JP6126173B2 - バッテリ駆動の手持ち式超音波手術用焼灼切断装置 - Google Patents

バッテリ駆動の手持ち式超音波手術用焼灼切断装置 Download PDF

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Description

本願は、
Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９に基づいて、２０１０年８月２５日出願の米国特許仮出願第６１／３７６，９８３号の優先権を主張し、
２００８年１１月６日出願の第１２／２６６，１０１号、２００８年１１月６日出願の第１２／２６６，１４６号、２００８年１１月６日出願の第１２／２６６，２２６号、２００８年１１月６日出願の第１２／２６６，２５２号、２００８年１１月６日出願の第１２／２６６，３２０号、２００８年１１月７日出願の第１２／２６６，６６４号、２００８年１１月１２日出願の第１２／２６９，５４４号、２００８年１１月１２日出願の第１２／２６９，６２９号、及び、２００８年１１月１３日出願の第１２／２７０，１４６号（これらの出願は各々、２００７年１２月３日出願の米国特許仮出願第６０／９９１，８２９号、２００７年１２月５日出願の第６０／９９２，４９８号、２００８年１月９日出願の第６１／０１９，８８８号、２００８年４月１６日出願の第６１／０４５，４７５号、２００８年４月２９日出願の第６１／０４８，８０９号、及び、２００８年７月１８日出願の第６１／０８１，８８５号の優先権を主張する）の米国特許出願の一部継続出願であり、
２０１１年２月８日出願の米国特許出願第１３／０２２，７０７号及び第１３／０２２，７４３号の一部継続出願であり、
２００９年８月２６日出願の第１２／５４７，８９８号、２００９年８月２６日出願の第１２／５４７，９７５号、２００９年８月２６日出願の第１２／５４７，９９９号、２０１１年３月２５日出願の第１３／０７２，１８７号、２０１１年３月２５日出願の第１３／０７２，２４７号、２０１１年３月２５日出願の１３／０７２，２７３号、２０１１年３月２５日出願の第１３／０７２，２２１号、２０１１年３月２５日出願の第１３／０７２，３０９号、２０１１年３月２５日出願の第１３／０７２，３４５号、及び、２０１１年３月２５日出願の１３／０７２，３７３号の米国特許出願の一部継続出願であり、
２０１０年８月２５日出願の第１２／８６８，５０５号及び第１２／８６８，５４５号（これらの出願は、２００９年８月２６日出願の米国特許仮出願第６１／２３６，９３４号の優先権を主張する）の米国特許出願の一部継続出願であり、
それらの全開示の全体が参照によってすべて本明細書に組み入れられる。
本発明は、概して、超音波切断装置に関し、特に、バッテリ駆動の手持ち式超音波手術用焼灼切断装置に関する。
超音波器具は、例えば組織の除去及び血管の焼灼などの多くの医療的状態の処置に効果的に使用される。超音波を用いる切断器具は、超音波変換器を用いて切断刃の縦軸線に沿って振動を発生させる。刃の長さに沿って共振波を配置することによって、刃の端部に高速の縦方向の機械的運動が生成される。刃の端部に伝達される機械的振動は、有機的組織の切断時に非常に有利であると同時に、超音波周波数によって生成される熱エネルギーを使用して組織を凝固させるので、これらの器具は有利である。こうした器具は、例えば内視鏡や腹腔鏡の処置などの、刃がトロカールを通って手術部位に到達する最小限の侵襲性の処置に特に非常に適している。
各種の切断刃（例えば長さ、材質、サイズ）に対して、刃の長さに沿って共振を生成する１以上の（周期的な）駆動信号がある。共振は、刃の先端の運動を生じさせ、手術の処置中の向上した性能に対して最適化されることが可能である。しかしながら、切断刃の有効な駆動信号を生成することは取るに足らない課題ではない。例えば、周波数、電流、及び切断ツールに印加される電圧は、刃に作用する変動負荷によって、及び、ツールの使用から生じる温度差によって変化するので、これらのパラメータはすべて動的に制御されなければならない。
図１は、エンドエフェクタに超音波の機械的運動を作用させるために使用される従来技術の回路の概略的なブロック図を示している。回路は、電源１０２と、制御回路１０４と、駆動回路１０６と、整合回路１０８と、変換器１１０と、を有しており、また、ハンドピース１１２と、ハンドピース１１２に固定されてカニューラ１２０によって支持される導波管１１４（点線で図示されている）と、を有している。導波管１１４はその遠位端の刃１１６で終端をなしている。クランプ機構１１８は、エンドエフェクタ全体の一部であり、導波管１１４の刃部１１６を露出させて組織及び他の物質と刃部１１６とを接触させることができる。一般に、クランプ機構１１８は旋回アームであり、旋回アームは、アームと刃１１６との間の組織を把持するか、又は、組織にクランプするように作用する。しかしながら、いくつかの装置にはクランプ機構１１８がない。
駆動回路１０６は高電圧の自励振動信号を生成する。駆動回路１０６の高電圧出力は整合回路１０８に供給され、整合回路１０８は、変換器１１０に供給される駆動信号（波形）を次に生成する信号平滑化構成要素を包含している。変換器１１０への振動入力は、導波管１１４に沿って共振を引き起こす振幅及び周波数で変換器１１０の機械的部分を前後に移動させる。共振器具及びその構成要素の最適な共振及び耐用年数のため、変換器１１０に適用される駆動信号は、実際に実現することが可能な限り平滑な正弦波であるべきである。この理由のため、整合回路１０８、変換器１１０及び導波管１１４が、相互に協働するために選択され、すべての周波数に相互に感度が高い。
一般的な圧電変換器１１０を駆動するために相対的に高電圧（例えば１００Ｖ以上）が必要とされるので、利用可能な電源であるとともにすべての従来技術の超音波切断装置で使用される電源は一般的には１５Ａ、１２０ＶＡＣまでの電気の主管（例えば壁のコンセント）である。従って、すべての公知の超音波手術用切断装置は、図１及び図２に示すものと似ており、電力の供給のための電気の主管２０６に差し込まれる電気コード２０４を有するカウンタートップ用ボックス２０２を利用する。共振は、位相ロックループ（ＰＬＬ）によって維持され、位相ロックループは、整合回路１０８及び駆動回路１０６の出力の間に閉ループを作り出す。この理由のため、従来技術の装置では、カウンタートップ用ボックス２０２は、駆動及び制御電子機器１０４、１０６、並びに、整合回路１０８のすべてを常に包含していた。こうしたボックスの一般的な小売価格は数万ドルである。
供給コード２０８は、ハンドピース１１２内でボックス２０２から変換器１１０に、それによって導波管１１４に正弦曲線の波形を伝達する。コード２０８が、手術者の可動性を制限する長さ、サイズ及び重量を有しているので、従来技術の装置は多大な不都合を有している。コード２０８は、ハンドピース１１２を使用する任意の手術処置の間、手術者に限界を作り出し、手術者及び彼／彼女の周りの人達に障害物を出現させる。さらに、コードは、シールドされて耐久性を必要とし、非常に高価である。
整合回路１０８、変換器１１０及び導波管１１４の周波数感度に起因して従来技術には別の不都合がある。整合回路１０８及び駆動回路１０６の出力の間に位相ロックループフィードバック回路を有することによって、整合回路１０８は、駆動回路１０６の近くでボックス２０２内に常に配置されており、供給コード２０８の長さによって変換器１１０から切り離されていた。このアーキテクチャは、超音波周波数伝達の一般的な結果物である伝達損失と電気的寄生とを誘発する。
さらに、従来技術の装置は、（連続した共振によって作動する時に）変換器に適用される定電流をモニタして維持することによって、変化する導波管１１４の負荷状態において共振を維持しようと試みる。しかしながら、特定の負荷状態を知らずに、変換器１１０に適用される電流と振幅との間の唯一の予測可能な関係が共振時にはある。従って、定電流によって、導波管１１４に沿った波形の振幅はすべての周波数にわたって一定ではない。従って、従来技術の装置が負荷をかけられた時、導波管１１４の作動が共振時にあることは保証されず、電流だけがモニタされて一定に保持されるので、導波管１１４上の運動量は著しく変動し得る。この理由のため、定電流を維持することは、導波管１１４の一定の運動を維持する有効な方法ではない。
さらに、従来技術では、ハンドピース１１２及び変換器１１０は有限回数の使用後に交換されるものの、ハンドピース１１２よりも非常に高価なボックス２０２は交換されない。従って、新しい交換ハンドピース１１２及び変換器１１０の導入は、周波数感度構成要素（１０８、１１０、及び１１２）同士の間の不整合をたびたび引き起こし、それによって、導波管１１４に導入される周波数を不都合に変化させる。従来技術の回路にとって、そうした不整合を回避するための唯一の方法は、正確な周波数にそれらを制限することである。この正確性はコストの顕著な増大をもたらす。
従って、従来技術に関連した例えば上述したような課題を克服する必要がある。
簡潔に言うと、例示の実施形態によれば、本発明は、有用な作業を実行するため、特に、手術中に組織を切断してシールするために、導波管の端部で高周波の機械的運動を生成するバッテリ駆動の装置を有する。導波管の端部で運動を生成する機械的エネルギーに電気エネルギーを変換するために圧電変換器が使用される。特に、変換器及び導波管がそれらの複合共振周波数で駆動される時、大量の機械的運動が生成される。本発明の回路構成要素は、数ある中で特に、バッテリ電源と、制御回路と、駆動回路と、整合回路と、を有しており、すべてが超音波切断装置のハンドピース内に配置されており、すべてがバッテリ電圧からの波形を管理して生成する。構成要素は、バッテリ電源からの電気エネルギーを、変換器を駆動する高電圧ＡＣ波形に変換するように選択される。理想的には、この波形の周波数は導波管及び変換器の共振周波数とほぼ同一である。波形の大きさは、所望量の機械的運動を生成する値であるように選択される。
好都合には、いくつかの実施形態によれば、本発明は、装置の構成要素が除去され、交換され、修理され、及び／又は、取り換えられることを可能にする。いくつかの構成要素は、本明細書で使用されるように、構成要素が１回の処置のみのために使用されてその後に廃棄されることを意味する「使い捨て」である。さらに他の構成要素は、本明細書で使用されるように、構成要素が標準的な医療処置によって滅菌されてその後に少なくとも２回目に使用され得ることを意味する「再使用可能」である。説明するように、他の構成要素は、それらが、自身が取り付けられる装置を認識して複数の要因に依存してそれらの機能又は性能を変化させることを可能にする情報処理機能を備えている。
本発明は、この一般的なタイプであるとともに高価な構成要素の使い捨てを必要としつつ高価な構成要素の有利な再使用を妨げるこれまで知られた装置及び方法の前述の不都合を克服するコードレスの手持ち式超音波焼灼切断装置を提供する。
前述の実現し得る他の目的に対して、本発明によれば、人間の組織と外科的に作用するように作動可能な電気駆動の手術器具と、この手術器具に接続されるハンドルアセンブリと、を有するバッテリ駆動のモジュール式手術装置が提供される。ハンドルアセンブリは、着脱可能なハンドグリップとハンドル本体とを有している。ハンドグリップは、手術者の片手による手術装置の取り扱いを可能にし、上側部分と、手術器具に電力を供給するコードレスの内部バッテリアセンブリと、を有している。内部バッテリアセンブリは少なくとも１つのエネルギー蓄電池を有している。ハンドル本体は、そこにハンドグリップの少なくとも上側部分を着脱可能に接続し、そこに接続された時にハンドグリップの少なくとも一部周りに無菌シールを作り出し、ハンドグリップの内部バッテリアセンブリを手術器具に電気的に結合し、それによって、人間の組織に外科的に作用するために手術器具に電力を供給するように作動可能である。
実現し得る本発明の目的に対して、人間の組織に外科的に作用するように作動可能な電気駆動の手術用エンドエフェクタアセンブリと、手術者の片手による手術装置の取り扱いを可能にするように形成される着脱可能なハンドグリップと、を備えるバッテリ駆動のモジュール式手術装置が提供される。着脱可能なハンドグリップは、手術用エンドエフェクタアセンブリに電力を供給して作動させるために手術用エンドエフェクタアセンブリに電気的に結合される少なくとも１つの再使用可能バッテリであって、少なくとも１つのバッテリがそこから取り外された時に手術環境に選択的に露出するように手術用エンドエフェクタアセンブリに着脱可能に固定される少なくとも１つの再使用可能バッテリを有している。
実現し得る本発明の目的に対して、上側部分及び下側部分を有するとともにシェル内側を区画するバッテリ本体外側シェルを備える、人間の組織に外科的に作用するように作動可能な電気駆動の手術器具を有するバッテリ駆動の手術装置の着脱可能なバッテリアセンブリが提供される。バッテリ本体外側シェルは、手術装置に固定された時に手術装置のハンドグリップであり、手術者の片手による手術装置の取り扱いを可能にするように形成されており、シェル内側に、手術器具に電力を供給するコードレスの充電可能バッテリを有しており、手術器具の一部に着脱可能に接続されるように形成される上側部分であって、そこに接続された時に当該上側部分の少なくとも一部周りに無菌シールを作り出すように形成され、そこから取り外された時に手術環境に選択的に露出するように形成される上側部分を有しており、コードレスの充電可能なバッテリに電気的に結合されて手術器具を作動させるために少なくとも電力を供給するように位置決めされる外部導体を有している。
本発明の他の特徴によれば、少なくとも１つの手術器具、着脱可能なハンドグリップ、及びハンドル本体は使い捨てである。
本発明のさらなる特徴によれば、手術器具は手術用焼灼切断エンドエフェクタアセンブリを備えている。
本発明の追加の特徴によれば、手術用焼灼切断エンドエフェクタアセンブリは超音波手術用焼灼切断エンドエフェクタアセンブリである。
本発明のさらなる特徴によれば、バッテリアセンブリは充電可能である。
本発明のさらなる他の特徴によれば、少なくとも１つのエネルギー蓄電池はリチウム電池である。
本発明のさらに付随した特徴によれば、手術器具は、少なくとも１つの旋回顎部材と、顎部材に対向する切断刃と、を備えている。
本発明は、コードレスのバッテリ駆動の手持ち式超音波手術用焼灼切断装置として具現化されるように本明細書に示されて説明されているにも拘わらず、本発明の精神から逸脱せずに特許請求の範囲の範囲内及び均等物の範囲内で様々な変形及び構造的な変更がなされ得るので、示した詳細に限定することを意図していない。さらに、本発明に係る例示の実施形態の周知の要素は、詳細に説明されておらず、又は、本発明の関連する詳細をわかりにくくしないために省略される。
本明細書は、新規なものと考えられる本発明の特徴を規定する特許請求の範囲で結んでいるものの、同様の参照符号が展開される図面に関連した以下の説明を考慮すると本発明はより良好に理解される。従って、装置の構成要素及び方法の工程は、必要な場合には図面の通常の記号によって表されており、図面は、本明細書での説明の利益を有する当業者に容易に明らかである詳細によって本開示を省略しないために本発明の実施形態を理解することに直接関係のあるそれらの特定の詳細を示している。図面の絵は縮尺通りに描かれていない。
本発明の特性として考慮される他の特徴は添付の特許請求の範囲で説明される。必要な場合には、本発明の詳細な実施形態が本明細書に開示されているものの、開示された実施形態が、様々な形態で具現化されることが可能な本発明の単なる例示であることが理解されるべきである。従って、本明細書に開示された特定の構造的及び機能的な詳細は、限定するものとして解釈されるべきではなく、単に特許請求の範囲の根拠として、かつ、実質的に任意の適切な詳細な構造に本発明を様々に採用するために当業者に教示するための代表的な根拠として、単に解釈される。さらに、本明細書で使用される用語及びフレーズは、限定するものであることを意図しておらず、むしろ、本発明の理解可能な説明を提供するために用いられる。
別々の図を通じて同一の又は機能的に同様の要素には同一の参照符号が付され、以下の詳細な説明とともに本明細書に組み込まれて本明細書の一部を形成する添付の図面は、様々な実施形態をさらに説明することに役立ち、また、本発明に係る様々な原理及び利点を説明するために役立つ。
図１は、分離した電源、制御、駆動及び整合の構成要素を有する従来技術の超音波切断装置の構成要素を概略的に示すブロック図である。 図２は、図１の従来技術の超音波切断装置を示す図である。 図３は、本発明の例示の実施形態に係る超音波手術用焼灼アセンブリの左側面図である。 図４は、本発明の例示の実施形態に係るバッテリアセンブリの角の上方からの斜視図である。 図５は、本発明の例示の実施形態に係る変換器及び発振器アセンブリの左側面図である。 図６は、本発明の例示の実施形態に係るコードレスのバッテリ駆動の手持ち式超音波手術用焼灼切断装置を概略的に示すブロック図である。 図７は、本発明の例示の実施形態に係る図３及び図４の装置のバッテリアセンブリを概略的に示すブロック図である。 図８は、本発明の例示の実施形態に係る図３及び図４の装置のハンドルアセンブリを概略的に示すブロック図である。 図９は、本発明の例示の実施形態に係る図３〜図５の装置の変換器及び発振器アセンブリを概略的に示すブロック図である。 図１０は、本発明の例示の実施形態に係る図９の発振器を概略的に示すブロック図である。 図１１は、本発明の例示の実施形態に係る図３及び図４のバッテリコントローラを概略的に示すブロック図である。 図１２は、本発明の例示の実施形態に係る図３〜図５の装置のバッテリアセンブリと変換器及び発振器アセンブリとの間の電気的な通信関係を概略的に示すブロック図である。 図１３は、本発明の例示の実施形態に係る整合回路へのスクエア波形の入力を示すグラフである。 図１４は、本発明の例示の実施形態に係る整合回路からの正弦波形の出力を示すグラフである。 図１５は、共振正弦波入力が、正弦パターンを有する本発明の例示の実施形態に係る超音波切断装置の導波管上に図示される作用が、導波管の長さに沿った軸方向運動の振幅を表すように示される図である。 図１６は、本発明の例示の実施形態に係る変換器に必須の直列回路モデルを断片的に概略的に示す回路図である。 図１７は、本発明の例示の実施形態に係る図１６の回路を有する本発明の回路であって変換器の運動電流をモニタするために有用な回路を断片的に概略的に示す回路図である。 図１８は、本発明の例示の実施形態に係る変換器の必須の並列回路モデルを断片的に概略的に示す回路図である。 図１９は、本発明の例示の実施形態に係る図２０の回路を有する本発明の回路であって変換器の運動電流をモニタするために有用な回路を断片的に概略的に示す回路図である。 図２０は、本発明の例示の実施形態に係る図１６の回路を有する本発明の回路であって変換器の運動電流をモニタするために有用な回路を断片的に概略的に示す回路図である。 図２１は、本発明の例示の実施形態に係る図１８の回路を有する本発明の回路であって変換器の運動電圧をモニタするために有用な回路を断片的に概略的に示す回路図である。 図２２は、本発明の例示の実施形態に係る実装された直接デジタル合成技術のモデルを作る概略的なブロック図である。 図２３は、本発明の例示の実施形態に係るデジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）のフィルタされた出力より上方に位置するＤＡＣの例示の直接出力を示すグラフである。 図２４は、本発明の例示の実施形態に係る同一の短い波長同調ワードを用いたＤＡＣのフィルタされた出力より上方に位置する図２３のグラフを生成するために用いられる波長同調ワードよりも短い波長同調ワードを有するデジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）の例示の直接出力を示すグラフである。 図２５は、本発明の例示の実施形態に係るより長い波長同調ワードを用いたＤＡＣのフィルタされた出力より上方に位置する図２３のグラフを生成するために用いられる波長同調ワードよりも長い波長同調ワードを有するデジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）の例示の直接出力を示すグラフである。 図２６は、本発明の例示の実施形態に係る電流制御ループを備える例示の構成要素のブロック回路図である。 図２７は、本発明の例示の実施形態に係る図３の装置のブロック回路図である。 図２８は、本発明の例示の実施形態に係る図４のバッテリアセンブリの正面の上方からの斜視図である。 図２９は、本発明の例示の実施形態に係るマルチリードバッテリ端末の上側と残りのシェルの半分の内側を露出させる、シェルの半部分が取り外された図４のバッテリアセンブリの左側からの断片的な斜視図である。 図３０は、本発明の例示の実施形態に係るマルチリードバッテリ端末に接続された回路基板を露出させる、シェルの半部分が取り外された図４のバッテリアセンブリの右側からの断片的な斜視図である。 図３１は、本発明の例示の実施形態に係るマルチリードバッテリ端末に連結された複合回路基板に連結されたバッテリセルを露出させる、シェルの両方の半部分が取り外された図４のバッテリアセンブリの斜視図である。 図３２は、本発明の例示の実施形態に係るシェルの一方の半部分が定位置にある図３１に示すバッテリアセンブリの斜視図である。 図３３は、本発明の例示の実施形態に係るバッテリアセンブリの後側に配置されたキャッチを示す図４のハンドルアセンブリの斜視図である。 図３４は、本発明の例示の実施形態に係るマルチリードハンドル端末アセンブリと図４のバッテリアセンブリに噛み合うレシーバとを露出させる図３のハンドルアセンブリの下側の斜視図である。 図３５は、本発明の例示の実施形態に係るマルチリードハンドル端末アセンブリと図４のバッテリアセンブリに噛み合うレシーバとを露出させる図３のハンドルアセンブリの下側の拡大斜視図である。 図３６は、本発明の例示の実施形態に係るハンドルアセンブリとバッテリアセンブリとの間の初期の噛み合い接続を示す下側の斜視図である。 図３７は、本発明の例示の実施形態に係るハンドルアセンブリに完全に接続されたバッテリアセンブリの斜視図である。 図３８は、本発明の例示の実施形態に係るハンドルアセンブリにバッテリアセンブリを連結するリリース機構を示す図４のバッテリアセンブリの外面の拡大斜視図である。 図３９は、本発明の例示の実施形態に係るマルチリードバッテリ端末アセンブリの拡大斜視図である。 図４０は、本発明の例示の実施形態に係るマルチリードバッテリ端末アセンブリとマルチリードハンドルバッテリアセンブリとの間の噛み合い位置の詳細図を提供する、ハンドルアセンブリのシェルの半部分が取り外された図１の超音波手術用焼灼アセンブリの拡大斜視図である。 図４１は、バッテリアセンブリの内側の方向から見た本発明の例示の実施形態に係る図３のバッテリアセンブリの圧力弁の断片的な断面斜視図である。 図４２は、弁の側面から見た図４１の圧力弁の断片的な断面図である。 図４３は、バッテリアセンブリから分離した図４１の圧力弁の斜視図である。 図４４は、本発明の例示の実施形態に係る図４１の圧力弁の圧力状態を示すグラフである。 図４５は、本発明の例示の実施形態に係るバッテリアセンブリから取り外された左シェルの半部分とハンドルアセンブリから取り外された左シェルの半部分とを示す図３の超音波手術用焼灼アセンブリの左側面分解図である。 図４６は、本発明の例示の実施形態に係る制御を示す右シェルの半部分が取り外された図３のハンドルアセンブリの右側面図である。 図４７は、本発明の例示の実施形態に係る図４６のトリガを示す左シェルの半部分が取り外された図３のハンドルアセンブリの拡大側面図である。 図４８は、本発明の例示の実施形態に係る図４６のボタンによって起動されるハンドルアセンブリの２段階スイッチの拡大側面図である。 図４９は、本発明の例示の実施形態に係る図４８の２段階スイッチの具体例を示す側面図である。 図５０は、本発明の例示の実施形態に係る図３のＴＡＧの側面図である。 図５１は、本発明の例示の実施形態に係る図５０のＴＡＧの底面図である。 図５２は、本発明の例示の実施形態に係る図５０のＴＡＧの平面図である。 図５３は、本発明の例示の実施形態に係る発振器回路を示す、上カバーが取り外された図５０のＴＡＧの立面図である。 図５４は、本発明の例示の実施形態に係る発振器及び変換器の間の電気的連結を示す、上側カバーが取り外された図５０のＴＡＧの下側立面図である。 図５５は、本発明の例示の実施形態に係る変換器の構成要素を示す、ＴＡＧの上側カバー及び変換器のカバーが取り外された図５０のＴＡＧの上側斜視図である。 図５６は、本発明の例示の実施形態に係るハンドルアセンブリ及びＴＡＧの間の連結整列を示すハンドルアセンブリ及びＴＡＧの左立面図である。 図５７は、本発明の例示の実施形態に係るマルチリードバッテリ端末アセンブリに通信可能に連結された装置識別子を露出させるハンドルアセンブリから左シェルの半部分が取り外された図３の超音波手術用焼灼アセンブリの左側の立面分解図である。 図５８は、本発明の例示の実施形態に係る外側シェルが取り外された変換器の拡大斜視図である。 図５９は、本発明の例示の実施形態に係るマルチリードバッテリ端末アセンブリとマルチリードハンドル端末アセンブリとの間のシーリング関係と、バッテリアセンブリ上のキャッチ及びハンドルアセンブリのレシーバの間の連結関係との拡大斜視図である。 図６０は、本発明の例示の実施形態に係る図５９のシーリングガスケットの拡大透視斜視図である。 図６１は、本発明の例示の実施形態に係るニアオーバーセンタのトリガ機構を露出させる、右側カバーの半部分が取り外されたハンドルアセンブリの部分斜視図である。 図６２は、本発明の例示の実施形態に係るトリガがわずかに押し込まれた状態の図６１のニアオーバーセンタのトリガ機構の部分斜視図である。 図６３は、本発明の例示の実施形態に係るトリガが押し込まれた状態の図６１のニアオーバーセンタのトリガ機構の部分斜視図である。 図６４は、本発明の例示の実施形態に係るトリガが完全に押し込まれた状態の図６１のニアオーバーセンタのトリガ機構の部分斜視図である。 図６５は、本発明の例示の実施形態に係る導波管アセンブリ回転防止ホイールに隣接するものの係合していない回転ロックアウト部材及び刃の断片的な斜視図である。 図６６は、本発明の例示の実施形態に係る導波管回転防止ホイールに係合する図６５の回転ロックアウト部材及び刃の断片的な斜視図である。 図６７は、本発明の例示の実施形態に係る非押し込み状態で図６５の回転ロックアウト部材に物理的に連通する２段階ボタンの断片的な斜視図である。 図６８は、本発明の例示の実施形態に係る第１押し込み状態で図６５の回転ロックアウト部材に物理的に係合する２段階ボタンの断片的な斜視図である。 図６９は、本発明の例示の実施形態に係る第２押し下げ状態で図６５の回転ロックアウト部材に完全に係合し、次に、導波管アセンブリ回転防止ホイールと係合する図６８の２段階ボタンの断片的な斜視図である。 図７０は、本発明の例示の実施形態に係る導波管アセンブリ回転防止ホイールに隣接するものの係合していない回転ロックアウト部材及び二重刃の断片的な斜視図である。 図７１は、本発明の例示の実施形態に係る導波管アセンブリ回転防止ホイールに係合する図７０の回転ロックアウト部材及び二重刃の断片的な斜視図である。 図７２は、本発明の例示の実施形態に係る始動手順を示す工程フロー図である。 図７３は、開き位置にある顎を有する遠位端からの本発明に係るエンドエフェクタの例示の実施形態の断片的な拡大斜視図である。 図７４は、外側管が取り外された下方からの図７３のエンドエフェクタの断片的な拡大斜視図である。 図７５は、導波管を通って顎作動平面を横断する断面を有する下方からの図７３のエンドエフェクタの断片的な拡大斜視図である。 図７６は、外側管が取り外された図７３のエンドエフェクタの断片的な拡大側面図である。 図７７は、導波管が取り外された顎作動平面に平行な断面を有する図７３のエンドエフェクタの断片的な拡大側断面図である。 図７８は、図７３のエンドエフェクタの断片的な拡大側面図である。 図７９は、顎がほぼ閉じ位置にある図７８のエンドエフェクタの断片的な拡大側面図である。 図８０は、顎がほぼ閉じ位置にある図７３のエンドエフェクタの断片的な拡大斜視図である。 図８１は、顎作動平面における断面を有する図７３のエンドエフェクタの断片的な拡大側断面図である。 図８２は、図７３のエンドエフェクタの連結スプールの拡大斜視図である。 図８３は、顎旋回時に導波管の縦軸線に直交する断面を有する図７３のエンドエフェクタの断片的な拡大断面図である。 図８４は、遠位端の下方から見た図７３のエンドエフェクタの顎インサートの拡大斜視図である。 図８５は、近位端の下方から見た図７３の顎の左側部分内に位置する図８４の顎インサートの左側部分の拡大断面図及び斜視図である。 図８６は、ハンドル本体の右側半部分と、回転防止ホイールと、顎力制限アセンブリとが取り外された図４６のハンドルアセンブリのＴＡＧ取付ドック及び導波管取付ドックの断片的な拡大斜視図である。 図８７は、外側管と回転防止ホイールの右側半部分のみとが取り外された図８６のハンドルアセンブリの断片的な拡大斜視図である。 図８８は、本発明の例示の実施形態に係るトルクレンチの斜視図である。
開示する実施形態は、様々な形態で具現化することが可能な本発明の単なる例示であることが理解されるべきである。従って、本明細書に開示する特定の構造的及び機能的な詳細は、限定するものとして解釈されるべきではなく、特許請求の範囲のための根拠として、かつ、実質的に任意の適切な詳細な構造に本発明を様々に採用するために当業者に教示するための代表的な根拠として、解釈されるべきである。さらに、本明細書で使用される用語及びフレーズは、限定するものであることを意図していないものの、本発明の理解可能な説明を提供するためであることが意図される。
本発明の開示及び説明に先立って、本明細書で使用する用語は、特定の実施形態を説明するのみの目的のためであり、限定することを意図しないことが理解されるべきである。この書類では、本明細書で使用するように、「ａ」又は「ａｎ」が１又は１以上として定義される。本明細書で使用するように、用語「複数」は２又は２以上として定義される。本明細書で使用するように、用語「もう１つ」は少なくとも２番目又はそれ以降として定義される。本明細書で使用されるように、用語「含む」及び／又は「有する」は、備える（オープンランゲージ）として定義される。本明細書で使用するように、用語「連結される」は、必ずしも直接的でないものの、必ずしも機械的でなく接続されるものとして定義される。例えば第１及び第２、上側及び下側などの関連する用語は、別の存在又は動作から１つの存在又は動作を、そうした存在同士又は動作同士の間の任意の現実的なそうした関係又は順番を必ずしも必要とせず又は意味せず、単に区別するために使用されてよい。用語「備える」、「備えている」又はその他の変形は、例えば要素のリストを備える工程、方法、製品、又は装置がそれらの要素のみを含むのではなく、明らかにリストされていない又はそうした工程、方法、製品、又は装置に固有の他の要素を含んでよいように、非排他的な包含をカバーすることが意図されている。「〜を備える」によって生じる要素は、さらなる制約なしに、要素を備える工程、方法、製品、又は装置に追加の同一の要素の存在を排除しない。
本明細書で使用するように、用語「約」又は「およそ」は、はっきりと示されているかどうかに拘わらず、すべての数値に適用する。これらの用語は概して、当業者が、列挙された値（すなわち、同一の機能又は結果を有する）に対する均等物を考慮する数値範囲に当てはまる。多くの例では、これらの用語は、最も近い有効数字に丸められる数字を含んでよい。この書類では、用語「縦方向」は、説明される物の延在方向に対応する方向を意味することが理解されるべきである。
本明細書で説明される本発明の実施形態は、１以上の従来のプロセッサと、所定の非プロセッサ回路及び他の要素に関連して、本明細書で説明する超音波切断装置のいくつかの、ほとんどの、又はすべての機能を実行する１以上の通常のプロセッサを制御する固有の記憶されたプログラム指令と、を備えてよいことが理解されよう。非プロセッサ回路は、これに限定されないものの、信号ドライバ、クロック回路、電源回路、及びユーザ入出力要素を含んでよい。代替として、いくつかの又はすべての機能が、記録されたプログラム指令を有していない状態機械によって、又は、各機能若しくは所定の機能のいくつかの組み合わせがカスタム論理として実行される特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）若しくはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）において、実行されることが可能である。もちろん、これらのアプローチの組み合わせも使用され得る。従って、これらの機能のための方法及び手段が本明細書で説明される。
本明細書で使用されるように、用語「プログラム」、「ソフトウェアアプリケーション」などは、コンピュータシステム上で実行するために設計された指令のシーケンスとして定義される。「プログラム」、「コンピュータプログラム」又は「ソフトウェアアプリケーション」は、サブルーチン、ファンクション、プロシージャ、オブジェクトメソッド、オブジェクト実装、実行可能アプリケーション、アプレット、サーブレット、ソースコード、オブジェクトコード、共有ライブラリ／ダイナミックロードライブラリ及び／又はコンピュータシステム上で実行するために設計される指令の他のシーケンスを含んでよい。
本発明は、一実施形態によれば、装置のハンドル内に完全に適合する構成要素によって電力を供給されて制御される軽量で手持ち式のコードレスのバッテリ駆動手術用焼灼切断装置を提供することによって、従来技術が有する課題を克服する。手持ち式装置は、外科医が、外部電力を必要とせずに、また特に、固定物に対して外科医をつなぎ留めないとともに手術処置の実行中に外科医の移動の範囲を制約せずに、任意の手術処置において超音波切断及び／又は焼灼を実行することを可能にする。
超音波手術装置
ここで、本発明の一実施形態に係る例示の装置を説明する。図３を参照すると、例示のコードレスの超音波手術用焼灼アセンブリ３００が示されている。本発明のアセンブリ３００は、３つの主要な構成要素部品、（１）バッテリアセンブリ３０１、（２）超音波切断刃及び導波管アセンブリ３０４（その近位部分のみを図３に示している）を有するハンドルアセンブリ３０２、及び、（３）変換器及び発振器（「ＴＡＧ」）アセンブリ３０３、を有するものとして説明することができる。ハンドルアセンブリ３０２と超音波切断刃及び導波管アセンブリ３０４とは、予め連結されているものの、相互に独立して回転可能である。例示の一実施形態によれば、バッテリアセンブリ３０１は、調節された出力によって充電可能で再使用可能なバッテリパックである。ある場合には、以下に説明するように、バッテリアセンブリ３０１はユーザインターフェース機能を容易にする。ハンドルアセンブリ３０２は、バッテリアセンブリ３０１、ＴＡＧアセンブリ３０３、並びに超音波切断刃及び導波管アセンブリ３０４への取付用ベイ又はドックを有する使い捨てユニットである。ハンドルアセンブリ３０２はまた、例えばスピーカ／ブザー及び起動スイッチを含む様々なインジケータを収容している。
ＴＡＧアセンブリ３０３は、遠位出力で高周波の機械的作動を生成する再使用可能ユニットである。ＴＡＧアセンブリ３０３は、装置の作動中に超音波切断刃及び導波管アセンブリ３０４に機械的に連結されて、遠位出力すなわち切断刃で運動を生成する。一実施形態では、ＴＡＧアセンブリ３０３はまた、例えば赤／緑／青（ＲＧＢ）のＬＥＤを通じて視覚ユーザインターフェースを提供する。そのようにして、バッテリ状態の視覚インジケータは、唯一バッテリ上に配置されておらず、及び従って、バッテリからリモートである。
手持ち式パッケージの超音波切断ツールの必要な構成要素のすべてを提供するための本発明の能力は、図２に示すように、非常に高価で重いデスクトップボックス２０２内に装置構成要素のほぼすべてを収容するとともに最も顕著には嵩張って手術者の移動を妨げる装置のハンドピース１１２及びデスクトップボックス２０２の間の高価なつなぎ２０８を含む従来技術の装置に対して、多大な利点を提供する。
本発明によれば、手持ち式超音波手術用焼灼アセンブリ３００の３つの構成要素は、１以上の他方のものから有利に迅速に分離可能である。システムの３つの構成要素の各々は、滅菌されて、使用中に滅菌フィールドに完全に維持されることが可能である。各部分は１以上の他の構成要素から分離されることが可能であるので、本発明は、１回使用のアイテム（すなわち使い捨て）である１以上の部分と、複数回使用のアイテムである他方（すなわち複数回の外科的処置での使用のために滅菌可能）と、を備えている。図４及び図５は、図３に示す複合アセンブリの全体からそれぞれ分離するバッテリアセンブリ３０１及びＴＡＧアセンブリ３０３の構成要素を示している。構成要素の各々の詳細は、本明細書の残りの部分を通じて示して説明する。それらの詳細は、とりわけ、手持ち式超音波手術用焼灼アセンブリ３００とは分離した及びその一部としての各々の構成要素の物理的態様、アセンブリ３００の全体とは分離した及びその一部としての電気的機能性及び能力、及び、アセンブリ３００の全体とは分離した及びその一部としての各構成要素の使用方法、アセンブリ、滅菌及び各構成要素の他方、を含む。本発明のさらなる実施形態によれば、構成要素３０１、３０２／３０４、３０３の各々は全重量にほぼ等しい。これらの構成要素３０１、３０２／３０４、３０３の各々はそれらがほぼ同じ重量であるようにバランスされる。三者間のアセンブリ構成に複合されることによって、手持ち式超音波手術用焼灼アセンブリ３００の全体には、装置を操作するユーザに対して非常に自然で快適な感覚を提供するバランス中心が有利に提供される。すなわち、ユーザの手に保持された時、アセンブリ３００の全体は、前方又は後方又は左右に傾く傾向を有していないものの、導波管がユーザのごくわずかな努力で地面に対して平行に保持されるように相対的に動的にバランスされたままである。もちろん、器具は、地面に対して平行でない角度に非常に簡単に配置されることが同様に可能である。
図６は、バッテリアセンブリ３０１、ハンドルアセンブリ３０２、及びＴＡＧアセンブリ３０３の間の通信結合を概略的に示す全体的なブロック図を提供する。図６はまた、バッテリアセンブリ３０１及びハンドルアセンブリ３０２の間の様々な電力及び通信信号の経路６０１ａ〜ｎを示している。ハンドルアセンブリ３０２は、ＴＡＧアセンブリ３０３に続くさらなる電力及び通信信号の経路６０２ａ〜ｎを提供する。これらの電力及び通信信号の経路６０１ａ〜ｎは、
１．可聴ユーザインターフェースを提供する例えば可聴周波数信号といったブザー
２．最小振幅で超音波出力を作動させるユーザインターフェースである、例えば０〜３．３Ｖ及び０〜２５ｍＡの入力信号といった最小ボタン
３．最大振幅で超音波出力を作動させるユーザインターフェースである、例えば０〜３．３Ｖ及び０〜２５ｍＡの最大ボタン
４．バッテリアセンブリ３０１からＴＡＧアセンブリ３０３への出力であって、変換器駆動信号を生成するためにＴＡＧアセンブリ３０３に電力を供給する、例えば０〜１０ボルト及び０〜６Ａの出力である第１出力電圧（Ｖｏｕｔ）
５．アース又はシステム共通接続
６．システムに電力を供給するためのバッテリからの電圧出力である第２出力電圧（Ｖｂａｔｔ）
７．バッテリアセンブリ３０１及びＴＡＧアセンブリ３０３の間の差動半二重シリアル通信を提供する第１通信線（Ｃｏｍｍ＋）
８．バッテリアセンブリ３０１及びＴＡＧアセンブリ３０３の間の差動半二重シリアル通信を提供する第２通信線（Ｃｏｍｍ−）
９．ハンドルアセンブリ３０２に接続された時、バッテリアセンブリ３０１への及びそれによってシステム全体への電力供給を起動するプレゼント（ｐｒｅｓｅｎｔ）線
のオペレーションを容易にする。
本発明の実施形態によれば、上述の電力及び通信信号の経路６０１ａ〜ｎは、ハンドルアセンブリ３０２上の第１マルチリードハンドル端末アセンブリ（バッテリアセンブリ３０１はハンドルアセンブリ３０２に電気的に結合される）とハンドルアセンブリ３０２上の第２マルチリードハンドル端末アセンブリ（ＴＡＧアセンブリ３０３はハンドルアセンブリ３０２に電気的に結合される）との間をつなぐフレックス回路を通じて提供される。
Ｉ．バッテリアセンブリ
図７は、バッテリアセンブリ３０１とその内部に含まれる内部構成要素とを概略的に示す全体的なブロック図である。バッテリアセンブリ３０１は概して、１以上の電池７０１と、バッテリ保護回路７０２と、バッテリコントローラ７０３と、を有している。電池７０１とバッテリ保護回路７０２との間には様々な電力及び信号経路７０４ａ〜ｎが延びている。電力及び通信信号経路７０６ａ〜ｎがバッテリ保護回路７０２とバッテリコントローラ７０３との間に延びている。電力及び信号経路７０４ａ〜ｎ及び７０６ａ〜ｎは、構成要素同士の間の単純な直接接続であってよく、又は、図示しない他の回路構成要素を有してよい。電力及び通信信号経路７０６ａ〜ｎは、特に、
１．バッテリコントローラ７０３とバッテリ燃料ゲージ／保護回路７０２との間の通信に使用されるＳＭＢｕｓクロック信号（ＳＣＬＫ）、
２．バッテリコントローラ７０３とバッテリ燃料ゲージ／保護回路７０２との間の通信に使用されるＳＭＢｕｓデータ信号（ＳＤＡＴ）、
３．バッテリアセンブリ３０１が充電器にある時に、アースされた時点でバッテリコントローラ７０３内で電力供給をスイッチングするために電力を除去することによってバッテリコントローラ７０３をオフにするエネーブルスイッチ、
を有している。
ａ．電池
電池７０１は、一実施形態では、４セルのリチウムイオンポリマー（ＬｉＰｏｌｙ）バッテリを含む。もちろん、使用され得る電池の数に限定はなく、電池がＬｉＰｏｌｙタイプである必要はない。好都合には、製造者は、必要とされるほぼあらゆる形状のＬｉＰｏｌｙバッテリを製造することができる。しかしながら、これらのタイプのバッテリは、ＬｉＰｏｌｙバッテリの過充電が電池をすぐに破損させるので、充電工程中、慎重に制御されなければならない。従って、これらのバッテリは慎重に充電されなければならない。この理由のため、本発明は本発明のバッテリ保護回路７０２を利用している。
ｂ．バッテリ保護
バッテリ保護回路７０２は、電池７０１の充電及び放電を制御し、バッテリ保護と「燃料ゲージ」機能すなわちバッテリ電力モニタとを提供する。より具体的には、バッテリ保護回路７０２は、充電段階及び放電段階の両方の間、過電圧、過小電圧、過温度及び過電流のモニタ及び保護を提供する。過充電されると、ＬｉＰｏｌｙバッテリは、損傷を受けるだけでなく、発火及び／又は液漏れし得る。
バッテリ保護回路７０２の「燃料ゲージ」機能は、バッテリアセンブリ３０１の出力上で、継続的な及び瞬間的な両方の電圧及び電流の放電を制限する。電池７０１の充電中、燃料ゲージは、電池７０１に供給される電流レベルを制限することができる。代替として、バッテリ充電ユニットがこの電流制限機能を実行することができる。燃料ゲージはまた、温度をモニタして、電池７０１の温度が所定の温度を超えた時にバッテリアセンブリ３０１を停止させる。燃料ゲージは、総エネルギーがどの程度電池７０１内に残存しているか、前回どの程度充電されたか、電池７０１の内部インピーダンスの特定、出力される電流及び電圧の特定など、を決定することができる。このデータを使用することによって、本発明は、発明のアルゴリズムの使用を通じて、電池７０１の化学的属性上の一部に基づいて電池７０１の作動容量を決定することができ、特に、以下にさらに詳細に説明するような手術処置を安全に実行するためにいつ十分なバッテリ容量がなくなるかを識別することができる。
ｃ．バッテリコントローラ
図１１は、図７のバッテリコントローラ７０３の内部構成要素を概略的に示すブロック回路図である。図７で前に示したように、バッテリコントローラ７０３には、電力及び通信信号経路７０６ａ〜ｎを通じて信号及び電力が供給される。さらに、バッテリコントローラ７０３はまた、動力及び通信信号経路６０１ａ〜ｎに沿って出力電力及び信号を供給する。本発明の例示の一実施形態によれば、バッテリコントローラ７０３は、電源１１０２と、ＳＭＢｕｓ分離スイッチ１１０４と、マイクロコントローラ１１０６と、オーディオドライバ１１０８と、ユーザボタンインターフェース１１１０と、シリアル通信トランシーバ１１１２と、バックコンバータ１１１４と、を有している。
電源１１０２は、その出力時、図１１に示す様々なバッテリコントローラの構成要素に電力を供給するために使用される様々な電圧レベルを生成する。ＳＭＢｕｓ分離スイッチ１１０４は、充電中であってバスがバッテリコントローラ内で他の目的に使用されている時に、バッテリ保護プリント回路基板に対してＳＭＢｕｓ線の接続を遮断するために使用される。
マイクロコントローラ１１０６は、バッテリコントローラ７０３の機能を制御する高集積演算ユニットである。オーディオドライバ１１０８は、ハンドルアセンブリ３０２内に配置されるブザー８０２を最後に駆動する信号を生成する。ユーザボタンインターフェース１１１０は、ハンドルアセンブリ３０２内に収容される最小及び最大作動スイッチ８０４及び８０６から受信した信号を調整する。シリアル通信トランシーバ１１１２は、バッテリコントローラ７０３及び発振器９０４の間の差動半二重通信を送信及び受信する。最終的に、バックコンバータ１１１４が、変換器９０２に対する超音波出力信号の生成のためにＴＡＧアセンブリ３０３への伝達のための低電圧を生成するため、バッテリ電圧を降下させる。マイクロコントローラは、バックコンバータへの入力信号のパルス幅を変化させる又は調節すること（すなわち、パルス幅変調（ＰＷＭ））によって、バックレギュレータの出力を制御する。バッテリコントローラは、スイッチのインピーダンスを測定し、既定の閾値を下回るまで検出インピーダンスが低下するまで、システムを作動させない。このことは、スイッチのインピーダンスが、完全に閉じたスイッチのインピーダンスよりも高い際に一般に検出される流体の進入に起因した突然の作動を排除する。プレゼント線は、同様の原理に基づいて作動し、バッテリがオンにされる前に十分に低いインピーダンスを通じてプレゼント線が閉じられることを保証する。このことは、任意の導電性流体に対するプレゼントピンの露出がバッテリパックを不意にオンにしないようになされる。
以下に詳細に説明するように、バッテリコントローラ７０３は、例えばブザー８０２及びＲＧＢのＬＥＤ９０６などのユーザインターフェースを容易にし、少なくとも１つの電圧出力経路（Ｖｏｕｔ）６０１ａ〜ｎを通じてＴＡＧアセンブリ３０３に電力を出力するバックコンバータの出力電圧及び電流出力を変換する。
ＩＩ．ハンドルアセンブリ
図８は、図３に示すハンドルアセンブリ３０２を概略的に示す全体的なブロック図である。ハンドルアセンブリ３０２は、取り付けられた電力及び通信信号経路６０１ａ〜ｎを通して制御信号及び電力信号を受け取る。電力及び通信信号経路６０２ａ〜ｎの２番目のセットは、手持ち式超音波手術用焼灼アセンブリ３００に取り付けられた時にＴＡＧアセンブリ３０３に接続する。以下に詳細に説明するように、ハンドルアセンブリ３０２は、超音波導波管アセンブリ３０４を収容しており、例えばボタン４６０８及びトリガ４６０６の２段階スイッチ（図４６で紹介する）を用いて手術者が、手持ち式超音波手術用焼灼アセンブリ３００の全体を把持して操作するピストルグリップの一部を提供する。例示の一実施形態によれば、ハンドルアセンブリ３０２は、信号経路６０１ａ〜ｎを通じてバッテリアセンブリ３０１からブザー出力信号を受け取ることができるスピーカ／ブザー８０２であって、特定の装置状態を手術者に通信することに適した例えば６５ｄｂの可聴出力を生成することができるスピーカ／ブザー８０２を備えている。これらの状態は、例えばハンドルアセンブリ３０２へのバッテリアセンブリ３０１のアセンブリ構成要素の成功した連結、高、低、又は通常の作動モード、障害状態、低バッテリ、装置過負荷、機械的故障、電気的故障などを含む。ハンドルはまたＭｉｎを含む。ボタンスイッチ８０４及び最大ボタンスイッチ８０６は、作動された時、それぞれのボタンをアースに接続し、低又は高振幅モードのいずれかで超音波出力を開始させるためにバッテリコントローラに信号を送信する。ハンドルアセンブリ３０２はまた、バッテリアセンブリ３０１及びＴＡＧアセンブリ３０３の間の信号のための通過相互接続を提供する。
ＩＩＩ．ＴＡＧ
図９は、変換器９０２及び発振器９０４を収容する図３及び図５のＴＡＧアセンブリ３０３を概略的に示すブロック回路図である。発振器９０４は、バッテリコントローラ７０３からのＤＣ電力を、電気信号を機械的運動に変換する変換器９０２を駆動する高電圧ＡＣ信号に変換する。
ａ．発振器
図１０は、発振器９０４の内部構成要素を概略的に示すブロック回路図である。本発明の例示の一実施形態によれば、発振器９０４は、電源１００２と、シリアル通信トランシーバ１００４と、マイクロコントローラ１００６と、数値制御発振器（ＮＣＯ）１００８と、プッシュ／プル式スイッチング増幅器１０１０と、出力フィルタ／整合ネットワーク１０１２と、モーショナルブリッジ１０１４と、フィードバック増幅器及びバッファ１０１６と、ＬＥＤドライバ１０１８と、例えばＲＧＢのＬＥＤであるインジケータ９０６と、を有している。電源１００２は、電力信号経路６０２ａ〜ｎの線Ｖｂａｔｔ及びＧＮＤを通じてバッテリアセンブリ３０１からの電力を受け取り、発振器９０４に電力を供給するために使用される様々な電圧を出力する。シリアル通信トランシーバ１００４は、ここでは、通信信号経路６０２ａ〜ｎのシリアルデータリンクＣｏｍｍ＋／Ｃｏｍｍ−を通じて、バッテリコントローラ７０３及び発振器９０４の間の送信及び受信の通信を提供するものの、この通信は、単一の線を通じて又は複数の線を通じて直列に又は並列に生じ得る。
マイクロコントローラ１００６は、発振器９０４の機能を制御する高集積演算ユニットであり、システムの２つのマイクロコントローラのうちの一方であり、他方はバッテリコントローラ７０３の一部である。例示の実施形態では、シリアルデータリンク（Ｃｏｍｍ＋／Ｃｏｍｍ−）は、それらのオペレーションを通信して調整することができるように２つのマイクロコントローラ１００６、１１０６の間に存在する。ＴＡＧ３０３のマイクロコントローラ１００６は、圧電変換器９０２を駆動する高電圧波形の生成を制御する。バッテリアセンブリ３０１のマイクロコントローラ１００６は、変換器９０２に対する高電圧ＡＣを生成する時、電池７０１からＴＡＧ３０３によって使用される低いＤＣ電圧へのＤＣ電圧の変換を制御する。バッテリマイクロコントローラ１１０６は、機械的運動の振幅を制御するためにバッテリアセンブリ３０１のＤＣ出力を調整し、ＴＡＧマイクロコントローラ１００６は、変換器９０２を駆動する信号の周波数を制御する。バッテリマイクロコントローラ１１０６はまたユーザインターフェースを処理し、バッテリ保護回路７０２はシステムの作動中に電池７０１をモニタする。
直接デジタル合成（ＤＤＳ）は、固定された周波数源をデジタル的に用いて変更され得る正確な出力周波数によって周期的な波形を生成するために使用される技術である。ＮＣＯ１００８は、ハードウェア又はソフトウェアを通じて実行することが可能なＤＤＳ技術を使用する信号源である。ＤＤＳへの固定周波数入力は、ＮＣＯ１００８のためのクロックを生成するために使用される。出力は、時間変動周期的波形を生成する一連の値である。新しい出力値は各クロック周期中に生成される。
図２２に詳細に示すＤＤＳ２２００は、各クロック周期で新しい位相値が生成されることによって、その後に振幅に変換される出力波形の位相構成要素を算出することによって作動する。位相値は、そのレジスタが「位相アキュムレータ」としてここでは参照される可変レジスタ２２０２に格納される。各クロック周期中、新しい位相値を生成するために位相アキュムレータに格納された数に固定値が追加される。この固定値はしばしば、クロック周波数とともに出力周波数を決定するので、周波数制御ワード又は周波数同調ワードとして参照される。位相アキュムレータの値は、値が３６０度にわたって回転する場合に、０度〜３６０度までの周期的な出力波形の１サイクルに及ぶ。
位相アキュムレータの値は位相振幅コンバータ２２０４に供給される。正弦波の場合、振幅は、位相値の逆正接を用いて算出されることが可能である。高速アプリケーションの場合、変換器は、位相値から振幅を生成するためにルックアップテーブルを通常は使用する。
ＤＤＳのハードウェア実装では、振幅コンバータの出力は、アナログ出力信号ｆｏｕｔを生成するためのデジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）２２０６への入力である。アナログ信号は、出力波形内の好ましくない周波数要素を低減するためにバンドパスフィルタ又はローパスフィルタによって通常はフィルタリングされる。
第１例として、位相アキュムレータ２２０２の値は０〜３５９の整数に設定され得る。周波数同調ワードが１の場合、位相アキュムレータ２２０２の値は各クロック周期ごとに１増大する。値は３５９に到達するとゼロに戻ってくる。クロック周波数が３６０Ｈｚである場合、出力波形の周波数は１Ｈｚである。従って、出力は、出力波形の各１行間隔の間の一連の３６０点である。周波数同調ワードが１０に変更されると、位相アキュムレータの値は各クロック周期ごとに１０増大し、出力周波数は１０Ｈｚである。従って、出力は、出力波形の各周期ごとに３６点である。周波数同調ワードが１００の場合、出力周波数は１００Ｈｚである。その場合、各出力周期ごとに３．６点である。また、より正確には、出力波形の周期のいくつかは３点を有しており、いくつかは４点を有している。３点に対する４点の周期比は０．６である。
第２例として、位相アキュムレータ２２０２の値は１０ビット数であり得る。１０ビット数は１０２４の可能な値を有する。５０の周波数同調ワードと１ＭＨｚのクロック周波数とである場合、出力周波数は、５０×１ＭＨｚ／１０２４＝４８．８２８ｋＨｚである。図２３は、ＤＡＣ２２０６の出力２３００とフィルタリングされたＤＡＣの出力がどのように見えるかとを示している。
周波数同調ワードが２２であれば、出力周波数は２２×１ＭＨｚ／１０２４＝２１．４８４ｋＨｚである。この場合、図２４は、ＤＡＣ２２０６の出力２４００とフィルタリングされたＤＡＣの出力がどのように見えるかを示している。電力が最初に発振器に供給される時、ＮＣＯ１００８の状態は確定していない（又は、ＮＣＯ１００８の出力は適切な周波数ではない）。このことは、マイクロコントローラの不適切なオペレーションにつながり得る。マイクロコントローラの適切なオペレーションを確保すべく、ＮＣＯ１００８は、電力が最初に供給された時にマイクロコントローラのクロック周波数を駆動させるために使用されない。別個の発振器が使用される。例示の一実施形態では、別個の発振器がマイクロコントローラ内に組み込まれる。この別個の発振器を使用することによって、マイクロコントローラは、マイクロコントローラの内部の様々なメモリ配置とＮＣＯ１００８内のそれらとを初期化する。ＮＣＯ１００８が適切な周波数でひとたび作動すると、マイクロコントローラは、別個の発振器からＮＣＯ１００８にそのクロックのソースをスイッチする。
周波数同調ワードが４００である場合、出力周波数は４００×１ＭＨｚ／１０２４＝３９０．６２５ｋＨｚである。この場合、図２５は、ＤＡＣ２２０６の出力２５００と、フィルタリングされたＤＡＣの出力がどのように見えるかとを示している。出力はときどき、各周期ごとに２点、時には３点を有する。図２５の波形は、明確な正弦波を得るためにフィルタが必要であることを明確に示している。
図１０を再び参照すると、プッシュ／プル式スイッチング増幅器１０１０は、バッテリコントローラ７０３からＤＣ電力を高電圧スクエア波に変換する。出力フィルタ／整合ネットワークは、スイッチング増幅器１０１０からのスクエア波を変換器９０２に供給するための適切で平滑な正弦波に変化させるパッシブフィルタである。モーショナルブリッジ１０１４は、変換器９０２及び導波管アセンブリ３０４の機械的運動に比例する及び機械的運動と同じ位相のフィードバック信号を生成する回路である。フィードバック増幅器及びバッファ１０１６は、モーショナルブリッジ１０１４内で決定されるモーショナルフィードバック信号を増幅してバッファする。以下にさらに詳細に説明するように、モーショナルブリッジ１０１４は、装置が一定の変位／振幅で作動することを可能にし、負荷が変化する際に電圧を変化させる。モーショナルブリッジは、振幅フィードバックを提供するために使用され、このタイプのフィードバック、例えばモーショナルフィードバックを用いることによって、システムは定電流で作動することができる。
一実施形態では、ＴＡＧアセンブリ３０３は、多様な警告目的及び通信目的のために使用されることが可能な１以上の赤／緑／青（ＲＧＢ）のＬＥＤ９０６を含む。例えば緑は、装置が正常に機能していることを示し得る一方で、赤は、装置が正常に機能していないことを示している。図９に示す発振器９０４のＬＥＤ９０６の配置は例示の目的のみであることに留意されたい。本発明では、インジケータをＴＡＧアセンブリ３０３のどこにでも配置することができることが想定される。
ハンドルアセンブリ３０２及びＴＡＧアセンブリ３０３の間、特にスピーカ８０２及びＬＥＤ９０６の間の通信の相互作用を通じて、本発明の手持ち式超音波手術用焼灼アセンブリ３００は、超音波手術用焼灼アセンブリ３００に関連した複数の状態を示すため、使用中に手術者に完全なフィードバックを提供する。例えば、上述したように、スピーカ／ブザー８０２は、超音波手術用焼灼アセンブリ３００の作動状態の可聴警告及び可聴インジケータを提供することができる。同様に、ＬＥＤ９０６は、超音波手術用焼灼アセンブリ３００の作動状態の視覚警告及び視覚インジケータを提供することができる。一例として、ＬＥＤ９０６は、電池７０１内に残っている電力量の表示を提供する、又は、手術処置を安全に実行するための十分な電力が不足していることの表示を提供することができる。例えば、ＬＥＤ９０６の第１色は、完全に充電された電池７０１を示す一方で、第２色は、部分的に充電された電池７０１を示している。代替として、ＬＥＤ９０６の状態上の様々な明滅パターン又は常時点灯はユーザに対して状態インジケータを提供することができる。図１０に示すＬＥＤドライバ１０１８は、ＬＥＤ９０６が点灯している時に定電流を提供する例示の構成である。重要なことは、ユーザに対するフィードバックインジケータのすべては、手持ち式装置上に唯一あり、視界の術野から遠ざかる又は滅菌フィールドの外側の離れたフィードバック構成要素の範囲内にいることをユーザに求めない。これによって、フィードバック信号の性質を検証するために術野から遠隔位置に対して医者に注意を向けさせる必要がない。
ｂ．変換器
変換器９０２は、電気信号を物理的な運動に変換する電気機械装置である。広い意味では、変換器９０２は、一形態から他の形態に信号を変換する任意の装置として時に定義される。類似の変換器装置は、音楽又はスピーチを表す電気電圧変動を機械的なコーンの振動に変換するオーディオスピーカである。スピーカのコーンは、次に、音響エネルギーを作り出すために空気分子を振動させる。本発明では、（以下で説明する）駆動波１４００が変換器９０２に入力されて、変換器９０２は、次に、その電気的入力を、導波管１５０２（以下に説明する）に運動を付与する物理的出力に変換する。図１５に関して示すように、この運動は、導波管１５０２上に、その結果、導波管１５０２の端部に運動を生じさせる定常波を設定する。本発明の目的のため、変換器９０２は、電気エネルギーを機械的運動に変換する圧電装置である。
知られているように、圧電変換器の水晶は、電圧が印加された時に伸展する。本発明に係る変換器の構造では、例えば図５５に示すように、水晶は水晶スタック５５０２内にクランプされる。この構造のクランプボルト５５０４は、水晶スタック５５０２を予め圧縮するために設定される場合にスプリングとして機能する。そのようにして、スタック５５０２を横切って電圧を分与することによって水晶スタック５５０２が伸展させられる時に、クランプボルト５５０４は、予め圧縮された最初の位置にスタック５５０２を戻す（すなわち、スタック５５０２は引っ込む）。代替として、クランプボルト５５０４は、スタック５５０２上で予め圧縮されないように回転させられることが可能であり、そのような場合、ボルトは、その最初の位置に向かって戻り質量を引っ張るために依然としてスプリングとして作用する。変換器の例示の構造は、いわゆるランジュヴァン（Ｌａｎｇｅｖｉｎ）変換器、ボルトクランプランジュヴァン変換器、又は、ボルトクランプサンドイッチタイプ変換器であってよい。
ＩＶ．信号経路
図１２は、バッテリアセンブリ３０１及びＴＡＧアセンブリ３０３の間の信号経路を概略的に示すブロック図である。最初に、ＤＣ−ＤＣ逓減コンバータ１２０２は、電池７０１からの電圧を下げて、第１電圧から第２の低電圧に下げる。ＤＣ−ＤＣ逓減コンバータ１２０２は、マルチ又は可変位相（必要とされる電力量に依存する）バックコンバータ１１１４及びバッテリマイクロコントローラ１１０６を有しており、図１１では両方がバッテリアセンブリ３０１内にある。バッテリマイクロコントローラ１１０６は、ＴＡＧアセンブリ３０３に供給されるＤＣ電圧を調整するためにバックコンバータ１１１４を制御する。併せて、バックコンバータ１１１４及びマイクロコントローラ１１０６は、バッテリアセンブリ３０１内でＤＣ−ＤＣ変換機能を実行する。本発明の例示の実施形態では２位相バックコンバータ１１１４が使用される。別の例示の実施形態は、さらなる位相を有するバックコンバータを利用することができる。その場合、位相制限が採用され得る。使用される位相の数は、バッテリ駆動装置のために考慮されるべき最適効率でコンバータを作動させるために動的に変化し得る。言い替えれば、小さな出力電力が必要される時、コンバータ内への電力損失は、アクティブ位相の数を低減させることによって低減され得る。
バッテリアセンブリ３０１からのＤＣ出力電圧は、ＴＡＧアセンブリ３０３のプッシュ／プル式スイッチング増幅器１０１０に電力を供給し、アセンブリ３０３はＤＣ信号を高電圧ＡＣ信号に変換する。ＴＡＧマイクロコントローラ１００６は増幅器１０１０を制御する。プッシュプル式スイッチング増幅器１０１０の出力電圧は、一般に、図１３に示す例のように、スクエア波であり、波形１３００は、所定の構成要素に対して、特に、変換器９０２に対して有害であるので、望ましくない。具体的には、スクエア波の急な上昇及び降下の縁は、超音波導波管の対応した急な開始及び停止が導波管上で有害な「ガタガタ」作用を生じさせる。スクエア波１３００はまた、構成要素同士の間の相互作用を生じさせる。例えば、スクエア波のより高いさらなる調和振動の周波数は、望ましくない電気相互作用及び回路の望ましくないオペレーションを作り出し得る。このことは、１つの周波数のみを有する純粋な正弦波と対比される。
スクエア波を排除するため、波形成又は整合回路１０１２（時には「タンク回路」として言及される）が導入される。タンク回路１０１２は、変換器の静電容量に関連したコンデンサに加えて、例えばインダクタなどの構成要素を含んでおり、導波管で非損傷超音波運動を生じさせるような方法で変換器９０２を駆動させるために使用される平滑な正弦波にスクエア波をフィルタリングする。変換器９０２の駆動に適した例示の正弦波１４００を図１４に示す。本発明の一実施形態では、整合回路１０１２は、直列Ｌ−Ｃ回路であり、キルヒホフの回路法の周知の原理によって制御される。しかしながら、変換器９０２の駆動に適した平滑な正弦波１４００を生成するために任意の整合回路が使用され得る。さらに、他の駆動信号が、平滑な正弦波ではなく、スクエア波よりも有害でない方法で変換器９０２を駆動するために有用な整合回路１０１２からの出力であり得る。
実際には、整合ネットワーク１０１２は、供給するものに特定の変換器を整合させるために調節される。従って、変換器及び整合ネットワークは、対としている場合であって他の装置と組み合わせて配置されない場合に最もよく整合する。さらに、各変換器９０２が自身の整合ネットワークを有する場合、スマートバッテリ３０１が、異なる変換器に異なる周波数を供給することができ、周波数は、導波管アセンブリ３０４に特定の刃にそれぞれ整合する。超音波手術装置のための２つのよく知られた周波数は５５ｋＨｚ及び４０ｋＨｚである。
Ｖ．共振
図１５は、変換器９０２に対する共振正弦波入力が超音波切断装置の導波管１５０２上に有する作用を概略的に示す図である。本発明の例示の実施形態によれば、図１５で点線によって示される正弦パターンは、変換器９０２に連結される導波管１５０２の長さに沿った軸線方向運動の振幅を表している。駆動正弦波１４００（図１４に示す）の上昇部分１４０２に応答して、スタックが第１方向１５０８に伸展する。駆動正弦波１４００（図１４に示す）の負部分１４０４の間、スタックの予圧縮又は誘導圧縮が、その定常状態まで、すなわち、変換器９０２の部分１５０４が第２方向１５１２に移動するまで、スタックを復帰させる。上述したように、スクエア波１３００に対して平滑な正弦波１４００によれば、変換器９０２及び導波管１５０２が、方向を変化させる前に減速することが可能である。より平滑な運動は装置の構成要素に対してほとんど有害でない。
変換器部分１５０４の交互運動１５０８、１５１２は、導波管１５０２の長さに沿って正弦波１５１４を配置する。波１５１４は交互に、変換器９０２に向かって導波管１５０２の遠位端１５２０を引っ張るとともに変換器９０２から離れるように押し、それによって、距離１５１８に沿って導波管１５０２の遠位端１５２０を縦方向に移動させる。導波管１５０２の先端は、正弦波１５１４の移動点であるので、「腹波」として考慮される。導波管１５０２の結果として生じた運動は、導波管１５０２の遠位端１５２０で距離１５１８に沿って「のこぎり」運動を生じさせる。（波１５１４及び距離１５１８に沿った直線運動は、説明の簡単さのために図１５で大いに誇張されている。）距離１５１８に沿ったこの高速運動は、従来技術で知られているように、多くの物質、特に、組織及び骨を通って簡単に切り取ることが可能な切断器具を提供する。導波管１５０２の急速に移動する遠位端１５２０はまた、そのように刺激された時に大量の摩擦熱を生成し、その熱は、導波管１５０２が切断している組織に吸収される。この熱は、切断されている組織内の血管の急速な焼灼を引き起こすのに十分である。
導波管１５０２に沿って動く駆動波１５１４が共振波でない場合、定常波はなく、そのことは波節又は復波がないことを意味している。このことは、非常に小さな運動があることを意味している。また、不正確な共振周波数で装置を作動させる可能性がある。誤った共振での作動は、例えば「ガタピシャ」などの望ましくない運動を生成し得る。そうした場合、導波管１５０２の遠位端１５２０は導波管１５０２の縦軸線を横断して移動する。あらゆる不正確なモードは、理想的ではなく、適切な切断及び手術焼灼のために信頼性がない。しかしながら、本発明は、以下で説明するように、導波管１５０２の運動１５０８、１５１２が、変換器９０２に供給される運動電流及び運動電圧の波形の間の位相をモニタして発振器９０４に補正信号を返信することによって、導波管１５０２に沿って共振したままであることを保証するために、発振器９０４内に位相ロックループ（ＰＬＬ）を利用する。ＴＡＧマイクロコントローラ１００６は、周波数を制御し、望ましくない共振周波数を起こさないように適切な範囲内にあることを保証する。追加された特徴のように、本発明は、変動する平面内で切断される圧電水晶スタック１５０４を備えてよく、それによって、のこぎり運動のみならず、刃のねじれ又はツイスト運動を作り出す。本発明は、いま説明したのこぎり運動に代えて又はのこぎり運動とともに、ドリルタイプの運動の要求を使用する完全な一連の使用に容易に適合し得る。
いま説明したように、理想的には、変換器９０２及び導波管１５０２はそれらの共振周波数で駆動される。共振は、変換器９０２の入力時に実質的に電流及び電圧が位相時であるときに達成される。この理由のため、発振器９０４は、ＰＬＬと、電流と電圧とを相互に同調させるために、変換器９０２への電流及び電圧の入力から引き出される信号と、を使用する。しかしながら、入力電圧の位相に対して入力電流の位相を単に整合させることに代えて、本発明は、「運動」電圧の位相に電流位相を整合させ、及び／又は、「運動」電流の位相に入力電圧の位相を整合させる。これを達成するため、モーショナルブリッジ回路は、変換器及び導波管の機械的運動を測定するために、及び、変換器及び導波管の作動に関してフィードバックを提供するために、使用される。ブリッジからのモーショナルフィードバック信号は、変換器９０２及び導波管１５０２の運動に比例しているとともに同一の位相である。
ＶＩ．運動制御
ａ．変換器回路モデル
図１６は、圧電材料を包含する例えば変換器９０２などのモデル変換器１６００を概略的に示す回路図である。圧電変換器は従来周知である。圧電材料の質量及び剛性は、変換器内に機械的な共振構造を作り出す。圧電効果によれば、これらの機械的特性はそれ自体を電気的に同等な特性として表す。言い替えれば、電気接点に見られる電気的共振周波数は機械的共振周波数に等しい。図１６に示すように、変換器９０２の機械的質量、剛性及び減衰は、すべて他のコンデンサＣ１と並列な誘導子／コイルＬ、コンデンサＣ２及びレジスタＲの一連の構成によって表され得る。電気的に同値の変換器モデル１７００は水晶の周知モデルに極めて似ている。
電気的に同値の変換器モデル１６００の入力１６１０内に流入するのは変換器電流ｉＴである。ｉＴの一部ｉＣは、予想される周波数帯の大部分に対して、静的容量性の値を保持するタイプ及び値の並列コンデンサＣ１をまたがって流れる。ｉＭとして定義されるｉＴの残余部は、単純にｉＴ−ｉＣであり、かつ、実際の作動電流である。この残余電流ｉＭは、本明細書では「運動」電流として言及される。すなわち、運動電流は、導波管１５０２を運動させるために作業を実際に実行する電流である。
公知の従来技術の設計は、ｉＣを含むとともに変換器９０２の導波管１５０２の運動を実際に引き起こす電流量のインジケータではない全電流ｉＴを調整して同期する。例えば、従来技術の装置の刃が柔らかい組織から例えば他の組織又は骨などのより緻密な材料まで移動する時、抵抗Ｒは著しく増大する。この抵抗Ｒの増大によって、直列配置Ｒ−Ｌ−Ｃ２を通って小さな電流ｉＭが流れ、容量性要素Ｃ１をまたがって大きな電流が流れる。そのような場合、導波管１５０２は減速し、その性能を低下させる。当業者であれば、全体の電流を調整することが、一定の導波管の変位を維持するために有効な方法ではないことを理解し得る。そのようにして、本発明の新規な一実施形態は、変換器９０２を通って流れる運動電流ｉＭを有利にモニタして調整する。運動電流ｉＭを調整することによって、導波管１５０２の運動距離は容易に調整されることが可能である。
ｂ．直列回路モデル
図１７は、変換器９０２の運動電流ｉＭをどのようにして得るかを理解するために有用な本発明の回路１７００を概略的に示す回路図である。回路１７００は、図１６の変換器モデル１６００に並列な追加のブリッジング容量性要素ＣＢに加えて、変換器モデル１６００のすべての回路要素を有している。しかしながら、ＣＢの値は、Ｃ１／ＣＢが所定の比率ｒに等しいように選択される。効率のため、ＣＢのために選択された値は相対的に低くあるべきである。このことは、ｉＭから引き出される電流を制限する。可変電源ＶＴが、回路１７００の接点１７０２及び１７０４にまたがって印加され、容量性要素ＣＢを通じて電流ｉＢと、モデル変換器１６００に流入する電流ｉＴと、コンデンサＣ１を通って流れる電流ｉＣと、及び、結果として、運動電流ｉＭと、を作り出す。その後、運動電流ｉＭは、ｉＭ＝ｉＴ−ｒ・ｉＢであるように流れる。このことは、
Figure 0006126173
のためである。従って、ｉＣ＝ｒ・ｉＢを、方程式ｉＭ＝ｉＴ−ｉＣのｉＣに代入すると、ｉＭ＝ｉＴ−ｒ・ｉＢが導き出される。
ここで、全電流のみを知ることによって、かつ、ブリッジコンデンサｉＢを通じて電流を測定することによって、変換器の運動電流ｉＭの変化を識別して調整することが可能である。図２７のブロック２７０８及び変圧器２７１０によって表される駆動回路は、図１０のプッシュプル式スイッチング増幅器１０１０に含まれる。そして、駆動回路は、電流制御器として作動し、変換器９０２に流れる全電流ｉＴから減算される比率ｒを掛けたブリッジ静電容量ＣＢを通って流れる電流の積に基づいて、駆動回路の出力を変化させることによって、運動電流ｉＭを調整する。この調整は、様々な切断負荷にまたがる導波管１５０２の切断刃部分の運動のほぼ一定の比、これまで可能ではなかった何か、を維持する。例示の一実施形態では、検出回路１０１４は運動電圧及び／又は運動電流を測定する。電流及び電圧測定装置と電圧計及び電流計を作り出すための回路構成とは従来公知である。電流値及び電圧値は、制限はなく、現在は公知で又はその後に発展した何らかの方法で本発明によって特定されることが可能である。
運動電流ｉＭの調整は、器具の完全性を維持するための、かつ、作動環境で予想されるほぼすべての状態のもとでそのピーク性能で作動することを保証するための真の方法である。さらに、そうした調整は、片手で簡単に保持するために十分に小型で十分に軽いパッケージ、この分野で今までになかった構成、にこれらの利点を提供する。
ｃ．変換器回路モデル
図１８は、本発明の別の実施形態を示しており、変換器９０２が、抵抗要素Ｒ、誘導要素Ｌ及び容量要素Ｃ４の並列構成として概略的に表されている。追加の容量要素Ｃ３は、入力１７０２と、抵抗要素Ｒ、誘導要素Ｌ及び容量性要素Ｃ４の並列配置との間の直列配置である。この並列代表例は、わずかに異なる周波数で生じるいわゆる作動の「反共振」モードで変換器の動作のモデルになる。変換器電圧ＶＴは、変換器９０２の入力端子１７０２、１７０４の間に印加される。変換器電圧ＶＴは、容量性要素Ｃ３を通じた電圧ＶＣと、抵抗素子Ｒ、誘導素子Ｌ及び容量性素子Ｃ４の並列配置を通じた運動電圧ＶＭとの間に分割される。それが、作業を実行して導波管１５０２を移動させる運動電圧ＶＭである。従って、この例示の実施形態では、それは、慎重に調整されるべき運動電圧である。
ｄ．並列回路モデル
図１９は、図１８の変換器モデル１８００を有する本発明に係る本発明の回路構成１９００の例示の実施形態を示している。回路構成１９００は、変換器モデル１８００に３つの追加の容量性素子Ｃ５、Ｃ６及びＣ７を追加する。容量性素子Ｃ５は、図１８の変換器モデル回路１８００に直列である一方で、容量性素子Ｃ６及びＣ７は、相互に直列であり、容量性素子Ｃ５及び変換器回路モデル１８００の直列の組み合わせに並列である。
この回路は、ホイートストン（Ｗｈｅａｔｓｔｏｎｅ）のブリッジ測定器具に類似している。ホイートストンのブリッジ回路は、ブリッジ回路の２つの脚をバランスさせることによって不明の電気抵抗を測定するために使用され、その１つの脚は不明の構成要素を有する。図１０に示す例示の回路構成では、ＶＴ−ＶＣに等しい運動電圧ＶＭは不明である。運動電圧ＶＭを特定して調整することによって、本発明の構成は、一定の導波管の運動が以下に説明するように維持されることを可能にする。
好都合には、容量性素子Ｃ７は、その値が容量性素子Ｃ３の１未満の比Ａであるように選択される。同様に、容量性素子Ｃ６は、その値が容量性素子Ｃ５の同一の比Ａであるように選択される。Ｃ５／Ｃ３の比もまた比Ａである。
Ｃ３／Ｃ７の比がＡであるとともにＣ５／Ｃ６の比もまたＡであるので、ブリッジはバランスされる。運動電圧ＶＭによって分割されるフィードバック電圧Ｖｆｂがまた比Ａであるという結果になる。従って、Ｖｍは単純にＡ・Ｖｆｂで表され得る。
モデル変換器１８００をまたがる電圧が依然としてＶＴであるなら、入力電圧Ｖｉｎは、容量性素子Ｃ５をまたがる電圧ＶＢに加えたＶＴに等しい。フィードバック電圧ＶＦＢは、容量性素子Ｃ６及びＣ７の間に配置された第１点と、変換器及び容量性素子Ｃ５の間に配置された第２点とから測定される。ここで、ＴＡＧアセンブリ３０３の上流構成要素は、電圧制御器として作動し、一定のフィードバック電圧Ｖｆｂを維持するために電力Ｖｉｎを変化させ、その結果、ほぼ一定の運動電圧を生じさせ、様々な切断負荷を通じた導波管１５０２の切断刃部分のほぼ一定比の運動を維持する。また、従来技術とは異なり、本発明は、入力電圧Ｖｉｎを単純に調整せず、従来技術において新規な運動電圧ＶＭを調整する目的のために入力電圧Ｖｉｎを変化させる。
ｅ．変圧器連続モニタ
図２０は、変換器９０２が図１６に示す回路構成である本発明の別の例示の実施形態を示している。図２０の構成は、図１７の示すものと同様に作動し、図１７に関連して上述したように作動する。しかしながら、この回路構成２０００では、１対の変圧器２００４及び２００８が、運動電流ＩＭを特定してモニタするために使用される。この例示の実施形態では、第１変圧器２００４の第１巻線２００２がブリッジコンデンサＣＢと直列配置である。同様に、第２変圧器２００８の第１巻線２００６はモデル変換器１６００と直列配置である。第１変圧器２００４の第２巻線２０１４のリード２０１０、２０１２は抵抗Ｒ２を通じて連結される。第２変圧器２００８の第２巻線２０２０のリード２０１６、２０１８は抵抗Ｒ１を通じて連結される。さらに、第１変圧器２００４の第２巻線２０１４の第１リード２０１０は、第２変圧器２００８の第２巻線２０２０の第１リード２０１６に直接連結される。
第１変圧器２００４の第１巻線２００２を通る電流ｉＢは、第１変圧器２００４の第２巻線２０１４の電流を含む。同様に、変換器１６００の容量性素子Ｃ１を通るｉＣを含む電流と変換器１６００の運動電流ｉＭとは複合して、アース２０２２を見つけるために第２変圧器２００８の第１巻線２００６を通って流れる。第１巻線２００６の電流は第２巻線２０２０上の電圧を含む。変圧器２００４、２００８上のドット（「・」）によって示されるように、第２巻線２０１４、２０２０はそれぞれ、第１巻線２００２、２００６に対して相互に反対向きであり、抵抗Ｒ１及びＲ２を通じて電圧Ｖｆｂを誘導する。Ｒ１／Ｒ２の比がＣＢ／Ｃ１の値の比と等しいようにＲ１及びＲ２の値を選択することによって、フィードバック電圧Ｖｆｂは運動電流ｉＭに常に比例する。ここで、発振器９０４の上流の構成要素は、電圧制御器として作動し、一定のフィードバック電圧Ｖｆｂを維持するために入力電力（Ｖｉｎ及びＩｉｎ）を変化させ、その結果、ほぼ一定の運動電流ｉＭを生じさせ、様々な切断負荷を通じて導波管１５０２の切断刃のほぼ一定比の運動を維持する。また、従来技術とは異なり、本発明は、入力電圧Ｖｉｎを単純に調整せず、従来では新規な運動電流ｉＭを調整する目的のために入力電流Ｉｉｎを変化させる。
ｆ．変圧器並列モニタ
図２１は、モデル変換器１８００が図１８に示す回路構成によってモデル化された本発明の別の例示の実施形態を示している。図２１の構成は、図１９に示すものと同様に作動し、図１９に関連して上述したように作動する。しかしながら、この回路構成２１００では、変圧器２１１０は、変換器１８００の運動電圧ＶＭを特定してモニタするために使用される。この実施形態では、変圧器２１１０の第１巻線２１０６は誘導素子Ｌ２及び容量性素子Ｃ１に直列の回路構成である。電圧Ｖｉｎは、変圧器２１１０、誘導素子Ｌ２及び容量性素子Ｃ１の第１巻線２１０６によって形成される回路の入力リード２１０２、２１０４を通じて印加される。第１巻線２１０６を通った電流は、変圧器２１１０の第２巻線２１０８の対応の電流を誘導する。変圧器２１１０の第２巻線２１０８は、変換器１８００及びブリッジコンデンサＣＢの組み合わせと並列配置である。組み合わせを形成する２つの構成要素は直列配置である。
本実施形態では、第２巻線２１０８は点２１１２で分岐される。第２巻線２１０８の第１部分がｍ巻きを有する一方で第２巻線２１０８の第２部分がｎ巻きを有する点（ｎはｍ未満である）で第２巻線２１０８を分岐させることによって、第２巻線２１０８上の誘導電圧の選択可能なパーセントは点２１１２からアース２１１４まで現れる。
また、この回路はホイートストンブリッジ測定器具に類似している。１つの脚が第１の２番目の巻線ｍであり、第２の脚は第２の２番目の巻線ｎであり、第３の脚は変換器モデル１８００であり、第４の脚はコンデンサＣＢである。図２１の瞬間的な回路構成では、電圧ＶＭは不明である。運動電圧ＶＭを特定して調整することによって、一定の導波管の運動が維持される。
巻きｎの数が巻きｍの数未満である（すなわち、ｍ／ｎ＝Ｃ３／ＣＢ）同一の割合によって変換器の静電容量Ｃ３未満であるようにブリッジコンデンサＣＢの値を選択することによって、フィードバック電圧Ｖｆｂの値は運動電圧ＶＭを反映する。本発明は、変化のためにフィードバック電圧Ｖｆｂをモニタすることによって、運動電圧ＶＭが変化するかどうかを特定することができる。
並列共振（又は反共振）変換器をモデル化した等価回路変換器モデル１８００を使用することによって、変換器は、運動が電圧に比例する並列動作モードで駆動され得る。この作動モードの利点は、要求された一定電圧モードの電源が、一定電流モードの電源よりもより単純に設計してより安全に作動することである。また、変換器が、負荷を掛けられていない時により高いインピーダンスを有する（直列共振作動モードで負荷を掛けられていない時により低いインピーダンスを有することに代えて）ので、負荷を掛けられていない時により低電力を引き出す傾向に当然ながらある。しかしながら、並列共振作動モードは、共振バンドパスが、直列共振モードのそれよりも狭くてわずかに異なる固有の共振周波数を有するので、維持することが困難であり、それ故に、装置の機械的構成要素は、直列共振又は並列共振の作動モードのいずれかで作動するように特に構成されていなければならない。
本発明は、一定のフィードバック電圧Ｖｆｂを維持するために電圧を制御して電力Ｖｉｎを変化させ、その結果、ほぼ一定の運動電圧ＶＭを生じさせ、様々な切断負荷を通じて導波管１５０２の切断刃部分のほぼ一定の運動比を維持する。また、従来技術と異なり、本発明は、入力電圧Ｖｉｎを単純に調整せず、従来では新規である運動電圧ＶＭを調整する目的のために入力電圧Ｖｉｎを変化させる。
本発明によれば、ＴＡＧ３０３のマイクロコントローラ１００６は、変圧器１０１０の第１側に向かう信号を生成するためにモーショナルブリッジ１０１４を通じてフィードバック信号をモニタする。ＴＡＧマイクロコントローラ１００６は、これらの信号の間の位相差を（ＣＬＡ９１２内で）計算し、位相差をゼロに等しくするためにＮＣＯ１００８出力を調節する。運動フィードバック信号が、プッシュプル式スイッチング増幅器１０１０の出力と同じ位相である時、システムは直列共振で作動する。フィードバック信号の位相及び大きさは離散型フーリエ変換（ＤＦＴ）を使用して演算される。本発明の例示の一実施形態では、ＤＦＴ演算のための位相基準は、プッシュプル式増幅器１０１０の駆動信号である。周波数は、プッシュプル式の駆動信号を運動フィードバック信号と同じ位相であるようにするために変更されることが可能である。
本発明の例示の一実施形態によれば、モーショナルフィードバック信号の位相が正であれば、運転周波数が共振周波数を下回るととともに運転周波数を増大させるべきであることを表しており、位相が負であれば、運転周波数が共振周波数を上回っているとともに運転周波数を減少させるべきであることを表しており、位相がゼロに近ければ、運転周波数は変換器９０２及び導波管１５０２の共振周波数に近いことを表している。発振器９０４では、ＮＣＯ１００８（ＤＤＳを利用する）は、適切に周波数を変化させるために使用される。
重要なことに、ＮＣＯ１００８は、例えばＴＡＧマイクロコントローラ１００６の作動周波数よりも６倍未満の周波数でＣＰＵの外部クロック入力にクロックを出力する。外部周波数入力は、プロセッサの位相ロックループ（ＰＬＬ）に供給されて、ＣＰＵのＳＹＳＣＬＫを得るために６の因数によって乗算される。ＮＣＯ１００８はＳＰＩインターフェースを通じてプロセッサによって制御される。ＳＰＩインターフェースは、所望の出力周波数を得るために２５ＭＨｚの固定周波数を割るために使用されるＮＣＯ１００８に３２ビットの除数を書き込むために使用される。ＤＤＳ２２００を制御することによって、ＴＡＧは、振動周波数によってハードウェアの同調動作を提供する。言い替えれば、主プロセッサ９１４には、まるで周波数が一定であるように現れ、それによって、運動フィードバック位相のサンプリングと計算とを単純化する。
ＶＩＩ．始動オペレーション
始動条件は、以下のセクションで詳細に説明する定常状態のオペレーション中のものとは異なる。始動時、導波管１５０２は、最初に停止しており、及び従って、導波管は運動していない。従って、変換器９０２及び導波管１５０２の複合共振周波数を特定するために使用されることが可能な即時に確かめることができる運動フィードバック信号はない。その結果、本発明のシステムは、定常状態中よりも初期の始動時期中の異なるモードで作動する能力を有している。
本発明の例示の実施形態に係る始動処理は、バッテリコントローラ７０３とＴＡＧアセンブリ３０３の発振器９０４との間の相互交換を示す図７２の工程フロー図で表されている。この特定の実施形態では、以下に詳細に説明するように、バッテリコントローラは発振器９０４に対するすべてのコマンドを発行し、発振器９０４はバッテリコントローラ７０３からのすべてのその指令を受け取るので、バッテリコントローラと発振器との間の関係は「マスタ及びスレーブ」の関係として説明することができる。代替として、ＴＡＧアセンブリ３０３の発振器９０４は、「マスタ」として作動することができ、バッテリコントローラ７０３に対するすべてのコマンドを発行する、又は、ＴＡＧアセンブリ３０３の発振器９０４及びバッテリコントローラ７０３は同等物として機能し得る。
起動に先立って、バッテリコントローラ７０３及び発振器９０４の両方はステップ７２０１及び７２０２ではアイドリングしている。ステップ７２０３でバッテリコントローラ７０３は、例えば、ユーザがボタン／トリガ４６０８を押すことによって、アイドリング状態から脱して起動される。バッテリコントローラ７０３及び発振器９０４の間の交換を開始するため、バッテリコントローラ７０３は、例えば「ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ ＯＮ」コマンド７２０５の信号を、通信線６０２ａ〜ｎ（すなわち、Ｃｏｍｍ＋／Ｃｏｍｍ−）を使用して発振器９０４に中継する。適切に作動すれば、発振器は、バッテリコントローラ７０３から受信したコマンド７２０５の受領を確認して、今度は、例えば「ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ ＯＮ」応答などのプラスの応答７２０４の信号を、通信線６０２ａ〜ｎ（すなわち、Ｃｏｍｍ＋／Ｃｏｍｍ−）を使用してバッテリコントローラ７０３に送信する。しかしながら、発振器９０４は、特定の時間（例えば１０ｍｓ）が終わる前にバッテリコントローラ７０３から最初のコマンド７２０５にプラス方向に応答しなければ、バッテリコントローラは、ステップ７２０７で例えば「ＦＡＩＬＵＲＥ ＴＯ ＳＴＡＲＴ」状態などの欠陥状態を発行し、ステップ７２０９で作動サイクルを終了させる。その時、適切なインジケータが起動され得る。
ａ．電流及び振幅制御
バッテリコントローラ７０３から送信された「ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ ＯＮ」コマンド７２０５の発振器９０４による成功した受信確認があれば、バッテリコントローラ７０３内のマイクロコントローラ１１０６は、ＴＡＧアセンブリ３０３の迅速に安全に電流率を前進させるために工程を初期化し、ＴＡＧアセンブリ３０３から導波管１５０２に対する共振運動出力を生じさせる。前進は、アイドリング状態から、確認可能な運動フィードバック信号を生成して初期の共振周波数状態を実現するために「ボールパークウィンドウ」内にあるように予想されるレベルに進行する。図１１に示すように、バッテリコントローラ７０３のマイクロコントローラ１１０６は２つの処理ユニットを有している。第１処理ユニットすなわち制御法則加速器（「ＣＬＡ」）１１１６は第１の内側の電流制御ループ２６０１（図２６参照）を処理し、第２処理ユニットすなわち主プロセッサ１１１８は第２の外側の増幅制御ループ２６０２（図２６参照）を処理する。最初に、ステップ７２１３で、マイクロコントローラ１１０６はバック電源１１１４をオンにして、ＣＬＡ１１１６を初期化する。ＣＬＡ１１１６は、２つの位相バックコンバータ１１１４を駆動させるパルス幅変調器（「ＰＷＭ」）のための新しいデューティサイクルの値を算出する比例積分微分（「ＰＩＤ」）制御アルゴリズムを使用する。ステップ７２１５で、バッテリコントローラ７０３は、ＰＷＭを始動させて、ステップ７２１１で、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０２の出力電圧を増大させるために非線形ＰＩＤ制御ループを使用し始める。増大した出力電圧は、発振器９０４のプッシュ／プル式増幅器１０１０に対して入力電流を対応して増大させる。ステップ７２１７では、ステップ７２１９で、実際の測定された入力電圧が、「Ｉｒｅｆ」として本明細書で言及される既定の基準電流レベルに到達するまで、出力電圧は増大し、又はそうでなければ変調される。Ｉｒｅｆは、導波管１５０２の変位を実現する変換器９０２であるとともに目標の共振周波数に到達するために十分な値に近い結果としての振幅を配置する変換器９０２からの駆動波出力を作り出すために予想される較正値である。Ｉｒｅｆは、ステップ７２２５でバッテリマイクロコントローラ７０３によって最初に設定される。Ｉｒｅｆのためのこの較正値は、ＴＡＧアセンブリ３０３内に格納されて、通信リンク７２０４の確立時にバッテリマイクロコントローラ７０３によって読み出される。
以下の表１は、本発明に係る非線形ＰＩＤ制御ループ又はアルゴリズムの例を示しており、出力電圧レベルは、実際の測定された入力電流が基準電流Ｉｒｅｆに到達するまで変調される。この例では、非線形ＰＩＤ制御ループが、基準電流Ｉｒｅｆに対する実際の測定された入力電流のパーセント誤差を５％のバイナリに分割し、そのバイナリは、定数Ｇ０〜Ｇｎ（「ｎ」は、Ｉｒｅｆに到達する前の最後のステップの数である）として以下に示される。各バイナリは、その自己の非線形同調係数（例えばＫｐ、Ｋｉ及びＫｄ）を有している。非線形同調係数によれば、出力電圧、そして実際の入力電流が、入力電流が基準電流点から外れた時に基準電流に向かって最初に迅速に上昇し、その後、入力電流値が基準電流点に到達しそうな時点で基準電流点Ｉｒｅｆにゆっくりと到達することが可能である。その結果、システムはノイズによって乱されにくくなる。この特定の例では、ＣＬＡ１１１６内の非線形ＰＩＤは、Ｉｒｅｆよりも１５％以上しかないようにオーバーシュートを形作る。制御ループ維持電流を有することが望ましいものの、任意のかなりの時間にわたって過電流を許容せず、言い替えれば、ループは、過電流状態から迅速に電流を離脱させなければならない。従って、ＣＬＡ１１１６の非線形ＰＩＤループは、入力電流が迅速かつ正確に所望の基準電流レベルＩｒｅｆまで高まるものの安定した危険な「過電流」状態を避けるような方法で、出力電圧及び入力電流の増大を形作る。
Figure 0006126173
その間、バッテリマイクロコントローラ１１０６の制御のもとで着実に入力電流が増大していく間、発振器によって受信されたバッテリコントローラ７０３からの初期の信号すなわち「ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ ＯＮ」コマンド７２０５は、バッテリコントローラ７０３の作動に並行してその自己の初期化処理をＴＡＧマイクロコントローラ１００６に開始させる。図９に関して上述するように、ＴＡＧアセンブリ３０３のマイクロコントローラ１００６は、２つの独立した処理ユニット、ＣＬＡ９１２及び主プロセッサ９１４を有している。再び図７２を参照すると、ステップ７２００及び７２０６では、バッテリコントローラ７０３から初期コマンド７２０５を受信すると、ＴＡＧマイクロコントローラ１００６は、ＣＬＡ９１２を初期化し、導波管及び変換器の作動周波数帯内の周波数で超音波周波数を駆動する超音波ＰＷＭを開始する。この初期の始動ステージでは、存在する任意の運動フィードバック信号は弱く、及び従って、信号レベルが最初は非常に小さいので、より高い信号レベルを提供するために高ゲイン増幅器を使用することが望ましい。ステップ７２０８で、バッテリアセンブリからの入力電流が増大していくにつれて、振幅（すなわち、機械的運動の変位）が、運動フィードバック信号を生成して共振周波数を実現するために「ボールパークウィンドウ」内にＴＡＧアセンブリ３０３を配置するべき「目標振幅」の２０％内の設定ポイント又はレベルに到達するまで比例して漸増していく。「目標振幅」は既定の安全な閾値レベルである。この閾値レベルを越えることは望ましくなく、（例えば、１０〜１２％だけ）越えた場合、望ましくないとともに装置に障害状態及び制御の停止を開始させる「過振幅」状態を示している。
ＴＡＧアセンブリ３０３の振幅レベルを調整するため、バッテリコントローラ７０３は振幅レベルを密接にモニタする。バッテリコントローラ７０３は、頻繁な間隔（例えば４ｍｓ毎）で例えば「ＡＭＰＬＩＴＵＤＥ ＲＥＱ」コマンドといったコマンド７２２１を、通信線６０２ａ〜ｎ（例えばＣｏｍｍ＋／Ｃｏｍｍ−）の少なくとも１つを使用してＴＡＧアセンブリ３０３に発行する。応答して、バッテリコントローラ７０３は、ＴＡＧアセンブリ３０３の振幅レベルの測定をバッテリコントローラ７０３に提供するＴＡＧアセンブリ３０３から例えば「ＡＭＰＬＩＴＵＤＥ ＲＥＱ」応答といった信号７２１０を通信線６０２ａ〜ｎ（例えばＣｏｍｍ＋／Ｃｏｍｍ−）の少なくとも１つを通じて受信する。各振幅レベルの測定がバッテリコントローラ７０３によって特定される各間隔において、ステップ７２２３で、バッテリマイクロコントローラ１１０６は、振幅測定に基づいて複数の可能な特定の１つをなす。振幅レベルが、「目標振幅」の２０％以内、又は、効果的には「目標振幅」の８０％以内のレベルに到達すれば、ステップ７２２７で、電力制御は、以下にさらに詳細に説明するように、内側の電流制御ループ２６０１から外側の振幅制御ループ２６０２に切り替えられる。振幅レベルが「目標振幅」の８０％に到達しなければ、ステップ７２２９で、電流制御ループは、振幅が８０％のポイントまで到達するまで基準電流レベルＩｒｅｆに電流を維持する。
しかしながら、振幅レベルが、一連の時間間隔（例えば２５０ｍｓ）内に８０％のポイントに依然として到達しなければ、このことは、例えば、導波管１５０２のストールされた刃に起因し得る「低振幅」障害状態７２３１を示している。応答して、バッテリマイクロコントローラ１１０６は、ステップ７２０９で作動サイクルを終了させ、発振器９０４に例えば「ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ ＯＦＦ」コマンド７２３３を発行する。返答して、発振器９０４は、起動作動を停止したことを示す例えば「ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ ＯＦＦ」応答といった応答７２１２を中継する。振幅レベルが「目標振幅」の２０％以内のレベルを実際に越える一時的に危険な状態が発生すると、バッテリマイクロコントローラ１１０６は即時に、障害状態７２３５を発行し、上述したように、この「過振幅」状態に起因してステップ７２０９で作動サイクルを終了させる。
ｂ．周波数ロック
ここで、図７２Ａを参照すると、前述したように、初期化時、ＴＡＧマイクロコントローラ１００６は、運動フィードバック信号の検出に基づいて変換器９０２を駆動する信号の周波数を制御する。始動プロセスの開始時、ステップ７２０６で、作動周波数が、変換器９０２及び導波管１５０２の作動周波数帯内である固定値（例えば５５．２ｋＨｚ）に設定される。その設定された周波数にある場合、ブリッジ回路からの運動フィードバック信号は、高及び低のゲインバッファにルートされる。これらの信号の各々は、ＴＡＧアセンブリ３０３のマイクロコントローラ１００６のアナログデジタルコンバータ（「ＡＤＣ」）９０８に供給される。最初に、高ゲインでバッファされたフィードバック信号が、運動フィードバック信号が最初に小さいものであるように選択される。ＣＬＡ９１２の主機能は、ＡＤＣからの出力をとって、離散型フーリエ変換（「ＤＦＴ」）演算を実行し、そして、主プロセッサ９１４に結果を渡す。ステップ７２１８で示すように、ＤＦＴ演算の結果は、信号に対する読み出しの虚数の限界点に加えて、運動フィードバック（「ＭＦ」）信号の位相及び大きさである。
超音波サイクルごとに同調ループが一度コールされる。ステップ７２１４で、有効な運動フィードバック信号が設定周波数にないことが特定されると、システムは、有効なフィードバック信号があるまで単純に待つ。しかしながら、固定された時間間隔が、サイクルタイムアウトタイマーによって特定されたものを越えた場合、かつ、有効な運動フィードバック信号が依然としてない場合、サイクル起動リミット「タイムアウト」が、ステップ７２１６でトリガされて発振器９０４がオフになる。
最初に、ステップ７２２２で、システムは、高ゲインバッファフィードバック信号が選択されるように高ゲインバッファＡ−Ｄチャネルを採用する。このことは、より低い運動フィードバック信号レベルにシステムがロックすることを可能にする。運動フィードバック信号が規定の「ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ」値に到達したかどうかはステップ７２２０で特定される。運動フィードバック信号が規定の「ＴＨＥＲＳＨＯＬＤ」値に到達した場合、運動フィードバック信号の振幅が、有効な運動フィードバック信号が、ＣＬＡ９１２のＤＦＴ演算が信頼に足るようにあらゆる障害ノイズから現れたポイントまで増大する。このポイントでは、ステップ７２２４で、システムは低ゲインチャネルに切り替わる。しかしながら、システムがこの「ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ」値を下回って降下すべきであり、Ａ−Ｄチャネルは、ステップ７２２６で示すように高ゲインチャネルに再び切り替わる。このポイントで低ゲインチャネルに切り替わる能力を有することによって、有利なことに高解像度のＡ／Ｄコンバータを必要としない。
ステップ７２２８で、運動フィードバック信号が始動閾値を上回った場合、発振器９０４は、電流振幅が上述のように制御することと並行して、ＴＡＧアセンブリ３０３の共振周波数上に設定された周波数をロックするために周波数調整モードに入る。本発明の例示の実施形態によれば、共振周波数を実現するためのプロセスは、最適な周波数をスイープするプロセスではなく、最適な周波数上にロックするために独自に追跡又は同調するプロセスである。しかしながら、本発明は、周波数スイープモードも採用してよく、それによって、最初の作動又は設定された周波数が、予想された共振周波数の「ボールパークウィンドウ」の低い境界にあるべく選択され、共振周波数に到達するまで着実に増加し、逆もまた同様である。
周波数同調モードに入ると、ＴＡＧマイクロコントローラ１００６の主プロセッサ９１４は、発振器の運転周波数を制御するためにＤＦＴ演算の結果（すなわち、運動フィードバック信号の位相及び大きさ）を使用する。同調アルゴリズムは、２つの状態、ＳＴＡＲＴＩＮＧ及びＬＯＣＫＩＮＧに分割される。ステップ７２３０のＳＴＡＲＴＩＮＧ位相では、運動フィードバック信号が規定の「ＳＴＡＲＴＵＰ ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ」値に到達したどうかを特定する。運動信号が規定の「ＳＴＡＲＴＵＰ ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ」に到達した場合、運動フィードバック信号の振幅は、システムがステップ７２３２で共振に向かってアクティブに動き始めることができるポイントまで到達する。ステップ７２３０の特定が、運動フィードバック信号が規定の「ＳＴＡＲＴＵＰ ＴＨＲＥＳＨＯＬＤ」値に到達しないものであった場合、プロセスはステップ７２３４に移行する。ステップ７２３４で、ＳＴＡＲＴＩＮＧ位相は、運動フィードバック信号がロッキングを許容するのに十分に大きい点にポイントが到達するまで単純に待つ。
ＬＯＣＫＩＮＧ位相７２３６では、運動フィードバック信号及び駆動信号の間の位相オフセットの正弦が、システムを共振に移行させるために出力周波数を調整するために周波数ステップのサイズ及び方向を特定する正弦の差動とともに使用される。位相が当然に正接関数であるにも拘わらず、正接関数が望ましくなく拘束されていない±∞の範囲を有しているのに対して、位相の正弦が値±１だけ拘束されて小さな角度で位相値に密接に近づくので、周波数ステップを特定するために位相の正弦が使用される。
ステップ７２３８では、ＰＩＤループは、プラス又はマイナスの方向のいずれかに周波数ステップを計算するために使用される。ＰＩＤループは非線形であり、正弦の値はバイナリ数を特定するために使用される。そのバイナリ数は、ＰＩＤによって使用される同調係数にアクセスするための指標として使用される。指標テーブルは、比例ゲイン、積分ゲイン及び微分ゲインを包含する。さらに、バイナリに入るためのエントリ正弦値は、バイナリから出て行くための値と異なる。このことは、バイナリの遷移に近い振動を防止するヒステリシスを誘導する。
前述するように、非線形ＰＩＤは、急速周波数ロックを実現するために使用される。以下の表２は、本発明に係る非線形非対称ＰＩＤループ又はアルゴリズムの例を示しており、周波数ステップのサイズが、それが目標共振周波数ｆｒｅｓに到達するまでずらされる。この例では、ＰＩＤｎを通じたゲイン乗数ＰＩＤ０（「ｎ」は、ｆｒｅｓに到達する前の最後の周波数ステップの任意の数である）が非線形漸増によって分離される。ゲイン値は、システムが共振から遠い時には迅速に、かつ、システムが共振に近い又は共振にある時にはゆっくりと共振に向かってシステムを移動させるように選択される。振幅上で望ましくない作用を引き起こす周波数変調を包含することを防止するために共振に近い又は共振にある時にゆっくりステップすることが重要である。始動時、最大周波数ステップサイズの値は、定常状態のオペレーション中よりも大きく、例えば８Ｈｚに設定される。位相が正である場合、運転周波数は、変換器の共振周波数を下回り、増大することが必要であることを示している。位相が負であれば、運転周波数は共振周波数を上回って運転周波数を減少させるべきであることを示している。位相がゼロに近い場合、運転周波数は、変換器９０２及び導波管１５０２の共振周波数に近い。直接デジタル合成（「ＤＤＳ」）を利用する数値制御発振器（「ＮＣＯ」）１００８がステップ７２４０で周波数を変化させるために使用される。
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ＤＤＳ２２００（図２２参照）は、ハードウェアの同調作動に振動周波数を提供する。言い替えれば、主プロセッサ９１４には、まるで周波数が一定であるかのように現れる。ここでは、主プロセッサ９１４のクロック周波数は振動周波数の倍数である。本発明は、独自で新規な方法でＰＷＭ周波数を変化させる。本発明によれば、ＰＷＭは主プロセッサ９１４内で実行される。このため、本発明は、依然にはなされなかった、主プロセッサ９１４の周波数を実際に増大／減少させる。Ａ／Ｄコンバータ９０８の調整は、Ａ／Ｄコンバータ９０８がマイクロコントローラ１００６内にあるので、同様に自動的である。本発明の技術は、従来されていたように、歌手が彼／彼女のテンポをメトロノームに調和させるよりもむしろ、歌手のテンポにメトロノームの速度を調和させるために調整する歌手に類似し得る。
装置の作動中のいつでも、周波数が、予め設定された最小又は最大周波数限界ｆｍｉｎ及びｆｍａｘにそれぞれ到達する場合、発振器９０４はオフになり、ステップ７２４２に示すように、障害状態がトリガされる。本発明のための例示の低及び高周波数限界はそれぞれ５４ｋＨｚ及び５８ｋＨｚである。多くの様々な状態は、構成要素（例えば導波管１５０２）の破壊、又は、導波管１５０２が、装置が共振を見つける必要がある電力量を入力することができないそうした大きな負荷のもとにある状況を含む最小限界又は最大限界に周波数を到達させる。
周波数ロックがひとたび実現されると、定常状態のオペレーションへの遷移が始まる。
ＶＩＩＩ．定常状態の作動
定常状態のオペレーション中、目的は、変換器及び導波管を共振周波数に維持して、装置の使用中に導波管１５０２上の負荷の結果として発生する任意のドリフトに応じて振幅を制御することである。変換器９０２及び導波管１５０２は、それらの複合共振周波数に駆動され、それらは大量の機械的運動を生成する。バッテリからの電気エネルギーは、この状態では、変換器９０２を駆動する高電圧ＡＣ波形に変換される。この波形の周波数は、導波管１５０２及び変換器９０２の共振周波数と同一であり、波形の大きさは、機械的運動の適切な量を生成する値であるべきである。
ａ．振幅制御
共振時、振幅は変換器電流にほぼ比例し、変換器電流は、プッシュ／プル式増幅器１０１０への入力電流にほぼ比例する。一定の振幅を維持するための一定の電流オペレーションによって、出力変圧は、変化する負荷によって変化する。言い替えれば、電圧は、出力電力要求が増大すれば増大し、その逆もまた同様である。
始動プロセスに関して上述したように、図２６には、内側の電流制御ループ２６０１と、変換器９０２への駆動波入力の振幅を独自に調整する外側の振幅制御ループ２６０２と、の２つの制御ループが示されている。電流制御ループ２６０１は、バッテリアセンブリ３０１からプッシュ／プル式増幅器１０１０に入る電流を調整する。振幅制御ループ２６０２は、変換器及び／又は導波管で生じる負荷差又はその他の変化を補償する。この目的を達成するため、振幅制御ループ２６０２は、上述したＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を変化させるために電流制御ループ２６０１によって使用される所望の基準電流レベル「Ｉｒｅｆ」を発生させるために運動フィードバック信号を利用する。２つのループの間の干渉タイプの相互作用を避けるため、電流制御ループ２６０１は、振幅制御ループ２６０２よりも高い周波数、例えばおよそ３００ＫＨｚで作動する。振幅制御ループ２６０２は一般的に例えば２５０Ｈｚの周波数で作動する。
所望の基準電流レベルＩｒｅｆを特定するため、現在の振幅値が、振幅パーセント誤差信号を生成するために所望の「目標振幅」から減算される。この振幅パーセント誤差信号は、その特定の時間に変換器９０２及び導波管１５０２によって経験される作動状態に基づいて新しい所望の基準電流レベル「Ｉｒｅｆ」を生成するための振幅制御ループ２６０１のＰＩＤ制御アルゴリズムへの入力である。言い替えれば、振幅制御ループ２６０２は、パーセント誤差演算に基づいて所望の振幅に到達させるために電流制御ループ２６０１のＣＬＡ９１２の目標の又は基準の電流値を変化させる。このようにして、出力電力は、変換器９０２及び導波管１５０２の可変の要求に基づいて変化させられる。バッテリコントローラ７０３の主プロセッサ１１１８は、最大出力電流値よりも大きくないかを保証するために新しい基準電流値を検証する。
振幅制御ループ２６０２によって設定された新しい目標の又は基準の電流値Ｉｒｅｆに基づいて、電流制御ループ２６０１は、プッシュ／プル式増幅器１０１０に対する出力電圧及び入力電流を変化させる処理に進む。バッテリパックの出力の実際の電流レベル２６０３の測定はバッテリマイクロコントローラ１１０６のＡＤＣ１１２０に供給される（図１１に示す）。ＣＬＡ１１１６は、ＡＤＣ１１２０からの値をとって、電流誤差信号を生成するために目標の又は基準の電流入力レベルＩｒｅｆからそれを減算する。上述したように、ＣＬＡ１１１６は、２位相バックコンバータ１１１４を駆動させるＰＷＭの新しいデューティサイクル値を演算するためにＰＩＤ制御アルゴリズムを使用する。ＣＬＡ１１１６はまた、出力電圧を制限するために最大ＰＷＭデューティサイクルを演算する。最大デューティサイクルを演算するためのアルゴリズムは、測定されたバッテリ電圧を使用し、バックコンバータ１１１４が連続して誘導モードで作動することを想定する。
振幅制御を利用することによって、振幅を安定させるために電流を見ることのみよりも、本発明は、運動フィードバック信号に基づいて変換器の出力を微細に調節することを独自に可能にして、より正確な振幅制御を達成することに留意されたい。電流制御ループの使用は、振幅制御単独によっては可能ではないより急速な最初の応答を可能にする。また、２つのループを有することによって、「較正因子」として言及され得る、製造中の変換器及び発振器の余剰及び個別の較正を提供する。結果において、２つの制御ループは、ハードウェアの同調オペレーションに振動周波数を提供する変換器への駆動波入力の振幅を調整するために使用される。余剰は、装置が正確に作動することを保証するために有用である。１つのループの不調は、他のループが適切に作動することができずにいずれかのループの不適切なオペレーションが通常は検出可能であるので、通常は検出可能である。不適切なオペレーションはハードウェアの障害によって引き起こされ得る。両ループの適切なオペレーションは電流及び振幅の両方の測定を必要とする。異なるハードウェアが振幅及び電流を測定するために使用される。一実施形態では、バッテリマイクロコントローラ１１０６が電流を測定し、ＴＡＧマイクロコントローラ１００６が振幅を測定する。
ｂ．周波数制御
始動プロセス中に実行される最初の周波数ロックと同様のオペレーションでは、発振器９０４の主プロセッサ９１４は、定常状態のオペレーション中の共振周波数を維持するために運動フィードバック信号の位相に基づいて発振器９０４の運転周波数を調整するため、ＤＦＴ演算の結果を使用する。ブリッジ回路からの運動フィードバック信号は、変換器９０２及び導波管１５０２の運動に比例するとともに同一の位相である。運動フィードバック信号がプッシュ／プル式スイッチング増幅器１０１０の出力と同一の位相である場合、システムは連続共振で作動する。また、運動フィードバック信号の位相及び大きさは、離散型フーリエ変換（「ＤＦＴ」）を使用して演算される。ＤＦＴ演算のための位相基準は、プッシュ／プル式増幅器１０１０のための駆動信号である。その後、周波数は、プッシュ／プル駆動信号を運動フィードバック信号と同一の位相であるようにするために単純に変更される。
ＤＦＴ演算は、単純化されて、ＡＤＣサンプル時間間隔が出力周波数期間の正確な整数倍である場合により正確になる。この技術は、本明細書では「コヒーレントサンプリング」として言及される。例示の一実施形態では、信号は出力サイクルごとに１２倍にサンプリングされ、その結果、ＣＬＡ９１２は超音波周波数の１２倍に運動フィードバック信号をサンプリングする。コヒーレントサンプリングによって、駆動信号の位相に対して同一の時間のポイントで発生する各々によってサイクル毎に正確に１２のサンプルがある。図９に示すように、ＡＤＣサンプルクロックは、ＴＡＧマイクロコントローラ１００６のシステムクロック９１６の内部に生成される。従って、コヒーレントサンプリングでは、システムクロック９１６は出力に同期されることが必要である。出力波形を生成する酸化膜電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を駆動するＰＷＭ信号は、システムクロック９１６から内部で生成される。本発明の例示の一実施形態はＤＤＳ１００８からシステムクロック９１６を生成する。好都合には、出力周波数が変化すると、システムクロック９１６も変化する。
ＭＯＳＦＥＴがオン又はオフにスイッチされた直後にサンプリングしないことが望ましい。このことは、システムにある最大量のノイズがある時である。ＭＯＳＦＥＴがオン又はオフにされた直後のサンプリングを避けるためにサンプル時間をずらすことは、ＡＤＣサンプル上のトランジスタスイッチングノイズの影響を最小限に抑える。２つのＰＷＭの出力は、ＭＯＳＦＥＴの両方が決して同時に起動されないことを保証するために不感帯を採用する。
Ｘ．単純化された回路ブロック図
図２７は、本発明の別の例示の電気関係の実施形態を示す単純化された回路ブロック図であり、当該実施形態は、マイクロプロセッサ２７０２と、クロック２７３０と、メモリ２７２６と、電源２７０４（例えばバッテリ）と、スイッチ２７０６（例えばＭＯＳＦＥＴ電源スイッチ）と、駆動回路２７０８（ＰＬＬ）と、変圧器２７１０と、信号平滑化回路２７１２（整合回路としても言及され、例えばタンク回路であり得る）と、検出回路２７１４と、変換器９０２と、及び、導波管１５０２として単純に本明細書で言及されて超音波切断刃１５２０で終端をなす導波管３０４と、を有している。
高電圧（１２０ＶＡＣ）入力電力（すべての従来技術の超音波切断装置の特性）に応じて機能する本発明の１つの特徴は、波形成プロセスを通じた低電圧スイッチングの利用であり、及び、変圧ステージの直前のみの駆動信号の増幅である。この理由のため、本発明の例示の一実施形態では、電力は、ハンドルアセンブリ３０２内のいずれかに適合するのに十分に小さいバッテリのみから又はバッテリ群のみから引き出される。最新のバッテリテクノロジーは、高さ及び幅が数センチメートルで奥行き数ミリメートルの強力なバッテリを提供している。すべて組込式の自化動力の超音波装置を提供するために本発明の特徴を組み合わせることによって、カウンタートップボックス２０２の資本的支出は完全に排除され、その結果、製造コストを顕著に減少させる。
バッテリ２７０４の出力はプロセッサ２７０２に供給されてプロセッサ２７０２に電力を供給する。プロセッサ２７０２は、以下に説明するように、信号を受信して信号を出力し、カスタム論理によって機能し、又は、プロセッサ２７０２によって実行されるコンピュータプログラムに従って機能する。装置２７００はまた、コンピュータ読み取り可能な命令及びデータを格納するメインメモリ２７２６、好適には、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を有し得る。
バッテリ２７０４の出力はまた、プロセッサ２７０２によって制御されるデューティサイクルを有するスイッチ２７０６に向けられる。スイッチ２７０６のオンタイムを制御することによって、プロセッサ２７０２は、変換器２７１６に最後に引き渡される電力の総量を命ずることができる。例示の一実施形態では、スイッチ２７０６はＭＯＳＦＥＴであるものの、他のスイッチ及びスイッチング較正が同様に適用可能である。スイッチ２７０６の出力は、例えば、位相検出ＰＬＬ及び／又はローパスフィルタ及び／又は電圧制御発振器を包含する駆動回路２７０８に供給される。スイッチ２７０６の出力は、出力信号の電圧及び電流（図２７でＡＤ２ ＶＩｎ及びＡＤ３ ＩＩｎとしてそれぞれ符号を付けられる）を特定するためにプロセッサ２７０２によってサンプリングされる。これらの値は、スイッチ２７０６のパルス幅変調を調節するためにフィードバックアーキテクチャで使用される。例えば、スイッチ２７０６のデューティサイクルは、スイッチ２７０６からの所望の実際の出力に応じて、約２０％〜約８０％で変動し得る。
スイッチ２７０６から信号を受信する駆動回路２７０８は、スイッチ２７０６の出力を、例えば５５ｋＨｚの単一の超音波周波数（図２７でＶＣＯとして言及される）を有する電気信号に変換する発振回路を有している。上述したように、平滑化されたバージョンのこの超音波波形は、導波管１５０２に沿って共振正弦波を生成するために変換器９０２に最後に供給される。
駆動回路２７０８の出力端には、低電圧信号を高電圧に上昇させることができる変圧器２７１０がある。変圧器２７１０に先立って、すべての上流側スイッチングは、これまで、超音波切断焼灼装置では可能ではなかった低（すなわちバッテリ駆動）電圧で実行されることに留意されたい。このことは、装置が低抵抗ＭＯＳＦＥＴスイッチング装置を有利に使用する事実に少なくとも部分的に起因する。低抵抗ＭＯＳＦＥＴスイッチは、従来のＭＯＳＦＥＴ装置よりも小さな熱を生成するとともにより高い電流を通すので、有利である。従って、スイッチングステージ（予変圧器）は、低電圧／高電流として特徴付けられることが可能である。本発明の例示の一実施形態では、変圧器２７１０は、バッテリ電圧を１２０Ｖ ＲＭＳまで上昇させる。変圧器は、従来技術で公知であり、及び従って、本明細書では詳細に説明しない。
説明した図３〜図１２、図１６〜図２１及び図２７に示す回路構成の各々では、回路構成要素の劣化は、すべての回路性能に否定的な影響を与え得る。構成要素の性能に直接的に影響を与える１つの要因は熱である。公知の回路は一般に、スイッチング温度（例えばＭＯＳＦＥＴ温度）をモニタしている。しかしながら、ＭＯＳＦＥＴの設計の技術革新的な進歩のため、及び、対応したサイズの減少のため、ＭＯＳＦＥＴ温度はもはや、回路の負荷及び温度の有効な指標ではない。この理由のため、例示の実施形態によれば、本発明は、検出回路２７１４によって変圧器２７１０の温度を検出している。この温度の検出は、変圧器２７１０が、装置の使用中にその最高温度で又はその付近で運転される時に有利である。追加の温度は、例えばフェライトのコア材料の崩壊を引き起こし、恒久的な損傷が発生し得る。本発明は、例えば、変圧器２７１０の駆動電力を減少させて、ユーザに信号を送信し、電源を完全にオフにし、電力をパルスで修正し、又は、他の適切な応答によって変圧器２７１０の最高温度に応答することができる。
本発明の例示の一実施形態では、プロセッサ２７０２はエンドエフェクタ１１８に通信可能に連結されており、エンドエフェクタ１１８は、導波管１１４の刃部分１１６、例えば図１に示すクランプ機構に物理的に接触する材料を配置するために使用される。エンドエフェクタには、クランプ力の値（公知の範囲内にある）を測定するためにセンサが設けられており、受信したクランプ力の値に基づいてプロセッサ２７０２は運動電圧ＶＭを変化させる。設定された運動率と組み合わせた高い力値は高い刃の温度を招くので、温度センサ２７３６は、プロセッサ２７０２に通信可能に連結されることが可能であり、プロセッサ２７０２は、温度センサ２７３６からの刃の電流温度を示す信号を受信して解釈し、かつ、受信した温度に基づいて刃の運動の目標周波数を特定するように作動可能である。
本発明の例示の一実施形態によれば、プロセッサ２７０２に連結されたＰＬＬ２７０８は、導波管の運動の周波数を特定して、プロセッサ２７０２に周波数を通信することができる。プロセッサ２７０２は、装置がオフにされる時にメモリ２７２６にこの周波数の値を格納する。クロック２７３０を読み出すことによって、プロセッサ２７０２は、装置がシャットオフされた後の経過時間を特定し、経過時間が既定の値未満である場合に導波管の運動の最後の周波数を回復させる。装置は、最後の周波数でその後始動し、その周波数はおそらく、電流負荷のために最適な周波数である。
ＸＩ．バッテリアセンブリ−機械的構造
図２８は、ハンドルアセンブリ３０２から分離したバッテリアセンブリ３０１を示している。バッテリアセンブリ３０１は、図２８に示す例示の実施形態では、第１半部分２８０２ａ及び第２半部分２８０２ｂを有する外側シェル２８０２を有している。しかしながら、シェル２８０２は２つの同一の半部分を備える必要はない。本発明の一実施形態によれば、外側シェル２８０２が２つの半部分を備える場合。第１半部分２８０２ａは、クラムシェル構成で第２半部分２８０２ｂに超音波で溶接されることが可能である。シェル２８０２の２つの半部分を超音波で溶接することは、シェル２８０２内の構成要素と外部との間に「密閉」シールを提供する一方で、ガスケットを必要としない。本明細書で使用されるように、「密閉」シールは、汚染物質がシールの一方の側からシールの他方の側に運ばれないように、装置が導入される手術環境の滅菌フィールドから、区画（例えばシェル２８０２の内側）及びそこに配置された構成要素を十分に隔離するシールを示している。このシールは、少なくとも気密の、それによって、空気、水、蒸気相の過酸化水素の侵入を防止する。
図２８は、マルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４を示しており、アセンブリ２８０４は、バッテリアセンブリ３０１内の構成要素をハンドルアセンブリ３０２の電気インターフェースに電気的に連結するインターフェースである。ハンドルアセンブリ３０２を通じて、バッテリアセンブリ３０１は、本発明のＴＡＧアセンブリ３０３に電気的に結合することができる。上述したように、バッテリアセンブリ３０１は、マルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４を通じて、本明細書で説明する他の機能性に加えて、本発明の超音波手術用焼灼アセンブリ３００に電力を供給する。マルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４は、複数の接点パッド２８０６ａ〜ｎを有しており、各々は、ハンドルアセンブリ３０２のドッキングベイ（図３４参照）によって提供される他の端子にバッテリアセンブリ３０１内の端子を別々に電気的に接続することができる。複数の接点パッド２８０６ａ〜ｎに結合されるそうした電気的接続の一例は、電力及び通信信号経路６０１ａ〜ｎとして図６に示されている。マルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４の例示の実施形態では、１６個の異なる接点パッドが示されている。この数は単に例示である。
図２９は、マルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４の下側の図である。この図では、マルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４の複数の接点パッド２８０６ａ〜ｎが、対応の複数の内側接点ピン２９０６ａ〜ｎを有していることが分かる。各接点ピン２９０６は、接点パッド２８０６の対応の１つに結合される直接電気結合を提供する。
図２８〜図３３に示す特定の実施形態では、マルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４はシェル２８０２のクラムシェル半部分２８０２ａ及び２８０２ｂの間に埋め込まれている。より具体的には、図２９は、バッテリアセンブリ３０１の第１シェル半部分２８０２ａの上側部分の内側に配置されたマルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４の図を示している。図に示すように、第１シェル半部分２８０２ａの上側部分は、マルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４の外周縁２９０４を受け入れる口部２９０２を形成する。
図３０は、第１シェル半部分２８０２ａの口部２９０２内にマルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４が挿入された状態の第１シェル半部分２８０２ａの内側と、マルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４の接点ピン２９０６に結合された複数の接点パッド３００６を有する第１回路基板３００２とのさらなる図である。本発明の例示の実施形態によれば、図３１に示すように、バッテリアセンブリ３０１は、第１回路基板３００２に加えてさらに回路基板３１０２及び３１０４を有している。
本発明の例示の一実施形態によれば、マルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４は、接点パッド２８０６ａ〜ｎの図示の４×４配列を、１以上の回路基板３００２、３１０２、３１０４に結合される導電体の２つの１×８配列に変化させるフレックス回路を備えている。
さらに、３つの回路基板以上又は未満が拡張機能又は限定機能を提供することが可能である。本発明の例示の実施形態によれば、各回路基板３００２、３１０２及び３１０４は特定の機能を提供する。例えば、回路基板３００２は、図７に示すバッテリ保護回路７０２を実行する構成要素を提供することができる。同様に、回路基板３１０２は、図７に示すようにバッテリコントローラ７０３を実行する構成要素を提供することができる。回路基板３１０４は、例えば、高電力バックコントローラ構成要素を提供することができる。最後に、バッテリ保護回路７０２は、図７及び図３１に示す電池７０１ａ〜ｎを結合する接続経路を提供する。
着脱可能なバッテリアセンブリ３０１の別の利点は、リチウムイオン（Ｌｉ）バッテリが使用された時に達成される。前述したように、リチウムバッテリは、複数の電池の並列構成で充電されるべきではない。このことは、電圧が特定のセルで増大すると、特定のセルは、他の低電圧電池よりも速く追加の充電を受け入れ始めるからである。従って、各電池は、その電池への充電が個別に制御され得るようにモニタされなければならない。リチウムバッテリが一群の電池７０１ａ〜ｎから形成される場合、装置の外側から電池７０１ａ〜ｎに延びる多数のワイヤ（第１のワイヤの範囲を超えて各電池のために少なくとも１つの追加のワイヤ）が必要とされる。着脱可能なバッテリアセンブリ３０１を有することによって、各電池７０１ａ〜ｎは、例示の一実施形態では、露出した一連のセットを有し得るし、バッテリアセンブリ３０１がハンドルアセンブリ３０２の内側にない場合、各一連の接点は、外部の非滅菌されたバッテリ充電装置の対応した一連の接点に結合され得る。別の例示の実施形態では、各電池７０１ａ〜ｎは、バッテリ保護回路７０２が各電池７０１ａ〜ｎの充電を制御して調整することができるようにバッテリ保護回路７０２に電気的に接続され得る。
ここで図３３を参照すると、本発明の少なくとも１つの追加の新規な特徴が明確に示されている。図３３に示すバッテリアセンブリ３０１は完全に組み立てられたバッテリアセンブリ３０１であり、埋め込まれたマルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４に加えて、２つの半部分２８０２ａ及び２８０２ｂが、外部とバッテリアセンブリ３０１の内部との間の密閉シールを提供するように例えば超音波で溶接されている。前の複数の図に示されているものの、図３３は本発明のキャッチ３３００を示しており、キャッチ３３００は、キャッチ３３００の真下にほぼ縦方向のボイド３３０２によって形作られるシェル２８０２の延在部分によって形成されており、両方がシェル２８０２の外側の上側部分に配置されている。キャッチ３３００は、図３４に示すハンドルアセンブリ３０２の下側バッテリドック３４０１内のレシーバ３４００に噛み合うように形作られている。
図３５は、ハンドルアセンブリ３０２の下側を示しており、レシーバ３４００及びバッテリドック３４０１の他の図を提供している。図３５から分かるように、レシーバ３４００は、（ハンドルシェル３５００によって形成される）バッテリドック３４０１から延びており、バッテリアセンブリ３０１のボイド３３０２に噛み合う、すなわち、嵌合するように形作られている。さらに、レシーバ３４００は、複数のハンドル接点ピン３５０４ａ〜ｎを有するマルチリードハンドル端末アセンブリ３５０２に近接している。図３５に示す例示の実施形態では、マルチリードハンドル端末アセンブリ３５０２の各ハンドル接点ピンは、ばねタイプの接点ピンであり、圧縮されることが可能である一方で、圧縮力とは反対方向に所定量の力を発揮して、それによって、ハンドル接点ピン３５０４ａ〜ｎと力を作用させる物体との間のプラスの電気的接続を維持する。さらに、マルチリードハンドル端末アセンブリ３５０２のハンドル接続ピン３５０４ａ〜ｎは、ハンドル接続ピン３５０４ａ〜ｎの各々が、マルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４の接点パッド２８０６ａ〜ｎのそれぞれ１つに物理的に配列されるように、間隔を空けられている。
本発明のハンドルアセンブリ３０２に本発明のバッテリアセンブリ３０１を連結するため、キャッチ３３００は、図３６に示すように、レシーバ３４００に接触し、バッテリアセンブリ３０１が、図３６から図３７に経過を示すように、ハンドルアセンブリ３０２に対して回転させられる。この明細書の図面に示す例示の実施形態に限定されないものの、図３３〜図３５に示すキャッチ３３００及びレシーバ３４００の物理的形状（特に、図３３に示す丸い角３３０５）によれば、バッテリアセンブリ３０１は、キャッチ３３００及びレシーバ３４００が相互に物理的に接触する限り、バッテリアセンブリ３０１がレシーバ３４００に接近していく角度に拘わらず、実質的にハンドルアセンブリ３０２に自身を配列させる。図３６に示す位置と図３７に示す位置との間のバッテリアセンブリ３０１の任意の回転によって、キャッチ３３００又はむしろボイド３３０２がレシーバ３４００上に自動的に着座する。このことは、滅菌フィールドのユーザが、ハンドルアセンブリ３０２にバッテリアセンブリ３０１を容易に接続することができ、特に、接続の作業中に２つの部品を実際に見ずに接続することができる。
本発明の例示の一実施形態では、図３５に示すように、マルチリードハンドル端末アセンブリ３５０２は、ハンドル接続ピン３５０４ａ〜ｎを取り囲んで、ハンドル接続ピン３５０４ａ〜ｎを支持するフレックス回路基板３５１４にシールされるガスケット３５１２を有している。例示の一実施形態では、ガスケット３５１２は、ハンドル接続ピン３５０４ａ〜ｎに加えてフレックス回路基板３５１４を有するリジッド−フレックス回路の一部である。フレックス回路基板３５１４の一部は、フレックス回路基板３５１４の残余部に比べて相対的に固く又はより硬く作られ得る。ガスケット３５１２が、ハンドルアセンブリ３０２に対するバッテリアセンブリ３０１の接続中に圧縮される場合、ガスケット３５１２に隣接するフレックス回路基板３５１４のリジッド部分がガスケット３５１２を支持し、バッテリアセンブリ３０１がハンドルアセンブリ３０２に連結される時に大きな移動を伴わずにガスケット３５１２が圧縮されることを可能にする。マルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４及びマルチリードハンドル端末アセンブリ３５０２が併せて配置されると、図５９及び図６０に示すように、マルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４の外周３３１２と、マルチリードハンドル端末アセンブリ３５０２のガスケット３５１２との間にシールが存在する。シールは、ガスケット３５１２の内部に湿気が浸透することを防止し、すなわち、マルチリードハンドル端末アセンブリ３５０２のハンドル接続ピン３５０４ａ〜ｎ又はマルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４の接点パッド２８０６ａ〜ｎに湿気が到達することを防止する。
図５６に示して以下に詳細に説明するように、ハンドルアセンブリ３０２のリジッド−フレックス回路は、ハンドルアセンブリのＴＡＧ電気コネクタ５６０２にハンドル接続ピン３５０４ａ〜ｎを電気的に結合する。
図３５をふたたび一時的に参照すると、ハンドルアセンブリ３０２のハンドル本体３５００は延在バッテリ固定部分３５０６を備えている。延在バッテリ固定部分３５０６は、レシーバ３４００とは反対側のマルチリードハンドル端末アセンブリ３５０２の側にある。図３５に示すハンドル固定部分の特定の例示の実施形態は、バッテリハンドル固定プロセスを終了させる必要がない１対のボイド３５０８及び３５１０を有していることに留意されたい。ここで図３８を参照すると、バッテリアセンブリ３０１の追加の特徴が示されている。この図では、１対のボス３８０２、３８０４が、バッテリアセンブリシェル２８０２の外側にあることを見ることができる。ボス３８０２、３８０４は、間隔を空けられて、ハンドル本体３５００の延在バッテリ固定部分３５０６のボイド３５０８、３５１０と噛み合うように位置決めされる。この噛み合い位置は図３７に示されている。図３８をさらに参照すると、ボス３８０２、３８０４の各々は、傾斜上側部分３８１６と、対向する鋭利な縁の底部分３８１８と、を備えていることが分かる。傾斜上側部分３８１６は、ボス３８０２、３８０４が、バッテリアセンブリ３０１がハンドルアセンブリ３０２に固定される時にハンドルアセンブリ３０２の延在バッテリ固定部分３５０６のボイド３５０８、３５１０に容易に滑り込むことを可能にする。鋭利な縁の底部分３８１８は、固定して、ボス３８０２、３８０４がハンドルアセンブリ３０２の延在バッテリ固定部分３５０６内に着座したままであることを可能にする。
バッテリアセンブリ３０１の一方の側でのキャッチ３３００及びレシーバ３４００の間の噛み合いと、バッテリアセンブリ３０１の他方の側でのボス３８０２、３８０４及びボイド３５０８、３５１０のそれぞれの噛み合いとの組み合わせによって、ハンドルアセンブリ３０２に対するバッテリアセンブリ３０１の堅いしっかりとした取り付けが提供される（図３及び図３７参照）。例示の実施形態では、２つのボス３８０２、３８０４は、実際には相互に離されて間隔を空けられている。この間隔は、バッテリアセンブリ３０１とハンドルアセンブリ３０２との間の取り付けの安定性を向上させる。
図３８はまた、バッテリアセンブリシェル２８０２の外側に連結されるリリース機構３８０６を示している。リリース機構３８０６は、ボス３８０２、３８０４のようにバッテリアセンブリシェル２８０２の同じ外側内に形成される対応の１対の溝３８１０、３８１２によって固定されて溝３８１０、３８１２内にスライドする周縁３８０８を備えている。リリース機構３８０６は、ボス３８０２、３８０４に対して前後移動するように作動可能な傾斜ノーズ領域３８１４を有しており、特に、図３８の実施形態では、リリース機構３８０６が上へ向かう方向にスライドさせられた時、ボス３８０２、３８０４の間に延びる。
バッテリアセンブリ３０１は、図３７に示すように、ハンドルアセンブリ３０２に固定して連結されている場合、リリース機構３８０６は、ハンドルアセンブリ３０２から最も遠い溝３８１０、３８１２内の位置に残る。ユーザがハンドルアセンブリ３０２からバッテリアセンブリ３０１を取り外したい時、リリース機構３８０６は、ハンドルアセンブリ３０２に向かう方向に溝３８１０、３８１２内をスライドさせられる。このスライド動作は、バッテリアセンブリ３０１と延在バッテリ固定部分３５０６の最下位置との間の領域に傾斜ノーズ領域３８１４を進入させる。傾斜ノーズ領域３８１４が前進すると、延在バッテリ固定部分３５０６は、傾斜ノーズ領域３８１４を上がっていき、バッテリアセンブリ３０１から離れて曲がる。違うように説明すると、延在バッテリ固定部分３５０６は、マルチリードハンドル端末アセンブリ３５０２及びレシーバ３４００から離れて曲がる。
延在バッテリ固定部分３５０６が所定の度合いにわたって曲がると、ボス３８０２及び３８０４の底縁３８０２ａ〜３８０２ｂはボイド３５０８及び３５１０ともはや係合しておらず、バッテリアセンブリ３０１は、図３７に示す方向から図３６に示す方向に容易に回転させられ、最後に、ハンドルアセンブリ３０２から分離される。リリース機構３８０６は、もちろん、ハンドルアセンブリ３０２にバッテリアセンブリ３０１を固定するとともにハンドルアセンブリ３０２からバッテリアセンブリ３０１をリリースする機構のほんの一例である。リリース機構３８０６は、予期しない取り外しがめったに起きないことに関して有利である。バッテリアセンブリ３０１をリリースするため、手術者は、ハンドルに向かってリリース機構３８０６を動かす必要があるものの、同時に、ハンドルアセンブリ３０２から離れるようにバッテリアセンブリ３０１を回転させる。これら２つの反対方向の力／作用は、それらが意図的に実行されなければ、同時に発生することはめったに起きない。これらの異なる力の作用はまた、手術中に使用位置と異なる位置にユーザの手があることを必要とする。そうした構成は、バッテリアセンブリ３０１及びハンドルアセンブリ３０２の不測の分離が発生しないことを実質的に保証する。
本発明はまた、マルチリードハンドル端末アセンブリ３５０２及びマルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４の間に電気接続が形成される方法において従来技術の装置に対する顕著な利点を提供する。より具体的には、図３３を再び参照すると、マルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４の例示の実施形態では、１６個の接点パッド２８０６があることを見ることができ、接点パッド２８０６ａ〜ｄは第１列３３０４を形成し、接点パッド２８０６ｅ〜ｈは第２列３３０６を形成し、接点パッド２８０６ｉ〜ｌは第３列３３０８を形成し、及び、接点パッド２８０６ｍ〜ｐは第４列３３１０を形成する。
同様に、図３４及び図３５に示すように、マルチリードハンドル端末アセンブリ３５０２は、複数のハンドル接続ピン３５０４ａ〜ｎ（１６個のピン３５０４ａ〜ｎのうちの１２個のみが図３５の図に示されている）を有している。ハンドル接点ピンは、バッテリアセンブリ３０１がハンドルアセンブリ３０２に連結された時に各ハンドル接続ピン３５０４ａ〜ｎが接点パッド２８０６の個々の１つと配列されるように形成される。従って、ハンドル接続ピン３５０４ａ〜ｎはまた、図に示す特定の実施形態では、４つの列３４０４、３４０６、３４０８及び３４１０に配置されている。
バッテリアセンブリ３０１はハンドルアセンブリ３０２に取り付けられた時、キャッチ３３００はレシーバ３４００に最初に接触して配置され、バッテリアセンブリ３０１はその後、ボス３８０２、３８０４がそれぞれ延在バッテリ固定部分３５０６のボイド３５０８、３５１０に係合するまで延在バッテリ固定部分３５０６に向かって回転させられる。回転の１つの顕著な結果は、マルチリードハンドル端末アセンブリ３５０２及びマルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４の間の物理的／電気的接続が、バッテリ列３３０４及びハンドル列３４０４で始まって一度に一列、連続的に発生することである。
本発明の例示の実施形態によれば、最初のバッテリ列３３０４はアースの接点パッドを有しており、最後のバッテリ列３３１０は少なくとも１つの電力接点パッドを有している。従って、マルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４及びマルチリードハンドル端末アセンブリ３５０２の間の最初の接触はアース接続であり、最後の接触は電力接続である。バッテリアセンブリ３０１の設置は、バッテリアセンブリ３０１のアース接点が、電力接続がなされた時にマルチリードハンドル端末アセンブリ３５０２の最後の列３４１０から離れた距離にあるので、スパークを引き起こさない。バッテリアセンブリ３０１が取り付け位置（図３７に示す）まで回転すると、各バッテリ列３３０４、３３０６、３３０８及び３３１０は、各ハンドル列３４０４、３４０６、３４０８、３４１０にそれぞれ連続して接触するものの、電力接点は、列が少なくとも１つのアース接点が接続された後にのみに接続される。言い替えれば、バッテリアセンブリ３０１がハンドルアセンブリ３０２に設置されると、バッテリアセンブリ３０１は、ハンドルアセンブリ３０２の任意の部分に任意の電力接点が接触する前に好都合にアースされ、従来技術の電源連結に対して顕著な利点がある。すべての公知の装置では、電力を供給する接点（例えば電気の本線）は、他の連結部に同時に連結され、又は、電気プラグの接近方向に応じてランダムに連結される。この従来技術の連結部は、スパーク又はアークを永続的な可能性として残している。しかしながら、本発明によれば、従来技術にあるスパーク又はアークの可能性を完全に排除する。
さらに、本発明の例示の一実施形態によれば、ハンドル接続ピン３５０４ａ〜ｎの第１列３４０４、第２列３４０６、第３列３４０８及び最後の列３４１０のうちの任意の１以上のピンがバッテリ存在検出回路３１０４に連結される。特に、最後の列３４１０の接点のうちの１つが存在パッドとして使用される。バッテリ存在検出パッド３１０４は、マルチリードハンドル端末アセンブリ３５０２のアースピン及び存在ピンがマルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４に適切に接続されたことを検出した後、超音波手術用アセンブリ３００の作動を許可する。バッテリ存在検出パッドが、最後の列にのみある、すなわち、レシーバ３４００から最も遠い位置にある実施形態では、ハンドルアセンブリ３０２は、バッテリアセンブリ３０１が完全に固定して設置されるまで、すなわち、すべての接点が適切に接続されるまで、状態を変化／変更しない。この有利な特徴はアセンブリ全体の不適切な作動を防止する。同様に、バッテリアセンブリ３０１の接続を解除する時、最後の列３４１０は、ハンドル接続ピン３５０４ａ〜ｎとの接続を解除する最初の列である。従って、装置は、ハンドルアセンブリ３０２からのバッテリアセンブリ３０１の欠如にすぐさま応答する。
例示の実施形態では、バッテリ保護回路７０２すなわち燃料ゲージは、存在パッドをモニタして、ＴＡＧアセンブリ３０３内でマイクロプロセッサ１００６に電力を供給する前にアースに存在パッドが接続されるのを待つ。これをするため、もちろん、ＴＡＧアセンブリ３０３はハンドルアセンブリ３０２にも連結されなければならない。より具体的には、ＴＡＧアセンブリ３０３は、ハンドルアセンブリのＴＡＧ電気コネクタ５６０２に電気的に結合されなければならない。ＴＡＧアセンブリ３０３がハンドルアセンブリのＴＡＧ電気コネクタ５６０２に連結されて（例えば図３６及び図３７参照）、バッテリアセンブリ３０１がマルチリードハンドル端末アセンブリ３５０２に適切に連結されると（例えば図３７に示す構成を参照）、バッテリアセンブリ３０１及びＴＡＧアセンブリ３０２の間の通信が発生する。そうした通信が確立された後、装置は使用の準備が整い、バッテリコントローラ７０３は、例えば、ハンドルアセンブリ３０２内のブザー８０２で表示トーンを発生させることによって、及び／又は、ＬＥＤ９０６で視覚インジケータを生成することによって、ユーザに「使用準備」状態の信号を送信することができる。
この通信を確立するための例示の一実施形態では、バッテリ保護回路７０２は、存在パッドに低電圧信号を周期的にパルスで送ることによって、バッテリアセンブリ３０１及びハンドルアセンブリ３０２の間の適切な接続の存在を検出する。バッテリ保護回路７０２は、アースへの接続のために存在パッドをモニタし、アースは、バッテリアセンブリ３０１が適切にハンドルアセンブリ３０２に接続されるとハンドルアセンブリ３０２によって提供される。しかしながら、バッテリアセンブリ３０１は例えば洗浄中に水などの溶液中に浸水させられ得るので、アース状態が、存在パッドをグラウンドに電気的に結合する溶液に起因するのみの場合、バッテリアセンブリ３０１がまるでハンドルアセンブリ３０１に適切に接続されたように、障害アース状態を検出しないことが好都合である。この理由のため、本発明の実施形態は、存在パッドとアースとの間のインピーダンスをモニタする比較器を提供する。比較器は、インピーダンスが閾値インピーダンス未満である場合、すなわち、溶液のインピーダンス未満である場合のみにバッテリアセンブリ３０１が作動するように、存在パッド及びアースの間の連結のインピーダンスと基準インピーダンスとを比較する。
マルチリードハンドル端末アセンブリ３５０２の図示の設計は従来技術に対してさらなる利点を提供する。特に、図３９の拡大部分斜視図に示す本発明のハンドル接続ピン３５０４ａ〜ｎは、マルチリードハンドル端末アセンブリ３５０２のハンドル接続ピン３５０４ａ〜ｎがマルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４の接点パッド２８０６ａ〜ｎに触れる接触領域から任意の異質の物質を除去することを保証する横方向の変位に加えて、物理的な接続を提供する。具体的には、図３９は、その静止して非接触状態の第１ハンドル接続ピン３５０４ａを示している。すなわち、ハンドル接続ピン３５０４ａは、図３９に示す本来の静止した形状に位置して保持するばね力を有している。しかしながら、マルチリードバッテリ端末アセンブリ２８０４がマルチリードハンドル端末アセンブリ３５０２に完全に噛み合った時、ハンドル接続ピン３５０４ａ〜ｎは圧縮する。この圧縮状態が、例えば、図３９のハンドル接続ピン３５０４ｂ及び３５０４ｆによって示されている。
接点パッド２８０６によってハンドル接続ピン３５０４ａ〜ｎ上に作用した圧縮力は、電気接続を保持するために正圧を提供するのみならず、各ハンドル接続ピン３５０４ａ〜ｎの接続面をピン３５０４の縦方向の大きさに対して距離Ｄにわたって移動させる。この距離Ｄは、第１ハンドル接続ピン３５０４ｅの接続面の頂部が、ピン３５０４ｅがその非圧縮状態にある時に存在するように示す第１線３９０１によって図３９に示されている。第２線３９０２は、隣接する第２ハンドル接続ピン３５０４ｆの接続面の頂部が、ピン３５０４ｆが圧縮された時にあるように示している。２つの線の間の差異は、圧縮された時に各ピン３５０４ａ〜ｎの接続面が並進する縦方向距離Ｄを規定している。この移動は、図４０の切断斜視図に示すように、ハンドル接続ピン３５０４ａ〜ｎとそれぞれの接点パッド２８０６とが最初に接触して、バッテリアセンブリ３０１がレシーバ３４００及び延在バッテリ固定部分３５０６の間に完全に着座するまで接触し続ける時に開始される。ハンドル接続ピン３５０４ａ〜ｎの並進移動は、接点パッド２８０６を効率的にきれいに拭うたたく動きを生成し、従って、その間の電気接続を向上させる。このたたく効果は、例えば、バッテリが手術環境において交換される必要がある場合、かつ、例えば血液などの物質が、接点パッド２８０６に接触した場合、又は、パッドが繰り返しの使用から若しくは洗浄剤に曝されることによって腐食した場合、非常に有利であることを証明することができる。
図３９の図は、本発明のさらに別の有利な特徴を示している。図３９では、マルチリードハンドル端末アセンブリ３５０２が、ハンドルアセンブリ３０２のハンドル接続ピン３５０４ａ〜ｎを保護する突出側３９０４を特徴とすることが分かる。
本発明のさらなる利点は、バッテリアセンブリ３０１の全体が滅菌され得ることである。医療処置中に交換の必要がある場合、バッテリアセンブリは、新しい滅菌されたバッテリアセンブリと容易に交換されることが可能である。バッテリアセンブリ３０１の気密構造は、例えば、ステリスコーポレーション（Ｓｔｅｒｉｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）によって製造されて商品名Ｖ−ＰＲＯで参照される滅菌装置によって実行されるような、又は、エティコンインコーポレーテッド（Ｅｔｈｉｃｏｎ，Ｉｎｃ．）のディヴィジョンであるアドバンストスターライゼーションプロダクツ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｔｅｒｉｌｉｚａｔｉｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ＡＳＰ）、ジョンソンアンドジョンソン（Ｊｏｈｎｓｏｎ ＆ Ｊｏｈｎｓｏｎ）社によって製造されてＳＴＥＲＲＡＤ（登録商標）の商品名で参照される滅菌装置によって実行されるように、低温の気相過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を使用して滅菌されることが可能である。バッテリアセンブリ３０１のリチウム電池は６０℃より高温で加熱されると損傷を受けるので、今日病院で一般的に使用されている非加熱滅菌が手術環境で容易にバッテリアセンブリ３０１を再使用可能にする。
ａ．バッテリ圧力弁
本発明のバッテリアセンブリ３０１はさらに別の本発明の特徴を有している。図３７に示すように、バッテリアセンブリ３０１は、以下に説明するように、バッテリアセンブリの内圧に対する正及び負の両方の外圧の影響を回避する一方で、例えば３０ｐｓｉより大きく緊急の過度の内圧の解放を提供する、圧力弁３７０２を有している。この弁３７０２は、内部に蓄積したあらゆる気体を迅速に吐き出すために十分に大きな開口を有利に有している。また有利なことには、本発明の弁３７０２は、いくつかの従来技術の通気装置がそうするように、圧力の小さな変化によって同時に開閉しない。代わりに、弁３７０２の開閉の事象はいくつかの規定のステージを有している。弁３７０２の例示の構成では、第１ステージ（＜３０ｐｓｉ）中、弁３７０２は、図４１及び図４２に示すように、シールされたままであり、バッテリ区画内への又は外への気体の流通を許容しない。この例示の実施形態はいわゆるポペット弁として言及され得る。ステージ２では、図４２の切断図に示す、弁シート４２０２に対してポペット４１０６を取り囲むＯリング４１０４を保持するばね４１０２の力に対抗する程度に十分に圧力が増大すると、流体／気体が、Ｏリング４１０４及びシート４２０２の間を漏れ出し始める。ステージ３では、圧力は、流体／気体のかなりの量がシール４１０４、４２０２を通過することができる程度に十分に弁３７０２を押し開く。このことは、正確に測定するために十分である。このポイントで、ステージ４まで、内圧は弁を完全に開かせ、すなわち、Ｏリング４１０４はシート４２０２を完全に移動させる。追加の圧力は、弁がさらに開くことができないので、流れへの影響を減少させる。
ステージ５では、弁３７０２上の圧力が減少し始めるとともにポペット４１０６が閉じ始める。ポペット４１０６が後退すると、ポペット４１０６は、ヒステリシスを通じて開く間に生じるものと同じシーケンスを辿る（すなわち、本体上に力が作用する時の作用の遅延が変更され、閉じる際の遅延の命令が発生する）。その結果、ポペット４１０６がその復帰を開始する時、ポペット４１０６が開かれる時に横切る図４４の曲線に対して定位置に遅れていく。ステージ６では、Ｏリング４１０４はシート４２０２にちょうど触れる。Ｏリング４１０４をシート４２０２内に押す力はないので、弁はこのポイントでシールしない。ステップ７で、ばね４１０２の力は、弁を閉じてシールするために十分な力でＯリング４１０４を圧縮する。弁３７０２は、図４１及び図４２に示すように、ここでステージ１に復帰する。弁３７０２の検査を簡単にするため、ポペット４１０６は、切り取りハンドル４１０８を有するように形成される。この例示の構成では、ユーザ又は漏れ検査固定物は、ハンドル４１０８を握って、ポペット４１０６を外側に移動させて、本明細書では、バッテリアセンブリ３０１の外側シェル２８０２ａ、２８０２ｂの一方の半部分に配置されて示される弁ドック４２０４内にポペット４１０６を戻す。検査が終了した時、ユーザ、例えば製造者は、ユーザ制御のポペット４１０６の動きを防止するためにハンドル４１０８を切り取るか、又はそうでなければ、除去する。ハンドル４１０８の除去は、ハンドル４１０８の基部に形成された狭窄部４１１０によってより容易になされる。
ｂ．スマートバッテリ
本発明のさらなる例示の実施形態では、超音波手術用焼灼アセンブリ３００に電力を供給するためにスマートバッテリが使用される。しかしながら、スマートバッテリは、超音波手術用焼灼アセンブリ３００に限定されるものではなく、説明したように、相互に変化する電力要求（すなわち、電流及び電圧）を有する又は有しない様々な装置に使用されることが可能である。本発明の例示の実施形態によれば、スマートバッテリは、電気的に結合される特定の装置を有利に識別することができる。これは、暗号化された又は非暗号された識別方法を通じてなされる。例えば、図５７に示すバッテリアセンブリ３０１は例えば部分５７０２などの接続部分を有し得る。ハンドルアセンブリ３０２は、マルチリードハンドル端末アセンブリ３５０２に通信可能に連結されるとともにハンドルアセンブリ３０２に関する情報の少なくとも一部分を通信するために作動可能な装置識別子５７０４を備え得る。この情報は、ハンドルアセンブリ３０２が使用された回数、ＴＡＧアセンブリ３０３（現在ではハンドルアセンブリ３０２に接続されている）が使用された回数、導波管アセンブリ３０４（現在ではハンドルアセンブリ３０２に接続されている）が使用された回数、ハンドルアセンブリ３０２に現在接続されている導波管アセンブリ３０４のタイプ、ハンドルアセンブリ３０２に現在接続されているＴＡＧアセンブリ３０３のタイプ又は同一性、又は多くの他の特性、に関する。スマートバッテリアセンブリ３０１がハンドルアセンブリ３０２に挿入された時、スマートバッテリアセンブリ３０１内の接続部分５７０２は、ハンドルアセンブリ３０２の装置識別子５７０４と通信する。ハンドルアセンブリ３０２は、ハードウェア、ソフトウェア又はその組み合わせを通じて、（自己始動によって、又は、バッテリアセンブリ３０１からのリクエストに応じて）スマートバッテリアセンブリ３０１に情報を伝送する。この通信された識別子は、スマートバッテリアセンブリ３０１の接続部分５７０２によって受信される。例示の一実施形態では、スマートバッテリアセンブリ３０１が情報を受信すると、通信部分５７０２は、装置の特定の電力要求に合致させるためにバッテリアセンブリ３０１の出力を制御するように作動可能である。
例示の一実施形態では、通信部分５７０２は、例えばプロセッサ１１１８などのプロセッサと、別個の又は単一の構成要素であり得るメモリと、を有している。メモリと協働するプロセッサ１１１８は、手持ち式超音波手術用焼灼アセンブリ３００の情報処理による電力運用を提供することができる。この実施形態は、例えば手持ち式超音波手術用焼灼アセンブリ３００などの超音波装置が、手持ち式超音波手術用焼灼アセンブリ３００に固有であり得る電力要求（周波数、電流及び電圧）を有するので、特に有利である。実際には、手持ち式超音波手術用焼灼アセンブリ３００は、導波管１５０２の所定の寸法又はタイプに対する特定の電力要求又は制限と、異なる寸法、形状及び／又は構成を有する導波管の第２のタイプに対する第２の異なる電力要求を有してよい。
従って、本発明に係るスマートバッテリ３０１は、単一のバッテリアセンブリを複数の手術装置の間で使用することを可能にする。スマートバッテリ３０１が、いずれの装置に取り付けられたかを識別することができ、従ってその出力を変化させることができるので、スマートバッテリ３０１を利用する様々な異なる手術装置の手術者が、使用される電子装置内に実装しようとする電源について何ら心配する必要はない。このことは、バッテリアセンブリが複雑な手術処置の真っただ中で交換される手術環境において特に有用である。
さらなる例示の実施形態では、スマートバッテリ３０１は、特定の装置の使用ごとの記録をメモリ５７０６内に格納する。この記録は、装置の有用な又は許容される耐用年数の限度を評価するために有用である。例えば、装置が２０回使用されると、装置に接続されたすべてのそうしたバッテリ３０１は、装置が「もはや頼りにならない」手術器具として示されるので、そこへの電力供給を拒絶する。信頼性は複数の要因に基づいて決定される。１つの要因は摩耗であり得る。所定の回数の使用後、装置の部品は摩耗して、部品同士の間の許容差が限度を超え得る。例えば、スマートバッテリ３０１は、ハンドルアセンブリ３０２によって受け入れられたボタンの押し込みの回数を検出することができ、ボタンの押し込みの最大回数が満たされるか又は最大回数を超えた時を特定することができる。スマートバッテリ３０１は、例えば、ハンドルが例えば塩分によって汚染された場合に変化し得るボタン機構のインピーダンスをモニタすることができる。
この摩耗は、処置中の受け入れがたい失敗につながり得る。いくつかの例示の実施形態では、スマートバッテリ３０１は、装置内に一緒にいずれの部品が併用されたか、及び、各部品が経た使用回数さえも認識することができる。例えば、図５７を見ると、バッテリアセンブリ３０１が本発明に係るスマートバッテリである場合、バッテリアセンブリ３０１は、ユーザが複合装置の使用を試みる十分に前に特定のＴＡＧアセンブリ３０３に加えてハンドルアセンブリ３０２の両方を識別することができる。スマートバッテリ３０１内のメモリ５７０６は、例えばＴＡＧアセンブリ３０３が作動されるたびに記録することができる。各ＴＡＧアセンブリ３０３が個別の識別子を有している場合、スマートバッテリ３０１は、各ＴＡＧアセンブリ３０３の使用の痕跡を保持するができ、ハンドルアセンブリ３０２又はＴＡＧアセンブリ３０３がその最大使用回数を超えたらそのＴＡＧアセンブリ３０３に電力を供給することを拒絶する。ＴＡＧアセンブリ３０３、ハンドルアセンブリ３０２又は他の構成要素は、この情報を同様に記録するメモリチップを有し得る。このようにして、任意の数のスマートバッテリ３０１が、任意の数のＴＡＧアセンブリ、ステープラー、血管シーラーなどとともに使用されることが可能であり、総使用回数、又は、総使用時間（クロック３３０の使用を通じて）、又は、アクチュエータなどの総数、各ＴＡＧアセンブリ、各ステープラー、各血管シーラーなどの総数、又は、充電又は放電周期を依然として特定することができる。
いくつかの例示の実施形態では、スマートバッテリ３０１は、聴覚の及び／又は視覚のフィードバックを通じてユーザと通信することができる。例えばスマートバッテリ３０１は、予めセットされたようにＬＥＤ９０６を点灯させることができる。そのような場合、発振器９０４のマイクロコントローラ１００６はＬＥＤ９０６を制御するにも拘わらず、マイクロコントローラ１００６は、実行されるべき指令をスマートバッテリ３０１から直接受信する。
さらなる例示の実施形態では、発振器９０４のマイクロコントローラ１００６は、既定の時間にわたって使用されない時にスリープモードに突入する。有利には、スリープモード時、マイクロコントローラ１００６のクロックスピードは減少し、電流の顕著な消耗を遮断する。プロセッサは入力の検出を待つことをピンギングし続けるので、いくらかの電流が消費し続けられる。有利には、マイクロコントローラ１００６がこの省電力スリープモードにある時、マイクロコントローラ１１０６及びバッテリコントローラ７０３はＬＥＤ９０６を直接的に制御することができる。このことは、マイクロコントローラ１００６を起動させる必要性を排除する省電力特性である。他の例示の実施形態は、非使用時に電力を維持するために１以上のマイクロコントローラを減速させる。例えば、両マイクロコントローラのクロック周波数が電力を抑えるために減少させられ得る。同期作動を維持するために、マイクロコントローラは、それらのそれぞれのクロック周波数の変化を調節して、両方の減少と、フルスピードでの作動が必要とされる時に周波数の連続した増大と、をほぼ同時に発生させる。例えば、アイドルモードに突入した時、クロック周波数は減少し、アイドルモードを出る時に周波数は増大する。
さらなる例示の実施形態では、スマートバッテリ３０１は、その電池７０１内に残った使用可能な電力の量を特定することができ、予測される処置を通じて装置を予想通りに作動させたままにする十分なバッテリ電力があるかどうかを特定する場合に、取り付けられた手術装置を作動させるためのみにプログラムされている。例えば、スマートバッテリ３０１は、２０秒間にわたって手術装置を作動させるために十分な電力が電池内にない場合に非作動状態にしたままにすることができる。例示の実施形態によれば、スマートバッテリ３０１は、例えば外科的な切断などのその最も最近の機能の最後に電池７０１内に残った電力の量を特定する。従って、この実施形態では、バッテリアセンブリ３０１は、例えばその処置中に、電池７０１が十分な電力を有していない場合に、その後の機能の実行を許容しない。代替として、スマートバッテリ３０１は、その後の処置のために十分な電力があることを特定して、処置中にその閾値を下回る場合には、その進行中の処置を遮断せず、代わりに、それを終了させることを許容して、さらなる処置の発生を回避する。
以下に、本発明のスマートバッテリ３０１を有する装置の使用を最大限に活用することに関して本発明の利点を説明する。一連の異なる装置が異なる導波管を有するものを例にとる。定義によれば、導波管の各々は、それぞれの最大許容電力限界を有してよく、それを超えると、電力制限が導波管に過度に負荷をかけ、ついには導波管を破砕してしまう。一連の導波管のうちの１つの導波管は最も小さい最大電力容量を本来有している。従来技術のバッテリは、情報処理機能を有するバッテリ電力運用を有していないものの、従来技術のバッテリの出力は、装置／バッテリに使用されることが想定される一連のうちの最小／最薄／最弱の導波管のための最も小さい作動許容電力入力の値によって制限されなければならない。このことは、より大きなより厚い導波管がその後にそのハンドル端に取り付けられて、定義によれば、より大きな力が作用することを可能にするにも拘わらず、事実である。この制限は最大バッテリ電力にも当てはまる。例えば、１つのバッテリが複数の装置に使用されるように設計されている場合、その最大出力電力は、使用される装置のいずれかの最小の最大電力ランクに制限される。そのような構成によれば、１以上の装置又は装置構成は、バッテリが特定の装置の特定の制限を知らないので、バッテリの最大使用を可能にしない。
それと比較して、スマートバッテリ３０１を利用する本発明の例示の実施形態は、上述の従来技術の超音波装置の制限を判断して巧みに回避することができる。スマートバッテリ３０１は、１つの装置又は特定の装置のための１つの出力を生成することができ、同じバッテリアセンブリ３０１が、第２の装置又は装置構成のための異なる出力をその後に生成することができる。この万能なスマートバッテリ手術システムは、空間及び時間がプレミアムである現代の手術室に非常に向いている。多くの異なる装置を作動させる１つのスマートバッテリパックを有することによって、看護師は、それらのパックの保管、修繕、及び棚卸しを簡単に運用することができる。有利には、本発明に係るスマートバッテリシステムは、１つのタイプのみの充電ステーションを必要とし、従って、使用の容易さと効率を増大させるとともに設備にかかる手術室の費用を低減する。
さらに、例えば電気ステープラーなどの他の装置は、超音波手術用焼灼アセンブリ３００のものとは完全に異なる電力要求を有し得る。本発明によれば、単一のスマートバッテリ３０１が、手術装置の全シリーズのうちのいずれか１つとともに使用され得るとともに、実装される特定の装置へのその自身の出力を調節するために作られ得る。例示の一実施形態では、この出力の調節は、スマートバッテリ３０１と一体化されるか又はそうでなければ連結されて制御される、例えばバック、バックブースト、ブースト又は他の構成の切り替えモード電源のデューティサイクルを制御することによって実行される。他の例示の実施形態では、スマートバッテリ３０１は、装置の作動中にその電力出力を劇的に変化させることができる。例えば、容器のシーリング装置では電力運用は非常に重要である。これらの装置では、一定の大きな電流値が必要とされる。総電力出力は、組織がシールされる際にそのインピーダンスが変化するので、動的に調節される必要がある。本発明の実施形態は、可変の最大電流制限をスマートバッテリ３０１に提供する。電流制限は、用途又は装置の要求に応じて１つの用途（又は装置）から他の用途に変動する。
ＸＩＩ．ハンドルアセンブリ−機械的構造
図４５は、左側のシェル半部分が取り外されたハンドル部分３０２の左側面の例示の実施形態を示している。ハンドルアセンブリ３０２は、基本的な４つの機能を有している。（１）マルチリードハンドル端末アセンブリ３５０２にバッテリアセンブリ３０１を連結する。（２）ＴＡＧ取付ドック４５０２にＴＡＧアセンブリ３０３を連結する。（３）導波管取付ドック４５０４に超音波切断刃及び導波管アセンブリ３０４を連結する。（４）３つの構成要素（バッテリアセンブリ３０１、ＴＡＧアセンブリ３０３、並びに、超音波切断刃及び導波管アセンブリ３０４）を作動させるためにトリガ機構４５０６を提供する。
ａ．ＴＡＧ取付ドック
ＴＡＧ取付ドック４５０２は、外部に曝されており、ＴＡＧアセンブリ３０３をハンドルアセンブリ３０２に交換可能に固定するように形作られている。導波管取付ドック４５０４は、導波管１５０２の近位端を変換器９０２に配列するように形作られている。変換器９０２がＴＡＧ取付ドック４５０２に入れられるとともに導波管アセンブリ３０４が導波管取付ドック４５０４に入れられ、変換器９０２及び導波管１５０２が相互に取り付けられた時、導波管１５０２及び変換器９０２は自由に回転可能にハンドルアセンブリ３０２に保持される。
図４５及び図４６から分かるように、ハンドルアセンブリ３０２は、２つのクラムシェル接続本体半部分を有しており、右側半部分４５０３が図４５に示されている一方で左側半部分が図４６に示されている。２つの半部分４５０３、４６０３は、導波管取付ドック４５０４の少なくとも一部を形成し、導波管取付ドック４５０４は、導波管回転スピンドル３７０４がない時に外部に露出するように考慮され得る。第１連結部４６０２は、ハンドルアセンブリ３０２に超音波導波管アセンブリ３０４を選択的に着脱可能に固定するように作動可能である。図示した例示の実施形態では、スピンドル３７０４は、環状ボス４６０５を受け入れるように形作られた中間環状溝４６０３を有している。２つの半部分４５０３、４６０３が接続された時、溝４６０３及びボス４６０５は、自由に回転する導波管アセンブリ３０４の縦方向接続を形成する。
ＴＡＧ取付ドック４５０２は導波管取付ドック４５０４に対向している。ＴＡＧ取付ドック４５０２は、外部に露出しており、超音波導波管アセンブリ３０４が導波管取付ドック４５０４に連結された時に超音波導波管１５０２に超音波変換器９０２を着脱可能に固定するように作動可能な第２連結部４６０４を有している。連結部４６０２及び４６０４は、変換器９０２と軸方向に配列するように導波管１５０２を配置する通路又は任意の他の構造に単純に配列され得る。もちろん、連結部４６０２及び４６０４は、導波管１５０２及び／又は変換器９０２をハンドル又は相互に実際に保持する例えばねじ山などのさらなる構造を提供し得る。
ｂ．制御
ここで図４６を見ると、トリガ４６０６及びボタン４６０８がハンドルアセンブリ３０２の構成要素として示されている。トリガ４６０６はエンドエフェクタ１１８を作動させ、エンドエフェクタ１１８は、エンドエフェクタ１１８及び刃部分１１６の間の組織及び／又は他の物質との様々な種類の接触を可能にするため、導波管１１４の刃部分１１６と協働する。図１に示すように、エンドエフェクタ１１８は通常、顎及び刃１１６の間に配置された組織を把持するか又はクランプするように作動する旋回顎（例えば図７３以下を参照）である。
押し込まれた時、ボタン４６０８は、超音波手術アセンブリ３００を、導波管１５０２で超音波運動を引き起こす超音波作動モードにする。例示の第１実施形態では、ボタン４６０８の押し込みは、図４７に示すように、スイッチ４７０２内の電気接点を閉じさせ、それによって、変換器９０２に電力が供給されるようにバッテリアセンブリ３０１及びＴＡＧアセンブリ３０３の間の回路を完成させる。別の例示の実施形態では、ボタン４６０８の押し込みは、バッテリアセンブリ３０１への電気接点を閉じる。もちろん、回路内で閉じる電気接点の説明は、本明細書では、スイッチ作動の単なる例示の一般的な説明である。スイッチ４７０２からの情報を受信して当該情報に基づいて対応の回路の反作用を割り当てる接点又はプロセッサ制御の電力受け渡しを開くことを含み得る。
図４７は、左側の正面からスイッチ４７０２を示しており、図４８は、ハンドル本体の内部の切断斜視図であり、スイッチ４８００の様々な詳細を表している。第１実施形態では、スイッチ４８００は複数の接点４８０４ａ〜ｎを備えている。スイッチ４７０２のプランジャ４８０２の押し込みは、スイッチを起動させ、スイッチの状態変化と、複数の接点４８０４ａ〜ｎのうちの２つ以上の間の位置又は接点の対応の変化を開始する。回路がスイッチ４７０２を通じて接続された場合、すなわち、スイッチ４７０２が変換器９０２への電力受け渡しを制御する場合、状態変化は、スイッチ４７０２の作動モードに応じて、回路を完成させるか又は遮断するかのいずれかである。
図４９は、２つのスイッチング段階を提供するスイッチ４７０２の実施形態を指名している。スイッチ４７０２は２つのサブスイッチ４９０２及び４９０４を有している。サブスイッチ４９０２及び４９０４は、１つのボタン４８０２内で２つのレベルのスイッチングを有利に提供する。ユーザが第１範囲に内側にプランジャ４８０２を押し込んだ時、第１サブスッチ４９０２が起動され、それによって、接点４８０４ａ〜ｎ（この図では図示せず）上に第１スイッチ出力を提供する。プランジャ４８０２が第２範囲にさらに内側に押し込まれた時、第２サブスイッチ４９０４が起動され、その結果、接点４８０４ａ〜ｎ上で異なる出力を生じさせる。実際の使用時のこの２段階スイッチ４７０２の例は、２つの可能な出力電力レベルを利用可能にするためのＴＡＧ発振器９０４用であり、各々は、導波管４５０２の異なる運動範囲値を生じさせる。第１サブスイッチ４９０２の起動は、例えば、発振器９０４からの第１出力電力レベルを開始し、及び、第２サブスイッチ４９０４の起動は、発振器９０４から第２電力レベルを出力させる結果を生じさせる。この２段階スイッチ４７０２の例示の実施形態は、第１配置に低電力レベルを提供し、第２配置に高電力レベルを提供する。図４９に示す、スタックにサブスイッチ４９０２及び４９０４を形成することは、増大する力によってボタン４７０２のプランジャ４８０２を単に押し込むことによって、第１スイッチモードすなわち第１電力レベルから第２スイッチモードすなわち第２電力レベルに移行させることを、手術者に容易かつ直感的にする。
サブスイッチ４９０２及び４９０４の一実施形態では、ばね力が利用されてよく、各ばねは異なるばね力レベルを有している。プランジャ４８０２が最初に押し込まれた時、第１サブスイッチ４９０２の第１ばねは圧縮し始める。第２サブスイッチ４９０４内に配置された第２ばねは第１ばねより固いので、第１サブスイッチ４９０２のみがスイッチング状態を変化させられる。第１サブスイッチ４９０２が、スイッチング状態を変化させるために十分な距離にわたって押し込まれると、プランジャ４８０２に作用するさらなる（より大きな）力が、より固い第２ばねを押し込んで、第２サブスイッチ４９０４の状態を変化させる。
実際には、例えば本発明を採用するものなどの超音波切断装置は、様々な組織のタイプ及びサイズに出くわし、制御をあまり必要としない繊細でない切断物質に対してしっかりと制御されなければならない精確な運動を変化させる様々な手術処置のタイプに使用される。従って、手術者に低電力切断モードと高電力切断モードとを選択させることを可能にする少なくとも２つの超音波切断電力レベルを提供することは有用である。例えば、低電力切断モードでは、すなわち、第１サブスイッチ４９０２のみが押し込まれる場合、導波管１５０２の先端は約０．００２インチの変位で運動する。高電力切断モードでは、すなわち、第１及び第２サブスイッチ４９０２及び４９０４の両方が押し込まれる場合、導波管１５０２の先端は約０．００３インチの変位で運動し、低電力モードに比べて、より大きな速度で組織を通って移動することができ、又は、より強靱でより緻密な物質をより迅速に切断することができる。例えば、腸間膜の切断は、より急速な速度でより大きな電力で概ね実行される一方で、容器シーリングは、より低電力でより長い期間にわたって実行されることが可能である。
しかしながら、本発明は、スタックされたスイッチに限定されるわけではなく、相互に独立したスイッチも含み得る。例えば、ボタン４６０８の形状は、第１低電力スイッチと接触する第１部分と、ボタンのさらなる移動によって、第２高電力スイッチに接触する第２部分と、を有してよい。本発明は、１つのボタンの移動によって異なる段階を保証する任意の複数段階スイッチを有するものとして考慮に入れられるべきである。
本発明の例示の一実施形態では、スイッチ４７０２、４８００は、複合弓に類似した物理的抵抗を提供する。高速で矢を射るために周知の複合弓は、ピークの力に上昇してより低い保持力に送り出される引く力のカーブを有している。この物理的作用を第２サブスイッチ４９０４で再形成することによって、装置のユーザは、第１サブスイッチ４９０２に移って第１サブスイッチ４９０２に係合することがむしろ簡単であることを発見する一方で、より大きな押し込み力を必要とする第２サブスイッチ４９０４の押し込みによって開始される高電力モードに移ることが、増大した力を意識的に作用させる手術者によってのみ生じる出来事であることを発見する。しかしながら、より大きな押し込み力を克服すると、押し込み位置の第２サブスイッチ４９０４を維持するために必要な力は減少し、手術者により高電力モードのままであることを可能にし、すなわち、手術者の指を疲れさせることなくボタンを押し込まれたままにしておく。この複合弓タイプの作用は様々な方法で実現することが可能である。例は、ピンの力又は他の障害物に打ち勝つオフセットカム、ソフトウェア制御、ドームスイッチ及びその他を含む。
本発明の例示の一実施形態では、スイッチ４７０２は、スイッチ４７０２が第１モードから第２高電力モードに移動する時に可聴音を生成する。例えば可聴音は、ボタン自体から、又は、ブザー８０２から発せられる。音は、手術者に高電力モードに入ったことを通知する。通知は、本発明の超音波装置の意図しない作動を好都合に回避することができる。
ｃ．ニアオーバセンタートリガ
ここで図６１〜図６４を参照すると、可変圧力トリガが示されて説明される。可変圧力トリガの構成要素は、図６１〜図６４の各々に示すハンドルアセンブリ３０２の右側の部分斜視図で見ることができる。この図では、ハンドルアセンブリ３０２の大部分のシェルがないので、内側構成要素のいくつかが露出して見ることができる。実際には、図６１〜図６４に示す多くの構成要素は、シェルによってカバーされており、保護されて見えない。
最初に図６１を参照すると、トリガ旋回アセンブリ６１０２の少なくとも一部が示されている。アセンブリ６１０２は、第１旋回部材６１０４と第２旋回部材６１０６とを有している。以下の説明では、トリガ４６０６が手術者によって連続的に押し下げられる際に第１旋回部材６１０４と第２旋回部材６１０６との間の相互作用を示す図６１と図６２〜図６４の各々との比較が説明される。
第１旋回部材６１０４は、細長構造であり、第１端６１１２及び第２端６１１４を有している。第１旋回部材６１０４の第１端６１１２は第１旋回ピン６１１６に回転可能に連結される一方で第２端６１１４は第２旋回ピン６１１８に回転可能に連結される。図６１の正面図では、第１旋回部材６１０４の例示の実施形態は、２つの別個の半部分を有することが分かり、各半部分は、第１旋回ピン６１１６及び第２旋回ピン６１１８に連結されており、中央セクションにともに連結されている。しかしながら、この旋回部材がこの構成を備えている必要はない。旋回部材は、２つの旋回ピン６１１６及び６１１８を連結するとともにエンドエフェクタ１１８のためのアクチュエータを並進させるために第１旋回ピン６１１６に近接して方向付けられた力を提供する任意の構造であってよく、エンドエフェクタ１１８は以下にさらに詳細に説明される。図６１〜図６４で分かるように、第１旋回ピン６１１６は、ハンドルアセンブリ３０２の左本体半部分４６０３に示される縦方向に延在する案内トラック６１３０内に乗っており、その鏡像は、対向する右本体半部分４５０３上にも同様にある。トリガ４６０６が押し込まれると、図６１、図６２、図６３、図６４の経過に示されるように、第１旋回ピン６１１６は、停止位置（図６１の第１旋回ピン位置によって示される）から完全に動いた位置（図６４の第１旋回ピン位置によって示される）までエンドエフェクタ１１８を動かすために近接方向に十分な距離を並進する。
示される例示の実施形態によれば、第２旋回ピン６１１８はトリガ４６０６に連結されてトリガ４６０６の一部である。特に、旋回ピン６１１８を含む第２旋回部材６１０６の全体は、トリガ４６０６の最も遠い範囲を実際に備えている。トリガ４６０６の最も遠い範囲（第２旋回部材６１０６）は、それ自体、ハンドルアセンブリ３０２内で第３（固定された）旋回ピン６１１０に回転可能に連結されている。この第３旋回ピン６１１０は、ハンドルアセンブリ３０２に対してトリガ４６０６が回転する軸線を画定する。第３旋回ピン６１１０は、回転ロックアウト刃と協働するスライド回転ロックアウト部材６５０８によって共有されている。回転ロックアウト刃の目的及び詳細は以下のセクションで説明される。
第３旋回ピン６１１０の位置はハンドルアセンブリ３０２に対して固定されているので、トリガ４６０６が手術者によって押し下げられた時、第１旋回ピン６１１６は第３旋回ピン６１１０から離れて移動する。さらに、第１旋回ピン６１１６が第３旋回ピン６１１０から離れて移動すると、第２旋回ピン６１１８は、第１旋回ピン６１１６を第３旋回ピン６１１０に接続する仮想線６１２０よりも十分に下にある図６１に示す位置で始まる円弧であって、第２旋回ピン６１１８が、第１旋回ピン６１１６を第３旋回ピン６１１０に依然として接続している仮想線６１２０にさらにより近い図６４に示す位置まで延びる円弧を横切る。
図６１に示す位置から図６２〜図６４に示す位置を通るトリガ４６０６の動きは、導波管１５０２に向かう方向におけるエンドエフェクタ１１８のクランプ動作を生じさせる。言い替えれば、トリガ４６０６を押し下げることは、エンドエフェクタ１１８を、開き位置から閉じ位置に（以下に説明する外側管７３０２の動きを介して）移動させる。有利には、第１旋回部材６１０４と第２旋回部材６１０６との間の相互作用は、図６１〜図６４の比較に示すように、トリガの押し込みを維持するために必要な圧力を変化させることによってトリガの動きを提供する。この可変圧力リンク（６１１０、６１０６、６１１８、６１０４、６１１６）は、完全に押し込まれると、例えば図６２に示すようなトリガ４６０６を部分的に押し込むための圧力と比較して押し込み位置にトリガ４６０６を保持するためのはるかに小さい圧力しか必要としないので、手術者の手の疲れを有利に低減させる。
より具体的には、手術者が最初にトリガ４６０６に圧力を作用させた時、第１力は、第２旋回ピン６１１８（図６１に示す方向付けに関連して）を上方に移動させることが必要である。第１旋回ピン６１１６が近位に移動しなければならないので、エンドエフェクタ１１８を作動させるために必要な力は実際には縦方向である。この力は円弧に沿って第２旋回ピン６１１８を移動させ、第２旋回ピン６１１８は、結果として、第１旋回ピン６１１６を第３旋回ピン６１１０から離れて移動させ、旋回部材６１０４、６１０６に沿って２つの力ベクトルを規定する。図６１に示す位置での２つの力ベクトルは、約１００°の角度６１２２であり、左に位置する黒いベクトルと右に位置する白いベクトルとを明確化のために示している。
ここで図６２を参照すると、トリガ４６０６が図６１に示す停止位置から移動したことが分かる。この部分的な移動は、第１の組織との接触時に一般的な医療処置中に押し下げられたときに生じる。トリガ４６０６が押し下げられる際、すなわち、トリガ４６０６がハンドルアセンブリ３０２に向かって移動する際、第１旋回ピン６１１６、第１旋回部材６１０４、第２旋回部材６１０６及び第２旋回ピン６１１８はすべて位置を変化させる。より具体的には、第２旋回部材６１０６は、その位置に固定される第３旋回ピン６１１０周りに回転する。第３旋回ピン６１１０は固定されているので、第２旋回ピン６１１８は上方にすなわち仮想線６１２０に向かって揺動し始める。第２旋回ピン６１１８が上方に揺動すると、力は、第１旋回部材６１０４に作用し、第１旋回部材６１０４に沿って移動して第１旋回ピン６１１６に作用する。それに応じて、第１旋回ピン６１１６は、導波管アセンブリ３０４から離れる方向に近接してスライドする。図６２に示す移動のこの第１段階では、力ベクトル６１２２の角度が、図６１に示すものから増大していることが分かる。
図６３では、トリガ４６０６はさらに閉じられている。その結果、第１旋回部材６１０４、第２旋回部材６１０６、第１旋回ピン６１１６及び第２旋回ピン６１１８のさらなる移動が生じる。この移動が生じると、第２旋回ピン６１１８は仮想線６１２０にさらに近づいて移動する、すなわち、第１及び第３旋回ピン６１１６及び６１１０とほぼ同一線上にある。力ベクトル６１２２によって示されるように、旋回部材６１０４、６１０６に作用する力は相互に顕著に反対に向き始める。ベクトル６１２２の間の例示の角度はこの位置では約１５０°である。
最後に、図６４では、トリガ４６０６は、ハンドルアセンブリ３０２のバッテリアセンブリ保持部分に接触するまで押し下げられた。これは、第１旋回部材６１０４、第２旋回部材６１０６及び第１旋回ピン６１１６の最大移動の点である。ここでは、力ベクトルは相互にほぼ反対向きであり、それによって、トリガ４６０６で感知される力の量は減少する。すなわち、力学の技術分野では公知であるように、最大の力は、２つのベクトルの力が加法である時、すなわち、同じ方向の位置である時に必要とされ、最小の力は、２つのベクトルの力が減法である時、すなわち、反対の方向の位置である時に必要とされる。図６４に示す方向付けでは、ベクトルは加法よりもより減法になるので、ユーザにとって、図６１に示す位置に比べてトリガ４６０６を押し込んだまま維持することが非常に簡単になる。図６４に示す最後の閉じ位置は、「ニアオーバーセンタ」位置又は「ニアオーバーセンタリング」位置として本明細書では参照される。トリガ４６０６がニアオーバーセンタ位置にある時、トリガを押し込まれた位置で維持するために必要とされる力は、約４５％であり、又は、図６１に示す位置からトリガが最初に離れて押し下げられるために必要とされる位置より小さい。
ｄ．回転ロックアウト
本発明は、超音波運動が導波管１５０２に作用する時はいつでも導波管アセンブリ３０４の回転を防止する本発明のさらに別の特徴を提供する。この回転ロックアウトの特徴は、手術処置中に切断刃の意図しない回転運動を防止することによってさらに向上した安全性を提供する。さらに、回転を防止することによって、装置３００の作動中、しっかりとした電気接続を維持することを確実にする。より具体的には、接点リング５４０６、５４０８に沿って１つの位置で固定された電気接続が手術中に維持されるので、接点５４０２、５４０４の対が接点リング５４０６、５４０８に沿ってスライドする必要はない。本発明の例示の一実施形態によれば、回転ロックアウトは、図６５及び図６６に示す回転ロックアウト部材６５０８の使用を通じて実現される。
最初に図６５を参照すると、ハンドルアセンブリ３０２の右側の拡大斜視図が右側のカバーが取り外されて示されている。この図では、回転ロックアウト部材６５０８は、回転防止ホイール６５０２に隣接して位置決めされていることが分かる（回転防止ホイール６５０２は、導波管回転スピンドル３７０４に回転して固定されており、それによって、導波管アセンブリ３０４に固定されている）。従って、導波管アセンブリ３０４は、回転防止ホイール６５０２が邪魔されずにその縦軸線上で回転することができる場合のみその縦軸線に沿って回転することができる。
回転防止ホイール６５０２の回転を防止するため、回転ロックアウト部材６５０８は、当該回転ロックアウト部材６５０８から回転防止ホイール６５０２に向かう方向に延びるホイール係合刃６５０４を有している。図６５に示す位置では、回転ロックアウト部材６５０８は、ホイール係合刃６５０４がその外周から所定の距離にあるので、回転防止ホイール６５０２とは干渉しない。そうした刃６５０４の方向付けでは、回転防止ホイール６５０２は、導波管アセンブリ３０４と同様に、導波管アセンブリ３０４の縦軸線上で自由に回転する。
ここで図６６を参照すると、回転ロックアウト部材６５０８は回転ブロック位置に配置されている。この位置では、ホイール係合刃６５０４が、回転防止ホイール６５０２の外周上の２つの隣接する壁６６０２の間の空間に進入して、回転防止ホイール６５０２が回転する場合に壁６６０２の側面に係合する。回転ロックアウト部材６５０８はハンドルアセンブリ３０２内のその位置に固定され、この接続のため、ホイール係合刃６５０４と回転防止ホイール６５０２との間の係合が、回転防止ホイール６５０２の導波管アセンブリ３０４の縦軸線回りの回転を完全に防止する。例えば、７２個の外周上の壁６６０２を有することによって、回転防止ホイール６５０２は回転がロックされた時に回転の遊びがほぼない。図６７〜図６９は、ホイール係合刃６５０４が、ボタン４６０８が押し込まれた時のみに回転防止ホイール６５０２に係合して、それによって、導波管１５０２の超音波振動が生じた時に導波管アセンブリ３０４のほぼすべての回転運動を防止する。
図６７は、ハンドルアセンブリ３０２内の回転ロックアウト部材６５０８の下側の斜視図を示している。再び、ハンドルアセンブリ３０２の右側のカバーが取り外されており、それによって、ハンドルアセンブリ３０２の内部機械的構成要素のいくつかを露出させている。これらの構成要素は、ここでは透視図で示すボタン４６０８と、回転ロックアウト部材６５０８とスライド可能に係合するＵ字形状部材６７０２と、回転ロックアウト部材６５０８のボタン部分から離れる方向にＵ字形状部材６７０２を付勢するばね６７０４と、を有している。図６７は、回転ロックアウト部材６５０８と、Ｕ字形状部材６７０２と、ばね６７０４と、を示している。図６７に示す位置では、ばね６７０４は、Ｕ字形状部材６７０２によって発揮される圧力によって予め負荷が掛けられている。回転ロックアウト部材６５０８は、ハンドルアセンブリ３０２に固定して連結された旋回ピン６７０６に回転可能に連結されて旋回ピン６７０６周りを旋回する。
さらに、図６７は、回転防止ホイール６５０２の壁６６０２から離れる方向に回転ロックアウト部材６５０８を付勢するねじればね６７０８を示している。ねじればね６７０８は、回転ロックアウト部材６５０８の自然の停止位置が回転防止ホイール６５０２との係合を解除されることを確実にする。ねじればね６７０８のばね力は、ばね６７０４のばね力よりも小さいように選択される。従って、回転ロックアウト部材６５０８の移動はばね６７０４が完全に圧縮される前に生じ得る。
回転防止システムの作動時、ボタン４６０８が短距離にわたって押し込まれた時、ボタン４６０８の後側は、Ｕ字形状部材６７０２に物理的に接触し、さらなる近位ボタン移動が生じるようにＵ字形状部材６７０２を移動させる。言い替えれば、押し込まれた時、ボタン４６０８は、ばね６７０４の付勢力に抗う方向にＵ字形状部材６７０２に近位力を付与する。この近位力は、ばね６７０４を圧縮させ、Ｕ字形状部材６７０２を回転ロックアウト部材６５０８に向かう方向に移動させることを可能にする。この移動は図６８に示されており、Ｕ字形状部材６７０２は、図６７に示す位置よりも回転ロックアウト部材６５０８により接近する。図６８の図では、Ｕ字形状部材６７０２が、回転ロックアウト部材６５０８に近接して、ロックアウト部材６５０８がこの図でばね６７０４を完全に覆い隠す点まで移動するので、ばね６７０４はもはや見えない。
ボタン４６０８がさらに押し込まれた時、図６９に示すように、回転ロックアウト部材６５０８は、旋回ピン６７０６周りに旋回し、回転防止ホイール６５０２に向かって上方に揺動する。この上方への揺動が生じると、ホイール係合刃６５０４は回転防止ホイール６５０２の壁６６０２に係合する。言い替えれば、図６９に示す回転ロックアウト部材６５０８の位置は、図６６に示す回転ロックアウト部材６５０８の位置に対応する。同様に、図６７に示す回転ロックアウト部材６５０８の位置は、図６５に示す回転ロックアウト部材６５０８の位置に対応する。
いくつかの状況では、ボタン４６０８が押し込まれた時、ホイール係合刃６５０４は、１つの壁６６０２上に乗り、壁６６０２の２つの間に落ちない。この発生を保証するため、ストローク距離が、すなわち、回転ロックアウト部材６５０８に向かってＵ字形状部材６７０２が移動することができる距離が、回転ロックアウト部材６５０８の実際の物理的な移動を必要とせずに装置の電気的起動を可能にする。すなわち、回転ロックアウト部材６５０８は、わずかに移動するものの、超音波作動を生じさせるために２つの壁６６０２の間に嵌合する必要はない。もちろん、任意の回転移動が回転ロックアウト部材６５０８を上方かつ壁６６０２内に移動させるので、回転は依然として防止される。
本発明のさらなる例示の実施形態では、図７０及び図７１に示すように、回転ロックアウト部材７００２は、回転防止ホイール７００１の外面７００８に係合する１以上の刃７００４、７００６を備え得る。この特定の実施形態では、回転防止ホイール７００１は、図６５〜図６９の回転防止ホイール６５０２の実施形態と同様のその外周の歯を有していない。図７０及び図７１の実施形態では、回転防止ホイール７００１の外面７００８は、歯７００４、７００６が、外面７００８に係合すること、例えば回転防止ホイール７００１の外周に実際に切れ込むこと、を可能にするのに十分に可鍛性がある。しかしながら、かみそりタイプの歯７００４、７００６が利用されるある実施形態では、回転防止ホイール７００１は、予期される量の力が作用する時に既定の深さ以上に歯７００４、７００６が貫通することを防止する程度に十分に硬い。
図７１に示すように、回転防止ホイール７００１の外面７００８内に刃７００４、７００６が食い込むと、回転防止ホイール７００１は、導波管アセンブリ３０４の縦軸線回りに回転することができないようにされる。もちろん、１つの刃又は３つ以上の刃が、回転防止ホイール７００１の回転を防止するために使用され得る。刃７００４及び７００６を相互に分離して角度を付けることによって、回転の防止はいずれの回転方向にも高められる。言い替えれば、刃７００４及び７００６が相互に離れて角度付けられた時、いずれかの方向への回転防止ホイール７００１の回転は、回転防止ホイール７００１内に刃７００４又は７００６の１つをより深く食い込ませる。さらに、回転ロックアウト部材７００２のこの特定の実施形態では、回転ロックアウト部材７００２の一部が第３旋回ピン６１１０を掴んでもよい。
ＸＩＩＩ．ＴＡＧ−機械的構造
図５０を参照すると、再使用可能ＴＡＧアセンブリ３０３がハンドルアセンブリ３０２から分離して示されている。本発明のＴＡＧアセンブリ３０３は、変換器シャフト５００２を有しており、変換器シャフト５００２は、導波管をしっかりとそこに取り付けるように形成されるとともに、変換器シャフト５００２の起動時、取り付けられた導波管を励磁する、すなわち、導波管の長さに沿って超音波を付与するように形成された超音波導波管連結部５００４を有している。
この例示の実施形態では、導波管連結部５００４は、雌であり、雌ねじを有しており、既定量のトルクで導波管連結部５００４のねじ山上に導波管１５０２の端部をねじ込むことによって、ＴＡＧアセンブリ３０３を導波管１５０２（例えば図４５を参照）を固定するために使用される。トルクは、当該トルクによって形成される機械的連結が装置の通常作動時に解けないように十分なものであるべきである。同時に、ねじ山を連結するために作用するトルクは、ねじ山がすり減らされたり又は損傷させられたりする力を超えてはならない。変換器９０２と導波管１５０２との間の最初の連結中、必要とされるものすべては、変換器９０２及び導波管１５０２の一方が他方に対して相対的に固定されたままであることである。導波管回転スピンドル３７０４は、変換器９０２に回転して固定して連結され、それらは、ＴＡＧアセンブリ３０３の本体５００５にともに回転して自由に接続される。そのようにして、導波管回転スピンドル３７０４及び変換器９０２は両方とも、本体５００５に対して自由に回転することができる。従って、導波管−変換器の接続を確立するために、導波管１５０２は、導波管回転スピンドル３７０４が、導波管１５０２の近位端で対応の雄ねじに変換器シャフト５００２の雌ねじを連結するために回転させられる際に固定されたままであり得る。好適には、導波管１５０２は、ＴＡＧアセンブリ３０３から導波管１５０２に機械的超音波運動を伝達するために機械的接続が十分であるポイントまで、導波管連結部５００４のねじに連結される、すなわち、ねじ込まれる。
本発明の例示の一実施形態では、トルクレンチ（図８８参照）が、導波管回転スピンドル３７０４に連結し、ユーザが既定量のトルクまでスピンドル３７０４を回転させることを可能にする。導波管連結部５００４及び導波管１５０２の回転連結圧力が既定量のトルクを超えると、トルクレンチの外側部分が内側部分周り及びそれによってスピンドル３７０４周りにすべり、スピンドル３７０４のさらなる回転は生じない。トルクレンチの使用を通じて、手術者は、導波管１５０２内でＴＡＧアセンブリ３０３の間の結合に対して適切な量の張力を精確に作用させることができ、導波管連結部５００４上又は導波管１５０２上のいずれかのねじ山を損傷させることを防止する。トルクレンチのこの実施形態は、ＴＡＧアセンブリ３０３に外力を作用させずにＴＡＧアセンブリ３０３のレンチの滑り落ちの可能性を排除するためにスピンドル３７０４上を掴む。
ＴＡＧアセンブリ３０３は、図５０及び図５３に示すように、外部から内部作動構成要素（図５３に示す）を保護してシールするハウジング５００６を有している。ＴＡＧアセンブリ３０３は作動環境の滅菌フィールドにあるので、例えば気相の過酸化水素によって有利に滅菌可能である。従って、ハウジング５００６及び本体５００５の間のシールは無菌であり及び／又は密閉される。
本発明の例示の図示しない一実施形態によれば、変換器９０２は、完全にハウジング５００６内に配置されており、ハウジング５００６は、手術者によって、例えば、導波管アセンブリ３０４が固定された時に手でしっかりと保持することによって容易に固定されない。そうした実施形態では、ＴＡＧアセンブリ３０３は変換器回転ロックを備えている。例えば、変換器回転ロックは、ハウジング５００６内の凹部内にスライドするボタンであってよく、又は、代替として、最大回転、例えば３６０度の回転に到達した時にさらなる回転が不可能であるとともに導波管アセンブリ３０４がねじ込まれ得るように最大回転で変換器９０２の回転を固定させることによる。もちろん、反対方向の最大回転は導波管アセンブリ３０４が同様に取り外されることを可能にする。
ハウジング５００６は、ハンドルアセンブリ３０２の対応のコネクタ部分に選択的に着脱可能に固定するように形作られた固定接続部５０１２を有している。例えば図５６を参照されたい。接続部５０１２は、ＴＡＧアセンブリ３０３が、例えば図５０〜図５３及び図５６に示す例示の「アリ溝」設計などの任意の連結接続部であってよく、連結接続部は、ＴＡＧアセンブリ３０３がハンドルアセンブリ３０２に着脱可能に取り付けられて固定されることを可能にする。ハンドルアセンブリ３０２及びＴＡＧアセンブリ３０３の間の接触領域は、手術流体が、ＴＡＧアセンブリ３０３に接触する場合にＴＡＧ取付ドック４５０２の内部にそれ自体を導入しないようにシールされ得る。
ＴＡＧアセンブリ３０３がハンドルアセンブリ３０２から選択的に着脱可能であることが有利である。分離した構成要素として、ＴＡＧアセンブリ３０３は、医療的に消毒され又は滅菌され（例えば、ＳＴＥＲＲＡＤ（登録商標）、Ｖ−ＰＲＯ（登録商標）のオートクレーブ）、及び、複数の手術に再使用され得る一方で、高価でないハンドルアセンブリ３０２自体が使い捨てであってよい。さらに、ＴＡＧアセンブリ３０３は、廃棄を必要とする前に所望の最大回数まで複数のハンドル又は同じハンドルで使用されることが可能である。
図５１及び図５２は、ＴＡＧアセンブリ３０３の２つのさらなる斜視図を提供する。図５２は、ＴＡＧアセンブリ３０３のハウジング５００６の外面上にユーザディスプレイシステム（例えばＲＧＢのＬＥＤ９０６）のディスプレイウィンドウを示している。上述したように、ＲＧＢのＬＥＤ９０６は、手術アセンブリ３００の状態及びモードを示す様々な信号をユーザに提供する。
図５３は、ハウジング５００６が取り外されたＴＡＧアセンブリ３０３の平面図を示しており、それによって、ＴＡＧアセンブリ３０３の発振器回路が露出している。例えば図９を参照されたい。さらに例示の実施形態では、発振器回路は、少なくともＴＡＧアセンブリ３０３のプロセッサ又はバッテリアセンブリ３０１のプロセッサに電気的に接続されるメモリを有している。例えば、ＴＡＧアセンブリ３０３が使用されるごとの記録を格納するために使用されることが可能である。ＴＡＧアセンブリ３０３及び／又は導波管アセンブリ３０４及び／又はハウジングアセンブリ３０２及び／又はバッテリアセンブリ３０１に関連する他のデータはその後のアクセス及び解析のために同様に格納され得る。この記録は、装置、特にＴＡＧアセンブリ３０３自体の有用な又は許容された耐用年数の任意の部分の限度を評価するために有用である。例えば、ＴＡＧアセンブリが２０回使用されると、ＴＡＧアセンブリ３０３又はバッテリアセンブリ３０１は、特定のハンドル又はバッテリがその「古い」ＴＡＧアセンブリとともに機能することを可能にしないようにプログラムされている（例えば、ＴＡＧアセンブリ３０３はその後「もはや信頼性がない」手術器具であるので）。メモリは、装置の周辺機器のいずれかの使用回数をも格納することができる。示された例のみのため、所定の回数の使用後、装置の部品の１つが、限度を越えたものとして考慮され得る部品同士の間の許容差として摩耗したものと考慮され得ることが可能である。この摩耗は、処置中の受け入れられない失敗につながり得る。いくつかの例示の実施形態では、メモリは、装置に関連した部品の記録及び各部品が経た使用回数を格納する。
いくつかの例示の実施形態では、メモリはバッテリアセンブリ３０１内にあり、ハンドルアセンブリ３０２は装置識別子を備えており、装置識別子は、少なくともバッテリアセンブリ３０１に通信可能に連結されており、例えば先の段落で説明した使用履歴、手術ハンドル識別子、以前の使用の履歴、及び／又は、導波管識別子などの、超音波手術アセンブリ３００に関する情報の少なくとも一部分をスマートバッテリ３０１に通信するように作動可能である。このようにして、１つのスマートバッテリアセンブリ３０１は、複数の異なるハンドルアセンブリ３０２及びＴＡＧアセンブリ３０３上の使用情報を記録することができる。バッテリアセンブリ３０１が充電ユニット内に配置された時、そうしたメモリはアクセス可能であり、システム３０１、３０２／３０４、３０３の各部分に関するデータは、充電器内にダウンロードされ、必要であれば、充電ステーションに（例えウェブを介して）通信可能に連結される中央設備に送信される。
図５４は、発振器９０４に対する変換器９０２の物理的回転が可能であるように発振器９０４及び変換器９０２がどのようにして電気的に結合されているかの一例を示している。この例では、発振器９０４は、変換器９０２に隣接してその下側から突出する１対の接点５４０２、５４０４を有している。発振器９０４に対する変換器９０２の近位には、必要な場合に駆動信号が変換器９０２に安定して信頼高く適用されるように変換器の本体５４１０上の接点リング５４０６、５４０８の対応の対に物理的に連通している１対の接点５４０２、５４０４が配置される。有利には、接点５４０２、５４０４の対は、変換器９０２の回転角に拘わらずに電気接続を維持する。従って、この実施形態では、変換器９０２は、回転の最大角又は数に関するなんらの制限なく回転することができる。さらに、リング５４０６、５４０８及び接点５４０２、５４０４は、トルクレンチが導波管１５０２に対して変換器９０２を固定することを停止させる回転位置に拘わらず発振器回路に電気的に接触したままであることを確実にする。
図３７に示すように、手術ハンドルアセンブリ３０２は、導波管アセンブリ３０４に取り付けられたスピンドル３７０４を有している。スピンドル３７０４は刻み目を有しており、刻み目によれば、外科医が１以上の指でスピンドル３７０４を容易に回転させることができ、従って、取り付けられた導波管アセンブリ３０４と導波管１５０２に接続される変換器９０２とを対応して回転させることができる。そうした構成は、手術中に所望の切断刃角を得るために有用である。
図５５は、本体５００５及び変換器のシェルが取り外されたＴＡＧアセンブリ３０３の例示の一実施形態を示している。電圧が圧電水晶スタック１５０４に印加された時、シャフト５００２はハウジング５００６内及びハウジング５００６に対して縦方向に移動する。この実施形態では、導波管連結装置５００４は、雌であり、雌ねじ（この図では見えない）を有しており、雌ねじは、導波管１５０２を適切な量のトルクでねじにねじ込むことによって、図示しない導波管１５０２に変換器アセンブリ３０３を固定するために使用される。
ＴＡＧアセンブリ３０３の新規な特徴は、機械的及び電気的に同時に接続するその能力である。図５６は、ハンドルアセンブリ３０２へのドッキング工程時、ＴＡＧアセンブリ３０３の例示の実施形態を示している。変換器９０２が、（ハンドルアセンブリ３０２に取り付けられた）導波管１５０２に連結されると同時に、ＴＡＧアセンブリの電気コネクタ５０１０は、ハンドルアセンブリの電気コネクタ５６０２に接触する。ＴＡＧの電気コネクタ５０１０とハンドルの電気コネクタ５６０２の連結は、例えば図３７に示すように、ハンドルアセンブリ３０２にドックされたバッテリアセンブリ３０１と圧電水晶スタック１５０４とを電気的に通信させる（直接又は間接）。このほぼ同時の連結は、本発明のすべての実施形態で生じるように形成され得る。
本発明のさらなる例示の実施形態によれば、ＴＡＧアセンブリ３０３は、電気接続を確立することに先立って機械的接続を提供する。すなわち、ハンドル３０２にＴＡＧアセンブリ３０３を取り付ける際、ＴＡＧアセンブリの電気コネクタ５０１０とハンドルアセンブリのＴＡＧ電気コネクタ５６０２との間の電気接続がなされる前に導波管１５０２と超音波導波管連結部５００４との間に機械的接続が確立される。有利には、機械的接続が確立された後に電気的接続がなされるので、本実施形態では電気的な「跳ね上がり」が防止される。より具体的には、導波管１５０２のねじ８６０４が超音波導波管連結部５００４に連結すると、しっかりとした機械的接続の後になされた電気的接続は、ＴＡＧアセンブリの電気接続５０１０及びハンドルアセンブリのＴＡＧ電気コネクタ５６０２が固定位置関係にあることを保証し、少なくとも瞬間的に、及び、電気的接続の即時の取り外し及び復帰は生じない。同様に、アセンブリ３００が分解された時、電気的接続は機械的接続の完全な分離に先立って断たれる。
本発明の他の例示の実施形態によれば、超音波手術装置３００は、複数のタイプの導波管、すなわち異なる寸法を有する導波管を受け入れて駆動させることができる。手持ち式超音波手術用焼灼アセンブリ３００は、異なるタイプ／寸法の導波管１５０２を受け入れて駆動させることができる場合、手持ち式超音波手術用焼灼アセンブリ３００は、発振器９０４に連結された導波管検出器であって、変換器９０２に取り付けられた導波管１５０２のタイプ（すなわち、寸法又は特性）を検出するように作動可能であるとともに、検出された導波管のタイプに基づいて駆動波周波数及び／又は駆動波電力を発振器９０４が変化させるように作動可能である導波管検出器を備えている。導波管検出器は、手持ち式超音波手術用焼灼アセンブリ３００に接続された導波管１５０２の少なくとも１つの性質を識別することができる、任意の装置、一連の構成要素、ソフトウェア、電気的接続、又はその他であり得る。
ＸＩＶ．導波管アセンブリ
図７３〜図８７は、導波管アセンブリ３０４の例示の実施形態の詳細な図を提供する。導波管アセンブリ３０４は、導波管１５０２がＴＡＧアセンブリ３０３に物理的に連結された時に変換器９０２から直接的に超音波振動を受け取る。導波管１５０２の刃部分７３０４は、扱われる組織にこの超音波エネルギーを伝達する。超音波運動刃部分７３０４は、有機組織の効率的な切断を容易にし、切断箇所の血管の凝固、すなわち、焼灼を通じて凝固を促進する。
図７３を参照すると、導波管アセンブリ３０４の遠位端７３０６の部分的な斜視図が示される。導波管アセンブリ３０４は、導波管１５０２の一部を取り囲む外側管７３０２を有している。導波管１５０２の刃部分７３０４は、外側管７３０２の遠位端７３０６から突出している。それは、医療処置中に組織に接触して組織に超音波エネルギーを伝達するこの刃部分７３０４である。導波管アセンブリ３０４はまた、外側管７３０２及び内側管（この図では見えない）の両方に連結された顎部材７３０８を有している。以下に説明するように、外側管７３０２及び図示しない内側管は相互に縦方向にスライドする。外側管７３０２と図示しない内側管との間の相対移動が生じると、顎７３０８は旋回点７３１０上で旋回し、それによって、顎７３０８を開閉する。閉じられると、顎７３０８は、顎７３０８及び刃部分７３０４の間に配置された組織上に圧迫力を付与して、刃と組織との明確で効率的な接触を保証する。
図７４は、外側管７３０２が取り外された図７３に示す導波管アセンブリ３０４の遠位端７３０６の下側の斜視図である。この図では、内側管７４０２の遠位端７３０６が顎７３０８に連結されて示されている。この連結は、図７４に示す例示の実施形態では、顎７３０８がその間に挿入された時にボス７４０８を掴む対のアーム７４１８、７４２０の各々内でボス係合開口部７４１４を有する顎７３０８上の１対のボス７４０８の結合体によって提供される。この関係は、図７５の下側の断面斜視図により良く示されている。この図から、内側管７４０２のアーム７４１８、７４２０のボス係合開口部７４１４がくさび形７５０２にされることが分かる。くさび形のアーム７４１８、７４２０は内側管７４０２と顎７３０８との間のしっかりとした接続を提供する。開口部７４１４をくさび形にすることによって、内側管７４０２は、構造的圧力／支持のための外側管７３０２上にあるようにすることなく顎７３０８上のボス７４０８に係合することができる。
図７５はまた、導波管１５０２が、顎７３０８又は内側管７４０２から分離している、すなわち、顎７３０８又は内側管７４０２に取り付けられていないことを示している。言い替えれば、導波管１５０２は、超音波エネルギーによってエネルギーを与えられた時に、内側管７４０２及び顎７３０８に対して移動するものの、内側管７４０２には接触せずに、顎７３０８がその間に組織なしで刃部分７３０４に対して旋回する場合に顎７３０８にのみ接触する。導波管１５０２のこの独立した移動を容易にする本発明の特徴を以下に説明する。
図７４に戻ると、顎７３０８は、その近位端７４２６に１対のフランジ７４２２、７４２４を備えている。フランジ７４２２、７４２４は延びてその反対側で導波管１５０２を取り囲む。フランジ７４２２、７４２４の各々１つは、その端部に、旋回制御タブ７４１１、７４１２をそれぞれ有しており、旋回制御タブ７４１１、７４１２は、顎７３０８のボス７４０８がアーム７４１８、７４２０内のボス係合開口部７４１４内に固定された時に導波管１５０２の下方に延びる。旋回制御タブ７４１１、７４１２が、図７４に示すように導波管１５０２の下方に延びる必要はない。この構成は例示の実施形態にある。
図７３を再び一時的に参照すると、導波管アセンブリ３０４の平面図は、顎７３０８のフランジ７４２２、７４２４の旋回制御タブ７４１１、７４１２が外側管７３０２の遠位部分７３０６の１対の開口部７３１１、７３１２に係合することを示している。これらの特徴は、図７７の断片的な断面図にさらに良く示されている。
図７７の図は断面図であるので、２つのフランジ７４２２、７４２４の１つ７４２４のみが示されており、示される表面はフランジ７４２４の内面である。対応して、旋回制御タブ７４１２の１つのみが、外側管７３０２の遠位部分７３０６の１対の開口部７３１２のうちの１つとともに示されている。この図は、開口部７３１２が旋回制御タブ７４１２を取り囲んで掴むことを明確にしている。従って、外側管７３０２が顎７３０８に向かって移動すると、開口部７３１２もまた顎７３０８に対して移動する。反対に、外側管７３０２が顎７３０８から離れて移動すると、開口部７３１２もまた反対方向に顎７３０８に対して移動する。開口部７３１２内に入れ子状に収まった捕まえられた旋回制御タブ７４１２は、旋回点７３１０周りに顎７３０８の対応の回転運動を引き起こす。
図７８は、導波管アセンブリ３０４のエンドエフェクタの部分側面図である。この図は、外側管７３０２が、顎７３０８のフランジ７４２２をほぼ覆っており、開口部７３１１から伸びる旋回制御タブ７４１１のみを残している。外側管７３０２が近位方向７７０２、すなわち、顎７３０８から離れる方向にスライドした時、外側管７３０２は近位方向７７０２に旋回制御タブ７４１１、７４１２を引っ張ることは明らかである。この動作によれば、顎７３０８は、導波管１５０２の刃部分７３０４に向かって閉じるすなわちクランプするために、図７８の時計回りに旋回点７３１０回りに旋回する。顎７３０８のこの閉じ位置は図７９に示されている。
図８０は、閉じ位置にある顎７３０８の遠位端の別の図を提供し、顎７３０８は導波管１５０２の刃部分７３０４と接触して配置されている。再び、顎７３０８と導波管１５０２の刃部分７３０４との間のこの関係は、内側管７４０２に対する外側管７３０２の近位移動の結果である。顎部材７３０８は、内側管７３０２及び外側管７４０２及び導波管１５０２の刃部分７３０４とともに、エンドエフェクタとして参照され得る。エンドエフェクタは、顎部材７３０８の内部と刃部分７３０４の対向面との間の組織を捕獲することができる。このようにして組織を捕獲することは、組織と導波管１５０２とのしっかりとした物理的接触を有利に引き起こす。このようにして、導波管１５０２が超音波で運動した時、導波管の運動は組織に直接的に伝達され、切断、焼灼、又はその両方を引き起こす。
この移動を容易にするため、図７４を再び参照すると、１以上のコルセット７４０４が内側管７４０２上に設けられる。コルセット７４０４は、内側管７４０２の平均的な外径Ｄよりも小さい径Ｄ’を有する内側管７４０２の領域である。図７４を参照されたい。本発明の例示の実施形態によれば、コルセット７４０４は超音波導波管１５０２のノードに設けられる。言い替えれば、コルセット７４０４は、導波管１５０２が超音波運動を示さない導波管１５０２に沿ったポイントに配置される。従って、内側管７４０２の小径部及び外側管７３０２の内面に対するその物理的連結部とは、超音波周波数で共振する導波管の能力に反対方向に作用しない。図７４及び図７５にも示すように、例えば、シール７４０６はコルセット７４０４内にある。例示の実施形態によれば、シール７４０６はエラストマーのＯリングタイプのシールである。もちろん、様々な他の物質が同様に選択されてよい。シール７４０６は、シール効果が維持されるものの顎が作動された時に実質的な摩擦なしで外側管７３０２及び内側管７４０２が相互に移動しないように、７４０２の外径Ｄよりも十分に大きな外径を有している。
図７４及び図７５にも示すように、シール７４０６の厚さは、シール７４０６があるコルセット７４０４の縦方向長さよりも小さい。この寸法の相違は、図示するようにほぼ環状断面を有する環として形作られた時にサドル７４２６の縦方向長さに沿ってシール７４０６が移動することを可能にする。特に、シール７４０６のこの移動特性は、外側管７３０２が内側管７４０２に対して移動させられる時に生じる。さらに具体的には、シール７４０６は、図７５及び図７７に示すように、外側管７３０２の内面及び内側管７４０２のサドル７４２６の間の隙間を乗り越える寸法すなわち環状高さを有している。この隙間を完全に充填することによって、導波管アセンブリ３０４の遠位端７３０６にあるシール７４０６は、外側管７３０２と内側管７４０２との間の領域内に湿気や他の汚染物の侵入を防止する。外側管７３０２が移動すると、外側管７３０２、内側管７４０２及びシール７４０６の間の隙間のない嵌合が、シール７４０６をサドル７４２６内で回転又はスライドさせる一方で、毎回、外側管７３０２と内側管７４０２との間の水密のシールを維持する。この移動Ｔが、例えば、図７７の太字の矢印によって示されている。
図８１を参照すると、サドル７４２６にある導波管アセンブリ３０４の遠位端が断面で示されている。この図は、コルセット７４０４のサドル７４２６内でその間に配置された内側管７４０２及びシール７４０６を取り囲む外側管７３０２を示している。説明したように、変形可能シール７４０６は、シール７４０６の遠位側８１０８からシール７４０６の近位側８１１０まで湿気や他の汚染物が通過することを防止するために外側管７３０２の内壁８１０２及びサドル７４２６の外面との間の水密接続である。
図８１はまた連結スプール８１０４の断面を示している。連結スプール８１０４は、導波管１５０２の遠位部分を取り囲んでおり、コルセット７４０４とほぼ同一の縦方向位置に配置されている。上述したように、コルセット７４０４は、導波管１５０２の超音波運動ノードに配置されている、又は、超音波運動ノードのほぼ近くに配置されている。従って、連結スプール８１０４は、導波管１５０２のノードに又はほぼ近くに配置されており、同様に、超音波運動を受け取るために導波管１５０２に連結していない。連結スプール８１０４は、コルセット７４０４の内面８１０６に導波管１５０２を物理的に連接する支持構造を提供する。図８１の断面図では、連結スプール８１０４はバーベル形状の縦方向断面を有している。エラストマー材料のこの減少した断面は、クランプされた時に導波管の撓みの量を減少させる。シールのバーベル端の厚い断面は、中間部分がクランプ中に撓む時に水密シールを維持する。
図８２は、連結スプール８１０４の実施形態の斜視図を示している。この図では、連結スプール８１０４の内面８２０２を見ることができる。この内面８２０２は、例えば図８１に示すように、導波管アセンブリ３０４が組み立てられた時に導波管１５０２と直接物理的に接触する。図８２の斜視図はまた、図８１にも示すサドル７４２６の内側形状にほぼ一致する連結スプール８１０４の外側サドル形状８２０４を表している。
顎部材７３０８及び導波管１５０２の間に組織を掴んで保持することを助けるために、顎部材７３０８は、複数の歯７３１６を有するインサート７３１４を有している。このインサート７３１４は、組織を把持する能力を顎部材７３０８に提供する。インサート７３１４の例示の実施形態は、図８４の（インサート７３１４の最遠位端からの）斜視図及び図８５の（インサート７３１４の最近位端からの）斜視図に示されている。複数の歯７３１６に加えて、インサート７３１４は、最遠位面８４０２、下面８４０３上の複数の歯７３１６のうちの第１縦列７３１６ａ及び第２縦列７３１６ｂの間に配置された中央平滑路８４０４、平坦近位クランプ面８４０５、及び、顎部材７３０８にインサート７３１４を固定する上側フランジ８４０６を有している。図７３で分かるように、最遠位面８４０２は、導波管アセンブリ３０４の遠位端の露出した短い内面である。図７３は、組み立てられた時にインサート７３１４が配置される顎部材７３０８の溝７３１８を示している。溝７３１８の内面は、インサート７３１４がほぼ運動が自由なように顎部材７３０８内に保持され得るように上側フランジ８４０６の外面にほぼ一致する。図示される溝７３１８の例示の実施形態では、溝７３１８の遠位端は、インサート７３１８が顎部材７３０８の近位端から溝７３１８の遠位端を過ぎないところまでスライドし得るように中間部分よりも狭い。図８５の例示の実施形態には、インサート７３１４が顎７３０８内で全面的に遠位に配置された時に、（インサート７３１４に向かって）下向きにインサート７３１４の上面の下方に折り曲げられる保持タブ８５０２が示されている。そうした折り曲げ構造では、保持タブ８５０２の遠位端は、インサート７３１４の背面８５０４及び／又はフランジ８４０６に対向しており、また可能であれば乗っている。そうした対向によれば、インサート７３１４が顎７３０８から出ることが防止される。
図８４に示す、最近位面８４０２とフランジ８４０６との間のオフセットは、顎部材７３０８の最遠位部分への最近位面８４０２の配置を容易にする。すなわち、インサート７３１４は、顎部材７３０８内に完全に着座されるまで顎部材７３０８内にスライドする。しかしながら、顎部材７３０８によって物理的に固定されるのはフランジ８４０６である。より具体的には、図８４及び図８５に示すように、フランジ８４０６はその両面にある複数の歯７３１６を越えて延びる。しかしながら、フランジ８４０６は、最近位面８４０２まで全面的に延びていない。インサート７３１４が顎部材７３０８内にスライドすると、フランジ８４０２の延在側部分は、顎部材７３０８内に形成された溝７３１８内を移動する。フランジ８４０６は最近位面８４０２に全面的に延びていないので、フランジ８４０６が溝７３１８の端部に到達すると、インサート７３１４の最近位面８４０２は図７３に示す位置まで溝７３１８を越えて延びる。
ここで、歯７３１６の例示の実施形態に焦点を当てると、歯７３１６はインサート７３１４の下面８４０８を完全に横切って延びていないことが図８４及び図８５で分かる。代わりに、図８４及び図８５の実施形態では、第１列の歯７３１６ａ及び第１列の歯７３１６ａに対向する第２列の歯７３１６ｂは、中央平滑路８４０４によって分離されている。中央平滑路８４０４は、導波管１５０２に対して直接的に並ぶ連続した平滑面を提供する。処置中に超音波運動している導波管１５０２に接触して、平坦な圧力によって導波管１５０２の連続した妨げられない超音波運動を促進することによって、組織のシールを助けるのはこの平滑面８４０４である。
ここで図８６に移動すると、ハンドル部分３０２の内部の断片的な斜視図が示されている。この図は、導波管１５０２をＴＡＧアセンブリ３０３に連結するために使用される一連のねじ山８６０４を特徴とする、導波管１５０２の最近位端８６０１を示している。上述したように、ハンドル部分３０２内の導波管１５０２の最近位端８６０１の図示した位置は、導波管アセンブリ３０４がＴＡＧアセンブリ３０３に連結された時に導波管１５０２が残る実質的な位置である。ＴＡＧアセンブリ３０３がハンドル部分３０２内に挿入された時、例えば図４５を参照すると、変換器シャフト５００２が配列し、それによって、ねじ山８６０４及び超音波導波管連結部５００４の縦方向の連結を固定することを可能にする。
導波管１５０２は内側管７４０２によって取り囲まれており、そして、外側管７３０２に取り囲まれる。外側管７３０２の最近位端８６０６のこの図は、外側管７３０２がフレア状区画８６０８を有するその最近位端８６０６で終端をなす。フレア状区画８６０８は、キー溝を形成する１対の溝８６１０及び８６１２（８６１２はこの図では完全に示されていない）を特徴とする。これらの溝は、対向して示されているものの、この構成である必要はない。溝８６１０、８６１２内にあるのは、導波管１５０２に固定して連結されたヨーク８６０２である。ヨーク８６０２及び導波管１５０２の連結は以下の図８７にさらに詳細に示されている。図８６を続けて参照すると、ヨーク８６０２が、溝８６１０内に延在するボス８６１６を備えていることが分かる。この図では示されていないものの、ヨーク８６０２は、同様に第２溝８６１２内に延在する第２ボスを備えている。ヨーク８６０２のボス８６１６とフレア状区画８６０８の溝８６１０、８６１２との間の係合は、導波管１５０２、内側管７４０２及び外側管７３０２の間の回転ロックの関係を提供する。すなわち、ボスは溝８６１０、８６１２に係合するので、導波管１５０２のあらゆる回転は、内側管７４０２及び外側管７３０２の両方によって共有される。内側管７４０２の近位端はヨーク８６０２を越えて延びていない。ヨーク８６０２及び内側管７４０２の間の回転接続は、導波管回転スピンドル３７０４の内部の特徴を通じて生じる。
ここで図８７に焦点を当てると、ハンドル部分３０２の内部の斜視図が再び示されている。しかしながら、この図では、（導波管回転スピンドル３７０４の右側半分に加えて）外側管７３０２が取り外された。取り外された外側管７３０２はヨーク８６０２の大部分を露出させている。図８６又は図８７のいずれか一方で見ることができないものの、ヨーク８６０２は、本発明の例示の一実施形態では、第１ボス８６１６にほぼ直接的に反対の方向に延びる第２ボスと対称である。図８７の斜視図が示すように、導波管１５０２は、少なくとも１つの外側スプライン８７０２、ここでは、導波管１５０２回りに対称的に配置された一連のスプラインを特徴としている。各スプライン８７０２は、導波管１５０２の中心縦軸線８７０６から半径方向外側に延びている。ヨーク８６０２は複数の内側キー溝８７０４を備えており、各キー溝８７０４は、スプライン８７０２の延在部の１つと配列しており、スプライン８７０２のそれぞれ１つにほぼ対向する形状を有しており、その結果、示されるように接続された時に、ヨーク８６０２は導波管１５０２上の示された縦方向位置に確かにある。導波管１５０２上の縦方向位置はまた、運動が最小／存在しない超音波振動ノードに配置されている。キー溝８７０４及びスプライン８７０２の間のこの配列及び固定係合は、キー溝８７０４及びスプライン８７０２を固定された回転関係に配置する。言い替えれば、導波管１５０２が回転すると、ヨーク８６０２も回転しなければならない。
ここでまた図６６を参照すると、外側管７３０２のフレア状区画８６０８の溝８６１０、８６１２が、回転防止ホイール６５０２に係合する特徴を有することが分かる。この係合によれば、ユーザによって導波管回転スピンドル３７０４上に付与された任意の回転が、回転防止ホイール６５０２、外側管７３０２、内側管７４０２、ヨーク８６０２及び導波管１５０２の直接的な対応の回転を生じさせる。以下はこの接続構成の結果である。回転ロック部材６５０８が回転防止ホイール６５０２に係合した時、回転防止ホイール６５０２のみが回転を防止されるだけでなく、導波管アセンブリ３０４、３７０４、７３０２、７４０２、８６０２、１５０２のすべての回転が防止される。同じ意味で、回転防止ホイール６５０２が回転ロックアウト部材６５０８と係合しない場合、ユーザは、回転防止ホイール６５０２に物理的に連結されたスピンドル３７０４を自由に回転させることができるとともに、縦方向軸線８７０６に沿って導波管アセンブリ３０４の回転を引き起こすことができる。
ＸＶ．追加の安全特性
本発明の構成のいずれかのための例示の安全性の実施形態では、システムは、手持ち式超音波手術用焼灼アセンブリ３００に対して装置を使用する外科医をアースする安全機構を有してよい。導波管１５０２が偶然に外科医に接触した場合、手持ち式超音波手術用焼灼アセンブリ３００は、このアースを検出して導波管１５０２の運動をすぐさま終了させ、それによって外科医が彼自身／彼女自身を切断することを防止する。手持ち式器具３００が接地アースに接続されていないので、外科医との接触を検出して超音波電力供給を遮断する安全回路を提供することが可能である。例えば、ハンドルアセンブリ３０２上に配置された容量性接点パッチが、（例えば容量性スイッチングで使用される及び従来技術で公知の）容量性タッチ検出回路に接続され、外科医との作動チップの接触を検出するために配置される。そうした接触が検出された時、器具の駆動回路９０４は、外科医に切断エネルギーを作用させることを回避するために停止される。そうした検出回路は、ハンドピースが、接地アースされた電気器具の大きな部品に接続される従来技術のシステムで実際に使用されていない。
本発明の別の例示の実施形態では、バッテリアセンブリ３０１がハンドルアセンブリ３０２に物理的かつ電気的に連結された後、手持ち式手術用焼灼アセンブリ３００は、ボタン４６０８が押し込み状態からリリース状態に変化するまで、すなわち、非押し込み状態に動的に配置されるまで、作動しない。この特徴は、バッテリアセンブリ３０１がハンドルアセンブリ３０２に接続された時にすぐさま手持ち式超音波手術用焼灼アセンブリ３００が作動することを防止し、そうでなければ、手術者が、バッテリアセンブリ３０１をハンドルアセンブリ３０２に接続した時に意図せずボタン４６０８を押し込んだ場合に生じ得る。
説明したように、本発明は、自己駆動式の小型で効率的な、従って、従来技術の装置で必要とされる高価なセットトップボックスを完全に排除するコードレスの手持ち式超音波切断装置を提供する。有利には、本発明の装置によれば、ユーザは、完全にコードや他のつなぐ装置内で作動させることができる。コスト削減、サイズの小型化、電力を供給して信号を伝達するつなぎのコードの排除、及び、一定の運動電圧を提供することの利点に加えて、本発明は、手術環境内で滅菌状態を維持することができる固有の利点を提供する。説明したように、本発明の装置は、滅菌フィールド内に全面的に維持される滅菌可能な構成要素から完全に構成されている。さらに、本発明のシステムのすべての電子制御は滅菌フィールド内に存在する。従って、任意の及びすべてのトラブルシューティングは滅菌フィールド内で生じ得る。すなわち、従来技術で必要とされたように、本発明の装置はデスクトップボックスにつながれていないので、ユーザは、本発明の手持ち式超音波手術用焼灼アセンブリ３００によって任意の機構（例えばトラブルシューティング、バッテリの交換、導波管アセンブリの交換など）を実行するための滅菌フィールドを決して必要としない。さらに、本発明の二段階ボタンは、手術者が器具自体のそれらの視覚的な注意に集中することなしに、任意の手術の仕事の完全な制御を手術者に可能にする。言い替えれば、手術者は、１つのみのボタンが使用されるので、適切なボタンを押す準備を保証するために見る必要がない。
本発明はまた、変圧器電圧の上昇ステージに先立って、低電圧又はバッテリ電圧スイッチング又は波形形成段階を提供する。周波数に感度の高いすべての構成要素を１箇所（例えばハンドル）内に「固く結合させる」ことによって、本発明は、従来技術のセットトップボックスとハンドピースとの間で生じるあらゆる誘導損失−従来技術のすべての超音波焼灼／切断装置が被る不利益を排除する。駆動回路と整合ネットワーク１０１２の間の密接な連結のため、すべての電力変調回路は、より高いＱ要因及びより大きな周波数帯に寛容である。
本発明の特定の実施形態を開示したものの、当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに特定の実施形態に変更がなされ得ることを理解する。従って、本発明の範囲は特定の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲は、本発明の範囲内で任意のかつすべてのそうした応用例、変形例及び実施例をカバーすることが意図される。

Claims (13)

  1. バッテリ駆動の手術装置であって、
    複数の第１の電気接点を有する器具本体であって、前記複数の第１の電気接点は、第１のアース接点と第１の電力接点とを含む、器具本体と、
    複数の第２の電気接点を有するバッテリアセンブリであって、前記複数の第２の電気接点は、第２のアース接点と第２の電力接点とを含み、前記バッテリアセンブリは、旋回点の周りを回転することにより、前記器具本体に係合するように構成されている、バッテリアセンブリと、
    を含み、
    前記複数の第１の電気接点および前記複数の第２の電気接点は、前記バッテリアセンブリが前記器具本体に係合するように移動すると、前記第１の電力接点を前記第２の電力接点に電気的に結合する前に、前記第１のアース接点が前記第２のアース接点に電気的に結合するように配置されており、
    前記複数の第１の電気接点は、複数の列に配置され、前記第１のアース接点は、前記第１の電力接点を含む列と比較して前記旋回点に近い列に配置されている、バッテリ駆動の手術装置。
  2. 前記器具本体は、第１の機械的な噛み合い機構をさらに含み、前記バッテリアセンブリは、第２の機械的な噛み合い機構をさらに含み、
    前記バッテリアセンブリを前記器具本体に係合するように、前記第１の機械的な噛み合い機構および前記第２の機械的な噛み合い機構が互いに係合するよう構成されている、請求項１に記載のバッテリ駆動の手術装置。
  3. 前記第１の機械的な噛み合い機構は、ボイドであり、
    前記第２の機械的な噛み合い機構は、前記バッテリアセンブリを前記器具本体に係合するように、前記ボイド内に受容されるように構成されたボスである、請求項２に記載のバッテリ駆動の手術装置。
  4. 前記バッテリアセンブリは、キャッチをさらに含み、前記器具本体は、レシーバをさらに含み、
    前記キャッチは、前記器具本体に係合するように前記バッテリアセンブリの移動を誘導するように前記レシーバ内に受容されるよう構成されている、請求項１に記載のバッテリ駆動の手術装置。
  5. 前記レシーバ内への前記キャッチの受容は、前記旋回点を規定する、請求項４に記載のバッテリ駆動の手術装置。
  6. 前記第２のアース接点は、前記第２の電力接点と比較して前記旋回点に近い前記バッテリアセンブリ上に配置されている、請求項５に記載のバッテリ駆動の手術装置。
  7. 前記複数の第２の電気接点は、複数の列に配置され、前記第２のアース接点は、前記第２の電力接点を含む列と比較して前記旋回点に近い列に配置されている、請求項６に記載のバッテリ駆動の手術装置。
  8. 前記複数の第２の電気接点のそれぞれは、ばね状ピンを含み、前記ばね状ピンは、前記バッテリアセンブリが前記器具本体に係合すると、前記複数の第１の電気接点の対応する１つに対して圧縮し、かつ、正圧を提供するように構成されている、請求項７に記載のバッテリ駆動の手術装置。
  9. 各ばね状ピンは、頂部を規定し、前記頂部は、前記ばね状ピンを圧縮する間に距離Ｄを移動するように構成されている、請求項８に記載のバッテリ駆動の手術装置。
  10. 各ばね状ピンの頂部は、前記ばね状ピンを圧縮する間に前記旋回点から離れて移動するように構成されている、請求項９に記載のバッテリ駆動の手術装置。
  11. 各ばね状ピンの移動は、前記バッテリアセンブリが前記器具本体に係合している間に前記複数の第１の電気接点の対応する１つに対して前記ばね状ピンを圧縮させる、請求項９に記載のバッテリ駆動の手術装置。
  12. 前記第２の電力接点および第２のアース接点の周囲に配置されたシールをさらに含み、前記シールは、前記バッテリアセンブリが前記器具本体に係合すると、前記第１の電力接点および前記第２の電力接点と前記第１のアース接点および前記第２のアース接点とを環境から実質的に隔離する、請求項１に記載のバッテリ駆動の手術装置。
  13. 前記バッテリアセンブリは、前記バッテリアセンブリが前記器具本体に係合すると、前記器具本体のハンドグリップの少なくとも一部を形成する、請求項１に記載のバッテリ駆動の手術装置。
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