断及びステープル留めデバイスを備えている。しかしながら、外科用エンドエフェクタ２３００は、組織を切断及び／又はステープル留めしない他の形態の外科用エンドエフェクタを備えてもよい。中央支持部材２９５０がスパイン２１０に対して枢動可能にまた摺動可能に支持されている。図１８では、中央支持部材２９５０はスロット２９５２を含んでおり、このスロットは、スパイン２１０から突出するピン２９５４をその中に受容するように適合されている。これにより、中央支持部材２９５０は、外科用エンドエフェクタ２３００が関節運動されるときに、ピン２９５４に対して枢動及び並進することが可能となる。枢動ピン２９５８が中央支持部材２９５０の下側から突出しており、エンドエフェクタ装着アセンブリ２３９０のベース部分２３９５に設けられた対応する枢動ホール２３９９内に枢動可能に受容されるようになっている。中央支持部材２９５０は、それを通じて発射部材２２０を受容するためのスロット２９６０を更に含む。中央支持部材２９５０は、発射部材２２０が外科用エンドエフェクタ２３００の関節運動に適応するように屈曲するときに、発射ビームに側方支持をもたらすように働く。
外科用器具は、エンドエフェクタ２３００が方向付けられる角度を決定するように更に構成され得る。様々な態様では、センサ装置１１０２の位置センサ１１１２は例えば、とりわけ、１つ以上の磁気センサ、アナログ回転センサ（電位差計など）、アナログホール効果センサの配列を備えてもよく、アナログホール効果センサは、位置信号又は値の固有の組み合わせを出力するものである。一態様では、図１６～２１に示される態様の関節継手２２７０は、エンドエフェクタ２３００の角度位置すなわち関節運動角度を決定し、それに対応する固有の位置信号を提供するように構成された関節運動センサ装置を更に備えることができる。
関節運動センサ装置は、上記で説明し、図１０～１２に示されるセンサ装置１１０２と同様であり得る。この態様では、関節運動センサ装置は、位置センサと、関節継手２２７０に動作可能に結合された磁石と、を備えることができ、それにより、関節継手２２７０の回転と一致する様式で回転する。磁石は、例えば、ピボットピン２８１８に結合することができる。位置センサは、ホール効果センサなどの１つ以上の磁気感知素子を含み、関節継手２２７０内又はそれに隣接して磁石に近接して配置される。したがって、磁石が回転すると、位置センサの磁気感知素子は、磁石の絶対角度位置を決定する。磁石が関節継手２２７０に結合されると、位置センサに対する磁石の角度位置は、エンドエフェクタ２３００の角度位置に対応する。したがって、関節運動センサ装置は、エンドエフェクタが関節運動するときのエンドエフェクタの角度位置を決定することができる。
別の態様では、外科用器具は、関節運動ドライバ２３０（図３）の絶対位置を監視することによって、エンドエフェクタ２３００が間接的に位置付けられる角度を決定するように構成される。関節運動ドライバ２３０の位置が、エンドエフェクタ２３００が既知の方法で方向付けられる角度に対応するため、関節運動ドライバ２３０の絶対位置を追跡し、次いでエンドエフェクタ２３００の角度位置に並進させることができる。この態様では、外科用器具は、関節運動ドライバ２３０の絶対直線位置を決定し、それに対応する固有の位置信号を提供するように構成された関節運動センサ装置を備える。いくつかの態様では、関節運動センサ装置又は関節運動センサ装置に動作可能に結合されたコントローラは、固有の位置信号からエンドエフェクタ２３００の角度位置を並進又は計算するように更に構成される。
この態様における関節運動センサ装置は、同じく、上記で説明し、図１０～１２に示されるセンサ装置１１０２と同様であり得る。変位部材１１１１に関して図１０に示される態様と同様の一態様では、関節運動センサ装置は、位置センサと、長手方向に移動可能な関節運動ドライバ２３０の全ストローク毎に１回転する磁石と、を備える。位置センサは、ホール効果センサなどの１つ以上の磁気感知素子を備え、磁石に近接して定置されている。したがって、磁石が回転すると、位置センサの磁気感知素子は、１回転にわたって磁石の絶対角度位置を判定する。
一態様では、位置センサに関連付けられたセンサ要素の１回転は、長手方向に移動可能な関節運動ドライバ２３０の長手方向の線形変位ｄ１と等価である。換言すれば、ｄ１は、長手方向に移動可能な関節運動ドライバ２３０に結合されたセンサ要素が１回転した後の、長手方向に移動可能な関節運動ドライバ２３０が点「ａ」から点「ｂ」まで移動した長手方向の直線距離である。関節運動センサ装置は、ギヤ減速機を介して連結されてもよく、これにより、位置センサは、長手方向に移動可能な関節運動ドライバ２３０の全ストロークに対して１回転のみすることになる。換言すれば、ｄ１は、関節運動ドライバ２３０の完全なストロークに等しくなり得る。位置センサは、次に、図１０で説明した態様のように、関節運動ドライバ２３０の絶対位置に対応する固有の位置信号をコントローラ１１０４に送信するように構成されている。固有の位置信号を受信すると、コントローラ１１０４は、次いで、論理を実行して、例えば、エンドエフェクタ２３００の予め計算された角度位置の値を返すルックアップ表を照会すること、アルゴリズムを介して入力値としての関節運動ドライバ２３０の直線位置を利用してエンドエフェクタ２３００の角度位置を演算すること、又は、当該分野で既知であるそのような任意の他の方法を実行することにより、関節運動ドライバ２３０の直線位置に対応するエンドエフェクタの角度位置を決定するように構成されている。
様々な態様において、例えば、全磁場を測定するか磁場のベクトル成分を測定するかによって分類される磁気センサなど、任意の個数の磁気感知素子が関節運動センサ装置に用いられてよい。利用される磁気感知素子の数は、関節運動センサ装置によって感知される所望の分解能に対応する。換言すれば、使用される磁気感知素子の数が多いほど、関節運動センサ装置によって感知することができる、関節運動の程度がより細かくなる。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。磁場検出に用いられる技術として、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、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、光磁気、及び微小電気機械システム系の磁気センサが挙げられる。
一態様では、関節運動センサ装置の様々な態様の位置センサは、変位部材１１１１の位置を追跡するための図１２に示す位置決めシステムと同様の方法で実装されてもよい。一態様では、関節運動センサ装置は、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。位置センサは、コントローラと連係して、直接的又は間接的にエンドエフェクタ２３００の絶対角度位置を決定するための絶対位置決めシステムを提供している。位置センサは、低電圧低電力の構成要素であり、磁石１２０２（図１１）の上方に位置する位置センサ１２００の領域１２３０に、４つのホール効果素子１２２８Ａ、１２２８Ｂ、１２２８Ｃ、１２２８Ｄを有している。また、高解像度ＡＤＣ１２３２及びスマート電力管理コントローラ１２３８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、１桁毎の方法とボルダーアルゴリズムでも知られる、ＣＯＲＤＩＣ（座標回転デジタルコンピュータの略）プロセッサ１２３６が設けられる。角度位置、アラームビット、及び磁場情報が、ＳＰＩインターフェース１２３４など標準的なシリアル通信インターフェースを介してコントローラ１１０４に伝送される。位置センサ１２００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１２００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。
図１～図４及び図１０～図２１を参照すると、関節継手２２７０の位置、及びＩビーム１７８（図４）の位置は、絶対位置決めシステム１１００から絶対位置フィードバック信号／値によって決定することができる。一態様において、関節運動角度θは、外科用器具１０の駆動部材１２０に基づいて相当に正確に測定することができる。上で説明したように、長手方向に移動可能な駆動部材１２０（図２）の移動は、絶対位置決めシステム１１００によって追跡されることができ、例えば、関節運動駆動部がクラッチアセンブリ４００（図３）によって発射部材２２０（図３）に動作可能に結合されると、絶対位置決めシステム１１００は実質的に、駆動部材１２０を介して関節運動システムの移動を追跡することができる。関節運動システムの移動を追跡した結果として、外科用器具のコントローラは、例えばエンドエフェクタ２３００などのエンドエフェクタ２３００の関節運動角度θを追跡することができる。様々な状況において、結果として、関節運動角度θは、駆動部材１２０の長手方向変位ＤＬの関数として決定されることができる。駆動部材１２０の長手方向変位ＤＬは、絶対位置決めシステム１１００によって提供される絶対位置信号／値に基づいて正確に決定することができるため、関節運動角度θは、長手方向変位ＤＬの関数として決定することができる。
別の態様では、関節運動角度θは、関節継手２２７０上にセンサを配置することによって決定することができる。センサは、関節継手２２７０の絶対回転を測定するように適合された絶対位置決めシステム１１００を使用して関節継手２２７０の回転を感知するように構成され得る。例えば、センサ装置１１０２は、位置センサ１２００と、磁石１２０２と、関節継手２２７０の回転を感知するように適合された磁石ホルダ１２０４と、を備える。位置センサ１２００は、ホール要素などの１つ以上の磁気検出要素を備え、磁石１２０２に近接して定置されている。図１２に記載される位置センサ１２００は、関節継手２２７０の回転角度を測定するように適合され得る。したがって、磁石１２０２が回転すると、位置センサ１２００の磁気感知素子は、関節継手２２７０上に位置する磁石１２０２の絶対角度位置を判定する。この情報は、関節継手２２７０の関節運動角度を計算するためにマイクロコントローラ１１０４に提供される。したがって、エンドエフェクタ２３００の関節運動角度は、関節継手２２７０の絶対回転を測定するように適合された絶対位置決めシステム１１００によって決定され得る。
一態様では、Ｉビーム１７８の発射率、つまり速度は、エンドエフェクタ２３００の関節運動角度の関数として変化し、発射駆動システム８０上の発射に対する力、具体的には、本明細書で論じられる発射駆動システム８０の他の構成要素のなかでも、Ｉビーム１７８の発射に対する力を低下させることができる。エンドエフェクタ２３００の関節運動角度の関数としてＩビーム１７８の可変発射力に適合させるために、モータ８２に可変モータ制御電圧を印加してモータ８２の速度を制御することができる。モータ８２の速度は、Ｉビーム１７８の発射力を、エンドエフェクタ２３００の関節運動角度に基づく異なる最大閾値と比較することによって制御できる。電動モータ８２の速度は、例えばモータ８２に印加される電圧、電流、パルス幅変調（ＰＷＭ）、又はデューティサイクル（０～１００％）を調節することによって変化させることができる。
本明細書に記載の様々な態様は、遠位に配置された回転可能かつ関節運動可能なジョーアセンブリを備える外科用器具に関する。ジョーアセンブリは、シャフトの関節運動に代えるか又はこれに加えて用いることができる。例えば、ジョーアセンブリは、組織を把持、ステープル留め、及び切断するために利用できる。
図１３及び１４を参照すると、一態様では、外科用器具２５００は、遠位端にステープルカートリッジ２５１８とアンビル２５１６とを備えるエンドエフェクタ２５０２と、組織を切断するための切刃２５０９を備えるＩビーム２５１４と、を備え得る。ジョーアセンブリは、関節運動可能であってもよく、器具シャフトの長手方向軸を中心として旋回してもよい。ジョーアセンブリは、ジョーアセンブリがステープルカートリッジ２５１８とほぼ平行となる第１の位置からジョーアセンブリがステープルカートリッジ２５１８とほぼ平行とならない第２の位置へと手首旋回軸を中心として旋回することができる。更に、ジョーアセンブリは、第２の軸、すなわちジョー旋回軸を中心として旋回可能な第１及び第２のジョー部材を有することができる。ジョー旋回軸は、手首旋回軸に対してほぼ垂直であってもよい。いくつかの態様では、ジョー旋回軸自体は、ジョーアセンブリが手首旋回軸の周りに旋回するときに旋回することができる。第１及び第２のジョー部材は、第１及び第２のジョー部材が「開く」及び「閉じる」ことができるように、ジョー旋回軸の周りに互いに対して旋回可能であることができる。更に、いくつかの態様では、第１及び第２のジョー部材は、第１及び第２のジョー部材の方向が変化し得るように、ジョー旋回軸の周りに一緒に旋回可能でもある。
一態様では、外科用器具２５００は、エンドエフェクタ２５０２と、関節継手と、及び関節運動部材と、を含み得る。関節運動部材は、近位位置から遠位位置までの距離をエンドエフェクタ２５０２に対して並進可能であってよく、関節運動部材の並進によって関節継手が関節運動する。外科用器具２５００は、近位位置から遠位位置までの距離に沿って関節運動部材を並進させるように動作可能なモータ２５０４を含んでもよい。モータ２５０４は、係合状態、係合解除状態、及び保持状態を含んでもよい。外科用器具２５００は、モータ２５０４に連結された制御回路２５１０と、制御回路２５１０に連結された位置センサ２５３４と、を更に含んでもよい。位置センサ２５３４は、距離の少なくとも一部に沿って関節運動部材の位置を検出するように構成されてもよい。制御回路２５１０は、関節運動部材の関節運動位置を示す位置センサ２５３４からの位置入力を受信するように構成されてもよい。制御回路２５１０は、関節運動部材の関節運動位置に対応する所定の閾値を特定してもよい。制御回路２５１０は、モータ２５０４が係合解除状態にあるとき、所定の閾値を超える関節運動部材の動きに応じて、モータ２５０４の制御動作を決定してもよい。制御回路２５１０は、関節運動部材の移動を制御することができ、関節運動部材の移動を制御することは、モータ２５０４を保持状態に係合させることを含む。
以下の特徴のうちの１つ以上が含まれてもよい。制御回路２５１０は、所定の閾値を超える関節運動部材の移動に応答して関節運動位置を維持するように構成されてもよい。関節運動位置を維持する際、制御回路は、電流（例えば、モータ駆動信号２５１４）のパルス幅変調（ＰＷＭ）を保持状態でモータ２５０４に供給して、関節運動部材の動きに抵抗できる。モータ２５０４は、ブラシ付きＤＣモータを含んでもよい。制御回路２５１０は、モータ２５０４が保持状態にあるときにブラシ付きＤＣモータにリード線を内側に接続するように構成されてもよい。制御回路２５１０は、前進状態、惰走状態、及びブレーキ状態を含んでもよい。制御回路２５１０が前進状態にあるとき、ＤＣモータは係合状態にある。制御回路２５１０が惰走状態にあるとき、ＤＣモータは非係合状態にある。制御回路２５１０がブレーキ状態にあるとき、ＤＣモータは保持状態にある。制御回路２５１０は、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、及び第４のスイッチを含んでもよい。制御回路２５１０が前進状態にあるとき、第２のスイッチ及び第３のスイッチは閉鎖構成にあり、第１のスイッチ及び第４のスイッチは開放構成にある。制御回路がブレーキ状態にあるとき、第１のスイッチ及び第２のスイッチは閉鎖構成にあり、第３のスイッチ及び第４のスイッチは開放構成にある。制御回路２５１０が惰走状態にあるとき、第１スイッチ、第２スイッチ、第３スイッチ、及び第４スイッチは開放構成にある。
一態様では、外科用器具２５００は、エンドエフェクタ２５０２と、回転可能なシャフトアセンブリと、を含み得る。回転可能なシャフトアセンブリは、長手方向軸と、回転位置センサ２５３４と、ギヤアセンブリと、を含み得る。回転位置センサ２５３４は、長手方向軸の周りの回転可能なシャフトアセンブリの回転を測定するように構成されてもよい。外科用器具２５００は、回転可能なシャフトアセンブリのギヤアセンブリに動作可能に接続されたモータ２５０４を含んでもよい。モータ２５０４は、ギヤアセンブリを回転させる回転力を印加するように構成されてもよい。ギヤアセンブリの回転は、回転可能なシャフトアセンブリを長手方向軸の周りで回転させる。外科用器具２５００は、モータ２５０４に連結された制御回路２５１０を更に含んでもよい。制御回路２５１０は、回転位置センサ２５３４からの信号に基づいて回転可能なシャフトアセンブリの回転位置を監視するように構成されてもよい。制御回路２５１０はまた、回転可能なシャフトアセンブリの回転位置に対応する所定の閾値を特定してもよい。制御回路２５１０は、所定の閾値を超える回転可能なシャフトアセンブリの回転運動に応答して、モータ２５０４の制御動作を更に決定してもよい。制御回路２５１０は、回転可能なシャフトアセンブリの回転を制御することができ、回転可能なシャフトアセンブリの回転を制御することは、長手方向軸の周りの回転可能なシャフトアセンブリの回転に抵抗することを含んでもよい。
以下の特徴のうちの１つ以上が含まれてもよい。制御回路は、所定の閾値を超える長手方向軸を中心とした回転可能なシャフトアセンブリの回転に応じて回転可能なシャフトアセンブリの回転位置を維持するように構成されてもよい。回転位置を維持することは、回転可能なシャフトアセンブリの回転に抵抗するために、モータ２５０４に電流のＰＷＭを供給することを含み得る。モータ２５０４は、ブラシ付きＤＣモータを含んでもよい。制御回路２５１０は、モータ２５０４が所定の閾値を超える回転可能なシャフトアセンブリの回転に抵抗するときに、ブラシ付きＤＣモータにリード線を内側に接続するように構成されてもよい。
一態様では、外科用器具２５００は、長手方向シャフトアセンブリを含んでもよい。長手方向シャフトアセンブリは、長手方向軸と、駆動ギヤと、関節継手とを備える回転可能なシャフト部分を含んでもよい。駆動ギヤは、長手方向軸を中心に回転するように構成されてもよい。関節継手は、関節運動ギヤを含んでもよい。外科用器具２５００は、駆動アセンブリを更に含み得る。駆動アセンブリは、モータ２５０４と、制御回路２５１０と、駆動部材と、を含み得る。モータ２５０４は、駆動出力部を含んでもよい。制御回路２５１０は、モータ２５０４を制御するように構成されてもよい。駆動部材は、駆動出力部に動作可能に接続されてもよい。制御回路２５１０が回転状態にあるとき、駆動部材は、回転可能なシャフト部分の駆動ギヤに動作可能に接続される。制御回路２５１０が関節運動状態にあるとき、駆動部材は、関節継手の関節運動ギヤに動作可能に接続される。外科用器具２５００は、エネルギー源２５１２を更に含み得る。制御回路２５１０は、係合状態、係合解除状態、及び動的ブレーキ状態を含んでもよい。制御回路２５１０が係合状態にあるとき、制御回路２５１０は、直列回路構成でエネルギー源２５１２をモータ２５０４に供給する。制御回路２５１０が非係合状態にあるとき、制御回路２５１０は、モータ２５０４からエネルギー源２５１２を切断する。制御回路２５１０が動的ブレーキ状態にあるとき、制御回路２５１０は、モータ２５０４との並列回路状態にエネルギー源２５１２を配置する。
以下の特徴のうちの１つ以上が含まれてもよい。制御回路２５１０が回転状態及び動的ブレーキ状態にあるとき、制御回路２５１０は、回転位置センサ２５３４からの信号に基づいて回転可能なシャフト部分の回転位置を監視するように構成されてもよい。制御回路２５１０は、回転可能なシャフト部分の回転位置に対応する所定の閾値を特定してもよい。制御回路２５１０は、所定の閾値を超える回転可能なシャフト部分の回転運動に応答して、モータ２５０４の制御動作を決定してもよい。制御回路２５１０は、回転可能なシャフト部分の回転を制御することができ、回転可能なシャフト部分の回転を制御することは、長手方向軸の周りの回転可能なシャフト部分の回転に抵抗することを含む。制御回路２５１０が関節運動状態及び動的ブレーキ状態にあるとき、制御回路は、関節運動位置センサ２５３４からの信号に基づいて関節継手の関節運動位置を監視するように構成されてもよい。制御回路２５１０は、関節継手の関節運動位置に対応する所定の閾値を特定してもよい。制御回路２５１０は、所定の閾値を超える関節継手の関節運動に応答して、モータ２５０４の制御動作を決定してもよい。制御回路２５１０は、関節継手の関節運動を制御することができ、関節継手の関節運動を制御することは、関節継手の関節運動に抵抗することを含む。モータ２５０４はブラシ付きＤＣモータを含んでもよく、エネルギー源２５１２は電池を含んでもよい。
一態様では、外科用器具２５００は、エンドエフェクタ２５０２と、関節継手と、及び関節運動部材と、を含み得る。関節運動部材は、近位位置から遠位位置までの距離をエンドエフェクタ２５０２に対して並進可能であってよく、関節運動部材の並進によって関節継手が関節運動する。外科用器具２５００は、近位位置から遠位位置までの距離に沿って関節運動部材を並進させるように動作可能なモータ２５０４を含んでもよい。モータ２５０４は、通電状態及び通電解除状態を含んでもよい。外科用器具２５００は、モータ２５０４に連結された制御回路２５１０と、制御回路２５１０に連結された位置センサ２５３４と、を更に含んでもよい。ユーザは、エンドエフェクタ２５０２を所定の所望の位置に関節運動させることを望む場合がある。エンドエフェクタ２５０２を所望の位置に関節運動させるために、制御回路２５１０は、モータ２５０４を通電状態にできる。位置センサ２５３４は、距離の少なくとも一部分に沿って関節運動部材の現在位置を検出するように構成されてもよい。制御回路２５１０は、関節運動部材の現在の関節運動位置を示す位置センサ２５３４からの位置入力を受信するように構成されてもよい。制御回路２５１０は、関節運動部材の関節運動位置に対応する現在の関節運動位置を特定してもよい。制御回路２５１０は、所望の位置に対応しない現在位置に応じて、モータ２５０４の制御動作を決定してもよい。制御回路２５１０は、現在位置が所望の位置に対応するときに関節運動部材の動きを制御することができ、関節運動部材の動きを制御することは、モータ２５０４を通電解除状態にすることを含む。
以下の特徴のうちの１つ以上が含まれてもよい。制御回路２５１０は、所望の関節運動位置に対応する関節運動部材の現在位置に応じて、関節運動位置を維持するように構成されてもよい。関節運動位置を維持する際、制御回路は電磁ロックに係合してもよい。電磁ロックは、モータが通電解除状態に置かれたときにモータ２５０４を短絡させることによって作製されてもよい。モータ２５０４は、ブラシ付きＤＣモータを含んでもよい。モータ２５０４が通電解除されて、所望の位置を超えるエンドエフェクタ２５０２の関節運動に抵抗するとき、制御回路２５１０は、ブラシ付きＤＣモータにリード線を内側に接続するように構成されてもよい。ブラシ付きＤＣモータにリード線を内側に接続することにより、モータ２５０４内に内部磁気抵抗が生じる。内部磁気抵抗は、エンドエフェクタ２５０２が動作しているときに、外部から印加された力によるモータ２５０４の偶発的な逆駆動を防止する。モータ２５０４の接点を短絡させることにより、機械的逆駆動が、現在の関節運動位置を受動的に保持するための短絡コイルを有するモータ２５０４の自然抵抗力と組み合わされると、エンドエフェクタ２５０２をその現在位置に保持するためのブレーキが生じる。
一態様では、外科用器具２５００は、エンドエフェクタ２５０２と、回転可能なシャフトアセンブリと、を含み得る。回転可能なシャフトアセンブリは、長手方向軸を中心に回転するように構成されてもよい。回転可能なシャフトアセンブリは、回転位置センサ２５３４と、ギヤアセンブリと、を含み得る。回転位置センサ２５３４は、長手方向軸の周りの回転可能なシャフトアセンブリの回転を監視するように構成されてもよい。外科用器具２５００は、回転可能なシャフトアセンブリのギヤアセンブリに動作可能に接続されたモータ２５０４を含んでもよい。モータ２５０４は、ギヤアセンブリを回転させる回転力を印加するように構成されてもよい。ギヤアセンブリの回転は、回転可能なシャフトアセンブリを長手方向軸の周りで回転させる。外科用器具２５００は、モータ２５０４に連結された制御回路２５１０を更に含んでもよい。制御回路２５１０は、回転位置センサ２５３４からの信号に基づいて回転可能なシャフトアセンブリの回転位置を監視するように構成されてもよい。制御回路２５１０はまた、回転可能なシャフトアセンブリの回転位置に対応する所定の所望の位置を特定してもよい。制御回路２５１０は、回転可能なシャフトアセンブリの現在の回転位置を示す位置センサ２５３４からの位置入力を受信するように構成されてもよい。制御回路２５１０は、回転可能なシャフトアセンブリの回転位置に対応する現在の回転位置を特定してもよい。制御回路２５１０は、所望の位置に対応しない現在位置に応じて、モータ２５０４の制御動作を決定してもよい。制御回路２５１０は、現在位置が所望の位置に対応するときに回転可能なシャフトアセンブリの移動を制御することができ、回転可能なシャフトアセンブリの移動を制御することは、モータ２５０４を通電解除状態にすることを含む。
以下の特徴のうちの１つ以上が含まれてもよい。制御回路２５１０は、所望の回転位置に対応する回転可能なシャフトアセンブリの現在位置に応じて、回転位置を維持するように構成されてもよい。回転運動位置を維持する際、制御回路は電磁ロックに係合してもよい。電磁ロックは、モータが通電解除状態に置かれたときにモータ２５０４を短絡させることによって作製されてもよい。モータ２５０４は、ブラシ付きＤＣモータを含んでもよい。モータ２５０４が通電解除されて、所望の位置を超えるエンドエフェクタ２５０２の関節運動に抵抗するとき、制御回路２５１０は、ブラシ付きＤＣモータにリード線を内側に接続するように構成されてもよい。ブラシ付きＤＣモータにリード線を内側に接続することにより、モータ２５０４内に内部磁気抵抗が生じる。内部磁気抵抗は、外科用器具２５００が動作しているときに、外部から印加された力によるモータ２５０４の偶発的な逆駆動を防止する。モータ２５０４の接点を短絡させることにより、機械的逆駆動が、現在の回転位置を受動的に保持するための短絡コイルを有するモータ２５０４の自然抵抗力と組み合わされると、シャフトアセンブリをその現在位置に保持するためのブレーキが生じる。
一態様では、外科用器具２５００は、長手方向シャフトアセンブリを含んでもよい。長手方向シャフトアセンブリは、長手方向軸に沿って延在する回転可能なシャフト部分を含んでもよい。長手方向シャフトアセンブリは、駆動ギヤと、関節継手と、を更に備えてもよい。駆動ギヤは、回転可能なシャフト部分を長手方向軸の周りで回転させるように構成されてもよい。関節継手は、関節運動ギヤを含んでもよい。外科用器具２５００は、駆動アセンブリを更に含み得る。駆動アセンブリは、モータ２５０４と、制御回路２５１０と、駆動部材と、を含み得る。モータ２５０４は、駆動出力部を含んでもよい。制御回路２５１０は、モータ２５０４を制御するように構成されてもよい。駆動部材は、駆動出力部に動作可能に接続されてもよい。制御回路２５１０が回転状態にあるとき、駆動部材は、回転可能なシャフト部分の駆動ギヤに動作可能に接続される。制御回路２５１０が関節運動状態にあるとき、駆動部材は、関節継手の関節運動ギヤに動作可能に接続される。外科用器具２５００は、エネルギー源２５１２を更に含み得る。モータ２５０４は、通電状態及び通電解除状態を含んでもよい。モータ２５０４が通電状態にあるとき、制御回路２５１０は、直列回路構成でエネルギー源２５１２をモータ２５０４に供給する。モータ２５０４が通電解除状態にあるとき、制御回路２５１０は、モータ２５０４からエネルギー源２５１２を切断する。
以下の特徴のうちの１つ以上が含まれてもよい。制御回路２５１０が回転状態でモータ２５０４が通電状態にあるとき、制御回路２５１０は、回転位置センサ２５３４からの信号に基づいて回転可能なシャフト部分の現在の回転位置を監視するように構成されてもよい。制御回路２５１０は、回転可能なシャフト部分の回転位置に対応する所定の所望の位置を特定してもよい。制御回路２５１０は、所望の位置に対応しない回転可能なシャフト部分の現在位置に応じて、モータ２５０４の制御動作を決定してもよい。制御回路２５１０は、現在位置が所望の位置に対応するときに回転可能なシャフト部分の回転を制御することができ、回転可能なシャフト部分の回転を制御することは、モータを通電解除状態にすることを含む。制御回路２５１０が関節運動状態にあり、モータが通電状態にあるとき、制御回路は、関節運動位置センサ２５３４からの信号に基づいて関節継手の現在の関節運動位置を監視するように構成されてもよい。制御回路２５１０は、関節継手の関節運動位置に対応する所定の所望の位置を特定してもよい。制御回路２５１０は、所望の位置に対応しない現在位置に応じて、モータ２５０４の制御動作を決定してもよい。制御回路２５１０は、現在位置が所望の位置に対応するときに関節継手の関節運動を制御することができ、関節継手の関節運動を制御することは、モータを通電解除状態にすることを含む。制御回路２５１０は、所望の回転又は関節運動位置に対応する回転可能なシャフトアセンブリ又は関節運動部材の現在位置に応じて、回転又は関節運動位置を維持するように構成されてもよい。所望の位置を維持する際、制御回路は電磁ロックに係合してもよい。電磁ロックは、モータが通電解除状態に置かれたときにモータ２５０４を短絡させることによって作製されてもよい。モータ２５０４は、ブラシ付きＤＣモータを含んでもよい。モータ２５０４が通電解除されて、所望の位置を超える回転可能なシャフトアセンブリ又はエンドエフェクタ２５０２の移動に抵抗するとき、制御回路２５１０は、ブラシ付きＤＣモータにリード線を内側に接続するように構成されてもよい。ブラシ付きＤＣモータにリード線を内側に接続することにより、モータ２５０４内に内部磁気抵抗が生じる。内部磁気抵抗は、外科用器具２５００が動作しているときに、外部から印加された力によるモータ２５０４の偶発的な逆駆動を防止する。モータ２５０４の接点を短絡させることにより、機械的逆駆動が、現在の回転／関節運動位置を受動的に保持するための短絡コイルを有するモータ２５０４の自然抵抗力と組み合わされると、シャフトアセンブリ及びエンドエフェクタ２５０２をその現在位置に保持するためのブレーキが生じる。
様々な態様では、外科用器具２５００は、単一のモータ２５０４と、クラッチ又はギヤアセンブリと、を含み得る。単一のモータ２５０４は、エンドエフェクタ２５０２を関節運動させ、外科用器具２５００のシャフトを回転させ、外科用器具２５００の発射部材を並進させるように構成され得る。ギヤ又はクラッチシステムは、モータ２５０４がその電力を外科用器具２５００の様々な機能に伝達することを可能にする。一態様では、モータ２５０４及びクラッチアセンブリは、複数の外科用器具２５００の機能に同時に係合するように構成されてもよい。これにより、例えば、外科用器具２５００は、エンドエフェクタ２５０２及びシャフトの関節運動又は回転に関して動的保持又は抵抗状態を維持する一方で、発射部材の発射を可能にすることができる。別の態様では、外科用器具２５００は、エンドエフェクタ２５０２の関節運動、シャフトの回転、及びエンドエフェクタ２５０２の発射のための別個のモータ２５０４を含み得る。
ここで、封止及び切断要素を備えるエンドエフェクタ２５０２を有する手動並びにロボット外科用器具２５００の例示的実装を示す態様を含む、いくつかの態様を具体的に参照する。可能である場合は、類似又は同様の参照番号を図面で用いてもよく、これら参照番号は類似又は同様の機能性を示してもよい。図面は、開示される外科用器具及び／又はその使用方法の例示的な態様を、描写の目的のみのために示す。本明細書に示される構造及び方法の代替的な例示的態様は、本開示の範囲から逸脱することなく採用されてもよい。
図２２は、本開示の一態様による、外科用器具のエンドエフェクタを関節運動させるための関節運動機構３０００の例を示す。図１４も参照すると、関節運動機構３０００は、外科用器具２５００の遠位アーム３０１４が外科用器具２５００の近位アーム３０１６に対して関節運動又は枢動することを可能にする、関節継手３００６を含む。関節継手３００６は、関節運動ロッド／部材３００８の作動によって関節運動されてもよい。関節運動ロッド／部材３００８は、変位の程度３０１２を有し得る。一態様では、全体的な変位の程度は、０．３０４インチであり得る。しかしながら、他の態様では、変位の程度３０１２は、より大きくても、より小さくてもよい。関節運動ロッド／部材３００８は、制御回路２５１０によって制御されるモータ２５０４又はアクチュエータに動作可能に連結されてもよい。外科用器具２５００の近位アーム３０１６に対する遠位アーム３０１４の所望の関節運動を制御する際、外科用器具２５００は、関節運動を検出するためのセンサ２５３４を含んでもよい。一態様では、遠位アームセンサーは、外科用器具２５００の近位アーム３０１６に対する遠位アーム３０１４の関節運動角度を検出してもよい。遠位アームセンサーは、外科用器具２５００の近位アーム３０１６に対する遠位アーム３０１４の位置について、様々な通信手段、例えば、有線又は無線手段を介して制御回路２５１０に通信することができる。加えて、又は代替的に、外科用器具２５００は、近位アーム３０１６に対する遠位アーム３０１４の関節運動した位置を検出し、制御回路２５１０に通信する関節継手センサ２５３４を含んでもよい。加えて、又は代替的に、外科用器具２５００は、図１６～２１を参照して説明されるように、関節運動部材３００８の変位を測定及び検出する関節運動ロッドセンサを含んでもよい。関節運動センサ２５３４によって測定される変位は、遠位アーム３０１４の関節運動変位に関連し、制御回路２５１０に伝達され得る。
動作中、外科用器具２５００の関節運動機構３０００は、外科用器具２５００のエンドエフェクタ２５０２が患者内の所望の位置に到達できるように、技術者によって関節運動され得る。所望の関節運動が達成されると、モータ２５０４は、制御回路２５１０によって非アクティブ化され通電解除状態に置かれ、関節運動機構３０００がその関節運動位置を維持できるようにし得る。手術中、外側抵抗又は力３００２は、外科用器具のエンドエフェクタ又は遠位アーム３０１４に作用し得る。モータが通電解除状態にある状態で、制御回路２５１０は、電磁ロックに通電して、エンドエフェクタ２５０２をその現在の関節運動位置に維持することができる。電磁ロックを生成するために、モータ２５０４が通電解除状態にあり、現在の位置を超えるエンドエフェクタ２５０２の関節運動に抵抗するとき、制御回路２５１０は、モータ２５０４にリード線を内側に接続するように構成されてもよい。モータ２５０４にリード線を内側に接続することにより、モータ２５０４内に内部磁気抵抗が生じる。内部磁気抵抗は、エンドエフェクタ２５０２が動作しているときに、外部から印加された力３０１０ａ～ｄによるモータ２５０４の偶発的な逆駆動を防止する。モータ２５０４の接点を短絡させることにより、機械的逆駆動が、現在の関節運動位置を受動的に保持するための短絡コイルを有するモータ２５０４の自然抵抗力と組み合わされると、エンドエフェクタ２５０２をその現在位置に保持するためのブレーキが生じる。モータが通電解除状態にある状態で、制御回路２５１０は、上記の様々なセンサを介してエンドエフェクタ２５０２及び遠位アーム３０１４の関節運動角度３００４を監視し続けることができる。関節運動角度３００４の変化がもはや所望の位置に対応しない場合、制御回路２５１０は、モータ２５０４の通電状態を起動して、エンドエフェクタ２５０２を再度所望の位置へと関節運動させることができる。モータ２５０４の通電状態を起動することにより、電磁ロックは無効にされる。エンドエフェクタ２５０２が所望の位置に再配置されると、制御回路２５１０は、再び、モータ２５０４の通電解除状態を起動し、それによって電磁ロックに通電して更なる移動を防止することができる。
図２３は、本開示の一態様による、エンドエフェクタの関節運動角度の関数としての発射ロッド角度及びモータデューティサイクルのグラフ３１００を示す。上のグラフ３１３０は、横軸３１２０に沿った関節運動角度（°）の関数として、縦軸３１２２に沿った発射ロッド変位（δ）を示す。図１４も参照すると、関節運動ロッド／部材３００８が所定の変位範囲３１０８内にあるとき、制御回路２５１０は、モータ２５０４の非作動状態を引き起こす。関節運動ロッド３００８の所定の変位範囲３１０８は、遠位アーム３０１４の関節運動のための関節運動角度３１０２の許容範囲に対応する。所定範囲３１０８及び／又は許容範囲３１０２を超えたとき、制御回路２５１０は、モータ２５０４の抵抗保持モードを起動して、遠位アーム３０１４に印加されている力に抵抗又は対抗し、遠位アーム３０１４及び関節運動ロッド３０１８を所定の／許容範囲３１０８、３１０２内に保持する。
図２３の下のグラフ３１３２は、横軸３１２０に沿った関節運動角度（°）の関数として、縦軸３１２６に沿ったモータのデューティサイクル（％）を示す。遠位アーム３１０４の関節運動角度の程度が、外部から印加される力によって、関節運動角度３１０２の所定の閾値から次第に外れると、モータ２５０４は、望まれない関節運動に抵抗する力を延長された持続時間にわたって加える。換言すれば、モータデューティサイクルは、関節運動角度が所定の閾値３１０２から次第に外れるにつれて増加する。例として、図２３の下のグラフ３１３２は、－６０°の所望の関節運動角度を有するエンドエフェクタ２５０２を表す。関節運動角度の許容範囲３１０２は、－５５°まで広がる。エンドエフェクタ２５０２が許容範囲３１０２内に入る程度に関節運動されるとき、モータのデューティサイクルは最小である。しかしながら、関節運動角度が許容範囲３１０２の境界を超えると、制御回路２５１０は、モータ２５０４の抵抗保持モードを起動し、それによってモータのデューティサイクルを増加させることによって、より強く応答し始める。モータのデューティサイクルを増加させることに加えて、エンドエフェクタ２５０２を許容範囲３１０２から外れる程度に関節運動させることにより、モータ２５０４の駆動力又はトルクを増加させることができる。網掛け領域３１１２は、関節運動角度が許容範囲３１０２の境界を超え始めるときにモータ２５０４に必要とされる初期拘束を示す。網掛け領域３１１０は、関節運動角度が許容範囲３１０２の境界を超え続けるときにモータ２５０４に必要とされる漸進的拘束を示す。一態様では、外部から印加された力に抵抗するためにモータ２５０４に印加されるエネルギーは、エンドエフェクタ２５０２の更なる関節運動及び／又は運動を誘発しないが、所定の範囲３１０２の外側の任意の追加の望まれない動きを防止する。本開示の他の態様では、外部から印加された力に抵抗するためにモータ２５０４に印加されるエネルギーは、エンドエフェクタ２５０２を事前の設定位置に関節運動又は回転して戻すことができる。
図２４は、本開示の一態様による、本開示の一態様によるシャフト回転の関数としてのモータデューティサイクルのグラフ３２００を示す。グラフ３２００は、横軸３２２０に沿ったシャフト回転度（°）の関数として、縦軸３２２２に沿ったモータのデューティサイクルを示す。図１４も参照すると、制御回路２５１０は、モータ２５０４の保持特徴部を起動する前に初期回転閾値３２０２を許可する。一態様では、保持特徴部は、シャフトの回転を限定又は制限するために必要とされる抵抗に比例する電流変調を含む。必要なモータ抵抗３２０８がシャフト回転の変位と共に増加するにつれて、電流３２０４を増加させることができる。したがって、モータ抵抗は段階的３２０６様式で増加させることができる。あるいは、モータ２５０４にリード線は、モータ２５０４が通電解除状態にあるときはいつでも、内側接続され得る。これにより、外部から印加された力によるモータの偶発的な逆駆動を全て防止するために、モータ２５０４内に内部磁気抵抗を生成する。機械的逆駆動は、回転を受動的に保持するための短絡コイルを有するモータの自然抵抗力と組み合わされる。
一態様では、通電解除状態にあるとき、外科用器具２５００のＤＣモータにリード線を内側接続してよい。ＤＣモータのリード線の内側接続は、モータ内の内部磁気抵抗をもたらし、エンドエフェクタ２５０２に印加される外部から印加された力によってモータ２５０４の偶発的な逆駆動を防止することができる。動的及び再生ブレーキは、エンドエフェクタ２５０２の所望の位置の関節運動の部分を保持するために、ＰＷＭ ＤＣモータ（ブラシ付き、ブラシレス）、及び／又はステッパモータによって達成され得る。加えて、又は代替的に、様々な動的ブレーキ機構を機械的ロックと組み合わせて、エンドエフェクタの所望の関節運動又は回転位置を維持することができる。加えて、又は代替的に、短絡コイルを有するモータ２５０４の自然抵抗を、受動的方法として機械的ブレーキ又はロックと組み合わせて、関節運動又は回転システムの位置保持機能を実行することができる。
図２５は、本開示の一態様による、上述した様々な態様に従う制御回路３３００を示す。回路３３００は、電源３３０６と、モータ３３０８と、複数のスイッチ３３０１、３３０２、３３０３、３３０４と、を含む。回路は、代替スイッチ３３０５を更に含むことができる。スイッチ３３０１～３３０５はそれぞれ、回路３３００が、モータ３３０８を前進モード、逆転モード、及び抵抗又はブレーキモードで動作させるように構成されることを可能にする。回路３３００が前進モードにあるとき、スイッチ３３０１、３３０４及び３３０５は開放状態にある一方で、スイッチ３３０２及び３３０３が閉鎖状態にあってもよい。前進モードにより、モータ３３０８及び電源３３０６は、モータ３３０８が前進方向に動作する直列構成で動作することを可能にする。回路３３００が逆転モードにあるとき、スイッチ３３０２、３３０３及び３３０５は開放状態にある一方で、スイッチ３３０１及び３３０４が閉鎖状態にあってもよい。逆転モードにより、モータ３３０８及び電源３３０６は、モータ３３０８が逆転方向に動作する直列構成で動作することを可能にする。以下の表１は、本明細書で論じられる様々な回路３３００の構成を示す。
Figure 2023065479000002
一態様では、ブレーキモードは、静的保持負荷を使用して、外科用器具の遠位部分の関節運動又は回転における外力に対する抵抗を提供することができる。回路３３００が静的保持負荷を提供するブレーキモードにあるとき、スイッチ３３０１、３３０２及び３３０５は開放状態にある一方で、スイッチ３３０３及び３３０４が閉鎖状態にあってもよい。このブレーキモードにより、モータ３３０８及び電源３３０６を、回路構成が静的保持を形成する静的構成で動作することを可能にする。別の態様では、ブレーキモードは、静的保持負荷を使用して、外科用器具の遠位部分の関節運動又は回転における外力に対する抵抗を提供することができる。回路３３００が静的保持負荷を提供するブレーキモードにあるとき、スイッチ３３０１、３３０２、３３０３、３３０４は開放状態にある一方で、スイッチ３３０５が閉鎖状態にあってもよい。このブレーキモードにより、モータ３３０８が電源３３０６から分離されることを可能にする。このブレーキモードでは、モータ３３０８は、電源から隔離された閉ループ構成にあり、回路構成は静的保持を形成する。
図２６は、本開示の一態様による外科用器具の回転可能かつ関節運動可能なシャフトアセンブリ３４００を示す。図２５も参照すると、シャフトアセンブリ３４００は、遠位エンドエフェクタ部分３４１６と、近位部分３４２０と、遠位エンドエフェクタ部分３４１６と近位部分３４２０とを接続する関節運動機構３４０６とを含む。近位部分３４２０は長手方向軸３４２２を画定する。近位部分３４２０は、長手方向軸３４２２を中心に回転するように構成されている。外科用器具のモータ３３０８の出力は、回転駆動シャフト３４０８を回転させるように構成されている。回転駆動シャフトは、近位部分３４２０の駆動ギヤ３４１８と動作可能に連動する駆動ギヤ３４２４を含む。図１４を参照して論じたように、制御回路２５１０は、シャフトアセンブリ３４００の回転を検出する回転センサ２５３４に接続することができる。しかしながら、外部の力３４０２がシャフトアセンブリ３４００を所望の位置を超えて回転させると、制御回路２５１０は、図２２～２５に関して上述したように、モータ３３０８（２５０４）上の通電状態を起動させることができる。制御回路２５１０が通電状態を起動させると、モータ３３０８（２５０４）は、外部回転力３４０２に対抗する、かつ／又はシャフトアセンブリ３４００を所望の位置に回転させる、力３４１０を印加することができる。モータ３３０８（２５０４）によって印加される力３４１０は、図２２～２５に関連して上述したような受動抵抗力又は能動抵抗力を含んでもよい。
加えて又は代替的に、制御回路２５１０のアクティブなＰＷＭ及び電流ステップ抵抗及び制御回路構成の動的及び受動抵抗を介して、制御回路２５１０は、外力からのエンドエフェクタの望まれない回転又は関節運動に抵抗することができる。制御回路２５１０は、外科手術中にエンドエフェクタ及びシャフトアセンブリが所望の位置に留まることを可能にすることができる。
図２７は、外科用器具２５００（例えば、制御回路２５１０）によって実行されて、外力からエンドエフェクタ２５０２の関節運動に抵抗し制御することができるプロセス３４３０の一例を示す論理フロー図を示す。制御回路２５１０は、初期関節運動信号を受信３４３２できる。エンドエフェクタ２５０２が所望の関節運動位置にあると、初期関節運動信号は、関節運動センサから受信３４３２され得る。例えば、臨床医は、エンドエフェクタ２５０２を所望の位置に配置し、次いでアンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に組織をクランプし、次いでトリガ３２を作動させて発射ストロークを開始してもよい。トリガ３２は、作動時に制御回路２５１０に発射信号を提供するように構成されてもよい。
エンドエフェクタ２５０２が所望の位置に配置されると、初期関節運動信号に応答して制御回路２５１０は、関節運動信号からエンドエフェクタ２５０２の初期関節運動位置を決定３４３４できる。初期位置を決定３４３４すると、制御回路２５１０は、エンドエフェクタ２５０２の許容可能な変位のための所定の閾値を特定３４３６できる。例えば、外科用器具２５００は、伝達機構２５０６を介して関節運動モードから発射モードに遷移してもよい。発射モードにあるとき、制御回路２５１０は、エンドエフェクタ２５０２の関節運動位置を監視できる。
制御回路２５１０は、現在の関節運動信号を受信３４３８できる。エンドエフェクタ２５０２が発射モードになったら、現在の関節運動信号は、関節運動センサから受信３４３８され、発射モード中のエンドエフェクタ２５０２の位置を監視できる。現在の関節運動信号は、関節運動センサから受信３４３８されてもよい。現在の関節運動信号に応答して、制御回路２５１０は、現在の関節運動信号からエンドエフェクタ２５０２の現在の関節運動位置を決定３４４０できる。制御回路２５１０は、エンドエフェクタ２５０２の現在の関節運動位置を、エンドエフェクタ２５０２の許容可能な変位のための初期関節運動位置及び所定の閾値と比較３４４２できる。現在位置が所定の閾値３４４４を超える場合、制御回路２５１０は、モータ３３０８（２５０４）の保持状態を係合３４５２することによって、エンドエフェクタ２５０２の移動を制御３４５０する。例えば、制御回路が、エンドエフェクタ２５０２の現在位置を所定の閾値と比較３４４２し、現在位置が所定の閾値を超える場合、制御回路２５１０は、発射モードから制御モードに伝達機構２５０６を切り替えてもよい。制御回路２５１０が制御モードに切り替わると、制御回路２５１０は、モータ３３０８（２５０４）の保持状態を係合３４５２して、エンドエフェクタ２５０２の望まれない動きに抵抗する。保持状態は、図２２～２５に関連して上述したような保持状態のいずれかを含んでもよい。制御回路２５０２が、エンドエフェクタ２５０２の現在位置を所定の閾値と比較３４４２し、現在位置が所定の閾値３４４６内にあるとき、制御回路２５１０は、エンドエフェクタの機能の動作を続ける３４４８、例えば、発射モードで動作し続ける。
別の態様では、外科用器具２５００は第２のモータを有してもよい。元のモータ３３０８（２５０４）は、エンドエフェクタ２５０２の関節運動を動作させるように構成されてもよい。第２のモータは、エンドエフェクタ２５０２の発射駆動部を動作させるように構成されてもよい。外科用器具が２つのモータを備える場合、制御３４５０は、発射モードとは独立して完了することができる。
別の態様では、外科用器具２５００は手動発射駆動部を有してもよい。外科用器具が手動発射駆動部を有する場合、モータ３３０８（２５０４）は、発射モードの間、関節運動機構と係合したままであり得る。モータ３３０８（２５０４）は、エンドエフェクタ２５０２の関節運動を動作させるように構成されてもよい。外科用器具が手動発射駆動部を備える場合、制御３４５０は、発射モードとは独立して完了することができる。
図２８は、外科用器具２５００（例えば、制御回路２５１０）によって実行されて、外力からシャフトアセンブリ２００の回転に抵抗し制御することができるプロセス３４６０の一例を示す論理フロー図を示す。制御回路２５１０は、初期回転信号３４６２を受信できる。シャフトアセンブリ２００が所望の回転位置にあると、初期回転信号は、回転センサから受信３４６２され得る。例えば、臨床医は、シャフトアセンブリ２００を所望の回転位置に配置し、次いでアンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に組織をクランプし、次いでトリガ３２を作動させて発射ストロークを開始してもよい。トリガ３２は、作動時に制御回路２５１０に発射信号を提供するように構成されてもよい。
シャフトアセンブリ２００が所望の回転位置に配置されると、初期回転信号に応答して制御回路２５１０は、回転信号からシャフトアセンブリ２００の初期回転位置を決定３４６４できる。初期回転位置を決定３４６４すると、制御回路２５１０は、シャフトアセンブリ２００の許容可能な変位のための所定の閾値を特定３４６６できる。例えば、外科用器具２５００は、伝達機構２５０６を介して回転モードから発射モードに遷移してもよい。発射モードにあるとき、制御回路２５１０は、シャフトアセンブリ２００の回転位置を監視できる。
制御回路２５１０は、現在の回転信号を受信３４６８できる。シャフトアセンブリ２００が発射モードになったら、現在の回転信号は、回転センサから受信３４６８され、発射モード中のシャフトアセンブリ２００の位置を監視できる。現在の回転信号は、回転センサから受信３４６８されてもよい。現在の回転信号に応答して、制御回路２５１０は、現在の回転信号からシャフトアセンブリ２００の現在の回転位置を決定３４７０できる。制御回路２５１０は、シャフトアセンブリ２００の現在の回転位置を、シャフトアセンブリ２００の許容可能な回転変位のための初期回転位置及び所定の閾値と比較３４７２できる。シャフトアセンブリ２００の現在の回転位置が所定の閾値３４７４を超える場合、制御回路２５１０は、モータ３３０８（２５０４）の保持状態を係合３４８２することによって、シャフトアセンブリ２００の回転を制御３４８０するであろう。例えば、制御回路が、シャフトアセンブリ２００の現在位置を所定の閾値と比較３４７２し、現在位置が所定の閾値の境界を超える場合、制御回路２５１０は、発射モードから制御モードに伝達機構２５０６を切り替えてもよい。制御回路２５１０が制御モードに切り替わると、制御回路２５１０は、モータ３３０８（２５０４）の保持状態を係合３４８２して、シャフトアセンブリ２００の望まれない回転に抵抗する。保持状態は、図２２～２５に関連して、かつエンドエフェクタ２５０２の関節運動について上述したような保持状態のいずれかを含んでもよい。制御回路２５１０が、シャフトアセンブリ２００の現在の回転位置を所定の閾値と比較３４７２し、現在の回転位置が所定の閾値３４７６内にあるとき、制御回路２５１０は、エンドエフェクタの機能の動作を続ける３４７８、例えば、発射モードで動作し続ける。
図２９は、外科用器具２５００（例えば、制御回路２５１０）によって実行されて、外力からエンドエフェクタ２５０２の関節運動に抵抗し制御することができるプロセス７０００の一例を示す論理フロー図を示す。制御回路２５１０は、エンドエフェクタ７００２の所望の関節運動位置を決定してもよい。制御回路２５１０は、モータを通電状態にして、エンドエフェクタの所望の位置７００４への移動を制御してもよい。エンドエフェクタ２５０２が所望の関節運動位置にあると、初期関節運動位置は、関節運動センサから受信され得る。制御回路２５１０は、エンドエフェクタ７００６の現在の関節運動位置を決定するように構成され得る。現在位置が所望の位置７０１０に対応しない場合、制御回路２５１０は、モータを通電状態にして、エンドエフェクタの所望の位置７００４への移動を制御するように構成されてもよい。現在位置が所望の位置７００８に対応すると、制御回路２５１０は、モータを通電解除状態７０１２にするように構成されてもよい。モータが通電解除状態７０１２にあるとき、制御回路２５１０は、電磁ロックに係合し、エンドエフェクタ７０１４の動きを防止するように構成されてもよい。
図３０は、外科用器具２５００（例えば、制御回路２５１０）によって実行されて、外力からシャフトアセンブリの回転に抵抗し制御することができるプロセス７１００の一例を示す論理フロー図を示す。制御回路２５１０は、エンドエフェクタ７１０２の所望の回転位置を決定してもよい。制御回路２５１０は、モータを通電状態にして、シャフトアセンブリの所望の位置７１０４への移動を制御してもよい。シャフトアセンブリが所望の回転位置にあると、回転位置センサから初期回転位置を受信することができる。制御回路２５１０は、シャフトアセンブリの現在の回転位置を決定７１０６するように構成され得る。現在位置が所望の位置７１１０に対応しない場合、制御回路２５１０は、モータを通電状態にして、シャフトアセンブリの所望の位置７１０４への移動を制御するように構成されてもよい。現在位置が所望の位置７１０８に対応すると、制御回路２５１０は、モータを通電解除状態７１１２にするように構成されてもよい。モータが通電解除状態７１１２にあるとき、制御回路２５１０は、電磁ロックに係合し、シャフトアセンブリ７１１４の動きを防止するように構成されてもよい。
別の態様では、外科用器具２５００は第２のモータを有してもよい。元のモータ３３０８（２５０４）は、シャフトアセンブリ２００の回転を動作させるように構成されてもよい。第２のモータは、エンドエフェクタ２５０２の発射駆動部を動作させるように構成されてもよい。外科用器具が２つのモータを備える場合、制御３４８０は、発射モードとは独立して完了することができる。
別の態様では、外科用器具２５００は手動発射駆動部を有してもよい。外科用器具が手動発射駆動部を有する場合、モータ３３０８（２５０４）は、発射モードの間、伝達機構２５０６と係合したままであり得る。モータ３３０８（２５０４）は、シャフトアセンブリ２００の回転を動作させるように構成されてもよい。外科用器具が手動発射駆動部を備える場合、制御３４８０は、発射モードとは独立して完了することができる。
別の態様では、外科用器具２５００の制御回路２５１０は、関節運動機構の関節運動に抵抗して制御し、シャフトアセンブリ２００の回転に抵抗して制御するように構成されてもよい。関節運動制御部及び回転制御部の抵抗及び保持機能は、独立して、又は協働して動作させ、エンドエフェクタ２５０２の全体的な空間位置を制御してもよい。
本明細書に記載される機能又はプロセス３４３０、３４６０、７０００、７１００は、図５～６に記載される制御回路７００、図７～図９に記載される回路８００、８１０、８２０、図１０及び図１２に記載されるマイクロコントローラ１１０４、及び／又は、図１４に記載される制御回路２５１０など、本明細書に記載される処理回路のいずれかによって実行されてもよい。
電動式外科用器具の態様は、本明細書に開示される具体的な詳細を伴わずに実施され得る。一部の態様は、詳細ではなくブロック図として示されている。本開示の一部は、コンピュータメモリに格納されたデータに対して動作する命令という点で提示され得る。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、記憶、伝達、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とることができる物理量の操作を指す。これらの信号は、ビット、値、要素、記号、文字、用語、数字と称されてもよい。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、またこれらの量に適用される好都合な標識であるに過ぎない。
一般に、多様なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの任意の組み合わせによって、個々にかつ／又は集合的に実装することができる、本明細書で説明する態様を、様々な種類の「電気回路」から構成されるものと見なすことができる。その結果として、「電気回路」は、少なくとも１つの個々の電気回路を有する電気回路、少なくとも１つの集積回路を有する電気回路、少なくとも１つの専用集積回路を有する電気回路、コンピュータプログラムで構成された汎用コンピューティングデバイス（例えば、本明細書で説明したプロセス及び／若しくは装置を少なくとも部分的に実行するコンピュータプログラムで構成されている汎用コンピュータ又はプロセッサを形成する電気回路、メモリデバイスを形成する（例えばランダムアクセスメモリを形成する）電気回路、及び／又は、通信装置（例えばモデム、通信スイッチ又は光学的－電気的設備）を形成する電気回路を含む。これらの態様は、アナログ若しくはデジタル形式、又はこれらの組み合わせで実装されてもよい。
前述の説明は、１つ以上の機能及び／又は動作を含み得るブロック図、フロー図、及び／又は実施例の使用によるデバイス及び／又はプロセスの態様を記載している。このようなブロック図、フロー図、又は実施例内の各機能及び／又は動作は、多様なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの事実上任意の組み合わせによって、個々にかつ／又は集合的に実装することができる。一態様では、本明細書に記載される主題のいくつかの部分は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、プログラム可能論理回路（ＰＬＤ）、回路、レジスタ、及び／又はソフトウェア構成要素、例えば、プログラム、サブルーチン、論理、及び／又はハードウェア及びソフトウェア構成要素の組み合わせ、論理ゲート、又は他の集積型の形式で実装されてもよい。その全部か一部かを問わず、本明細書で開示される形態のいくつかの態様は、１台以上のコンピュータ上で稼働する１つ以上のコンピュータプログラムとして（例えば、１台以上のコンピュータシステム上で稼働する１つ以上のプログラムとして）、１つ以上のプロセッサ上で稼働する１つ以上のプログラムとして（例えば、１つ以上のマイクロプロセッサ上で稼働する１つ以上のプログラムとして）、ファームウェアとして、あるいは、それらの実質的に任意の組み合わせとして、集積回路において等価に実装することができ、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。
開示される主題の機構は、多様な形式でプログラム製品として配布されることが可能であり、本明細書に記載される主題の例示的な態様は、配布を実際に行うために使用される信号搬送媒体の特定の種類にかかわらず用いられる。信号搬送媒体の例としては、記録可能型の媒体、例えば、フロッピーディスク、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、デジタルテープ、コンピュータメモリなど、並びに伝送型の媒体、例えば、デジタル及び／又はアナログ通信媒体（例えば、光ファイバケーブル、導波管、有線通信リンク、無線通信リンク（例えば、送信機、受信機、送信ロジック、受信ロジックなど）が挙げられる。
これらの態様の上述の記載は、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。これらの態様は、原理及び実際の応用について例示し、それによって、態様を修正例と共に、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、選択され記載されるものである。本明細書と共に提示される特許請求の範囲が全体的な範囲を定義することが意図される。
本明細書に記載される主題の様々な態様は、以下の番号付けされた実施例において説明される。
実施例１．外科用器具であって、近位位置から遠位位置までの距離に沿って関節運動部材を並進させるように動作可能なモータであって、関節運動部材は、近位位置から遠位位置までの距離をエンドエフェクタに対して並進可能であり、関節運動部材の並進によって関節継手が関節運動し、モータは、通電状態及び通電解除状態を含む、モータと、モータに連結された制御回路と、制御回路に連結された位置センサであって、距離の少なくとも一部に沿って関節運動部材の位置を検出するように構成されている、位置センサと、を備え、制御回路は、関節運動部材の関節運動位置に対応する所定の所望の位置を特定し、関節運動部材の現在の関節運動位置を示す位置センサからの位置入力を受信し、関節運動部材の関節運動位置に対応する現在の関節運動位置を特定し、所望の位置に対応しない関節運動部材の現在の関節運動位置に応じて、モータの制御動作を決定し、かつ、現在の関節運動位置が所望の位置に対応するときに関節運動部材の動きを制御するように構成されており、関節運動部材の動きを制御することは、モータを通電解除状態にすることを含む、外科用器具。
実施例２．制御回路は、モータが通電解除状態にあるときに電磁ロックをかけることによって、関節運動部材の現在位置を維持するように構成されている、実施例１に記載の外科用器具。
実施例３．電磁ロックが、モータを短絡させることによって引き起こされる、実施例２に記載の外科用器具。
実施例４．モータがブラシ付きＤＣモータを含む、実施例１～実施例３に記載の外科用器具。
実施例５．制御回路は、モータが通電解除状態にあるときに、ブラシ付き直流（ＤＣ）モータにリード線を内側に接続するように構成されている、実施例４に記載の外科用器具。
実施例６．制御回路が、前進状態、逆転状態、及びブレーキ状態を含む、実施例４～実施例５に記載の外科用器具。
実施例７．制御回路が、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、及び第４のスイッチを備え、制御回路が前進状態にあるとき、第２のスイッチ及び第３のスイッチが閉鎖構成にあり、第１のスイッチ及び第４のスイッチが開放構成にある、実施例６に記載の外科用器具。
実施例８．制御回路がブレーキ状態にあるとき、第１のスイッチ及び第２のスイッチが開放構成にあり、第３のスイッチ及び第４のスイッチが閉鎖構成にある、実施例７に記載の外科用器具。
実施例９．制御回路が逆転状態にあるとき、第１のスイッチ及び第４のスイッチが閉鎖構成にあり、第２のスイッチ及び第３のスイッチが開放構成にある、実施例７～実施例８に記載の外科用器具。
実施例１０．外科用器具であって、回転可能なシャフトアセンブリのギヤアセンブリに連結するように構成されたモータであって、回転可能なシャフトアセンブリは、長手方向軸を中心に回転するように構成されており、回転可能なシャフトアセンブリは、長手方向軸を中心とした回転可能なシャフトアセンブリの回転を測定するように構成された回転位置センサを備え、モータは、ギヤアセンブリを回転させるための回転力を印加するように構成されており、ギヤアセンブリの回転は、回転可能なシャフトアセンブリを長手方向軸を中心に回転させ、モータは、通電状態及び通電解除状態を含む、モータと、モータに連結された制御回路であって、回転位置センサからの信号に基づいて回転可能なシャフトアセンブリの回転位置を監視し、回転可能なシャフトアセンブリの回転位置に対応する所定の所望の位置を特定し、回転可能なシャフトアセンブリの現在の回転位置を示す回転位置センサからの回転入力を受信し、所望の位置に対応しない回転可能なシャフトアセンブリの現在の回転位置に応じて、モータの制御動作を決定し、かつ、現在の回転位置が所望の位置に対応するときに回転可能なシャフトアセンブリの回転を制御するように構成されている、制御回路と、を備え、回転可能なシャフトアセンブリの回転を制御することは、モータを通電解除状態にすることを含む、外科用器具。
実施例１１．制御回路は、モータが通電解除状態にあるときに電磁ロックをかけることによって、回転可能なシャフトアセンブリの現在位置を維持するように構成されている、実施例１０に記載の外科用器具。
実施例１２．電磁ロックが、モータを短絡させることによって引き起こされる、実施例１１に記載の外科用器具。
実施例１３．モータがブラシ付き直流（ＤＣ）モータを含む、実施例１０～実施例１２に記載の外科用器具。
実施例１４．制御回路は、モータが通電解除状態にあるときに、ブラシ付きＤＣモータにリード線を内側に接続するように構成されている、実施例１３に記載の外科用器具。
実施例１５．外科用器具であって、長手方向シャフトアセンブリであって、長手方向軸及び駆動ギヤを備える回転可能なシャフト部分であって、長手方向軸を中心に回転するように構成されている、回転可能なシャフト部分と、関節運動ギヤを備える関節継手と、を含む、長手方向シャフトアセンブリと、駆動アセンブリであって、駆動出力部を備えるモータと、モータを制御するように構成された制御回路と、駆動出力部に動作可能に接続された駆動部材と、を含み、制御回路が回転状態にあるとき、駆動部材が回転可能なシャフト部分の駆動ギヤに動作可能に接続され、制御回路が関節運動状態にあるとき、駆動部材が関節継手の関節運動ギヤに動作可能に接続されている、駆動アセンブリと、電源と、を備え、モータは、通電状態及び通電解除状態を含み、モータが係合状態にあるとき、制御回路は、電源を直列回路構成でモータに供給し、モータが通電解除状態にあるとき、制御回路は、モータから電源を切断し、モータが通電解除状態にあるとき、電磁ロックが係合される、外科用器具。
実施例１６．制御回路が回転状態にあるとき、制御回路が、回転位置センサからの信号に基づいて回転可能なシャフト部分の回転位置を監視し、回転可能なシャフト部分の回転位置に対応する所定の所望の位置を特定し、回転可能なシャフト部分の現在の回転位置を示す回転位置センサからの回転入力を受信し、所望の位置に対応しない回転可能なシャフト部分の現在の回転位置に応じて、モータの制御動作を決定し、現在の回転位置が所望の位置に対応するときに回転可能なシャフト部分の回転を制御するように構成されており、回転可能なシャフト部分の回転を制御することは、モータを通電解除状態にすることを含む、実施例１５に記載の外科用器具。
実施例１７．制御回路が、モータが通電解除状態にあるときに電磁ロックをかけることによって、回転可能なシャフト部分の現在位置を維持するように構成されている、実施例１６に記載の外科用器具。
実施例１８．制御回路が関節運動状態にあるとき、制御回路が、関節運動位置センサからの信号に基づいて関節継手の関節運動位置を監視し、関節継手の関節運動位置に対応する所定の所望の位置を特定し、関節継手の現在の関節運動位置を示す関節運動位置センサからの位置入力を受信し、所望の位置に対応しない関節継手の現在の関節運動位置に応じて、モータの制御動作を決定し、現在の関節運動位置が所望の位置に対応するときに関節継手の関節運動を制御するように構成されており、関節継手の関節運動を制御することは、モータを通電解除状態にすることを含む、実施例１５～実施例１７に記載の外科用器具。
実施例１９．制御回路は、モータが通電解除状態にあるときに電磁ロックをかけることによって、回転可能なシャフトアセンブリの現在位置を維持するように構成されている、実施例１８に記載の外科用器具。
実施例２０．モータがブラシ付きＤＣモータを含み、電源が電池を含む、実施例１８～実施例１９に記載の外科用器具。
〔実施の態様〕
（１） 外科用器具であって、
近位位置から遠位位置までの距離に沿って関節運動部材を並進させるように動作可能なモータであって、前記関節運動部材は、近位位置から遠位位置までの距離をエンドエフェクタに対して並進可能であり、前記関節運動部材の前記並進によって関節継手が関節運動し、前記モータは、通電状態及び通電解除状態を含む、モータと、
前記モータに連結された制御回路と、
前記制御回路に連結された位置センサであって、前記距離の少なくとも一部に沿って前記関節運動部材の位置を検出するように構成されている、位置センサと、を備え、
前記制御回路は、
前記関節運動部材の前記関節運動位置に対応する所定の所望の位置を特定し、
前記関節運動部材の現在の関節運動位置を示す前記位置センサからの位置入力を受信し、
前記関節運動部材の前記関節運動位置に対応する前記現在の関節運動位置を特定し、
前記所望の位置に対応しない前記関節運動部材の現在の関節運動位置に応じて、前記モータの制御動作を決定し、かつ、
前記現在の関節運動位置が前記所望の位置に対応するときに前記関節運動部材の動きを制御するように構成されており、前記関節運動部材の動きを制御することは、前記モータを前記通電解除状態にすることを含む、外科用器具。
（２） 前記制御回路は、前記モータが前記通電解除状態にあるときに電磁ロックを係合することによって、前記関節運動部材の前記現在位置を維持するように構成されている、実施態様１に記載の外科用器具。
（３） 前記電磁ロックが、前記モータを短絡させることによって作成される、実施態様２に記載の外科用器具。
（４） 前記モータがブラシ付きＤＣモータを含む、実施態様１に記載の外科用器具。
（５） 前記制御回路は、前記モータが前記通電解除状態にあるときに、前記ブラシ付き直流（ＤＣ）モータにリード線を内側に接続するように構成されている、実施態様４に記載の外科用器具。
（６） 前記制御回路が、前進状態、逆転状態、及びブレーキ状態を含む、実施態様４に記載の外科用器具。
（７） 前記制御回路が、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、及び第４のスイッチを備え、前記制御回路が前記前進状態にあるとき、前記第２のスイッチ及び前記第３のスイッチが閉鎖構成にあり、前記第１のスイッチ及び前記第４のスイッチが開放構成にある、実施態様６に記載の外科用器具。
（８） 前記制御回路が前記ブレーキ状態にあるとき、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチが開放構成にあり、前記第３のスイッチ及び前記第４のスイッチが閉鎖構成にある、実施態様７に記載の外科用器具。
（９） 前記制御回路が前記逆転状態にあるとき、前記第１のスイッチ及び前記第４のスイッチが閉鎖構成にあり、前記第２のスイッチ及び前記第３のスイッチが開放構成にある、実施態様７に記載の外科用器具。
（１０） 外科用器具であって、
回転可能なシャフトアセンブリのギヤアセンブリに連結するように構成されたモータであって、前記回転可能なシャフトアセンブリは、長手方向軸を中心に回転するように構成されており、前記回転可能なシャフトアセンブリは、前記長手方向軸を中心とした前記回転可能なシャフトアセンブリの回転を測定するように構成された回転位置センサを備え、前記モータは、前記ギヤアセンブリを回転させるための回転力を印加するように構成されており、前記ギヤアセンブリの回転は、前記回転可能なシャフトアセンブリを前記長手方向軸を中心に回転させ、前記モータは、通電状態及び通電解除状態を含む、モータと、
前記モータに連結された制御回路であって、
前記回転位置センサからの信号に基づいて前記回転可能なシャフトアセンブリの回転位置を監視し、
前記回転可能なシャフトアセンブリの前記回転位置に対応する所定の所望の位置を特定し、
前記回転可能なシャフトアセンブリの現在の回転位置を示す前記回転位置センサからの回転入力を受信し、
前記所望の位置に対応しない前記回転可能なシャフトアセンブリの現在の回転位置に応じて、前記モータの制御動作を決定し、かつ、
前記現在の回転位置が前記所望の位置に対応するときに前記回転可能なシャフトアセンブリの回転を制御するように構成されている、制御回路と、を備え、前記回転可能なシャフトアセンブリの回転を制御することは、前記モータを前記通電解除状態にすることを含む、外科用器具。
（１１） 前記制御回路は、前記モータが前記通電解除状態にあるときに電磁ロックを係合することによって、前記回転可能なシャフトアセンブリの前記現在位置を維持するように構成されている、実施態様１０に記載の外科用器具。
（１２） 前記電磁ロックが、前記モータを短絡させることによって作成される、実施態様１１に記載の外科用器具。
（１３） 前記モータがブラシ付き直流（ＤＣ）モータを含む、実施態様１０に記載の外科用器具。
（１４） 前記制御回路は、前記モータが前記通電解除状態にあるときに、前記ブラシ付きＤＣモータにリード線を内側に接続するように構成されている、実施態様１３に記載の外科用器具。
（１５） 外科用器具であって、
長手方向シャフトアセンブリであって、
長手方向軸及び駆動ギヤを備える回転可能なシャフト部分であって、前記長手方向軸を中心に回転するように構成されている、回転可能なシャフト部分と、
関節運動ギヤを備える関節継手と、を含む、長手方向シャフトアセンブリと、
駆動アセンブリであって、
駆動出力部を備えるモータと、
前記モータを制御するように構成された制御回路と、
前記駆動出力部に動作可能に接続された駆動部材と、を含み、前記制御回路が回転状態にあるとき、前記駆動部材が前記回転可能なシャフト部分の前記駆動ギヤに動作可能に接続され、前記制御回路が関節運動状態にあるとき、前記駆動部材が前記関節継手の前記関節運動ギヤに動作可能に接続されている、駆動アセンブリと、
電源と、を備え、
前記モータは、通電状態及び通電解除状態を含み、前記モータが係合状態にあるとき、前記制御回路は、前記電源を直列回路構成で前記モータに供給し、前記モータが前記通電解除状態にあるとき、前記制御回路は、前記モータから前記電源を切断し、前記モータが前記通電解除状態にあるとき、電磁ロックが係合される、外科用器具。
（１６） 前記制御回路が前記回転状態にあるとき、前記制御回路が、
回転位置センサからの信号に基づいて前記回転可能なシャフト部分の回転位置を監視し、
前記回転可能なシャフト部分の回転位置に対応する所定の所望の位置を特定し、
前記回転可能なシャフト部分の現在の回転位置を示す前記回転位置センサからの回転入力を受信し、
前記所望の位置に対応しない前記回転可能なシャフト部分の現在の回転位置に応じて、前記モータの制御動作を決定し、
前記現在の回転位置が前記所望の位置に対応するときに前記回転可能なシャフト部分の回転を制御するように構成されており、前記回転可能なシャフト部分の回転を制御することは、前記モータを前記通電解除状態にすることを含む、実施態様１５に記載の外科用器具。
（１７） 前記制御回路は、前記モータが前記通電解除状態にあるときに電磁ロックを係合することによって、前記回転可能なシャフト部分の前記現在位置を維持するように構成されている、実施態様１６に記載の外科用器具。
（１８） 前記制御回路が前記関節運動状態にあるとき、前記制御回路が、
関節運動位置センサからの信号に基づいて前記関節継手の関節運動位置を監視し、
前記関節継手の関節運動位置に対応する所定の所望の位置を特定し、
前記関節継手の現在の関節運動位置を示す前記関節運動位置センサからの位置入力を受信し、
所望の位置に対応しない前記関節継手の現在の関節運動位置に応じて、前記モータの制御動作を決定し、
前記現在の関節運動位置が前記所望の位置に対応するときに前記関節継手の関節運動を制御するように構成されており、前記関節継手の関節運動を制御することは、前記モータを前記通電解除状態にすることを含む、実施態様１５に記載の外科用器具。
（１９） 前記制御回路は、前記モータが前記通電解除状態にあるときに電磁ロックを係合することによって、前記回転可能なシャフトアセンブリの前記現在位置を維持するように構成されている、実施態様１８に記載の外科用器具。
（２０） 前記モータがブラシ付きＤＣモータを含み、前記電源が電池を含む、実施態様１８に記載の外科用器具。

Claims (7)

  1. エンドエフェクタであって、
    近位位置から遠位位置までの距離に沿って関節運動部材を並進させるように動作可能なモータであって、前記関節運動部材は、近位位置から遠位位置までの距離をエンドエフェクタに対して並進可能であり、前記関節運動部材の前記並進によって関節継手が関節運動する、モータと、
    前記モータに連結された制御回路と、
    前記制御回路に連結された位置センサであって、前記距離の少なくとも一部に沿って前記関節運動部材の位置を検出するように構成されている、位置センサと、を備え、
    前記制御回路は、
    前記関節運動部材の現在の関節運動位置を示す前記位置センサからの位置入力を受信し、
    前記関節運動部材の前記関節運動位置に対応する前記現在の関節運動位置を特定し、
    前記エンドエフェクタが所望の位置に配置された場合に、
    前記現在の関節運動位置が所定の閾値を超える場合、前記エンドエフェクタの移動を制限し、前記関節運動位置が所定の閾値内にある場合、前記エンドエフェクタの動作を続けるように構成されており、
    前記移動を制限することは、前記モータに電磁ロックをかけることによって、前記関節運動部材の前記現在の関節運動位置を維持するように構成されている、
    エンドエフェクタ。
  2. 前記モータを短絡させることによって前記電磁ロックが引き起こされる、請求項１に記載のエンドエフェクタ。
  3. 前記モータがブラシ付きＤＣモータを含む、請求項１に記載のエンドエフェクタ。
  4. 前記制御回路が、前進状態、逆転状態、及びブレーキ状態を含む、請求項３に記載のエンドエフェクタ。
  5. 前記制御回路が、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、及び第４のスイッチを備え、前記制御回路が前記前進状態にあるとき、前記第２のスイッチ及び前記第３のスイッチが閉鎖構成にあり、前記第１のスイッチ及び前記第４のスイッチが開放構成にある、請求項４に記載のエンドエフェクタ。
  6. 前記制御回路が前記ブレーキ状態にあるとき、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチが開放構成にあり、前記第３のスイッチ及び前記第４のスイッチが閉鎖構成にある、請求項５に記載のエンドエフェクタ。
  7. 前記制御回路が前記逆転状態にあるとき、前記第１のスイッチ及び前記第４のスイッチが閉鎖構成にあり、前記第２のスイッチ及び前記第３のスイッチが開放構成にある、請求項５に記載のエンドエフェクタ。
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