JP6655666B2 - 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

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Description

本願は、米国仮特許出願シリアル番号第６１／４７６，０２２号（出願日：２０１０年４月１５日）の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９の下において優先権を主張し、
米国特許出願シリアル番号第１３／２１５，９７１号（出願日：２０１１年８月２３日）の部分継続出願であり、米国特許出願シリアル番号第１３／２１５，９７１号は、米国仮特許出願シリアル番号第６１／３７６，９８３号（出願日：２０１０年８月２５日）の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９下において優先権を主張する。
本願は、米国特許出願シリアル番号第１３／０２２，７０７号および第１３／０２２，７４３号（出願日：２０１１年２月８日）の部分継続出願である。
本願は、米国特許出願シリアル番号第１２／８６８，５０５号および第１２／８６８，５４５号（出願日：２０１０年８月２５日）の部分継続出願であり、米国特許出願シリアル番号第１２／８６８，５０５号および第１２／８６８，５４５号は、米国仮出願シリアル番号第６１／２３６，９３４号（出願日：２００９年８月２６日）に対する優先権を主張する。
本願は、米国特許出願シリアル番号第１２／５４７，８９８号、第１２／５４７，９７５号および第１２／５４７，９９９号（出願日は全て２００９年８月２６日）の部分継続出願である。
本願は、米国特許出願シリアル番号第１３／０７２，１８７号、第１３／０７２，２４７号、第１３／０７２，２７３号、第１３／０７２，２２１号、第１３／０７２，３０９号、第１３／０７２，３４５号および第１３／０７２，３７３号（出願日は全て２０１１年８月２５日）の部分継続出願である。
本願は、米国特許出願シリアル番号第１２／２６６，１０１号、第１２／２６６，１４６号、第１２／２６６，２２６号、第１２／２６６，２５２号および第１２／２６６，３２０号（出願日は全て２００８年１１月６日）、米国特許出願シリアル番号第１２／２６６，６６４号（出願日：２００８年１１月７日）、米国特許出願シリアル番号第１２／２６９，５４４号および第１２／２６９，６２９号（出願日：２００８年１１月１２日）および米国特許出願シリアル番号第１２／２７０，１４６号（出願日：２００８年１１月１３日）の部分継続出願であり、上記出願はそれぞれ、米国仮シリアル番号第６０／９９１，８２９号（出願日：２００７年１２月３日）、第６０／９９２，４９８号（出願日：２００７年１２月５日）、第６１／０１９，８８８号（出願日：２００８年１月９日）、第６１／０４５，４７５号（出願日：２００８年４月１６日）、第６１／０４８，８０９号（出願日：２００８年４月２９日）および第６１／０８１，８８５号（出願日：２００８年７月１８日）に対する優先権を主張する。
こ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、例えば組織の除去およ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。超音波を用いた切断器具は、超音波振動子を用いて切断刃の長手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、刃の端部に高速の長手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、有機的組織の切断すること、および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ことにおいて非常に効率的なので、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侵襲性処置に特に良く適している。
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、切断ツールに印加される周波数、電流、および電圧は、刃に作用する変動負荷によって、および、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、振動子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を露出させて組織および他の物質と刃部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、振動子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。振動子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および周波数で振動子１１０の機械的部分を前後に移動させる。共振器具およびその構成要素の最適な共振および耐用年数のため、振動子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、振動子１１０および導波管１１４が、相互に協働するように選択され、それらはすべて、相互に周波数に敏感である。これを整合されたまたは調整されていると呼ぶことができる。
一般的な圧電振動子１１０を駆動するためには比較的高電圧（例えば１００Ｖ以上）が必要とされるので、利用でき、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および図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および駆動回路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、駆動および制御電子機器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千ドルである。
供給コード２０８は、ハンドピース１１２内でボックス２０２から振動子１１０に、そして、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の長さ、サイズおよび重量に起因して操作者／外科医の可動性が制限されるため、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、操作者に移動限界を作り出し、操作者および彼／彼女の周りの人達とって障害物となる。さらに、コードは、シールドされて耐久性を必要とし、従って非常に高価である。最後に、ボックス２０２は滅菌されていないため、ボックス２０２および供給コード２０８の双方を洗浄し、手術環境用に滅菌状態に保持する必要がある。
整合回路１０８、振動子１１０および導波管１１４が周波数に影響を受けることに起因して従来技術には別の不都合がある。整合回路１０８および駆動回路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の長さによって振動子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、（直列共振によって作動する時に）振動子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、特定の負荷状態を認識せずに、振動子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は共振状態にあるということである（本明細書中、当該用語が機械的出力に関連する場合、振幅を場合に応じて変位と呼ぶ場合がある）。従って、定電流が付加されているのにもかかわらず、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場合がある。従って、従来技術の装置に負荷をかけられた時、導波管１１４の作動が共振状態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および振動子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および振動子１１０の導入は、周波数に敏感な構成要素（１０８、１１０、および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の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含む。電気エネルギーを導波管の端部で運動を生成する機械的エネルギーに変換するために圧電振動子が使用される。特に、振動子およ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、振動子を駆動する高電圧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および振動子の共振周波数と実質的に同一である。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、装置の構成要素が取り外され、交換され、修理され、および／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場合、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場合、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、本明細書中において上記した従来公知の装置およびこの一般的種類の方法の不利点を解消し、また、廉価な要素の廃棄を可能とし、従来技術の再利用可能要素よりもずっと廉価なより高コストの要素の再利用を有利に可能とする、コードレスの手持ち式超音波焼灼切断装置を提供する。
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るが、本発明の精神から逸脱せずに特許請求の範囲の範囲内および均等物の範囲内で様々な変形およ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、図面とともに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であろう。図面において、同様の参照番号が以降の図面に引き継がれて用いられる。従って、装置の構成要素および方法の工程は、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分かりにくくしないように、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。
本発明の特徴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、開示される実施形態は、本発明の単なる例示であることが理解されるべきであり、それらは様々な形態で具現化することが可能である。従って、本明細書に開示された特定の構造的および機能的な詳細は、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および表現は、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様の参照番号が付され、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および利点を説明するために役立つ。
分離した電源、制御、駆動およ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１の従来技術の超音波切断装置を示す図である。 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の立面図である。 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。 本発明の例示の実施形態に係る振動子および発振器アセンブリの左側立面図である。 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。 本発明の例示の実施形態に係る図３および図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。 本発明の例示の実施形態に係る図３および図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。 本発明の例示の実施形態に係る図３〜図５の装置の振動子および発振器アセンブリを概略的に示すブロック図である。 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。 本発明の例示の実施形態に係る図３および図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。 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振動子およ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。 本発明の例示の実施形態に係る整合回路への方形波形の入力を示すグラフである。 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。 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。 本発明の例示の実施形態に係る振動子の基本的な直列回路モデルを断片的に概略的に示す回路図である。 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振動子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。 本発明の例示の実施形態に係る振動子の基本的な並列回路モデルを断片的に概略的に示す回路図である。 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振動子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。 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振動子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。 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振動子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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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子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。 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子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。 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子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上面斜視図である。 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上面斜視図である。 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上面斜視図である。 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子アセンブリと図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面斜視図である。 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子アセンブリと図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拡大下面斜視図である。 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最初の噛み合い接続を示す下面斜視図である。 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。 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離脱機構を示す図４のバッテリアセンブリの外面の拡大斜視図である。 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子アセンブリの拡大斜視図である。 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子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。 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。 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。 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。 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。 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の立面分解図である。 本発明の例示の実施形態に係る制御機構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立面図である。 本発明の例示の実施形態に係る図４６のトリガ機構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立面図である。 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立面図である。 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立面図である。 本発明の例示の実施形態に係る図３のＴＡＧの立面図である。 本発明の例示の実施形態に係る図５０のＴＡＧの下面立面図である。 本発明の例示の実施形態に係る図５０のＴＡＧの上面立面図である。 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。 本発明の例示の実施形態に係る発振器および振動子の間の電気的連結を示す、下側カバーが取り外された図５０のＴＡＧの下面立面図である。 本発明の例示の実施形態に係る振動子の構成要素を示す、ＴＡＧの下側カバーおよび振動子のカバーが取り外された図５０のＴＡＧの下面斜視図である。 本発明の例示の実施形態に係るハンドルアセンブリおよびＴＡＧの間の連結整列を示すハンドルアセンブリおよびＴＡＧの左側立面図である。 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子アセンブリに通信可能に連結された装置識別子を露出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。 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振動子の拡大斜視図である。 本発明の例示の実施形態に係るバッテリアセンブリ上のキャッチおよびハンドルアセンブリのレシーバの間の連結関係、ならびにマルチリードバッテリ端子アセンブリとマルチリードハンドル端子アセンブリとの間のシーリング関係の拡大斜視図である。 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。 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。 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。 本発明の例示の実施形態に係るトリガが更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。 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。 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および刃の断片的な斜視図である。 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および刃の断片的な斜視図である。 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。 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。 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のに完全に係合し、次いで、回転ロックアウト部材が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。 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および二重刃の断片的な斜視図である。 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および二重刃の断片的な斜視図である。 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。 本発明の例示の実施形態に係る始動手順の一部分を示す工程フロー図である。 顎部が開き位置にある、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。 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。 導波管を通って顎部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。 顎部が部分的に開いた位置にある、図７３のエンドエフェクタの断片的な拡大側面図である。 導波管が取り外された顎部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７３のエンドエフェクタの断片的な拡大側立面図である。 顎部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立面図である。 顎部が部分的に閉じ位置にある図７３のエンドエフェクタの断片的な拡大斜視図である。 顎部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。 顎部ピボットにおける導波管の長手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。 遠位端の下方から見た図７３のエンドエフェクタの顎部ライナーの拡大斜視図である。 近位端の下方から見た図７３の顎部の左側部分内に位置する図８４の顎部ライナーの左側部分の拡大断面図および斜視図である。 ハンドル本体の右側半部分と、回転防止ホイールと、顎部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取付ドックおよび導波管取付ドックの断片的な拡大斜視図である。 外側管が取り外され、回転防止ホイールの右側半部分のみが取り外された図８６のハンドルアセンブリの断片的な拡大斜視図である。 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。 顎部が閉位置にあり、ライナーが磨耗している、図７３のエンドエフェクタの部分拡大斜視図である。 本発明の例示的実施形態による、右側シェル半部分を取り外し状態で、制御機構を示し、トリガが非作動状態である、図３のハンドルアセンブリの右側立面図である。 トリガが部分的作動状態である、図９０のハンドルアセンブリの右側立面図である。 トリガが完全作動状態である、図９０のハンドルアセンブリの右側立面図である。 本発明の例示的実施形態によるチューブストップアセンブリの部分拡大斜視図である。 図９３のチューブストップアセンブリと関連する刃撓み特性を示すグラフである。 本発明の例示的実施形態によるスピンドルアセンブリの半分の側面斜視図である。 本発明の例示的実施形態による導波管アセンブリのボビン部の斜視図である。 導波管に接続された図９６のボビンの部分斜視図である。 本発明の例示的実施形態による顎部制御アセンブリのヨークの側面斜視図である。 本発明の例示的実施形態による導波管アセンブリの近位部およびハンドルの遠位部の部分水平断面図である。 本発明による顎部およびライナーの別の例示的実施形態の分解下部斜視図である。 第１の取り付けステップにおける、本発明による顎部アセンブリの部分解斜視図である。 第２の取り付けステップにおける、本発明による顎部アセンブリの部分解斜視図である。 第３の取り付けステップにおける、本発明による顎部アセンブリの部分解斜視図である。 第４の取り付けステップにおける、本発明による顎部アセンブリの部分解斜視図である。 本発明によるハンドルのスピンドル回転回避アセンブリの代替の例示的実施形態の部分側面斜視図である。 本発明によるハンドルのスピンドル回転回避アセンブリの別の代替の例示的実施形態の部分側面斜視図である。 図４のバッテリアセンブリの一部の部分拡大断面図であり、本発明の別の例示的実施形態により、マルチリードバッテリ端子の下側およびシェル半部分の内部が露出されている。この実施形態において、カード縁部コネクタを用いて、前記マルチリードバッテリ端子の接点を１つ以上の回路基板へと接続する。 本発明によるＴＡＧアセンブリコネクタの例示的実施形態の部分斜視図である。 本発明による可撓ハーネスのバッテリ接続部の例示的実施形態の部分側面斜視図である。 本発明による可撓ハーネスのブザー部の例示的実施形態の部分下部斜視図である。
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および機能的な詳細は、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および表現は、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であることが意図される。
本発明の開示および説明に先立って、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際、「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際、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際、用語「もう１つ」は少なくとも２番目の１つ又はそれ以上として定義される。本明細書で使用される際、用語「含む」および／又は「有する」は、備える（すなわち、開かれた（非制限の）表現）として定義される。本明細書で使用する際、用語「連結される」は、必ずしも直接的でなく、必ずしも機械的ではないが、接続されるものとして定義される。例えば第１および第２、上側および下側などの関連を表す用語は、１つの実体又は動作を、別の実体又は動作から、そうした実体同士又は動作同士の間のいかなる実際の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得る。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、明示的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、非排他的な包含を網羅することが意図されている。「〜を備える」の前に置かれる要素は、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際、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、列挙された値と同等であるとみなすであろう（すなわち、同一の機能又は結果を有する）数値範囲を指す。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。この明細書では、用語「長手方向」は、説明される物体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および他の要素とともに、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、限定されないが、信号ドライバ、クロック回路、電源回路、およ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、格納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および手段が本明細書で説明される。
本明細書で使用される際、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、関数、手順、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および／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し、セットトップボックスおよびシールドされたコードは完全に排除される。この手持ち式装置は、外科医が、外部電力を必要とせずに、また特に、コードがあるために固定物体に対して外科医をつなぎ留めたり、手術処置の実行中に外科医の移動の範囲を制約することなしに、いかなる手術処置においても超音波切断および／又は焼灼を実行することを可能にする。
超音波手術用装置
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、すなわち（１）バッテリアセンブリ３０１、（２）超音波切断刃およ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、および、（３）振動子および発振器（「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と超音波切断刃および導波管アセンブリ３０４とは、予め連結されているが、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、充電可能で再使用可能であり、調節された出力を有する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およ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／ブザーおよ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、超音波切断刃および導波管アセンブリ３０４に機械的に連結されて、装置の作動中に超音波切断刃および導波管アセンブリ３０４の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、他に見られないように、バッテリ上に配置されておらず、および従って、バッテリから遠隔位置にある。
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操作者の移動を妨げる装置のハンドピース１１２およ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。さらに、コード２０８は、前記装置が含まれる滅菌野と、発振器が含まれる非滅菌領域との間を行き来する必要がある。このように滅菌部分と非滅菌部分との接続部分が存在する場合、滅菌野が汚染される可能性が増加し、また、滅菌部分と非滅菌部分との間の境界も曖昧になる。
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および図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しているバッテリアセンブリ３０１および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、個別の、および手持ち式超音波手術用焼灼アセンブリ３００の一部としての各々の構成要素の物理的態様、個別の、およびアセンブリ３００の全体の一部としての電気的機能性および能力、および、個別の、およびアセンブリ３００の全体の一部としての各構成要素の使用方法、組立て、滅菌および他のもの、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がとられる。ハンドル３０２は、操作者の手を支持するように張り出しており、これにより、ユーザの手により、重量をかける必要無く装置の制御を自由に操作することが可能になる。この張り出し部は、重心に極めて近接して設定される。これは、三者間のアセンブリ構成と組み合わされて、手持ち式超音波手術用焼灼アセンブリ３００の全体に、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さず、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となる。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も同様に可能である。
図６は、バッテリアセンブリ３０１、ハンドルアセンブリ３０２、およびＴＡＧアセンブリ３０３の間の通信的結合を概略的に示す全体的なブロック回路図を提供する。図６はまた、バッテリアセンブリ３０１およびハンドルアセンブリ３０２の間の様々な電力および通信信号の経路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および通信信号の経路６０２ａ〜ｎを提供する。数例を挙げると、これらの電力および通信信号の経路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および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および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、振動子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ボルトおよび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および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および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へのおよ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）線の動作を容易にする。
本発明の実施形態によれば、上述の電力および通信信号の経路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子アセンブリ（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子アセンブリ（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ブロック回路図である。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および信号経路７０４ａ〜ｎが延びている。電力および通信信号経路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。電力および信号経路７０４ａ〜ｎおよび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。電力および通信信号経路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を使用する。
ｂ．バッテリ保護
バッテリ保護回路７０２は、電池７０１の充電および放電を制御し、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、充電段階および放電段階の両方の間、過電圧、過小電圧、過温度および過電流のモニタおよび保護を提供する。過充電されると、ＬｉＰｏｌｙバッテリは、損傷を受けるだけでなく、発火および／又は液漏れし得る。バッテリ保護回路７０２は、複数のレベルの保護を提供する。例えば、前記バッテリ保護回路は、電流、電圧および温度それぞれについて３つのレベルの保護を提供することができる。この保護は冗長的であり、第１の保護レベルおよび第２の保護レベルのためにアクティブ要素を用い、より高い第３の保護レベルのために受動要素または冗長要素を用いる。一例において、前記バッテリ保護回路によって提供される複数の保護レベルは、電池を集合させる要素（例えば、ＰＴＣ装置、温度ヒューズ、電流ヒューズおよびリセット可能な要素）を用い得る。
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、継続的なおよび瞬間的な両方の電圧およ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、出力される電流および電圧の特定など、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「充電状態」（ＳＯＣ）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のに十分なバッテリ容量がなくなる時点を識別することができる。前記システムは、一回分の切断および焼灼処置を安全に完了するのに必要なエネルギー量に関する情報を含むようにプログラムされている。この格納されている情報により、前記燃料ゲージは、切断／焼灼を開始するための起動時または処置中の新規切断／焼灼の実行時において、この必要な最小エネルギー量と、現在のバッテリ充電状態とを比較する。前記最小閾値が満たされない場合（例えば、１０００ジュール）、前記装置の継続動作ができなくなる。
さらに、最大エネルギー送達、効率を補償しかつバッテリパック内の個々の電池の過充電を回避するために、全ての電池の充電状態が等しいことを確認することが重要である。ＳＯＣを適切に示す指標として、電池電圧がある。よって、充電時において、電池の電圧を監視し、全電池の電圧が均等になるまで、各電池へ送達される電流量を調節する。この時点において、前記電池間が均衡される。
加えて、サーミスタをバッテリパック内に取り付け、前記電池の近隣（例えば、２つの電池間、全ての隣接する電池間、または電池のいずれかの側部の隣部）に配置することで、前記バッテリパック内の電池温度を測定または監視するための外部装置（例えば、バッテリ充電器）を得ることができる。
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、電力および通信信号経路７０６ａ〜ｎを通じて信号およ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、動力および通信信号経路６０１ａ〜ｎに沿って出力電力および信号を供給する。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（複数可）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、２つのサブシステムによって構成される。すなわち、バックスイッチング電源が、先ず未調整の電池電圧を実質的に一定の直流電圧（例えば、４ＶＤＣへと低下させる。第２の線形電源が直流電圧を逓減し、本装置において用いられる低電圧要素に必要なレベル（例えば、３．３ＶＤＣ）へと調節する。この２段階電圧低減を行うことで、低バッテリ消費が保証される。切り替え電源は、従来の線形電源と比較して本質的に高効率であるが、出力電圧リップル（ノイズ）が高くなる傾向があり、問題となり得る。よって、先ず電圧を高効率のスイッチングレギュレータを用いて逓減させた後、線形レギュレータへと送る。前記線形レギュレータは、より良好なフィルタリングされたノイズフリーの電圧を前記回路のデジタル要素へと生成する。前記スイッチングレギュレータからの出力を用いて、音声増幅器へ出力を供給する。前記音声増幅器は、より高い電圧を必要とし、さらなるノイズを生成する傾向があり、前記回路のデジタル部において望ましくない。
ＳＭＢｕｓ分離スイッチ１１０４（リレーとも呼ぶ）は、充電プロセス時においてＯＮであるバッテリ保護および充電制御回路の作動に起因して発生する電圧が充電プロセス時においてＯＦＦであるその他のバッテリ回路へと送られるのを回避する方法として提供される。例示的実施形態において、これらの用いられるスイッチは、前記装置中のＰＲＥＳＥＮＴ回路（６０１ａ〜ｎを参照）によって光学的に駆動され、オンにされる。
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。例示的実施形態において、マイクロコントローラ１１０６は、前記装置の動作を可能にするソフトウェアを格納および実行する。前記装置の動作によって課される要求を考慮すると、マイクロコントローラ１１０６は、例えば、２つの独立したマイクロコントローラコアを１つのパッケージ内に含む最先端のものとなる。この実施形態において、メインコアは、前記装置を制御する主要プログラムを実行する。前記装置が起動されると、適切かつ効率的な動作を保証するために必要な多様なパラメータのサンプリングが、図１１に示す第２のコア（例えば、制御法則加速器（ＣＬＡ）１１１６）によって監視される。前記ＣＬＡは、極めて高い計算能力を必要とする比例積分微分（「ＰＩＤ」）制御ループ動作を提供するためにも用いることが可能である。そのため、この構成を用いることで、前記装置の１つのコアが極めて高速で状態機械を実行することが有効に可能となり、システムの全体的かつ迅速な制御が維持され、それと同時に、第２のコアにより、データ収集および制御ループ取扱のための負担が多い計算を取り扱うことが可能となる。好適には、マイクロコントローラ１１０６そのものが低電力消費アプリケーションとなり、よって３．３ボルトのユニットが利用可能となる。内部発振器を用いると、外部の（電力を消費する）要素を用いる必要無く装置を起動することが可能となる。また、プログラムおよび診断情報を格納するための内部不揮発性メモリ部を含むようにマイクロコントローラ１１０６を構成することも可能である。バッテリマイクロコントローラ１１０６は、電圧コンバータ機能の全体的制御が可能となるように、入力電圧、出力電圧、出力電流、ならびにバッテリ温度およびバック温度を監視する。
オーディオドライバ１１０８は、ハンドルアセンブリ３０２内に配置されたブザー８０２を最終的に駆動する信号を生成する。例示的実施形態において、オーディオドライバ１１０８は、単純であるが強力な２段階のクラスＡ方形波増幅器である。前記増幅器は、バックスイッチング電源（例えば、４ＶＤＣ）から直接出力供給され、これにより最大出力能力を保証する。前記増幅器は、音声スピーカを駆動することができる（内部ドライバは無し）。バックスイッチング電源からオーディオドライバ１１０８に出力供給することにより、音声増幅器から生成されたノイズが前記装置のデジタル要素およびアナログ要素の供給レールへ送られることが無くなり、これによりノイズの無い動作が保証される。調節が必要な場合、単一の抵抗器の変更によるボリューム変更能力が提供される。
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内に収容された最小８０４起動スイッチおよび最大８０６起動スイッチから受ける信号を調整する。例示的実施形態において、ユーザボタンインターフェース１１１０は、ボタンへの流体侵入時などにおける誤起動を回避するために、起動スイッチのインピーダンスを連続的に測定するように動作可能である。バッテリコントローラ７０３は、スイッチ（単数または複数）のインピーダンスを測定し、検出されたインピーダンスが所定の閾値を下回るまではシステムを起動させない。このような構成により、流体侵入に起因する誤起動が無くなる。なぜならば、流体侵入は、スイッチ（単数または複数）内のインピーダンスが全閉口スイッチのインピーダンスよりも高くなる現象として検出されることが多いからである。ＰＲＥＳＥＮＴラインも同様の原理に基づいて機能し、十分な低インピーダンスを通じてＰＲＥＳＥＮＴラインが閉鎖された後、バッテリをオンにすることを確実にする。これは、ＰＲＥＳＥＮＴピンがいかなる導電性流体へ露出されてもバッテリパックが誤起動しないように、行われる。この例示的実施形態において、ユーザボタンインターフェース１１１０は、既知の電流レベルをスイッチラインを通して注入することにより、動作する。前記ボタンが開くと（起動なし）、電流源がその電圧出力を最大化し、この電圧はマイクロコントローラ１１０６によって測定される。前記スイッチが閉まると、電流源はその電圧出力を調節して、目標のプログラムされた電流を生成する。前記ボタンが最適に低インピーダンスにおいて動作すると、電圧出力が低くなる。しかし、流体がボタンに侵入した場合、電流源によって確認されるインピーダンスが高くなり、それに比例する閉口ボタン用の電圧よりも高い対応する電圧により、起動すべきではない旨がマイクロコントローラ１１０６へと示される。
前記回路の例示的実施形態において、較正電流源が用いられる。この較正電流源を用いて、起動時におけるプログラマブル電流源の較正と、より厳密な検出窓の提供とが可能となる。装置起動時に行われるこのような較正により、アクティブ起動を検出するための範囲となる窓またはインピーダンス範囲が狭められる。この較正は、インピーダンス回路の回路を精度電流源へと切り替え、電圧を測定して前記回路を較正することにより、行われる。装置起動手順の間、バッテリコントローラは、起動ボタンインピーダンス感知回路を自己較正することができ、これにより、真のボタン閉鎖（起動）と、ボタン（単数または複数）の流体汚染に起因して誤って発生する不慮の起動信号と間の区別に必要なインピーダンス範囲が狭くなる。
起動ボタンインピーダンスは、電流源を用いて所定の電流レベルをボタンラインに流すことにより、測定される。接点にわたる電圧を測定することにより、オームの法則（すなわち、Ｒ＝Ｖ／Ｉ）を用いて、前記ライン内の抵抗を決定することができる。較正時において、２つのアナログスイッチが用いられる。第１のスイッチは、電流源の制御が可能なように、マイクロコントローラシリアル通信ラインをプログラマブル電流源へと接続させる。第２のスイッチは、電流源の出力を１組の高精度抵抗器へと接続させる。所与の電圧測定（すなわち、較正値）が達成されるまで、電流の流れがマイクロコントローラによって調節される。調節後、第１のスイッチを切り替えて、マイクロコントローラをＳＭＢｕｓラインへと接続させ、第２のスイッチは、前記電流源を起動ボタン（単数または複数）へと接続させて、通常動作を再開させる。
前記マイクロコントローラは、ＳＭＢｕｓラインを切り替えて、アナログスイッチまたは主要ＳＭＢｕｓラインへと接続させることができる。その結果、スイッチ（非ＳＭＢｕｓ）を機能させることができ、同時に、マイクロプロセッサをＳＭＢｕｓラインへと接続させることができる。
例示的実施形態において、シリアル通信トランシーバ１１１２により、バッテリ３０１は、ＴＡＧ３０３および外部装置との通信を確立することができる。この通信を用いて、前記装置から診断または較正情報を得ることが可能となる。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と発振器９０４との間の差動半二重通信の送受信を行う。上記のソフトウェア故障検出に加えて、トランシーバ１１１２は、故障検出のためのハードウェア接続の喪失を検出することができる。用いられる装置の例示的実施形態は、信頼性のためにＵＳＢ通信と適合するように構成され、この実施形態を共通モードノイズ拒否のための差動モードにおいて用いることができる。バッテリ３０１がＴＡＧ３０３とやりとりするデータの量を考慮して、フル速度装置が用いられる（例えば、１２Ｍビット／ｓまで）。
多くの可能な故障状態をシステムによって検出し、当該状態に応答することが可能である。前記応答は、ユーザへのフィードバックの形態をとる場合がある。例えば、スタックスイッチ状態が存在する場合、前記システムは故障状態を発行し得る。このような状態を挙げると、システム起動時において高／低起動スイッチが不適切に起動位置にある状態、または高起動スイッチは起動しているが低起動スイッチは起動していない状態、または使用サイクル終了時において高／低起動スイッチが起動位置にある状態などがある。他の故障状態を挙げると、運動フィードバックが不十分である場合または導波管先端が停止状態である場合などがある。低振幅変位および高振幅変位が検出された場合、両方共シャットダウンが発生し得る。多様な故障が、ＴＡＧと関連する。例えば、出力電圧が所定の電圧上限よりも高くなった場合、故障状態が発生する。マイクロプロセッサ温度が所定の規定範囲を上回った場合（例えば、およそ１００℃を上回った場合）、別の故障状態が発生する。バッテリコントローラが、超音波開始前、超音波開始時または超音波開始後のいずれにおいても、ＴＡＧから適切な肯定応答を受信しない場合、別の故障が発生する。いくつかの故障状態は、バッテリと関連する。例えば、バッテリ充電量が事前規定された閾値のいずれかを下回った場合または負荷に起因してシステムによる送達が可能な電力を必要となりかつ振幅が所望の閾値を下回った場合、故障が表示され得る。他のバッテリ故障を挙げると、バッテリ通信システムの故障、バッテリのマイクロプロセッサ、燃料ゲージ、および／またはレギュレータの温度過昇状態がある。通信システムの故障は、ＴＡＧおよびバッテリのいずれかまたは双方を通じて得られる。一般的なシステム故障もあり得る。ＣＬＡが機能停止または不適切に機能した場合、故障が通知され得る。バッテリおよびＴＡＧに関連するタイマーがリセットされない場合も、故障が通知され得る。ソフトウェア故障に起因しても、故障がトリガされ得る。
最後に、例示的実施形態において、バックコンバータ１１１４は、ステップダウン電圧制御を行って、振幅調節を行う。バックコンバータ１１１４は、バッテリ電圧をステップダウンして、コンバータ９０２への超音波出力信号生成のためにＴＡＧアセンブリ３０３へと送られる電圧を低下させる。マイクロコントローラ１１０６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））により、バックレギュレータの出力を制御する。最小の出力リップルのために、異位相ＰＷＭ入力が用いられる。前記装置は、小型のインダクタおよびコンデンサを用いて、高効率のために３００ＫＨｚにおいて動作する。バックコンバータ１１１４は、可能な最大効率を得るために、多相同期設計となっている。この設計においては、小型および電力消費のために高集積要素が利用される。前記装置は、内部電流保護、出力電流感知、出力および入力電圧感知ならびに温度過昇保護を含む。バックコンバータ１１１４は、高速応答が可能であり、かつ、電圧を２ＶＤＣ〜１０．５ＶＤＣの範囲で逓減させることが可能である。
電源１１０２の出力においては、多様な電圧レベルが生成される。前記多様な電圧レベルを用いて、図１１に示す多様なバッテリコントローラ要素へ電力が供給される。ＳＭＢｕｓ分離スイッチ（単数または複数）１１０４を用いることにより、ＳＭＢｕｓラインからバッテリ保護印刷回路基板への接続が、充電時およびバッテリコントローラ内における他目的のための前記バスの使用時に切断される。
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、ユーザインターフェース（例えば、ブザー８０２およびＲＧＢＬＥＤ９０６）を容易化し、バック振動子１１１４の出力電圧および電流出力を変換する。この出力により、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に電力が供給される。
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の概略的ブロック図である。ハンドルアセンブリ３０２は、取り付けられた電力および通信信号経路６０１ａ〜ｎを通して制御信号および電力信号を受け取る。電力および通信信号経路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およびトリガ４６０６の２段階スイッチ（図４６で紹介する）を用いて操作者が、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、特定の装置状態を操作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ボタンスイッチ８０４およびＭａｘボタンスイッチ８０６を含み、それらは、作動された時、それぞれのボタンを（例えば）アースに接続し、そのことにより低又は高変位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および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。
スピーカ／ブザー８０２およびＭｉｎボタンスイッチ８０４およびＭａｘボタンスイッチ８０６は全て、ハンドルアセンブリ３０２のフレックス回路の一部である。本発明の例示的実施形態によれば、ブザー８０２は、ブザー８０２の縁部を越えて外側に突出する可撓性材料により、ハンドルアセンブリ３０２内の所定位置に保持される。このタブ１０８０２を図１０８および図１１０に示す。ハンドルアセンブリ３０２は、組み立て時に可撓性材料タブ１０８０２を受け入れるように構成されたスロット１１００２を含む。流体侵入ｂｙａブザーシール（例えば、音響学的に透明なメッシュの両側において接着剤により前記ブザーがハンドルアセンブリ８０２内へと接合された構造であって、ブザー８０２からの音の発出を可能にしかつブザー８０２内への流体侵入を回避する構造）により、ブザー８０２が流体侵入から保護される。
ＩＩＩ．ＴＡＧ
図９は、振動子９０２および発振器９０４を収容する図３および図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振動子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、運動ブリッジ１０１４と、フィードバック増幅器およびバッファ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および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および発振器９０４の間の送信および受信の通信を提供するが、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、それらの動作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、圧電振動子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、振動子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、振動子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。ＴＡＧ３０３内のマイクロコントローラ１００６は、可変速システムクロックを有する。前記可変速システムクロックは、マイクロコントローラ１００６が超音波運動と同期した状態を保持するために、前記装置が高出力状態で動作している際に一定に調節される。バッテリアセンブリ３０１内のマイクロコントローラ１１０６は、ＴＡＧクロックと無関係に、高出力状態にある状態では一定周波数において動作する。システムクロックの周波数は変化するため、ＴＡＧマイクロコントローラ１００６内の倍率がシステムクロックの変化と共に変化することで、マイクロコントローラ１００６とマイクロコントローラ１１０６との間のシリアル通信が適切な動作範囲内に保持される。
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。数値制御発振器（「ＮＣＯ」）１００８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、可変レジスタ２２０２に格納され、そのレジスタは「位相アキュムレータ」としてここでは参照される。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、０度〜３６０度までの周期的な出力波形の１サイクルに及び、その値は３６０度にわたって回転する。
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することが可能である。高速アプリケーションの場合、コンバータは、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振動子（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秒間隔の間に一連の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点の周期の数に対する４点の周期の数の比は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動作につながり得る。マイクロコントローラの適切な動作を確保すべく、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、にそのクロックのソースを別個の発振器からＮＣＯ１００８切り替える。
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、きれい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からのＤＣ電力を高電圧方形波に変換する。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からの方形波を振動子９０２に供給するための適切で平滑な正弦波に変化させる受動フィルタである。運動ブリッジ１０１４は、振動子９０２および導波管アセンブリ３０４の機械的運動に比例するおよ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およびバッファ１０１６は、運動ブリッジ１０１４内で決定される運動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、運動ブリッジ１０１４は、装置が一定の変位／振幅で作動することを可能にし、負荷が変化すると電圧を変化させる。運動ブリッジは、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、すなわち運動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、多様な警告目的および通信目的のために使用され得る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す。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およびＴＡＧアセンブリ３０３の間、特にスピーカ８０２およびＬＥＤ９０６の間の通信のやりとりを通じて、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ことで、使用中に操作者に完全なフィードバックを提供する。よって、前記フィードバックは前記ハンドルから発生し、遠隔的に発生しない。例えば、上述のように、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および可聴インジケータを提供することができる。異なる音および／または可聴メッセージを実行するために、フルクラスＡまたはＢの増幅器（例えば、フル増幅器またはＯＮ／ＯＦＦ方形波増幅器）を用いて、より広範な周波数範囲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およ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の色は、完全に充電された電池７０１を示す一方で、第２の色は、部分的に充電された電池７０１を示す。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、独自的に手持ち式装置上にあり、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。
しかし、前記手持ち式装置の外部にある装置に前記フィードバック通知のうちのいずれかを中継または伝送すると有用であることが分かった場合、回路を発振器またはバッテリ基板（単数または複数）内において実装することで無線周波数リンク（または他の形態の通信リンク）を設けて、ユーザインターフェース、診断または他の関連データを前記手持ち式装置から前記外部装置へとダウンロード、転送または送信することが可能となる。このようにして、前記外部装置により、術野内部にいないかまたは当該手持ち式装置のごく近隣にいない手術用スタッフなどが当該処置を監視することが可能になり、医師が受け取るものと同様の関連通知または情報を受けることが可能になる。また、前記外部装置は、前記手持ち式装置の使用および診断に関する情報を格納する貴重なバックアップソースまたはデータログとしても機能し得る。前記外部装置を用いて、前記手持ち式装置内において合理的に実行することが可能なよりもより強力な様々なデータ処理またはソフトウェアアプリケーションまたはツールを提供することもできる。例えば、前記外部装置は、前記手持ち式装置から受信された情報から分析結果または診断結果を提供することができる。前記手持ち式装置および前記外部装置に双方向通信を設けることも可能であり、前記外部装置は、前記手持ち式装置の内部ソフトウェアを有利に再プログラムするか、または、前記手持ち式装置に対してコマンドまたは制御を有利に発行することができる。
ｂ．振動子
振動子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。より広い意味では、振動子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。類似の振動子装置は、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、空気分子を振動させて音響エネルギーを作り出す。本発明では、（以下で説明する）駆動波１４００が振動子９０２に入力されて、振動子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上に定常波を確立し、その結果、導波管１５０２の端部に運動を生じさせる。本発明の目的のため、振動子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、圧電振動子の水晶は、電圧が印加された時に伸展する。本発明に係る振動子の構造では、例えば図５５に示すように、結晶が結晶スタック５５０２内にクランプされる。図５４および図５６〜５８も参照のこと。この構成のクランプボルト５５０４は、結晶スタック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。したがって、スタック５５０２にわたって電圧を分与することによって結晶スタック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。振動子の例示の構成は、いわゆるランジュヴァン（Ｌａｎｇｅｖｉｎ）振動子、ボルトクランプランジュヴァン振動子、又は、ボルトクランプサンドイッチタイプ振動子であってよい。
超音波振動子が振動すると、前記振動子の遠位部において定在波が確立される。この定在波は、振動子９０２および導波管１５０２に沿って延びて、節（最小振動点）および腹（最大振動点）を示す。これらの節および腹の配置は重要である。例えば、刃部７３０４を腹に配置しているのは、ここで振動特性を最大にすることが望まれるからである。最遠位端の振動子９０２の超音波導波管連結部５００４おいても同様であり、最大振動特性が導波管１５０２内へと連結されることが望まれる。図５４〜図５８に示す振動子の例示的実施形態において、当該振動子がＴＡＧアセンブリ３０３へと接続される点において、節（振動が最小になる点）が存在する。ＴＡＧアセンブリ３０３上／内への振動付与は望ましくないため、このような構成が有利である。
振動子９０２において、直径を逓減することをゲインステップと呼ぶ。なぜならば、円周直径の低減と共に下流振動特性が増加するからである。図５４の断面図において、例えば、結晶スタック５５０２と超音波導波管連結部５００４との間に２つのゲインステップを確認することができる。また、同図面において、振動子９０２のフランジ５４５０も図示される。フランジ５４５０は、振動子９０２とそのハウジングとの接点である。この接点５４５０は、振動子９０２の節に配置される。
振動子、９０２の別の例示的実施形態において、結晶スタック５５０２は変位可能であり、このような変位により、より効率的なシステムが可能となる。より詳細には、結晶スタック５５０２をより近位に移動させることにより、結晶スタック５５０２に隣接するゲインステップがより節の近位へと移動され、これにより、当該システムの全体的ゲインが増す。前記結晶の必要変位は、ゲインの増加と共に低下する。結晶が節から遠ざかるほど、前記結晶による出力取扱能力への貢献が低減する。よって、節を結晶スタック内に設けかつゲインステップにできるだけ近接させることが望ましい。節の片側に１つよりも多くの結晶を設けた場合、これらの結晶は直列に機能し、これにより、全体的変位が増加する。前記結晶が前記節から遠ざかるほど、前記結晶の前記節からの距離に起因して、前記結晶による変位への貢献が低減する。前記節の両側に結晶が配置された場合、これらの結晶は並列に機能してシステムの電力容量を増加させるが、全体的変位は増加させない。そのため、この構成により、同一出力を得るためにどれほど結晶を駆動するかの程度が低下する。結晶を駆動する程度（電流）の２乗と共に損失も上昇するため、電流が低下するとより高効率となる。振幅対動力曲線は、典型的な２乗関係を示す。ここから、ＴＡＧのような空間が限られたシステムにおいて、このような構成により、システムから最大のゲインが得られることが分かる。高駆動条件において、結晶中の損失に対して感度が上昇する。しかし、ここで上記のゲイン上昇により、前記結晶を最大出力に近接して駆動する必要が無くなり、よってこの感度が回避される。誘電損失を通じた出力が高くなるほど、熱が生成されることが知られている。このような熱により、脱分極がもたらされ、周波数シフトが発生し、その結果、キャパシタンスが変化し得、その結果前記節が通常の支持点（単数または複数）から遠ざかり、その結果出力が低下し、他の予見不可能な位置において不要な熱が発生し、その結果、この問題がさらに悪化する。さらに、適切な配線により、前記結晶スタックの一部のみを選択的に駆動することが可能となり、低負荷時における効率が上昇する。
本発明の振動子９０２は、円筒状ケーシング５４３０内に収容される。円筒状ケーシング５４３０の遠位端には開口部が設けられ、これにより、ホーン５００２が突出可能となる。振動子９０２はまた、２つの導電性リング５４０６および５４０８を有する。これらの導電性リング５４０６および５４０８は、前記振動子を包囲し、発振器９０４からの電気信号を振動子９０２へと搬送する。例示的実施形態において、リング５４０６および５４０８は単一の機械部品であり、スタンピングまたは機械加工のいずれかによって平坦部分として構成され、その結果正確な形態に屈曲された脚部を有する。あるいは、前記脚部を、平坦リング内に押圧または半田付けされた第２の部分としてもよい。これらの一連のリング／脚部は、振動子ハウジングの遠位ハウジング部５４３４へ一体成型される。この一体成形は、気密シールを得るのには不十分である。そのため、前記リング脚部が前記プラスチックから出て行く箇所において受け穴が成形され、この受け穴に埋め込み用材料を充填することで、気密シールを得ることができる。あるいは、前記脚部は丸針であってもよい。このような場合、ｏリングを前記脚部と前記受け穴との間に設けることでシールを得ることができる。振動子結晶スタック５５０２の電極５８０２および５８０４は、スペード型またはピン型のコネクタ形状に形成することが可能であり、このような形状により、振動子と前記脚部との間の電気接続を半田付け無しで行うことが可能になる。その結果、製造が簡潔になり、シールが不完全となる原因となり得る半田付け熱へ前記脚部を露出させる必要が無くなる。前記コネクタの一部を図５４〜図５８中に示すが、図５８中に最良に示す。振動子９０２は、フランジ５４５０によって保持する必要がある。フランジ５４５０は、振動の無い節に配置される。また、振動子９０２はそのハウジングに回転ロックする必要もあり、このようなロックは、標準的な鍵型フィーチャ（例えば、図５５に示すもの）によって達成することもできるし、４つの平坦部によって行うことも可能である。平坦部を用いることにより、接触リング領域においてハウジングの壁厚を増やすことが可能になり、その結果、このハウジング構造のうちより多くの部分を滅菌サイクルに繰り返し送ることが可能になる。振動子ホーン５００２とハウジング５４３０との間のシールを形成するために、例示的実施形態において、支持フランジは、遠位ハウジング部５４３４によって支持されたｏリング５４５２に対して圧縮される。このシールを十分に圧縮するために、振動子９０２のフランジ５４５０をｏリング５４５２に対して強制的に押圧する必要がある。フランジ５４５０の内面を押圧するために、一対の両性プッシャー５４５４を遠位ハウジング部５４３４内に延ばすことで、組み立て完了を可能にし、エラストマーグロメットを通じて正圧を付加する。例示的構成において、一対のプッシャー部を用いて、ホーンのより小さな直径部内に嵌めこむ。なぜならば、単一部分が結晶および電極上にクリアランスを持つ必要があるため、ハウジング直径全体がずっと大きくならざるを得ないからである。これらのプッシャーがクラッシュピンフィーチャを持つことで、前記プッシャーを共に連結して、取り付けをより容易にすることが可能になる。前記プッシャーのジオメトリにより、前記プッシャーはハウジングのキーイングフィーチャ内へと回転ロックされる。前記プッシャーの近位端上のさらなるキーイングフィーチャにより、近位ハウジング部５４３２が振動子９０２のアセンブリ上へとキーイングされ得、これにより、近位ハウジング部５４３２内のクリアランスが振動子９０２の電極５４０２および５４０４とアラインされる。接着剤または溶接または他の接続手段のいずれかによる近位ハウジング部５４３２と遠位ハウジング部５４３４とのかみ合わせは、プッシャーを正方向にグロメット内へと送るための十分な圧力によって行われ、その結果、前記プッシャーはフランジ５４５０上へと押圧され、ｏリング５４５２はフランジ５４５０と遠位ハウジング部５４３４との間に押圧され、これと同時にシールが形成され、両側のエラストマーによってフランジ５４５０が支持され、これにより、振動子９０２およびハウジング５４３０が音響的に連結される。あるいは、近位ハウジング部５４３２および遠位ハウジング部５４３４をネジによって接続してもよく、ネジの締結により、上述したスタック部分が圧縮される。別の実施形態により、他のエラストマーシールをリング５４０６および５４０８とハウジング５４３４との間に設けることにより、接触リングを挿入成形する必要無く、同一の結果を達成することが可能である。
以下にさらに詳細に説明するように、振動子９０２は、遠位ハウジング部５４３４の最遠位部内の溝部内に取り付けられたスパイラルリングまたは他の保持クリップ５４４２により、ＴＡＧアセンブリ３０３内に保持される。振動子９０２の遠位ハウジング部５４３４と発振器９０４の下側ハウジング部５０３０との間には、潤滑性材料（例えば、ＰＴＦＥ）製のリングが設けられ、このリングにより回転摩擦が低減される。この領域における摩擦低減が重要である。なぜならＴＡＧアセンブリ３０３をハンドル３０２内に保持しかつＴＡＧアセンブリ３０３とハンドル３０２との間の電気接続部周囲のシールを圧縮するのは、この力支持表面であるからである。
ＩＶ．信号経路
図１２は、バッテリアセンブリ３０１およびＴＡＧアセンブリ３０３の間の信号経路を示すブロック図である。さらに以下に説明するように、前記信号経路および相互接続回路要素の設計特性は、電源と信号生成回路との間のこの重要かつ脆弱な接続部における構成要素の信号完全性および効率を保護するという重大な目的によって部分的に決定される。
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、（必要とされる電力量に依存して）マルチ又は可変位相バックコンバータ１１１４およ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。バックコンバータ１１１４およびマイクロコントローラ１１０６は、一緒に、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。そのような場合、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、より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。
独自的に、発振器印刷回路基板は、基板の両側上に回路要素が設けられている点において、両側型である。例示的実施形態において、電力回路要素がＰＣＢの上側上に取り付けられ、デジタル要素が基板の下側上に取り付けられる。固体地板により、両側が分離される。有利なことに、高電圧電力回路をこのようにして論理回路から隔離することにより、前記電力回路内に存在し得る有害な高電圧ノイズから前記論理回路が有効に遮断される。
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、方形波であり、波形１３００は、所定の構成要素に対して、特に、振動子９０２に対して有害であるので、望ましくない。具体的には、方形波の急な上昇および降下の縁は、超音波導波管の対応した急な開始および停止が導波管上で有害な「ガタガタ」作用を生じさせる。方形波１３００はまた、構成要素同士の間の干渉効果を生じさせる。例えば、方形波のより高いさらなる調和振動の周波数は、望ましくない電気的干渉および回路の望ましくない動作をもたらし得る。このことは、１つの周波数のみを有する純粋な正弦波とは対照的である。
方形波を排除するため、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、振動子の静電容量に関連したコンデンサと共に、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振動子９０２を駆動させるために使用される平滑な正弦波に方形波をフィルタリングする。振動子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、振動子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、方形波よりも有害でない方法で振動子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。
重要なことに、電力フィルタリング回路の設計は、電力インダクタのインダクタンスが小さく変動した場合でも、システム動作が仕様から外れないような設計となっている。このような構成により、ＬＣフィルタの調整における変動に対する感度が低下し、その結果、調節ネジの使用が不要となる。
実際には、整合ネットワーク１０１２は、供給する特定の振動子と整合させるために調節される。従って、振動子およ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、各振動子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、異なる振動子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つのよく用いられる周波数は５５ｋＨｚおよび４０ｋＨｚである。
加えて、無線周波数または電磁干渉が超音波導波管および振動子要素から発振器回路へと侵入するのを回避するために、フェライトビーズ（またはコイル）を発振器出力ラインまたはトレース内に取り付けることで、干渉が回路へ到達するのを遮断する。
さらに、発振器の出力トレースを相互に近接するように構成し（例えば、三角形のダブルトレース状に構成し）、干渉をフィルタリング除去する（すなわち、最大共通モード拒否を可能にする）共通モードとして並列に機能させる。
Ｖ．共振
図１５は、振動子９０２への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、振動子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、振動子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。上述のように、平滑な正弦波１４００によれば、方形波１３００とは異なり、振動子９０２および導波管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有害さがより少ない。
振動子部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、振動子９０２に向かって導波管１５０２の遠位端１５２０を引っ張るとともに振動子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」とみなされる。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および距離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、組織およ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、そのことは節又は腹がないことを意味している。このことは、ほとんど運動がない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、適切な切断およ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、振動子９０２に供給される運動電流およ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。追加の特徴として、本発明は、変動する平面内で切断される圧電結晶スタック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、振動子９０２および導波管１５０２はそれらの共振周波数で駆動される。共振は、振動子９０２の入力時に電流および電圧が実質的に同相の時に達成される。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、振動子９０２への電流およ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、および／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、運動ブリッジ回路が、振動子および導波管の機械的運動を測定するために、および、振動子およ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。ブリッジからの運動フィードバック信号は、振動子９０２および導波管１５０２の運動に比例しているとともに同相である。
ＶＩ．運動制御
ａ．振動子回路モデル
図１６は、圧電材料を包含する例えば振動子９０２などのモデル振動子１６００を概略的に示す回路図である。圧電振動子は従来周知である。圧電材料の質量および剛性が、振動子内に機械的な共振構造を作り出す。圧電効果により、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、振動子９０２の機械的質量、剛性および減衰は、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およびレジスタＲの一連の構成によって表され得る。電気的に同値の振動子モデル１７００は結晶の周知モデルに極めて似ている。
電気的に同値の振動子モデル１６００の入力１６１０内に流入するのは振動子電流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および値の並列コンデンサＣ１にわたって流れる。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を含み、振動子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へ移動する時、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を通ってより少ない電流ｉＭが流れ、容量性要素Ｃ１にわたってより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。したがって、本発明の新規な一実施形態は、振動子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の運動距離を容易に調整することが可能である。
ｂ．直列回路モデル
図１７は、振動子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、振動子モデル１６００のすべての回路要素をに加えて、図１６の振動子モデル１６００に並列な追加のブリッジング容量性要素ＣＢ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比較的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および１７０４にわたって印加され、容量性要素ＣＢを通じて電流ｉＢと、モデル振動子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、および、結果として、運動電流ｉＭと、を作り出す。そこで、運動電流ｉＭは、ｉＭ＝ｉＴ−ｒ・ｉＢであるように流れる。このことは、


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を通じた電流を測定することによって、振動子の運動電流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および変圧器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、ブリッジ静電容量ＣＢを通って流れる電流に比率ｒを掛けた積を振動子９０２に流れる全電流ｉＴから減算した値に基づいて、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、様々な切断負荷にわたって導波管１５０２の切断刃部分の運動のほぼ一定の比を維持し、これは、以前は可能ではなかったことである。例示の一実施形態では、感知回路１０１４は運動電圧および／又は運動電流を測定する。電流および電圧測定装置と電圧計およ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。電流値および電圧値は、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において、すなわち、この分野で今までになかった構成でこれらの利点を提供する。
ｃ．振動子回路モデル
図１８は、本発明の別の実施形態を示しており、そこでは振動子９０２が、抵抗要素Ｒ、誘導要素Ｌおよび容量要素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および容量性要素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」モードで振動子の動作のモデルになる。振動子電圧ＶＴは、振動子９０２の入力端子１７０２、１７０４の間に印加される。振動子電圧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および容量性素子Ｃ４の並列配置を通じた運動電圧ＶＭとの間に分割される。作業を実行して導波管１５０２を移動させるのは運動電圧ＶＭである。従って、この例示の実施形態では、慎重に調整されるべきは、運動電圧である。
ｄ．並列回路モデル
図１９は、図１８の振動子モデル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、振動子モデル１８００に３つの追加の容量性素子Ｃ５、Ｃ６およびＣ７を追加する。容量性素子Ｃ５は、図１８の振動子モデル回路１８００に直列である一方で、容量性素子Ｃ６およびＣ７は、相互に直列であり、容量性素子Ｃ５および振動子回路モデル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１９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。
有利なことに、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、ブリッジは均衡される。フィードバック電圧Ｖｆｂを運動電圧ＶＭによって除したものもまた比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。
モデル振動子１８００にわたる電圧が依然としてＶＴであるなら、入力電圧Ｖｉｎは、ＶＴに容量性素子Ｃ５にわたる電圧ＶＢに加えた値に等しい。フィードバック電圧ＶＦＢは、容量性素子Ｃ６およびＣ７の間に配置された第１点と、振動子および容量性素子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、様々な切断負荷にわたって導波管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を単純に調整するのではなく、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。これは、当技術分野で新規のものである。
ｅ．変圧器連続監視
図２０は、振動子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に関連して上述のように作動する。しかしながら、この回路構成２０００では、１対の変圧器２００４および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はモデル振動子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の電流を誘導する。同様に、振動子１６００の容量性素子Ｃ１を通るｉＣを含む電流と振動子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上の電流を誘導する。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および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および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を維持するように入力電力（Ｖｉｎおよび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、様々な切断負荷にわたって導波管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、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。これは、当技術分野で新規のものである。
図示されていない別の実施形態において、変圧器２００４および２００８の代わりに抵抗器が用いられる。例えば、図１９について、コンデンサＣ６およびＣ５の代わりに、抵抗器が用いられ得、それらは電流ＩｂおよびＩｔの測定に用いられる。
ｆ．変圧器並列監視
図２１は、モデル振動子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に関連して上述のように作動する。しかしながら、この回路構成２１００では、変圧器２１１０が、振動子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および容量性素子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および容量性素子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で対応する電流を誘導する。変圧器２１１０の第２巻線２１０８は、振動子１８００およ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巻きを有し、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が点２１１２からアース２１１４まで現れる。
ここでも、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の脚は振動子モデル１８００であり、第４の脚はコンデンサＣＢである。図２１のこの回路構成では、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の数未満であるのと同一の割合によって振動子の静電容量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（すなわち、ｍ／ｎ＝Ｃ３／ＣＢ）、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）振動子をモデル化した等価回路振動子モデル１８００を使用することによって、振動子は、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、要求される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、振動子が、（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のではなく）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、様々な切断負荷にわたって導波管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、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。これは、当技術分野で新規のものである。
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運動ブリッジ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ように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および大きさは離散型フーリエ変換（ＤＦＴ）を使用して算出される。本発明の例示の一実施形態では、ＤＦＴ算出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、運動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っており、運転周波数を増大させるべきであることを表し、位相が負であれば、運転周波数が共振周波数を上回っており、運転周波数を減少させるべきであることを表し、位相がゼロに近ければ、運転周波数は振動子９０２および導波管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の倍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、振動周波数の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見え、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．始動動作
始動条件は、本節に続く節でで詳細に説明する定常状態の動作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、および従って、導波管は運動していない。従って、振動子９０２および導波管１５０２の複合共振周波数を特定するために使用できる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、初期始動期間中、定常状態中とは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に対して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命令を受け取るので、バッテリコントローラと発振器との間の関係は「マスタおよびスレーブ」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に対して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およびバッテリコントローラ７０３は同等として機能し得る。
起動に先立って、バッテリコントローラ７０３および発振器９０４の両方はステップ７２０１および７２０２では待機状態である。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、待機状態から脱して起動される。バッテリコントローラ７０３および発振器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．電流および振幅制御
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、待機状態から、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つの位相バック振動子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。増大する出力電圧は、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更される。Ｉｒｅｆは、導波管１５０２の変位を実現する振動子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振動子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。簡潔に述べると、Ｉｒｅｆは、始動時においてシステムがオーバードライブにならないようにするための方法であり、これにより、始動時において低運動が可能になり、システムによる過度の応答およびオーバーシュートが無くなる。Ｉｒｅｆは、目標変位にシステムを駆動するために必要な推定電流である。システムが目標変位に近づくと、振幅制御が取って代わる。
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、それによ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に到達するまで変更される。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％のビンに分割し、そのビンは、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。各ビンは、その自己の非線形同調係数（例えばＫｐ、Ｋｉおよび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遠く外れている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％を超えるオーバーシュートを形作ることはない。制御ループが電流を維持するようにさせるが、いかなる有意な時間にわたっても過電流を許容しないことが望ましい。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まで高まるが、安定した、危険な「過電流」状態を避けるような方法で、出力電圧および入力電流の増大を形作る。
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に関して上述のように、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、すなわちＣＬＡ９１２および主プロセッサ９１４を有している。再び図７２を参照すると、ステップ７２００および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、導波管および振動子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。この初期の始動段階では、存在するいかなる運動フィードバック信号も弱く、および従って、信号レベルが最初が非常に小さいので、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および制御の停止を開始させる「過振幅」状態を示している。
バッテリコントローラ７０３は、振幅を緊密に監視して、ＴＡＧアセンブリ３０３の変位レベルを調節する。バッテリコントローラ７０３は、短間隔（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つを通じて受信し、これは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。各振幅レベルの測定がバッテリコントローラ７０３によって決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決定の１つをなす。振幅レベルが、「目標振幅」の２０％以内、又は、事実上「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、振幅レベルが、一連の時間間隔（例えば２５０ｍｓ）内に８０％の点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で停止した刃に起因し得る「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、上述のように、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、前述のように、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振動子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、振動子９０２および導波管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、高および低のゲインバッファに経由される。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振動子（「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、運動フィードバック（「ＭＦ」）信号の位相および大きさ、ならびに信号の実数項および虚数項である。
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、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で判定される。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。この時点では、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」値を下回る場合、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。この時点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振動子を必要としない。
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、最適な周波数に対して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インするよう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および大きさ）を使用する。同調アルゴリズムは、２つの状態、ＳＴＡＲＴＩＮＧおよび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決定する。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の判定が、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段階は、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に待つ。
ＬＯＣＫＩＮＧ段階７２３６では、運動フィードバック信号およ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およ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、それにより正弦の値はビン番号を決定するために使用される。そのビン番号は、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、積分ゲインおよび微分ゲインを包含する。さらに、ビンに入るためのエントリ正弦値は、ビンから出て行くための値と異なる。このことは、ビンの遷移に近い振動を防止するヒステリシスを導入する。
前述のように、非線形ＰＩＤが、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、それによ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、ＰＩＤ０からＰＩＤｎに至るゲイン定数（「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であろう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、定常状態の動作中よりも大きく、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、振動子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、振動子９０２および導波管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。
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見える。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、主プロセッサ９１４の周波数を実際に増大／減少させる。これは以前にはなされなかったことである。Ａ／Ｄ振動子９０８の調整は、Ａ／Ｄ振動子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のではなく、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および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および高周波数限界はそれぞれ５４ｋＨｚおよび５８ｋＨｚである。多くの様々な状態が最小限界又は最大限界に周波数を到達させる、それらの状態には構成要素（例えば導波管１５０２）の故障、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ような大きな負荷のもとにある状況が含まれる。
周波数ロックがひとたび実現されると、定常状態の動作への遷移が始まる。
ＶＩＩＩ．定常状態動作
定常状態動作時における目的は、振動子およ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。振動子９０２および導波管１５０２が、それらの複合共振周波数に駆動される際、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、振動子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および振動子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、振幅は振動子電流にほぼ比例し、振動子電流は、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動作によって、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のように、図２６には、内側の電流制御ループ２６０１と、振動子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、振動子および／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振動子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を決定するため、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、その特定の時間に振動子９０２および導波管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、振動子９０２および導波管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に対する出力電圧およ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。上述のように、ＣＬＡ１１１６は、２位相バック振動子１１１４を駆動させるＰＷＭの新しいデューティサイクル値を算出するために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算出する。最大デューティサイクルを算出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、バック振動子１１１４が連続して誘導モードで作動することを想定する。
振幅を安定させるために電流を見ることのみではなく、振幅制御を利用することによって、本発明は、運動フィードバック信号に基づいて振動子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、振幅制御のみによっては可能とはならないであろう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、製造における振動子および発振器の冗長性および個別の較正を提供する。この「振幅較正係数」は、振動子／圧電結晶における電気的変動および機械的変動の決定と、発振器大きさフィードバックシステムの電気要素の変動の調節とにおいて重要である。発振器内において、アナログ／デジタル振動子を通じて、この較正係数を用いてフィードバック電圧を変換することにより、変位に直接関連する大きさ値が得られる。この較正プロセスにおいて、実際のシステム出力変位を測定しつつ、この較正値を調節する。この調節において、所与の振動子と発振器とを組み合わせることで、前記振動子および発振器がシステムとして適切な変位を発生させる。この値のデフォルト値は、調節された値において損失、欠陥または不慮の未プログラムが有った場合に備えて、安全機構として意図的に低く設定される。このようにして、デフォルト変位を目標よりも低くしておくことで、組織性能は低下するが有効な状態となる。このような較正スキームにより、製造が簡略化され、振動子および発振器の制御公差の負担が低下する。さらに、この較正は全てソフトウェアによって行われるため、振動子または発振器のいずれにおいても、物理的部品の調整は全く不要である。実際、２つの制御ループが、ハードウェアの同調動作に振動周波数を提供する振動子への駆動波入力の振幅を調整するために使用される。冗長性は、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つのループの不良動作は、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動作が通常は検出可能であるので、通常は検出可能である。不適切な動作はハードウェアの障害によって引き起こされ得る。両ループの適切な動作は電流およ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およ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。振動子が高温になると、前記振動子のキャパシタンスおよび結合係数がシフトし、システムの変位が若干低下する。この温度変化は、周波数シフトと対応して発生する。周波数を監視することにより、オフセットを発生させて、頻繁な使用による変位をより緊密に制御することが可能となる。これは、始動時における周波数との比較または絶対周波数の参照により、達成することができる。あるいは、他の測定可能な振動子特性を用いてこのオフセットを制御することも可能である。あるいは、振動子内に注入されたエネルギー量を用いて、変化を推定し、前記変化を相応に調節することも可能である。
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動作では、発振器９０４の主プロセッサ９１４は、定常状態の動作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計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、振動子９０２および導波管１５０２の運動に比例するとともに同相である。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および大きさは、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。周波数は、そこでプッシュ／プル駆動信号を運動フィードバック信号と同相であるようにするために単純に変更される。
ＤＦＴ計算は、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単純化されて、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では、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。有利なことに、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。これは、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．簡潔な回路ブロック図
図２７は、本発明の別の例示の電気関係の実施形態を示す簡潔な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、感知回路２７１４と、振動子９０２と、および、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、および、変圧段階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、高さおよ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およ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、振動子２７１６に最後に引き渡される電力の総量を決定することができる。例示の一実施形態では、スイッチ２７０６はＭＯＳＦＥＴであるが、他のスイッチおよびスイッチング構成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および／又はローパスフィルタおよび／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、出力信号の電圧および電流（図２７でＡＤ２ ＶＩｎおよびＡＤ３ ＩＩｎとしてそれぞれ符号を付けられる）を決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。上述のように、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振動子９０２に最後に供給される。
駆動回路２７０８の出力部には、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装置よりも少量のスイッチング損失および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、スイッチング段階（予変圧器）は、低電圧／高電流として特徴付けられ得る。増幅器ＭＯＳＦＥＴ（単数または複数）のオン抵抗を確実に低減するために、前記ＭＯＳＦＥＴ（単数または複数）を例えば１０Ｖで動作させる。このような場合、１０ＶＤＣ電源を別個に用いてＭＯＳＦＥＴゲートへ電力供給を行うことで、前記ＭＯＳＦＥＴを完全にオンにさせることができ、合理的に低いオン抵抗が達成される。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１２０ＶＲＭＳまで上昇させる。変圧器は、従来技術で公知であり、および従って、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および図２７に示す回路構成の各々では、回路構成要素の劣化は、全体の回路の性能に悪影響を与え得る。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）をモニタする。しかしながら、ＭＯＳＦＥＴの設計の技術革新的な進歩のため、および、対応したサイズの減少のため、ＭＯＳＦＥＴ温度はもはや、回路の負荷およ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、感知回路２７１４によって変圧器２７１０の温度を検出する。この温度の検出は、変圧器２７１０は、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ので有利である。追加の温度は、例えばフェライトのコア材料の故障を引き起こし、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決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決定して、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決定し、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の機械的構造
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および第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つの半部分で提供される場合。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場合、「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）およ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。初回の組み立て時において、水分を含む室内の空気を全て筺体中に捕獲する。これは、電子機器筺体内において望まれる水分量よりも多くの水分が含まれることが多い。そのため、筺体内に乾燥システムを設けることで、２つの目的が達成される。すなわち、第１の主要な目的は、当該装置の寿命中に侵入し得る水分を吸収することである。前記乾燥システムのサイズを適切に設定した場合、前記乾燥システムは、組み立て時に捕獲された水分全てを吸収することができる。よって、乾燥システムを用いることにより、組み立てが簡易化され、いかなる特殊な環境下においても筺体を閉鎖する必要性が無くなる。
図２８は、マルチリードバッテリ端子アセンブリ２８０４をも示しており、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。上述のように、バッテリアセンブリ３０１は、マルチリードバッテリ端子アセンブリ２８０４を通じて、本発明の超音波手術用焼灼アセンブリ３００、ならびに本明細書で説明する他の機能に電力を供給する。マルチリードバッテリ端子アセンブリ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、電力および通信信号経路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子アセンブリ２８０４の例示の実施形態では、１６個の異なる接点パッド２８０６ａ〜ｎが示されている。この数は単に例示である。例示的実施形態において、バッテリ端子アセンブリ２８０４の内側において、成形端子ホルダ上に受け穴が形成されており、この受け穴中に埋め込み用材料を充填することで、気密シールを形成することができる。接点パッド２８０６ａ〜２８０６ｎは、蓋部上に一体成形され、埋め込み受け穴を通じてバッテリ３０１内へと延びる。ここで、フレックス回路を用いてピンアレイを再構成することができ、回路基板への電気接続を提供することができる。図３０に示す例示的実施形態において、例えば４ｘ４アレイを２ｘ８アレイに変換する。
図２９は、マルチリードバッテリ端子アセンブリ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子アセンブリ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および図３２は、バッテリケーシング内の２つの半球型凹部２８１０を示す。これらの２つの半球型凹部２８１０がフックフィーチャ３３０２と組み合わせられると、概して長手方向の空洞を用いてバッテリ３０１を充電器内に保持することが可能となる。このような幾何学的フィーチャは作製するのが容易であり、洗浄するのも容易であり、このような幾何学的フィーチャにより、バッテリ３０１をハンドル３０２から接続切断する際に通常用いられる解放機構が不要な様態で、バッテリ３０１を充電器内に捕獲するための簡単な様態が得られる。
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子アセンブリ２８０４は、シェル２８０２のクラムシェル半部分２８０２ａおよび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子アセンブリ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子アセンブリ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子アセンブリ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子アセンブリ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。このような実施形態において、接点ピン２９０６はそれぞれ、回路基板３００２の各接点パッド３００６へ半田付けされる。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および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子アセンブリ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。
別の例示的実施形態において、フレックスコネクタを用いて１つ以上の回路基板３００２、３１０２および３１０４へ半田付けおよび接続する代わりに、カード縁部コネクタ１０７０１により、基板とマルチリードバッテリ端子アセンブリ２８０４との間の接続を図１０７に示すように得ることが可能である。図１０７は、マルチリードバッテリ端子アセンブリ２８０４の外面の傾斜曲率の下側のバッテリアセンブリ３０１のシェル半部分の断面図である。この例示的実施形態において、マルチリード端子アセンブリ２８０４の傾斜角度は、図４に示すものよりも大きい。例示目的のため、複数の内部接点ピン２９０６ａ〜２９０６ｎのうち１つのみを示す。接点ピン２９０６の一端は、マルチリードバッテリ端子アセンブリ２８０４の本体内に埋め込まれる。接点ピン２９０６の他端は、「Ｓ」字形状の曲線状に形成され、これにより、前記接点ピンに対して一定の可撓性が付与され、内部溝部またはチャンネル１０７０２が接点ピンとマルチリードバッテリ端子アセンブリ２８０４の本体との間に形成される。接点ピン２９０６の「Ｓ」字形状部の本来の可撓性により、１つ以上の回路基板３００２、３１０２および３１０４のうち任意のいずれかを前記内部溝部またはチャンネル１０７０２内に容易に挿入することが可能になり、これにより、接点ピン２９０６と回路基板３００２、３１０２および３１０４の１つ以上のトレースとの間の直接的電気接続が確立される。この直接的接続を維持するために、カード縁部コネクタ１０７０４により回路基板を所定位置に固定し、これにより、接点ピン２９０６を回路基板へと半田付けする必要が全く無くなる。その結果、カード縁部コネクタ１０７０４の機能が、マルチリードバッテリ端子アセンブリ２８０４の下側と一体化される。よって、問題解決のために基板を取り外すのがより容易になり、半田付け部が無いため、製造も簡単になる。
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。図３１に示すように、複数の回路基板３００２、３０１２および３１０４をスタック型アーキテクチャの様態で配置することができ、これにより、複数の利点が得られる。例えば、レイアウトサイズが小さくなるため、バッテリアセンブリ３０１内における回路基板の設置面積が低減し、その結果、より小型のバッテリが可能となる。加えて、この構成においては、電力基板をデジタル基板から隔離することが容易となるため、電力基板からのノイズに起因するデジタル基板への悪影響が回避される。また、スタック型構成により、基板間のフィーチャの直接的接続が可能となり、これにより、ワイヤの存在が低減する。さらに、回路基板を単一の剛性／フレックス／剛性回路の一部として構成することが可能となるため、剛性部分を「扇状に」より小さな体積内に配置することが可能となる。本発明の例示の実施形態によれば、各回路基板３００２、３１０２および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および図３１に示す電池７０１ａ〜ｎを結合する接続経路を提供する。回路基板をスタック型構成において配置し、前記基板を各機能毎に分離することにより、前記基板を個々の基板のノイズおよび発熱に最良に対応するための特定の順序で戦略的に配置することが可能となる。例えば、高電力バックコントローラ要素を有する回路基板の場合、ほとんどの熱が前記基板から発生する。よって、このような回路基板をその他の基板から隔離し、スタック中央部に配置することができる。このようにすることで、前記装置の外面から熱を隔離して、前記装置の医師または操作者が熱を感じないようにすることができる。加えて、バッテリ基板接地をスタートポロジー状に構成することで、中心をバックコントローラ基板に配置して、接地ループから発生するノイズを低減することが可能となる。
これらの戦略的にスタックされた回路基板と、回路基板からマルチリードバッテリ端子アセンブリへの低熱伝導率経路と、フレックス回路３５１６とは全て、前記装置の外面への熱到達の回避を支援するフィーチャである。電池およびバック要素は、ハンドル３０２内のフレックス回路３５１６（すなわち、前記装置の使い捨て部分）へ熱接続され、これにより、前記電池およびバック要素から発生した熱は、医師の手から遠位方向に進む。フレックス回路３５１６は、露出面積が大きくまた銅の伝導特性も高いため、比較的高い熱質量を示す。フレックス回路３５１６は、より広い面積上の熱を再方向付け、吸収および／または拡散させ、これにより、熱の集中が遅延され、装置外面上の高温部分が制限される。他の技術も実行可能である（例を非限定的に挙げると、より大型の熱ウエル、シンクまたは断熱材、金属コネクタキャップおよび装置のフレックス回路またはハンドル３０２内の銅の重量増加）。
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。前述のように、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、外部の非滅菌の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。本発明のバッテリアセンブリ３０１には、バッテリアセンブリ３０１が予測寿命を越えて使用されるのを回避するための回路が設けられる。このような寿命期間は、電池のみによって決まるのではなく、外面によっても決まる（例えば、バッテリケーシングまたはシェルおよび上側接点アセンブリ）。このような回路について、例えば、使用回数、リチャージ回数、および製造カウントからの絶対時間について、以下にさらに詳細に説明する。
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、２つの半部分２８０２ａおよび２８０２ｂ、ならびに埋め込まれたマルチリードバッテリ端子アセンブリ２８０４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。密閉材料（例えば、光硬化接着剤またはエポキシ）を自動配分が可能なように、端子アセンブリ２８０４とシェル半分部２８０２ａおよび２８０２ｂとの間の空間は十分に広くなっている。前の複数の図に示されているが、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およびバッテリドック３４０１の改善された図を提供している。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子アセンブリ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子アセンブリ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子アセンブリ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子アセンブリ２８０４の接点パッド２８０６ａ〜ｎのそれぞれ１つに物理的に整列されるように、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が、図３３〜図３５に示すキャッチ３３００およびレシーバ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およびレシーバ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に自身を整列させる。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、滅菌野のユーザが、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子アセンブリ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、フレックス回路基板３５１４、フレックス回路またはハーネス３５１６（ＴＡＧアセンブリ３０３へと接続される）と、ハンドル接続ピン３５０４ａ〜３５０４ｎとを含む剛性−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、可撓ハーネス３５１６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の剛性部分がガスケット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子アセンブリ２８０４およびマルチリードハンドル端子アセンブリ３５０２が併せて配置されると、図５９および図６０に示すように、マルチリードバッテリ端子アセンブリ２８０４の外周３３１２と、マルチリードハンドル端子アセンブリ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子アセンブリ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子アセンブリ２８０４の接点パッド２８０６ａ〜ｎに湿気が到達することを防止する。このような密閉方法の場合、接点ピンのうち補強材を通じて延びる部分のみをガスケットと反対側において絶縁するだけでよい。このような密閉方法は、以下にさらに詳細に説明するようにＴＡＧコネクタ５０１０上およびハンドル３０２上においても用いられる。このような構成により、可能な開口部全てを密閉しなくてもよい装置の製造が可能となり、これにより、コストおよび複雑性が低減する。
本発明の例示的実施形態によれば、フレックス回路基板３５１４は、２つの銅トレース層によって構成される。これらの層は、ポリイミドによって分離および絶縁される。上述のように、フレックス回路基板３５１４の部分は、比較的より硬質に構成することができる。例えば、フレックス回路基板３５１４の特定の部分内に、フレックス回路基板３５１４に接着された補強材（例えば、ＦＲ−４補強材）を設けることができる。フレックス回路基板３５１４の部分に前記補強材を設けることで、使い捨てハンドルアセンブリ３０２内の要素を剛性保持するための機械的方法が可能となる。
本発明の別の例示的実施形態によれば、ハンドルアセンブリ３０２の２つの本体半分部４５０３および４６０３の間において、狭い公差下において、ハンドルアセンブリ３０２間に剛性部が保持される。フレックス回路基板３５１４が水平方向に補強材１０９０２を有し、フレックス回路基板３５１４が図１０８に示すように垂直方向に遷移する箇所において、フレックス回路基板３５１４が（漸次的に遷移できない場合）損傷を受け得る。フレックス回路基板３５１４の剛性部（例えば、１０９０２）は、本体材料中のスロットまたはトラック１０８０４に設けるかまたはその内部に設けることが望まれる。よって、前記剛性部を全ての側部上にしっかりと保持するために、フレックス回路基板３５１４の部分１０８０６を、剛性部１０９０２から剥離した後にフレックス回路基板３５１４の端部に到達するように、設計する。この領域内には、接着材は配置されない。本発明の例示的実施形態によれば、フレックス回路基板３５１４のこのバッテリ側上（すなわち、バッテリ接点ピン２９０６ａ〜２９０６ｎが突出する補強基板）において、カスタムコネクタが設けられる。このカスタムコネクタは、例えば、ＦＲ−４材料または成型プラスチックによって構成される。これを例えば図６０中に示す。前記成型プラスチックは、インサート成形金属接点を含んでもよいし、あるいは、前記接点を成型後に挿入した後、密閉目的のために埋め込んでもよい。その後、前記ＦＲ−４または成型プラスチックを接着材によりフレックス回路基板３５１４へと接着する。成型構成において、前記コネクタは、数行内に配置された剛性材料を有するように構成することができる。これらの剛性材料は、前記接点間またはさらにはグリッド材料間において隆起させることができ、これにより前記接点を機械的損傷から保護する。
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の剛性−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をふたたび手短にに参照すると、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子アセンブリ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および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およびレシーバ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およびボイド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および図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強度および安定性を向上させる。使い捨て部およびバッテリを面３５２０および３３０５においてそれぞれ重複させる（図３５および図３３に示す）ことにより、この安定性がさらに向上する。
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離脱機構３８０６を示している。離脱機構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。離脱機構３８０６と、バッテリケーシング２８０２ａおよび２８０２ｂとの間が緩く締結されており、これにより、滅菌前の洗浄のために、噛み合い部分間に水が流入できるようになっている。離脱機構３８０６の洗浄可能性を支援するために、穴部を付加することができる。例示的実施形態において、２つの楕円孔が設けられる。さらに、離脱機構３８０６の全縁部を曲線状にすることで、接触表面積を制限する。離脱機構３８０６のうちバッテリケーシングに対向する面の中央は凹状に切断され、これにより、さらに噛み合い表面積を低減する。離脱機構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、離脱機構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。このノーズ３８１４はまた、バッテリアセンブリ３０１の接続時においてバッテリラッチを強制的に下降させ、様態から取り外す。離脱機構３８０６は、潤滑性を持ちかつ強靱な材料で構成される。このような材料は、低摩擦を可能にし、かつ、バッテリアセンブリ３０１（すなわち、装置の再利用可能部分）の長時間の使用に耐える。例えば、黒鉛および／または炭素繊維補強ＰＴＦＥなどの材料が適している。
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、離脱機構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、離脱機構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。別様に説明すると、延在バッテリ固定部分３５０６は、マルチリードハンドル端子アセンブリ３５０２およびレシーバ３４００から離れて曲がる。顎部が閉鎖した状態においてバッテリアセンブリ３０１がハンドルアセンブリ３０２から不慮に解放されるリスクを無くすために、バッテリ離脱機構３８０６を被覆または保護するようにトリガ４６０６を構成する。よって、トリガ４６０６を完全に押圧された状態にしておくことで、バッテリ離脱機構３８０６は完全に被覆され、これにより、ユーザが離脱機構３８０６を作動させてバッテリアセンブリ３０１を解放することが無くなる。
延在バッテリ固定部３５０６が所定の度合いにわたって曲がると、ボス３８０２および３８０４の底縁３８０２ａ〜３８０２ｂはボイド３５０８および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。離脱機構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を離脱する機構のほんの一例である。離脱機構３８０６は、予期しない取り外しがめったに起きないという点で有利である。バッテリアセンブリ３０１を離脱するため、操作者は、ハンドルに向かって離脱機構３８０６を動かすと同時に、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を回転させる必要がある。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適用はまた、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およ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子アセンブリ３５０２およびマルチリードバッテリ端子アセンブリ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を超え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子アセンブリ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、および、接点パッド２８０６ｍ〜ｐは第４列３３１０を形成する。
同様に、図３４および図３５に示すように、マルチリードハンドル端子アセンブリ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つと整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および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３５０６のボイド３５０８、３５１０に係合するまで延在バッテリ固定部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子アセンブリ３５０２およびマルチリードバッテリ端子アセンブリ２８０４の間の物理的／電気的接続が、バッテリ列３３０４およびハンドル列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子アセンブリ２８０４およびマルチリードハンドル端子アセンブリ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子アセンブリ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および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が、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および最後の列３４１０のうちの任意の１以上のピンがバッテリ存在感知回路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。バッテリ存在検出回路３１０４は、マルチリードハンドル端子アセンブリ３５０２のアースピンおよび存在ピンがマルチリードバッテリ端子アセンブリ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および図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子アセンブリ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および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、および／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「使用準備完了」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およ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は体液にさらされたり、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、存在パッドをアース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。より詳細には、前記装置が殺菌および洗浄されている間、前記接点は、有限抵抗を有する電解質にさらされる。保護回路が設けられていない場合、前記回路がバッテリパックをオンにすることで、前記電解質の存在下において前記基板が起動される。高電流が、電圧エネーブルピン間からバッテリ接地へと流れ得る。この電流流れにより、金属イオンの運動が確立され、その結果、前記接点において孔食または電気的堆積が発生する。このような孔食または電気的堆積があると、電解質への短時間露出は前記接点の高腐食の原因となり、前記接点が使用不能となるため、望ましくない。別の望ましくない状況がバッテリ取り付け時に存在する。すなわち、適切なバッテリハンドル接点閉鎖が達成されると、マイクロコントローラによって感知される導電性ラインの抵抗は極めて低くなる。しかし、流体が存在する場合、より高抵抗が存在する。前記マイクロコントローラの感度は、このような高抵抗に起因して前記装置が起動するくらいの高感度である。
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（すなわち図９に示すＴＡＧアセンブリのＧＮＤ線）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、存在パッドおよ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。より詳細には、比較器回路は、基準電圧と、バッテリ存在接点がショート／接地または上記した有限抵抗の電解質のいずれかに晒された場合に発生する電圧とを比較する。前記発生した電圧が前記基準電圧と整合するような抵抗であった場合、バッテリがオンにされる。バッテリハンドル接触時に存在する流体に起因してバッテリパックがオンにならないように、前記基準電圧を調節する。ノイズおよびこの回路の高感受性に起因する不慮のオンを回避するために、前記比較器回路を高ヒステリシスと共に構成する。
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および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上に作用する圧縮力は、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垂直線３９０１によって図３９に示されている。第２垂直線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つの線の間の距離は、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およ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、例えば血液などの汚染物質が、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３５は、本発明のさらに別の有利な特徴を示している。図３５から分かるように、マルチリードハンドル端子アセンブリ３５０２において、フランジ側３５２０により、ハンドルアセンブリ３０２のハンドル接続ピン３５０４ａ〜ｎが左側および右側から保護される。なぜならば、フランジ側３５２０は、ピン３５０４ａ〜ｎの面から遠位方向に延びるからである。レシーバ３４００もピン３５０４ａ〜ｎの面から遠位方向に延び、これにより前記ピンを後部から保護する。最後に、バッテリ固定部３５０６は、ピン３５０４ａ〜ｎの面から遠位方向において大きく延び、これにより、前記ピンを前部から保護する。バッテリパック３０１およびハンドル３０２は人間工学的形状をしているため、ユーザは、図３６および図３７に明示するようにバッテリパック３０１がハンドル３０２の特定の面に取り付けられるように構成されていることが分かる。そのため、下側バッテリドック３４０１のこれら４つの伸長側のサイズを、ユーザがバッテリ３０１をドック３４０１に挿入しようとした際にピン３５０４ａ〜ｎに損傷が発生しないようなサイズにする。これをより詳細に示すと、２つの面が規定され、そのうち１つはバッテリ３０１用であり、他方はハンドル３０２用である。これらの面は、図３を含むページに対して平行であり、バッテリ３０１がハンドル３０２中に取り付けられた際に同一平面上に来る。ハンドル３０２に関連する面を遠位／近位中央ハンドル面と呼び、図３のページとのようにハンドルを垂直方向に二等分する。同様に、バッテリ３０１に関連する面を遠位／近位中央バッテリ面と呼び、図３のページのようにハンドルを垂直方向に二等分する。これらの規定された面により、ピン安全フィーチャが説明される。
レシーバ３４００およびバッテリ固定部３５０６の形状は、遠位／近位中央バッテリ面が遠位／近位中央ハンドル面から約３０度以内にある際、長さにより、バッテリの前方上側角部３００８がピン３５０４ａ〜ｎと接触しないような形状である。同様に、レシーバ３４００およびバッテリ固定部３５０６の形状は、遠位／近位中央バッテリ面が遠位／近位中央ハンドル面から約３０度以内にある際、長さにより、バッテリ３０１の後方上側角部（すなわち、キャッチ３３００）がピン３５０４ａ〜ｎと接触しないような形状である。このような構成により、バッテリ３０１からハンドル３０２への接続が確実に安全かつ容易となる。
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およ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段階を有している。弁３７０２の例示の構成では、第１段階（＜３０ｐｓｉ）中、弁３７０２は、図４１および図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。段階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バッテリアセンブリの内圧が増大すると、流体／気体が、Ｏリング４１０４およびシート４２０２の間を漏れ出し始める。段階３では、内圧は、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。この時点で、段階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。
段階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。段階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。段階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および図４２に示すように、ここで段階１に復帰する。摩擦を最小化できるように密閉表面がテーパー状となっているため、弁３７０２を複数回密閉することが可能である。
弁３７０２の試験を容易にするために、ポペット４１０６は、切り取りハンドル４１０８と共に形成される。ハンドル４１０８を動作させると、（手動でまたは自動で）ポペット４１０６を移動させることができ、これにより、超音波溶接または接合シェル半分部２８０２ａおよび２８０２ｂに漏れが無いか検査する目的のために、バッテリアセンブリ３０１内へのアクセスが可能となる。例えば、ユーザまたは漏れ検査器具がハンドル４１０８を把持し、ポペット４１０６を弁ドック４２０４内から移動させ弁ドック４２０４内へと戻すことができる。弁ドック４２０４がバッテリアセンブリ３０１の外側シェル２８０２ａまたは２８０２ｂの半分内に配置された様子を図４１および図４２に示す。あるいは、ハンドル４１０８を用いて、バッテリアセンブリ３０１内部へアクセスして、バッテリ区画中に不活性ガスまたはトレースガス（例えば、ヘリウム）を充填するかまたはさらにはバッテリアセンブリ３０１の内部から真空引きを行うことが可能である。検査終了後、ユーザ（例えば、製造業者）は、ハンドル４１０８を切り取りかまたは取り外すことで、ポペット４１０６がさらにユーザによって制御されるのを回避する。ハンドル４１０８の取り外しは、ハンドル４１０８の基部に形成された狭窄部４１１０により、より容易になされる。例えば、図４１〜図４３に示す狭窄部４１１０は、一貫しかつ円滑な切断点を得るための鋭角部を含む。
この例示的実施形態において、ハンドル４１０８は、矢じり形およびタブを用いた構成を有する。図４１〜図４３に示すように、ポペット４１０６は、ポペット４１０６の少なくとも１つの側部上にクロッキングタブ４１１２を含み、これにより、矢じり形を所望の方向に（例えば、超音波手術用アセンブリ３００の利用時において地面に対して水平方向に）維持し、これにより、漏れ検査時におけるバッテリアセンブリ３０１の内部への機械アクセスまたは自動アクセスが促進される。この矢じり形状は、緩いテーパー形状を含み、これにより、Ｏリング４１０４の取り付けが支援される。すなわち、矢じり形タブを破断させることなく、テーパー状矢じり形状上にＯリング４１０４を容易にスライドさせることが可能になる。
例示的実施形態において、Ｏリング４１０４は、デュロメータがおよそ４０〜およそ６０（例えば、ＶＩＴＯＮ（登録商標））であるＳＴＥＲＲＡＤ（登録商標）適合材料によって構成される。なぜならば、このような材料は、不規則な表面仕上げを有する成形部品上においてより高い信頼性を以て密閉するからである。
別の例示的実施形態において、ポペット４１０６は、バッテリシェル２８０２と異なる材料で形成されており、これにより、バッテリシェル半分部２８０２ａおよび２８０２ｂの超音波溶接時における共鳴溶接を回避する。
図３７に示すように、弁３７０２は、バッテリアセンブリ３０１の最下部に有利に配置される。この例示的構成において、ハンドグリップの作業領域（すなわち、バッテリ外側シェル２８０２）の外部において弁３７０２が残留しており、これにより、ユーザによる超音波手術用アセンブリ３００の取扱との干渉が回避される。さらに、このように弁３７０２を配置することにより、弁３７０２を通じた通気発生時におけるユーザの手の損傷が回避されるため、安全性が増す。これと同時に、ユーザの手により弁３７０２の通気が妨げられることが無くなる。
また、有利なことに、弁３７０２は清浄が容易である。ポペット４１０６の外面が平滑になっているため、Ｏリング４１０４のシール部分へ直接アクセスすることが可能になる。同様に、ポペット４１０６における機能は平滑に混合されているため、どろや汚れがはまり込む原因となる隠蔽部分が無くなる。
本発明のバッテリアセンブリ３０１は、上述の弁３７０２の代替として用いられる新規なフィーチャを含み得る。１つの例示的実施形態において、バッテリアセンブリ３０１は、シェル半分部２８０２ａおよび２８０２ｂのうちの１つの下側内のバッテリアクセス穴部またはリリーフポート内に取り付けられた図示されないバーストプラグを含み得る。この例示的構成において、前記バーストプラグは、成形可撓性材料から形成され、前記アクセス穴部内へと押圧することが可能である。あるいは、前記バーストプラグを前記バッテリアクセス穴部の内部に成形してもよい。取り付けられたバーストプラグは、バッテリシェル２８０２の外面と同一平面上になり、これにより、泥または汚れの集合またはユーザの手との干渉が回避される。前記バーストプラグにより、過度の内圧（例えば、＞３０ｐｓｉ）に対する緊急圧力除去が可能となる。このような過度の内圧があると、バーストプラグがバッテリリリーフポートから外れ、内部の集積ガスが全てすぐに通気される。この例示的実施形態において、成形バーストプラグの内側端部上のＴテイルにより、手術処置時においてバーストプラグがバッテリアセンブリ３０１から外れて紛失するかまたは患者体内に落下する可能性が無くなる。さらに、前記Ｔテイルによりバーストプラグがバッテリへと保持されているため、懸垂状態のバーストプラグは、バッテリアセンブリ３０１内において悪条件が発生したことを示すユーザにとって有利な視認用インジケータとなる。
別の例示的実施形態において、バッテリアセンブリ３０１は、バーストディスクを含み得る。前記バーストディスクは、シェル半分部２８０２ａおよび２８０２ｂのうちの１つの下側内のバッテリアクセス穴部またはリリーフポート上に取り付けられる。この例示的実施形態において、前記バーストディスクは、前記バッテリリリーフポート上に配置されたフォイルテープディスクまたは既知のせん断特性を有するディスク材料を含み得る。前記ディスクは、前記バッテリリリーフポート上において所定位置に超音波溶接、接合または他の様態で密封することが可能であり、これにより、噴出軽減弁として機能する。有利なことに、前記リリーフポートは、多数の小型開口部によって構成されたアレイまたはグリッドを含み得る。このような構成により、外部機械的測定手段から不意にディスクが破断する事態が回避される。
さらに別の例示的実施形態において、バッテリアセンブリ外側シェル２８０２のシェル半分部２８０２ａまたは２８０２ｂのうちの１つは、成形噴出または軽減領域を含み得、この領域において、外側シェル半部分２８０２ａまたは２８０２ｂの成形材料が外側シェル２８０２の残り部分よりも特に肉薄になっている。このように、外側シェル２８０１の軽減領域は、事前規定された望ましくない圧力がバッテリアセンブリ３０１の内部に到達した場合に崩壊するように設計されている。さらに、パターン（例えば、花びらパターン）を、シェル半分部２８０２ａまたは２８０２ｂのうちの１つの成型面上に設けることで、さらなる応力集中部が得られ、また、圧力除去発生後の花びら紛失を回避するためのヒンジ機能も得ることができ、これにより、崩壊したシェル２８０２の成型材料の破片が前記バッテリアセンブリ３０１から患者体内へと落下する事態を回避する。
さらに別の例示的実施形態において、バッテリアセンブリ３０１は、ターキーポッパー弁に類似する圧力除去構成を含み得る。ポペット弁３７０２に関して上述のような自己再配置弁を設ける代わりに、バッテリアセンブリ３０１内の過度の内圧が放出された後、前記ターキーポッパー弁を作動位置に保持する。その結果、バッテリ内に悪条件が存在することをユーザに示すための視認用インジケータが得られる。この構成において、前記ターキーポッパー弁を選択的に再配置することができ、これにより、バッテリアセンブリ３０１をさらに利用することが可能になる。
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、電流および電圧）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、電流および電圧）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、形状および／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得る。
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操作者が、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、複雑な手術処置の真っただ中でバッテリアセンブリが別の手術用装置と交換または相互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、複数の方法で推定することが可能である（例えば、当該装置が使用または起動された回数）。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、および、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ハンドルアセンブリ３０２および超音波切断刃および導波管アセンブリ３０４の両方、ならびに特定のＴＡＧアセンブリ３０３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の使用の経過を保持することができ、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ことができる。ＴＡＧアセンブリ３０３、ハンドルアセンブリ３０２、超音波切断刃および導波管アセンブリ３０４または他の構成要素は、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、各ＴＡＧアセンブリ、各ステープラー、各血管シーラーなどの作動等の総回数、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。
ＴＡＧアセンブリ３０３の寿命を知的に終了させるためにＴＡＧアセンブリ３０３の使用回数を計数する際、手術処置におけるＴＡＧアセンブリ３０３の実際の使用の完了と、例えばバッテリ変更または手術処置時における一時的遅延に起因するＴＡＧアセンブリ３０３の一時的な作動停止とを正確に区別することが重要となる。そのため、ＴＡＧアセンブリ３０３の起動回数を単純に計数する方法の代替的方法として、リアルタイムクロック（ＲＴＣ）回路を用いることができ、これにより、ＴＡＧアセンブリ３０３が実際にシャットダウンされた時間の長さを記録することが可能になる。測定された時間の長さから、適切な論理を通じて、１回分の実際の使用の終了として当該シャットダウンが十分に長いか否かまたは１回の使用の終了時において当該シャットダウンが短すぎるか否かを決定することが可能になる。よって、いくつかの用途において、この方法により、単純な「起動ベースの」アルゴリズムの場合よりも、ＴＡＧアセンブリ３０３の寿命をより正確に決定することが可能になる。なぜならば、単純な「起動ベースの」アルゴリズムの場合、単一の手術処置において例えば「起動」が１０回行われたとの判定が発生し得、そのため、１０回の起動でもカウンターは１だけインクリメントすべきである場合があるからである。一般的に、この種の内部クロッキングシステムにより、単純な「起動ベースの」アルゴリズムを欺くように設計された装置が誤用される事態が回避され、また、合理的理由に起因して必要となったＴＡＧアセンブリ３０３またはバッテリ３０１の単純な分解のみが行われた場合において完全な利用の不正確なロギングが回避される。
当該装置のバッテリおよびＴＡＧアセンブリは再利用可能であるが、当該装置の使用回数を有限に設定することが望ましい。清浄および滅菌時において当該装置が厳しい条件に晒されることがあるため、このような設定が必要になり得る。より詳細には、前記バッテリパックは、滅菌されるように構成される。外面に用いられる材料に関係無く、実際の使用材料の予測寿命には上限がある。このような寿命は、多様な特性（例えば、当該パックが実際に滅菌された回数、当該パックが製造されてからの時間、および当該パックが再充填された回数）によって決定される。また、電池そのものの寿命も上限がある。本発明のソフトウェアは、ＴＡＧおよびバッテリアセンブリ双方における使用回数を確認し、この使用回数に到達した場合またはこの使用回数を越えた場合、前記装置をディセーブルする新規なアルゴリズムを組み入れる。これらの可能な滅菌方法それぞれにおける外部バッテリパックの分析を行うことができる。最も厳しい滅菌処置に基づいて、許容される最大滅菌回数を決定することができ、この回数をバッテリアセンブリ３０１のメモリに保存することができる。充電器が非滅菌状態であり、バッテリパック３０１を充電後に使用すべきであると推定された場合、当該パックに行われた滅菌回数と等しいものとして充電カウントを規定することができる。
バッテリパック内のハードウェアを永久にディセーブルすることで、ソフトウェアによってパックが無効にされた後の電池からの連続的放電に起因する安全性の問題を最小化またはゼロにすることが望ましい。特定の低電圧条件下において、バッテリの内部ハードウェアがバッテリを無効にすることができない状況があり得る。このような状況においては、例示的実施形態において、充電器を用いて当該バッテリを「殺す」ことができる。バッテリが充電器内にあるときはバッテリマイクロコントローラはオフとなっているため、不揮発性のＳＭＢｕｓベースのＥＥＰＲＯＭを用いて、バッテリマイクロコントローラと充電器との間で情報のやりとりを行うことができる。よって、シリアルＥＥＰＲＯＭを用いて、バッテリマイクロコントローラがオフであるときも書き込みおよび読み出しが可能な情報を保存することが可能となる。このようにすると、充電器または他の周辺装置との情報のやりとりを試みる際に極めて有用である。この例示的ＥＥＰＲＯＭは、少なくとも例えば（ａ）バッテリをディセーブルすべき時点を示す使用回数上限（バッテリ使用回数）、（ｂ）当該バッテリを用いて行われた処置の回数（バッテリ処置カウント）、および／または（ｃ）当該バッテリが充電された回数（充電カウント）を保存できるだけの十分なメモリレジスタを含むように、構成され得る。ＥＥＰＲＯＭ中に保存される情報のうち一部（例えば、レジスタ使用回数およびレジスタ充電カウント）をＥＥＰＲＯＭの書き込み保護部中に保存することで、ユーザが当該情報を変更できないようにする。例示的実施形態において、使用情報およびカウンタと共に対応するビット反転ミラーレジスタを保存しておき、これによりデータ破壊を検出する。
ＳＭＢｕｓライン中に残留電圧が少しでもある場合、マイクロコントローラが損傷を受け得、ＳＭＢｕｓ信号が破壊され得る。そのため、マイクロコントローラのオフ時においてバッテリコントローラ７０３のＳＭＢｕｓラインが電圧を搬送しないようにするために、外部ＳＭＢｕｓラインと、バッテリマイクロコントローラ基板との間にリレーを設ける。
バッテリ３０１の充電時において、例えば定電流／定電圧充電スキームを用いた場合にバッテリ内に流入する電流が徐々に低下して所与の閾値を下回った場合、バッテリ３０１の「充電終了」状態が決定される。この「充電終了」状態を正確に検出するために、バッテリ充電時においてバッテリマイクロコントローラおよびバック基板への電力供給を低減およびオフし、これにより、基板に起因し得る電流流出および電流検出の低減と干渉し得る電流流出が低減する。さらに、充電時においてマイクロコントローラおよびバック基板への電力供給を低減することで、当該電力供給に起因するＳＭＢｕｓ信号の崩壊を回避する。
充電器については、正確な挿入位置以外の様態でスマートバッテリ３０１を充電器に挿入できないようにすることが望ましい。そのため、図２８に示すように、例えばバッテリ３０１の外部に充電器保持フィーチャ２８１０を設ける。バッテリ３０１を充電器内にしっかりと保持するためのカップを輪郭整合テーパー形状で構成することで、バッテリパック３０１が正確な（意図される）様態以外の様態で不意に挿入される事態を回避する。バッテリアセンブリ３０１の存在は、充電器そのものによって検出することが可能であることがさらに企図される。例えば、充電器は、バッテリ保護回路および保護基板内に配置された抵抗器からのＳＭＢｕｓ送信の存在を検出するように構成され得る。このような場合、バッテリアセンブリ３０１が充電器に正確に所定位置に配置されるまで、前記充電器をエネーブルして、充電器のピンに晒される電圧を制御させることができる。なぜならば、充電器のピンに晒される電圧がある場合、前記ピン上に電気ショートが発生して、前記充電器の充電が不慮に開始される危険性が出てくるからである。
いくつかの例示の実施形態では、スマートバッテリ３０１は、聴覚のおよび／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入る。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およ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。例えば、デコーダ回路を発振器基板５４６０内に構築し、通信ラインへと接続することで、ＴＡＧマイクロコントローラが「オフ」であるかまたは「スリープモード」である間に、ＬＥＤ９０６をバッテリマイクロコントローラ１１０６によって独立的に制御することが可能になる。これにより、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が得られる。ユーザインターフェースインジケータをアクティブ制御できる状態で発振器をオフにすることにより、電力節約が可能となる。
別の例示的実施形態において、マイクロコントローラのうち１つ以上を減速させることで、非使用時における電力を節約する。例えば、双方のマイクロコントローラのクロック周波数を低減することで、電力を節約することができる。同期動作を維持するために、これらのマイクロコントローラは、各クロック周波数の発生時期が低減のためにほぼ同時になるように調整し、その後、フル速度動作が必要となったときに周波数を増加させる。例えば、待機モードに入ったときにクロック周波数を低下させ、待機モードが終了したときにクロック周波数を上昇させる。
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決定することができ、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と判定する場合にのみ、取り付けられた手術装置を作動させるよう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判定する。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であろう。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判定して、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がないようにする。
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ので、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、空間および時間が重要視され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、およ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動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、用途（又は装置）によって変動する。
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に超音波切断刃およ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、超音波切断刃およ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と整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および導波管１５０２が相互に取り付けられた時、導波管１５０２および変換器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および図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、導波管回転スピンドル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４６１０およびボス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。例示的実施形態において、超音波切断刃および導波管アセンブリ３０４をユーザがハンドルアセンブリ３０２から着脱することはできない。
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および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と単純に整列され得る。もちろん、連結部４６０２および４６０４は、導波管１５０２および／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。連結部４６０４の例をいくつか挙げると、レール、ダブテール、Ｔ字型溝、少なくとも１つのピン、１つよりも多くのピン、およびアンダーカット溝部がある。
ｂ．制御機構
ここで図４６を見ると、トリガ４６０６およびボタン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および刃部分１１６の間の組織および／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、顎および刃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。例示的実施形態において、可聴フィードバックがトリガ内に設けられ、トリガが完全に押圧された際にクリックする。肉薄金属部により、ノイズが生成され得る。閉鎖時において、前記肉薄金属部に前記トリガがパチリと接触する。このような機能により、ユーザフィードバックへ可聴要素を追加することができ、顎部が導波管に対して完全押圧状態であり、血管密閉のための十分なクランプ圧力が付与されている旨をユーザへ通知することができる。
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および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応答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、ハンドル本体の右側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の例示的実施形態では、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の例示的実施形態を示す。スイッチ４７０２は２つのサブスイッチ４９０２および４９０４を有している。サブスイッチ４９０２および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程度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の程度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、および、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および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、操作者に容易かつ直感的にする。
サブスイッチ４９０２および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およ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、操作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および第２サブスイッチ４９０２および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、血管シーリングは、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作動させ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操作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、操作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、操作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、ドームスイッチおよびその他を含む。
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、操作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．導波管節バンプ
本発明の例示的実施形態によれば、図５７に示すように、少なくとも１つのバンプ５７１０が、超音波導波管１５０２の節（単数または複数）に設けられる。換言すれば、導波管１５０２が共振周波数において超音波運動を示さない導波管１５０２に沿った位置において、バンプ５７１０が配置される。これらのバンプ５７１０は放射方向かつ長手方向において対称であるため、各バンプ５７１０の直径およびその物理的導波管特性が変化して振動伝達が低減して（放射方向に大きくなり）そして増加して（放射方向に小さくなった）場合も、超音波周波数において共振する導波管の能力と、遠位刃端部において所望の振動を伝達する導波管の能力とへの悪影響は無い。これらのバンプについて、図７６を参照してさらに詳述する。
ｄ．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が操作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および第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および第２旋回ピン６１１８に連結されており、中央節にともに連結されている。本実施形態において、中央ピボットは、２つのリンクによって捕獲されたトリガ上の円形ボスを含む。これら２つのリンクは両性部品であり、共に押圧されることで、前記ボスが２つの穴部によって拘束される。これらの２つの穴部はそれぞれ、各リンク上に設けられる。この構成により、第３の旋回部が得られる。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および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および詳細は以下の節で説明される。
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が操作者によって押し込められた時、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を押し込むことは、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、操作者の手の疲れを有利に低減させる。
より具体的には、操作者が最初にトリガ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込め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および第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および第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および第３旋回ピン６１１６および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込められている。これは、第１旋回部材６１０４、第２旋回部材６１０６および第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、約図６１に示す位置からトリガが最初に離れて押し込まれるために必要とされる力の４５％、又は、それより小さい。
ｅ．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、振動子の接点リング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回転ロックアウトによって維持されるので、電気接点維持のために電気接点５４０２、５４０４（例えば、ポゴピン）が発振器および振動子の間で接点リング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および図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。このような堅い接続を用いない接触により、ロックアウト機構によって起動ボタン４６０８の離脱が妨害されることが無くなる。このような離脱は、装置の安全動作において重要である。さらに、このような接続により、スイッチの離脱に必要な力が最小化され、操作者の疲労も低減する。
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、わずかに移動するかもしれないが、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および図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の実施形態のようなその外周の歯を有していない。図７０および図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。さらに、ロックアウト部材６５０８およびＵ字型部材６７０２の代わりに単一のスタンプ型／エッチ型またはワイヤ型のロックアウト部材を用いてもよく、その場合、そのジオメトリ内において、前記ばねのうち少なくとも１つの代わりに可撓性フィーチャを用いる。図１０５および図１０６において、この別の構成の２つの例示的実施形態を示す。
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および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および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。例えばボタンリターンばねに起因して前記ボタンから圧力が無くなった場合、ロックアウト部材７００２は回転防止ホイール７００１から係合解除される。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。回転時におけるエネルギー付与を回避するための、電気機械技術および電子光技術を用いた他の方法も可能である。センサー（例えば、磁気位置エンコーダまたは光位置センサー）の任意の組み合わせを用いて、回転検出時において導波管１５０２へのエネルギー付与を停止させることが可能である。あるいは、このような組み合わせをトリガとして用いて、機械的ロックアウト（例えば、ソレノイドまたはナイフスイッチ）を係合させることも可能である。これらの機械的手段は、センサー無しで用いることも可能であり、任意のエネルギー付与時において回転をロックアウトすることができる。光エンコーダを発振器ハウジング内に配置して、窓を通じて外側方向に方向付けることで、振動子ハウジングの運動を監視することができる。磁気エンコーダを筺体中に完全に埋設すれば、リークパスの危険性をさらに低減することができる。
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、必要とされるのは、変換器９０２および導波管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だけである。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および変換器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ように、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および導波管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８８１０の外側部分が内側部分８８２０周りおよ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。本発明のトルクレンチ８８００の使用を通じて、操作者は、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。より詳細には、図５０を参照して、スピンドル３７０４にレンチグリップ面５０１４を設ける。レンチグリップ面５０１４は、スピンドル３７０４の近位端の周囲に円周方向に配置される。この例示的実施形態において、レンチグリップ面５０１４は圧痕である。一方、トルクレンチ８８００の内側部８８２０には、可撓性歯部８８２２が設けられる。これらの可撓性歯部８８２２はそれぞれ、スピンドル−グリップ面８８２４を規定する内側遠位表面を有する。この例示的実施形態において、スピンドルグリップ面８８２４は、若干凸状に半球型の突起部を有する。これらの突起部は、レンチグリップ面５０１４の凹状に半球型の圧痕に対応する形状を有する。このようにして、内側部８８２０がスピンドル３７０４の近位端へと接続されると、内側部８８２０の各歯部８８２２が外側方向に撓んだ後にパチリと戻り、これにより、歯部８８２２の対応する突起部８８２４を各圧痕５０１４内の所定位置へと配置させる。その後、ユーザは、外側部８８２０を完全に解放することができ、除去が望まれるまでずっとレンチ８８００はスピンドル３７０４上に残留する。
所定量のトルクが来るまでトルクレンチ８８００の内側部８８１０および外側部８８２０が相互に回転接続できるようにするために、外側部８８１０にラチェットギア８８１２を設け、内側部８８２０にラチェット８８２６を設ける。所定量のトルクにおいてスリップするように、ギア８８１２の傾斜および内側範囲と、ラチェット８８２６の外側円周および歯サイズとを選択する。十分な弾性の材料を用いることで、２つの部分８８１０および８８２０が相互に滑るトルク値を高精度に設定することが可能になる。新規なトルクレンチ８８００を用いることにより、操作者は、導波管１５０２内のＴＡＧアセンブリ３０３間の接合部に適切な量の張力を高精度に付与することができ、また、導波管連結部５００４または導波管１５０２のいずれかの上のネジを損傷することもなくなる。トルクレンチのトルクに対抗するために、操作者は、トルクレンチ回転時において回転ホイールを保持しなくてはならない。この動作のため、例示的実施形態において、ロックアウトボタンをハンドル半分部と一体化させることができる。このロックアウトボタンは、操作者によって押圧され、押圧されると、回転防止ホイールを係合させ、これにより、シャフトアセンブリの自由回転を最小の付与力で停止させる。
ＴＡＧアセンブリ３０３は、外部から内部作動構成要素を保護してシールする、上側ハウジング部５０２０および下側ハウジング部５０３０によって構成されたハウジングを有している。図５０および図５３を参照されたい。ＴＡＧアセンブリ３０３は作動環境の滅菌野にあるので、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、上側ハウジング５０２０および下側ハウジング５０３０の間のシールは無菌でありかつ／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、操作者によって、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は振動子回転ロックを備えている。例えば、振動子回転ロックは、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振動子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。別の例示的実施形態において、トルクレンチがハンドルそのものにおいて採用される。この例示的実施形態は図示されていないが、図８７および図８８を参照すれば理解され得る。図８８から分かるように、１つの可能なトルク制限装置を、内側ラチェット部８８２６およびラチェットギア８８１２と共に構成する。このラチェット式アセンブリは、回転防止ホイール６５０２内に構築することができる。その一部を図８７中に示す。この回転防止ホイール６５０２は、内側ラジアル部および外側ラジアル部によって構成される。これら２つの部分は、相互に回転可能であり、そのうちいずれかを内側ラチェット部８８２６のうちの１つと共に形成することができ、他方をラチェットギア８８１２と共に形成することができる。このようにして、ユーザは、振動子の近位ノブを静止状態で保持することができ、スピンドル３７０４の回転を利用して、導波管および振動子を共に接続することができる。所望のトルクに到達した場合、内側ラチェット部８８２６およびラチェットギア８８１２はスリップして、これにより過度のトルクを回避する。前記導波管が正しい量のトルクによって前記振動子へと接続された後は、処置時におけるスピンドル回転は影響を受けない。なぜならば、スピンドル３７０４を回転させるために必要なポンド数は、トルクラチェット型機能に打ち勝つために必要なポンド数よりもずっと低いからである。
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および図５６に示す例示の「ダブテール」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。図５６において、ＴＡＧ保持装置５６０４が設けられる。ＴＡＧ保持装置５６０４は機械的フィーチャであり、ＴＡＧアセンブリ３０３自重によってハンドルアセンブリ３０２から滑り落ちないようにするためのものである。保持装置５６０４から固定接続部５０１２へと付与される摩擦により、少なくともＴＡＧアセンブリ３０３の重量よりも高い力に打ち勝つことなくＴＡＧアセンブリを使い捨て部から引き抜くことが困難になる。ＴＡＧ保持装置５６０４は、図６１〜図６４および図８６に示すような指型形状であってもよいし、あるいは、スライドレールと干渉する１つ以上のバンプであってもよい。これら２つの部分を分離させるために必要な力により、ＴＡＧアセンブリ３０３が交換または取り外し時に不慮に落下する事態が回避される。ハンドルアセンブリ３０２とＴＡＧアセンブリ３０３との間の接触領域を密閉することが可能であり、これにより、手術用流体がＴＡＧアセンブリ３０３と接触した場合に、ハンドルアセンブリ３０２およびＴＡＧアセンブリ３０３に起因して前記流体がＴＡＧ取付ドック４５０２内に侵入する事態が回避される。
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）、および、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。さらなる実施形態において、ＴＡＧアセンブリ３０３の振動子９０２は、発振器９０４から選択的に着脱することが可能であり、これにより、洗浄時におけるアクセスが向上する。このような実施形態において、振動子を発振器へ整合させる本発明によって提供される恩恵は、振動子の較正係数を発振器へと送るための通信システムと共に振動子を構成することにより、維持することができる。
図５１および図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５００５の外面上にユーザディスプレイシステム（例えばＲＧＢのＬＥＤ９０６）の例示的ディスプレイウィンドウを示している。上述のように、ＲＧＢのＬＥＤ９０６は、手術アセンブリ３００の状態およびモードを示す様々な信号をユーザに提供する。ユーザへと表示される多様な条件およびモードには、取付時におけるバッテリレベルが不適切である通知（すなわち、始動確認およびソフトウェア起動を行うための十分なエネルギーがバッテリ内に無いかまたは当該バッテリ自体が不良である通知）も含まれ得る。正の表示は、適切な始動を含み得る（すなわち、バッテリがＴＡＧへと接続された際に、バッテリ／ＴＡＧ通信によって通信された適切な電力があり、恐らくは利用可能なＴＡＧ寿命長さがある旨、または、システムが準備完了となっており、利用可能なように待機状態である旨）。低モードおよび高モード双方の起動が表示され得る。ＴＡＧについて、寿命切れまたは他のＴＡＧ関連故障が表示され得る。バッテリについて、バッテリの接続後またはバッテリ使用時において、低状態が表示され得る。前記表示による指示内容としては、例えば、バッテリの初回取付時において当該バッテリの残り充電量がわずかおよそ２０％である旨がある。バッテリ充電の終了または他のバッテリ故障も表示され得る。最後に、多様なシステム故障（例えば、一般的故障、バッテリまたはＴＡＧソフトウェアの非機能）が表示され得る。
図５３は、ハウジング５０20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内のプロセッサ（またはその任意の回路内に一体化されたもの）に電気的に接続されるメモリを有している。メモリは、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および／又は導波管アセンブリ３０４および／又はハウジングアセンブリ３０２および／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およ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、装置のいずれの周辺機器の使用回数をも格納することができる。例示説明の目的のためのみであるが、所定の回数の使用後、装置の部品の１つが、部品同士の間の許容差が限度を越えたものとして考慮され得るため、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、装置と組み合わせた部品の記録および各部品が経た使用回数を格納する。
場合によっては、ＴＡＧアセンブリ３０３がバッテリアセンブリ３０１から接続切断された場合においても、フィードバックをユーザへ提供することが望ましい場合がある（例えば、ＴＡＧアセンブリ３０３の「寿命切れ」または「信頼性の喪失」の場合）。このような表示により、ＴＡＧアセンブリ３０３の有効寿命が切れていて使用不可能となっているため当該ＴＡＧアセンブリ３０３を流通から外すべき旨が通知される。このような場合において通常よくあるように、その医師は、当該装置の適切な組み立てや、当該装置からＴＡＧアセンブリ３０３を取り外す担当者と異なる場合がある。よって、ＴＡＧアセンブリ３０３を持続的インジケータを含むように有用に構成することができ、このインジケータの電源をバッテリアセンブリ３０１と別個に設けるとよい。このインジケータは、「寿命切れ」終了警告を示した後、ＴＡＧアセンブリ３０３とバッテリアセンブリ３０１とが最も最近に（または最後に）接続された時期を示し、これにより、ＴＡＧアセンブリ３０３をすぐに廃棄すべき旨を通知する。これにより、これ以上この使用済ＴＡＧアセンブリ３０３を同一のまたは異なるバッテリアセンブリ３０１を接続してエネルギーが無駄になることを防ぐ。あるいは、その後の別のバッテリアセンブリ３０１への接続後すぐにインジケータによって警告を通知してもよく、これにより、装置起動前に当該アセンブリを廃棄できるようにする。いずれの実行においても、装置組み立ての担当者に向けて警告が保存される。ユーザへ寿命切れ通知を提供するための複数のスキームが考えられる（例えば、電力を不要とするかまたは電力を引き込む一次電池、スーパーコンデンサまたはディスプレイ）。例えば、スーパーコンデンサおよび超低電力ＬＥＤドライブを用いて、点滅インジケータを提供することができる。これらの回路による電力消費はマイクロアンペア範囲内であるため、これらの回路により、複数時間さらには複数日数にわたって信頼性のある通知を得ることが可能である。
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、および／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および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および変換器９０２がどのようにして電気的かつ物理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。接点５４０２および５４０４は、任意の様態でＴＡＧハウジングへ接続することが可能である。図示の例示的実施形態において、発振器基板とＴＡＧハウジングの一部との間の所定位置において、接点５４０２および５４０４が配置される。示されるように、前記ＴＡＧハウジングは、上側発振器ハウジング５４１０と、下側振動子ハウジング５４３０とによって規定される。発振器ハウジングは、上側ハウジング部５０２０と、下側ハウジング部５０３０とを有する。よって、接点５４０２および５４０４を取り付けるためには、接点５４０２および５４０４を下側ハウジング部５０３０内に配置した後、ｏリング（図示）または接着剤によって所定位置に密閉する。その後、発振器基板５４６０を接点５４０２および５４０４の上部上に配置し、電気接触のために接続させる。上側ハウジング部５０２０は、ＴＡＧアセンブリ上に配置されているため、発振器基板５４６０を所定位置に保持する機能を果たし、これにより接点５４０２および５４０４を動かないように捕獲する。上側ハウジング部５０２０上のこれらのフィーチャは、例えば、指部であり得る。これらの指部は、基板５４６０そのものに押圧されるか、または、発振器基板５４６０上のより大型の要素上に押圧される。さらに、圧縮材料を用いることで両者間に許容差を設け、これにより、基板移動に起動して接続部との断続的接触を発生する可能性が低減される。
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９０２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、この例示的実施形態では、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および接点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。接触リングと接点との間の摩擦軽減を支援する例示的実施形態において、これらのリングに、高研磨仕上げされた表面を設ける。また、接触をばね付勢によって行うため、接触ばね力が最小化され、これにより接触力が低下し、最終的に摩擦も低減する。平滑な表面および低ピン押圧力により、摩擦が最小に抑えられ、これにより、これら２つの回転部分間の摩耗が最小化される。上記とめっきプロセスとにより、噛み合い部分間の電気接続の中断が確実に無くなる。
振動子ハウジング５４３０はまた、近位ハウジング部５４３２および遠位ハウジング部５４３４の２つの部分によって構成される。図５０に見られるように、下側ハウジング部５０３０は、２つのハウジングリング５４１６および５４１８を有する。これらのハウジングリング５４１６および５４１８は、振動子ハウジング５４３０を発振器ハウジング５４１０へと回転可能な様態で固定する。近位ハウジングリング５４１８は、円形外側直径近位振動子部５４３２を放射方向に捕獲するだけである。振動子９０２を放射方向かつ長手方向に捕獲するのは、遠位ハウジングリング５４１６である。より詳細には、遠位ハウジングリング５４１６の近位側の近位ｏリング５４４０は、長手方向捕獲の一部を提供し、遠位ハウジングリング５４１６の遠位側の締結部５４４２は、長手方向捕獲の他の部分を提供する。締結部５４４２は、例えば、１つ以上のスナップリングであり得る。このような確実な長手方向捕獲により、発振器９０４と振動子９０２との間の電気接続を確実にするように、２つの振動子接触リング５４０６および５４０８が２つの接点５４０２および５４０４と長手方向に整列される。
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およ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。電圧が圧電結晶スタック１５０４に印加された時、シャフト５００２はハウジング５０２０および５０３０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、導波管１５０２（ここでは図示せず）にＴＡＧ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、機械的およ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と圧電結晶スタック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。この接続のピンは独自のものであり、図５４の左側にも図示される。ここで、単一の右側角度ピンがプラスチック発振器ハウジング５０３０内に一体成形され、これにより、コネクタ５０１０用のピンが一体成形される。同様に、これらのピンはそれぞれ、発振器筺体の内部内に上方に延びて、発振器回路基板５４６０との接続を提供する。回路基板接続は、半田によって達成することもできるし、あるいは、簡潔な様態で発振器基板５４６０に取り付けられたソケットを通じて達成することが可能である。このようにして、振動子９０２の電極（ポゴピン）５４０２および５４０４への接続を可能にするソケット組み合わせることにより、アセンブリプロセスが簡略化される。よって、発振器ハウジング５４１０の組み立ては、垂直ピンのアレイ上に発振器基板５４６０を配置した後にハウジング５４１０を密閉するだけの簡単なプロセスとなる。下側ハウジング部５０３０から上方に延びる突起部は、回路基板５４６０を横方向に支持し、上側ハウジング部５０２０に対して類似の突起部を提供する。これらの突起部の間において、発振器基板５４６０が完全に捕獲される。発振器９０４からの視覚出力は、上側ハウジング部５４１０内の半透明窓５４１０を通じて確認される。ＬＥＤを発振器９０４上に戦略的に配置することで、前記窓からの発光を可能にする。前記ＬＥＤと前記窓との間の空間により、より大きな領域上への光拡散が可能となり、前記窓に拡散材料を付加することにより、発光を均等にすることができる。例示的実施形態において、これらの窓は、上側ハウジング部５０２０の上側曲線状表面の周囲を包囲し、これにより、広範囲の視認角度および動作角度にわたって視認可能となる。
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およびＴＡＧへのハンドルアセンブリ電気コネクタ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、および、電気的接続の即時の取り外しおよび復帰は生じない。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。
ハンドル３０２の電気コネクタ５６０２を図８６および図１０８に最良に示す。ＴＡＧアセンブリ３０３がハンドル３０２へと機械的に接続されると、電気接続が得られる。ＴＡＧアセンブリ３０３の電気コネクタ５０１０を図５０および図５４に示す。ＴＡＧアセンブリ３０３の電気コネクタ５０１０に含まれる面取り矩形止まり穴内には導電性ピン５４７０が設けられ、これらの導電性ピン５４７０は、穴部の長手方向範囲に沿ってセンタリングされた穴部の下部から延びる。ハンドル３０２の電気コネクタ５６０２を図８６および図１０８に示す。ハンドル３０２の電気コネクタ５６０２は、導体レール８６３０と、軟性ガスケット８６３２と、硬質裏打ち部８６３４とを含む。硬質裏打ち部８６３４は、フレックス回路ハーネス３５１６の硬質部でもある。フレックス回路ハーネス３５１６は、マルチリードハンドル端子アセンブリ３５０２において、ハンドル３０２の電気コネクタ５６０２をフレックス回路基板３５１４へと電気的に接続させる。
先ず、ＴＡＧアセンブリ３０３の電気コネクタ５０１０と、軟性ガスケット８６３２とが接触する。さらなる連結によりガスケット８６３２が圧縮され、可撓ハーネス３５１６のより硬質な部分８６３４に対するこの圧縮力により、流体密封シールがコネクタ５０１０と可撓ハーネス３５１６との間に得られる。この接続は、コネクタレール８６３０を完全に包囲し、コネクタ５０１０と補強材８６３４との間のいかなる空間内への流体侵入をも回避する。導体レール８６３０内に挿入されたコネクタ５０１０のピン５４７０自体が埋め込まれることにより、発振器９０４との流体接触が回避される。この同一構成を用いて、ハンドル３０２と、バッテリ３０１のハウジングとの間にシールを形成する。
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および／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。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のはこの刃部分７３０４である。導波管アセンブリ３０４はまた、外側管７３０２および内側管（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。顎部材７３０８は、内側管７３０２、外側管７４０２、および刃部分７３０４と共にエンドエフェクタと称することができる。以下に説明するように、外側管７３０２およ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、顎部７３０８は旋回点７３１０上で旋回し、それによって、顎部７３０８を開閉する。閉じられると、顎部７３０８は、顎部７３０８および刃部分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が顎部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、顎部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を有する顎部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と顎部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部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、顎部７３０８又は内側管７４０２から分離している、すなわち、顎部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および顎部７３０８に対して移動するものの、内側管７４０２には接触せずに、顎部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部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、顎部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、顎部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。
顎部７３０８を潤滑させることにより、旋回制御タブ７４１１および７４１２と、外側管７３０２との間の摩擦およびボス７４０８と内側管７４０２との間の摩擦を低減することができる。このような潤滑により、円滑な作動が可能となり、噛み合い部分間の摩耗が低減する。また、潤滑により、旋回制御タブ７４１１および７４１２の近位側をより気密に取り付けることが可能となり、また、外側管７３０２のプロファイリングをより高精度に行うことも可能となり、その結果、顎部７３０８上のバックラッシュが低減する。局所的に付加された潤滑剤の高速変位を防ぐために、潤滑剤の１つの例示的実施形態として、ＰＴＦＥ潤滑剤の乾燥がある。顎部の上面上にこのように潤滑剤を露出させることにより、トロカールを通じた装置挿入がさらに支援される。図示の例示的実施形態において、旋回制御タブ７４１１および７４１２が２つのアームとして図示されており、導波管１５０２にまたがっている。しかし、単一のアームによって導波管１５０２を包囲し、このアームが下部中心線上の外側管７３０２と相互作用する場合においても、同じ機能を達成することが可能である。どちらの場合においても、制御タブの下部（単数または複数）７４１１（７４１２）は、最大シャフト直径と整合するように円形状になっており、トロカール内へ挿入可能であり、また鋭角縁部の存在を低減させる。
図７３を再び簡潔に参照すると、導波管アセンブリ３０４の端面立面図は、顎部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の断片的な断面側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が顎部７３０８に向かって移動すると、開口部７３１２もまた顎部７３０８に対して移動する。反対に、外側管７３０２が顎部７３０８から離れて移動すると、開口部７３１２もまた反対方向に顎部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周りに顎部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、顎部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、顎部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、顎部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。顎部７３０８のこの閉じ位置は図７９に示されている。導波管アセンブリ３０４の例示的実施形態の構成が有利であるのは、リベット打ちまたは溶接を用いずに組み立てを行うことが可能であるからである。すなわち、全部品が機械的に捕獲される（例えば、旋回制御タブ７４１１および７４１２が開口部７３１１内に嵌まることにより、リベット打ちまたは溶接を用いずに導波管を機械的にロックすることができる）。この組み立て手順について、さらに以下に詳述する。
図８０は、閉じ位置にある顎部７３０８の遠位端の別の図を提供し、顎部７３０８は導波管１５０２の刃部分７３０４と接触して配置されている。エンドエフェクタは、顎部材７３０８の内部と、刃部７３０４の対向表面との間の組織を捕獲する。このような様態で組織を捕獲することにより、導波管１５０２とのしっかりとした接点において前記組織を有利に配置することができる。よって、導波管１５０２が超音波により動くと、前記導波管の動きが直接前記組織へと伝達され、その結果、切断、焼灼またはこれら両方が行われる。導波管１５０２の刃部７３０４の撓みを発生させる干渉を、エンドエフェクタにおいて発生したクランプ力下において発生させると有用であることが分かっている。導波管１５０２の撓みは、遠位シール（すなわち、連結スプール８１０４）の屈曲力および圧縮力が組み合わさって発生する。本発明の遠位シールの構成によりエラストマー支持部の厚さは最小化されるものの、導波管１５０２の撓みは大幅なものであり得る。刃部７３０４とエンドエフェクタ顎部７３０８のライナー７３１４との間の初期接触が平行である場合、導波管１５０２の屈折と共に、顎部７３０８の根元において空間が発生するであろう。そのため、本発明において、顎部７３０８の根元において力を付加するように初期接触を構成し、フルクランプ力の付加時に刃部７３０４と平行になるようにする。図８０は、切断刃７３０４の切断プロファイルの例示的実施形態を示す。所望の組織または血管の切断および焼灼／密閉（クランプ力、変位、および周波数を除く）を達成するために、切断刃７３０４は、刃部７３０４のプロファイルと顎部７３０８のライナー７３１４との間において、高応力集中部および低応力集中部の複合物を含む。所望の血管密閉を達成するために、血管の上部および下部を相互接続するためのシームを前記血管に設ける必要がある。前記シームの中央を切断する必要があり、また、密閉のためおよび焦げの回避のために逃げ量を設けることで、組織の流動できるようにすることが望まれる。図８０に示すプロファイルにより、双方の所望の特性が得られる。第１に、この刃プロファイルにより、狭くかつ比較的平坦なスパイン部８００２が得られ、これにより、クランプ力からの圧力が一定レベルにおいて局所的シームへと集中する。この一定レベルにより、組織が一時的に留まることが可能になり、これにより、凝固および最終的切断が可能となる。この滞留時間（すなわち、密閉プロセス）において、曲線状側プロファイル８００４を切断部から遠位方向に設けることにより、隣接組織を変位させる。刃部７３０４の上部および下部上の高応力シームを用いることで、切開（すなわち、後方切れ目入れ）が支援される。組織または血管の切断／密閉時において、組織／血管の完全性を追跡すると有用であり得る。本発明においては、金属導波管１５０２を２極電気回路の１極として用いて、特性（例えば、導波管１５０２の刃部７３０４における組織のインピーダンスおよび／またはキャパシタンス）を測定する。導電性材料の導波管１５０２は、既にＴＡＧへと電気的に接続されている。この接続により、２極測定回路のうち第１のものが形成される。反対側の極は、顎部７３０８内のライナー７３１４の一部である。例示的実施形態において、ハンドル３０２内の別個の導電性リードまたは他の導電性要素により、ライナー７３１４がＴＡＧへと接続される。
外側管７３０２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の節に設けられる。言い替えれば、コルセット７４０４は、導波管１５０２が共振周波数において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の小径部および外側管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悪影響を及ぼさない。図７４および図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および内側管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および図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の縦方向範囲に沿ってシール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に対して並進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および図７７に示すように、外側管７３０２の内面および内側管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。それにも関わらず、外側管７３０２が並進すると、外側管７３０２、内側管７４０２およびシール７４０６の間の隙間のない嵌合が、シール７４０６をサドル７４２６内で移動（例えば、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。この並進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およびシール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およびサドル７４２６の外面との間の水密接続である。図８１は、連結スプールまたは密閉スプール８１０４の断面も示す。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。上述のように、コルセット７４０４は、導波管１５０２の超音波運動節に配置されているかまたは超音波運動節のほぼ近くに配置されている。従って、連結スプール８１０４も、導波管１５０２の節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ようにに導波管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８１０４のバーベル端は比較的厚い断面となってりうため、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。非金属材料（例を非限定的に挙げると、Ｕｌｔｅｍ、ＰＴＦＥ、Ｒｕｌｏｎおよび黒鉛充填材料）を剛性連結スプール８１０４として用いることができる。連結スプール８１０４は剛性であるため、非金属導波管による支持および密封を提供しつつ、導波管１５０２が顎部７３０８に対してたわむ量を限定することができる。このようなクランプ力下において、導波管１５０２の撓みを考慮して干渉を設計することが重要である。導波管１５０２の撓みは、遠位シール（７４０４および７４０６）の屈曲力および圧縮力が組み合わさって発生する。この遠位シール構成により、エラストマー支持の厚みは最小化されるが、導波管１５０２の撓みは実質的なままである。導波管１５０２と顎部ライナー７３１４との間の初期接触が平行であった場合、導波管１５０２が屈曲し、顎部７３０８の根元において空間が発生する。よって、このクランプアセンブリにより、顎部７３０８の根元に力を付加した後にフルクランプ力の付加時において導波管１５０２と平行になる初期接触が構成される。上記の硬質材料を連結スプール８１０４中に設けることにより、並列の撓みおよび変動が最小化される。図８１中、導波管１５０２を包囲する内側スリーブ７６１０も図示される。以下に詳述するように、スリーブ７６１０により、導波管１５０２と内側管７４０２との間の金属間接触の回避が支援される。
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および導波管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を有するライナー７３１４を有している。このライナー７３１４は、組織を把持する向上した能力を顎部材７３０８に提供する。このライナーは、非金属の高温潤滑性材料（例を非限定的に挙げると、ＶＥＳＰＥＬ（登録商標）、ＲＵＬＯＮ（登録商標）、変性ＰＴＦＥ、およびこれらにガラス充填および黒鉛充填したもの）によって構成され得る。ライナー７３１４の例示の実施形態は、図８４の（ライナー７３１４の最遠位端からの）斜視図および図８５の（ライナー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、ライナー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および第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、および、顎部材７３０８にライナー７３１４を固定する上側フランジ８４０６を有している。この中央平滑路８４０４は、溝部１００１４も含み得る。この溝部１００１４は、近位端から始まり、例えば図１００に示すように遠位方向に延びる。この溝部は、ライナー７３１４と導波管１５０２との間の整列フィーチャとして機能し、その結果、前記装置の使用時における組織上への効果の均等化が支援される。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ライナー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、ライナー７３１４がほぼ動きがないように顎部材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、ライナー７３１４が顎部７３０８内で全面的に遠位に配置された時に、（ライナー７３１４に向かって）下向きにライナー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、ライナー７３１４の背面８５０４および／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、ライナー７３１４が顎部７３０８から出ることが防止される。この単一の保持タブの代わりに、チャンネル７３１８のいずれかの側部上の２つのより小型のタブを用いることが可能である。これらのタブは、ライナー７３１４の下側または上面において下方に屈曲される。あるいは、単一の手術処置を通じてライナー７３１４を捕獲および保持する機能により、顎部７３０８の遠位端部から顎部ライナー７３１４を付勢することも可能である。このような構成の例示的実施形態を図１００中に示す。より詳細には、顎部７３０８は、遠位進入経路またはチャンネル１０００２と共に形成される。遠位進入経路またはチャンネル１０００２内において、遠位付勢ライナー１００１０が付勢される。ライナー１００１０をチャンネル１０００２内に固定するために、前記チャンネルによって規定されたオリフィス１０００４は、ライナー１００１０の戻り止め１００１２を内部において捕獲し取り外し可能に保持するような形状である。これらの対向するフィーチャは、ライナー１００１０を顎部７３０８内に取り外し可能に固定できる任意の均等な様態において、逆向きにすることまたは変更が可能である。ライナー１００１０を容易に交換することが可能であるため、前記装置の再処理可能性のためにこの高摩耗部分を容易に変更できるため、ハンドルおよび／または導波管アセンブリを再処理できる可能性が出てくる。
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、ライナー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および図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。ライナー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、ライナー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はライナー７３１４の下面８４０８を完全に横切って延びていないことが図８４および図８５で分かる。代わりに、図８４および図８５の実施形態では、第１列の歯７３１６ａおよび第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。ライナー７３１４は顎部７３０８の長さ全体にわたって（根元から先端まで）走っているため、導波管１５０２の処置部（すなわち、刃部７３０４）の長さ全体における接触に対して均等な圧力が付加される。
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。上述のように、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、振動子シャフト５００２が配列し、それによって、ねじ山８６０４およ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および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トルクアダプタ８６０２である。トルクアダプタ８６０２および導波管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、トルクアダプタ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が、トルクアダプタ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。トルクアダプタ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および外側管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および外側管７３０２の両方によって共有される。内側管７４０２の近位端はトルクアダプタ８６０２を越えて延びていない。トルクアダプタ８６０２および内側管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、トルクアダプタ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、トルクアダプタ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。トルクアダプタ８６０２がこのような名称になっているのは、トルクレンチ８８００を用いて振動子ホーン５００２の導波管連結部５００４を導波管１５０２へと接続する際に回転運動に抵抗するための構造がトルクアダプタ８６０２によって得られるからである。上述のように、トルクレンチ８８００を用いて振動子９０２のスピンドル３７０４を回転させる際に、導波管１５０２の回転を回避する必要がある。
適切な保持力を得るために、導波管１５０２を回転的に適合させる必要がある。しかし、回転的に適合された導波管フィーチャの場合、適合フィーチャが導波管１５０２の節に配置されていない場合、導波管１５０２に沿った他の支持物と同様、振動が伝達されるという欠陥を免れない。図８６および図８７に示すように、例えば、トルク伝達のための適合フィーチャは、最近位節（すなわち、刃から最も遠くかつネジに最も近い節）に配置される。本発明の例示的実施形態のトルク伝達フィーチャは、ラジアルパターン状の複数のスプラインまたは歯８７０２であり、導波管１５０２の周囲において対称に配置される。各スプライン８７０２は、導波管１５０２の中央長手方向軸８７０６から放射方向に延びる。
トルクアダプタ８６０２は複数の内部キー溝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、トルクアダプタ８６０２は導波管１５０２上の示された縦方向位置に固定されてある。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節に配置されている。キー溝８７０４およびスプライン８７０２の間のこの配列および固定係合は、キー溝８７０４およびスプライン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、トルクアダプタ８６０２も回転しなければならない。
スプライン８７０２はそれぞれ、導波管１５０２の平均直径を越えて突出する。これらのスプライン８７０２は矩形列であり得るが、これに限定されない。すなわち、スプライン８７０２に角度付き面を設けてもよい。スプライン８７０２の１つの例示的実施形態は、錐台矩形ピラミッド形状を全体的に有するが、上面の２つの側縁部に傾斜がついており、上面の遠位縁部および近位縁部が四角形になっている。最大スプライン外側直径を導波管材料の最大直径内において保持できるようになっており、これにより、最低コストのストック材料の使用が可能になる。導波管１５０２上のトルク伝達スプライン８７０２は、対応する形状の雌キー溝８７０４により、トルクアダプタ８６０２と噛み合う。トルクアダプタ８６０２の組立を行うには、トルクアダプタ８６０２を導波管内に押圧し、キー溝８７０４を止まり穴として提供する（ここでは、図８７のトルクアダプタの不図示の縁部上）ことにより、最後にスプライン８７０２のトルク伝達面によって長手方向に同心に制約される。トルクアダプタ８６０２を導波管１５０２に対して回転方向にアラインしかつボス８６１６をスピンドル３７０４のポケット９５０４の内部（例えば、図９５を参照）内に常に配置しておくために、例示的実施形態において、スプライン８７０２のうちいくつかを選択的に除去することで、正しい要素方向付け（すなわち、対称でありかつ０度または１８０度のみにおいて鍵付け可能な方向）が１方向のみにおいて可能になる。よって、振動子９０２を導波管１５０２へと接続する際、スピンドル３７０４が（例えば、ユーザの手によって）接地され、トルクがトルクレンチ８８００によってスピナー３７０４上に生成される。ボス８６１６が付勢され、トルクが導波管１５０２のネジ８６０４へと伝達される。トルクアダプタ８６０２の全体的形状および質量は、トルクアダプタ８６０２を通じた導波管１５０２とスピンドル３７０４との音響結合を低減するように、調整される。スピンドル３７０４およびトルクアダプタ８６０２の材料は、任意の音響エネルギー結合をさらに離隔するように、異なる材料が選択される。例えば、トルク伝達強度を可能にしつつ音響エネルギーインピーダンスを最良にするために、高温のガラス充填ポリマーＲａｄｅｌ（２０％ガラス充填ポリフェニルサルホンＰＰＳＵ）を選択することができる。低摩擦材料（例えば、ナイロンまたはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を充填したポリマーも、音響伝達の最小化において有利である。加えて、エラストマー材料をトルク伝達面においてスピンドル３７０４にインサート成形することもでき、これにより、音響エネルギーがさらに離隔できる。
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、トルクアダプタ８６０２および導波管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。
図９５に示すように、スピンドル３７０４の内部において、楕円形ボス９５０２が設けられる。これらのボス９５０２は、管の内側７４０２および外側７３０２双方と係合し、これにより、内側管７４０２のみが長手方向変位を持ちつつ、管７３０２および７４０２が回転方向に共にロックされる。ボス９５０２により管７３０２および７４０２がロックされる領域の詳細を図９３に示す。図９３および図９５双方を参照して、ボス９５０２の突起部は、（内側スリーブ７６１０と接触するかまたはスリーブ７６１０を導波管１５０２内に押圧するために）内側管７４０２の開口部を通過するが内側管７４０２は貫通しないように構成されることが分かる。これと同時に、ボス９５０２の形状は、内側管７４０２の長手方向変位を回避しつつ顎部７３０８の並進のための外側管７３０２の長手方向の（近位から遠位）の移動を可能にするような十分な長手方向長さを有する形状にされる。このような複雑なロック機能と、トルクアダプタ８６０２と係合するスピンドル３７０４の近位端上のポケット９５０４とを併用することにより、管７３０２および７４０２ならびに導波管１５０２が相互にロックされる。例示的実施形態において、トルクアダプタポケット９５０４の圧壊機能９５０６により、組み立て時においてトルクアダプタ８６０２にセンタリングのための力が付加される。また、ポケット９５０４内のボス９５０８により導波管１５０２が捕獲され、導波管１５０２が近位方向に引き抜かれるのを回避する。よって、スピンドル３７０４の組み立ては、２つの両性スピンドル半分部を共に押圧することにより、行われる。押圧後、噛み合っている回転面（すなわち、導波管回転スピンドル３７０４の中間環状溝部４６１０の外部と、ハンドル半分部４５０３および４６０３の環状ボス４６０５）の間の摩擦を最小にすることが望ましい。図９５および図９９に示すように、溝部４６１０の外側縁部を面取りして近位サイズ上のキャステレーションおよびスピンドル３７０４の遠位側上の指部溝部およびをセットバックしかつこれらの接触面を溝部４６１０の中心において隆起させることにより、噛み合っている回転面の接触領域が最小にされる。同様に、ボス４６０５の外面もその中心において隆起される。
図７３、図７４および図７８そして特に図８４から理解されるように、下側表面８４０３（近位クランプ面８４０５を含む）は平坦であり、導波管１５０２の刃部７３０４の上面に対して平行である。すなわち、顎部７３０８が介在材料無しでクランプされた場合、図７９および図８０に示すように、クランプ面８４０５は先ずその近位端において刃部７３０４と接触する。そのため、導波管１５０２が超音波作動した場合、刃部７３０４により、少なくとも図８９に示すように２つの部分が平行である点までライナー７３１４に切り込むことが可能になる。しかし、顎部制御装置の例示的構成において、顎部７３０８を導波管１５０２と平行位置を超えて旋回させることが可能である。そのため、刃部７３０４によってライナー７３１４全体を切断することが可能となる。このような場合、金属刃部７３０４が金属顎部７３０８に対して振動する。このような状態になると、いずれかの部分または双方の部分が短時間で崩壊するため、このような状態は回避すべきである。
本発明によるシステムの例示的実施形態は、オーバーストローク回避装置９００２および外側チューブストップ９０１２を設けることにより、この問題を解決する。前記オーバーストローク回避装置は、ボビン９００４、ナット９００６、オーバーストロークばね９００８、および遠位スライダー９０１０を含む。ボビン９００４は、外側管７３０２に長手方向に固定され、外側管７３０２が内側管７４０２および導波管１５０２に対して移動するのと共に外側管７３０２と共に移動する。内側管７４０２および導波管１５０２のうち後者は、上述のようにハンドルアセンブリ３０２に対して所定位置において長手方向において固定される。ボビン９００４の取付機構の例示的実施形態を例えば図８６に示す。同図において、２つの対向する窓８６１４および８６１８が、外側管８６０８の近位端に存在する。ボビン９００４においては、遠位端にマッシュルーム形状の頭部９６０２が設けられ、近位端においてネジ部９６０４が設けられ、ナット９００６を受け入れる。これを例えば図９６および図９７に示す。ナット９００６およびボビン９００４は、ナットを硬質停止部９７０２に締結できるように構成される。硬質停止部９７０２は、一貫するばね９００８と協働して、一貫したクランプ力を装置間において提供する。ばね９００８は低率になっており、これにより、組織厚さが変動しても、類似のクランプ力が得られる。低率によりより平坦な力プロファイルが得られ、これにより、プロファイル上のばね位置に関係無く、ユーザは、最大限に所望の力を得られる。図９７に示すように、マッシュルーム形状の頭部９６０２は、本例においては対向する２つの窓を通じて、長手方向に外側管７３０２に接続する。スライダー９０１０は、ナット９００６とボビン９００４の遠位頭部との間において、ボビン９００４の本体の外面上において長手方向にスライドすることができる。そのため、オーバーストロークばね９００８を可動スライダー９０１０と静止ナット９００６との間に配置することにより、スライダー９０１０の任意の運動に起因してばね９００８の圧縮力が発生する。また、導波管１５０２ならびに管７３０２および７４０２の組み立て時において、外側管７３０２の近位端へと延びる細長チャンネル８６１０および８６１２に起因して、外側管７３０２の近位部が圧縮し得る。外側管７３０２の圧縮近位端は、ボビン９００４の遠位開口部９６０６内に適合することができ、このような適合により、ロックアウト指部９７０６を（放射方向に外側に）分離させる力が発生する。全体挿入後、外側管７３０２は通常のフル直径へと戻る。この時点において、ボビン９００４の固定ス９５０２は、外側管７３０２内の遠位窓８６２０と係合する。同時に、ロックアウト指部９７０６ばねが外側管７３０２の近位端において対向するチャンネル８６１０および８６１２に内側方向に進入するのと共に、ボビン９００４の内面から延びる２つの剛性ボス９６０８は、外側管７３０２の近位端において２つの対向する窓８６１４および８６１８と係合する。このようなロックアウト指部９７０６の内側への移動により、外側管７３０２のさらなる圧縮力が回避され、これにより、ボビン９００４が外側管７３０２上へとロックされる。
ヨーク９０１４は、図９０〜図９２に示すようにスライダー９０１０をトリガ４６０６へと接続させる。一連の図９０〜図９２は、トリガ４６０６が押圧されて顎部７３０８を閉鎖する際に、ヨーク９０１４、スライダー９０１０、ばね９００８、ボビン９００４および外側管７３０２が移動する様態を示す。ヨーク９０１４がボビン９００４とのインターフェースを取る位置は回転インターフェースであるため、この位置においては、スピンドル３７０４の回転を妨げないように摩擦力を最小にすることが望ましい。このような摩擦の最小化は、ヨーク９０１４上にバンプ９８０２を設けることにより、達成される。これらのバンプ９８０２により、ｃボビン／スライダーインターフェースに対する接触領域が大幅に低減して点接触になる。図９０に示すトリガ状態において、トリガ４６０６は非作動であり、顎部７３０８は、開口した定常状態位置にある（例えば、図７３を参照）。図９１に示すトリガ状態において、トリガ４６０６は部分的作動状態であり、顎部７３０８は閉口位置にある（例えば、図７９に示す）。この位置において、ヨーク９０１４によりスライダー９０１０が近位方向に移動し、これによりばね９００８を部分的に圧縮させ、これにより、近位方向の力がナット９００６へ付与される。前記ナットが長手方向にボビン９００４に固定され、ボビン９００４が長手方向に外側管７３０２へと固定されると、トリガ運動に起因して、顎部７３０８が閉鎖される。
この時点において、顎部７３０８のさらなる閉鎖（導波管に向かう回転）が所望されなくなる。外側管７３０２のさらなる運動を発生させる力を回避するために、図９３中に最良に示すように、外側チューブストップ９０１２を内側管７４０２の外面上に配置する。このような構成においては、外側管７３０２をさらに近位方向に移動させるためには、内側管７４０２の対応する運動が必要になる。
しかし、顎部７３０８および刃部７３０４を用いて、両者間の組織が切断される。すなわち、顎部７３０８がクランプおよび閉鎖状態である場合、顎部７３０８またはライナー７３１４そのものによってクランプされた組織から刃部７３０へと伝達された負荷に起因して、密閉スプール８１０４の圧縮および刃部７３０４の片持ち梁の屈曲の関数として、刃部７３０４が屈曲する。刃部７３０４が屈曲すると、刃部７３０４の超音波運動特性が変化する。そのため、刃部７３０４の屈曲をできるだけ回避することが望ましい。
トリガ４６０６が閉鎖されている場合、ばね９００８は圧縮される。顎部７３０８と刃部７３０４との間に何もクランプされていない時の例示的なノミナル力ばね負荷は、およそ２４ポンドである。この負荷は、ばね率と共に増加する。なぜならば、顎部７３０８が組織によって完全にピン支持されている場合、顎部内の組織厚さが最大（この例示的実施形態においておよそ２８ポンド）となるからである。クランプされた場合、ライナー７３１４から刃部７３０４内へと伝達された負荷に起因して、遠位密閉スプール８１０４の屈曲およびプローブの片持ち梁の屈曲の関数として、導波管が屈曲する。遠位密閉スプール８１０４の圧縮力により、圧縮力の開始時において、力対撓み曲線が非線形になる。しかし、負荷が１０ポンドを超えると、前記曲線は直線状になる。図９４に示す曲線は、導波管刃部７３０４の撓みを入力の関数として示す。顎部７３０８が完全にクランプされかつ組織を把持していない場合、ばねを通じた負荷入力は、ライナー７３１４の刃部７３０４へのクランプおよび外側チューブストップ９０１２内へのクランプに付加される。最大負荷に耐えることが可能な強度で停止部９０１２が取り付けられる（例えば、溶接される）。前記停止部の配置は、既に組み立てられたシステム内において行われる。前記停止部の調整は、全公差を占有しかつプローブが適切に屈曲するように測定力をシステムに付加した状態で前記停止部を配置することにより、行われる。グラフから分かるように、１０ポンドの力において前記刃が屈曲し、負荷がおよそ１６ポンドになるまで屈曲し続ける。この時点において、外側管７３０２は停止部９０１２と接触する。ばね９００８における負荷の増加と共に、停止部９０１２は、外側管７３０２のさらなる運動に抵抗し始める。その後さらに負荷が増加した場合、前記負荷は全て停止部９０１２によって支持され、屈曲している刃部７３０４へはこれ以上の負荷はかからない。ばね９００８上の力がおよそ２２ポンドに到達した後は、負荷がさらに増加しても、刃部７３０４はこれ以上撓まない。しかし、一方、図９４のグラフの直線によって示すように、停止部９０１２が無いと刃部７３０４への負荷伝達は線形に継続し、プローブの撓みも同様である。この外側チューブストップは、複数の構成において達成することが可能である。図示の例示的実施形態において、シャフトアセンブリの近位端上に固定停止部９０１２が配置される。この同一の効果は、遠位端において達成される。例えば、外側管７３０２または内側管７４０２の端部上の図示されないタブを所定位置に屈曲させ、顎部７３０８のさらなる運動を停止させる停止部として機能させる。同様に、顎部７３０８上の図示されないタブは、この管セットと干渉するように屈曲された管７３０２および７４０２のいずれかまたは双方に対向し得る。前記タブにより、顎部を水平方向に移動させかつ組み立て後の顎部の水平運動を回避するような組み立てが可能になる。また、屈曲タブとは対照的に、溶接またはパンチを用いて、停止部として機能するフィーチャを形成することが可能である。さらに、より簡潔な停止フィーチャをハンドルのプラスチック内に用いることが可能である。
本発明が処置において用いられると、ライナー７３１４が摩耗し得る。すなわち、顎部７３０８は、刃部７３０４に向かって自由に旋回する。そのため、この摩耗により、外側管７３０２が近位方向に並進することが可能となる。しかし、停止部９０１２を所定位置に配置した場合、このような運動は回避され、顎部７３０８の外側管７３０２に対する位置が迅速に制限される（すなわち、顎部７３０８は、刃部７３０４に近位方向において旋回することができなくなる）。しかし、刃部７３０４は既に顎部７３０８から遠位方向に屈曲されているため、ライナー７３１４の摩耗と共に、刃部７３０４の顎部からの自由移動が制限される。これが発生すると、撓みを維持するために必要な刃撓みおよび力の量が低下する。このような力の低下に起因して、ライナー７３１４内における摩擦および熱発生が低下し、ライナー７３１４の寿命が長くなる。本発明により、刃部７３０４の最大撓み量は、．０３０”〜．０３５”である。ライナー７３１４の利用可能な厚さも同様にされる。よって、組織が無い状態での使用（すなわち、顎部が空の状態）が頻繁に長引いた酷使状態において、ライナー７３１４の摩耗に起因して金属顎部が刃部７３０４と接触し得るが、このような摩耗の後、両者間の力は最小になるかまたは存在しなくなる。
本明細書中に既述したように、導波管１５０２は、トルクアダプタ８６０２において（導波管１５０２の近位領域において）ハンドル部３０２中に機械的に固定され、ハンドル部３０２および導波管アセンブリ３０４内において同心に回転方向かつ長手方向に固定される。Ｂまた、導波管１５０２は、遠位シールとして機能する連結スプール８１０４により、導波管１５０２の遠位領域において同心状に固定される。切断および／または密閉時において導波管１５０２の刃が負荷下に配置された場合、この比較的長い導波管梁は（例示的実施形態においてチタンで構成されているが）屈曲し、内側管７４０２と接触し得、このような場合、導波管１０５２に沿った音響的活性点においてこのような接触が発生する。導波管１５０２がこのように屈曲され活性である場合、金属間接触が発生する。このような接触に起因して、可聴高周波数音（例えば、キーッという音）が発生し、この接点において発生した熱に起因して大きな電力損失が発生する。このような接触は回避すべきである。そのため、本発明は、導波管１５０２における導波管バンプ５７１０の形態をした接触支持部を提供する。より詳細には、導波管１５０２に沿った多様な位置において、このような接触支持部を提供する。
アクティブ導波管１５０２の長さに沿った接点／支持部の理想的位置は、節位置である。節位置は、高応力点であり、導波管１５０２中の振動子９０２によって発生した定常音響波に沿った変位は無い。節長さは、無限に短い部分であり、定在波の共振周波数のドリフトに起因するノミナル（すなわち、自然の）位置の周囲における変位である。これらのバンプ５７１０は、導波管１５０２のより大きな直径部分であり、導波管アセンブリ３０４内の最内側管までずっと実質的に延びる。これらの節は、定在波の共振周波数ドリフトに起因してノートポイント周囲において長手方向に変位するため、各バンプ５７１０は、ノミナル／自然節位置の周囲においてセンタリングされ、節位置の任意の変位を包含する長手方向長さを有する。導波管１５０２の外直径に対してバンプ５７１０の直径が大きくなると、別の有利なフィーチャが得られる。導波管内における超音波振動について理解されるように、直径の増加に起因して、導波管変位が低減する（これを、アンチゲインおよび節位置の低活性化の工程と呼ぶ）。そのため、バンプ５７１０がかつての接触先へ振動を伝達した場合、前記振動の振幅は、導波管１５０２の残りのより幅狭部に対して低減する。バンプ５７１０の数は、選択的に選択され、例えば図５７中に示す本発明の例示的実施形態において導波管１５０２に沿った節位置数と等しくならないようにされる。図５７において、４つのバンプ５７１０が存在している。製造を容易にしかつ上記した不利な接触を回避するために、最小数のバンプ５７１０を選択する。
節位置はバンプ５７１０において低活性となっているが、上記の金属間接触がそれでも問題となり得る。そのため、このような接触をさらに回避するために、本発明は、内側管７４０２内の導波管１５０２の部分を包含する内側スリーブ７６１０を提供する。スリーブ７６１０は、低摩擦係数の高温材料（例えば、Ｔｅｆｌｏｎ、ＰＴＦＥ、ＨＤＰＥ、ポリエチレン）によって構成される。図８１および図９９にそれぞれ示すように、スリーブ７６１０は、導波管１０５２の周囲において自然に同心に固定され、スリーブ７６１０の近位端におけるトルクアダプタ８６０２およびスリーブ７６１０の遠位端における密閉スプール８１０４による長手方向移動に対向するように機械的に固定される。スリーブ７６１０の内径は、バンプ５７１０における導波管１５０２のみと接触するように、選択される。スリーブ５７１０の外径は、内側管７４０２の内径と接触可能であるが、若干より小型にされ得る。スリーブ７６１０の別の構成においては、密閉スプール８１０４およびスリーブ７６１０が一体に設けられる。これらの要素は材料を共用することができ、これにより、部品数低減およびより簡潔な組み立てという恩恵が同時に得られる。この例示的実施形態において、一体形成された遠位スプール８１０４およびスリーブ７６１０は、内側管７４０２上のコルセットによって拘束される。
組み立て状態において、導波管１５０２、スリーブ７６１０、内側管７４０２および外側管７３０２の断面直径は、例えばＥＴＯ滅菌のための空隙が得られるように構成される。バンプ５７１０に沿って空隙を設けることにより、導波管１５０２からスリーブ７６１０に伝わり得る音エネルギー量も低減する。さらに、スリーブ構成材料（例えば、Ｔｅｆｌｏｎ、ＰＴＦＥ）は低摩擦係数であるため、内側管７３０２または外側管７４０２に今まで付与された音エネルギーが実質的に存在しなくなる。単一の平滑な管状スリーブ７６１０に対する別の実施形態として、より複雑なスリーブを設けることができる。このスリーブにより、バンプ５７１０を導波管１５０２上に設ける必要性が全く無くなる。例えば、スリーブ７６１０は、長手方向に延びる部分（例えば、トルクアダプタ８６０２と密閉スプール８１０４との間の導波管１５０２を包囲する２つのクラムシェル状半分部）を有し得る。各半分部は、内側方向に突出するボスと、外側方向に突出するボスとを持ち得る。前記外側方向に突出するボスは、半分部の２つの外面を部分的に包囲することで、各外側支持点において空間を形成する。これらの空間により、ＥＴＯ滅菌ガスが遠位端からずっと移動して内側管７４０２に隣接する外面上のスリーブの近位部まで移動することが可能となる。前記外側方向に突出するボスは、スタガー状に配置され得る。一方前記内側方向に突出するボスは、節のみにおいて導波管１５０２と接触するように構成される。バンプ５７１０の長手方向長さは十分に長く、前記内側方向に突出するボスはより短い長手方向長さを持ち得、前記半分部の全体的長手方向長さは、トルクアダプタ８６０２からずっと延びて密閉スプール８１０４へ到達し得、所望ならば、１つを密閉スプール８１０４と一体化させることが可能である。このようにして、導波管節上に配置された内側方向に突出するボスにより、スリーブが長手方向において静止状態となる。別の構成において、スリーブを内側方向に突出するボスおよび外側方向に突出するボス双方と共にブロー成型部とすることができ、さらに別の構成において、密閉スプール８１０４は、このスリーブと共に一体的にブロー成型される。
全ての従来技術節支持部は、数が１つよりも多く、１００％接触（押圧、接合、成型）により各導波管の外径に固定される。そのため、音エネルギーが常にこのような支持部に伝わり、その結果、固有の電力取り込みが高くなり、組み立て複雑性および製造コストも高くなる。これとは対照的に、本発明のバンプ５７１０およびスリーブ７６１０による導波管支持部は、簡潔でありかつコスト効率が高い。すなわち、これらのスリーブによる拘束およびワンピース構成により、組み立てがずっと簡単かつ高コスト効率となる。また、これらのバンプフィーチャは、導波管１５０２の平均直径とそれほど異ならず、また導波管１０５２の最大直径よりも小さいため、追加の作製も問題とならない。
導波管アセンブリ３０４の構造について、図１００〜図１０５を参照して説明する。先ず、ライナー顎部７３０８および１００１０を顎部７３０８に挿入および固定する（例えば、図１００および図１０１を参照されたい）。内側管７４０２の形状は、外側管７３０２の遠位端を越えて十分に離隔方向に延在するような形状になっており、これにより、図１０１〜図１０２の進行と共に、クレビスアーム７４１８および７４２０の（矢印Ａによって示すような）可撓性開口が、顎部の対向するボス７４０８の（矢印Ｂ）を内部に受け入れることが可能になる。顎部７３０８が内側管７４０２内に組み立てられると、図１３に示すように、顎部７３０８は管７３０２および７４０２の中心線の下側において旋回し、内側管７４０２は外側管７４０２内にスライドする。その結果、顎部７３０８の旋回制御タブ７４１１および７４１２は、外側管７３０２内の位置へと進入する。前記顎部は、図１０４に示すように、管７３０２および７４０２の中心線の上方において旋回して開口し、旋回制御タブ７４１１および７４１２は、外側管７３０２の開口部７３１１および７３１２に挿入される。
その後、導波管１５０２を１組の管７３０２および７４０２を通じて挿入することで、顎部７３０８を内部に捕獲する。なぜならば、導波管１５０２の存在に起因して、顎部７３８０はこれ以上長手方向において管７３０２および７４０２の中心線に向かって移動することができないからである。最終組み立て位置を多くの図面（例えば、図７３および図７６）中に示す。例えばイソプロピルアルコールを用いることにより、導波管１５０２を遠位ダンベルシール８１０４を通じて容易にスライドさせることが可能になる。その後、前記アルコールは蒸発するため、ダンベルシール８１０４に残留物は残らない。明らかなように、このアセンブリプロセスは、接合部を機械的に配置する以外の動作は不要であるため、独自である。溶接、クリンプまたは変形が発生せず、また、完全組み立て時においていかなる部分においても溶接、クリンプまたは変形は不要である。
この組み立てプロセスは、製造において大きな恩恵を提供する。内側管７３０２および外側管７４０２の潤滑を、このような接合における汚染を回避するためのクリーンルームのアセンブリラインではなく、管製造業者において行うことが可能である。内側管７３０２および外側管７４０２を同軸方向に取り付ける前に、平行移動用ｏリング７４０６を内側管７４０２のコルセット７４０４内に配置し、その後、外側管７３０２を内側管７４０２上にｏリング７４０６までスライドさせる。潤滑剤をｏリング７４０６上に配置し、外側管７３０２を内側管７４０２に対して移動させる（かまたはこの逆を行い）、これによりｏリング７４０６を回転させ、コルセット７４０４内において移動させる。前記潤滑剤中の水分は乾燥して無くなるため、管７３０２および７４０２間およびｏリング７４０６の周囲のみに潤滑剤が残る。
変位依存型の超音波システムの開発における共通問題として、導波管変位の測定が複雑かつ不正確である点がある。最も高精度な測定システムとしてレーザー振動計があるが、レーザー振動計の場合、相当する高周波数動的標準による較正が不可能であり、高価でもある。１つの粗いかつ簡単な較正方法として、動的高周波数システムの表面上の反射「スポット」の変位を拡大下において観測する方法がある。ピークツーピーク変位が観測され、この変位を既知の長さ標準と相関付けることができる。拡大観測方法に関連する主な問題として、このような「スポット」がランダムでありかつ一貫していない点がある。導波管変位測定の例示的実施形態において、本発明は、制御された視覚フィーチャ（例えば、導波管１５０２の刃部７３０４に対する、意図的に付加されたスポット、マーク、図柄、機械加工穴部、溝部など）を用いる。このようなフィーチャを刃７３０４上に設けることで、拡大変位観測および測定の精度が向上する。
ＸＶ．さらなる安全フィーチャ
本発明の構成のいずれかの例示の安全性の実施形態でも、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自分自身を切断することを防止する。手持ち式器具３００は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およ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は実用的ではないであろう。
別の例示的実施形態においては、振動子は、受け入れモードにおいて機能する。この受け入れモードにおいて、導波管中の振動を信号に変換することで、前記信号を装置の電子機器によって監視することが可能となる。例えば、血管内を流れる血流と関連する振動を検出し、この振動を用いて、クランプされている組織の種類についてのフィードバックをユーザに提供することができる。例えば、顎部のクランプ時において、この検出により、クランプ直前に大きな血流が有ったか否かを決定することができる。信号により、当該装置が例えば高重量血管系をクランプしており、例えば密閉時に低電力を用いるべきである旨をユーザに警告することができる。あるいは、高重量血管系が検出された場合、安全機構として高エネルギー起動を禁止することも可能である。
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離脱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する。これは、そうしなければ、操作者が、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。
本発明は、相互接続されルカ゛分離可能な３つの構成要素（すなわち、バッテリアセンブリ３０１、ハンドルアセンブリ３０２、およびＴＡＧアセンブリ３０３）を含み、各様子が固有にアクセス可能である（かつ選択的に露出される）電気接続を有するため、これら３つの分離可能な要素間において静電放電（ＥＳＤ）が発生する危険性がある。そのため、別の例示的実施形態において、本発明は、ＥＳＤ保護戦略を用いて、装置の損傷および潜在故障可能性を回避する。この種の保護を実行するために、本発明の範囲および意図内に収まる広範囲の解法が企図される。例を非限定的に挙げると、別個のＥＳＤ保護要素および火花間隙の使用がある。
装置の電気要素を損傷から保護するためのさらに別の例示的実施形態において、一定の様態で（例えば、逆転した様態で）電池を配置することで、そのコネクタタブが電気基板から離隔方向を向くようにする。この構成により、不慮の短絡の可能性が低下し、電池相互接続基板の使用も可能となり、これにより、電池タブの回路への接続が容易化される。
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なし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、および、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独自の利点を提供する。説明したように、本発明の装置は、滅菌野内のみで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野内に存在する。従って、任意のおよびすべてのトラブルシューティングは滅菌野内で生じ得る。すなわち、従来技術で必要とされるように、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によって任意の機能（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）を実行するために滅菌フィールドから出ることを全く必要としない。さらに、本発明の二段階ボタンは、操作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操作者に可能にする。言い替えれば、操作者は、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、変圧器電圧の上昇段階に先立って、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、従来技術のすべての超音波焼灼／切断装置が被る不利益である、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要因およ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が、当業者は、本発明の精神およ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、変形例および実施例を網羅することが意図される。

Claims (12)

  1. 手術用動作を実行するための手術用システムであって、
    電気駆動手術用器具であって、前記電気駆動手術用器具は、前記電気駆動手術用器具が前記手術用動作を安全に完了するために最小のエネルギー量を必要とし、前記電気駆動手術用器具は、ハンドルアセンブリを含む、電気駆動手術用器具と、
    前記手術用器具に動作可能に結合された電力モジュールと
    を含み、
    前記電力モジュールは、
    前記手術用器具に電力を供給するように構成されたバッテリであって、前記バッテリは、現在の充電状態を有する、バッテリと、
    前記バッテリと前記手術用器具とに電気的に結合された制御回路であって、前記制御回路は、マイクロプロセッサと、前記最小の電気エネルギー量に関するデータを格納するメモリとを含む、制御回路と、
    前記電力モジュールの本体の端部から延びるキャッチであって、前記キャッチは、前記電力モジュールの本体上のボイドを画定し、前記キャッチは、丸い角表面を含む、キャッチと
    を含み、
    前記マイクロプロセッサは、
    前記バッテリの前記現在の充電状態を監視することと、
    前記バッテリの前記現在の充電状態と前記最小の電気エネルギー量とを比較することと、
    前記バッテリの前記現在の充電状態が前記最小の電気エネルギー量を上回る場合、前記バッテリが放電することを許可することと、
    前記バッテリの前記現在の充電状態が前記最小の電気エネルギー量を下回る場合、前記バッテリを非放電状態に維持することと
    を行うようにプログラムされており、
    前記ハンドルアセンブリは、前記キャッチと前記電力モジュールの前記ボイドとを係合するように構成されたレシーバを含み、
    前記電力モジュールは、前記レシーバと前記キャッチと前記ボイドとの間の係合によって、前記ハンドルアセンブリを解放可能に係合するように構成されている、手術用システム。
  2. 前記バッテリは、複数の再充電可能なエネルギー蓄積セルを含む、請求項１に記載の手術用システム。
  3. 前記制御回路は、前記複数の再充電可能なエネルギー蓄積セルの現在の充電状態を均衡させることにより、前記複数の再充電可能なエネルギー蓄積セルの各々の現在の充電状態を特定し、かつ、前記バッテリの前記現在の充電状態を特定する、請求項２に記載の手術用システム。
  4. 前記制御回路は、前記手術用器具に電力供給している間、前記バッテリから放電されている電力量を監視する、請求項１に記載の手術用システム。
  5. 前記制御回路は、前記手術用器具に電力供給する前に、前記現在の充電状態を特定する、請求項１に記載の手術用システム。
  6. 前記制御回路は、前記手術用器具に電力供給した後に、前記バッテリの前記現在の充電状態を特定する、請求項５に記載の手術用システム。
  7. 前記制御回路は、前記バッテリの内部温度を特定する、請求項１に記載の手術用システム。
  8. 前記制御回路は、前記バッテリの内部温度が閾値温度を超える場合、前記バッテリから電力が放電されることを防止する、請求項７に記載の手術用システム。
  9. 前記制御回路は、前記バッテリの内部インピーダンスを特定する、請求項１に記載の手術用システム。
  10. 前記電力モジュールは、保護回路をさらに含み、前記保護回路は、前記保護回路が前記バッテリと前記制御回路との間の導管であるように、少なくとも１つの接続経路を介して前記バッテリと前記制御回路とを相互接続する、請求項１に記載の手術用システム。
  11. 前記手術用器具は、超音波手術用器具である、請求項１に記載の手術用システム。
  12. 前記バッテリを非放電状態に維持することは、前記バッテリから前記手術用器具に電力供給することを抑止する、請求項１に記載の手術用システム。
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