JP7258892B2 - 組織の位置に従った超音波外科用器具の制御 - Google Patents

組織の位置に従った超音波外科用器具の制御 Download PDF

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    • A61B2017/0003—Conductivity or impedance, e.g. of tissue of parts of the instruments

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、「ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＡＮ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＡＣＣＯＲＤＩＮＧ ＴＯ ＴＩＳＳＵＥ ＬＯＣＡＴＩＯＮ」と題する２０１８年８月２３日出願の米国特許仮出願第６２／７２１，９９５号に対する優先権を主張する。
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、「ＳＩＴＵＡＴＩＯＮＡＬ ＡＷＡＲＥＮＥＳＳ ＯＦ ＥＬＥＣＴＲＯＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ」と題する２０１８年８月２３日出願の米国特許仮出願第６２／７２１，９９８号に対する優先権を主張する。
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、「ＩＮＴＥＲＲＵＰＴＩＯＮ ＯＦ ＥＮＥＲＧＹ ＤＵＥ ＴＯ ＩＮＡＤＶＥＲＴＥＮＴ ＣＡＰＡＣＩＴＩＶＥ ＣＯＵＰＬＩＮＧ」と題する２０１８年８月２３日出願の米国特許仮出願第６２／７２１，９９９号に対する優先権を主張する。
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、「ＢＩＰＯＬＡＲ ＣＯＭＢＩＮＡＴＩＯＮ ＤＥＶＩＣＥ ＴＨＡＴ ＡＵＴＯＭＡＴＩＣＡＬＬＹ ＡＤＪＵＳＴＳ ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＥＮＥＲＧＹ ＭＯＤＡＬＩＴＹ」と題する２０１８年８月２３日出願の米国特許仮出願第６２／７２１，９９４号に対する優先権を主張する。
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、「ＲＡＤＩＯ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＥＮＥＲＧＹ ＤＥＶＩＣＥ ＦＯＲ ＤＥＬＩＶＥＲＩＮＧ ＣＯＭＢＩＮＥＤ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＳＩＧＮＡＬＳ」と題する２０１８年８月２３日出願の米国特許仮出願第６２／７２１，９９６号に対する優先権を主張する。
本出願は更に、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、「ＳＭＡＲＴ ＡＣＴＩＶＡＴＩＯＮ ＯＦ ＡＮ ＥＮＥＲＧＹ ＤＥＶＩＣＥ ＢＹ ＡＮＯＴＨＥＲ ＤＥＶＩＣＥ」と題する２０１８年６月３０日出願の米国特許仮出願第６２／６９２，７４７号、「ＳＭＡＲＴ ＥＮＥＲＧＹ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ」と題する２０１８年６月３０日出願の米国特許仮出願第６２／６９２，７４８号、及び「ＳＭＡＲＴ ＥＮＥＲＧＹ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題する２０１８年６月３０日出願の米国特許仮出願第６２／６９２，７６８号に対する優先権を主張する。
本出願は更に、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、「ＣＡＰＡＣＩＴＩＶＥ ＣＯＵＰＬＥＤ ＲＥＴＵＲＮ ＰＡＴＨ ＰＡＤ ＷＩＴＨ ＳＥＰＡＲＡＢＬＥ ＡＲＲＡＹ ＥＬＥＭＥＮＴＳ」と題する２０１８年３月３０日出願の米国特許仮出願第６２／６５０，８９８号、「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＯＰＴＩＭＩＺＥＤ ＳＥＮＳＩＮＧ ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＩＥＳ」と題する２０１８年３月３０日出願の米国特許仮出願第６２／６５０，８８７号、「ＳＭＯＫＥ ＥＶＡＣＵＡＴＩＯＮ ＭＯＤＵＬＥ ＦＯＲ ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する２０１８年３月３０日出願の米国特許仮出願第６２／６５０，８８２号、及び「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＭＯＫＥ ＥＶＡＣＵＡＴＩＯＮ ＳＥＮＳＩＮＧ ＡＮＤ ＣＯＮＴＲＯＬＳ」と題する２０１８年３月３０日出願の米国特許仮出願第６２／６５０，８７７号の優先権の利益を主張する。
本出願は更に、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する２０１７年１２月２８日出願の米国特許仮出願第６２／６１１，３４１号、「ＣＬＯＵＤ－ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ」と題する２０１７年１２月２８日出願の米国特許仮出願第６２／６１１，３４０号、及び「ＲＯＢＯＴ ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する２０１７年１２月２８日出願の米国特許仮出願第６２／６１１，３３９号の優先権の利益を主張する。
外科環境では、スマートエネルギーアーキテクチャ環境内のスマートエネルギー装置が必要とされる場合がある。
一般的な一態様では、超音波変換器を備える超音波外科用器具のエンドエフェクタ内に位置する組織の位置を決定する方法であって、エンドエフェクタが、超音波変換器に音響的に結合された超音波ブレードを備える、方法。方法は、制御回路によって、第１の電力レベルを超音波変換器に印加することと、制御回路によって、第１の電力レベルに対応する超音波変換器の第１のインピーダンス測定値を測定することと、制御回路によって、第２の電力レベルを超音波変換器に印加することと、制御回路によって、第２の電力レベルに対応する超音波変換器の第２のインピーダンス測定値を測定することと、制御回路によって、第１のインピーダンス測定値と第２のインピーダンス測定値との間の超音波変換器インピーダンスの差を計算することと、制御回路によって、超音波変換器インピーダンスの差を第１の閾値と比較することと、制御回路によって、第１の閾値に基づいてエンドエフェクタ内に位置付けられた組織の位置を決定することと、を含む。
別の一般的な態様では、発生器に接続可能な超音波外科用器具。超音波外科用器具は、超音波ブレードを備えるエンドエフェクタと、超音波ブレードに音響的に結合された超音波変換器と、超音波変換器に結合された制御回路と、を備える。超音波変換器は、発生器からの駆動信号に応答して超音波ブレードを超音波振動させるように構成されている。制御回路は、超音波発生器を介して超音波変換器に様々な電力レベルを印加し、様々な電力レベルに対応する超音波変換器のインピーダンスを測定し、閾値に対する超音波変換器のインピーダンス間の差に従って、エンドエフェクタ内に位置付けられた組織の位置を決定する、ように構成されている。
別の一般的な態様では、超音波器具に接続可能な超音波発生器であって、エンドエフェクタと、超音波ブレードと、超音波ブレードに音響的に結合された超音波変換器と、を備える。超音波発生器は、超音波変換器に結合可能な制御回路を備える。制御回路は、様々な電力レベルを超音波変換器に印加し、様々な電力レベルに対応する超音波変換器のインピーダンスを測定し、閾値に対する超音波変換器のインピーダンス間の差に従って、エンドエフェクタ内に位置付けられた組織の位置を決定する、ように構成されている。
様々な態様の特徴が、添付された特許請求の範囲で詳細に説明される。ただし、機構、及び動作の方法の両方についての様々な態様は、それらの更なる目的及び利点と共に、以降の添付図面と併せて、以下の説明を参照することにより最もよく理解することができる。
本開示の少なくとも１つの態様による、コンピュータ実装インタラクティブ外科システムのブロック図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、手術室内で外科処置を行うために使用される外科システムである。 本開示の少なくとも１つの態様による可視化システム、ロボットシステム、及びインテリジェント器具とペアリングされた外科用ハブである。 本開示の少なくとも１つの態様による、外科用ハブ筐体、及び外科用ハブ筐体のドロアー内に摺動可能に受容可能な組み合わせ発生器モジュールの部分斜視図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、双極、超音波、及び単極接点、並びに排煙構成要素を備える組み合わせ発生器モジュールの斜視図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、複数のモジュールを受容するように構成された横方向モジュール式ハウジングの複数の横方向ドッキングポートの個々の電力バスアタッチメントを示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、複数のモジュールを受容するように構成された垂直モジュール式ハウジングを示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、医療施設の１つ若しくは２つ以上の手術室、又は外科処置のための専門設備を備えた医療施設内の任意の部屋に配置されたモジュール式装置をクラウドに接続するように構成されたモジュール式通信ハブを備える外科用データネットワークを示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、コンピュータ実装インタラクティブ外科システムを示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、モジュール式制御タワーに結合された複数のモジュールを備える外科用ハブを示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、ユニバーサルシリアルバス（universal serial bus、ＵＳＢ）ネットワークハブ装置の一態様を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、外科用器具又はツールの制御システムの論理図を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、外科用器具又はツールの態様を制御するように構成された制御回路を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、外科用器具又はツールの態様を制御するように構成された組み合わせ論理回路を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、外科用器具又はツールの態様を制御するように構成された順序論理回路を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、様々な機能を実行するために起動され得る複数のモータを備える外科用器具又はツールを示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、本明細書で説明される外科用ツールを操作するように構成されたロボット外科用器具の回路図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、変位部材の遠位並進を制御するようにプログラムされた外科用器具のブロック図を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、様々な機能を制御するように構成された外科用器具の回路図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、モジュール式通信ハブを備える外科用データネットワーク内で適応型超音波ブレード制御アルゴリズムを実行するように構成されたシステムである。 本開示の少なくとも１つの態様による、発生器の一実施例を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、発生器及び発生器と共に使用可能な様々な外科用器具を備える外科システムである。 本開示の少なくとも１つの態様によるエンドエフェクタである。 本開示の少なくとも１つの態様による、図２２の外科システムの図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、動作ブランチ電流を示すモデルである。 本開示の少なくとも１つの態様による、発生器のアーキテクチャの構造図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、発生器のアーキテクチャの機能図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、発生器のアーキテクチャの機能図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、発生器のアーキテクチャの機能図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、発生器の構造的及び機能的態様である。 本開示の少なくとも１つの態様による、発生器の構造的及び機能的態様である。 超音波駆動回路の一態様の回路図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、制御回路の回路図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、モジュール式超音波外科用器具内に収容される別の電気回路を図示する、簡略化したブロック回路図を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、複数の段階に分割された発生器回路を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、第１段階回路が第２段階回路と共通している、複数の段階に分割された発生器回路を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、高周波電流（ＲＦ）を駆動するように構成された駆動回路の一態様の回路図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、外科用器具で使用するための電気信号波形の複数の波形を生成するように構成された、直接デジタル合成（direct digital synthesis、ＤＤＳ）回路などのデジタル合成回路の基本的アーキテクチャの一態様を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、外科用器具で使用するための電気信号波形の複数の波形を生成するように構成された直接デジタル合成（ＤＤＳ）回路の一態様を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、アナログ波形（比較目的のために離散時間デジタル電気信号波形に重ね合わされて示される）の本開示の少なくとも１つの態様による、離散時間デジタル電気信号波形の１サイクルを示す。 本開示の一態様による、クランプアームを閉鎖して所望の速度で閉鎖力負荷を加えるために閉鎖部材が遠位に前進する際に、閉鎖部材の漸進的閉鎖を提供するように構成された制御システムの図である。 本開示の一態様による、比例積分微分（proportional-integral-derivative、ＰＩＤ）コントローラフィードバック制御システムを示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、複数の独立して動作する回路セグメントを備えるセグメント化回路のシステム図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、モータ制御機能を備える外科用器具の様々な構成要素の回路図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、超音波電気機械システムの周波数を制御し、そのインピーダンスを検出するための代替的システムである。 低温（青色）及び高温（赤色）超音波ブレードを備える同じ超音波装置の共振周波数の関数としてのインピーダンス位相角のグラフ表示である。 低温（青色）及び高温（赤色）超音波ブレードを備える同じ超音波装置の共振周波数の関数としてのインピーダンスの大きさのグラフ表示である。 本開示の少なくとも１つの態様による、様々な周波数で測定された超音波変換器にわたるインピーダンスに基づいて、温度推定器及び状態空間モデルを改善するカルマンフィルタの図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、推定を最大限とするために、図４４に示すカルマンフィルタの状態推定器によって採用される３つの確率分布である。 ４９０℃の最高温度に到達する温度制御を有しない超音波装置の温度対時間のグラフ表示である。 本開示の少なくとも１つの態様による、３２０℃の最高温度に到達する温度制御を有する超音波装置の温度対時間のグラフ表示である。 超音波ブレードの急激な温度低下が検出されたときに超音波変換器に印加される超音波出力を調節するためのフィードバック制御のグラフ表示であり、時間の関数としての超音波出力のグラフ表示である。 超音波ブレードの急激な温度低下が検出されたときに超音波変換器に印加される超音波出力を調節するためのフィードバック制御のグラフ表示であり、本開示の少なくとも１つの態様による、時間の関数としての超音波ブレード温度のプロットである。 本開示の少なくとも１つの態様による、超音波ブレードの温度を制御するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、血管発射中の時間の関数としての超音波ブレード温度のグラフ表示である。 本開示の少なくとも１つの態様による、超音波ブレードの温度を２つの温度設定値間で制御するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、超音波ブレードの初期温度を判定するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、超音波ブレードが不安定性に近づいているときを判定し、続いて超音波変換器の不安定性を防止するために超音波変換器への電力を調節するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、温度制御を伴う超音波封止を提供するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、時間の関数としての超音波変換器電流及び超音波ブレード温度のグラフ表示である。 本開示の少なくとも１つの態様による、超音波エンドエフェクタ内の組織の位置決めを描写するクランプアーム及び超音波ブレードを示す超音波エンドエフェクタの底面図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、所定の超音波発生器電力レベルが増加する範囲にわたって超音波エンドエフェクタ内の組織の位置の関数としての超音波変換器インピーダンスの変化を示すグラフ表示である。 本開示の少なくとも１つの態様による、超音波エンドエフェクタ内の組織の位置に対する時間の関数としての超音波変換器インピーダンスの変化を示すグラフ表示である。 本開示の少なくとも１つの態様による、組織の位置決めを決定するために超音波変換器に印加される非治療範囲の電力における動作を特定するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、ジョー部材上に位置する赤外線（ＩＲ）センサを備える超音波外科用器具のエンドエフェクタの一態様を示す。 本開示の一態様による、図５９に示されるＩＲセンサが、一体的に取り付け又は形成され得るフレキシブル回路の一態様を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、クランプアーム及び超音波ブレードを備える超音波エンドエフェクタの断面図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、平面図で示されるフレキシブル回路基板上に取り付けられたＩＲ屈折検出センサ回路を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、ＩＲ反射率を測定して組織組成を決定して超音波変換器の振幅を調整するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、時間が水平軸に沿って示され、クランプアーム位置の変化が縦軸に沿って示された、本開示の様々な態様に従ってコラーゲン変態点を特定するための、クランプアームの閉鎖率対時間のグラフ表示である。 図６４Ａに示されるグラフ表示の拡大部分である。 本開示の少なくとも１つの態様による、コラーゲン変態点を検出して、クランプアームの閉鎖率又は超音波変換器の振幅を制御するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、組織温度が水平軸に沿って示され、超音波変換器インピーダンスが縦軸に沿って示された、本開示の様々な態様に従ってコラーゲン／エラスチン比を特定するためのコラーゲン変態温度点の識別のグラフ表示である。 本開示の少なくとも１つの態様による、コラーゲン／エラスチン比を特定するためにコラーゲン変態温度を特定するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、超音波ブレードにわたる圧縮負荷の分布のグラフ表示である。 本開示の少なくとも１つの態様による、組織に加えられた圧力対時間のグラフ表示である。 本開示の少なくとも１つの態様による、組織の位置を検出するための単一ジョー電極アレイを含むエンドエフェクタを示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、図７０の単一ジョー電極アレイの活性化マトリックスである。 本開示の少なくとも１つの態様による、組織の位置を検出するためのデュアルジョー電極アレイを含むエンドエフェクタを示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、図７２のデュアルジョー電極アレイの活性化マトリックスである。 本開示の少なくとも１つの態様による、図７３の活性化マトリックスに対応するエンドエフェクタによって把持された組織に重ね合わされた電極の対向する組を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、デュアルジョーセグメント化電極アレイを含むエンドエフェクタを示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、セグメント化電極アレイを含むジョーに重ね合わされた組織を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、バンドパスフィルタを含むセグメント化電極アレイ回路の回路図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、図７６で把持された組織に対応する周波数応答のグラフ表示である。 本開示の少なくとも１つの態様による、駆動周波数及び超音波ブレード温度ドリフトの関数としての超音波変換器システムの周波数のグラフ表示である。 本開示の少なくとも１つの態様による、時間の関数としての超音波変換器の温度のグラフ表示である。 本開示の少なくとも１つの態様による、超音波ブレードの温度の関数として共振周波数を移動させる超音波ブレードの温度に基づく共振周波数のモーダルシフトのグラフ表示である。 本開示の少なくとも１つの態様による、超音波変換器のインピーダンスの位相及び大きさが周波数の関数としてプロットされている、エンドエフェクタの様々な異なる状態及び条件を有する超音波外科用器具のスペクトルである。 本開示の少なくとも１つの態様による、一組の訓練データＳに基づくデータの分類のための方法論であり、超音波変換器インピーダンスの大きさ及び位相は、周波数の関数としてプロットされている。 本開示の少なくとも１つの態様による、複素インピーダンス特性パターン（指紋）に基づいて、ジョーの状態を決定するための制御プログラム又は論理構成を示す論理フロー図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、外科用ハブの状況認識を示す時間線である。
本願の出願人は、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１８年８月２８日出願の以下の米国特許出願を所有する。
・「ＥＳＴＩＭＡＴＩＮＧ ＳＴＡＴＥ ＯＦ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ ＥＮＤ ＥＦＦＥＣＴＯＲ ＡＮＤ ＣＯＮＴＲＯＬ ＳＹＳＴＥＭ ＴＨＥＲＥＦＯＲ」と題する米国特許出願整理番号ＥＮＤ８５３６ＵＳＮＰ２／１８０１０７－２、
・「ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ ＥＮＤ ＥＦＦＥＣＴＯＲ ＡＮＤ ＣＯＮＴＲＯＬ ＳＹＳＴＥＭ ＴＨＥＲＥＦＯＲ」と題する米国特許出願整理番号ＥＮＤ８５６０ＵＳＮＰ２／１８０１０６－２、
・「ＲＡＤＩＯ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＥＮＥＲＧＹ ＤＥＶＩＣＥ ＦＯＲ ＤＥＬＩＶＥＲＩＮＧ ＣＯＭＢＩＮＥＤ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＳＩＧＮＡＬＳ」と題する米国特許出願整理番号ＥＮＤ８５６１ＵＳＮＰ１／１８０１４４－１、
・「ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＡＣＴＩＶＡＴＩＯＮ ＯＦ ＡＮ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＡＣＣＯＲＤＩＮＧ ＴＯ ＴＨＥ ＰＲＥＳＥＮＣＥ ＯＦ ＴＩＳＳＵＥ」と題する米国特許出願整理番号ＥＮＤ８５６３ＵＳＮＰ２／１８０１３９－２、
・「ＤＥＴＥＲＭＩＮＩＮＧ ＴＩＳＳＵＥ ＣＯＭＰＯＳＩＴＩＯＮ ＶＩＡ ＡＮ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ ＳＹＳＴＥＭ」と題する米国特許出願整理番号ＥＮＤ８５６３ＵＳＮＰ３／１８０１３９－３、
・「ＤＥＴＥＲＭＩＮＩＮＧ ＴＨＥ ＳＴＡＴＥ ＯＦ ＡＮ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ ＥＬＥＣＴＲＯＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭ ＡＣＣＯＲＤＩＮＧ ＴＯ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＳＨＩＦＴ」と題する米国特許出願整理番号ＥＮＤ８５６３ＵＳＮＰ４／１８０１３９－４、
・「ＤＥＴＥＲＭＩＮＩＮＧ ＴＨＥ ＳＴＡＴＥ ＯＦ ＡＮ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ ＥＮＤ ＥＦＦＥＣＴＯＲ」と題する米国特許出願整理番号ＥＮＤ８５６３ＵＳＮＰ５／１８０１３９－５、
・「ＳＩＴＵＡＴＩＯＮＡＬ ＡＷＡＲＥＮＥＳＳ ＯＦ ＥＬＥＣＴＲＯＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ」と題する米国特許出願整理番号ＥＮＤ８５６４ＵＳＮＰ１／１８０１４０－１、
・「ＭＥＣＨＡＮＩＳＭＳ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＤＩＦＦＥＲＥＮＴ ＥＬＥＣＴＲＯＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ ＯＦ ＡＮ ＥＬＥＣＴＲＯＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」と題する米国特許出願整理番号ＥＮＤ８５６４ＵＳＮＰ２／１８０１４０－２、
・「ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＯＦ ＥＮＤ ＥＦＦＥＣＴＯＲ ＩＭＭＥＲＳＩＯＮ ＩＮ ＬＩＱＵＩＤ」と題する米国特許出願整理番号ＥＮＤ８５６４ＵＳＮＰ３／１８０１４０－３、
・「ＩＮＴＥＲＲＵＰＴＩＯＮ ＯＦ ＥＮＥＲＧＹ ＤＵＥ ＴＯ ＩＮＡＤＶＥＲＴＥＮＴ ＣＡＰＡＣＩＴＩＶＥ ＣＯＵＰＬＩＮＧ」と題する米国特許出願整理番号ＥＮＤ８５６５ＵＳＮＰ１／１８０１４２－１、
・「ＩＮＣＲＥＡＳＩＮＧ ＲＡＤＩＯ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＴＯ ＣＲＥＡＴＥ ＰＡＤ－ＬＥＳＳ ＭＯＮＯＰＯＬＡＲ ＬＯＯＰ」と題する米国特許出願整理番号ＥＮＤ８５６５ＵＳＮＰ２／１８０１４２－２、
・「ＢＩＰＯＬＡＲ ＣＯＭＢＩＮＡＴＩＯＮ ＤＥＶＩＣＥ ＴＨＡＴ ＡＵＴＯＭＡＴＩＣＡＬＬＹ ＡＤＪＵＳＴＳ ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＥＮＥＲＧＹ ＭＯＤＡＬＩＴＹ」と題する米国特許出願整理番号ＥＮＤ８５６６ＵＳＮＰ１／１８０１４３－１、及び
・「ＡＣＴＩＶＡＴＩＯＮ ＯＦ ＥＮＥＲＧＹ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題する米国特許出願整理番号ＥＮＤ８５７３ＵＳＮＰ１／１８０１４５－１。
本願の出願人は、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１８年８月２３日出願の以下の米国特許出願を所有する。
・「ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＡＮ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＡＣＣＯＲＤＩＮＧ ＴＯ ＴＩＳＳＵＥ ＬＯＣＡＴＩＯＮ」と題する米国特許仮出願第６２／７２１，９９５号、
・「ＳＩＴＵＡＴＩＯＮＡＬ ＡＷＡＲＥＮＥＳＳ ＯＦ ＥＬＥＣＴＲＯＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ」と題する米国特許仮出願第６２／７２１，９９８号、
・「ＩＮＴＥＲＲＵＰＴＩＯＮ ＯＦ ＥＮＥＲＧＹ ＤＵＥ ＴＯ ＩＮＡＤＶＥＲＴＥＮＴ ＣＡＰＡＣＩＴＩＶＥ ＣＯＵＰＬＩＮＧ」と題する米国特許仮出願第６２／７２１，９９９号、
・「ＢＩＰＯＬＡＲ ＣＯＭＢＩＮＡＴＩＯＮ ＤＥＶＩＣＥ ＴＨＡＴ ＡＵＴＯＭＡＴＩＣＡＬＬＹ ＡＤＪＵＳＴＳ ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＥＮＥＲＧＹ ＭＯＤＡＬＩＴＹ」と題する米国特許仮出願第６２／７２１，９９４号、及び
・「ＲＡＤＩＯ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＥＮＥＲＧＹ ＤＥＶＩＣＥ ＦＯＲ ＤＥＬＩＶＥＲＩＮＧ ＣＯＭＢＩＮＥＤ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＳＩＧＮＡＬＳ」と題する米国特許仮出願第６２／７２１，９９６号。
本願の出願人は、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１８年６月３０日出願の以下の米国特許出願を所有する。
・「ＳＭＡＲＴ ＡＣＴＩＶＡＴＩＯＮ ＯＦ ＡＮ ＥＮＥＲＧＹ ＤＥＶＩＣＥ ＢＹ ＡＮＯＴＨＥＲ ＤＥＶＩＣＥ」と題する米国特許仮出願第６２／６９２，７４７号、
・「ＳＭＡＲＴ ＥＮＥＲＧＹ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ」と題する米国特許仮出願第６２／６９２，７４８号、及び
・「ＳＭＡＲＴ ＥＮＥＲＧＹ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題する米国特許仮出願第６２／６９２，７６８号。
本願の出願人は、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１８年６月２９日出願の以下の米国特許出願を所有する。
・「ＣＡＰＡＣＩＴＩＶＥ ＣＯＵＰＬＥＤ ＲＥＴＵＲＮ ＰＡＴＨ ＰＡＤ ＷＩＴＨ ＳＥＰＡＲＡＢＬＥ ＡＲＲＡＹ ＥＬＥＭＥＮＴＳ」と題する米国特許出願第１６／０２４，０９０号、
・「ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＡＣＣＯＲＤＩＮＧ ＴＯ ＳＥＮＳＥＤ ＣＬＯＳＵＲＥ ＰＡＲＡＭＥＴＥＲＳ」と題する米国特許出願第１６／０２４，０５７号、
・「ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＡＤＪＵＳＴＩＮＧ ＥＮＤ ＥＦＦＥＣＴＯＲ ＰＡＲＡＭＥＴＥＲＳ ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＰＥＲＩＯＰＥＲＡＴＩＶＥ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ」と題する米国特許出願第１６／０２４，０６７号、
・「ＳＡＦＥＴＹ ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＳＭＡＲＴ ＰＯＷＥＲＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＴＡＰＬＩＮＧ」と題する米国特許出願第１６／０２４，０７５号、
・「ＳＡＦＥＴＹ ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＳＭＡＲＴ ＰＯＷＥＲＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＴＡＰＬＩＮＧ」と題する米国特許出願第１６／０２４，０８３号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＤＥＴＥＣＴＩＮＧ ＥＮＤ ＥＦＦＥＣＴＯＲ ＴＩＳＳＵＥ ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＩＯＮ ＩＲＲＥＧＵＬＡＲＩＴＩＥＳ」と題する米国特許出願第１６／０２４，０９４号、
・「ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＤＥＴＥＣＴＩＮＧ ＰＲＯＸＩＭＩＴＹ ＯＦ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＤ ＥＦＦＥＣＴＯＲ ＴＯ ＣＡＮＣＥＲＯＵＳ ＴＩＳＳＵＥ」と題する米国特許出願第１６／０２４，１３８号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ ＳＥＮＳＯＲ ＡＳＳＥＭＢＬＩＥＳ」と題する米国特許出願第１６／０２４，１５０号、
・「ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＯＵＴＰＵＴ ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ ＳＥＮＳＯＲ ＡＳＳＥＭＢＬＹ」と題する米国特許出願第１６／０２４，１６０号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＨＡＶＩＮＧ Ａ ＦＬＥＸＩＢＬＥ ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ」と題する米国特許出願第１６／０２４，１２４号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＨＡＶＩＮＧ Ａ ＦＬＥＸＩＢＬＥ ＣＩＲＣＵＩＴ」と題する米国特許出願第１６／０２４，１３２号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＷＩＴＨ Ａ ＴＩＳＳＵＥ ＭＡＲＫＩＮＧ ＡＳＳＥＭＢＬＹ」と題する米国特許出願第１６／０２４，１４１号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＰＲＩＯＲＩＴＩＺＥＤ ＤＡＴＡ ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＩＥＳ」と題する米国特許出願第１６／０２４，１６２号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＥＶＡＣＵＡＴＩＯＮ ＳＥＮＳＩＮＧ ＡＮＤ ＭＯＴＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬ」と題する米国特許出願第１６／０２４，０６６号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＥＶＡＣＵＡＴＩＯＮ ＳＥＮＳＯＲ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ」と題する米国特許出願第１６／０２４，０９６号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＥＶＡＣＵＡＴＩＯＮ ＦＬＯＷ ＰＡＴＨＳ」と題する米国特許出願第１６／０２４，１１６号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＥＶＡＣＵＡＴＩＯＮ ＳＥＮＳＩＮＧ ＡＮＤ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬ」と題する米国特許出願第１６／０２４，１４９号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＥＶＡＣＵＡＴＩＯＮ ＳＥＮＳＩＮＧ ＡＮＤ ＤＩＳＰＬＡＹ」と題する米国特許出願第１６／０２４，１８０号、
・「ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＳＭＯＫＥ ＥＶＡＣＵＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＰＡＲＡＭＥＴＥＲＳ ＴＯ ＨＵＢ ＯＲ ＣＬＯＵＤ ＩＮ ＳＭＯＫＥ ＥＶＡＣＵＡＴＩＯＮ ＭＯＤＵＬＥ ＦＯＲ ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する米国特許出願第１６／０２４，２４５号、
・「ＳＭＯＫＥ ＥＶＡＣＵＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ Ａ ＳＥＧＭＥＮＴＥＤ ＣＯＮＴＲＯＬ ＣＩＲＣＵＩＴ ＦＯＲ ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する米国特許出願第１６／０２４，２５８号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＥＶＡＣＵＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＷＩＴＨ Ａ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＣＩＲＣＵＩＴ ＦＯＲ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＢＥＴＷＥＥＮ Ａ ＦＩＬＴＥＲ ＡＮＤ Ａ ＳＭＯＫＥ ＥＶＡＣＵＡＴＩＯＮ ＤＥＶＩＣＥ」と題する米国特許出願第１６／０２４，２６５号、及び
・「ＤＵＡＬ ＩＮ－ＳＥＲＩＥＳ ＬＡＲＧＥ ＡＮＤ ＳＭＡＬＬ ＤＲＯＰＬＥＴ ＦＩＬＴＥＲＳ」と題する米国特許出願第１６／０２４，２７３号。
本願の出願人は、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１８年６月２８日出願の以下の米国特許仮出願を所有する。
・「Ａ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＵＳＩＮＧ ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ ＦＬＥＸ ＣＩＲＣＵＩＴＳ ＷＩＴＨ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＳＥＮＳＯＲＳ ＷＩＴＨ ＥＬＥＣＴＲＯＳＵＲＧＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題する米国特許仮出願第６２／６９１，２２８号、
・「ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＡＣＣＯＲＤＩＮＧ ＴＯ ＳＥＮＳＥＤ ＣＬＯＳＵＲＥ ＰＡＲＡＭＥＴＥＲＳ」と題する米国特許仮出願第６２／６９１，２２７号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＨＡＶＩＮＧ Ａ ＦＬＥＸＩＢＬＥ ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ」と題する米国特許仮出願第６２／６９１，２３０号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＥＶＡＣＵＡＴＩＯＮ ＳＥＮＳＩＮＧ ＡＮＤ ＭＯＴＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬ」と題する米国特許仮出願第６２／６９１，２１９号、
・「ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＳＭＯＫＥ ＥＶＡＣＵＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＰＡＲＡＭＥＴＥＲＳ ＴＯ ＨＵＢ ＯＲ ＣＬＯＵＤ ＩＮ ＳＭＯＫＥ ＥＶＡＣＵＡＴＩＯＮ ＭＯＤＵＬＥ ＦＯＲ ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する米国特許仮出願第６２／６９１，２５７号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＥＶＡＣＵＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＷＩＴＨ Ａ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＣＩＲＣＵＩＴ ＦＯＲ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＢＥＴＷＥＥＮ Ａ ＦＩＬＴＥＲ ＡＮＤ Ａ ＳＭＯＫＥ ＥＶＡＣＵＡＴＩＯＮ ＤＥＶＩＣＥ」と題する米国特許仮出願第６２／６９１，２６２号、及び
・「ＤＵＡＬ ＩＮ－ＳＥＲＩＥＳ ＬＡＲＧＥ ＡＮＤ ＳＭＡＬＬ ＤＲＯＰＬＥＴ ＦＩＬＴＥＲＳ」と題する米国特許仮出願第６２／６９１，２５１号。
本願の出願人は、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１８年４月１９日出願の以下の米国特許仮出願を所有する。
・「ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＨＵＢ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ」と題する米国特許仮出願第６２／６５９，９００号。
本願の出願人は、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１８年３月３０日出願の以下の米国特許仮出願を所有する。
・「ＣＡＰＡＣＩＴＩＶＥ ＣＯＵＰＬＥＤ ＲＥＴＵＲＮ ＰＡＴＨ ＰＡＤ ＷＩＴＨ ＳＥＰＡＲＡＢＬＥ ＡＲＲＡＹ ＥＬＥＭＥＮＴＳ」と題する２０１８年３月３０日出願の米国特許仮出願第６２／６５０，８９８号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＯＰＴＩＭＩＺＥＤ ＳＥＮＳＩＮＧ ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＩＥＳ」と題する米国特許仮出願第６２／６５０，８８７号、
・「ＳＭＯＫＥ ＥＶＡＣＵＡＴＩＯＮ ＭＯＤＵＬＥ ＦＯＲ ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する米国特許仮出願第６２／６５０，８８２号、及び
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＭＯＫＥ ＥＶＡＣＵＡＴＩＯＮ ＳＥＮＳＩＮＧ ＡＮＤ ＣＯＮＴＲＯＬＳ」と題する米国特許仮出願第６２／６５０，８７７号。
本願の出願人は、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１８年３月２９日出願の以下の米国特許出願を所有する。
・「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＥＮＣＲＹＰＴＥＤ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＩＥＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６４１号、
・「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＣＯＮＤＩＴＩＯＮ ＨＡＮＤＬＩＮＧ ＯＦ ＤＥＶＩＣＥＳ ＡＮＤ ＤＡＴＡ ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＩＥＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６４８号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢ ＣＯＯＲＤＩＮＡＴＩＯＮ ＯＦ ＣＯＮＴＲＯＬ ＡＮＤ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ ＲＯＯＭ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６５６号、
・「ＳＰＡＴＩＡＬ ＡＷＡＲＥＮＥＳＳ ＯＦ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢＳ ＩＮ ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ ＲＯＯＭＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６６６号、
・「ＣＯＯＰＥＲＡＴＩＶＥ ＵＴＩＬＩＺＡＴＩＯＮ ＯＦ ＤＡＴＡ ＤＥＲＩＶＥＤ ＦＲＯＭ ＳＥＣＯＮＤＡＲＹ ＳＯＵＲＣＥＳ ＢＹ ＩＮＴＥＬＬＩＧＥＮＴ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６７０号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢ ＣＯＮＴＲＯＬ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６７７号、
・「ＤＡＴＡ ＳＴＲＩＰＰＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤ ＴＯ ＩＮＴＥＲＲＯＧＡＴＥ ＰＡＴＩＥＮＴ ＲＥＣＯＲＤＳ ＡＮＤ ＣＲＥＡＴＥ ＡＮＯＮＹＭＩＺＥＤ ＲＥＣＯＲＤ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６３２号、
・「ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＨＵＢ ＡＮＤ ＳＴＯＲＡＧＥ ＤＥＶＩＣＥ ＦＯＲ ＳＴＯＲＩＮＧ ＰＡＲＡＭＥＴＥＲＳ ＡＮＤ ＳＴＡＴＵＳ ＯＦ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥ ＴＯ ＢＥ ＳＨＡＲＥＤ ＷＩＴＨ ＣＬＯＵＤ ＢＡＳＥＤ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＳＹＳＴＥＭＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６４０号、
・「ＳＥＬＦ ＤＥＳＣＲＩＢＩＮＧ ＤＡＴＡ ＰＡＣＫＥＴＳ ＧＥＮＥＲＡＴＥＤ ＡＴ ＡＮ ＩＳＳＵＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６４５号、
・「ＤＡＴＡ ＰＡＩＲＩＮＧ ＴＯ ＩＮＴＥＲＣＯＮＮＥＣＴ Ａ ＤＥＶＩＣＥ ＭＥＡＳＵＲＥＤ ＰＡＲＡＭＥＴＥＲ ＷＩＴＨ ＡＮ ＯＵＴＣＯＭＥ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６４９号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢ ＳＩＴＵＡＴＩＯＮＡＬ ＡＷＡＲＥＮＥＳＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６５４号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭ ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＥＤ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６６３号、
・「ＡＧＧＲＥＧＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＲＥＰＯＲＴＩＮＧ ＯＦ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢ ＤＡＴＡ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６６８号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢ ＳＰＡＴＩＡＬ ＡＷＡＲＥＮＥＳＳ ＴＯ ＤＥＴＥＲＭＩＮＥ ＤＥＶＩＣＥＳ ＩＮ ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ ＴＨＥＡＴＥＲ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６７１号、
・「ＤＩＳＰＬＡＹ ＯＦ ＡＬＩＧＮＭＥＮＴ ＯＦ ＳＴＡＰＬＥ ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ ＴＯ ＰＲＩＯＲ ＬＩＮＥＡＲ ＳＴＡＰＬＥ ＬＩＮＥ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６８６号、
・「ＳＴＥＲＩＬＥ ＦＩＥＬＤ ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＤＩＳＰＬＡＹＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，７００号、
・「ＣＯＭＰＵＴＥＲ ＩＭＰＬＥＭＥＮＴＥＤ ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６２９号、
・「ＵＳＥ ＯＦ ＬＡＳＥＲ ＬＩＧＨＴ ＡＮＤ ＲＥＤ－ＧＲＥＥＮ－ＢＬＵＥ ＣＯＬＯＲＡＴＩＯＮ ＴＯ ＤＥＴＥＲＭＩＮＥ ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ ＯＦ ＢＡＣＫ ＳＣＡＴＴＥＲＥＤ ＬＩＧＨＴ」と題する米国特許出願第１５／９４０，７０４号、
・「ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＺＡＴＩＯＮ ＯＦ ＴＩＳＳＵＥ ＩＲＲＥＧＵＬＡＲＩＴＩＥＳ ＴＨＲＯＵＧＨ ＴＨＥ ＵＳＥ ＯＦ ＭＯＮＯ－ＣＨＲＯＭＡＴＩＣ ＬＩＧＨＴ ＲＥＦＲＡＣＴＩＶＩＴＹ」と題する米国特許出願第１５／９４０，７２２号、及び
・「ＤＵＡＬ ＣＭＯＳ ＡＲＲＡＹ ＩＭＡＧＩＮＧ」と題する米国特許出願第１５／９４０，７４２号。
・「ＡＤＡＰＴＩＶＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＰＲＯＧＲＡＭ ＵＰＤＡＴＥＳ ＦＯＲ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６３６号、
・「ＡＤＡＰＴＩＶＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＰＲＯＧＲＡＭ ＵＰＤＡＴＥＳ ＦＯＲ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６５３号、
・「ＣＬＯＵＤ－ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＦＯＲ ＣＵＳＴＯＭＩＺＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＲＥＣＯＭＭＥＮＤＡＴＩＯＮＳ ＴＯ Ａ ＵＳＥＲ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６６０号、
・「ＣＬＯＵＤ－ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＦＯＲ ＬＩＮＫＩＮＧ ＯＦ ＬＯＣＡＬ ＵＳＡＧＥ ＴＲＥＮＤＳ ＷＩＴＨ ＴＨＥ ＲＥＳＯＵＲＣＥ ＡＣＱＵＩＳＩＴＩＯＮ ＢＥＨＡＶＩＯＲＳ ＯＦ ＬＡＲＧＥＲ ＤＡＴＡ ＳＥＴ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６７９号、
・「ＣＬＯＵＤ－ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＦＯＲ ＭＥＤＩＣＡＬ ＦＡＣＩＬＩＴＹ ＳＥＧＭＥＮＴＥＤ ＩＮＤＩＶＩＤＵＡＬＩＺＡＴＩＯＮ ＯＦ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＦＵＮＣＴＩＯＮ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６９４号、
・「ＣＬＯＵＤ－ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＦＯＲ ＳＥＣＵＲＩＴＹ ＡＮＤ ＡＵＴＨＥＮＴＩＣＡＴＩＯＮ ＴＲＥＮＤＳ ＡＮＤ ＲＥＡＣＴＩＶＥ ＭＥＡＳＵＲＥＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６３４号、
・「ＤＡＴＡ ＨＡＮＤＬＩＮＧ ＡＮＤ ＰＲＩＯＲＩＴＩＺＡＴＩＯＮ ＩＮ Ａ ＣＬＯＵＤ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＮＥＴＷＯＲＫ」と題する米国特許出願第１５／９４０，７０６号、及び
・「ＣＬＯＵＤ ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ ＦＯＲ ＣＯＵＰＬＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６７５号。
・「ＤＲＩＶＥ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ－ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６２７号、
・「ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ－ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６３７号、
・「ＣＯＮＴＲＯＬＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ－ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６４２号、
・「ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ ＴＯＯＬ ＡＤＪＵＳＴＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ－ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６７６号、
・「ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ－ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６８０号、
・「ＣＯＯＰＥＲＡＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＡＣＴＩＯＮＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ－ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６８３号、
・「ＤＩＳＰＬＡＹ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ－ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，６９０号、及び
・「ＳＥＮＳＩＮＧ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ－ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する米国特許出願第１５／９４０，７１１号。
本願の出願人は、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１８年３月２８日出願の以下の米国特許仮出願を所有する。
・「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＥＮＣＲＹＰＴＥＤ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＩＥＳ」と題する米国特許仮出願第６２／６４９，３０２号、
・「ＤＡＴＡ ＳＴＲＩＰＰＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤ ＴＯ ＩＮＴＥＲＲＯＧＡＴＥ ＰＡＴＩＥＮＴ ＲＥＣＯＲＤＳ ＡＮＤ ＣＲＥＡＴＥ ＡＮＯＮＹＭＩＺＥＤ ＲＥＣＯＲＤ」と題する米国特許仮出願第６２／６４９，２９４号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢ ＳＩＴＵＡＴＩＯＮＡＬ ＡＷＡＲＥＮＥＳＳ」と題する米国特許仮出願第６２／６４９，３００号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢ ＳＰＡＴＩＡＬ ＡＷＡＲＥＮＥＳＳ ＴＯ ＤＥＴＥＲＭＩＮＥ ＤＥＶＩＣＥＳ ＩＮ ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ ＴＨＥＡＴＥＲ」と題する米国特許仮出願第６２／６４９，３０９号、
・「ＣＯＭＰＵＴＥＲ ＩＭＰＬＥＭＥＮＴＥＤ ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ」と題する米国特許仮出願第６２／６４９，３１０号、
・「ＵＳＥ ＯＦ ＬＡＳＥＲ ＬＩＧＨＴ ＡＮＤ ＲＥＤ－ＧＲＥＥＮ－ＢＬＵＥ ＣＯＬＯＲＡＴＩＯＮ ＴＯ ＤＥＴＥＲＭＩＮＥ ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ ＯＦ ＢＡＣＫ ＳＣＡＴＴＥＲＥＤ ＬＩＧＨＴ」と題する米国特許仮出願第６２／６４９，２９１号、
・「ＡＤＡＰＴＩＶＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＰＲＯＧＲＡＭ ＵＰＤＡＴＥＳ ＦＯＲ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題する米国特許仮出願第６２／６４９，２９６号、
・「ＣＬＯＵＤ－ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＦＯＲ ＣＵＳＴＯＭＩＺＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＲＥＣＯＭＭＥＮＤＡＴＩＯＮＳ ＴＯ Ａ ＵＳＥＲ」と題する米国特許仮出願第６２／６４９，３３３号、
・「ＣＬＯＵＤ－ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＦＯＲ ＳＥＣＵＲＩＴＹ ＡＮＤ ＡＵＴＨＥＮＴＩＣＡＴＩＯＮ ＴＲＥＮＤＳ ＡＮＤ ＲＥＡＣＴＩＶＥ ＭＥＡＳＵＲＥＳ」と題する米国特許仮出願第６２／６４９，３２７号、
・「ＤＡＴＡ ＨＡＮＤＬＩＮＧ ＡＮＤ ＰＲＩＯＲＩＴＩＺＡＴＩＯＮ ＩＮ Ａ ＣＬＯＵＤ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＮＥＴＷＯＲＫ」と題する米国特許仮出願第６２／６４９，３１５号、
・「ＣＬＯＵＤ ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ ＦＯＲ ＣＯＵＰＬＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題する米国特許仮出願第６２／６４９，３１３号、
・「ＤＲＩＶＥ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ－ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する米国特許仮出願第６２／６４９，３２０号、
・「ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ ＴＯＯＬ ＡＤＪＵＳＴＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ－ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する米国特許仮出願第６２／６４９，３０７号、及び
・「ＳＥＮＳＩＮＧ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ－ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」と題する米国特許仮出願第６２／６４９，３２３号。
本願の出願人は、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１８年３月８日出願の以下の米国特許仮出願を所有する。
・「ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＩＮ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ ＤＥＶＩＣＥ ＡＮＤ ＣＯＮＴＲＯＬ ＳＹＳＴＥＭ ＴＨＥＲＥＦＯＲ」と題する米国特許仮出願第６２／６４０，４１７号、及び
・「ＥＳＴＩＭＡＴＩＮＧ ＳＴＡＴＥ ＯＦ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ ＥＮＤ ＥＦＦＥＣＴＯＲ ＡＮＤ ＣＯＮＴＲＯＬ ＳＹＳＴＥＭ ＴＨＥＲＥＦＯＲ」と題する米国特許仮出願第６２／６４０，４１５号。
本願の出願人は、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年１２月２８日出願の以下の米国特許仮出願を所有する。
・「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する米国特許仮出願番号米国特許仮出願第６２／６１１，３４１号、
・「ＣＬＯＵＤ－ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ」と題する米国特許仮出願第６２／６１１，３４０号、及び
・「ＲＯＢＯＴ ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する米国特許仮出願第６２／６１１，３３９号。
外科用装置及び発生器の様々な態様を詳細に説明する前に、例示される実施例は、適用又は用途において、添付の図面及び説明で示される部品の構造及び配置の詳細に限定されないことに留意すべきである。例示的な実施例は、他の態様、変形形態、及び修正で実施されるか、又はそれらに組み込まれてもよく、様々な方法で実施又は実行されてもよい。更に、特に明記しない限り、本明細書で用いられる用語及び表現は、読者の便宜のために例示的な実施例を説明する目的で選択されたものであり、それらを限定するためのものではない。更に、以下に記述される態様、態様の具現、及び／又は実施例のうち１つ若しくは２つ以上を、以下に記述される他の態様、態様の具現、及び／又は実施例のうち任意の１つ若しくは２つ以上と組み合わせることができるものと理解されたい。
様々な態様が、改善された超音波外科用装置、電気外科用装置、及びこれと共に使用するための発生器を対象とする。超音波外科用装置の態様は、例えば、外科処置中に組織を横切開及び／又は凝固するように構成され得る。電気外科用装置の態様は、例えば、外科処置中に、組織を横切開、凝固、スケーリング、溶接及び／又は乾燥させるように構成され得る。
図１を参照すると、コンピュータ実装インタラクティブ外科システム１００は、１つ又は２つ以上の外科システム１０２と、クラウドベースのシステム（例えば、ストレージ装置１０５に結合されたリモートサーバ１１３を含み得るクラウド１０４）と、を含む。各外科システム１０２は、リモートサーバ１１３を含み得るクラウド１０４と通信する少なくとも１つの外科用ハブ１０６を含む。一実施例では、図１に示すように、外科システム１０２は、互いに、及び／又はハブ１０６と通信するように構成された、可視化システム１０８と、ロボットシステム１１０と、ハンドヘルド式インテリジェント外科用器具１１２と、を含む。いくつかの態様では、外科システム１０２は、Ｍ個のハブ１０６と、Ｎ個の可視化システム１０８と、Ｏ個のロボットシステム１１０と、Ｐ個のハンドヘルド式インテリジェント外科用器具１１２と、を含んでもよく、ここでＭ、Ｎ、Ｏ、及びＰは１以上の整数である。
図３は、外科手術室１１６内の手術台１１４上に横たわる患者に対して外科処置を実施するために使用される外科システム１０２の一例を示す。ロボットシステム１１０は、外科処置において外科システム１０２の一部として使用される。ロボットシステム１１０は、外科医のコンソール１１８と、患者側カート１２０（外科用ロボット）と、外科用ロボットハブ１２２と、を含む。患者側カート１２０は、患者の身体の低侵襲切開中に、外科医が外科医のコンソール１１８を介して手術部位を見る間、少なくとも１つの取り外し可能に結合された外科用ツール１１７を操作することができる。手術部位の画像は医療用撮像装置１２４によって得ることができ、医療用撮像装置１２４は撮像装置１２４を配向するために患者側カート１２０によって操作され得る。ロボットハブ１２２は、外科医のコンソール１１８を介して外科医に対するその後の表示のために、手術部位の画像を処理するよう用いることができる。
他のタイプのロボットシステムを、外科システム１０２と共に使用するために容易に適合させることができる。本開示と共に使用するのに好適なロボットシステム及び外科用ツールの様々な例は、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年１２月２８日出願の「ＲＯＢＯＴ ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する米国特許仮出願第６２／６１１，３３９号に記載されている。
クラウド１０４によって実施され、本開示と共に使用するのに好適なクラウドベース分析の様々な例は、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年１２月２８日出願の「ＣＬＯＵＤ－ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ」と題する米国特許仮出願第６２／６１１，３４０号に記載されている。
様々な態様では、撮像装置１２４は、少なくとも１つの画像センサと１つ又は２つ以上の光学構成要素とを含む。好適な画像センサとしては、電荷結合素子（charge-coupled device、ＣＣＤ）センサ及び相補型金属酸化膜半導体（complementary metal-oxide semiconductor、ＣＭＯＳ）センサが挙げられるが、これらに限定されない。
撮像装置１２４の光学構成要素は、１つ若しくは２つ以上の照明光源及び／又は１つ若しくは２つ以上のレンズを含んでもよい。１つ又は２つ以上の照明光源は、手術野の一部を照明するように方向付けられてもよい。１つ又は２つ以上の画像センサは、組織及び／又は外科用器具から反射又は屈折された光を含む、手術野から反射又は屈折された光を受信することができる。
１つ又は２つ以上の照明光源は、可視スペクトル及び不可視スペクトル内の電磁エネルギーを放射するように構成され得る。光学スペクトル又は発光スペクトルと呼ばれることもある可視スペクトルは、人間の目に可視の（すなわち、人間の目で検出可能な）電磁スペクトルの一部分であり、可視光、又は単に光と呼ばれることがある。典型的な人間の目は、空気中の約３８０ｎｍ～約７５０ｎｍの波長に反応する。
不可視スペクトル（すなわち、非発光スペクトル）は、可視スペクトルの下方及び上方に位置する電磁スペクトルの一部分である（すなわち、約３８０ｎｍ未満及び約７５０ｎｍ超の波長）。不可視スペクトルは、人間の目で検出可能ではない。約７５０ｎｍを超える波長は、赤色可視スペクトルよりも長く、これらは不可視赤外線（ＩＲ）、マイクロ波、及び無線電磁放射線になる。約３８０ｎｍ未満の波長は、紫色スペクトルよりも短く、これらは不可視紫外線、Ｘ線、及びガンマ線電磁放射線になる。
様々な態様では、撮像装置１２４は、低侵襲性手術で使用するように構成されている。本開示と共に使用するのに好適な撮像装置の例としては、関節鏡、血管鏡、気管支鏡、胆道鏡、結腸鏡、サイトスコープ（cytoscope）、十二指腸鏡、腸鏡、食道胃十二指腸鏡（胃鏡）、内視鏡、喉頭鏡、鼻咽喉－腎盂鏡（nasopharyngo-neproscope）、Ｓ状結腸鏡、胸腔鏡、及び尿管鏡が挙げられるが、これらに限定されない。
一態様では、撮像装置は、トポグラフィーと下層構造とを区別するためにマルチスペクトルモニタリングを用いる。マルチスペクトル画像は、電磁スペクトルにわたって特定の波長範囲内の画像データを取り込むものである。波長は、フィルタによって、又は可視光範囲を超える周波数、例えば、ＩＲ及び紫外光を含む特定の波長からの光に感受性の器具を使用することによって分離することができる。スペクトル撮像法は、人間の目がその赤色、緑色、及び青色の受容体で捕捉することのできない追加情報の抽出を可能にすることができる。マルチスペクトル撮像法の使用は、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる２０１７年１２月２８日出願の「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する米国特許仮出願第６２／６１１，３４１号の「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｉｍａｇｉｎｇ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ」の項で詳細に説明されている。マルチスペクトルモニタリングは、１つの手術作業が完了した後に、処置された組織上で上述の試験の１つ又は２つ以上を実施するために手術野を再配置するのに有用なツールであり得る。
いかなる外科手術においても手術室及び外科用器具の厳格な滅菌が必要であることは自明である。「手術現場（surgical theater）」、すなわち手術室又は処置室に必要とされる厳格な衛生及び滅菌条件は、全ての医療装置及び機器の最大級の滅菌性を必要とする。その滅菌プロセスの一部は、撮像装置１２４並びにその付属品及び構成要素を含む、患者と接触する、又は滅菌野に侵入するあらゆるものを滅菌する必要性である。滅菌野は、トレイ内又は滅菌タオル上などの、微生物を含まないとみなされる特定の領域とみなされ得ること、又は滅菌野は、外科処置のために準備された患者のすぐ周囲の領域とみなされ得ることは理解されよう。滅菌野は、適切な衣類を着用した洗浄済みのチーム構成員、並びにその領域内の全ての備品及び固定具を含み得る。
様々な態様では、可視化システム１０８は、図２に示されるように、滅菌野に対して戦略的に配置された１つ又は２つ以上の撮像センサと、１つ又は２つ以上の画像処理ユニットと、１つ又は２つ以上のストレージアレイと、１つ又は２つ以上のディスプレイと、を含む。一態様では、可視化システム１０８は、ＨＬ７、ＰＡＣＳ、及びＥＭＲのインターフェースを含む。可視化システム１０８の様々な構成要素については、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる２０１７年１２月２８日出願の「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する米国特許仮出願第６２／６１１，３４１号の「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｉｍａｇｉｎｇ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ」の項で説明されている。
図２に示すように、一次ディスプレイ１１９は、手術台１１４に位置する操作者に可視であるように、滅菌野内に配置される。加えて、可視化タワー１１１は、滅菌野の外に位置付けられる。可視化タワー１１１は、互いに離れる方に面する第１の非滅菌ディスプレイ１０７及び第２の非滅菌ディスプレイ１０９を含む。ハブ１０６によって誘導される可視化システム１０８は、ディスプレイ１０７、１０９、及び１１９を使用して、滅菌野の内側及び外部の操作者に対する情報フローを調整するように構成されている。例えば、ハブ１０６は、可視化システム１０８に、一次ディスプレイ１１９上の手術部位のライブ映像を維持させながら、撮像装置１２４によって記録される手術部位のスナップショットを非滅菌ディスプレイ１０７又は１０９上に表示させることができる。非滅菌ディスプレイ１０７又は１０９上のスナップショットは、例えば、非滅菌操作者が外科処置に関連する診断工程を実施することを可能にすることができる。
一態様では、ハブ１０６は、滅菌野内で、可視化タワー１１１に位置する非滅菌操作者によって入力された診断入力又はフィードバックを滅菌領域内の一次ディスプレイ１１９に送り、これを手術台に位置する滅菌操作者が見ることができるようにも構成される。一実施例では、入力は、ハブ１０６によって一次ディスプレイ１１９に送ることのできる、非滅菌ディスプレイ１０７又は１０９上に表示されるスナップショットに対する修正の形態であってもよい。
図２を参照すると、外科用器具１１２は、外科処置において外科システム１０２の一部として使用されている。ハブ１０６はまた、外科用器具１１２のディスプレイへの情報フローを調整するようにも構成されている。例えば、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する２０１７年１２月２８日出願の米国特許仮出願第６２／６１１，３４１号における。可視化タワー１１１の位置で非滅菌操作者によって入力される診断入力又はフィードバックは、滅菌野内でハブ１０６によって外科用器具ディスプレイ１１５に送られてもよく、ここで診断入力又はフィードバックは外科用器具１１２の操作者によって見られてもよい。外科システム１０２と共に用いるのに好適な例示的外科用器具については、例えば、「外科用器具のハードウェア（SURGICAL INSTRUMENT HARDWARE）」の項で、及びその開示全体が参照により本明細書に組み込まれる「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する２０１７年１２月２８日出願の米国特許仮出願第６２／６１１，３４１号で説明されている。
ここで図３を参照すると、ハブ１０６が、可視化システム１０８、ロボットシステム１１０、及びハンドヘルド式インテリジェント外科用器具１１２と通信している状態で示されている。ハブ１０６は、ハブディスプレイ１３５、撮像モジュール１３８、発生器モジュール１４０、通信モジュール１３０、プロセッサモジュール１３２、及びストレージアレイ１３４を含む。特定の態様では、図３に示すように、ハブ１０６は、排煙モジュール１２６及び／又は吸引／灌注モジュール１２８を更に含む。
外科処置中、封止及び／又は切断のため組織へのエネルギー印加は、一般に、排煙、過剰な流体の吸引、及び／又は組織の灌注を伴う。異なる供給源からの流体、電力、及び／又はデータラインは、外科処置中に絡まり合うことが多い。外科処置中にこの問題に対処することで貴重な時間が失われる場合がある。ラインの絡まりをほどくには、それらの対応するモジュールからラインを抜くことが必要となる場合があり、そのためにはモジュールをリセットすることが必要となる場合がある。ハブのモジュール式筐体１３６は、電力、データ、及び流体ラインを管理するための統一環境を提供し、このようなライン間の絡まりの頻度を低減させる。
本開示の態様は、手術部位における組織へのエネルギー印加を伴う外科処置において使用するための外科用ハブを提示する。外科用ハブは、ハブ筐体と、ハブ筐体のドッキングステーション内に摺動可能に受容可能な組み合わせ発生器モジュールと、を含む。ドッキングステーションはデータ及び電力接点を含む。組み合わせ発生器モジュールは、単一ユニット内に収容された、超音波エネルギー発生器構成要素、双極ＲＦエネルギー発生器構成要素、及び単極ＲＦエネルギー発生器構成要素のうちの２つ又はそれ以上を含む。一態様では、組み合わせ発生器モジュールは、更に、排煙構成要素と、組み合わせ発生器モジュールを外科用器具に接続するための少なくとも１つのエネルギー供給ケーブルと、組織への治療エネルギーの印加によって発生した煙、流体、及び／又は微粒子を排出するように構成された少なくとも１つの排煙構成要素と、遠隔手術部位から排煙構成要素まで延在する流体ラインと、を含む。
一態様では、流体ラインは第１の流体ラインであり、第２の流体ラインは、遠隔手術部位から、ハブ筐体内に摺動可能に受容される吸引及び灌注モジュールまで延在する。一態様では、ハブ筐体は、流体インターフェースを備える。
特定の外科処置は、２つ以上のエネルギータイプを組織に印加することを必要とする場合がある。１つのエネルギータイプは、組織を切断するのにより有益であり得るが、別の異なるエネルギータイプは、組織を封止するのにより有益であり得る。例えば、双極発生器は組織を封止するために使用することができ、一方で、超音波発生器は封止された組織を切断するために使用することができる。本開示の態様は、ハブのモジュール式筐体１３６が様々な発生器を収容して、これらの間の双方向通信を促進するように構成される解決法を提示する。ハブのモジュール式筐体１３６の利点の１つは、様々なモジュールの迅速な取り外し及び／又は交換を可能にすることである。
本開示の態様は、組織へのエネルギー印加を伴う外科処置で使用するためのモジュール式外科用筐体を提示する。モジュール式外科用筐体は、組織に印加するための第１のエネルギーを発生させるように構成された第１のエネルギー発生器モジュールと、第１のデータ及び電力接点を含む第１のドッキングポートを備える第１のドッキングステーションと、を含み、第１のエネルギー発生器モジュールは、電力及びデータ接点と電気係合するように摺動可能に移動可能であり、また第１のエネルギー発生器モジュールは、第１の電力及びデータ接点との電気係合から外れるように摺動可能に移動可能である。
上記に加えて、モジュール式外科用筐体は、第１のエネルギーとは異なる、組織に印加するための第２のエネルギーを発生させるように構成された第２のエネルギー発生器モジュールと、第２のデータ及び電力接点を含む第２のドッキングポートを備える第２のドッキングステーションと、を更に含み、第２のエネルギー発生器モジュールは、電力及びデータ接点と電気係合するように摺動可能に移動可能であり、また第２のエネルギー発生器モジュールは、第２の電力及びデータ接点との電気係合から外れるように摺動可能に移動可能である。
更に、モジュール式外科用筐体は、第１のエネルギー発生器モジュールと第２のエネルギー発生器モジュールとの間の通信を容易にするように構成された、第１のドッキングポートと第２のドッキングポートとの間の通信バスを更に含む。
図３～図７を参照すると、発生器モジュール１４０と、排煙モジュール１２６と、吸引／灌注モジュール１２８と、のモジュール式統合を可能にするハブのモジュール式筐体１３６に関する本開示の態様が提示される。ハブのモジュール式筐体１３６は、モジュール１４０、１２６、１２８間の双方向通信を更に促進する。図５に示すように、発生器モジュール１４０は、ハブのモジュール式筐体１３６に摺動可能に挿入可能な単一のハウジングユニット１３９内に支持される、統合された単極、双極、及び超音波構成要素を備える発生器モジュールであってもよい。図５に示すように、発生器モジュール１４０は、単極装置１４６、双極装置１４７、及び超音波装置１４８に接続するように構成され得る。あるいは、発生器モジュール１４０は、ハブのモジュール式筐体１３６を介して相互作用する一連の単極、双極、及び／又は超音波発生器モジュールを備えてもよい。ハブのモジュール式筐体１３６は、複数の発生器が単一の発生器として機能するように、複数の発生器の挿入と、ハブのモジュール式筐体１３６にドッキングされた発生器間の双方向通信と、を促進するように構成されてもよい。
一態様では、ハブのモジュール式筐体１３６は、モジュール１４０、１２６、１２８の取り外し可能な取り付け及びそれらの間の双方向通信を可能にするために、外部及び無線通信ヘッダを備えるモジュール式電力及び通信バックプレーン１４９を備える。
一態様では、ハブのモジュール式筐体１３６は、モジュール１４０、１２６、１２８を摺動可能に受容するように構成された、本明細書ではドロアーとも称されるドッキングステーション又はドロアー１５１を含む。図４は、外科用ハブ筐体１３６、及び外科用ハブ筐体１３６のドッキングステーション１５１に摺動可能に受容可能な組み合わせ発生器モジュール１４５の部分斜視図を示す。組み合わせ発生器モジュール１４５の後側に電力及びデータ接点を有するドッキングポート１５２は、組み合わせ発生器モジュール１４５がハブのモジュール式筐体１３６の対応するドッキングステーション１５１内の位置へと摺動されると、対応するドッキングポート１５０をハブのモジュール式筐体１３６の対応するドッキングステーション１５１の電力及びデータ接点と係合するように構成される。一態様では、組み合わせ発生器モジュール１４５は、図５に示すように、双極、超音波、及び単極モジュールと、単一のハウジングユニット１３９と共に一体化された排煙モジュールと、を含む。
様々な態様では、排煙モジュール１２６は、捕捉／回収された煙及び／又は流体を手術部位から遠ざけて、例えば、排煙モジュール１２６へと搬送する流体ライン１５４を含む。排煙モジュール１２６から発生する真空吸引は、煙を手術部位のユーティリティ導管の開口部に引き込むことができる。流体ラインに結合されたユーティリティ導管は、排煙モジュール１２６で終端する可撓管の形態であってもよい。ユーティリティ導管及び流体ラインは、ハブ筐体１３６内に受容される排煙モジュール１２６に向かって延在する流体経路を画定する。
様々な態様では、吸引／灌注モジュール１２８は、吸い込み（aspiration）流体ライン及び吸引（suction）流体ラインを含む外科用ツールに結合される。一実施例では、吸い込み及び吸引流体ラインは、手術部位から吸引／灌注モジュール１２８に向かって延在する可撓管の形態である。１つ又は２つ以上の駆動システムは、手術部位への、及び手術部位からの流体の灌注及び吸い込みを引き起こすように構成され得る。
一態様では、外科用ツールは、その遠位端にエンドエフェクタを有するシャフトと、エンドエフェクタに関連付けられた少なくとも１つのエネルギー処置部と、吸い込み管と、灌注管と、を含む。吸い込み管は、その遠位端に入口ポートを有することができ、吸い込み管はシャフトを通って延在する。同様に、灌注管はシャフトを通って延在することができ、かつ、エネルギー送達器具に近接した入口ポートを有することができる。エネルギー送達器具は、超音波及び／又はＲＦエネルギーを手術部位に送達するように構成され、最初にシャフトを通って延在するケーブルによって発生器モジュール１４０に結合される。
灌注管は流体源と流体連通することができ、吸い込み管は真空源と流体連通することができる。流体源及び／又は真空源は、吸引／灌注モジュール１２８内に収容され得る。一実施例では、流体源及び／又は真空源は、吸引／灌注モジュール１２８とは別にハブ筐体１３６内に収容され得る。このような実施例では、流体インターフェースは、吸引／灌注モジュール１２８を流体源及び／又は真空源に接続するように構成され得る。
一態様では、モジュール１４０、１２６、１２８及び／又はハブのモジュール式筐体１３６上のそれらの対応するドッキングステーションは、モジュールのドッキングポートを位置合わせして、ハブのモジュール式筐体１３６のドッキングステーション内でこれらの対応部品と係合させるように構成された位置合わせ機構を含み得る。例えば、図４に示すように、組み合わせ発生器モジュール１４５は、ハブのモジュール式筐体１３６の対応するドッキングステーション１５１の対応するブラケット１５６と摺動可能に係合するように構成された側部ブラケット１５５を含む。ブラケットは協働して、組み合わせ発生器モジュール１４５のドッキングポート接点をハブのモジュール式筐体１３６のドッキングポート接点と電気係合させるように誘導する。
いくつかの態様では、ハブのモジュール式筐体１３６のドロアー１５１はサイズが同じ又は実質的に同じであり、モジュールはドロアー１５１内に受容されるサイズに調整される。例えば、側部ブラケット１５５及び／又は１５６は、モジュールのサイズに応じてより大きくなっても小さくなってもよい。他の態様では、ドロアー１５１はサイズが異なり、それぞれ特定のモジュールを収容するように設計される。
更に、適合しない接点を備えるドロアーにモジュールを挿入することを避けるために、特定のモジュールの接点を、特定のドロアーの接点と係合するように鍵付きにしてもよい。
図４に示されるように、１つのドロアー１５１のドッキングポート１５０は、通信リンク１５７を介して別のドロアー１５１のドッキングポート１５０に結合されて、ハブのモジュール式筐体１３６内に収容されたモジュール間の双方向通信を容易にすることができる。あるいは又は更に、ハブのモジュール式筐体１３６のドッキングポート１５０は、ハブのモジュール式筐体１３６内に収容されたモジュール間の無線双方向通信を容易にしてもよい。例えば、Ａｉｒ Ｔｉｔａｎ－Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどの任意の好適な無線通信を用いてもよい。
図６は、外科用ハブ２０６の複数のモジュールを受容するように構成された横方向モジュール式ハウジング１６０の複数の横方向ドッキングポートの個々の電力バスアタッチメントを示す。横方向モジュール式ハウジング１６０は、モジュール１６１を横方向に受容して相互接続するように構成される。モジュール１６１は、モジュール１６１を相互接続するためのバックプレーンを含む横方向モジュール式ハウジング１６０のドッキングステーション１６２内に摺動可能に挿入される。図６に示すように、モジュール１６１は、横方向モジュール式ハウジング１６０内で横方向に配置される。あるいは、モジュール１６１は、横方向モジュール式ハウジング内で垂直方向に配置されてもよい。
図７は、外科用ハブ１０６の複数のモジュール１６５を受容するように構成された垂直モジュール式ハウジング１６４を示す。モジュール１６５は、モジュール１６５を相互接続するためのバックプレーンを含む垂直モジュール式ハウジング１６４のドッキングステーション又はドロアー１６７内に摺動可能に挿入される。垂直モジュール式ハウジング１６４のドロアー１６７は垂直方向に配置されているが、特定の場合では、垂直モジュール式ハウジング１６４は、横方向に配置されたドロアーを含んでもよい。更に、モジュール１６５は、垂直モジュール式ハウジング１６４のドッキングポートを介して互いに相互作用し得る。図７の実施例では、モジュール１６５の動作に関連するデータを表示するためのディスプレイ１７７が提供される。加えて、垂直モジュール式ハウジング１６４は、マスタモジュール１７８内に摺動可能に受容される複数のサブモジュールを収容するマスタモジュール１７８を含む。
様々な態様では、撮像モジュール１３８は、内蔵型のビデオプロセッサ及びモジュール式光源を備え、様々な撮像装置と共に使用するように適合されている。一態様では、撮像装置は、光源モジュール及びカメラモジュールと共に組み立てることが可能なモジュール式ハウジングで構成される。ハウジングは、使い捨て式ハウジングであってもよい。少なくとも１つの実施例では、使い捨て式ハウジングは、再利用可能なコントローラ、光源モジュール、及びカメラモジュールと取り外し可能に結合される。光源モジュール及び／又はカメラモジュールは、外科処置の種類に応じて選択的に選択することができる。一態様では、カメラモジュールはＣＣＤセンサを含む。別の態様では、カメラモジュールはＣＭＯＳセンサを含む。別の態様では、カメラモジュールは走査されたビームの撮像用に構成される。同様に、光源モジュールは、外科処置に応じて白色光又は異なる光を送達するように構成することができる。
外科処置中に、手術野から外科用装置を除去して異なるカメラ又は異なる光源を含む別の外科用装置と交換することは非効率的であり得る。手術野の視野を一時的に喪失することは、望ましからぬ結果をもたらし得る。本開示のモジュール撮像装置は、手術野から撮像装置を除去する必要なく、外科処置中に光源モジュール又はカメラモジュール中間体（midstream）の交換を可能にするように構成される。
一態様では、撮像装置は、複数のチャネルを含む管状ハウジングを備える。第１のチャネルは、第１のチャネルとスナップ嵌め係合するように構成され得るカメラモジュールを摺動可能に受容するように構成されている。第２のチャネルは、第２のチャネルとスナップ嵌め係合するように構成され得る光源モジュールを摺動可能に受容するように構成されている。別の実施例では、カメラモジュール及び／又は光源モジュールは、これらの対応するチャネル内の最終位置へと回転させることができる。スナップ嵌め係合の代わりにねじ係合が採用されてもよい。
様々な実施例で、複数の撮像装置が、複数の視野を提供するために手術野内の様々な位置に位置決めされる。撮像モジュール１３８は、最適な視野を提供するために撮像装置間を切り替えるように構成することができる。様々な態様では、撮像モジュール１３８は、異なる撮像装置からの画像を統合するように構成することができる。
本開示と共に使用するのに好適な様々な画像プロセッサ及び撮像装置は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる「ＣＯＭＢＩＮＥＤ ＳＢＩ ＡＮＤ ＣＯＮＶＥＮＴＩＯＮＡＬ ＩＭＡＧＥ ＰＲＯＣＥＳＳＯＲ」と題する２０１１年８月９日発行の米国特許第７，９９５，０４５号に記載されている。更に、その全体が参照により本明細書に組み込まれる「ＳＢＩ ＭＯＴＩＯＮ ＡＲＴＩＦＡＣＴ ＲＥＭＯＶＡＬ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ」と題する２０１１年７月１９日発行の米国特許第７，９８２，７７６号は、画像データからモーションアーチファクトを除去するための様々なシステムについて記載している。こうしたシステムは、撮像モジュール１３８と一体化され得る。更に、「ＣＯＮＴＲＯＬＬＡＢＬＥ ＭＡＧＮＥＴＩＣ ＳＯＵＲＣＥ ＴＯ ＦＩＸＴＵＲＥ ＩＮＴＲＡＣＯＲＰＯＲＥＡＬ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ」と題する２０１１年１２月１５日公開の米国特許出願公開第２０１１／０３０６８４０号、及び「ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＰＥＲＦＯＲＭＩＮＧ Ａ ＭＩＮＩＭＡＬＬＹ ＩＮＶＡＳＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＲＯＣＥＤＵＲＥ」と題する２０１４年８月２８日公開の米国特許出願公開第２０１４／０２４３５９７号は、それぞれその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
図８は、医療施設の１つ又は２つ以上の手術室、又は外科処置のための専門設備を備えた医療施設内の任意の部屋に配置されたモジュール式装置をクラウドベースのシステム（例えばストレージ装置２０５に結合されたリモートサーバ２１３を含み得るクラウド２０４）に接続するように構成されたモジュール式通信ハブ２０３を備える外科用データネットワーク２０１を示す。一態様では、モジュール式通信ハブ２０３は、ネットワークルータと通信するネットワークハブ２０７及び／又はネットワークスイッチ２０９を備える。モジュール式通信ハブ２０３は更に、ローカルコンピュータ処理及びデータ操作を提供するために、ローカルコンピュータシステム２１０に結合することができる。外科用データネットワーク２０１は、受動的、インテリジェント、又は切替式として構成されてもよい。受動的外科用データネットワークはデータの導管として機能し、データが１つの装置（又はセグメント）から別の装置（又はセグメント）に、及びクラウドコンピューティングリソースに行くことを可能にする。インテリジェントな外科用データネットワークは、トラフィックが監視対象の外科用データネットワークを通過することを可能にし、ネットワークハブ２０７又はネットワークスイッチ２０９内の各ポートを構成する追加の機構を含む。インテリジェントな外科用データネットワークは、管理可能なハブ又はスイッチと称され得る。スイッチングハブは、各パケットの宛先アドレスを読み取り、次いでパケットを正しいポートに転送する。
手術室に配置されるモジュール式装置１ａ～１ｎは、モジュール式通信ハブ２０３に結合されてもよい。ネットワークハブ２０７及び／又はネットワークスイッチ２０９は、ネットワークルータ２１１に結合されて、装置１ａ～１ｎをクラウド２０４又はローカルコンピュータシステム２１０に接続することができる。装置１ａ～１ｎに関連付けられたデータは、遠隔データ処理及び操作のためにルータを介してクラウドベースのコンピュータに転送されてもよい。装置１ａ～１ｎに関連付けられたデータはまた、ローカルでのデータ処理及び操作のためにローカルコンピュータシステム２１０に転送されてもよい。同じ手術室に位置するモジュール式装置２ａ～２ｍもまた、ネットワークスイッチ２０９に結合されてもよい。ネットワークスイッチ２０９は、ネットワークハブ２０７及び／又はネットワークルータ２１１に結合されて、装置２ａ～２ｍをクラウド２０４に接続することができる。装置２ａ～２ｎに関連付けられたデータは、データ処理及び操作のためにネットワークルータ２１１を介してクラウド２０４に転送されてもよい。装置２ａ～２ｍに関連付けられたデータはまた、ローカルでのデータ処理及び操作のためにローカルコンピュータシステム２１０に転送されてもよい。
複数のネットワークハブ２０７及び／又は複数のネットワークスイッチ２０９を複数のネットワークルータ２１１と相互接続することによって、外科用データネットワーク２０１が拡張され得ることが理解されるであろう。モジュール式通信ハブ２０３は、複数の装置１ａ～１ｎ／２ａ～２ｍを受容するように構成されたモジュール式制御タワー内に収容され得る。ローカルコンピュータシステム２１０もまた、モジュール式制御タワーに収容されてもよい。モジュール式通信ハブ２０３は、ディスプレイ２１２に接続されて、例えば外科処置中に、装置１ａ～１ｎ／２ａ～２ｍのうちのいくつかによって取得された画像を表示する。様々な態様では、装置１ａ～１ｎ／２ａ～２ｍとしては、外科用データネットワーク２０１のモジュール式通信ハブ２０３に接続され得るモジュール式装置の中でもとりわけ、例えば、内視鏡に結合された撮像モジュール１３８、エネルギーベースの外科用装置に結合された発生器モジュール１４０、排煙モジュール１２６、吸引／灌注モジュール１２８、通信モジュール１３０、プロセッサモジュール１３２、ストレージアレイ１３４、ディスプレイに結合された外科用装置、及び／又は非接触センサモジュールなどの様々なモジュールが挙げられ得る。
一態様では、外科用データネットワーク２０１は、装置１ａ～１ｎ／２ａ～２ｍをクラウドに接続する、ネットワークハブ（複数可）、ネットワークスイッチ（複数可）、及びネットワークルータ（複数可）との組み合わせを含んでもよい。ネットワークハブ又はネットワークスイッチに結合された装置１ａ～１ｎ／２ａ～２ｍのいずれか１つ又は全ては、リアルタイムでデータを収集し、データ処理及び操作のためにデータをクラウドコンピュータに転送することができる。クラウドコンピューティングは、ソフトウェアアプリケーションを取り扱うために、ローカルサーバ又はパーソナル装置を有するのではなく、共有コンピューティングリソースに依存することは理解されるであろう。「クラウド」という用語は「インターネット」の隠喩として用いられ得るが、この用語はそのように限定はされない。したがって、「クラウドコンピューティング」という用語は、本明細書では「インターネットベースのコンピューティングの一種」を指すために用いることができ、この場合、サーバ、ストレージ、及びアプリケーションなどの様々なサービスは、手術現場（例えば、固定式、移動式、一時的、又は現場の手術室又は空間）に位置するモジュール式通信ハブ２０３及び／又はコンピュータシステム２１０に、かつインターネットを介してモジュール式通信ハブ２０３及び／又はコンピュータシステム２１０に接続された装置に送達される。クラウドインフラストラクチャは、クラウドサービスプロバイダによって維持され得る。この文脈において、クラウドサービスプロバイダは、１つ又は２つ以上の手術室内に位置する装置１ａ～１ｎ／２ａ～２ｍの使用及び制御を調整する事業体であり得る。クラウドコンピューティングサービスは、スマート外科用器具、ロボット、及び手術室内に位置する他のコンピュータ化装置によって収集されたデータに基づいて、多数の計算を実行することができる。ハブハードウェアは、複数の装置又は接続部がクラウドコンピューティングリソース及びストレージと通信するコンピュータに接続することを可能にする。
装置１ａ～１ｎ／２ａ～２ｍによって収集されたデータにクラウドコンピュータデータ処理技術を適用することで、外科用データネットワークは、外科的成果の改善、コスト低減、及び患者満足度の改善を提供する。組織の封止及び切断処置後に、組織の状態を観察して封止された組織の漏出又は灌流を評価するために、装置１ａ～１ｎ／２ａ～２ｍのうちの少なくともいくつかを用いることができる。クラウドベースのコンピューティングを使用して、身体組織の試料の画像を含むデータを診断目的で検査して疾患の影響などの病状を特定するために、装置１ａ～１ｎ／２ａ～２ｍのうちの少なくともいくつかを用いることができる。これは、組織及び表現型の位置特定及びマージン確認を含む。撮像装置と一体化された様々なセンサ、及び複数の撮像装置によってキャプチャされた画像をオーバーレイするなどの技術を使用して、身体の解剖学的構造を特定するために、装置１ａ～１ｎ／２ａ～２ｍのうちの少なくともいくつかを用いることができる。画像データを含む、装置１ａ～１ｎ／２ａ～２ｍによって収集されたデータは、画像処理及び操作を含むデータ処理及び操作のために、クラウド２０４若しくはローカルコンピュータシステム２１０又はその両方に転送されてもよい。データは、組織特異的部位及び状態に対する内視鏡的介入、新興技術、標的化放射線、標的化介入、及び精密ロボットの適用などの更なる治療を遂行できるかを判定することによって、外科処置の結果を改善するために分析することができる。こうしたデータ分析は、予後分析処理を更に採用してもよく、標準化されたアプローチを使用することは、外科治療及び外科医の挙動を確認するか、又は外科治療及び外科医の挙動に対する修正を提案するかのいずれかのために有益なフィードバックを提供することができる。
一実装態様では、手術室装置１ａ～１ｎは、ネットワークハブに対する装置１ａ～１ｎの構成に応じて、有線チャネル又は無線チャネルを介してモジュール式通信ハブ２０３に接続されてもよい。ネットワークハブ２０７は、一態様では、開放型システム間相互接続（ＯＳＩ）モデルの物理層上で機能するローカルネットワークブロードキャスト装置として実装されてもよい。ネットワークハブは、同じ手術室ネットワーク内に位置する装置１ａ～１ｎに接続性を提供する。ネットワークハブ２０７は、パケット形態のデータを収集し、それらを半二重モードでルータに送信する。ネットワークハブ２０７は、装置データを転送するための任意の媒体アクセス制御／インターネットプロトコル（ＭＡＣ／ＩＰ）は記憶しない。装置１ａ～１ｎのうちの１つのみが、ネットワークハブ２０７を介して一度にデータを送信することができる。ネットワークハブ２０７は、情報の送信先に関する経路選択テーブル又はインテリジェンスを有さず、全てのネットワークデータを各コネクション全体、及びクラウド２０４上のリモートサーバ２１３（図９）にブロードキャストする。ネットワークハブ２０７は、コリジョンなどの基本的なネットワークエラーを検出することができるが、全ての情報を複数のポートにブロードキャストすることは、セキュリティリスクとなりボトルネックを引き起こすおそれがある。
別の実装形態では、手術室装置２ａ～２ｍは、有線チャネル又は無線チャネルを介してネットワークスイッチ２０９に接続されてもよい。ネットワークスイッチ２０９は、ＯＳＩモデルのデータリンク層内で機能する。ネットワークスイッチ２０９は、同じ手術室内に位置する装置２ａ～２ｍをネットワークに接続するためのマルチキャスト装置である。ネットワークスイッチ２０９は、フレームの形態のデータをネットワークルータ２１１に送信し、全二重モードで機能する。複数の装置２ａ～２ｍは、ネットワークスイッチ２０９を介して同時にデータを送信することができる。ネットワークスイッチ２０９は、データを転送するために装置２ａ～２ｍのＭＡＣアドレスを記憶かつ使用する。
ネットワークハブ２０７及び／又はネットワークスイッチ２０９は、クラウド２０４に接続するためにネットワークルータ２１１に結合される。ネットワークルータ２１１は、ＯＳＩモデルのネットワーク層内で機能する。ネットワークルータ２１１は、装置１ａ～１ｎ／２ａ～２ｍのいずれか１つ又は全てによって収集されたデータを更に処理及び操作するために、ネットワークハブ２０７及び／又はネットワークスイッチ２１１から受信したデータパケットをクラウドベースのコンピュータリソースに送信するための経路を作成する。ネットワークルータ２１１は、例えば、同じ医療施設の異なる手術室、又は異なる医療施設の異なる手術室に位置する異なるネットワークなどの、異なる位置に位置する２つ以上の異なるネットワークを接続するために用いられてもよい。ネットワークルータ２１１は、パケット形態のデータをクラウド２０４に送信し、全二重モードで機能する。複数の装置が同時にデータを送信することができる。ネットワークルータ２１１は、データを転送するためにＩＰアドレスを使用する。
一実施例では、ネットワークハブ２０７は、複数のＵＳＢ装置をホストコンピュータに接続することを可能にするＵＳＢハブとして実装されてもよい。ＵＳＢハブは、装置をホストシステムコンピュータに接続するために利用可能なポートが多くなるように、単一のＵＳＢポートをいくつかの階層に拡張することができる。ネットワークハブ２０７は、有線チャネル又は無線チャネルを介して情報を受信するための有線又は無線能力を含むことができる。一態様では、無線ＵＳＢ短距離高帯域無線通信プロトコルが、手術室内に位置する装置１ａ～１ｎと装置２ａ～２ｍとの間の通信のために使用されてもよい。
他の実施例では、手術室装置１ａ～１ｎ／２ａ～２ｍは、固定及びモバイル装置から短距離にわたってデータを交換し（２．４～２．４８５ＧＨｚのＩＳＭ帯域における短波長ＵＨＦ電波を使用して）、かつパーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）を構築するために、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ無線技術規格を介してモジュール式通信ハブ２０３と通信することができる。他の態様では、手術室装置１ａ～１ｎ／２ａ～２ｍは、Ｗｉ－Ｆｉ（ＩＥＥＥ８０２．１１ファミリー）、ＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ８０２．１６ファミリー）、ＩＥＥＥ８０２．２０、ロング・ターム・エボリューション（long-term evolution、ＬＴＥ）、並びにＥｖ－ＤＯ、ＨＳＰＡ＋、ＨＳＤＰＡ＋、ＨＳＵＰＡ＋、ＥＤＧＥ、ＧＳＭ、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＤＥＣＴ、及びこれらのイーサネット派生物、のみならず３Ｇ、４Ｇ、５Ｇ、及びそれ以降と指定される任意の他の無線及び有線プロトコルが挙げられるがこれらに限定されない数多くの無線又は有線通信規格又はプロトコルを介してモジュール式通信ハブ２０３と通信することができる。コンピューティングモジュールは、複数の通信モジュールを含んでもよい。例えば、第１の通信モジュールは、Ｗｉ－Ｆｉ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの短距離無線通信専用であってもよく、第２の通信モジュールは、ＧＰＳ、ＥＤＧＥ、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ、Ｅｖ－ＤＯなどの長距離無線通信専用であってもよい。
モジュール式通信ハブ２０３は、手術室装置１ａ～１ｎ／２ａ～２ｍの１つ又は全ての中央接続部として機能することができ、フレームとして知られるデータ型を取り扱う。フレームは、装置１ａ～１ｎ／２ａ～２ｍによって生成されたデータを搬送する。フレームがモジュール式通信ハブ２０３によって受信されると、フレームは増幅されてネットワークルータ２１１へ送信され、ネットワークルータ２１１は本明細書に記載される数多くの無線又は有線通信規格又はプロトコルを使用することによってこのデータをクラウドコンピューティングリソースに転送する。
モジュール式通信ハブ２０３は、スタンドアロンの装置として使用されてもよく、又はより大きなネットワークを形成するために互換性のあるネットワークハブ及びネットワークスイッチに接続されてもよい。モジュール式通信ハブ２０３は、一般に据え付け、構成、及び維持が容易であるため、モジュール式通信ハブ２０３は手術室装置１ａ～１ｎ／２ａ～２ｍをネットワーク接続するための良好な選択肢となる。
図９は、コンピュータ実装インタラクティブ外科システム２００を示す。コンピュータ実装インタラクティブ外科システム２００は、多くの点で、コンピュータ実装インタラクティブ外科システム１００と類似している。例えば、コンピュータ実装インタラクティブ外科システム２００は、多くの点で外科システム１０２と類似する１つ又は２つ以上の外科システム２０２を含む。各外科システム２０２は、リモートサーバ２１３を含み得るクラウド２０４と通信する少なくとも１つの外科用ハブ２０６を含む。一態様では、コンピュータ実装インタラクティブ外科システム２００は、例えば、インテリジェント外科用器具、ロボット、及び手術室内に位置する他のコンピュータ化装置などの複数の手術室装置に接続されたモジュール式制御タワー２３６を備える。図１０に示されるように、モジュール式制御タワー２３６は、コンピュータシステム２１０に結合されたモジュール式通信ハブ２０３を備える。図９の実施例に例示するように、モジュール式制御タワー２３６は、内視鏡２３９に結合された撮像モジュール２３８、エネルギー装置２４１に結合された発生器モジュール２４０、排煙器モジュール２２６、吸引／灌注モジュール２２８、通信モジュール２３０、プロセッサモジュール２３２、ストレージアレイ２３４、任意でディスプレイ２３７に結合されたスマート装置／器具２３５、及び非接触センサモジュール２４２に結合される。手術室装置は、モジュール式制御タワー２３６を介してクラウドコンピューティングリソース及びデータストレージに結合される。ロボットハブ２２２もまた、モジュール式制御タワー２３６及びクラウドコンピューティングリソースに接続されてもよい。中でもとりわけ、装置／器具２３５、可視化システム２０８が、本明細書に記載される有線又は無線通信規格又はプロトコルを介してモジュール式制御タワー２３６に結合されてもよい。モジュール式制御タワー２３６は、撮像モジュール、装置／器具ディスプレイ、及び／又は他の可視化システム２０８から受信した画像を表示及びオーバーレイするためにハブディスプレイ２１５（例えば、モニタ、スクリーン）に結合されてもよい。ハブディスプレイはまた、画像及びオーバーレイ画像と共にモジュール式制御タワーに接続された装置から受信したデータを表示してもよい。
図１０は、モジュール式制御タワー２３６に結合された複数のモジュールを備える外科用ハブ２０６を示す。モジュール式制御タワー２３６は、例えばネットワーク接続装置などのモジュール式通信ハブ２０３と、例えば局所処理、可視化、及び撮像を提供するためのコンピュータシステム２１０と、を備える。図１０に示すように、モジュール式通信ハブ２０３は、モジュール式通信ハブ２０３に接続できるモジュール（例えば、装置）の数を拡張するために階層化構成で接続されて、モジュールに関連付けられたデータをコンピュータシステム２１０、クラウドコンピューティングリソース、又はその両方に転送することができる。図１０に示すように、モジュール式通信ハブ２０３内のネットワークハブ／スイッチのそれぞれは、３つの下流ポート及び１つの上流ポートを含む。上流のネットワークハブ／スイッチは、クラウドコンピューティングリソース及びローカルディスプレイ２１７への通信接続を提供するためにプロセッサに接続される。クラウド２０４への通信は、有線又は無線通信チャネルのいずれかを介して行うことができる。
外科用ハブ２０６は、非接触センサモジュール２４２を使用して、手術室の寸法を測定し、また超音波又はレーザ型非接触測定装置のいずれかを使用して手術現場のマップを生成する。その全体が参照により本明細書に組み込まれる２０１７年１２月２８日出願の「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」と題する米国特許仮出願第６２／６１１，３４１号の「Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｈｕｂ Ｓｐａｔｉａｌ Ａｗａｒｅｎｅｓｓ Ｗｉｔｈｉｎ ａｎ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｒｏｏｍ」の項で説明されるように、超音波ベースの非接触センサモジュールは、超音波のバーストを送信し、超音波のバーストが手術室の外壁に反射したときのエコーを受信することによって手術室を走査し、ここでセンサモジュールが、手術室のサイズを判定し、かつＢｌｕｅｔｏｏｔｈペアリングの距離限界を調整するように構成される。レーザベースの非接触センサモジュールは、例えば、レーザ光パルスを送信し、手術室の外壁に反射するレーザ光パルスを受信し、送信されたパルスの位相を受信したパルスと比較して、手術室のサイズを判定し、かつＢｌｕｅｔｏｏｔｈペアリング距離限界を調整することによって手術室を走査する。
コンピュータシステム２１０は、プロセッサ２４４とネットワークインターフェース２４５とを備える。プロセッサ２４４は、システムバスを介して、通信モジュール２４７、ストレージ２４８、メモリ２４９、不揮発性メモリ２５０、及び入力／出力インターフェース２５１に結合される。システムバスは、９ビットバス、業界標準アーキテクチャ（ＩＳＡ）、マイクロチャネルアーキテクチャ（ＭＳＡ）、拡張ＩＳＡ（ＥＩＳＡ）、インテリジェントドライブエレクトロニクス（ＩＤＥ）、ＶＥＳＡローカルバス（ＶＬＢ）、周辺装置相互接続（ＰＣＩ）、ＵＳＢ、アドバンスドグラフィックスポート（ＡＧＰ）、パーソナルコンピュータメモリカード国際協会バス（ＰＣＭＣＩＡ）、小型計算機システム・インターフェース（ＳＣＳＩ）、又は任意の他の独自バス（proprietary bus）が挙げられるがこれらに限定されない任意の様々なバスアーキテクチャを用いる、メモリバス若しくはメモリコントローラ、ペリフェラルバス若しくは外部バス、及び／又はローカルバスを含むいくつかのタイプのバス構造（複数可）のうちのいずれかであっってもよい。
プロセッサ２４４は、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘの商品名で知られているものなど、任意のシングルコア又はマルチコアプロセッサであってもよい。一態様では、プロセッサは、例えば、その詳細が製品データシートで入手可能である、最大４０ＭＨｚの２５６ＫＢのシングルサイクルフラッシュメモリ若しくは他の不揮発性メモリのオンチップメモリ、性能を４０ＭＨｚ超に改善するためのプリフェッチバッファ、３２ＫＢのシングルサイクルシリアルランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ＳｔｅｌｌａｒｉｓＷａｒｅ（登録商標）ソフトウェアを搭載した内部読み出し専用メモリ（read-only memory、ＲＯＭ）、２ＫＢの電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（electrically erasable programmable read-only memory、ＥＥＰＲＯＭ）、及び／又は、１つ若しくは２つ以上のパルス幅変調（pulse width modulation、ＰＷＭ）モジュール、１つ若しくは２つ以上の直交エンコーダ入力（quadrature encoder input、ＱＥＩ）アナログ、１２個のアナログ入力チャネルを備える１つ若しくは２つ以上の１２ビットアナログ－デジタル変換器（analog-to-digital converter、ＡＤＣ）を含む、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＬＭ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲ ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ４Ｆプロセッサコアであってもよい。
一態様では、プロセッサ２４４は、同じくＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のＨｅｒｃｕｌｅｓ ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ Ｒ４の商品名で知られるＴＭＳ５７０及びＲＭ４ｘなどの２つのコントローラ系ファミリーを含む安全コントローラを含んでもよい。安全コントローラは、拡張性のある性能、接続性、及びメモリの選択肢を提供しながら、高度な集積型安全機構を提供するために、中でも特に、ＩＥＣ６１５０８及びＩＳＯ２６２６２の安全限界用途専用に構成されてもよい。
システムメモリとしては、揮発性メモリ及び不揮発性メモリが挙げられる。起動中などにコンピュータシステム内の要素間で情報を転送するための基本ルーチンを含む基本入出力システム（ＢＩＯＳ）は、不揮発性メモリに記憶される。例えば、不揮発性メモリとしては、ＲＯＭ、プログラマブルＲＯＭ（programmable ROM、ＰＲＯＭ）、電気的プログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ、又はフラッシュメモリが挙げられ得る。揮発性メモリとしては、外部キャッシュメモリとして機能するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）が挙げられる。更に、ＲＡＭは、ＳＲＡＭ、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）、ダブルデータレートＳＤＲＡＭ（ＤＤＲ ＳＤＲＡＭ）、エンハンスドＳＤＲＡＭ（ＥＳＤＲＡＭ）、シンクリンクＤＲＡＭ（ＳＬＤＲＡＭ）、及びダイレクトランバスＲＡＭ（ＤＲＲＡＭ）などの多くの形態で利用可能である。
コンピュータシステム２１０はまた、取り外し可能／取り外し不可能な揮発性／不揮発性コンピュータストレージ媒体、例えばディスクストレージなどを含む。ディスクストレージとしては、磁気ディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ、テープドライブ、Ｊａｚドライブ、Ｚｉｐドライブ、ＬＳ－６０ドライブ、フラッシュメモリカード、又はメモリスティックのようなデバイスが挙げられるが、これらに限定されない。加えて、ディスクストレージは、ストレージ媒体を、独立して、又はコンパクトディスクＲＯＭ装置（ＣＤ－ＲＯＭ）、コンパクトディスク記録可能ドライブ（ＣＤ－Ｒドライブ）、コンパクトディスク書き換え可能ドライブ（ＣＤ－ＲＷドライブ）、若しくはデジタル多用途ディスクＲＯＭドライブ（ＤＶＤ－ＲＯＭ）などの光ディスクドライブが挙げられるがこれらに限定されない他のストレージ媒体との組み合わせで含むことができる。ディスクストレージ装置のシステムバスへの接続を容易にするために、取り外し可能な又は取り外し不可能なインターフェースが用いられてもよい。
コンピュータシステム２１０は、好適な動作環境で説明されるユーザと基本コンピュータリソースとの間で媒介として機能するソフトウェアを含むことを理解されたい。このようなソフトウェアとしてはオペレーティングシステムが挙げられる。ディスクストレージ上に記憶され得るオペレーティングシステムは、コンピュータシステムのリソースを制御及び割り当てするように機能する。システムアプリケーションは、システムメモリ内又はディスクストレージ上のいずれかに記憶されたプログラムモジュール及びプログラムデータを介して、オペレーティングシステムによるリソース管理を活用する。本明細書に記載される様々な構成要素は、様々なオペレーティングシステム又はオペレーティングシステムの組み合わせで実装することができることを理解されたい。
ユーザは、Ｉ／Ｏインターフェース２５１に結合された入力装置（複数可）を介してコンピュータシステム２１０にコマンド又は情報を入力する。入力装置としては、マウス、トラックボール、スタイラス、タッチパッドなどのポインティングデバイス、キーボード、マイクロフォン、ジョイスティック、ゲームパッド、サテライト・ディッシュ、スキャナ、ＴＶチューナカード、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、ウェブカメラなどが挙げられるが、これらに限定されない。これら及び他の入力装置は、インターフェースポート（複数可）を介し、システムバスを通してプロセッサに接続する。インターフェースポート（複数可）としては、例えば、シリアルポート、パラレルポート、ゲームポート、及びＵＳＢが挙げられる。出力装置（複数可）は、入力装置（複数可）と同じ種類のポートのうちのいくつかを使用する。したがって、例えば、ＵＳＢポートを使用して、コンピュータシステムに入力を提供し、またコンピュータシステムからの情報を出力装置に出力してもよい。出力アダプタは、特別なアダプタを必要とする出力装置の中でもとりわけ、モニタ、ディスプレイ、スピーカ、及びプリンタなどのいくつかの出力装置が存在することを示すために提供される。出力アダプタとしては、例示としてのものであり限定するものではないが、出力装置とシステムバスとの間の接続手段を提供するビデオ及びサウンドカードが挙げられる。遠隔コンピュータ（複数可）などの他の装置及び／又は装置のシステムは、入力及び出力機能の両方を提供することに留意されたい。
コンピュータシステム２１０は、クラウドコンピュータ（複数可）などの１つ若しくは２つ以上の遠隔コンピュータ又はローカルコンピュータへの論理接続を使用するネットワーク化環境で動作することができる。遠隔クラウドコンピュータ（複数可）は、パーソナルコンピュータ、サーバ、ルータ、ネットワークＰＣ、ワークステーション、マイクロプロセッサベースの機器、ピア装置、又は他の一般的なネットワークノードなどであり得、典型的には、コンピュータシステムに関して説明される要素の多く又は全てを含む。簡潔にするために、遠隔コンピュータ（複数可）と共にメモリストレージ装置のみが示される。遠隔コンピュータ（複数可）は、ネットワークインターフェースを介してコンピュータシステムに論理的に接続され、続いて、通信接続を介して物理的に接続される。ネットワークインターフェースは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）及びワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）などの通信ネットワークを包含する。ＬＡＮ技術としては、光ファイバ分散データインターフェース（fiber distributed data Interface、ＦＤＤＩ）、銅線分散データインターフェース（copper distributed data interface、ＣＤＤＩ）、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＥＥＥ８０２．３、Ｔｏｋｅｎ Ｒｉｎｇ／ＩＥＥＥ８０２．５などが挙げられる。ＷＡＮ技術としては、ポイントツーポイントリンク、統合サービスデジタルネットワーク（integrated services digital network、ＩＳＤＮ）及びその変形などの回路交換ネットワーク、パケット交換ネットワーク、並びにデジタル加入者回線（digital subscriber line、ＤＳＬ）が挙げられるがこれらに限定されない。
様々な態様では、図１０のコンピュータシステム２１０、図９～図１０の撮像モジュール２３８、及び／又は可視化システム２０８、及び／又はプロセッサモジュール２３２は、画像プロセッサ、画像処理エンジン、メディアプロセッサ、又はデジタル画像の処理に使用される任意の専用デジタル信号プロセッサ（digital signal processor、ＤＳＰ）を含んでもよい。画像プロセッサは、単一命令複数データ（single instruction, multiple data、ＳＩＭＤ）、又は複数命令複数データ（multiple instruction, multiple data、ＭＩＭＤ）技術を用いた並列コンピューティングを使用して速度及び効率を高めることができる。デジタル画像処理エンジンは、様々なタスクを実行することができる。画像プロセッサは、マルチコアプロセッサアーキテクチャを備えるチップ上のシステムであってもよい。
通信接続（複数可）とは、ネットワークインターフェースをバスに接続するために用いられるハードウェア／ソフトウェアを指す。例示の明瞭さのために通信接続はコンピュータシステム内部に示されているが、通信接続はコンピュータシステム２１０の外部にあってもよい。例示のみを目的として、ネットワークインターフェースへの接続に必要なハードウェア／ソフトウェアとしては、通常の電話グレードモデム、ケーブルモデム、及びＤＳＬモデムを含むモデム、ＩＳＤＮアダプタ、並びにイーサネットカードなどの内部及び外部技術が挙げられる。
図１１は、本開示の少なくとも１つの態様による、ＵＳＢネットワークハブ３００装置の一態様の機能ブロック図を示す。図示した態様では、ＵＳＢネットワークハブ装置３００は、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製ＴＵＳＢ２０３６集積回路ハブを採用する。ＵＳＢネットワークハブ３００は、ＵＳＢ２．０規格に準拠する、上流ＵＳＢ送受信ポート３０２及び最大３つの下流ＵＳＢ送受信ポート３０４、３０６、３０８を提供するＣＭＯＳ装置である。上流ＵＳＢ送受信ポート３０２は、差動データプラス（ＤＰ０）入力とペアリングされた差動データマイナス（ＤＭ０）入力を含む差動ルートデータポートである。３つの下流ＵＳＢ送受信ポート３０４、３０６、３０８は、各ポートが差動データマイナス（ＤＭ１～ＤＭ３）出力とペアリングした差動データプラス（ＤＰ１～ＤＰ３）出力を含む差動データポートである。
ＵＳＢネットワークハブ３００装置は、マイクロコントローラの代わりにデジタル状態マシンを備えて実装され、ファームウェアのプログラミングを必要としない。完全準拠したＵＳＢ送受信機が、上流ＵＳＢ送受信ポート３０２及び全ての下流ＵＳＢ送受信ポート３０４、３０６、３０８の回路に統合される。下流ＵＳＢ送受信ポート３０４、３０６、３０８は、ポートに取り付けられた装置の速度に応じてスルーレートを自動的に設定することによって、最高速度及び低速の装置の両方をサポートする。ＵＳＢネットワークハブ３００装置は、バスパワーモード又はセルフパワーモードのいずれかで構成されてもよく、電力を管理するためのハブパワー論理３１２を含む。
ＵＳＢネットワークハブ３００装置は、シリアルインターフェースエンジン３１０（serial interface engine、ＳＩＥ）を含む。ＳＩＥ３１０は、ＵＳＢネットワークハブ３００ハードウェアのフロントエンドであり、ＵＳＢ仕様書の第８章に記載されているプロトコルの大部分を取り扱う。ＳＩＥ３１０は、典型的には、トランザクションレベルまでのシグナリングを理解する。これが取り扱う機能としては、パケット認識、トランザクションの並べ替え、ＳＯＰ、ＥＯＰ、ＲＥＳＥＴ、及びＲＥＳＵＭＥ信号の検出／生成、クロック／データ分離、非ゼロ復帰逆転（non-return-to-zero invert、ＮＲＺＩ）データ符号化／復号及びビットスタッフィング、ＣＲＣ生成及びチェック（トークン及びデータ）、パケットＩＤ（ＰＩＤ）の生成、及びチェック／復号、並びに／又はシリアル・パラレル／パラレル・シリアル変換が挙げられ得る。３１０はクロック入力３１４を受信し、ポート論理回路３２０、３２２、３２４を介して上流ＵＳＢ送受信ポート３０２と下流ＵＳＢ送受信ポート３０４、３０６、３０８との間の通信を制御するためにサスペンド／レジューム論理並びにフレームタイマー３１６回路及びハブリピータ回路３１８に結合される。ＳＩＥ３１０は、シリアルＥＥＰＲＯＭインターフェース３３０を介してシリアルＥＥＰＲＯＭからコマンドを制御するためのインターフェース論理を介してコマンドデコーダ３２６に結合される。
様々な態様では、ＵＳＢネットワークハブ３００は、最大６つの論理層（階層）内に構成された１２７個の機能を単一のコンピュータに接続することができる。更に、ＵＳＢネットワークハブ３００は、通信及び電力分配の両方を提供する標準化された４本のワイヤケーブルを使用して全ての周辺機器に接続することができる。電力構成は、バスパワーモード及びセルフパワーモードである。ＵＳＢネットワークハブ３００は、個々のポート電力管理又は連動ポート電力管理のいずれかを備えるバスパワーハブ、及び個々のポート電力管理又は連動ポート電力管理のいずれかを備えるセルフパワーハブの、電力管理の４つのモードをサポートするように構成されてもよい。一態様では、ＵＳＢケーブル、ＵＳＢネットワークハブ３００を使用して、上流ＵＳＢ送受信ポート３０２はＵＳＢホストコントローラにプラグ接続され、下流ＵＳＢ送受信ポート３０４、３０６、３０８はＵＳＢに互換性のある装置を接続するために露出される、といった具合である。
外科用器具のハードウェア
図１２は、本開示の１つ又は２つ以上の態様による、外科用器具又はツールの制御システム４７０の論理図を示す。システム４７０は制御回路を備える。制御回路は、プロセッサ４６２及びメモリ４６８を備えるマイクロコントローラ４６１を含む。例えば、センサ４７２、４７４、４７６のうちの１つ又は２つ以上が、プロセッサ４６２にリアルタイムなフィードバックを提供する。モータドライバ４９２によって駆動されるモータ４８２は、長手方向に移動可能な変位部材を動作可能に結合して、クランプアーム閉鎖部材を駆動する。追跡システム４８０は、長手方向に移動可能な変位部材の位置を決定するように構成されている。位置情報は、長手方向に移動可能な駆動部材の位置及び閉鎖部材の位置を決定するようにプログラム又は構成可能なプロセッサ４６２に提供される。閉鎖管の移動、シャフトの回転、関節運動、若しくはクランプアームの閉鎖、又は上記の組み合わせを制御するために、ツールドライバインターフェースに追加のモータが提供されてもよい。ディスプレイ４７３は、器具の様々な動作条件を表示し、データ入力のためのタッチスクリーン機能を含んでもよい。ディスプレイ４７３上に表示された情報は、内視鏡撮像モジュールを介して取得された画像とオーバーレイさせることができる。
一態様では、マイクロコントローラ４６１は、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘの商品名で知られているものなど、任意のシングルコア又はマルチコアプロセッサであってもよい。一態様では、主マイクロコントローラ４６１は、例えば、その詳細が製品データシートで入手可能である、最大４０ＭＨｚの２５６ＫＢのシングルサイクルフラッシュメモリ若しくは他の不揮発性メモリのオンチップメモリ、性能を４０ＭＨｚ超に改善するためのプリフェッチバッファ、３２ＫＢのシングルサイクルＳＲＡＭ、ＳｔｅｌｌａｒｉｓＷａｒｅ（登録商標）ソフトウェアを搭載した内部ＲＯＭ、２ＫＢのＥＥＰＲＯＭ、１つ若しくは２つ以上のＰＷＭモジュール、１つ若しくは２つ以上のＱＥＩアナログ、及び／又は１２個のアナログ入力チャネルを備える１つ若しくは２つ以上の１２ビットＡＤＣを含む、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＬＭ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲ ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ４Ｆプロセッサコアであってもよい。
一態様では、マイクロコントローラ４６１は、同じくＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のＨｅｒｃｕｌｅｓ ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ Ｒ４の商品名で知られるＴＭＳ５７０及びＲＭ４ｘなどの２つのコントローラ系ファミリーを含む安全コントローラを含んでもよい。安全コントローラは、拡張性のある性能、接続性、及びメモリの選択肢を提供しながら、高度な集積型安全機構を提供するために、中でも特に、ＩＥＣ６１５０８及びＩＳＯ２６２６２の安全限界用途専用に構成されてもよい。
マイクロコントローラ４６１は、ナイフ、関節運動システム、クランプアーム、又は上記の組み合わせの速度及び位置の正確な制御などの様々な機能を実行するようにプログラムされてもよい。一態様では、マイクロコントローラ４６１は、プロセッサ４６２及びメモリ４６８を含む。電動モータ４８２は、ギアボックス、及び関節運動又はナイフシステムへの機械的連結部を備えたブラシ付き直流（ＤＣ）モータであってもよい。一態様では、モータドライバ４９２は、Ａｌｌｅｇｒｏ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃから入手可能なＡ３９４１であってもよい。他のモータドライバを、絶対位置決めシステムを備える追跡システム４８０で使用するために容易に置き換えることができる。絶対位置決めシステムの詳細な説明は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＴＡＰＬＩＮＧ ＡＮＤ ＣＵＴＴＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」と題する２０１７年１０月１９日公開の米国特許出願公開第２０１７／０２９６２１３号に記載されている。
マイクロコントローラ４６１は、変位部材及び関節運動システムの速度及び位置に対する正確な制御を提供するようにプログラムされてもよい。マイクロコントローラ４６１は、マイクロコントローラ４６１のソフトウェア内で応答を計算するように構成されてもよい。計算された応答は、実際のシステムの測定された応答と比較されて「観測された」応答が得られ、これが実際のフィードバックの判定に用いられる。観測された応答は、シミュレーションによる応答の滑らかで連続的な性質と、測定による応答とのバランスを取る好適な調整された値であり、これはシステムに及ぼす外部の影響を検出することができる。
一態様では、モータ４８２は、モータドライバ４９２によって制御されてもよく、外科用器具又はツールの発射システムによって使用され得る。様々な形態において、モータ４８２は、例えば、約２５，０００ＲＰＭの最大回転速度を有するブラシ付きＤＣ駆動モータであってもよい。別の構成において、モータ４８２は、ブラシレスモータ、コードレスモータ、同期モータ、ステッパモータ、又は任意の他の好適な電動モータを含んでよい。モータドライバ４９２は、例えば、電界効果トランジスタ（field-effect transistor、ＦＥＴ）を含むＨブリッジドライバを備えてもよい。モータ４８２は、外科用器具又はツールに制御電力を供給するために、ハンドルアセンブリ又はツールハウジングに解除可能に装着された電源アセンブリによって給電され得る。電源アセンブリは、外科用器具又はツールに給電するための電源として使用され得る、直列に接続された多数の電池セルを含み得る電池を含んでもよい。特定の状況下では、電源アセンブリの電池セルは、交換可能及び／又は再充電可能な電池セルであってよい。少なくとも１つの例では、電池セルは、電源アセンブリに結合可能かつ電源アセンブリから分離可能であり得るリチウムイオン電池であり得る。
モータドライバ４９２は、Ａｌｌｅｇｒｏ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃから入手可能なＡ３９４１であってもよい。Ａ３９４１ ４９２は、特にブラシ付きＤＣモータなどの誘導負荷を目的として設計された外部Ｎチャネルパワー金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（metal-oxide semiconductor field-effect transistor、ＭＯＳＦＥＴ）と共に使用するためのフルブリッジコントローラである。ドライバ４９２は、固有の電荷ポンプレギュレータを備え、これは、完全（＞１０Ｖ）ゲート駆動を７Ｖまでの電池電圧に提供し、Ａ３９４１が５．５Ｖまでの低減ゲート駆動で動作することを可能にする。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴに必要な上記の電池供給電圧を与えるために、ブートストラップコンデンサが用いられてもよい。ハイサイド駆動用の内部電荷ポンプにより、ＤＣ（１００％デューティサイクル）動作が可能となる。フルブリッジは、ダイオード又は同期整流を用いて高速又は低速減衰モードで駆動され得る。低速減衰モードでは、電流の再循環は、ハイサイドのＦＥＴによっても、ローサイドのＦＥＴによっても可能である。電力ＦＥＴは、レジスタで調節可能なデッドタイムによって、シュートスルーから保護される。統合診断は、低電圧、温度過昇、及びパワーブリッジの異常を指示するものであり、ほとんどの短絡状態下でパワーＭＯＳＦＥＴを保護するように構成され得る。他のモータドライバを、絶対位置決めシステムを備えた追跡システム４８０で使用するために容易に置換することができる。
追跡システム４８０は、本開示の一態様による位置センサ４７２を備える制御されたモータ駆動回路構成を備える。絶対位置決めシステム用の位置センサ４７２は、変位部材の位置に対応する固有の位置信号を提供する。一態様では、変位部材は、ギア減速機アセンブリの対応する駆動ギアと噛合係合するための駆動歯のラックを備える長手方向に移動可能な駆動部材を表す。他の態様では、変位部材は、駆動歯のラックを含むように適合及び構成され得る発射部材を表す。更に別の態様では、変位部材は、クランプアームを開閉するための長手方向変位部材を表し、これは駆動歯のラックを含むように適合及び構成され得る。他の態様では、変位部材は、ステープラ、超音波、若しくは電気外科用装置のクランプアーム、又は上記の組み合わせを開閉するように構成されたクランプアーム閉鎖部材を表す。したがって、本明細書で使用するとき、変位部材という用語は、一般的に、駆動部材、クランプアーム、又は変位され得る任意の要素など、外科用器具又はツールの任意の可動部材を指すために使用される。したがって、絶対位置決めシステムは、実際には、長手方向に移動可能な駆動部材の直線変位を追跡することによって、クランプアームの変位を追跡することができる。他の態様では、絶対位置決めシステムは、開閉プロセスにおけるクランプアームの位置を追跡するように構成され得る。様々な他の態様では、変位部材は、直線変位を測定するのに好適な任意の位置センサ４７２に結合されてもよい。したがって、長手方向に移動可能な駆動部材、若しくはクランプアーム、又はこれらの組み合わせは、任意の好適な直線変位センサに結合されてもよい。直線変位センサは、接触式又は非接触式変位センサを含んでよい。直線変位センサは、線形可変差動変圧器（linear variable differential transformers、ＬＶＤＴ）、差動可変磁気抵抗型変換器（differential variable reluctance transducers、ＤＶＲＴ）、スライドポテンショメータ、移動可能な磁石及び一連の直線上に配置されたホール効果センサを備える磁気感知システム、固定された磁石及び一連の移動可能な直線上に配置されたホール効果センサを備える磁気感知システム、移動可能な光源及び一連の直線上に配置された光ダイオード若しくは光検出器を備える光学検出システム、固定された光源及び一連の移動可能な直線上に配置された光ダイオード若しくは光検出器を備える光学検出システム、又はこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。
電動モータ４８２は、変位部材上の駆動歯のセット又はラックと噛合係合で装着されるギアアセンブリと動作可能にインターフェースする回転式シャフトを含んでもよい。センサ素子は、位置センサ４７２素子の１回転が、変位部材のいくらかの直線長手方向並進に対応するように、ギアアセンブリに動作可能に結合されてもよい。ギアリング及びセンサ機構を、ラックピニオン機構によって直線アクチュエータに、又はスパーギア若しくは他の接続によって回転アクチュエータに接続することができる。電源は、絶対位置決めシステムに電力を供給し、出力インジケータは、絶対位置決めシステムの出力を表示することができる。変位部材は、ギア減速機アセンブリの対応する駆動ギアと噛合係合するために、その上に形成された駆動歯のラックを備える長手方向に移動可能な駆動部材を表す。変位部材は、クランプアームを開閉する長手方向に移動可能な発射部材を表す。
位置センサ４７２に付随するセンサ素子の１回転は、変位部材の長手方向直線変位ｄ１に相当し、ｄ１は、変位部材に結合したセンサ素子の１回転した後で、変位部材が点「ａ」から点「ｂ」まで移動する長手方向の直線距離である。センサ機構は、位置センサ４７２が変位部材のフルストロークに対して１回以上の回転を完了する結果をもたらすギアの減速を介して接続されてもよい。位置センサ４７２は、変位部材のフルストロークに対して複数回の回転を完了することができる。
位置センサ４７２の２回以上の回転に対する固有の位置信号を提供するために、一連のスイッチ（ここでｎは１より大きい整数である）が、単独で用いられても、ギアの減速との組み合わせで用いられてもよい。スイッチの状態はマイクロコントローラ４６１にフィードバックされ、マイクロコントローラ４６１は論理を適用して、変位部材の長手方向の直線変位ｄ１＋ｄ２＋．．．ｄｎに対応する固有の位置信号を判定する。位置センサ４７２の出力はマイクロコントローラ４６１に提供される。センサ機構の位置センサ４７２は、位置信号又は値の固有の組み合わせを出力する、磁気センサ、電位差計などのアナログ回転センサ、又はアナログホール効果素子のアレイを備えてもよい。
位置センサ４７２は、例えば、磁界の全磁界又はベクトル成分を測定するか否かに基づいて分類される磁気センサなどの、任意の数の磁気感知素子を備えてもよい。両タイプの磁気センサを生産するために用いられる技術は、物理学及び電子工学の多数の側面を含んでいる。磁界の感知に用いられる技術としては、とりわけ、探りコイル、フラックスゲート、光ポンピング、核摂動（nuclear precession）、ＳＱＵＩＤ、ホール効果、異方性磁気抵抗、巨大磁気抵抗、磁気トンネル接合、巨大磁気インピーダンス、磁歪／圧電複合材、磁気ダイオード、磁気トランジスタ、光ファイバ、磁気光学、及び微小電気機械システムベースの磁気センサが挙げられる。
一態様では、絶対位置決めシステムを備える追跡システム４８０の位置センサ４７２は、磁気回転絶対位置決めシステムを備える。位置センサ４７２は、Ａｕｓｔｒｉａ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，ＡＧから入手可能なＡＳ５０５５ＥＱＦＴシングルチップ磁気回転位置センサとして実装されてもよい。位置センサ４７２は、マイクロコントローラ４６１と連携して絶対位置決めシステムを提供する。位置センサ４７２は、低電圧低電力の構成要素であり、磁石の上方に位置する位置センサ４７２の領域に、４つのホール効果素子を含む。更に、高解像度ＡＤＣ及びスマート電力管理コントローラがチップ上に設けられている。加算、減算、ビットシフト、及びテーブル参照演算のみを必要とする、双曲線関数及び三角関数を計算する簡潔かつ効率的なアルゴリズムを実装するために、桁毎法（digit-by-digit method）及びボルダーアルゴリズム（Volder's algorithm）としても知られる、座標回転デジタルコンピュータ（coordinate rotation digital computer、ＣＯＲＤＩＣ）プロセッサが設けられる。角度位置、アラームビット、及び磁界情報は、シリアル周辺インターフェース（serial peripheral interface、ＳＰＩ）インターフェースなどの標準的なシリアル通信インターフェースを介してマイクロコントローラ４６１に伝送される。位置センサ４７２は、１２ビット又は１４ビットの解像度を提供する。位置センサ４７２は、小型のＱＦＮ１６ピン４×４×０．８５ｍｍパッケージで提供されるＡＳ５０５５チップであってもよい。
絶対位置決めシステムを備える追跡システム４８０は、ＰＩＤ、状態フィードバック、及び適応コントローラなどのフィードバックコントローラを備えてもよく、かつ／又はこれを実装するようにプログラムされてもよい。電源が、フィードバックコントローラからの信号を、システムへの物理的入力、この場合は電圧へと変換する。他の例としては、電圧、電流、及び力のＰＷＭが挙げられる。位置センサ４７２によって測定される位置に加えて、物理的システムの物理パラメータを測定するために、他のセンサ（複数可）が設けられてもよい。いくつかの態様では、他のセンサ（複数可）としては、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、「ＳＴＡＰＬＥ ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ ＴＩＳＳＵＥ ＴＨＩＣＫＮＥＳＳ ＳＥＮＳＯＲ ＳＹＳＴＥＭ」と題する２０１６年５月２４日発行の米国特許第９，３４５，４８１号、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、「ＳＴＡＰＬＥ ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ ＴＩＳＳＵＥ ＴＨＩＣＫＮＥＳＳ ＳＥＮＳＯＲ ＳＹＳＴＥＭ」と題する２０１４年９月１８日公開の米国特許出願公開第２０１４／０２６３５５２号、及びその全体が参照により本明細書に組み込まれる、「ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ＦＯＲ ＡＤＡＰＴＩＶＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＭＯＴＯＲ ＶＥＬＯＣＩＴＹ ＯＦ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＴＡＰＬＩＮＧ ＡＮＤ ＣＵＴＴＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」と題する２０１７年６月２０日出願の米国特許出願第１５／６２８，１７５号に記載されているものなどのセンサ機構を挙げることができる。デジタル信号処理システムでは、絶対位置決めシステムはデジタルデータ取得システムに結合され、ここで絶対位置決めシステムの出力は有限の解像度及びサンプリング周波数を有する。絶対位置決めシステムは、計算された応答を測定された応答に向けて駆動する加重平均及び理論制御ループなどのアルゴリズムを用いて、計算された応答を測定された応答と組み合わせるために、比較及び組み合わせ回路を備え得る。入力を知ることによって物理的システムの状態及び出力がどうなるかを予測するために、物理的システムの計算された応答は、質量、慣性、粘性摩擦、誘導抵抗などの特性を考慮に入れる。
絶対位置決めシステムは、モータ４８２が単に前方又は後方に経たステップの数をカウントして装置アクチュエータ、駆動バー、ナイフなどの位置を推定する従来の回転エンコーダで必要となり得るような、変位部材をリセット（ゼロ又はホーム）位置へ後退又は前進させることなしに、器具の電源投入時に変位部材の絶対位置を提供する。
例えば歪みゲージ又は微小歪みゲージなどのセンサ４７４は、例えば、アンビルに適用される閉鎖力を示すことができる、クランプ動作中にアンビルに及ぼされる歪みの振幅などのエンドエフェクタの１つ又は２つ以上のパラメータを測定するように構成される。測定された歪みは、デジタル信号に変換されて、プロセッサ４６２に提供される。センサ４７４の代わりに、又はこれに加えて、例えば、負荷センサなどのセンサ４７６が、閉鎖駆動システムが超音波又は電気外科用器具内のステープラ又はクランプアーム内のアンビルに加える閉鎖力を測定することができる。例えば、負荷センサなどのセンサ４７６は、外科用器具若しくはツールのクランプアームに結合された閉鎖部材に加えられる発射力、又はクランプアームによって超音波若しくは電気外科用器具のジョー内に位置する組織に加えられる力を測定することができる。あるいは、モータ４８２による電流引き込みを測定するために、電流センサ４７８を用いることができる。変位部材はまた、クランプアームに係合してクランプアームを開閉するように構成されてもよい。力センサは、組織上のクランプ力を測定するように構成されてもよい。変位部材を前進させるのに必要な力は、例えば、モータ４８２によって引き込まれる電流に相当し得る。測定された力は、デジタル信号に変換されて、プロセッサ４６２に提供される。
一形態では、歪みゲージセンサ４７４を使用して、エンドエフェクタによって組織に加えられる力を測定することができる。治療される組織に対するエンドエフェクタによる力を測定するために、歪みゲージをエンドエフェクタに結合することができる。エンドエフェクタによって把持された組織に印加される力を測定するためのシステムは、例えば、エンドエフェクタの１つ又は２つ以上のパラメータを測定するように構成された微小歪みゲージなどの歪みゲージセンサ４７４を備える。一態様では、歪みゲージセンサ４７４は、クランプ動作中にエンドエフェクタのジョー部材に及ぼされる歪みの振幅又は大きさを測定することができ、これは組織の圧縮を示すことができる。測定された歪みはデジタル信号に変換されて、マイクロコントローラ４６１のプロセッサ４６２に提供される。負荷センサ４７６は、例えば、アンビルとステープルカートリッジとの間に捕捉された組織を切断するために、ナイフ要素を操作するのに用いられる力を測定することができる。負荷センサ４７６は、例えば、クランプアームと超音波ブレードとの間に組織を捕捉するために、又はクランプアームと電気外科用器具のジョーとの間に組織を捕捉するために、クランプアーム要素を操作するのに使用される力を測定することができる。磁界センサは、捕捉された組織の厚さを測定するために用いることができる。磁界センサの測定値もデジタル信号に変換されて、プロセッサ４６２に提供され得る。
センサ４７４、４７６によってそれぞれ測定される、組織の圧縮、組織の厚さ、及び／又はエンドエフェクタを組織上で閉鎖するのに必要な力の測定値は、発射部材の選択された位置、及び／又は発射部材の速度の対応する値を特性決定するために、マイクロコントローラ４６１によって使用することができる。一例では、メモリ４６８は、評価の際にマイクロコントローラ４６１によって用いることができる技術、等式及び／又はルックアップテーブルを記憶することができる。
外科用器具又はツールの制御システム４７０はまた、図８～図１１に示されるようにモジュール式通信ハブと通信するための有線又は無線通信回路を備えてもよい。
図１３は、本開示の一態様による、外科用器具又はツールの態様を制御するように構成された制御回路５００を示す。制御回路５００は、本明細書に説明される様々なプロセスを実装するように構成することができる。制御回路５００は、少なくとも１つのメモリ回路５０４に結合された１つ又は２つ以上のプロセッサ５０２（例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ）を備えるマイクロコントローラを備えることができる。メモリ回路５０４は、プロセッサ５０２によって実行されると、本明細書に記載される様々なプロセスを実装するための機械命令をプロセッサ５０２に実行させる、機械実行可能命令を記憶する。プロセッサ５０２は、当該技術分野で既知の多数のシングル又はマルチコアプロセッサのうち任意の１つであってもよい。メモリ回路５０４は、揮発性及び不揮発性のストレージ媒体を備えることができる。プロセッサ５０２は、命令処理ユニット５０６及び演算ユニット５０８を含んでよい。命令処理ユニットは、本開示のメモリ回路５０４から命令を受信するように構成されてもよい。
図１４は、本開示の一態様による、外科用器具又はツールの態様を制御するように構成された組み合わせ論理回路５１０を示す。組み合わせ論理回路５１０は、本明細書に記載される様々なプロセスを実装するように構成することができる。組み合わせ論理回路５１０は、入力５１４で外科用器具又はツールと関連付けられたデータを受信し、組み合わせ論理５１２によってデータを処理し、出力５１６を提供するように構成された組み合わせ論理５１２を含む有限状態マシンを含み得る。
図１５は、本開示の一態様による、外科用器具又はツールの態様を制御するように構成された順序論理回路５２０を示す。順序論理回路５２０又は組み合わせ論理５２２は、本明細書に記載される様々なプロセスを実装するように構成することができる。順序論理回路５２０は有限状態マシンを含んでもよい。順序論理回路５２０は、例えば、組み合わせ論理５２２、少なくとも１つのメモリ回路５２４、及びクロック５２９を含んでもよい。少なくとも１つのメモリ回路５２４は、有限状態マシンの現在の状態を記憶することができる。特定の例では、順序論理回路５２０は、同期式又は非同期式であってもよい。組み合わせ論理５２２は、入力５２６から外科用器具又はツールと関連付けられたデータを受信し、組み合わせ論理５２２によってデータを処理し、出力５２８を提供するように構成される。他の態様では、回路は、プロセッサ（例えば、図１３のプロセッサ５０２）と、本明細書の様々なプロセスを実装する有限状態マシンと、の組み合わせを含んでもよい。他の態様では、有限状態マシンは、組み合わせ論理回路（例えば図１４の組み合わせ論理回路５１０）と順序論理回路５２０の組み合わせを含むことができる。
図１６は、様々な機能を実行するために起動され得る複数のモータを備える外科用器具又はツールを示す。特定の例では、第１のモータを起動させて第１の機能を実行することができ、第２のモータを起動させて第２の機能を実行することができ、第３のモータを起動させて第３の機能を実行することができ、第４のモータを起動させて第４の機能を実行することができる、といった具合である。特定の例では、ロボット外科用器具６００の複数のモータは個々に起動されて、エンドエフェクタにおいて発射運動、閉鎖運動、及び／又は関節運動を生じさせることができる。発射運動、閉鎖運動、及び／又は関節運動は、例えばシャフトアセンブリを介してエンドエフェクタに伝達することができる。
特定の例では、外科用器具システム又はツールは発射モータ６０２を含んでもよい。発射モータ６０２は、具体的にはクランプアーム閉鎖部材を変位させるために、モータ６０２によって生成された発射運動をエンドエフェクタに伝達するように構成することができる、発射モータ駆動アセンブリ６０４に動作可能に結合されてもよい。閉鎖部材は、モータ６０２の方向を逆転させることによって後退させられ得、これはまた、クランプアームを開放させる。
特定の例では、外科用器具又はツールは閉鎖モータ６０３を含んでもよい。閉鎖モータ６０３は、具体的には閉鎖管を変位させてアンビルを閉鎖し、アンビルとステープルカートリッジとの間で組織を圧縮するためにモータ６０３によって生成された閉鎖運動をエンドエフェクタに伝達するように構成され得る、閉鎖モータ駆動アセンブリ６０５と動作可能に結合されてもよい。閉鎖モータ６０３は、具体的には閉鎖管を変位させてクランプアームを閉鎖し、クランプアームと、電気外科用装置の超音波ブレード又はジョー部材のいずれかと、の間で組織を圧縮するためにモータ６０３によって生成された閉鎖運動をエンドエフェクタに伝達するように構成され得る、閉鎖モータ駆動アセンブリ６０５と動作可能に結合されてもよい。閉鎖運動によって、例えば、エンドエフェクタが開放構成から接近構成へと遷移して組織を捕捉することができる。エンドエフェクタは、モータ６０３の方向を逆転させることによって開放位置に遷移され得る。
特定の例では、外科用器具又はツールは、例えば、１つ又は２つ以上の関節運動モータ６０６ａ、６０６ｂを含んでもよい。モータ６０６ａ、６０６ｂは、モータ６０６ａ、６０６ｂによって生成された関節運動をエンドエフェクタに伝達するように構成され得る、対応する関節運動モータ駆動アセンブリ６０８ａ、６０８ｂに動作可能に結合され得る。特定の例では、関節運動によって、例えば、エンドエフェクタがシャフトに対して関節運動することができる。
上述したように、外科用器具又はツールは、様々な独立した機能を実施するように構成され得る複数のモータを含んでもよい。特定の例では、外科用器具又はツールの複数のモータは、他のモータが停止した状態を維持している間に、独立して又は別個に起動させて、１つ又は２つ以上の機能を実施することができる。例えば、関節運動モータ６０６ａ、６０６ｂを起動させて、発射モータ６０２が停止した状態を維持している間に、エンドエフェクタを関節運動させることができる。あるいは、発射モータ６０２を起動させて、関節運動モータ６０６が停止している間に、複数のステープルを発射させ、及び／又は刃先を前進させることができる。更に、閉鎖モータ６０３は、本明細書の以下でより詳細に説明されるとおり、閉鎖管又は閉鎖部材を遠位に前進させるために、発射モータ６０２と同時に起動させてもよい。
特定の例では、外科用器具又はツールは、外科用器具又はツールの複数のモータと共に用いることができる、共通の制御モジュール６１０を含んでもよい。特定の例では、共通の制御モジュール６１０は、一度に複数のモータのうちの１つに対応することができる。例えば、共通の制御モジュール６１０は、ロボット外科用器具の複数のモータ対して個々に結合及び分離が可能であってもよい。特定の例では、外科用器具又はツールの複数のモータは、共通の制御モジュール６１０などの１つ又は２つ以上の共通の制御モジュールを共有してもよい。特定の例では、外科用器具又はツールの複数のモータは、共通の制御モジュール６１０に独立してかつ選択的に係合することができる。特定の例では、共通の制御モジュール６１０は、外科用器具又はツールの複数のモータのうち一方との連携から、外科用器具又はツールの複数のモータのうちもう一方との連携へと選択的に切り替えることができる。
少なくとも１つの例では、共通の制御モジュール６１０は、関節運動モータ６０６ａ、６０６ｂとの動作可能な係合と、発射モータ６０２又は閉鎖モータ６０３のいずれかとの動作可能な係合と、の間で選択的に切り替えることができる。少なくとも１つの実施例では、図１６に示すように、スイッチ６１４は、複数の位置及び／又は状態間を移動又は遷移させることができる。例えば、第１の位置６１６では、スイッチ６１４は、共通の制御モジュール６１０を発射モータ６０２と電気的に結合してもよく、第２の位置６１７では、スイッチ６１４は、共通の制御モジュール６１０を閉鎖モータ６０３と電気的に結合してもよく、第３の位置６１８ａでは、スイッチ６１４は、共通の制御モジュール６１０を第１の関節運動モータ６０６ａと電気的に結合してもよく、第４の位置６１８ｂでは、スイッチ６１４は、共通の制御モジュール６１０を第２の関節運動モータ６０６ｂと電気的に結合してもよい。特定の例では、同時に、別個の共通の制御モジュール６１０を、発射モータ６０２、閉鎖モータ６０３、及び関節運動モータ６０６ａ、６０６ｂと電気的に結合してもよい。特定の例では、スイッチ６１４は、機械的スイッチ、電気機械的スイッチ、固体スイッチ、又は任意の好適な切り替え機構であってもよい。
モータ６０２、６０３、６０６ａ、６０６ｂのそれぞれは、モータのシャフト上の出力トルクを測定するためのトルクセンサを備えてもよい。エンドエフェクタ上の力は、ジョーの外側の力センサによって、又はジョーを作動させるモータのトルクセンサなどによって、任意の従来の方法で感知されてもよい。
様々な例では、図１６に示されるように、共通の制御モジュール６１０は、１つ又は２つ以上のＨブリッジＦＥＴを備え得るモータドライバ６２６を備えてもよい。モータドライバ６２６は、例えば、マイクロコントローラ６２０（「コントローラ」）からの入力に基づいて、電源６２８から共通の制御モジュール６１０に結合されたモータへと伝達された電力を変調してもよい。特定の例では、上述したように、例えば、モータが共通の制御モジュール６１０に結合されている間にマイクロコントローラ６２０を用いて、モータによって引き込まれる電流を判定することができる。
特定の例では、マイクロコントローラ６２０は、マイクロプロセッサ６２２（「プロセッサ」）と、１つ又は２つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体又はメモリユニット６２４（「メモリ」）と、を含んでもよい。特定の例では、メモリ６２４は、様々なプログラム命令を記憶することができ、それが実行されると、プロセッサ６２２に、本明細書に記載される複数の機能及び／又は計算を実施させることができる。特定の例では、メモリユニット６２４の１つ又は２つ以上が、例えば、プロセッサ６２２に結合されてもよい。様々な態様では、マイクロコントローラ６２０は、有線若しくは無線チャネル、又はこれらの組み合わせを介して通信してもよい。
特定の例では、電源６２８を用いて、例えばマイクロコントローラ６２０に電力を供給してもよい。特定の例では、電源６２８は、例えばリチウムイオン電池などの電池（又は「電池パック」若しくは「パワーパック」）を含んでもよい。特定の例では、電池パックは、外科用器具６００に電力を供給するため、ハンドルに解除可能に装着されるように構成されてもよい。直列で接続された多数の電池セルを、電源６２８として使用してもよい。特定の例では、電源６２８は、例えば、交換可能及び／又は再充電可能であってもよい。
様々な例では、プロセッサ６２２は、モータドライバ６２６を制御して、共通の制御モジュール６１０に結合されたモータの位置、回転方向、及び／又は速度を制御することができる。特定の例では、プロセッサ６２２は、モータドライバ６２６に信号伝達して、共通の制御モジュール６１０に結合されたモータを停止及び／又は使用不能にすることができる。「プロセッサ」という用語は、本明細書で使用されるとき、任意の好適なマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又は、コンピュータの中央処理装置（central processing unit、ＣＰＵ）の機能を１つの集積回路又は最大で数個の集積回路上で統合したその他の基本コンピューティング装置を含むと理解されるべきである。プロセッサ６２２は、デジタルデータを入力として受理し、メモリに記憶された命令に従ってそのデータを処理し、結果を出力として提供する、多目的のプログラム可能装置である。これは、内部メモリを有するので、逐次的デジタル論理の一例である。プロセッサは、二進数法で表される数字及び記号で動作する。
一例では、プロセッサ６２２は、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘの商品名で知られているものなど、任意のシングルコア又はマルチコアプロセッサであってもよい。特定の例では、マイクロコントローラ６２０は、例えばＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＬＭ ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲであってもよい。少なくとも１つの実施例では、Ｔｅｘａｓ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＬＭ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲは、製品データシートで容易に利用可能な特性の中でもとりわけ、最大４０ＭＨｚの２５６ＫＢのシングルサイクルフラッシュメモリ若しくは他の不揮発性メモリのオンチップメモリ、性能を４０ＭＨｚ超に改善するためのプリフェッチバッファ、３２ＫＢのシングルサイクルＳＲＡＭ、ＳｔｅｌｌａｒｉｓＷａｒｅ（登録商標）ソフトウェアを搭載した内部ＲＯＭ、２ＫＢのＥＥＰＲＯＭ、１つ又は２つ以上のＰＷＭモジュール、１つ又は２つ以上のＱＥＩアナログ、１２個のアナログ入力チャネルを備える１つ又は２つ以上の１２ビットＡＤＣを含むＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ４Ｆプロセッサコアである。他のマイクロコントローラが、モジュール４４１０と共に使用するのに容易に代用されてもよい。したがって、本開示は、この文脈に限定されるべきではない。
特定の例では、メモリ６２４は、共通の制御モジュール６１０に結合可能な外科用器具６００のモータをそれぞれ制御するためのプログラム命令を含んでもよい。例えば、メモリ６２４は、発射モータ６０２、閉鎖モータ６０３、及び関節運動モータ６０６ａ、６０６ｂを制御するためのプログラム命令を含んでもよい。このようなプログラム命令は、プロセッサ６２２に、外科用器具又はツールのアルゴリズム又は制御プログラムからの入力に従って、発射機能、閉鎖機能、及び関節運動機能を制御させることができる。
特定の例では、例えば、センサ６３０などの１つ又は２つ以上の機構及び／又はセンサを用いて、特定の設定で使用すべきプログラム命令をプロセッサ６２２に警告することができる。例えば、センサ６３０は、エンドエフェクタの発射、閉鎖、及び関節運動に関連するプログラム命令を使用するようにプロセッサ６２２に警告することができる。特定の例では、センサ６３０は、例えば、スイッチ６１４の位置を感知するために用いることができる位置センサを備えてもよい。したがって、プロセッサ６２２は、例えば、センサ６３０を介してスイッチ６１４が第１の位置６１６にあることを検出すると、エンドエフェクタのクランプアームに結合された閉鎖部材の発射と関連付けられたプログラム命令を使用することができ、プロセッサ６２２は、例えば、センサ６３０を介してスイッチ６１４が第２の位置６１７にあることを検出すると、アンビルの閉鎖と関連付けられたプログラム命令を使用することができ、プロセッサ６２２は、例えば、センサ６３０を介してスイッチ６１４が第３の位置６１８ａ又は第４の位置６１８ｂにあることを検出すると、エンドエフェクタの関節運動と関連付けられたプログラム命令を使用することができる。
図１７は、本開示の一態様による、本明細書で説明される外科用ツールを操作するように構成されたロボット外科用器具７００の回路図である。ロボット外科用器具７００は、単一又は複数の関節運動駆動連結部のいずれかを用いて、変位部材の遠位／近位並進、閉鎖管の遠位／近位変位、シャフトの回転、及び関節運動を制御するようにプログラム又は構成されてもよい。一態様では、外科用器具７００は、発射部材、閉鎖部材、シャフト部材、若しくは１つ若しくは２つ以上の関節運動部材、又はこれらの組み合わせを個別に制御するようにプログラム又は構成されてもよい。外科用器具７００は、モータ駆動式の発射部材、閉鎖部材、シャフト部材、若しくは１つ若しくは２つ以上の関節運動部材、又はこれらの組み合わせを制御するように構成された制御回路７１０を備える。
一態様では、ロボット外科用器具７００は、複数のモータ７０４ａ～７０４ｅを介して、エンドエフェクタ７０２のクランプアーム７１６及び閉鎖部材７１４部分と、超音波発生器７２１によって励起される超音波変換器７１９に結合された超音波ブレード７１８と、シャフト７４０と、１つ又は２つ以上の関節運動部材７４２ａ、７４２ｂと、を制御するように構成された制御回路７１０を備える。位置センサ７３４は、閉鎖部材７１４の位置フィードバックを制御回路７１０に提供するように構成されてもよい。他のセンサ７３８は、制御回路７１０にフィードバックを提供するように構成されてもよい。タイマー／カウンタ７３１は、制御回路７１０にタイミング及びカウント情報を提供する。モータ７０４ａ～７０４ｅを動作させるためにエネルギー源７１２が設けられてもよく、電流センサ７３６はモータ電流フィードバックを制御回路７１０に提供する。モータ７０４ａ～７０４ｅは、開ループ又は閉ループフィードバック制御において制御回路７１０によって個別に操作することができる。
一態様では、制御回路７１０は、１つ又は２つ以上のマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、又はプロセッサ若しくは複数のプロセッサに１つ又は２つ以上のタスクを実施させる命令を実行するための他の好適なプロセッサを備えてもよい。一態様では、タイマー／カウンタ７３１は、経過時間又はデジタルカウントなどの出力信号を制御回路７１０に提供して位置センサ７３４によって判定された閉鎖部材７１４の位置をタイマー／カウンタ７３１の出力と相関させ、その結果、制御回路７１０は、閉鎖部材７１４が開始位置に対して特定の位置にあるときの、開始位置又は時間（ｔ）に対する特定の時間（ｔ）における閉鎖部材７１４の位置を判定することができる。タイマー／カウンタ７３１は、経過時間を測定するか、外部イベントを計数するか、又は外部イベントの時間を測定するように構成されてもよい。
一態様では、制御回路７１０は、１つ又は２つ以上の組織状態に基づいてエンドエフェクタ７０２の機能を制御するようにプログラムされてもよい。制御回路７１０は、本明細書に説明されるように、直接的又は間接的のいずれかで厚さなどの組織状態を感知するようにプログラムされてもよい。制御回路７１０は、組織状態に基づいて発射制御プログラム又は閉鎖制御プログラムを選択するようにプログラムされてもよい。発射制御プログラムは、変位部材の遠位運動を記述することができる。様々な組織状態をより良好に処理するために様々な発射制御プログラムを選択することができる。例えば、より厚い組織が存在する場合、制御回路７１０は、変位部材をより低速で、及び／又はより低電力で並進させるようにプログラムされてもよい。より薄い組織が存在する場合、制御回路７１０は、変位部材をより高速で、及び／又はより高電力で並進させるようにプログラムされてもよい。閉鎖制御プログラムは、クランプアーム７１６によって組織に適用される閉鎖力を制御し得る。その他の制御プログラムは、シャフト７４０及び関節運動部材７４２ａ、７４２ｂの回転を制御する。
一態様では、制御回路７１０は、モータ設定点信号を生成し得る。モータ設定値信号は、様々なモータコントローラ７０８ａ～７０８ｅに提供されてもよい。モータコントローラ７０８ａ～７０８ｅは、本明細書で説明するように、モータ７０４ａ～７０４ｅにモータ駆動信号を提供してモータ７０４ａ～７０４ｅを駆動するように構成された１つ又は２つ以上の回路を備えてもよい。いくつかの実施例では、モータ７０４ａ～７０４ｅはブラシ付きＤＣ電動モータであってもよい。例えば、モータ７０４ａ～７０４ｅの速度は、それぞれのモータ駆動信号に比例してもよい。いくつかの実施例では、モータ７０４ａ～７０４ｅはブラシレスＤＣ電動モータであってもよく、それぞれのモータ駆動信号は、モータ７０４ａ～７０４ｅの１つ又は２つ以上の固定子巻線に提供されるＰＷＭ信号を含んでもよい。また、いくつかの実施例では、モータコントローラ７０８ａ～７０８ｅは省略されてもよく、制御回路７１０がモータ駆動信号を直接生成してもよい。
一態様では、制御回路７１０は、最初に、モータ７０４ａ～７０４ｅのそれぞれを、変位部材のストロークの第１の開ループ部分では開ループ構成で動作させてもよい。ストロークの開ループ部分の間のロボット外科用器具７００の応答に基づいて、制御回路７１０は、閉ループ構成の発射制御プログラムを選択してもよい。器具の応答としては、開ループ部分の間の変位部材の並進距離、開ループ部分の間に経過する時間、開ループ部分の間にモータ７０４ａ～７０４ｅのうちの１つに提供されるエネルギー、モータ駆動信号のパルス幅の合計などが挙げられ得る。開ループ部分の後で、制御回路７１０は、変位部材ストロークの第２の部分に対して選択された発射制御プログラムを実施してもよい。例えば、ストロークの閉ループ部分の間、制御回路７１０は、変位部材の位置を記述する並進データに基づいてモータ７０４ａ～７０４ｅのうちの１つを閉ループ式に変調して、変位部材を一定速度で並進させてもよい。
一態様では、モータ７０４ａ～７０４ｅは、エネルギー源７１２から電力を受け取ることができる。エネルギー源７１２は、主交流電源、電池、超コンデンサ、又は任意の他の好適なエネルギー源によって駆動されるＤＣ電源であってもよい。モータ７０４ａ～７０４ｅは、それぞれの伝達装置７０６ａ～７０６ｅを介して、閉鎖部材７１４、クランプアーム７１６、シャフト７４０、関節７４２ａ、及び関節７４２ｂなどの個々の可動機械的要素に機械的に結合されてもよい。伝達装置７０６ａ～７０６ｅは、モータ７０４ａ～７０４ｅを可動機械的要素に結合するための１つ又は２つ以上のギア又は他の連結構成要素を含んでもよい。位置センサ７３４は、閉鎖部材７１４の位置を感知し得る。位置センサ７３４は、閉鎖部材７１４の位置を示す位置データを生成することができる任意の種類のセンサであってもよく、又はそれを含んでもよい。いくつかの例では、位置センサ７３４は、閉鎖部材７１４が遠位方向及び近位方向に並進すると一連のパルスを制御回路７１０に提供するように構成されたエンコーダを含んでもよい。制御回路７１０は、パルスを追跡して閉鎖部材７１４の位置を判定してもよい。例えば近接センサを含む他の好適な位置センサが使用されてもよい。他の種類の位置センサは、閉鎖部材７１４の動きを示す他の信号を提供することができる。また、いくつかの実施例では、位置センサ７３４は省略されてもよい。モータ７０４ａ～７０４ｅのいずれかがステップモータである場合、制御回路７１０は、モータ７０４が実行するように指示されたステップの数及び方向を合計することによって、閉鎖部材７１４の位置を追跡することができる。位置センサ７３４は、エンドエフェクタ７０２内、又は器具の任意の他の部分に位置することができる。モータ７０４ａ～７０４ｅのそれぞれの出力は、力を感知するためのトルクセンサ７４４ａ～７４４ｅを含み、駆動シャフトの回転を感知するエンコーダを有する。
一態様では、制御回路７１０は、エンドエフェクタ７０２の閉鎖部材７１４部分などの発射部材を駆動するように構成される。制御回路７１０はモータ制御部７０８ａにモータ設定値を提供し、モータ制御部７０８ａはモータ７０４ａに駆動信号を提供する。モータ７０４ａの出力シャフトは、トルクセンサ７４４ａに結合される。トルクセンサ７４４ａは、閉鎖部材７１４に結合された伝達装置７０６ａに結合される。伝達装置７０６ａは、エンドエフェクタ７０２の長手方向軸線に沿って遠位方向及び近位方向への閉鎖部材７１４の移動を制御するための回転要素及び発射部材などの可動機械的要素を備える。一態様では、モータ７０４ａは、第１のナイフ駆動ギア及び第２のナイフ駆動ギアを含むナイフギア減速セットを含むナイフギアアセンブリに結合されてもよい。トルクセンサ７４４ａは、制御回路７１０に発射力フィードバック信号を提供する。発射力信号は、閉鎖部材７１４を発射又は変位させるのに必要な力を表す。位置センサ７３４は、発射ストロークに沿った閉鎖部材７１４の位置又は発射部材の位置を、フィードバック信号として制御回路７１０に提供するように構成されてもよい。エンドエフェクタ７０２は、制御回路７１０にフィードバック信号を提供するように構成された追加のセンサ７３８を含んでもよい。使用準備が整ったら、制御回路７１０は、モータ制御部７０８ａに発射信号を提供することができる。発射信号に応答して、モータ７０４ａは、発射部材をエンドエフェクタ７０２の長手方向軸線に沿って、近位のストローク開始位置からストローク開始位置の遠位にあるストローク終了位置まで遠位方向に駆動することができる。閉鎖部材７１４が遠位方向に並進すると、クランプアーム７１６は超音波ブレード７１８に向かって閉鎖する。
一態様では、制御回路７１０は、エンドエフェクタ７０２のクランプアーム７１６などの閉鎖部材を駆動するように構成される。制御回路７１０は、モータ７０４ｂに駆動信号を提供するモータ制御部７０８ｂにモータ設定点を提供する。モータ７０４ｂの出力シャフトは、トルクセンサ７４４ｂに結合される。トルクセンサ７４４ｂは、クランプアーム７１６に結合された伝達装置７０６ｂに結合される。伝達装置７０６ｂは、開放位置及び閉鎖位置からのクランプアーム７１６の移動を制御するための回転要素及び閉鎖部材などの可動機械的要素を含む。一態様では、モータ７０４ｂは、閉鎖スパーギアと噛合係合して支持される閉鎖減速ギアセットを含む閉鎖ギアアセンブリに結合される。トルクセンサ７４４ｂは、制御回路７１０に閉鎖力フィードバック信号を提供する。閉鎖力フィードバック信号は、クランプアーム７１６に適用される閉鎖力を表す。位置センサ７３４は、閉鎖部材の位置をフィードバック信号として制御回路７１０に提供するように構成されてもよい。エンドエフェクタ７０２内の追加のセンサ７３８は、閉鎖力フィードバック信号を制御回路７１０に提供することができる。枢動可能なクランプアーム７１６は、超音波ブレード７１８の反対側に位置決めされる。使用準備が整うと、制御回路７１０は、モータ制御部７０８ｂに閉鎖信号を提供することができる。閉鎖信号に応答して、モータ７０４ｂは閉鎖部材を前進させて、クランプアーム７１６と超音波ブレード７１８との間で組織を把持する。
一態様では、制御回路７１０は、エンドエフェクタ７０２を回転させるためにシャフト７４０などのシャフト部材を回転させるように構成されている。制御回路７１０は、モータ７０４ｃに駆動信号を提供するモータ制御部７０８ｃにモータ設定点を提供する。モータ７０４ｃの出力シャフトは、トルクセンサ７４４ｃに結合されている。トルクセンサ７４４ｃは、シャフト７４０に結合された伝達装置７０６ｃに結合されている。伝達装置７０６ｃは、シャフト７４０の回転を時計回り又は反時計回り３６０度まで及びそれを超えて制御するために回転要素などの可動機械的要素を備える。一態様では、モータ７０４ｃは、ツール装着プレート上に動作可能に支持された回転ギアアセンブリによって動作可能に係合されるように、近位閉鎖管の近位端上に形成された（又はこれに取り付けられた）管状ギアセグメントを含む回転伝達装置アセンブリに結合される。トルクセンサ７４４ｃは、制御回路７１０に回転力フィードバック信号を提供する。回転力フィードバック信号は、シャフト７４０に加えられる回転力を表す。位置センサ７３４は、閉鎖部材の位置をフィードバック信号として制御回路７１０に提供するように構成されてもよい。シャフトエンコーダなどの追加のセンサ７３８が、シャフト７４０の回転位置を制御回路７１０に提供してもよい。
一態様では、制御回路７１０は、エンドエフェクタ７０２を関節運動させるように構成されている。制御回路７１０は、モータ７０４ｄに駆動信号を提供するモータ制御部７０８ｄにモータ設定点を提供する。モータ７０４ｄの出力シャフトは、トルクセンサ７４４ｄに結合されている。トルクセンサ７４４ｄは、関節運動部材７４２ａに結合された伝達装置７０６ｄに結合されている。伝達装置７０６ｄは、エンドエフェクタ７０２の±６５°の関節運動を制御するための関節運動要素などの可動機械的要素を備える。一態様では、モータ７０４ｄは、関節運動ナットに結合され、関節運動ナットは、遠位スパイン部分の近位端部分上で回転可能に軸支され、遠位スパイン部分の近位端部分上で関節運動ギアアセンブリによって回転可能に駆動される。トルクセンサ７４４ｄは、制御回路７１０に関節運動力フィードバック信号を提供する。関節運動力フィードバック信号は、エンドエフェクタ７０２に適用される関節運動力を表す。関節運動エンコーダなどのセンサ７３８は、エンドエフェクタ７０２の関節運動位置を制御回路７１０に提供してもよい。
別の態様では、ロボット外科システム７００の関節運動機能は、２つの関節運動部材、又は連結部７４２ａ、７４２ｂを含んでもよい。これらの関節運動部材７４２ａ、７４２ｂは、２つのモータ７０８ｄ、７０８ｅによって駆動されるロボットインターフェース（ラック）上の個別のディスクによって駆動される。個別の発射モータ７０４ａが提供されると、ヘッドが運動していないときにヘッドに抵抗保持運動及び負荷を提供するために、かつヘッドが関節運動しているときに関節運動を提供するために、関節運動連結部７４２ａ、７４２ｂのそれぞれは他の連結部に対して拮抗的に駆動され得る。関節運動部材７４２ａ、７４２ｂは、ヘッドが回転するときに固定された半径でヘッドに取り付けられる。したがって、ヘッドが回転すると、プッシュプル連結部の機械効率は変化する。この機械効率の変化は、他の関節運動連結部の駆動システムでより顕著であり得る。
一態様では、１つ又は２つ以上のモータ７０４ａ～７０４ｅは、ギアボックス、及び発射部材、閉鎖部材、又は関節運動部材への機械的連結部を備えるブラシ付きＤＣモータを備えてもよい。別の例としては、変位部材、関節運動連結部、閉鎖管、及びシャフトなどの可動機械的要素を動作させる電動モータ７０４ａ～７０４ｅが挙げられる。外部影響とは、組織、周囲体、及び物理系上の摩擦などのものの、測定されていない予測不可能な影響である。こうした外部影響は、電動モータ７０４ａ～７０４ｅの１つに反して作用する障害（drag）と呼ばれることがある。障害などの外部影響は、物理系の動作を物理系の所望の動作から逸脱させることがある。
一態様では、位置センサ７３４は、絶対位置決めシステムとして実装されてもよい。一態様では、位置センサ７３４は、Ａｕｓｔｒｉａ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，ＡＧから入手可能なＡＳ５０５５ＥＱＦＴシングルチップ磁気回転位置センサとして実装される磁気回転絶対位置決めシステムを備えてもよい。位置センサ７３４は、制御回路７１０とインターフェースして絶対位置決めシステムを提供することができる。位置は、磁石の上方に位置し、加算、減算、ビットシフト、及びテーブル参照演算のみを必要とする、双曲線関数及び三角関数を計算する簡潔かつ効率的なアルゴリズムを実装するために設けられた、桁毎法及びボルダーアルゴリズムとしても知られるＣＯＲＤＩＣプロセッサに結合された、複数のホール効果素子を含み得る。
一態様では、制御回路７１０は、１つ又は２つ以上のセンサ７３８と通信してもよい。センサ７３８は、エンドエフェクタ７０２上に位置付けられ、ロボット外科用器具７００と共に動作して、間隙距離対時間、組織圧縮対時間、及びアンビル歪み対時間などの様々な導出パラメータを測定するように適合されてもよい。センサ７３８は、磁気センサ、磁界センサ、歪みゲージ、ロードセル、圧力センサ、力センサ、トルクセンサ、渦電流センサなどの誘導センサ、抵抗センサ、容量センサ、光学センサ、及び／又はエンドエフェクタ７０２の１つ又は２つ以上のパラメータを測定するための任意の他の好適なセンサを備えてもよい。センサ７３８は、１つ又は２つ以上のセンサを含み得る。センサ７３８は、分割された電極を使用して組織の位置を判定するために、クランプアーム７１６上に配置されてもよい。トルクセンサ７４４ａ～７４４ｅは、とりわけ、発射力、閉鎖力、及び／又は関節運動力などの力を感知するように構成されてもよい。したがって、制御回路７１０は、（１）遠位閉鎖管によって経験される閉鎖負荷及びその位置、（２）ラックにある発射部材及びその位置、（３）超音波ブレード７１８のどの部分がその上に組織を有しているか、及び（４）両方の関節運動ロッド上の負荷及び位置を感知することができる。
一態様では、１つ又は２つ以上のセンサ７３８は、クランプ状態の間のクランプアーム７１６における歪みの大きさを測定するように構成された、微小歪みゲージなどの歪みゲージを備えてもよい。歪みゲージは、歪みの大きさに伴って振幅が変動する電気信号を提供する。センサ７３８は、クランプアーム７１６と超音波ブレード７１８との間に圧縮された組織の存在によって生成された圧力を検出するように構成された圧力センサを備えてもよい。センサ７３８は、クランプアーム７１６と超音波ブレード７１８との間に位置する組織部分のインピーダンスを検出するように構成されてもよく、このインピーダンスは、それらの間に位置する組織の厚さ及び／又は充満度を示す。
一態様では、センサ７３８は、とりわけ、１つ又は２つ以上のリミットスイッチ、電気機械装置、固体スイッチ、ホール効果装置、磁気抵抗（magneto-resistive、ＭＲ）装置、巨大磁気抵抗（giant magneto-resistive、ＧＭＲ）装置、磁力計として実装されてもよい。他の実装形態では、センサ７３８は、とりわけ光センサ、ＩＲセンサ、紫外線センサなどの光の影響下で動作する固体スイッチとして実装されてもよい。更に、スイッチは、トランジスタ（例えば、ＦＥＴ、接合ＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、双極など）などの固体装置であってもよい。他の実装形態では、センサ７３８は、とりわけ、導電体非含有スイッチ、超音波スイッチ、加速度計、及び慣性センサを含んでもよい。
一態様では、センサ７３８は、閉鎖駆動システムによってクランプアーム７１６に及ぼされる力を測定するように構成され得る。例えば、１つ又は２つ以上のセンサ７３８は、閉鎖管によってクランプアーム７１６に適用される閉鎖力を検出するために、閉鎖管とクランプアーム７１６との間の相互作用点に位置してもよい。クランプアーム７１６に対して及ぼされる力は、クランプアーム７１６と超音波ブレード７１８との間に捕捉された組織切片によって経験される組織圧縮を表すものであり得る。１つ又は２つ以上のセンサ７３８は、閉鎖駆動システムに沿った様々な相互作用点に配置されて、閉鎖駆動システムによってクランプアーム７１６に適用される閉鎖力を検出することができる。１つ又は２つ以上のセンサ７３８は、制御回路７１０のプロセッサによるクランプ動作中にリアルタイムでサンプリングされてもよい。制御回路７１０は、リアルタイムのサンプル測定値を受信して時間ベースの情報を提供及び分析し、クランプアーム７１６に適用される閉鎖力をリアルタイムで評価する。
一態様では、電流センサ７３６を用いて、モータ７０４ａ～７０４ｅのそれぞれによって引き込まれる電流を測定することができる。閉鎖部材７１４などの可動機械的要素のいずれかを前進させるのに必要な力は、モータ７０４ａ～７０４ｅのうちの１つによって引き込まれる電流に対応する。力はデジタル信号に変換されて、制御回路７１０に提供される。制御回路７１０は、器具の実際のシステムの応答をコントローラのソフトウェアでシミュレートするように構成され得る。変位部材を作動させて、エンドエフェクタ７０２内の閉鎖部材７１４を目標速度又はその付近で移動させることができる。ロボット外科用器具７００は、フィードバックコントローラを含むことができ、フィードバックコントローラは、例えば、ＰＩＤ、状態フィードバック、線形二次（ＬＱＲ）、及び／又は適応コントローラが挙げられるがこれらに限定されない任意のフィードバックコントローラのうちのいずれか１つであってもよい。ロボット外科用器具７００は、フィードバックコントローラからの信号を、例えば、ケース電圧、ＰＷＭ電圧、周波数変調電圧、電流、トルク、及び／又は力などの物理的入力に変換するための電源を含むことができる。更なる詳細は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年６月２９日出願の「ＣＬＯＳＥＤ ＬＯＯＰ ＶＥＬＯＣＩＴＹ ＣＯＮＴＲＯＬ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴＩＣ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」と題する米国特許出願第１５／６３６，８２９号に開示されている。
図１８は、本開示の一態様による、変位部材の遠位並進を制御するように構成された外科用器具７５０の回路図を示す。一態様では、外科用器具７５０は、閉鎖部材７６４などの変位部材の遠位並進を制御するようにプログラムされる。外科用器具７５０は、クランプアーム７６６と、閉鎖部材７６４と、超音波発生器７７１によって駆動される超音波変換器７６９に結合された超音波ブレード７６８と、を備え得るエンドエフェクタ７５２を備える。
閉鎖部材７６４などの直線変位部材の位置、移動、変位、及び／又は並進は、絶対位置決めシステム、センサ機構、及び位置センサ７８４によって測定することができる。閉鎖部材７６４が長手方向に移動可能な駆動部材に結合されているため、閉鎖部材７６４の位置は、位置センサ７８４を使用する長手方向に移動可能な駆動部材の位置を測定することによって判定することができる。したがって、以下の説明では、閉鎖部材７６４の位置、変位、及び／又は並進は、本明細書に記載される位置センサ７８４によって達成され得る。制御回路７６０は、閉鎖部材７６４などの変位部材の並進を制御するようにプログラムされてもよい。いくつかの実施例では、制御回路７６０は、１つ若しくは２つ以上のマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、又はプロセッサ若しくは複数のプロセッサに、記載される方法で変位部材、例えば閉鎖部材７６４を制御させる命令を実行するための他の好適なプロセッサを備えてもよい。一態様では、タイマー／カウンタ７８１は、経過時間又はデジタルカウントなどの出力信号を制御回路７６０に提供して、位置センサ７８４によって判定された閉鎖部材７６４の位置をタイマー／カウンタ７８１の出力と相関させ、その結果、制御回路７６０は、開始位置に対する特定の時間（ｔ）における閉鎖部材７６４の位置を判定することができる。タイマー／カウンタ７８１は、経過時間を測定するか、外部イベントを計数するか、又は外部イベントの時間を測定するように構成されてよい。
制御回路７６０は、モータ設定値信号７７２を生成してもよい。モータ設定値信号７７２は、モータコントローラ７５８に提供されてもよい。モータコントローラ７５８は、本明細書で説明するように、モータ７５４にモータ駆動信号７７４を提供してモータ７５４を駆動するように構成された１つ又は２つ以上の回路を備えてもよい。いくつかの実施例では、モータ７５４は、ブラシ付きＤＣ電動モータであってもよい。例えば、モータ７５４の速度は、モータ駆動信号７７４に比例してもよい。いくつかの例では、モータ７５４はブラシレスＤＣ電動モータであってもよく、モータ駆動信号７７４は、モータ７５４の１つ又は２つ以上の固定子巻線に提供されるＰＷＭ信号を含んでもよい。また、いくつかの実施例では、モータコントローラ７５８は省略されてもよく、制御回路７６０がモータ駆動信号７７４を直接生成してもよい。
モータ７５４は、エネルギー源７６２から電力を受け取ることができる。エネルギー源７６２は、電池、超コンデンサ、又は任意の他の好適なエネルギー源であってもよく、あるいはそれを含んでもよい。モータ７５４は、伝達装置７５６を介して閉鎖部材７６４に機械的に結合され得る。伝達装置７５６は、モータ７５４を閉鎖部材７６４に結合するための１つ又は２つ以上のギア又は他の連結構成要素を含んでもよい。位置センサ７８４は、閉鎖部材７６４の位置を感知し得る。位置センサ７８４は、閉鎖部材７６４の位置を示す位置データを生成することができる任意の種類のセンサであってもよく、又はそれを含んでもよい。いくつかの例では、位置センサ７８４は、閉鎖部材７６４が遠位方向及び近位方向に並進すると一連のパルスを制御回路７６０に提供するように構成されたエンコーダを含んでもよい。制御回路７６０は、パルスを追跡して閉鎖部材７６４の位置を判定してもよい。例えば近接センサを含む他の好適な位置センサが使用されてもよい。他の種類の位置センサは、閉鎖部材７６４の動きを示す他の信号を提供することができる。また、いくつかの実施例では、位置センサ７８４は省略されてもよい。モータ７５４がステップモータである場合、制御回路７６０は、モータ７５４が実行するように指示されたステップの数及び方向を合計することによって、閉鎖部材７６４の位置を追跡することができる。位置センサ７８４は、エンドエフェクタ７５２内、又は器具の任意の他の部分に位置することができる。
制御回路７６０は、１つ又は２つ以上のセンサ７８８と通信することができる。センサ７８８は、エンドエフェクタ７５２上に位置付けられ、外科用器具７５０と共に動作して、間隙距離対時間、組織圧縮対時間、及びアンビル歪み対時間などの様々な導出パラメータを測定するように適合され得る。センサ７８８は、磁気センサ、磁界センサ、歪みゲージ、圧力センサ、力センサ、渦電流センサなどの誘導センサ、抵抗センサ、容量センサ、光学センサ、及び／又はエンドエフェクタ７５２の１つ若しくは２つ以上のパラメータを測定するための任意の他の好適なセンサを備え得る。センサ７８８は、１つ又は２つ以上のセンサを含み得る。
１つ又は２つ以上のセンサ７８８は、クランプ状態の間のクランプアーム７６６における歪みの大きさを測定するように構成された、微小歪みゲージなどの歪みゲージを備えてもよい。歪みゲージは、歪みの大きさに伴って振幅が変動する電気信号を提供する。センサ７８８は、クランプアーム７６６と超音波ブレード７６８との間に圧縮された組織の存在によって生成された圧力を検出するように構成された圧力センサを備えてもよい。センサ７８８は、クランプアーム７６６と超音波ブレード７６８との間に位置する組織切片のインピーダンスを検出するように構成されてもよく、このインピーダンスは、それらの間に位置する組織の厚さ及び／又は充満度を示す。
センサ７８８は、閉鎖駆動システムによってクランプアーム７６６に及ぼされる力を測定するように構成され得る。例えば、１つ又は２つ以上のセンサ７８８は、閉鎖管によってクランプアーム７６６に適用される閉鎖力を検出するために、閉鎖管とクランプアーム７６６との間の相互作用点に位置してもよい。クランプアーム７６６に対して及ぼされる力は、クランプアーム７６６と超音波ブレード７６８との間に捕捉された組織切片によって経験される組織圧縮を表すものであり得る。１つ又は２つ以上のセンサ７８８は、閉鎖駆動システムに沿った様々な相互作用点に位置決めされて、閉鎖駆動システムによってクランプアーム７６６に適用される閉鎖力を検出することができる。１つ又は２つ以上のセンサ７８８は、制御回路７６０のプロセッサによるクランプ動作中にリアルタイムでサンプリングされてもよい。制御回路７６０は、リアルタイムのサンプル測定値を受信して時間ベースの情報を提供及び分析し、クランプアーム７６６に適用される閉鎖力をリアルタイムで評価する。
モータ７５４によって引き込まれる電流を測定するために、電流センサ７８６を用いることができる。閉鎖部材７６４を前進させるのに必要な力は、モータ７５４によって引き込まれる電流に相当する。力はデジタル信号に変換されて、制御回路７６０に提供される。
制御回路７６０は、器具の実際のシステムの応答をコントローラのソフトウェアでシミュレートするように構成することができる。変位部材を作動させて、エンドエフェクタ７５２内の閉鎖部材７６４を目標速度又はその付近で移動させることができる。外科用器具７５０は、フィードバックコントローラを含むことができ、フィードバックコントローラは、例えば、ＰＩＤ、状態フィードバック、ＬＱＲ、及び／又は適応コントローラが挙げられるがこれらに限定されない任意のフィードバックコントローラのうちのいずれか１つであってもよい。外科用器具７５０は、フィードバックコントローラからの信号を、例えば、ケース電圧、ＰＷＭ電圧、周波数変調電圧、電流、トルク、及び／又は力などの物理的入力に変換するための電源を含むことができる。
外科用器具７５０の実際の駆動システムは、ギアボックス、並びに関節運動及び／又はナイフシステムへの機械的連結部を備えるブラシ付きＤＣモータによって、変位部材、切断部材、又は閉鎖部材７６４を駆動するように構成されている。別の例は、例えば、交換式シャフトアセンブリの変位部材及び関節運動ドライバを動作させる電動モータ７５４である。外部影響とは、組織、周囲体、及び物理系上の摩擦などのものの、測定されていない予測不可能な影響である。こうした外部影響は、電動モータ７５４に反して作用する障害と呼ぶことができる。障害などの外部影響は、物理系の動作を物理系の所望の動作から逸脱させることがある。
様々な例示的態様が、モータ駆動の外科用封止及び切断器具を有するエンドエフェクタ７５２を備える外科用器具７５０に関する。例えば、モータ７５４は、エンドエフェクタ７５２の長手方向軸線に沿って遠位方向及び近位方向に変位部材を駆動してもよい。エンドエフェクタ７５２は、枢動可能なクランプアーム７６６と、使用のために構成されるときは、クランプアーム７６６の反対側に位置付けられた超音波ブレード７６８と、を備えてもよい。臨床医は、本明細書に記載されるように、クランプアーム７６６と超音波ブレード７６８との間に組織を把持してもよい。器具７５０を使用する準備が整った場合、臨床医は、例えば器具７５０のトリガを押すことによって発射信号を提供してもよい。発射信号に応答して、モータ７５４は、変位部材をエンドエフェクタ７５２の長手方向軸線に沿って、近位のストローク開始位置からストローク開始位置の遠位にあるストローク終了位置まで遠位方向に駆動することができる。変位部材が遠位方向に並進すると、遠位端に位置付けられた切断要素を備える閉鎖部材７６４は、超音波ブレード７６８とクランプアーム７６６との間の組織を切断することができる。
様々な実施例で、外科用器具７５０は、１つ又は２つ以上の組織状態に基づいて、例えば閉鎖部材７６４などの変位部材の遠位並進を制御するようにプログラムされた制御回路７６０を備えてもよい。制御回路７６０は、本明細書に説明されるように、直接的又は間接的のいずれかで厚さなどの組織状態を感知するようにプログラムされてもよい。制御回路７６０は、組織状態に基づいて制御プログラムを選択するようにプログラムされてもよい。制御プログラムは、変位部材の遠位運動を記述することができる。様々な組織状態をより良好に処理するために様々な制御プログラムを選択することができる。例えば、より厚い組織が存在する場合、制御回路７６０は、変位部材をより低速で、及び／又はより低電力で並進させるようにプログラムされてもよい。より薄い組織が存在する場合、制御回路７６０は、変位部材をより高速で、及び／又はより高電力で並進させるようにプログラムされてもよい。
いつくかの実施例では、制御回路７６０は、最初に、モータ７５４を、変位部材のストロークの第１の開ループ部分に対する開ループ構成で動作させてもよい。ストロークの開ループ部分の間の器具７５０の応答に基づいて、制御回路７６０は、発射制御プログラムを選択してもよい。器具の応答としては、開ループ部分の間の変位部材の並進距離、開ループ部分の間に経過する時間、開ループ部分の間にモータ７５４に提供されるエネルギー、モータ駆動信号のパルス幅の合計などが挙げられ得る。開ループ部分の後、制御回路７６０は、変位部材ストロークの第２の部分に対して、選択された発射制御プログラムを実施してもよい。例えば、ストロークの閉ループ部分の間、制御回路７６０は、変位部材の位置を記述する並進データに基づいてモータ７５４を閉ループ式に変調して、変位部材を一定速度で並進させてもよい。更なる詳細は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年９月２９日出願の「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ Ａ ＤＩＳＰＬＡＹ ＯＦ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」と題する米国特許出願第１５／７２０，８５２号に開示されている。
図１９は、本開示の一態様による、様々な機能を制御するように構成された外科用器具７９０の回路図である。一態様では、外科用器具７９０は、閉鎖部材７６４などの変位部材の遠位並進を制御するようにプログラムされる。外科用器具７９０は、クランプアーム７６６と、閉鎖部材７６４と、１つ又は２つ以上のＲＦ電極７９６（破線で示される）と交換されるか、又はそれと連動して動作し得る超音波ブレード７６８とを備え得るエンドエフェクタ７９２を備える。超音波ブレード７６８は、超音波発生器７７１によって駆動される超音波変換器７６９に結合されている。
一態様では、センサ７８８は、とりわけ、リミットスイッチ、電気機械装置、固体スイッチ、ホール効果装置、ＭＲ装置、ＧＭＲ装置、磁力計として実装されてもよい。他の実装形態では、センサ６３８は、とりわけ光センサ、ＩＲセンサ、紫外線センサなどの光の影響下で動作する固体スイッチであってもよい。更に、スイッチは、トランジスタ（例えば、ＦＥＴ、接合ＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、双極など）などの固体装置であってもよい。他の実装形態では、センサ７８８は、とりわけ、導電体非含有スイッチ、超音波スイッチ、加速度計、及び慣性センサを含んでもよい。
一態様では、位置センサ７８４は、Ａｕｓｔｒｉａ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，ＡＧから入手可能なＡＳ５０５５ＥＱＦＴシングルチップ磁気回転位置センサとして実装される磁気回転絶対位置決めシステムを備える絶対位置決めシステムとして実装されてもよい。位置センサ７８４は、制御回路７６０とインターフェースして絶対位置決めシステムを提供することができる。位置は、磁石の上方に位置し、加算、減算、ビットシフト、及びテーブル参照演算のみを必要とする、双曲線関数及び三角関数を計算する簡潔かつ効率的なアルゴリズムを実装するために設けられた、桁毎法及びボルダーアルゴリズムとしても知られるＣＯＲＤＩＣプロセッサに結合された、複数のホール効果素子を含み得る。
いくつかの実施例では、位置センサ７８４は省略されてもよい。モータ７５４がステップモータである場合、制御回路７６０は、モータが実行するように指示されたステップの数及び方向を合計することによって、閉鎖部材７６４の位置を追跡することができる。位置センサ７８４は、エンドエフェクタ７９２内、又は器具の任意の他の部分に位置することができる。
制御回路７６０は、１つ又は２つ以上のセンサ７８８と通信することができる。センサ７８８は、エンドエフェクタ７９２上に位置付けられ、外科用器具７９０と共に動作して、間隙距離対時間、組織圧縮対時間、及びアンビル歪み対時間などの様々な導出パラメータを測定するように適合され得る。センサ７８８は、磁気センサ、磁界センサ、歪みゲージ、圧力センサ、力センサ、渦電流センサなどの誘導センサ、抵抗センサ、容量センサ、光学センサ、及び／又はエンドエフェクタ７９２の１つ若しくは２つ以上のパラメータを測定するための任意の他の好適なセンサを備え得る。センサ７８８は、１つ又は２つ以上のセンサを含み得る。
ＲＦエネルギー源７９４は、エンドエフェクタ７９２に結合され、ＲＦ電極７９６が超音波ブレード７６８の代わりにエンドエフェクタ７９２内に提供されるとき、又は超音波ブレード７６８と連動して動作するように提供されるとき、ＲＦ電極７９６に印加される。例えば、超音波ブレードは、導電性金属で作製され、電気外科用ＲＦ電流のリターンパスとして使用されてもよい。制御回路７６０は、ＲＦ電極７９６へのＲＦエネルギーの送達を制御する。
更なる詳細は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年６月２８日出願の「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭ ＣＯＵＰＬＡＢＬＥ ＷＩＴＨ ＳＴＡＰＬＥ ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ ＡＮＤ ＲＡＤＩＯ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ，ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＵＳＩＮＧ ＳＡＭＥ」と題する米国特許出願第１５／６３６，０９６号に開示されている。
発生器ハードウェア
適応型超音波ブレード制御アルゴリズム
様々な態様では、スマート超音波エネルギー装置は、超音波ブレードの動作を制御するための適応アルゴリズムを含んでもよい。一態様では、超音波ブレード適応制御アルゴリズムは、組織の種類を特定し、装置パラメータを調整するように構成される。一態様では、超音波ブレード制御アルゴリズムは、組織の種類をパラメータ化するように構成される。超音波ブレードの遠位先端の振幅を調整するために組織のコラーゲン／弾性比を検出するためのアルゴリズムが、本開示の以下の項で説明される。スマート超音波エネルギー装置の様々な態様が、例えば、図１～図８５に関連して本明細書で説明される。したがって、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムの以下の説明は、図１～図８５及びこれらに関連する説明と併せて読まれるべきである。
組織種類の識別及び装置パラメータの調節
特定の外科処置では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムを用いることが望ましい。一態様では、超音波ブレードと接触する組織の種類に基づいて、超音波装置のパラメータを調節するために、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムを用いてもよい。一態様では、超音波装置のパラメータは、超音波エンドエフェクタのジョー内の組織の位置、例えば、クランプアームと超音波ブレードとの間の組織の位置に基づいて調節されてもよい。超音波変換器のインピーダンスは、組織のどの割合がエンドエフェクタの遠位端又は近位端に位置するかを識別するために用いられてもよい。超音波装置の反応は、組織の種類又は組織の圧縮率に基づき得る。別の態様では、超音波装置のパラメータは、識別された組織の種類又はパラメータ化に基づいて調節されてもよい。例えば、超音波ブレードの遠位先端の機械的変位振幅は、組織識別手順中に検出されたエラスチン組織に対するコラーゲンの割当量（ration）に基づいて調整されてもよい。コラーゲンとエラスチン組織との比は、赤外線（ＩＲ）表面反射率及び放射率を含む様々な技術を使用して検出され得る。クランプアーム及び／又はクランプアームのストロークによって組織に加えられて間隙及び圧縮を生じさせる力。電極を備えたジョー全体の電気的導通を用いて、ジョーのどの割合が組織で覆われているかを判定することができる。
図２０は、本開示の少なくとも１つの態様による、モジュール式通信ハブを備える外科用データネットワーク内で適応型超音波ブレード制御アルゴリズムを実行するように構成されたシステム８００である。一態様では、発生器モジュール２４０が、図４３Ａ～図５４を参照して本明細書に記載される適応型超音波ブレード制御アルゴリズム（複数可）８０２を実行するように構成される。別の態様では、装置／器具２３５が、図４３Ａ～図５４を参照して本明細書に記載される適応型超音波ブレード制御アルゴリズム（複数可）８０４を実行するように構成される。別の態様では、装置／器具２３５及び装置／器具２３５の両方が、図４３Ａ～図５４を参照して本明細書に記載される適応型超音波ブレード制御アルゴリズム８０２、８０４を実行するように構成される。
発生器モジュール２４０は、電力変圧器を介して非絶縁段階と通信する患者絶縁段階を備えてもよい。電力変圧器の二次巻線は、絶縁段階内に収容され、例えば、超音波外科用器具、ＲＦ電気外科用器具、並びに単独又は同時に送達可能な超音波及びＲＦエネルギーモードを含む多機能型外科用器具などの様々な外科用器具に駆動信号を送達するために駆動信号出力部を画定するためのタップ構成（例えば、センタタップ又は非センタタップ構成）を備え得る。具体的には、駆動信号出力部は、超音波駆動信号（例えば、４２０Ｖの二乗平均平方根（root-mean-square、ＲＭＳ）駆動信号）を超音波外科用器具２４１に出力することができ、駆動信号出力部は、ＲＦ電気外科駆動信号（例えば、１００ＶのＲＭＳ駆動信号）をＲＦ電気外科用器具２４１に出力することができる。発生器モジュール２４０の態様は、図２１～図２８Ｂを参照して本明細書で説明される。
発生器モジュール２４０、若しくは装置／器具２３５、又はその両方は、例えば、図８～図１１を参照して説明されている、例えば、インテリジェント外科用器具、ロボット、及び手術室内に位置する他のコンピュータ化装置などの複数の手術室装置に接続されたモジュール式制御タワー２３６に結合されている。
図２１は、超音波器具と結合するように構成され、かつ、図２０に示すモジュール式通信ハブを備える外科用データネットワーク内で適応型超音波ブレード制御アルゴリズムを実行するように更に構成された発生器の一形態である、発生器９００の一実施例を示す。発生器９００は、複数のエネルギーモダリティを外科用器具に送達するように構成されている。発生器９００は、エネルギーを外科用器具に送達するためのＲＦ信号及び超音波信号を単独で又は同時にのいずれかで提供する。ＲＦ信号及び超音波信号は、単独で、又は組み合わせて提供されてもよく、また同時に提供されてもよい。上述したように、少なくとも１つの発生器出力部は、単一のポートを通して複数のエネルギーモダリティ（例えば、とりわけ超音波、双極若しくは単極ＲＦ、不可逆及び／若しくは可逆電気穿孔法、並びに／又はマイクロ波エネルギー）を送達することができ、これらの信号は、組織を治療するために個別に又は同時にエンドエフェクタに送達することができる。発生器９００は、波形発生器９０４に結合されたプロセッサ９０２を備える。プロセッサ９０２及び波形発生器９０４は、プロセッサ９０２に結合されたメモリに記憶された情報（開示を明瞭にするために示されず）に基づいて、様々な信号波形を発生するように構成されている。波形に関連するデジタル情報は、デジタル入力をアナログ出力に変換するために１つ又は２つ以上のＤＡＣ回路を含む波形発生器９０４に提供される。アナログ出力は、信号調節及び増幅のために、増幅器１１０６に供給される。増幅器９０６の調節され増幅された出力は、電力変圧器９０８に結合される。信号は、電力変圧器９０８を横断して患者絶縁側にある二次側に結合される。第１のエネルギーモダリティの第１の信号は、外科用器具のＥＮＥＲＧＹ１及びＲＥＴＵＲＮとラベルされた端子間に提供される。第２のエネルギーモダリティの第２の信号は、コンデンサ９１０にわたって結合され、外科用器具のＥＮＥＲＧＹ２及びＲＥＴＵＲＮとラベルされた端子間に提供される。２つを超えるエネルギーモダリティが出力されてもよく、したがって添え字「ｎ」は、最大ｎ個のＥＮＥＲＧＹｎ端子が提供され得ることを示すために使用することができ、ここでｎは、１超の正の整数であることが理解されよう。最大「ｎ」個のリターンパス（ＲＥＴＵＲＮｎ）が、本開示の範囲から逸脱することなく提供されてもよいことも理解されよう。
第１の電圧感知回路９１２は、ＥＮＥＲＧＹ１及びＲＥＴＵＲＮパスとラベルされた端子にわたって結合され、それらの間の出力電圧を測定する。第２の電圧感知回路９２４は、ＥＮＥＲＧＹ２及びＲＥＴＵＲＮパスとラベルされた端子にわたって結合され、それらの間の出力電圧を測定する。電流感知回路９１４は、いずれかのエネルギーモダリティの出力電流を測定するために、図示される電力変圧器９０８の二次側のＲＥＴＵＲＮ区間と直列に配設される。異なるリターンパスが各エネルギーモダリティに対して提供される場合、別個の電流感知回路が、各リターン区間で提供されねばならない。第１の電圧感知回路９１２及び第２の電圧感知回路９２４の出力が対応の絶縁変圧器９１６、９２２に提供され、電流感知回路９１４の出力は、別の絶縁変圧器９１８に提供される。電力変圧器９０８の一次側（非患者絶縁側）上における絶縁変圧器９１６、９２８、９２２の出力は、１つ又は２つ以上のＡＤＣ回路９２６に提供される。ＡＤＣ回路９２６のデジタル化された出力は、更なる処理及び計算のためにプロセッサ９０２に提供される。出力電圧及び出力電流のフィードバック情報は、外科用器具に提供される出力電圧及び電流を調整するために、またいくつかあるパラメータの中で出力インピーダンスを計算するために使用することができる。プロセッサ９０２と患者絶縁回路との間の入力／出力通信は、インターフェース回路９２０を通して提供される。センサもまた、インターフェース回路９２０を介してプロセッサ９０２と電気通信してもよい。
一態様では、インピーダンスは、ＥＮＥＲＧＹ１／ＲＥＴＵＲＮとラベルされた端子にわたって結合された第１の電圧感知回路９１２又はＥＮＥＲＧＹ２／ＲＥＴＵＲＮとラベルされた端子にわたって結合された第２の電圧感知回路９２４のいずれかの出力を、電力変圧器９０８の二次側のＲＥＴＵＲＮ区間と直列に配置された電流感知回路９１４の出力で割ることによって、プロセッサ９０２により判定され得る。第１の電圧感知回路９１２及び第２の電圧感知回路９２４の出力は、個別の絶縁変圧器９１６、９２２に提供され、電流感知回路９１４の出力は、別の絶縁変圧器９１６に提供される。ＡＤＣ回路９２６からのデジタル化された電圧及び電流感知測定値は、インピーダンスを計算するためにプロセッサ９０２に提供される。一例として、第１のエネルギーモダリティＥＮＥＲＧＹ１は超音波エネルギーであってもよく、第２のエネルギーモダリティＥＮＥＲＧＹ２はＲＦエネルギーであってもよい。それでも、超音波エネルギーモダリティ及び双極又は単極ＲＦエネルギーモダリティに加えて、他のエネルギーモダリティには、数ある中でも不可逆並びに／又は可逆電気穿孔法及び／若しくはマイクロ波エネルギーが挙げられる。また、図２１に例示された例は、単一のリターンパス（ＲＥＴＵＲＮ）が２つ以上のエネルギーモダリティに提供され得ることを示しているが、他の態様では、複数のリターンパスＲＥＴＵＲＮｎが、各エネルギーモダリティＥＮＥＲＧＹｎに提供されてもよい。したがって、本明細書に記載されるように、超音波変換器のインピーダンスは、第１の電圧感知回路９１２の出力を電流感知回路９１４で割ることによって測定されてもよく、組織のインピーダンスは、第２の電圧感知回路９２４の出力を電流感知回路９１４で割ることによって測定されてもよい。
図２１に示すように、少なくとも１つの出力ポートを含む発生器９００は、実行される組織の処置の種類に応じて、電力を、例えば、とりわけ、超音波、双極若しくは単極ＲＦ、不可逆及び／若しくは可逆電気穿孔法、並びに／又はマイクロ波エネルギーなどの１つ又は２つ以上のエネルギーモダリティの形態でエンドエフェクタに提供するために単一の出力部を有し、かつ複数のタップを有する電力変圧器９０８を含むことができる。例えば、発生器９００は、単極又は双極ＲＦ電気外科用電極のいずれかを用いて、超音波変換器を駆動するために高電圧かつ低電流で、組織封止のためのＲＦ電極を駆動するために低電圧かつ高電流で、又はスポット凝固のための凝固波形で、エネルギーを送達することができる。発生器９００からの出力波形は、周波数を外科用器具のエンドエフェクタに提供するために、誘導、切り替え、又はフィルタリングされ得る。超音波変換器の発生器９００出力部への接続部は、好ましくは、図２１に示すようにＥＮＥＲＧＹ１とラベルされた出力部とＲＥＴＵＲＮとの間に位置するであろう。一実施例では、ＲＦ双極電極の発生器９００の出力部への接続部は、好ましくは、ＥＮＥＲＧＹ２とラベルされた出力部とＲＥＴＵＲＮとの間に位置するであろう。単極出力部の場合、好ましい接続部は、ＥＮＥＲＧＹ２出力部及びＲＥＴＵＲＮ出力部に接続された好適なリターンパッドへの活性電極（例えば、ペンシル型又は他のプローブ）であろう。
更なる詳細は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、「ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ＦＯＲ ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ ＦＯＲ ＤＩＧＩＴＡＬＬＹ ＧＥＮＥＲＡＴＩＮＧ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＳＩＧＮＡＬ ＷＡＶＥＦＯＲＭＳ ＡＮＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ」と題する２０１７年３月３０日公開の米国特許出願公開第２０１７／００８６９１４号に開示されている。
本説明全体で使用される用語「無線」及びその派生語は、非固体媒体を介して変調電磁放射線の使用を通じてデータを通信し得る回路、装置、システム、方法、技術、通信チャネルなどを説明するために使用されてもよい。この用語は、関連する装置がいかなる有線も含まないことを意味するものではないが、いくつかの態様では、それらは存在しない可能性がある。通信モジュールは、Ｗｉ－Ｆｉ（ＩＥＥＥ８０２．１１ファミリー）、ＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ８０２．１６ファミリー）、ＩＥＥＥ８０２．２０、ロング・ターム・エボリューション（ＬＴＥ）、Ｅｖ－ＤＯ、ＨＳＰＡ＋、ＨＳＤＰＡ＋、ＨＳＵＰＡ＋、ＥＤＧＥ、ＧＳＭ、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＤＥＣＴ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、これらのイーサネット派生物、のみならず３Ｇ、４Ｇ、５Ｇ、及びそれ以降と指定される任意の他の無線及び有線プロトコルが挙げられるがこれらに限定されない多数の無線又は有線通信規格又はプロトコルのうちのいずれかを実装してもよい。コンピューティングモジュールは、複数の通信モジュールを含んでもよい。例えば、第１の通信モジュールは、Ｗｉ－Ｆｉ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの短距離無線通信専用であってもよく、第２の通信モジュールは、ＧＰＳ、ＥＤＧＥ、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ、Ｅｖ－ＤＯなどの長距離無線通信専用であってもよい。
本明細書で使用するとき、プロセッサ又は処理ユニットは、いくつかの外部データソース、通常はメモリ又は何らかの他のデータストリーム上で動作を実行する電子回路である。この用語は、本明細書では、多くの専用「プロセッサ」を組み合わせたシステム又はコンピュータシステム（特にシステムオンチップ（systems on a chip、ＳｏＣ））内の中央プロセッサ（中央処理ユニット）を指すために使用される。
本明細書で使用するとき、チップ上のシステム又はシステムオンチップ（ＳｏＣ又はＳＯＣ）は、コンピュータ又は他の電子システムの全ての構成要素を統合する集積回路（「ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ、ＩＣ」又は「チップ」としても知られる）である。これは、デジタル、アナログ、混合信号、及び多くの場合は高周波数機能を、全て単一の基材上に含むことができる。ＳｏＣは、マイクロコントローラ（又はマイクロプロセッサ）を、グラフィックス処理ユニット（graphics processing unit、ＧＰＵ）、Ｗｉ－Ｆｉモジュール、又はコプロセッサなどの最新の周辺装置と統合する。ＳｏＣは、内蔵メモリを含んでもよく、含まなくてもよい。
本明細書で使用するとき、マイクロコントローラ又はコントローラは、マイクロプロセッサを周辺回路及びメモリと統合するシステムである。マイクロコントローラ（又はマイクロコントローラユニットのＭＣＵ）は、単一の集積回路上の小型コンピュータとして実装されてもよい。これはＳｏＣと同様であってもよく、ＳｏＣは、その構成要素の１つとしてマイクロコントローラを含み得る。マイクロコントローラは、１つ又は２つ以上のコア処理ユニット（ＣＰＵ）と共にメモリ及びプログラム可能な入力／出力周辺機器を収容することができる。強誘電性のＲＡＭ、ＮＯＲフラッシュ、又はＯＴＰ ＲＯＭの形態のプログラムメモリ、及び少量のＲＡＭもまた、チップ上にしばしば含まれる。マイクロコントローラは、パーソナルコンピュータ又は様々な個別のチップで構成された他の汎用用途で使用されるマイクロプロセッサとは対照的に、組み込み型用途用に採用され得る。
本明細書で使用するとき、コントローラ又はマイクロコントローラという用語は、周辺装置とインターフェースするスタンドアロンＩＣ又はチップ装置であってもよい。これは、その装置の動作（及び装置との接続）を管理する外部装置上のコンピュータ又はコントローラの２つの部分間の連結部であってもよい。
本明細書で説明されるプロセッサ又はマイクロコントローラはいずれも、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘの商品名で知られているものなど、任意のシングルコア又はマルチコアプロセッサであってもよい。一態様では、プロセッサは、例えば、その詳細が製品データシートで入手可能である、最大４０ＭＨｚの２５６ＫＢのシングルサイクルフラッシュメモリ若しくは他の不揮発性メモリのオンチップメモリ、性能を４０ＭＨｚ超に改善するためのプリフェッチバッファ、３２ＫＢのシングルサイクルシリアルランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ＳｔｅｌｌａｒｉｓＷａｒｅ（登録商標）ソフトウェアを搭載した内部読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、２ＫＢの電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、１つ又は２つ以上のパルス幅変調（ＰＷＭ）モジュール、１つ又は２つ以上の直交エンコーダ入力（ＱＥＩ）アナログ、１２個のアナログ入力チャネルを備える１つ又は２つ以上の１２ビットアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を含む、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＬＭ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲ ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ４Ｆプロセッサコアであってもよい。
一態様では、プロセッサは、同じくＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のＨｅｒｃｕｌｅｓ ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ Ｒ４の商品名で知られるＴＭＳ５７０及びＲＭ４ｘなどの２つのコントローラ系ファミリーを含む安全コントローラを含んでもよい。安全コントローラは、拡張性のある性能、接続性、及びメモリの選択肢を提供しながら、高度な集積型安全機構を提供するために、中でも特に、ＩＥＣ６１５０８及びＩＳＯ２６２６２の安全限界用途専用に構成されてもよい。
モジュール式装置は、外科用ハブ内に受容可能な（例えば図３及び図９に関連して説明される）モジュールと、対応する外科用ハブと接続又はペアリングするために様々なモジュールに接続され得る外科用装置又は器具と、を含む。モジュール式装置としては、例えば、インテリジェント外科用器具、医療用撮像装置、吸引／灌注装置、排煙器、エネルギー発生器、ベンチレータ、吸入器、及びディスプレイが挙げられる。本明細書に記載されるモジュール式装置は、制御アルゴリズムによって制御することができる。制御アルゴリズムは、モジュール式装置自体上で、特定のモジュール式装置がペアリングされる外科用ハブ上で、又はモジュール式装置及び外科用ハブの両方の上で（例えば、分散コンピューティングアーキテクチャを介して）、実行され得る。いくつかの例示では、モジュール式装置の制御アルゴリズムは、モジュール式装置自体によって（すなわち、モジュール式装置内の、モジュール式装置上の、又はモジュール式装置に接続されたセンサによって）感知されたデータに基づいて装置を制御する。このデータは、手術中の患者（例えば、組織特性又は注入圧）又はモジュール式装置自体（例えば、前進するナイフの速度、モータ電流、又はエネルギーレベル）に関連し得る。例えば、外科用ステープル留め及び切断器具の制御アルゴリズムは、ナイフが前進する際にナイフが遭遇する抵抗に基づき、器具のモータが組織を貫いてそのナイフを駆動させる速度を制御することができる。
図２２は、発生器１１００と、これと共に使用可能な様々な外科用器具１１０４、１１０６、１１０８と、を備える外科システム１０００の一形態を示し、外科用器具１１０４は超音波外科用器具であり、外科用器具１１０６はＲＦ電気外科用器具であり、多機能型外科用器具１１０８は組み合わせ超音波／ＲＦ電気外科用器具である。発生器１１００は、様々な外科用器具と共に使用するように構成可能である。様々な形態によれば、発生器１１００は、例えば、超音波外科用器具１１０４、ＲＦ電気外科用器具１１０６、並びに発生器１１００から同時に送達されるＲＦエネルギー及び超音波エネルギーを統合する多機能型外科用器具１１０８を含む様々な種類の様々な外科用装置と共に使用するように構成可能であり得る。図２２の形態では、発生器１１００は、外科用器具１１０４、１１０６、１１０８とは別個に示されているが、一形態では、発生器１１００は、外科用器具１１０４、１１０６、１１０８のうちのいずれかと一体的に形成されて、一体型外科システムを形成してもよい。発生器１１００は、発生器１１００のコンソールの前側パネル上に位置する入力装置１１１０を備える。入力装置１１１０は、発生器１１００の動作をプログラムするのに適した信号を生成する任意の好適な装置を備えることができる。発生器１１００は、有線又は無線通信用に構成されてもよい。
発生器１１００は、複数の外科用器具１１０４、１１０６、１１０８を駆動するように構成される。第１の外科用器具は超音波外科用器具１１０４であり、ハンドピース１１０５（ｈａｎｄｐｉｅｃｅ、ＨＰ）、超音波変換器１１２０、シャフト１１２６、及びエンドエフェクタ１１２２を備える。エンドエフェクタ１１２２は、超音波変換器１１２０と音響的に結合された超音波ブレード１１２８及びクランプアーム１１４０を備える。ハンドピース１１０５は、クランプアーム１１４０を動作させるトリガ１１４３と、超音波ブレード１１２８又は他の機能に通電し、駆動するためのトグルボタン１１３４ａ、１１３４ｂ、１１３４ｃの組み合わせと、を備える。トグルボタン１１３４ａ、１１３４ｂ、１１３４ｃは、発生器１１００を用いて超音波変換器１１２０に通電するように構成することができる。
発生器１１００はまた、第２の外科用器具１１０６を駆動するようにも構成される。第２の外科用器具１１０６は、ＲＦ電気外科用器具であり、ハンドピース１１０７（ＨＰ）、シャフト１１２７、及びエンドエフェクタ１１２４を備える。エンドエフェクタ１１２４は、クランプアーム１１４２ａ、１１４２ｂ内に電極を備え、シャフト１１２７の導電体部分を通って戻る。電極は、発生器１１００内の双極エネルギー源に結合され、双極エネルギー源によって通電される。ハンドピース１１０７は、クランプアーム１１４２ａ、１１４２ｂを動作させるためのトリガ１１４５と、エンドエフェクタ１１２４内の電極に通電するためのエネルギースイッチを作動するためのエネルギーボタン１１３５と、を備える。
発生器１１００はまた、多機能型外科用器具１１０８を駆動するようにも構成される。多機能型外科用器具１１０８は、ハンドピース１１０９（ＨＰ）、シャフト１１２９、及びエンドエフェクタ１１２５を備える。エンドエフェクタ１１２５は、超音波ブレード１１４９及びクランプアーム１１４６を備える。超音波ブレード１１４９は、超音波変換器１１２０と音響的に結合される。ハンドピース１１０９は、クランプアーム１１４６を動作させるトリガ１１４７と、超音波ブレード１１４９又は他の機能に通電し、駆動するためのトグルボタン１１３７ａ、１１３７ｂ、１１３７ｃの組み合わせと、を備える。トグルボタン１１３７ａ、１１３７ｂ、１１３７ｃは、発生器１１００を用いて超音波変換器１１２０に通電し、かつ同様に発生器１１００内に収容された双極エネルギー源を用いて超音波ブレード１１４９に通電するように構成することができる。
発生器１１００は、様々な外科用器具と共に使用するように構成可能である。様々な形態によれば、発生器１１００は、例えば、超音波外科用器具１１０４、ＲＦ電気外科用器具１１０６、並びに発生器１１００から同時に送達されるＲＦエネルギー及び超音波エネルギーを統合する多機能型外科用器具１１０８を含む様々な種類の様々な外科用装置と共に使用するように構成可能であり得る。図２２の形態では、発生器１１００は、外科用器具１１０４、１１０６、１１０８とは別個に示されているが、別の形態では、発生器１１００は、外科用器具１１０４、１１０６、１１０８のうちのいずれか１つと一体的に形成されて、一体型外科システムを形成してもよい。上述したように、発生器１１００は、発生器１１００のコンソールの前側パネル上に位置する入力装置１１１０を含む。入力装置１１１０は、発生器１１００の動作をプログラムするのに適した信号を生成する任意の適切な装置を備えることができる。発生器１１００はまた、１つ又は２つ以上の出力装置１１１２を含んでもよい。電気信号波形をデジタル的に生成するための発生器、及び外科用器具の更なる態様は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２０１７－００８６９１４－Ａ１号に記載されている。
図２３は、本開示の少なくとも１つの態様による、例示の超音波装置１１０４のエンドエフェクタ１１２２である。エンドエフェクタ１１２２は、導波管を介して超音波変換器１１２０に結合され得るブレード１１２８を含み得る。本明細書で説明されるように、超音波変換器１１２０によって駆動されると、ブレード１１２８は振動することができ、組織と接触すると、組織を切断及び／又は凝固することができる。様々な態様によると、また図２３に例示するように、エンドエフェクタ１１２２は、エンドエフェクタ１１２２のブレード１１２８と協働作用するように構成され得るクランプアーム１１４０を更に含み得る。ブレード１１２８と共に、クランプアーム１１４０は、一連のジョーを含み得る。クランプアーム１１４０は、器具部分１１０４のシャフト１１２６の遠位端に枢動可能に接続され得る。クランプアーム１１４０は、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）又は他の好適な低摩擦材料から形成され得るクランプアーム組織パッド１１６３を含み得る。パッド１１６３は、ブレード１１２８と協働するように装着されて、クランプアーム１１４０の枢動運動が、クランプパッド１１６３をブレード１１２８と実質的に平行な関係で、かつこれと接触するように位置決めすることができる。この構成により、クランプされる組織片は、組織パッド１１６３とブレード１１２８との間に把持され得る。組織パッド１１６３は、ブレード１１２８と協働して組織の把持を改善するために、軸方向に離間して近位方向に延在する複数の把持歯１１６１含む鋸歯様構成を備えてもよい。クランプアーム１１４０は、図２３に示される開放位置から、閉鎖位置（クランプアーム１１４０がブレード１１２８と接触するか又は近接する）まで、任意の好適な様式で移行し得る。例えば、ハンドピース１１０５は、ジョー閉鎖トリガを含み得る。臨床医によって作動されると、ジョー閉鎖トリガはクランプアーム１１４０を任意の好適な様式で枢動させ得る。
発生器１１００は、駆動信号を任意の好適な様態で超音波変換器１１２０に提供するように起動され得る。例えば、発生器１１００は、フットスイッチケーブル１４３２を介して発生器１１００に結合されたフットスイッチ１４３０（図２４）を含んでもよい。臨床医は、フットスイッチ１４３０を押し下げることにより、超音波変換器１１２０を起動させ、またそれによって超音波変換器１１２０及びブレード１１２８を起動させ得る。フットスイッチ１４３０に加えて、又はこの代わりに、装置１１０４のいくつかの態様は、ハンドピース１１０５上に位置付けられた１つ又は２つ以上のスイッチを用いてもよく、これは、起動されると、発生器１１００に超音波変換器１１２０を作動させることができる。一態様では、例えば、１つ又は２つ以上のスイッチは、例えば、装置１１０４の動作モードを決定するために、一対のトグルボタン１１３４ａ、１１３４ｂ、１１３４ｃを含んでもよい（図２２）。例えば、トグルボタン１１３４ａが押し下げられると、超音波発生器１１００は、最大駆動信号を超音波変換器１１２０に提供して、超音波変換器１１２０に最大超音波エネルギー出力を生成させることができる。トグルボタン１１３４ｂを押すことにより、超音波発生器１１００がユーザ選択可能な駆動信号を超音波変換器１１２０に提供して、超音波変換器１１２０に最大未満の超音波エネルギー出力を生成させることができる。装置１１０４は、追加的に又は代替的に、例えば、エンドエフェクタ１１２２のクランプアーム１１４０を介してジョーを操作するために、ジョー閉鎖トリガの位置を指示するための第２のスイッチを含んでもよい。また、いくつかの態様では、超音波発生器１１００は、ジョー閉鎖トリガの位置に基づいて起動することができる（例えば、臨床医がジョー閉鎖トリガを押し下げてクランプアーム１１４０を介してジョーを閉鎖すると、超音波エネルギーを印加することができる）。
更に又はあるいは、１つ又は２つ以上のスイッチは、押し下げられると、発生器１１００にパルス出力を提供させるトグルボタン１１３４ｃを含むことができる（図２２）。パルスは、例えば、任意の好適な周波数及び分類で提供されてもよい。ある特定の態様では、パルスの電力レベルは、例えば、トグルボタン１１３４ａ、１１３４ｂに関連付けられた電力レベル（最大、最大未満）であってもよい。
装置１１０４は、トグルボタン１１３４ａ、１１３４ｂ、１１３４ｃの任意の組み合わせを含み得ることが理解されよう（図２２）。例えば、装置１１０４は、最大超音波エネルギー出力を生成するためのトグルボタン１１３４ａ、及び１回毎に最大又は最大未満の電力レベルのいずれかでパルス出力を生成するトグルボタン１１３４ｃの２つのトグルボタンのみを有するように構成され得る。このように、発生器１１００の駆動信号出力構成は、５つの連続信号、又は任意の個別の数の個々のパルス信号（１、２、３、４、又は５回）であってもよい。特定の態様では、特定の駆動信号構成は、例えば、発生器１１００のＥＥＰＲＯＭ設定、及び／又はユーザの電力レベル選択（複数可）、に基づき制御され得る。
特定の態様では、トグルボタン１１３４ｃの代替として２位置スイッチが提供され得る（図２２）。例えば、装置１１０４は、最大電力レベルで連続出力を発生させるためのトグルボタン１１３４ａと、２位置トグルボタン１１３４ｂと、を含んでもよい。第１の戻り止め位置では、トグルボタン１１３４ｂは最大電力レベル未満で連続出力を発生させてもよく、第２の戻り止め位置では、トグルボタン１１３４ｂは（例えば、ＥＥＰＲＯＭ設定に応じて、最大又は最大未満のいずれかの出力レベルで）パルス出力を発生させてもよい。
いくつかの態様では、ＲＦ電気外科用エンドエフェクタ１１２４、１１２５（図２２）はまた、一対の電極を備えてもよい。電極は、例えばケーブルを介して、発生器１１００と通信し得る。電極は、例えば、クランプアーム１１４２ａ、１１４６とブレード１１４２ｂ、１１４９との間に存在する組織片のインピーダンスを測定するために使用され得る。発生器１１００は、電極に信号（例えば、非治療的信号）を提供し得る。組織片のインピーダンスは例えば、信号の電流、電圧などを監視することによって見出され得る。
様々な態様では、発生器１１００は、図２２の外科システム１０００の略図である図２４に示すモジュール及び／又はブロックなどのいくつかの別個の機能的要素を備えてもよい。様々な機能要素又はモジュールが、様々な種類の外科用装置１１０４、１１０６、１１０８を駆動するように構成され得る。例えば、超音波発生器モジュールは、超音波装置１１０４などの超音波装置を駆動し得る。電気外科／ＲＦ発生器モジュールは、電気外科用装置１１０６を駆動し得る。モジュールは、外科用装置１１０４、１１０６、１１０８を駆動するために対応する駆動信号を生成することができる。様々な態様では、超音波発生器モジュール及び／又は電気外科／ＲＦ発生器モジュールはそれぞれ、発生器１１００と一体的に形成されてもよい。あるいは、モジュールのうち１つ又は２つ以上が、発生器１１００と電気的に結合された個別の回路モジュールとして提供されてもよい。（モジュールはこの選択肢を例示するために仮想線で示されている）。また、いくつかの態様では、電気外科／ＲＦ発生器モジュールは、超音波発生器モジュールと一体的に形成されてもよく、又はその逆であってもよい。
記載される態様によれば、超音波発生器モジュールは、特定の電圧、電流、及び周波数（例えば、５５，５００サイクル／秒、又はＨｚ）の駆動信号又は複数の駆動信号を生成し得る。駆動信号又は複数の駆動信号は、超音波装置１１０４、特に、例えば上記のように動作し得る変換器１１２０に提供され得る。一態様では、発生器１１００は、高い分解能、精度、及び再現性を備え得る（stepped with）特定の電圧、電流、及び／又は周波数出力信号の駆動信号を生成するように構成することができる。
記載される態様によれば、電気外科／ＲＦ発生器モジュールは、無線周波数（radio frequency、ＲＦ）エネルギーを使用して、双極電気外科処置を実施するのに十分な出力電力で駆動信号又は複数の駆動信号を生成し得る。双極電気外科用途では、例えば、駆動信号は、上述したように、例えば電気外科用装置１１０６の電極に提供されてもよい。したがって、発生器１１００は、組織を治療するのに十分な電気エネルギーを組織に適用することにより、治療目的のために構成され得る（例えば、凝固、焼灼、組織溶接など）。
発生器１１００は、例えば、発生器１１００のコンソールの前側パネル上に位置する入力装置２１５０（図２７Ｂ）を備えることができる。入力装置２１５０は、発生器１１００の動作をプログラムするのに適した信号を生成する任意の適切な装置を備えることができる。動作中、ユーザは、入力装置２１５０を使用して発生器１１００の動作をプログラムする、ないしは別の方法で制御することができる。入力装置２１５０は、発生器１１００の動作（例えば、超音波発生器モジュール及び／又は電気外科／ＲＦ発生器モジュールの動作）を制御するために、発生器によって（例えば、発生器内に収容される１つ又は２つ以上のプロセッサによって）使用され得る信号を生成する、任意の好適な装置を含み得る。様々な態様では、入力装置２１５０は、ボタン、スイッチ、サムホイール、キーボード、キーパッド、タッチスクリーンモニタ、ポインティング装置、汎用又は専用のコンピュータへの遠隔接続のうちの１つ又は２つ以上を含む。他の態様では、入力装置２１５０は、例えば、タッチスクリーンモニタ上に表示される１つ又は２つ以上のユーザインターフェーススクリーンなどの好適なユーザインターフェースを含んでもよい。したがって、入力装置２１５０により、ユーザは、例えば、超音波発生器モジュール及び／又は電気外科／ＲＦ発生器モジュールによって生成される駆動信号又は複数の駆動信号の、電流（Ｉ）、電圧（Ｖ）、周波数（ｆ）、及び／又は期間（Ｔ）などの、発生器の様々な動作パラメータを設定又はプログラミングすることができる。
発生器１１００はまた、例えば、発生器１１００コンソールの前側パネル上に位置する出力装置２１４０（図２７Ｂ）を含み得る。出力装置２１４０は、ユーザに感覚フィードバックを提供するための１つ又は２つ以上の装置を含む。このような装置は、例えば、視覚的フィードバック装置（例えば、ＬＣＤ表示画面、ＬＥＤインジケータ）、可聴フィードバック装置（例えば、スピーカー、ブザー）又は触覚フィードバック装置（例えば、触覚作動装置）を含んでもよい。
発生器１１００の特定のモジュール及び／又はブロックが例として記載され得るが、より多くの又はより少ない数のモジュール及び／又はブロックが使用されてもよく、これは依然として態様の範囲内にあることが理解できよう。更に、説明を容易にするために、モジュール及び／又はブロックに関して様々な態様が記載され得るが、そのようなモジュール及び／又はブロックは、１つ又は２つ以上のハードウェア構成要素、例えば、プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、プログラム可能な論理機構（programmable logic device、ＰＬＤ）、特定用途向け集積回路（application specific integrated circuit、ＡＳＩＣ）、回路、レジスタ並びに／又はソフトウェア構成要素、例えば、プログラム、サブルーチン、論理及び／若しくはハードウェア構成要素とソフトウェア構成要素との組み合わせによって実装されてもよい。
一態様では、超音波発生器駆動モジュール及び電気外科／ＲＦ駆動モジュール１１１０（図２２）は、ファームウェア、ソフトウェア、ハードウェア、又はそれらの任意の組み合わせとして実装される１つ又は２つ以上の埋め込みアプリケーションを含んでもよい。モジュールは、ソフトウェア、プログラム、データ、ドライバ、アプリケーションプログラムインターフェース（ＡＰＩ）などのような様々な実行可能なモジュールを備えることができる。ファームウェアは、ビットマスクされた読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）又はフラッシュメモリのような不揮発性メモリ（nonvolatile memory、ＮＶＭ）に記憶することができる。様々な実装形態では、ファームウェアをＲＯＭに記憶することにより、フラッシュメモリが保存され得る。ＮＶＭは、例えば、プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、又はダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、ダブルデータレートＤＲＡＭ（ＤＤＲＡＭ）、及び／若しくは同期ＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）のような電池バックアップ式ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含む、他のタイプのメモリを含んでもよい。
一態様では、モジュールは、装置１１０４、１１０６、１１０８の様々な測定可能な特性を監視するためのプログラム命令を実行し、装置１１０４、１１０６、１１０８を動作させるための対応する出力駆動信号又は複数の出力駆動信号を生成するためのプロセッサとして実施されるハードウェア構成要素を含む。発生器１１００が装置１１０４と共に使用される態様では、駆動信号は、切断及び／又は凝固動作モードにおいて、超音波変換器１１２０を駆動し得る。装置１１０４及び／又は組織の電気的特性は、発生器１１００の動作態様を制御するために測定及び使用され、かつ／又はユーザにフィードバックとして提供されてもよい。発生器１１００が装置１１０６と共に使用される態様では、駆動信号は、切断、凝固及び／又は乾燥モードにおいて、エンドエフェクタ１１２４に電気エネルギー（例えば、ＲＦエネルギー）を供給し得る。装置１１０６及び／又は組織の電気的特性は、発生器１１００の動作態様を制御するために測定及び使用され、かつ／又はユーザにフィードバックとして提供されてもよい。様々な態様では、上述したように、ハードウェア構成要素はＤＳＰ、ＰＬＤ、ＡＳＩＣ、回路、及び／又はレジスタとして実施され得る。一態様では、プロセッサは、コンピュータソフトウェアプログラム命令を記憶及び実行して、超音波変換器１１２０及びエンドエフェクタ１１２２、１１２４、１１２５などの装置１１０４、１１０６、１１０８の様々な構成要素を駆動するための階段関数出力信号を生成するように構成されてもよい。
電気機械的超音波システムは、超音波変換器、導波管、及び超音波ブレードを含む。電気機械的超音波システムは、超音波変換器、導波管、及び超音波ブレードの物理的特性によって定義される初期共振周波数を有する。超音波変換器は、電気機械的超音波システムの共振周波数と等しい交流電圧Ｖｇ（ｔ）及び電流Ｉｇ（ｔ）信号によって励起される。電気機械的超音波システムが共振するとき、電圧Ｖｇ（ｔ）信号と電流Ｉｇ（ｔ）信号との間の位相差はゼロである。換言すると、共振時、誘導性インピーダンスは容量性インピーダンスと等しい。超音波ブレードが加熱すると、超音波ブレード（等価静電容量としてモデル化される）のコンプライアンスによって、電気機械的超音波システムの共振周波数が変化する。したがって、誘導性インピーダンスは容量性インピーダンスともはや等しくなく、それにより電気機械的超音波システムの駆動周波数と共振周波数との間に不整合が引き起こされる。ここでシステムは、「オフレゾナンス（off-resonance）」を動作させる。駆動周波数と共振周波数との間の不整合は、超音波変換器に印加される電圧Ｖｇ（ｔ）信号と電流Ｉｇ（ｔ）信号との間の位相差として現れる。発生器電子機器は、電圧Ｖｇ（ｔ）信号と電流Ｉｇ（ｔ）信号との間の位相差を容易に監視することができ、位相差が再びゼロになるまで駆動周波数を連続的に調整することができる。この時点で、新しい駆動周波数は、電気機械的超音波システムの新しい共振周波数に等しい。位相及び／又は周波数の変化は、超音波ブレード温度の間接的測定値として使用することができる。
図２５に示すように、超音波変換器の電気機械特性は、静電容量を有する第１ブランチと、共振器の電気機械特性を規定する直列接続されたインダクタンス、抵抗、及び容量を有する第２「動作」ブランチと、を含む等価回路としてモデル化されてもよい。既知の超音波発生器は、発生器駆動信号電流の実質的に全部が動作ブランチ内に流れるように、ある共振周波数において静電容量をチューンアウトするための調整インダクタを含み得る。したがって、調整インダクタを使用することにより、発生器の駆動信号電流は、動作ブランチ電流を表し、したがって発生器はその駆動信号を制御して超音波変換器の共振周波数を維持することができる。調整インダクタはまた、発生器の周波数固定能力を改善するために、超音波変換器の相インピーダンスプロットを変換することができる。しかしながら、調整インダクタは、動作共振周波数において、超音波変換器の特定の静電容量と適合しなくてはならない。換言すると、異なる静電容量を有する異なる超音波変換器は、異なる調整インダクタを必要とする。
図２５は、一態様による、超音波変換器１１２０などの超音波変換器の等価回路１５００を示す。回路１５００は、共振器の電気機械特性を規定する、直列接続されたインダクタンスＬｓ、抵抗Ｒｓ、及び容量Ｃｓを有する第１の「動作」ブランチと、静電容量Ｃ０を有する第２の容量性ブランチと、を含む。動作電流Ｉｍ（ｔ）が第１ブランチを通って流れ、電流Ｉｇ（ｔ）～Ｉｍ（ｔ）が容量性ブランチを通って流れる状態で、駆動電流Ｉｇ（ｔ）は、発生器から駆動電圧Ｖｇ（ｔ）で受信されてもよい。超音波変換器の電気機械特性の制御は、Ｉｇ（ｔ）及びＶｇ（ｔ）を好適に制御することによって達成されてもよい。上述のように、既知の発生器アーキテクチャは、発生器の電流出力Ｉｇ（ｔ）の実質的に全てが動作ブランチを通って流れるように、並列共振回路内で共振周波数において静電容量Ｃ０をチューンアウトするための調整インダクタＬｔ（図２５に仮想線で示される）を含むことができる。この方法では、動作ブランチ電流Ｉｍ（ｔ）の制御は、発生器の電流出力Ｉｇ（ｔ）を制御することによって達成される。調整インダクタＬｔは、超音波変換器の静電容量Ｃ０に特有であるが、異なる静的静電容量を有する異なる超音波変換器は、異なる調整インダクタＬｔを必要とする。また、調整インダクタＬｔは、単一の共振周波数で静電容量Ｃ０の公称値と一致するため、動作ブランチ電流Ｉｍ（ｔ）の正確な制御は、その周波数でのみ保証される。周波数が変換器の温度によって低下すると、動作ブランチ電流の正確な制御が損なわれる。
発生器１１００の様々な態様が、調整インダクタＬｔに頼ることなく動作ブランチ電流Ｉｍ（ｔ）を監視することができる。むしろ、発生器１１００は、動的及び進行中ベースで（例えば、リアルタイムで）動作ブランチ電流Ｉｍ（ｔ）の値を判定するために、特定の超音波外科用装置１１０４のための電力の印加間の静電容量Ｃ０の測定値を使用し得る（駆動信号の電圧及び電流フィードバックデータと共に）。したがって、発生器１１００のこうした態様は、静電容量Ｃ０の公称値によって決定される単一の共振周波数のみにおいてではなく、任意の周波数で静電容量Ｃ０の任意の値と調整される又は共振するシステムをシミュレートするために、仮想調整を提供することが可能である。
図２６は、利点の中でもとりわけ、上述のインダクタレス調整を提供するための発生器１１００の一態様の簡略化ブロック図である。図２７Ａ～図２７Ｃは、一態様による図２６の発生器１１００のアーキテクチャを示す。図２６を参照すると、発生器１１００は、電力変圧器１５６０を介して非絶縁段階１５４０と通信する患者絶縁段階１５２０を備え得る。電力変圧器１５６０の二次巻線１５８０は、絶縁段階１５２０に含まれ、かつタップ構成を含んでもよく（例えば、センタタップ又は非センタタップ構成）、例えば、超音波外科用装置１１０４及び電気外科用装置１１０６などの様々な外科用装置に駆動信号を出力するための、駆動信号出力部１６００ａ、１６００ｂ、１６００ｃを画定する。特に、駆動信号出力部１６００ａ、１６００ｂ、１６００ｃは、超音波外科用装置１１０４に駆動信号（例えば、４２０ＶのＲＭＳ駆動信号）を出力してもよく、駆動信号出力部１６００ａ、１６００ｂ、１６００ｃは、電気外科用装置１１０６に駆動信号（例えば、１００ＶのＲＭＳ駆動信号）を出力してもよく、ここで出力部１６００ｂは電力変圧器１５６０のセンタタップに対応する。非絶縁段階１５４０は、電力変圧器１５６０の一次巻線１６４０に接続された出力部を有する電力増幅器１６２０を備え得る。特定の態様では、電力増幅器１６２０は、例えば、プッシュプル増幅器を含み得る。非絶縁段階１５４０は、デジタル出力をデジタル／アナログ変換器（digital-to-analog converter、ＤＡＣ）１６８０に供給するための、プログラム可能な論理機構１６６０を更に含んでもよく、続いてデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）１６８０は、対応するアナログ信号を電力増幅器１６２０の入力部に供給する。特定の態様では、プログラム可能な論理機構１６６０は、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field-programmable gate array、ＦＰＧＡ）を含むことができる。プログラム可能な論理機構１６６０は、ＤＡＣ１６８０を介して電力増幅器１６２０の入力を制御することにより、その結果、駆動信号出力部１６００ａ、１６００ｂ、１６００ｃに現れる駆動信号の多数のパラメータ（例えば、周波数、波形形状、波形振幅）のいずれかを制御することができる。特定の態様では、また以下で説明するように、プログラム可能な論理機構１６６０、プロセッサ（例えば、以下で説明するプロセッサ１７４０）と共に、多くのデジタル信号処理（ＤＳＰ）ベースの及び／又はその他の制御アルゴリズムを実行して、発生器１１００によって出力される駆動信号のパラメータを制御することができる。
電力は、スイッチモードレギュレータ１７００によって電力増幅器１６２０の母線に供給することができる。特定の態様では、スイッチモードレギュレータ１７００は、例えば調節可能なバックレギュレータを含むことができる。上述したように、非絶縁段階１５４０はプロセッサ１７４０を更に含むことができ、これは、一態様では、例えば、Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ（Ｎｏｒｗｏｏｄ，Ｍａｓｓ．）から入手可能なＡＤＳＰ－２１４６９ ＳＨＡＲＣ ＤＳＰなどのＤＳＰプロセッサを含むことができる。特定の態様では、プロセッサ１７４０は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１７６０を介してプロセッサ１７４０が電力増幅器１６２０から受信した電圧フィードバックデータに応答して、スイッチモード電力変換器１７００の動作を制御することができる。例えば、一態様では、プロセッサ１７４０は、電力増幅器１６２０によって増幅される信号（例えば、ＲＦ信号）の波形エンベロープを、ＡＤＣ１７６０を介して入力として受信することができる。プロセッサ１７４０は、続いて、電力増幅器１６２０に供給されるレール電圧が増幅信号の波形エンベロープを追跡するように、スイッチモードレギュレータ１７００を（例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）出力を介して）制御することができる。波形エンベロープに基づいて、電力増幅器１６２０のレール電圧を動的に変調することにより、電力増幅器１６２０の効率は、固定レール電圧増幅器スキームと比較して顕著に改善され得る。プロセッサ１７４０は、有線又は無線通信用に構成されてもよい。
特定の態様では、かつ図２８Ａ～図２８Ｂに関連して更に詳細に記載されるように、プログラム可能な論理機構１６６０は、プロセッサ１７４０と共に、直接デジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）制御スキームを実行して、発生器１１００によって出力された駆動信号の波形形状、周波数、及び／又は振幅を制御し得る。一態様では、例えば、プログラム可能な論理機構１６６０は、ＦＰＧＡに内蔵され得る、ＲＡＭ ＬＵＴなどの動的に更新されるルックアップテーブル（ＬＵＴ）内に記憶された波形サンプルを呼び出すことによって、ＤＤＳ制御アルゴリズム２６８０（図２８Ａ）を実行し得る。この制御アルゴリズムは、超音波変換器１１２０などの超音波変換器が、その共振周波数における明瞭な正弦波電流によって駆動され得る超音波用途で特に有用である。他の周波数が寄生共振を励起し得るため、動作分岐電流の全歪みの最小化又は低減は、これに対応して望ましくない共振効果を最小化又は低減することができる。発生器１１００によって出力される駆動信号の波形形状は、出力駆動回路内に存在する様々な歪み源（例えば、電力変圧器１５６０、電力増幅器１６２０）によって影響され得るため、駆動信号に基づく電圧及び電流フィードバックデータを、プロセッサ１７４０によって実行される誤差制御アルゴリズムなどのアルゴリズムに入力することができ、このアルゴリズムは、動的な、進行中ベースで（例えば、リアルタイムで）、ＬＵＴに記憶された波形サンプルを適切に予歪みさせるか又は修正することによって、歪みを補償する。一態様では、ＬＵＴサンプルに加えられる予歪みの量又は程度は、計算された動作ブランチ電流と所望の電流波形形状との間の誤差に基づいてもよく、誤差は、サンプル毎に判定される。このようにして、予め歪ませたＬＵＴサンプルは、駆動回路により処理される場合、超音波変換器を最適に駆動するために、所望の波形形状（例えば、正弦波）を有する動作ブランチ駆動信号を生じ得る。したがって、そのような態様では、ＬＵＴ波形サンプルは、駆動信号の所望の波形形状ではなく、むしろ歪み効果を考慮した際の、所望の波形の動作ブランチ駆動信号を最終的に生成するのに必要な波形形状を表す。
非絶縁段階１５４０は、発生器１１００によって出力された駆動信号の電圧及び電流をそれぞれサンプリングするために、それぞれの絶縁変圧器１８２０、１８４０を介して電力変圧器１５６０の出力部に結合されたＡＤＣ１７８０及びＡＤＣ１８００を更に含むことができる。特定の態様では、ＡＤＣ１７８０、１８００は、駆動信号のオーバーサンプリングを可能にするために高速（例えば、８０Ｍｓｐｓ）でサンプリングするように構成することができる。一態様では、例えば、ＡＤＣ１７８０、１８００のサンプリング速度は、駆動信号の約２００倍（駆動周波数に応じて）のオーバーサンプリングを可能にすることができる。特定の態様では、ＡＤＣ１７８０、１８００のサンプリング動作は、双方向マルチプレクサを介し、入力電圧及び電流信号を受信する単一のＡＤＣによって行われ得る。発生器１１００の態様における高速サンプリングの使用は、とりわけ、動作ブランチを流れる複素電流の計算（これは、特定の態様で上述したＤＤＳベースの波形形状制御を実施するために使用され得る）、サンプリングされた信号の正確なデジタルフィルタリング、及び高精度な実消費電力の計算を可能にすることができる。ＡＤＣ１７８０、１８００によって出力される電圧及び電流フィードバックデータは、プログラム可能な論理機構１６６０によって受信され、かつ処理されてもよく（例えば、ＦＩＦＯバッファリング、マルチプレクシング）、例えばプロセッサ１７４０による以後の読み出しのために、データメモリに記憶されてもよい。上記のように、電圧及び電流のフィードバックデータは、動的及び進行に応じたベースで、ＬＵＴ波形サンプルを予め歪ませるか又は修正するための、アルゴリズムへの入力として使用され得る。特定の態様では、これは、電圧及び電流フィードバックデータのペアが取得されたときに、各記憶された電圧及び電流フィードバックデータのペアが、プログラム可能な論理機構１６６０によって出力された対応するＬＵＴサンプルに基づいてインデックス付けされる、又は他の方法でこれと関連付けされることを必要とする場合がある。この方法によるＬＵＴサンプルと電圧及び電流のフィードバックデータとの同期は、予歪みアルゴリズムの正確なタイミング及び安定性に寄与する。
特定の態様では、電圧及び電流フィードバックデータは、駆動信号の周波数及び／又は振幅（例えば、電流振幅）を制御するために使用することができる。一態様では、例えば、電圧及び電流フィードバックデータを使用して、インピーダンス位相、例えば、電圧駆動信号と電流駆動信号との間の位相差を判定することができる。続いて、駆動信号の周波数を制御して、判定されたインピーダンス位相とインピーダンス位相設定値（例えば、０°）との間の差を最小化又は低減し、それによって高調波歪みの影響を最小化又は低減し、それに対応してインピーダンス位相の測定精度を向上させることができる。位相インピーダンス及び周波数制御信号の判定は、例えばプロセッサ１７４０で実行されてもよく、周波数制御信号は、プログラム可能な論理機構１６６０によって実行されるＤＤＳ制御アルゴリズムへの入力として供給される。
インピーダンス位相は、フーリエ解析によって判定され得る。一態様では、発生器電圧Ｖｇ（ｔ）駆動信号と発生器電流Ｉｇ（ｔ）駆動信号との間の位相差は、以下のように高速フーリエ変換（fast fourier transform、ＦＦＴ）又は離散フーリエ変換（discrete fourier transform、ＤＦＴ）を使用して決定され得る。
Figure 0007258892000001
正弦波の周波数でのフーリエ変換を評価することで、以下が得られる。
Figure 0007258892000002
他のアプローチとしては、加重最小二乗推定法、カルマンフィルタ処理法、及び空間ベクトルベース技術が挙げられる。ＦＦＴ又はＤＦＴ技術における処理の実質的に全てが、例えば、２チャネル高速ＡＤＣ１７８０、１８００を用いてデジタル領域内で実行されてもよい。１つの技術では、電圧信号及び電流信号のデジタル信号サンプルは、ＦＦＴ又はＤＦＴでフーリエ変換される。任意の時点における位相角φは、以下の式によって計算することができ：
φ＝２πｆｔ＋φ０
式中、φは位相角であり、ｆは周波数であり、ｔは時間であり、φ０は、ｔ＝０における位相である。
電圧Ｖｇ（ｔ）信号と電流Ｉｇ（ｔ）信号との間の位相差を判定するための別の技術はゼロ交差法であり、これは高精度な結果を生成する。同じ周波数を有する電圧Ｖｇ（ｔ）信号及び電流Ｉｇ（ｔ）信号の場合、電圧信号Ｖｇ（ｔ）の各負から正のゼロ交差はパルスの開始をトリガし、一方で、電流信号Ｉｇ（ｔ）の各負から正のゼロ交差はパルスの終了をトリガする。結果は、電圧信号と電流信号との間の位相角に比例するパルス幅を有するパルス列である。一態様では、パルス列を平均化フィルタに通して、位相差の測定値を得ることができる。更に、正から負のゼロ交差も、同様の方法で使用され、結果が平均化されると、ＤＣ及び高調波成分の任意の効果が低減され得る。一実装形態では、アナログ電圧Ｖｇ（ｔ）信号及び電流Ｉｇ（ｔ）信号は、アナログ信号が正である場合には高く、アナログ信号が負である場合には低いデジタル信号に変換される。高精度な位相評価は、高低間の急激な移行を必要とする。一態様では、ＲＣ安定化ネットワークと共にシュミットトリガを用いて、アナログ信号をデジタル信号に変換することができる。他の態様では、エッジトリガ型ＲＳフリップフロップ及び補助回路が用いられてもよい。更に別の態様では、ゼロ交差技術は、ｅＸｃｌｕｓｉｖｅ ＯＲ（ＸＯＲ）ゲートを用いてもよい。
電圧信号と電流信号との間の位相差を決定するための他の技術としては、リサージュ図及び画像の監視、３電圧計法、交差コイル法、ベクトル電圧計及びベクトルインピーダンス法などの方法、並びに位相標準機器、位相ロックループ、及びＰｈａｓｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，Ｐｅｔｅｒ Ｏ’Ｓｈｅａ，２０００ ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ ＬＬＣ，＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｎｇｎｅｔｂａｓｅ．ｃｏｍ＞に説明されるような他の技術の使用、が挙げられ、参照により本明細書に組み込まれる。
別の態様では、例えば、電流のフィードバックデータは、駆動信号の電流振幅を電流振幅設定値に維持するために監視することができる。電流振幅設定値は、直接指定されてもよく、又は指定された電圧振幅及び電力設定値に基づいて間接的に判定されてもよい。特定の態様では、電流振幅の制御は、例えば、プロセッサ１７４０内の比例積分微分（ＰＩＤ）制御アルゴリズムなどの制御アルゴリズムによって実行され得る。駆動信号の電流振幅を適切に制御するために制御アルゴリズムによって制御される変数としては、例えば、プログラム可能な論理機構１６６０に記憶されるＬＵＴ波形サンプルのスケーリング、及び／又はＤＡＣ１８６０を介したＤＡＣ１６８０（これは電力増幅器１６２０に入力を供給する）のフルスケール出力電圧を挙げることができる。
非絶縁段階１５４０は、とりわけ、ユーザインターフェース（user interface、ＵＩ）機能を提供するために、プロセッサ１９００を更に含むことができる。一態様では、プロセッサ１９００は、例えば、Ａｔｍｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，Ｃａｌｉｆ．）から入手可能なＡＲＭ９２６ＥＪ－Ｓコアを有するＡｔｍｅｌ ＡＴ９１ ＳＡＭ９２６３プロセッサを含むことができる。プロセッサ１９００によってサポートされるＵＩ機能の例としては、聴覚的及び視覚的なユーザフィードバック、周辺装置との通信（例えば、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）インターフェースを介して）、フットスイッチ１４３０との通信、入力装置２１５０（例えば、タッチスクリーンディスプレイ）との通信、並びに出力装置２１４０（例えば、スピーカ）との通信を挙げることができる。プロセッサ１９００は、プロセッサ１７４０及びプログラム可能な論理機構と通信することができる（例えば、シリアル周辺インターフェース（ＳＰＩ）バスを介して）。プロセッサ１９００は、主にＵＩ機能をサポートすることができるが、これはまた、特定の態様ではプロセッサ１７４０と協働して危険の緩和を実現することができる。例えば、プロセッサ１９００は、ユーザ入力及び／又は他の入力（例えば、タッチスクリーン入力２１５０、フットスイッチ１４３０入力、温度センサ入力２１６０）の様々な態様を監視するようにプログラムされてもよく、かつ誤った状態が検出された場合は発生器１１００の駆動出力を無効化することができる。
特定の態様では、プロセッサ１７４０（図２６、図２７Ａ）及びプロセッサ１９００（図２６、図２７Ｂ）の両方が、発生器１１００の動作状態を判定し、監視することができる。プロセッサ１７４０の場合は、発生器１１００の動作状態は、例えば、どちらの制御及び／又は診断プロセスがプロセッサ１７４０によって実行されるかを決定することができる。プロセッサ１９００の場合は、発生器１１００の動作状態は、例えば、ユーザインターフェース（例えば、ディスプレイスクリーン、音）のどの要素がユーザに提供されるかを決定することができる。プロセッサ１７４０、１９００は、発生器１１００の現在の動作状態を独立して維持し、現在の動作状態からの可能な遷移を認識及び評価することができる。プロセッサ１７４０は、この関係におけるマスタとして機能し、動作状態間の遷移がいつ生じるかを判定することができる。プロセッサ１９００は、動作状態間の有効な遷移を認識することができ、かつ特定の遷移が適切であるかを確認することができる。例えば、プロセッサ１７４０がプロセッサ１９００に特定の状態に遷移するように命令すると、プロセッサ１９００は要求される遷移が有効であることを確認することができる。プロセッサ１９００によって要求される状態間の遷移が無効であると判定された場合、プロセッサ１９００は発生器１１００を故障モードにすることができる。
非絶縁段階１５４０は、入力装置２１５０（例えば、発生器１１００をオン及びオフするために使用される静電容量式タッチセンサ、静電容量式タッチスクリーン）を監視するためのコントローラ１９６０（図２６、図２７Ｂ）を更に含むことができる。特定の態様では、コントローラ１９６０は、プロセッサ１９００と通信する少なくとも１つのプロセッサ及び／又は他のコントローラ装置を備えることができる。一態様では、例えば、コントローラ１９６０は、１つ又は２つ以上の静電容量式タッチセンサを介して提供されるユーザ入力を監視するように構成されたプロセッサ（例えば、Ａｔｍｅｌから入手可能なＭｅｇａ１６８ ８ビットコントローラ）を備えることができる。一態様では、コントローラ１９６０は、静電容量式タッチスクリーンからのタッチデータの取得を制御及び管理するためのタッチスクリーンコントローラ（例えば、Ａｔｍｅｌから入手可能なＱＴ５４８０タッチスクリーンコントローラ）を備えることができる。
特定の態様では、発生器１１００が「電源オフ」状態にあるとき、コントローラ１９６０は（例えば、後述する電源２１１０（図２６）などの、発生器１１００の電源からのラインを介して）動作電力を受信し続けることができる。このようにして、コントローラ１９６０は、発生器１１００をオンオフするための入力装置２１５０（例えば、発生器１１００の前側パネルに配置された静電容量式タッチセンサ）を監視し続けることができる。発生器１１００が「電源オフ」状態にあるときに、コントローラ１９６０は、ユーザによる「オン／オフ」入力装置２１５０の起動が検出されると、電源を起動することができる（例えば、電源２１１０の１つ又は２つ以上のＤＣ／ＤＣ電圧変換器２１３０（図２６）の動作を有効化する）。その結果、コントローラ１９６０は、発生器１１００を「電源オン」状態に移行させるためのシーケンスを開始することができる。逆に、発生器１１００が「電源オン」状態にあるときに「オン／オフ」入力装置２１５０の起動が検出されると、コントローラ１９６０は発生器１１００を「電源オフ」状態に移行させるためのシーケンスを開始することができる。特定の態様では、例えば、コントローラ１９６０は、「オン／オフ」入力装置２１５０の起動をプロセッサ１９００に報告することができ、続いてプロセッサ１９００は、発生器１１００を「電源オフ」状態に移行させるために必要な処理シーケンスを実行する。こうした態様では、コントローラ１９６０は、その「電源オン」状態が確立された後に、発生器１１００から電力の除去を引き起こすための独立した能力を有しない場合がある。
特定の態様では、コントローラ１９６０は、「電源オン」又は「電源オフ」シーケンスが開始されたことをユーザに警告するために、発生器１１００に聴覚又は他の感覚フィードバックを提供させることができる。こうした警告は、「電源オン」又は「電源オフ」シーケンスの開始時、及びシーケンスと関連する他のプロセスの開始前に提供されてもよい。
特定の態様では、絶縁段階１５２０は、例えば、外科用装置の制御回路（例えば、ハンドピーススイッチを備える制御回路）と、非絶縁段階１５４０の構成要素（例えば、プログラム可能な論理機構１６６０、プロセッサ１７４０、及び／又はプロセッサ１９００など）との間の通信インターフェースを提供するために、器具インターフェース回路１９８０を含むことができる。器具インターフェース回路１９８０は、例えば赤外線（ＩＲ）ベースの通信リンクなどの、段階１５２０、１５４０間の適切な程度の電気的絶縁を維持する通信リンクを介して、非絶縁段階１５４０の構成要素と情報を交換することができる。例えば、非絶縁段階１５４０から駆動される絶縁変圧器によって電力供給される低ドロップアウト電圧レギュレータを使用して、器具インターフェース回路１９８０に電力を供給することができる。
一態様では、器具インターフェース回路１９８０は、信号調整回路２０２０（図２６及び図２７Ｃ）と通信するプログラム可能な論理機構２０００（例えば、ＦＰＧＡ）を備えることができる。信号調整回路２０２０は、プログラム可能な論理機構２０００から周期信号（例えば、２ｋＨｚの方形波）を受信して同一の周波数を有する双極呼掛け信号を生成するように構成することができる。呼掛け信号は、例えば、差動増幅器によって供給される双極電流源を使用して発生させることができる。呼掛け信号は、（例えば、発生器１１００を外科用装置に接続するケーブル内の導電性のペア（conductive pair）を使用することによって）外科用装置制御回路に伝達され、制御回路の状態又は構成を判定するために監視され得る。例えば、制御回路は、制御回路の状態又は構成が１つ又は２つ以上の特性に基づいて個別に識別可能であるように、呼掛け信号の１つ又は２つ以上の特性（例えば、振幅、整流）を修正するために、多数のスイッチ、レジスタ、及び／又はダイオードを含んでもよい。例えば、一態様では、信号調整回路２０２０は、呼掛け信号が通過することによって生じる制御回路の入力間に現れる電圧信号のサンプルを生成するためのＡＤＣを備えることができる。プログラム可能な論理機構２０００（又は非絶縁段階１５４０の一構成要素）は、続いて、ＡＤＣサンプルに基づく制御回路の状態又は構成を判定することができる。
一態様では、器具インターフェース回路１９８０は、プログラム可能な論理機構２０００（又は器具インターフェース回路１９８０の他の要素）と、外科用装置の内部に配置された、又は別の方法で外科用装置と関連付けられた第１のデータ回路との間の情報交換を可能にする第１のデータ回路インターフェース２０４０を備えることができる。特定の態様では、例えば、第１のデータ回路２０６０は、外科用装置のハンドピースに一体的に取り付けられたケーブル内、又は特定の外科用装置タイプ又はモデルを発生器１１００とインターフェースさせるためのアダプタ内に配置されてもよい。特定の態様では、第１のデータ回路は、電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）装置などの、不揮発性記憶装置を備えることができる。特定の態様では、また図２６を再び参照すると、第１のデータ回路インターフェース２０４０は、プログラム可能な論理機構２０００とは別に実装することができ、プログラム可能な論理機構２０００と第１のデータ回路との間の通信を可能にする好適な回路（例えば、個別論理機構、プロセッサ）を備えることができる。他の態様では、第１のデータ回路インターフェース２０４０はプログラム可能な論理機構２０００と一体的であってもよい。
特定の態様では、第１のデータ回路２０６０は、第１のデータ回路２０６０が関連付けられる特定の外科用装置に関する情報を記憶することができる。そのような情報は、例えば、モデル番号、シリアル番号、外科用装置が使用された動作数、及び／又は他のタイプの情報を含むことができる。この情報は、器具インターフェース回路１９８０によって（例えば、プログラム可能な論理機構２０００によって）読み取られて、出力装置２１４０を介してユーザに提示するために、及び／又は発生器１１００の機能若しくは動作を制御するために、非絶縁段階１５４０の構成要素（例えば、プログラム可能な論理機構１６６０、プロセッサ１７４０、及び／又はプロセッサ１９００）に転送され得る。更に、任意の種類の情報を、第１のデータ回路２０６０内に記憶するために、第１のデータ回路インターフェース２０４０を介して第１のデータ回路２０６０に伝達することができる（例えば、プログラム可能な論理機構２０００を使用して）。そのような情報は例えば、外科用装置が使用された最新の動作数、並びに／又は、その使用の日付及び／若しくは時間を含むことができる。
上記のように、外科用器具は、器具の互換性及び／又は廃棄性を促進するために、ハンドピースから取り外し可能であってもよい（例えば、器具１１０６は、ハンドピース１１０７から取り外し可能であってもよい）。そのような場合、既知の発生器は、使用されている特定の器具構成を認識し、これに対応して制御及び診断プロセスを最適化する能力を制限されている場合がある。しかしながら、この問題に対処するために、外科用装置器具に読み取り可能なデータ回路を追加することは、適合性の観点から問題がある。例えば、必要なデータ読み取り機能を欠く発生器との下位互換性を保つように、外科用装置を設計することは、例えば、異なる信号スキーム、設計の複雑さ、及び費用のために、実用的でない場合がある。器具の他の態様は、既存の外科用器具に実装され得るデータ回路を経済的に使用し、外科用装置と最新の発生器プラットフォームとの互換性を維持するために設計変更を最小限にすることによってこれらの懸念に対処する。
更に、発生器１１００の態様は、器具ベースのデータ回路との通信を可能にし得る。例えば、発生器１１００は、外科用装置の器具（例えば、器具１１０４、１１０６、又は１１０８）内に収容される第２のデータ回路（例えば、データ回路）と通信するように構成され得る。器具インターフェース回路１９８０は、この通信を可能にする第２のデータ回路インターフェース２１００を備えることができる。一態様では、第２のデータ回路インターフェース２１００は、トライステートデジタルインターフェースを含むことができるが、他のインターフェースを使用することもできる。特定の態様では、第２のデータ回路は、概して、データを送信及び／又は受信するための任意の回路であることができる。一態様では、例えば、第２のデータ回路は、この回路が関連付けられる特定の外科用器具に関する情報を記憶してもよい。そのような情報は、例えば、モデル番号、シリアル番号、外科用器具が使用された動作数、及び／又は任意の他のタイプの情報を含むことができる。更に又はあるいは、任意の種類の情報を、第２のデータ回路内に記憶するために、第２のデータ回路インターフェース２１００を介して第２のデータ回路に伝達することができる（例えば、プログラム可能な論理機構２０００を使用して）。そのような情報は例えば、器具が使用された最新の動作数、並びに／又は、その使用の日付及び／若しくは時間を含んでもよい。特定の態様では、第２のデータ回路は、１つ又は２つ以上のセンサ（例えば、器具ベースの温度センサ）によって取得されたデータを送信することができる。特定の態様では、第２のデータ回路は、発生器１１００からデータを受信して、受信したデータに基づきユーザに表示（例えば、ＬＥＤ表示又は他の可視表示）を提供することができる。
特定の態様では、第２のデータ回路及び第２のデータ回路インターフェース２１００は、この目的のために追加の導体（例えば、ハンドピースを発生器１１００に接続するケーブルの専用導体）を設ける必要なしにプログラム可能な論理機構２０００と第２のデータ回路との間の通信を達成できるように構成することができる。一態様では、例えば、使用される導体のうちの１つが、信号調整回路２０２０からハンドピース内の制御回路へ呼掛け信号を送信するなど、既存のケーブル配線上に実装されたワンワイヤバス通信方式を使用して、第２のデータ回路との間で情報を伝達することができる。このようにして、元来必要であり得る外科用装置の設計変更又は修正が最小化又は低減される。更に、様々な種類の通信が（周波数帯域分離を伴うか又は伴わないかのいずれかで）一般的な物理チャネルを介して実施され得るため、第２のデータ回路の存在は、必要なデータ読み取り機能を有しない発生器にとっては「不可視」であり、したがって、外科用装置器具の下位互換性を可能にすることができる。
特定の態様では、絶縁段階１５２０は、患者にＤＣ電流が通電するのを防ぐために駆動信号出力部１６００ｂに接続された少なくとも１つのブロッキングコンデンサ２９６０－１（図２７Ｃ）を含むことができる。単一のブロッキングコンデンサは、例えば、医学的規制又は基準に準拠することが必要とされる場合がある。単一コンデンサ設計における故障は比較的稀であるが、それでもなおそのような故障は否定的な結果をもたらすおそれがある。一態様では、第２のブロッキングコンデンサ２９６０－２をブロッキングコンデンサ２９６０－１と直列に設けて、ブロッキングコンデンサ２９６０－１、２９６０－２の間の点からの電流漏れを、例えば、漏れ電流によって誘起された電圧をサンプリングするためのＡＤＣ２９８０によって監視することができる。サンプルは、例えば、プログラム可能な論理機構２０００によって受信され得る。漏れ電流（図２６の態様で電圧サンプルによって示される）の変化に基づいて、発生器１１００は、ブロッキングコンデンサ２９６０－１、２９６０－２のうちの少なくとも１つが故障したときを判定することができる。したがって、図２６の態様は、単一の故障点を有する単一コンデンサ設計に対して利益を提供することができる。
特定の態様では、非絶縁段階１５４０は、好適な電圧及び電流でＤＣ電力を出力するための電源２１１０を備えることができる。電源は、例えば、４８ＶＤＣシステム電圧を出力するための、４００Ｗ電源を備えることができる。上述したように、電源２１１０は、電源の出力を受信して、発生器１１００の様々な構成要素によって必要とされる電圧及び電流でＤＣ出力を生成するための、１つ又は２つ以上のＤＣ／ＤＣ電圧変換器２１３０を更に備えることができる。コントローラ１９６０と関連して上述したように、ＤＣ／ＤＣ電圧変換器２１３０のうちの１つ又は２つ以上は、ユーザによる「オン／オフ」入力装置２１５０の起動がコントローラ１９６０によって検出されたときにコントローラ１９６０から入力を受信し、ＤＣ／ＤＣ電圧変換器２１３０の動作又は起動を可能にしてもよい。
図２８Ａ～図２８Ｂは、発生器１１００の一態様の特定の機能的及び構造的態様を示す。電力変圧器１５６０の二次巻線１５８０から出力される電流及び電圧を示すフィードバックは、それぞれＡＤＣ１７８０、１８００によって受信される。示されるように、ＡＤＣ１７８０、１８００は、２チャネルＡＤＣとして実装することができ、また、駆動信号のオーバーサンプリング（例えば、およそ２００倍のオーバーサンプリング）を可能にするように高速（例えば、８０Ｍｓｐｓ）でフィードバック信号をサンプリングすることができる。電流及び電圧フィードバック信号は、ＡＤＣ１７８０、１８００による処理の前に、アナログ領域で適切に調整され得る（例えば、増幅、フィルタリング）。ＡＤＣ１７８０、１８００からの電流及び電圧フィードバックサンプルは、個別にバッファリングされ、その後、プログラム可能な論理機構１６６０のブロック２１２０内の単一データストリーム内に、多重化又はインターリーブされ得る。図２８Ａ～図２８Ｂの態様では、プログラム可能な論理機構１６６０はＦＰＧＡを備える。
多重化された電流及び電圧フィードバックサンプルは、プロセッサ１７４０のブロック２１４４内に実装される並列データ収集ポート（ＰＤＡＰ）によって受信され得る。ＰＤＡＰは、多重化フィードバックサンプルとメモリアドレスを相関付けるための多くの方法のいずれかを実施するためのパッキングユニットを含むことができる。一態様では、例えば、プログラム可能な論理機構１６６０によって出力される特定のＬＵＴサンプルに対応するフィードバックサンプルは、ＬＵＴサンプルのＬＵＴアドレスと関連付けられるか又はインデックス付けされる１つ又は２つ以上のメモリアドレスで記憶され得る。別の態様では、プログラム可能な論理機構１６６０によって出力される特定のＬＵＴサンプルに対応するフィードバックサンプルは、ＬＵＴサンプルのＬＵＴアドレスと共に、共通の記憶場所で記憶され得る。いずれにせよ、フィードバックサンプルの特定のセットが由来するＬＵＴサンプルのアドレスがその後確認され得るように、フィードバックサンプルは記憶され得る。上記のように、ＬＵＴサンプルアドレス及びフィードバックサンプルの同期が、このようにして、予歪みアルゴリズムの正確なタイミング及び安定性に寄与する。プロセッサ１７４０のブロック２１６６で実装されるダイレクトメモリアクセス（ＤＭＡ）コントローラは、プロセッサ１７４０の指定された記憶場所２１８０（例えば、内部ＲＡＭ）でフィードバックサンプル（及び適用可能な場合は任意のＬＵＴサンプルアドレスデータ）を記憶することができる。
プロセッサ１７４０のブロック２２００は、プログラム可能な論理機構１６６０に記憶されたＬＵＴサンプルを、動的な進行中ベースで予め歪ませ、又は修正するために、予歪みアルゴリズムを実施することができる。上記のように、ＬＵＴサンプルの予歪みは、発生器１１００の出力駆動回路に存在する様々な歪み源を補償することができる。予め歪ませたＬＵＴサンプルはしたがって、駆動回路により処理される場合、超音波変換器を最適に駆動するために、所望の波形形状（例えば、正弦波）を有する駆動信号を生じる。
予歪みアルゴリズムのブロック２２２０において、超音波変換器の動作ブランチを流れる電流が判定される。動作ブランチ電流は、例えば、記憶場所２１８０に記憶された電流及び電圧フィードバックサンプル（これは、好適にスケーリングされると、上記の図２５のモデルのＩｇ及びＶｇを表わし得る）、超音波変換器静電容量Ｃ０の値（測定されるか又は先験的に既知である）、及び駆動周波数の既知の値に基づき、キルヒホッフの電流則を使用して判定され得る。ＬＵＴサンプルと関連する、記憶された電流及び電圧フィードバックサンプルの各セットにおける、動作ブランチ電流サンプルが判定され得る。
予歪みアルゴリズムのブロック２２４０では、ブロック２２２０で判定された各動作ブランチ電流サンプルは、所望の電流波形形状のサンプルと比較されて、比較されるサンプル間の差又はサンプル振幅誤差を判定する。この判定のために、電流波形形状のサンプルが、例えば、所望の電流波形形状の１サイクルに関する振幅サンプルを含む波形形状ＬＵＴ２２６０から供給され得る。比較のために使用される、ＬＵＴ２２６０からの所望の電流波形形状の特定のサンプルは、比較に使用される動作ブランチ電流サンプルと関連付けられたＬＵＴサンプルアドレスによって決定され得る。したがって、動作ブランチ電流のブロック２２４０への入力は、その関連するＬＵＴサンプルアドレスのブロック２２４０への入力と同期され得る。したがって、プログラム可能な論理機構１６６０に記憶されるＬＵＴサンプルと、波形形状ＬＵＴ２２６０に記憶されるＬＵＴサンプルは、同等の数値であることができる。特定の態様では、波形形状ＬＵＴ２２６０に記憶されたＬＵＴサンプルによって表される所望の電流波形形状は、基本正弦波であることができる。他の波形形状が望ましい場合がある。例えば、横方向又は他の様式の有益な振動のために、少なくとも２つの機械的共振を駆動するための三次高調波などの他の波長における１つ又は２つ以上の他の駆動信号と重なり合った超音波変換器の主要な長手方向の運動を駆動するための、基本的な正弦波が使用され得ることが想到される。
ブロック２２４０で判定されるサンプル振幅誤差の各値は、その関連付けられたＬＵＴアドレスの指標と共に、プログラム可能な論理機構１６６０のＬＵＴ（図２８Ａのブロック２２８０に示される）に伝達することができる。サンプル振幅誤差の値、及びその関連付けされたアドレス（並びに、任意により、先に受信された同じＬＵＴアドレスに関するサンプル振幅誤差の値）に基づき、ＬＵＴ２２８０（又はプログラム可能な論理機構１６６０の他の制御ブロック）は、ＬＵＴアドレスに記憶されるＬＵＴサンプルの値を予め歪ませるか又は修正することができ、それによってサンプル振幅誤差は低減又は最小化される。ＬＵＴアドレスの全範囲にわたる反復的な方法での各ＬＵＴサンプルのそのような予歪み又は修正が、発生器の出力電流の波形形状を、波形形状ＬＵＴ２２６０のサンプルによって表される所望の電流波形形状と一致又は適合させることは理解されよう。
電流及び電圧振幅測定値、電力測定値、及びインピーダンス測定値が、記憶場所２１８０に記憶される電流及び電圧フィードバックサンプルに基づいて、プロセッサ１７４０のブロック２３００で判定され得る。これらの数値の判定の前に、フィードバックサンプルを適切にスケーリングして、特定の態様では、適切なフィルタ２３２０を通じて処理して、例えば、データ取得プロセスにより生じるノイズ及び誘発された高調波成分を除去することができる。フィルタリングされた電圧及び電流サンプルはしたがって、発生器の駆動出力信号の基本周波数を実質的に表し得る。特定の態様では、フィルタ２３２０は周波数領域において適用される有限インパルス応答（finite impulse response、ＦＩＲ）フィルタであってよい。こうした態様は、出力駆動信号電流及び電圧信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用することができる。特定の態様では、生じる周波数スペクトルは、追加的な発生器機能を提供するために使用することができる。一態様では、例えば、基本周波数成分に対する第２次及び／又は第３次高調波成分の比率を、診断指標として使用することができる。
ブロック２３４０（図２８Ｂ）では、駆動信号出力電流を表す測定値Ｉｒｍｓを生成するために、駆動信号のサイクルの整数を表す電流フィードバックサンプルのサンプルサイズに、二乗平均平方根（ＲＭＳ）計算が適用され得る。
ブロック２３６０では、駆動信号出力電圧を表す測定値Ｖｒｍｓを判定するために、駆動信号のサイクルの整数を表す電圧フィードバックサンプルのサンプルサイズに、二乗平均平方根（ＲＭＳ）計算が適用され得る。
ブロック２３８０では、電流及び電圧フィードバックサンプルは逐一乗算されてもよく、平均計算が駆動信号のサイクルの整数を表すサンプルに適用されて、発生器の実際の出力電力の測定値Ｐｒが判定される。
ブロック２４００では、発生器の皮相出力電力の測定値Ｐａは、積Ｖｒｍｓ・Ｉｒｍｓとして判定され得る。
ブロック２４２０では、負荷インピーダンスの大きさの測定値Ｚｍは、商Ｖｒｍｓ／Ｉｒｍｓとして判定され得る。
特定の態様では、ブロック２３４０、２３６０、２３８０、２４００、及び２４２０において判定される数値Ｉｒｍｓ、Ｖｒｍｓ、Ｐｒ、Ｐａ、及びＺｍは、多数の制御及び／又は診断プロセスのうちのいずれかを実施するために発生器１１００により使用され得る。特定の態様では、これらの数値のいずれかを、例えば、発生器１１００と一体の出力装置２１４０、又は発生器１１００と接続された出力装置２１４０を介して、適切な通信インターフェース（例えば、ＵＳＢインターフェース）を通じてユーザに伝達することができる。様々な診断プロセスとしては、例えば、ハンドピース一体性、器具一体性、器具取り付け一体性、器具オーバーロード、器具オーバーロード接近、周波数固定不良、過電圧状態、過電流状態、過電力状態、電圧感知不良、電流感知不良、可聴指標不良、視覚指標不良、短絡回路状態、電力供給不良、又はブロッキングコンデンサ不良が挙げられ得るが、これらに限定されない。
プロセッサ１７４０のブロック２４４０は、発生器１１００によって駆動される電気負荷（例えば、超音波変換器）のインピーダンス位相を判定及び制御するための位相制御アルゴリズムを実施することができる。上述のように、駆動信号の周波数を制御して、判定されたインピーダンス位相とインピーダンス位相設定値（例えば、０°）との間の差を最小化又は低減することによって、高調波歪みの影響を最小化又は低減し、位相測定の精度を向上させることができる。
位相制御アルゴリズムは、記憶場所２１８０に記憶された電流及び電圧フィードバックサンプルを、入力として受信する。位相制御アルゴリズムでこれらを使用する前に、フィードバックサンプルが適切にスケーリングされ、特定の態様では、例えば、データ取得プロセス及び誘発された高調波成分から生じるノイズを除去するために、適切なフィルタ２４６０（フィルタ２３２０と同一でもよい）を通して処理されてもよい。フィルタリングされた電圧及び電流サンプルはしたがって、発生器の駆動出力信号の基本周波数を実質的に表し得る。
位相制御アルゴリズムのブロック２４８０で、超音波変換器の動作ブランチを流れる電流が判定される。この判定は、予歪みアルゴリズムのブロック２２２０と関連して上記で説明されたものと同一であってもよい。したがって、ブロック２４８０の出力は、ＬＵＴサンプルと関連する記憶された電流及び電圧フィードバックサンプルの各セットに関して、動作ブランチ電流サンプルであることができる。
位相制御アルゴリズムのブロック２５００では、インピーダンス位相は、ブロック２４８０で判定された動作ブランチ電流サンプル及び対応する電圧フィードバックサンプルの同期された入力に基づいて判定される。特定の態様では、インピーダンス位相は、波形の立ち上がりエッジで測定されたインピーダンス位相と波形の立ち下がりエッジで測定されたインピーダンス位相の平均として判定される。
位相制御アルゴリズムのブロック２５２０では、ブロック２２２０で判定されたインピーダンス位相の値は位相設定値２５４０と比較されて、比較される値の間の差異又は位相誤差が判定される。
位相制御アルゴリズムのブロック２５６０（図２８Ａ）では、ブロック２５２０で判定された位相誤差の値、及びブロック２４２０で判定されたインピーダンスの大きさに基づいて、駆動信号の周波数を制御するための周波数出力が判定される。ブロック２５００において判定されたインピーダンス位相を位相設定値（例えば、ゼロ位相誤差）に維持するため、周波数出力値は、ブロック２５６０によって連続的に調節されてＤＤＳ制御ブロック２６８０（後述）に転送され得る。特定の態様では、インピーダンス位相は、０°位相設定値に調節され得る。このようにして、なんらかの高調波歪み量があれば電圧波形の頂部周囲で中央に合わせられ、相インピーダンス決定の正確性を向上させる。
プロセッサ１７４０のブロック２５８０は、ユーザが指定する設定値に従って、又は発生器１１００によって実施される他のプロセス若しくはアルゴリズムによって指定される要件に従って、駆動信号電流、電圧、及び電力を制御するために、駆動信号の電流振幅を変調するためのアルゴリズムを実施することができる。これらの数値の制御は、例えば、ＬＵＴ２２８０のＬＵＴサンプルのスケーリングによって、及び／又はＤＡＣ１８６０を介したＤＡＣ１６８０（電力増幅器１６２０に入力を供給する）のフルスケール出力電圧を調節することによって、実現することができる。ブロック２６００（特定の態様では、ＰＩＤコントローラとして実装され得る）は、記憶場所２１８０から入力として電流フィードバックサンプル（適切にスケーリング及びフィルタリングされ得る）を受信することができる。電流フィードバックサンプルは、駆動信号が必要な電流を供給しているかどうかを判定するために、制御された変数（例えば、電流、電圧、又は電力）によって決定される「電流需要」Ｉｄ値と比較され得る。駆動信号電流が制御変数である態様では、電流需要Ｉｄは、電流設定値２６２０Ａ（Ｉｓｐ）によって直接指定され得る。例えば、電流フィードバックデータのＲＭＳ値（ブロック２３４０で判定される）は、適切なコントローラ作用を判定するために、ユーザ指定のＲＭＳ電流設定値Ｉｓｐと比較され得る。例えば、電流フィードバックデータが電流設定値Ｉｓｐよりも低いＲＭＳ値を示す場合、ＬＵＴスケーリング及び／又はＤＡＣ１６８０のフルスケール出力電圧は、駆動信号電流が増加するようにブロック２６００によって調節されてもよい。逆に、電流フィードバックデータが電流設定値Ｉｓｐよりも高いＲＭＳ値を示す場合、ブロック２６００は、駆動信号電流を低減させるように、ＬＵＴスケーリング及び／又はＤＡＣ１６８０のフルスケール出力電圧を調節してもよい。
駆動信号電圧が制御変数である態様では、電流需要Ｉｄは、例えば、ブロック２４２０で測定された負荷インピーダンスの大きさＺｍが与えられた場合に所望の電圧設定値２６２０Ｂ（Ｖｓｐ）を維持するのに必要な電流に基づいて間接的に指定され得る（例えば、Ｉｄ＝Ｖｓｐ／Ｚｍ）。同様に、駆動信号電力が制御変数である態様では、電流需要Ｉｄは、例えばブロック２３６０で測定された電圧Ｖｒｍｓを与えられた場合に所望の電力設定値２６２０Ｃ（Ｐｓｐ）を維持するのに必要な電流に基づいて間接的に指定され得る（例えばＩｄ＝Ｐｓｐ／Ｖｒｍｓ）。
ブロック２６８０（図２８Ａ）は、ＬＵＴ２２８０に記憶されたＬＵＴサンプルを再呼び出しすることによって駆動信号を制御するために、ＤＤＳ制御アルゴリズムを実施することができる。特定の態様では、ＤＤＳ制御アルゴリズムは、ポイント（記憶場所）スキップ技術を使用して固定クロックレートで波形のサンプルを生成するための数値制御発振器（numerically-controlled oscillator、ＮＣＯ）アルゴリズムであってよい。ＮＣＯアルゴリズムは、ＬＵＴ２２８０からＬＵＴサンプルを再呼び出しするためのアドレスポインタとして機能する、位相アキュムレータ、又は周波数／位相変換器を実装することができる。一態様では、位相アキュムレータは、Ｄステップサイズ、モジュロＮ位相アキュムレータであることができ、ここでＤは周波数制御値を表す正の整数であり、ＮはＬＵＴ２２８０内のＬＵＴサンプルの数である。例えば、Ｄ＝１の周波数制御値により、例えば、位相アキュムレータにＬＵＴ２２８０の全てのアドレスを連続的に指定させ、ＬＵＴ２２８０に記憶された波形を複製する波形出力を生じさせることができる。Ｄ＞１である場合、位相アキュムレータは、ＬＵＴ２２８０のアドレスをスキップして、より高い周波数を有する波形出力を生じさせることができる。これにより、ＤＤＳ制御アルゴリズムによって生成される波形の周波数がしたがって、周波数制御値を適切に変化させることによって制御され得る。特定の態様では、周波数制御値は、ブロック２４４０で実施された位相制御アルゴリズムの出力に基づいて判定され得る。ブロック２６８０の出力は、ＤＡＣ１６８０の入力を供給することができ、これが次に対応するアナログ信号を電力増幅器１６２０の入力に供給する。
プロセッサ１７４０のブロック２７００は、増幅されている信号の波形エンベロープに基づいて電力増幅器１６２０のレール電圧を動的に変調し、それによって電力増幅器１６２０の効率を改善するための、スイッチモード変換器制御アルゴリズムを実施することができる。特定の態様では、波形エンベロープの特性は、電力増幅器１６２０に含まれる１つ又は２つ以上の信号を監視することによって判定することができる。一態様では、例えば、波形エンベロープの特性は、増幅信号のエンベロープに従って変調されるドレイン電圧（例えば、ＭＯＳＦＥＴドレイン電圧）の最小値を監視することによって判定することができる。最小電圧信号は、例えば、ドレイン電圧に結合された電圧最小検出器によって生成され得る。最小電圧信号は、ＡＤＣ１７６０よってサンプリングされ、出力最小電圧サンプルは、スイッチモード変換器制御アルゴリズムのブロック２７２０で受信されてもよい。最小電圧サンプルの値に基づき、ブロック２７４０は、ＰＷＭ発生器２７６０によって出力されるＰＷＭ信号を制御してもよく、これが続いて、スイッチモードレギュレータ１７００によって電力増幅器１６２０に供給されるレール電圧を制御する。特定の態様では、最小電圧サンプルの値がブロック２７２０に入力される最小ターゲット２７８０未満である限り、レール電圧は、最小電圧サンプルによって特徴付けられる波形エンベロープに従って変調され得る。例えば、最小電圧サンプルが低いエンベロープ電力レベルを示すときは、ブロック２７４０によって低いレール電圧が電力増幅器１６２０に供給され、完全なレール電圧は、最小電圧サンプルが最大エンベロープ電力レベルを示すときにのみ供給されてもよい。最小電圧サンプルが最小ターゲット２７８０を下回るときは、ブロック２７４０によって、レール電圧が電力増幅器１６２０の適切な動作を確実にするのに好適な最小値に維持されてもよい。
図２９は、本開示の少なくとも１つの態様による、超音波変換器１１２０などの超音波変換器を駆動するのに好適な電気回路２９００の一態様の回路図である。電気回路２９００は、アナログマルチプレクサ２９８０を備える。アナログマルチプレクサ２９８０は、超音波、電池、及び電力制御回路などの上流チャネルＳＣＬ－Ａ、ＳＤＡ－Ａからの様々な信号を多重化する。電流センサ２９８２は、電源回路の戻り又は接地区間と直列に結合され、電源によって供給される電流を測定する。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）温度センサ２９８４は、周囲温度を提供する。パルス幅変調（ＰＷＭ）ウォッチドッグタイマー２９８８は、主プログラムが定期的なシステムリセットの提供を怠る場合にシステムリセットを自動的に生じさせる。これは、ソフトウェア又はハードウェア障害のために電気回路２９００がハングアップ又はフリーズした場合に、電気回路２９００を自動的にリセットするように設けられている。電気回路２９００は、超音波変換器を駆動するため、又は、例えば、図３４に示す電気回路３６００などのＲＦ電極を駆動するためのＲＦドライバ回路として構成され得ることが理解されるであろう。したがって、ここで図２９を再び参照すると、電気回路２９００を使用して、超音波変換器及びＲＦ電極の両方を交互に駆動することができる。同時に駆動する場合、超音波波形又はＲＦ波形のいずれかを選択するように、対応する第１段階回路３４０４（図３２）内にフィルタ回路を設けてもよい。かかるフィルタリング技術は、共同所有の米国特許出願公開第ＵＳ－２０１７－００８６９１０－Ａ１号、名称「ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ＦＯＲ ＣＩＲＣＵＩＴ ＴＯＰＯＬＯＧＩＥＳ ＦＯＲ ＣＯＭＢＩＮＥＤ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ」に記載されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
駆動回路２９８６は、左右の超音波エネルギー出力を提供する。信号波形を表すデジタル信号は、制御回路３２００（図３０）などの制御回路からアナログマルチプレクサ２９８０のＳＣＬ－Ａ、ＳＤＡ－Ａ入力に供給される。デジタル／アナログ変換器２９９０（ＤＡＣ）は、デジタル入力をアナログ出力に変換して、発振器２９９４に結合されたＰＷＭ回路２９９２を駆動する。ＰＷＭ回路２９９２は、第１のトランジスタ出力段階２９９８ａに結合された第１のゲート駆動回路２９９６ａに第１の信号を提供して、第１の超音波（左側）エネルギー出力を駆動する。ＰＷＭ回路２９９２はまた、第２のトランジスタ出力段階２９９８ｂに結合された第２のゲート駆動回路２９９６ｂに第２の信号を提供して、第２の超音波（右側）エネルギー出力を駆動する。電圧センサ２９９９は、出力電圧を測定するために超音波左／右出力端子間に結合される。駆動回路２９８６、第１の駆動回路２９９６ａ及び第２の駆動回路２９９６ｂ、並びに第１のトランジスタ出力段階２９９８ａ及び第２のトランジスタ出力段階２９９８ｂは、第１段階増幅器回路を画定する。動作中、制御回路３２００（図３０）は、直接デジタル合成（ＤＤＳ）回路４１００、４２００（図３５及び図３６）などの回路を用いてデジタル波形４３００（図３７）を生成する。ＤＡＣ２９９０は、デジタル波形４３００を受信し、それをアナログ波形に変換し、これが第１段階増幅器回路によって受信及び増幅される。
図３０は、本開示の少なくとも１つの態様による、制御回路３２１２などの制御回路３２００の回路図である。制御回路３２００は、電池アセンブリのハウジング内に位置する。電池アセンブリは、様々な局所電源３２１５のためのエネルギー源である。制御回路は、例えば、出力ＳＣＬ－Ａ及びＳＤＡ－Ａ、ＳＣＬ－Ｂ及びＳＤＡ－Ｂ、ＳＣＬ－Ｃ及びＳＤＡ－Ｃによって、インターフェースマスタ３２１８を介して様々な下流回路に結合された主プロセッサ３２１４を備える。一態様では、インターフェースマスタ３２１８は、Ｉ２Ｃシリアルインターフェースなどの汎用シリアルインターフェースである。主プロセッサ３２１４はまた、汎用入出力（general purposes input/output、ＧＰＩＯ）３２２０を介してスイッチ３２２４を、ディスプレイ３２２６（例えば、及びＬＣＤディスプレイ）を、及びＧＰＩＯ３２２２を介して様々なインジケータ３２２８を駆動するように構成される。ウォッチドッグプロセッサ３２１６は、主プロセッサ３２１４を制御するために設けられている。スイッチ３２３０は、電池アセンブリを外科用器具のハンドルアセンブリに挿入したときに制御回路３２１２を起動させるように、電池３２１１と直列に設けられている。
一態様では、主プロセッサ３２１４は、出力端子ＳＣＬ－Ａ、ＳＤＡ－Ａによって電気回路２９００（図２９）に結合されている。主プロセッサ３２１４は、例えば、超音波変換器１１２０を駆動するために電気回路２９００に伝送されるデジタル化駆動信号又は波形のテーブルを記憶するためのメモリを備える。他の態様では、主プロセッサ３２１４は、デジタル波形を生成して、それを電気回路２９００に伝送し得るか、又は後で電気回路２９００へと伝送するためにデジタル波形を記憶し得る。主プロセッサ３２１４はまた、出力端子ＳＣＬ－Ｂ、ＳＤＡ－ＢによってＲＦ駆動を、及び出力端子ＳＣＬ－Ｃ、ＳＤＡ－Ｃによって様々なセンサ（例えば、ホール効果センサ、磁気粘性流体（ＭＲＦ）センサなど）を提供してもよい。一態様では、主プロセッサ３２１４は、適切なソフトウェア及びユーザインターフェース機能を可能にするために、超音波駆動回路及び／又はＲＦ駆動回路の存在を感知するように構成される。
一態様では、主プロセッサ３２１４は、例えば、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＬＭ ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲであってもよい。少なくとも一例では、Ｔｅｘａｓ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＬＭ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲは、製品データシートから容易に入手可能な機構の中でもとりわけ、最大４０ＭＨｚの２５６ＫＢのシングルサイクルフラッシュメモリ若しくは他の不揮発性メモリのオンチップメモリ、性能を４０ＭＨｚ超に改善するためのプリフェッチバッファ、３２ＫＢのシングルサイクルシリアルランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ＳｔｅｌｌａｒｉｓＷａｒｅ（登録商標）ソフトウェアを搭載した内部読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、２ＫＢの電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、１つ又は２つ以上のパルス幅変調（ＰＷＭ）モジュール、１つ又は２つ以上の直交エンコーダ入力（ＱＥＤ）アナログ、１２個のアナログ入力チャネルを備える１つ又は２つ以上の１２ビットアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を含むＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ４Ｆプロセッサコアである。他のプロセッサが容易に代用されてもよく、したがって、本開示は、この文脈に限定されるべきではない。
図３１は、本開示の少なくとも１つの態様による、モジュール式超音波外科用器具３３３４内に収容される別の電気回路３３００を示す、簡略化したブロック回路図を示す。電気回路３３００は、プロセッサ３３０２、クロック３３３０、メモリ３３２６、電源３３０４（例えば、電池）、酸化金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）電源スイッチなどのスイッチ３３０６、駆動回路３３０８（ＰＬＬ）、変圧器３３１０、信号平滑化回路３３１２（整合回路とも呼ばれ、例えば、タンク回路であり得る）、感知回路３３１４、変換器１１２０、及び本明細書では単に導波管とも称され得る、超音波ブレード（例えば超音波ブレード１１２８、１１４９）で終端する超音波伝送導波管を備えるシャフトアセンブリ（例えばシャフトアセンブリ１１２６、１１２９）を含む。
高電圧（１２０ＶＡＣ）入力電力への依存性（一般的な超音波切断装置の特性）を断つ本開示の１つの特徴は、波形成プロセスの全体にわたる低電圧スイッチングの利用及び変圧器の段階の直前に限った駆動信号の増幅である。この理由のため、本開示の一態様では、電力は、ハンドルアセンブリ内にいずれかを適合させるのに十分に小さい電池又は電池群からのみ導出される。最新技術の電池技術は、高さ及び幅が数センチメートル、奥行きが数ミリメートルの強力な電池を提供する。本開示の特徴を組み合わせて、自己完結型及び自己動力式超音波装置を提供することによって、製造コストの低減を達成することができる。
電源３３０４の出力は、プロセッサ３３０２に供給されて電力を供給する。プロセッサ３３０２は、信号を受信及び出力し、また、以下に説明するように、プロセッサ３３０２によって実行されるカスタム論理に従って、又はコンピュータプログラムに従って機能する。上述したように、電気回路３３００はまた、コンピュータ可読命令及びデータを記憶するメモリ３３２６、好ましくはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含むことができる。
電源３３０４の出力はまた、プロセッサ３３０２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３３０６に向けられる。スイッチ３３０６のオン時間を制御することにより、プロセッサ３３０２は、最終的に変換器１１２０に送達される総電力量を決定することができる。一態様では、スイッチ３３０６はＭＯＳＦＥＴであるが、他のスイッチ及びスイッチング構成も同様に適応可能である。スイッチ３３０６の出力は、例えば、位相検出位相同期ループ（ＰＬＬ）及び／又はローパスフィルタ及び／又は電圧制御発振器を含む駆動回路３３０８に供給される。スイッチ３３０６の出力は、プロセッサ３３０２によってサンプリングされ、出力信号の電圧及び電流（それぞれＶＩＮ及びＩＩＮ）を判定する。これらの値は、スイッチ３３０６のパルス幅変調を調整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３３０６のデューティサイクルは、スイッチ３３０６からの所望される、かつ実際の出力に応じて約２０％～約８０％まで変化し得る。
スイッチ３３０６からの信号を受信する駆動回路３３０８は、スイッチ３３０６の出力を超音波周波数、例えば５５ｋＨｚ（ＶＣＯ）を有する電気信号に変換する発振回路を含む。上述のように、この超音波波形の平滑化バージョンが、最終的に超音波変換器１１２０に供給されて、超音波伝送導波管に沿って共振正弦波を生成する。
駆動回路３３０８の出力には、低電圧信号（複数可）をより高い電圧に昇圧させることができる変圧器３３１０がある。現在まで超音波切断及び焼灼装置では不可能であったことだが、変圧器３３１０の前に、低（例えば、電池駆動）電圧で上流スイッチングが実施されることに注意されたい。これは、装置が、低オン抵抗ＭＯＳＦＥＴスイッチング装置を有利に使用するという事実に少なくとも部分的に起因する。低オン抵抗ＭＯＳＦＥＴスイッチは、従来のＭＯＳＦＥＴ装置よりも低いスイッチング損失及び少ない熱を生じ、より高い電流を通過させることができるため有利である。したがって、スイッチング段階（プレトランスフォーマ）は、低電圧／高電流として特徴付けられ得る。増幅器ＭＯＳＦＥＴ（複数可）のより低いオン抵抗を保証するために、ＭＯＳＦＥＴ（複数可）は、例えば１０Ｖで稼働される。そのような場合、別個の１０ＶＤＣ電源を使用して、ＭＯＳＦＥＴゲートに供給することができ、ＭＯＳＦＥＴが完全にオンであり、合理的に低いオン抵抗が達成されることを保証する。本開示の一態様では、変圧器３３１０は、電池電圧を１２０Ｖの二乗平均平方根（ＲＭＳ）に昇圧させる。変圧器は、当該技術分野で既知であるため、ここでは詳細に説明されていない。
記載の回路構成において、回路構成要素の劣化は、回路の回路性能に負の影響を及ぼし得る。構成要素の性能に直接影響する１つの要因は熱である。既知の回路は、一般にスイッチング温度（例えば、ＭＯＳＦＥＴ温度）を監視する。しかしながら、ＭＯＳＦＥＴ設計における技術的進歩及び対応するサイズの低減により、ＭＯＳＦＥＴ温度は、もはや回路負荷及び熱の有効なインジケータではない。このため、本開示の少なくとも１つの態様によると、感知回路３３１４は変圧器３３１０の温度を感知する。変圧器３３１０は装置の使用中にその最高温度又はその至近で稼働されるため、この温度感知は有利である。追加の温度は、コア材料、例えばフェライトを破壊することになり、永久的な損傷が起こり得る。本開示は、例えば、変圧器３３１０内の駆動電力を低減すること、ユーザに信号伝達すること、電源をオフにすること、電力をパルスすること、又は他の適切な応答によって、変圧器３３１０の最高温度に応答することができる。
本開示の一態様では、プロセッサ３３０２は、エンドエフェクタ（例えば１１２２、１１２５）に通信可能に結合され、エンドエフェクタは、材料を超音波ブレード（例えば１１２８、１１４９）と物理的に接触するように配置するために使用される。エンドエフェクタにおいて、クランプ力値（既知の範囲内に存在する）を測定するセンサが提供され、受信されたクランプ力値に基づいて、プロセッサ３３０２は、動作電圧ＶＭを変化させる。設定された動作速度と組み合わされた高い力値は高いブレード温度をもたらし得るため、温度センサ３３３２は、プロセッサ３３０２に通信可能に結合されてもよく、ここでプロセッサ３３０２は、温度センサ３３３６からブレードの現在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ブレード運動のターゲット周波数を決定するように動作可能である。別の態様では、歪みゲージ又は圧力センサなどの力センサは、トリガ（例えば１１４３、１１４７）に結合されて、ユーザによってトリガに加えられる力を測定することができる。別の態様では、ユーザによってスイッチボタンに加えられた力に変位強度が対応するように、歪みゲージ又は圧力センサなどの力センサがスイッチボタンに結合されてもよい。
本開示の少なくとも１つの態様によると、プロセッサ３３０２に結合された駆動回路３３０８のＰＬＬ部分は、導波管運動の周波数を決定し、その周波数をプロセッサ３３０２に伝達することができる。プロセッサ３３０２は、装置がオフにされたときに、この周波数値をメモリ３３２６に記憶する。クロック３３３０を読み取ることによって、プロセッサ３３０２は、装置がシャットオフされた後の経過時間を判定し、経過時間が所定の値未満である場合は、導波管運動の最後の周波数を読み出すことができる。次いで、装置は、推定可能に現在の負荷に対して最適な周波数である最後の周波数で起動することができる。
多段階発生器回路を備えるモジュール式電池駆動ハンドヘルド外科用器具
別の態様では、本開示は、多段階発生器回路を備えるモジュール式電池駆動ハンドヘルド外科用器具を提供する。電池アセンブリ、ハンドルアセンブリ、及びシャフトアセンブリを含む外科用器具が開示され、電池アセンブリ及びシャフトアセンブリは、ハンドルアセンブリと機械的及び電気的に接続するように構成されている。電池アセンブリは、デジタル波形を生成するように構成された制御回路を含む。ハンドルアセンブリは、デジタル波形を受信し、デジタル波形をアナログ波形に変換し、アナログ波形を増幅するように構成された第１段階回路を含む。シャフトアセンブリは、アナログ波形を受信、増幅して、負荷装置に適用するために、第１段階回路と結合した第２段階回路を含む。
一態様では、本開示は、電池を含む制御回路、電池に結合したメモリ、並びにメモリ及び電池に結合したプロセッサを含む電池アセンブリであって、プロセッサがデジタル波形を生成するように構成された、電池アセンブリと、プロセッサと結合した第１段階回路を含むハンドルアセンブリであって、第１段階回路はデジタル／アナログ（ＤＡＣ）変換器及び第１段階増幅器回路を含み、ＤＡＣはデジタル波形を受信してデジタル波形をアナログ波形に変換するように構成され、第１段階増幅器回路はアナログ波形を受信して増幅するように構成された、ハンドルアセンブリと、アナログ波形を受信し、アナログ波形を増幅し、アナログ波形を負荷装置に適用するために、第１段階増幅器回路に結合した第２段階回路を含むシャフトアセンブリとを備え、電池アセンブリ及びシャフトアセンブリは、ハンドルアセンブリと機械的及び電気的に接続するように構成されている、外科用器具を提供する。
負荷装置は、超音波変換器、電極、若しくはセンサ、又はこれらの任意の組み合わせのうちのいずれか１つを含んでもよい。第１段階回路は、第１段階超音波駆動回路及び第１段階高周波電流駆動回路を備えてもよい。制御回路は、第１段階超音波駆動回路及び第１段階高周波電流駆動回路を個別に又は同時に駆動するように構成され得る。第１段階超音波駆動回路は、第２段階超音波駆動回路に結合するように構成されてもよい。第２段階超音波駆動回路は、超音波変換器と結合するように構成されてもよい。第１段階高周波電流駆動回路は、第２段階高周波駆動回路に結合するように構成されてもよい。第２段階高周波駆動回路は、電極に結合するように構成されてもよい。
第１段階回路は、第１段階センサ駆動回路を備えてもよい。第１段階センサ駆動回路は、第２段階センサ駆動回路に対して構成されてもよい。第２段階センサ駆動回路は、センサに結合するように構成されてもよい。
別の態様では、本開示は、電池を含む制御回路、電池に結合したメモリ、並びにメモリ及び電池に結合したプロセッサを含む電池アセンブリであって、プロセッサがデジタル波形を生成するように構成された、電池アセンブリと、プロセッサと結合した共通の第１段階回路を含むハンドルアセンブリであって、共通の第１段階回路はデジタル／アナログ（ＤＡＣ）変換器及び共通の第１段階増幅器回路を含み、ＤＡＣはデジタル波形を受信してデジタル波形をアナログ波形に変換するように構成され、共通の第１段階増幅器回路はアナログ波形を受信して増幅するように構成された、ハンドルアセンブリと、アナログ波形を受信し、アナログ波形を増幅し、アナログ波形を負荷装置に適用するために、共通の第１段階増幅器回路に結合した第２段階回路を含むシャフトアセンブリとを備え、電池アセンブリ及びシャフトアセンブリは、ハンドルアセンブリと機械的及び電気的に接続するように構成されている、外科用器具を提供する。
負荷装置は、超音波変換器、電極、若しくはセンサ、又はこれらの任意の組み合わせのうちのいずれか１つを含んでもよい。共通の第１段階回路は、超音波、高周波電流、又はセンサ回路を駆動するように構成されてもよい。共通の第１段階駆動回路は、第２段階超音波駆動回路、第２段階高周波駆動回路、又は第２段階センサ駆動回路と結合するように構成されてもよい。第２段階超音波駆動回路は超音波変換器と結合するように構成されてもよく、第２段階高周波駆動回路は電極と結合するように構成され、第２段階センサ駆動回路はセンサと結合するように構成されている。
別の態様では、本開示は、プロセッサと結合したメモリを含む制御回路であって、プロセッサがデジタル波形を生成するように構成されている、制御回路と、プロセッサと結合した共通の第１段階回路を含むハンドルアセンブリであって、共通の第１段階回路は、デジタル波形を受信し、デジタル波形をアナログ波形に変換し、アナログ波形を増幅するように構成された、ハンドルアセンブリと、アナログ波形を受信して増幅するために、共通の第１段階回路と結合した第２段階回路を含むシャフトアセンブリとを備え、シャフトアセンブリは、ハンドルアセンブリと機械的及び電気的に接続するように構成されている、外科用器具を提供する。
共通の第１段階回路は、超音波、高周波電流、又はセンサ回路を駆動するように構成されてもよい。共通の第１段階駆動回路は、第２段階超音波駆動回路、第２段階高周波駆動回路、又は第２段階センサ駆動回路と結合するように構成されてもよい。第２段階超音波駆動回路は超音波変換器と結合するように構成されてもよく、第２段階高周波駆動回路は電極と結合するように構成され、第２段階センサ駆動回路はセンサと結合するように構成されている。
図３２は、本開示の少なくとも１つの態様による、第１段階回路３４０４と第２段階回路３４０６とに分割された、発生器回路３４００を示す。一態様では、本明細書に記載される外科システム１０００の外科用器具は、複数の段階に分割された発生器回路３４００を含み得る。例えば、外科システム１０００の外科用器具は、少なくとも２つの回路、つまりＲＦエネルギーのみ、超音波エネルギーのみ、及び／又はＲＦエネルギーと超音波エネルギーとの組み合わせの動作を可能にする増幅の第１段階回路３４０４及び第２段階回路３４０６に分割された発生器回路３４００を備えてもよい。コンビネーションモジュール式シャフトアセンブリ３４１４は、ハンドルアセンブリ３４１２内に位置する共通の第１段階回路３４０４、及びモジュール式シャフトアセンブリ３４１４と一体のモジュール式第２段階回路３４０６によって給電され得る。外科システム１０００の外科用器具に関連してこの説明全体を通して上述したように、電池アセンブリ３４１０及びシャフトアセンブリ３４１４は、ハンドルアセンブリ３４１２と機械的及び電気的に接続するように構成されている。エンドエフェクタアセンブリは、シャフトアセンブリ３４１４と機械的及び電気的に接続するように構成されている。
ここで図３２を参照すると、発生器回路３４００は、本明細書に記載される外科システム１０００の外科用器具などの外科用器具の複数のモジュール式アセンブリ内に位置する複数の段階に分割される。一態様では、制御段階回路３４０２は、外科用器具の電池アセンブリ３４１０内に位置してもよい。制御段階回路３４０２は、図３０に関連して説明された制御回路３２００である。制御回路３２００は、内部メモリ３２１７（図３２）（例えば、揮発性及び不揮発性メモリ）を含むプロセッサ３２１４を備え、電池３２１１と電気的に結合している。電池３２１１は、第１段階回路３４０４、第２段階回路３４０６、及び第３段階回路３４０８にそれぞれ電力を供給する。前述したように、制御回路３２００は、図３５及び図３６に関連して説明した回路及び技術を使用してデジタル波形４３００（図３７）を生成する。再び図３２を参照すると、デジタル波形４３００は、超音波変換器、高周波（例えば、ＲＦ）電極、又はそれらの組み合わせを個別に又は同時にのいずれかで駆動するように構成され得る。同時に駆動する場合、超音波波形又はＲＦ波形のいずれかを選択するように、対応する第１段階回路３４０４内にフィルタ回路を設けてもよい。かかるフィルタリング技術は、共同所有の米国特許出願公開第ＵＳ－２０１７－００８６９１０－Ａ１号、名称「ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ＦＯＲ ＣＩＲＣＵＩＴ ＴＯＰＯＬＯＧＩＥＳ ＦＯＲ ＣＯＭＢＩＮＥＤ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ」に記載されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
第１段階回路３４０４（例えば、第１段階超音波駆動回路３４２０、第１段階ＲＦ駆動回路３４２２、及び第１段階センサ駆動回路３４２４）は、外科用器具のハンドルアセンブリ３４１２内に位置する。制御回路３２００は、制御回路３２００の出力ＳＣＬ－Ａ、ＳＤＡ－Ａを介して、超音波駆動信号を第１段階超音波駆動回路３４２０に提供する。第１段階超音波駆動回路３４２０を、図２９に関連して詳細に説明する。制御回路３２００は、制御回路３２００の出力ＳＣＬ－Ｂ、ＳＤＡ－Ｂを介して、ＲＦ駆動信号を第１段階ＲＦ駆動回路３４２２に提供する。第１段階ＲＦ駆動回路３４２２を、図３４に関連して詳細に説明する。制御回路３２００は、制御回路３２００の出力ＳＣＬ－Ｃ、ＳＤＡ－Ｃを介して、センサ駆動信号を第第１段階センサ駆動回路３４２４に提供する。一般に、第１段階回路３４０４のそれぞれは、第２段階回路３４０６を駆動するためのデジタル／アナログ（ＤＡＣ）変換器及び第１段階増幅器部を含む。第１段階回路３４０４の出力は、第２段階回路３４０６の入力に提供される。
制御回路３２００は、どのモジュールが制御回路３２００にプラグ接続されているかを検出するように構成されている。例えば、制御回路３２００は、ハンドルアセンブリ３４１２内に位置する第１段階超音波駆動回路３４２０、第１段階ＲＦ駆動回路３４２２、又は第１段階センサ駆動回路３４２４が電池アセンブリ３４１０に接続されているかどうかを検出するように構成されている。同様に、第１段階回路３４０４のそれぞれは、どの第２段階回路３４０６がこれに接続されているかを検出することができ、その情報は、生成する信号波形の種類を決定するために制御回路３２００に戻される。同様に、第２段階回路３４０６のそれぞれは、どの第３段階回路３４０８又は構成要素がこれに接続されているかを検出することができ、その情報は、生成する信号波形の種類を決定するために制御回路３２００に戻される。
一態様では、第２段階回路３４０６（例えば、超音波駆動第２段階回路３４３０、ＲＦ駆動第２段階回路３４３２、及びセンサ駆動第２段階回路３４３４）は、外科用器具のシャフトアセンブリ３４１４内に位置する。第１段階超音波駆動回路３４２０は、出力ＵＳ左／ＵＳ右を介して、第２段階超音波駆動回路３４３０に信号を提供する。第２段階超音波駆動回路３４３０は、例えば、変圧器、フィルタ、増幅器、及び／又は信号調整回路を含むことができる。第１段階高周波（ＲＦ）電流駆動回路３４２２は、出力ＲＦ左／ＲＦ右を介して、第２段階ＲＦ駆動回路３４３２に信号を提供する。変圧器及びブロッキングコンデンサに加えて、第２段階ＲＦ駆動回路３４３２は更に、フィルタ、増幅器、及び信号調整回路を含んでもよい。第１段階センサ駆動回路３４２４は、出力センサ１／センサ２を介して、第２段階センサ駆動回路３４３４に信号を提供する。第２段階センサ駆動回路３４３４は、センサの種類に応じてフィルタ、増幅器、及び信号調整回路を含んでもよい。第２段階回路３４０６の出力は、第３段階回路３４０８の入力に提供される。
一態様では、第３段階回路３４０８（例えば、超音波変換器１１２０、ＲＦ電極３０７４ａ、３０７４ｂ、及びセンサ３４４０）は、外科用器具の様々なアセンブリ３４１６内に位置してよい。一態様では、第２段階超音波駆動回路３４３０は、超音波変換器１１２０の圧電スタックに駆動信号を提供する。一態様では、超音波変換器１１２０は、外科用器具の超音波変換器アセンブリ内に位置する。しかしながら、他の態様では、超音波変換器１１２０は、ハンドルアセンブリ３４１２、シャフトアセンブリ３４１４、又はエンドエフェクタ内に位置してもよい。一態様では、第２段階ＲＦ駆動回路３４３２は、概ね外科用器具のエンドエフェクタ部分内に位置する、ＲＦ電極３０７４ａ、３０７４ｂに駆動信号を提供する。一態様では、第２段階センサ駆動回路３４３４は、外科用器具全体に位置する様々なセンサ３４４０に駆動信号を提供する。
図３３は、本開示の少なくとも１つの態様による、第１段階回路３５０４が第２段階回路３５０６と共通している、複数の段階に分割された発生器回路３５００を示す。一態様では、本明細書に記載される外科システム１０００の外科用器具は、複数の段階に分割された発生器回路３５００を含み得る。例えば、外科システム１０００の外科用器具は、少なくとも２つの回路、つまり高周波（ＲＦ）エネルギーのみ、超音波エネルギーのみ、及び／又はＲＦエネルギーと超音波エネルギーとの組み合わせの動作を可能にする増幅の第１段階回路３５０４及び第２段階回路３５０６に分割された発生器回路３５００を備えてもよい。コンビネーションモジュール式シャフトアセンブリ３５１４は、ハンドルアセンブリ３５１２内に位置する共通の第１段階回路３５０４、及びモジュール式シャフトアセンブリ３５１４と一体のモジュール式第２段階回路３５０６によって給電され得る。外科システム１０００の外科用器具に関連してこの説明全体を通して前述したように、電池アセンブリ３５１０及びシャフトアセンブリ３５１４は、ハンドルアセンブリ３５１２と機械的及び電気的に接続するように構成されている。エンドエフェクタアセンブリは、シャフトアセンブリ３５１４を機械的及び電気的に接続するように構成されている。
図３３の実施例に示すように、外科用器具の電池アセンブリ３５１０部分は、前述の制御回路３２００を含む第１の制御回路３５０２を備える。電池アセンブリ３５１０に接続するハンドルアセンブリ３５１２は、共通の第１段階駆動回路３４２０を備える。前述したように、第１段階駆動回路３４２０は、超音波、高周波（ＲＦ）電流、及びセンサ負荷を駆動するように構成されている。共通の第１段階駆動回路３４２０の出力は、第２段階超音波駆動回路３４３０、第２段階高周波（ＲＦ）電流駆動回路３４３２、及び／又は第２段階センサ駆動回路３４３４などの第２段階回路３５０６のうちの任意の１つを駆動することができる。共通の第１段階駆動回路３４２０は、シャフトアセンブリ３５１４がハンドルアセンブリ３５１２に接続されているときに、どの第２段階回路３５０６がシャフトアセンブリ３５１４内に位置しているかを検出する。シャフトアセンブリ３５１４がハンドルアセンブリ３５１２に接続されると、共通の第１段階駆動回路３４２０が、第２段階回路３５０６（例えば、第２段階超音波駆動回路３４３０、第２段階ＲＦ駆動回路３４３２、及び／又は第２段階センサ駆動回路３４３４）のうちのどの１つがシャフトアセンブリ３５１４内に位置しているかを判定する。この情報は、適切なデジタル波形４３００（図３７）を第２段階回路３５０６に供給して、適切な負荷、例えば、超音波、ＲＦ、又はセンサ、を駆動するために、ハンドルアセンブリ３５１２内に位置する制御回路３２００に提供される。超音波変換器１１２０、電極３０７４ａ、３０７４ｂ、又はセンサ３４４０などの第３段階回路３５０８内の様々なアセンブリ３５１６に識別回路が含まれ得ることは理解されるであろう。したがって、第３段階回路３５０８が第２段階回路３５０６に接続されると、第２段階回路３５０６は、識別情報に基づいて要求される負荷の種類を知る。
図３４は、本開示の少なくとも１つの態様による、高周波電流（ＲＦ）を駆動するように構成された電気回路３６００の一態様の回路図である。電気回路３６００は、アナログマルチプレクサ３６８０を備える。アナログマルチプレクサ３６８０は、ＲＦ、電池、及び電力制御回路などの上流チャネルＳＣＬ－Ａ、ＳＤＡ－Ａからの様々な信号を多重化する。電流センサ３６８２は、電源回路の戻り又は接地区間と直列に結合され、電源によって供給される電流を測定する。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）温度センサ３６８４は、周囲温度を提供する。パルス幅変調（ＰＷＭ）ウォッチドッグタイマー３６８８は、主プログラムが定期的なシステムリセットの提供を怠る場合にシステムリセットを自動的に生じさせる。これは、ソフトウェア又はハードウェア障害のために電気回路３６００がハングアップ又はフリーズした場合に、電気回路３６００を自動的にリセットするように設けられている。電気回路３６００は、例えば、図２９に関して記載されるように、ＲＦ電極を駆動するため又は超音波変換器１１２０を駆動するために構成され得ることは理解されるであろう。したがって、ここで図３４を再び参照すると、電気回路３６００を使用して、超音波及びＲＦ電極の両方を交互に駆動することができる。
駆動回路３６８６は、左右のＲＦエネルギー出力を提供する。信号波形を表すデジタル信号は、制御回路３２００（図３０）などの制御回路からアナログマルチプレクサ３６８０のＳＣＬ－Ａ、ＳＤＡ－Ａ入力に供給される。デジタル／アナログ変換器３６９０（ＤＡＣ）は、デジタル入力をアナログ出力に変換して、発振器３６９４に結合されたＰＷＭ回路３６９２を駆動する。ＰＷＭ回路３６９２は、第１のトランジスタ出力段階３６９８ａに結合された第１のゲート駆動回路３６９６ａに第１の信号を提供して、第１のＲＦ＋（左側）エネルギー出力を駆動する。ＰＷＭ回路３６９２はまた、第２のトランジスタ出力段階３６９８ｂに結合された第２のゲート駆動回路３６９６ｂに第２の信号を提供して、第２のＲＦ（右側）エネルギー出力を駆動する。電圧センサ３６９９は、出力電圧を測定するためにＲＦ左／ＲＦ出力端子間に結合される。駆動回路３６８６、第１の駆動回路３６９６ａ及び第２の駆動回路３６９６ｂ、並びに第１のトランジスタ出力段階３６９８ａ及び第２のトランジスタ出力段階３６９８ｂは、第１段階増幅器回路を画定する。動作中、制御回路３２００（図３０）は、直接デジタル合成（ＤＤＳ）回路４１００、４２００（図３５及び図３６）などの回路を用いてデジタル波形４３００（図３７）を生成する。ＤＡＣ３６９０は、デジタル波形４３００を受信し、それをアナログ波形に変換し、これが第１段階増幅器回路によって受信及び増幅される。
一態様では、外科システム１０００の超音波又は高周波電流発生器は、ルックアップテーブル内に記憶される所定の数の位相点を望ましく用いて波形をデジタル化するように、電気信号波形をデジタル的に発生させるように構成され得る。メモリ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は任意の好適な不揮発性メモリで定義されたテーブル内に、位相点を記憶させてよい。図３５は、電気信号波形のための複数の波形を発生させるように構成された、直接デジタル合成（ＤＤＳ）回路４１００などのデジタル合成回路のための、基本的アーキテクチャの一態様を示す。発生器ソフトウェア及びデジタル制御は、ルックアップテーブル４１０４内のアドレスを走査するようにＦＰＧＡに指示を出すことができ、これが続いて電力増幅器に給電するＤＡＣ回路４１０８に様々なデジタル入力値を提供する。アドレスは、目的の周波数に従って走査されてよい。こうしたルックアップテーブル４１０４を使用することは、組織内、又は変換器、ＲＦ電極、複数の変換器内に同時に、複数のＲＦ電極内に同時に、若しくはＲＦ及び超音波器具の組み合わせ内に供給され得る、様々なタイプの波形を発生させることを可能にする。更に、複数の波形を表す複数のルックアップテーブル４１０４を作成し、記憶し、発生器から組織に適用することができる。
波形信号は、超音波変換器及び／若しくはＲＦ電極、又はそれらの複数（例えば、２つ若しくはそれ以上の超音波変換器及び／又は２つ若しくはそれ以上のＲＦ電極）の出力電流、出力電圧、又は出力電力のうち、少なくとも１つを制御するように構成されてよい。更に、外科用器具が超音波コンポーネントを備える場合、波形信号は、少なくとも１つの外科用器具の超音波変換器の少なくとも２つの振動モードを駆動させるように構成されてよい。したがって、発生器は、波形信号を少なくとも１つの外科用器具へと提供するように構成されてよく、波形信号は、テーブル内の複数の波形の少なくとも１つの波形に応答する。なお、２つの外科用器具に提供される波形信号は、２つ又はそれ以上の波形を含んでよい。テーブルは複数の波形に関係した情報を含んでよく、またテーブルは発生器内に記憶されてよい。一態様又は一実施例では、テーブルは、直接デジタル合成テーブルであってよく、発生器のＦＰＧＡ内に記憶されてよい。テーブルは、波形をカテゴリー化するのに便利である任意の方法によってアドレス指定されてよい。一態様によれば、直接デジタル合成テーブルであり得るテーブルは、波形信号の周波数に従ってアドレス指定される。更に、複数の波形に関係した情報は、デジタル情報としてテーブル内に記憶されてよい。
アナログ電気信号波形は、超音波変換器及び／若しくはＲＦ電極、又はそれらの複数（例えば、２つ若しくはそれ以上の超音波変換器及び／又は２つ若しくはそれ以上のＲＦ電極）の出力電流、出力電圧、又は出力電力のうち、少なくとも１つを制御するように構成されてよい。更に、外科用器具が超音波コンポーネントを備える場合、アナログ電気信号波形は、少なくとも１つの外科用器具の超音波変換器の少なくとも２つの振動モードを駆動させるように構成されてよい。したがって、発生器回路は、アナログ電気信号波形を少なくとも１つの外科用器具へと提供するように構成されてよく、アナログ電気信号波形は、ルックアップテーブル４１０４内に記憶された複数の波形の少なくとも１つの波形に対応する。なお、２つの外科用器具に提供されるアナログ電気信号波形は、２つ又はそれ以上の波形を含んでよい。ルックアップテーブル４１０４は、複数の波形に関連した情報を含んでよく、またルックアップテーブル４１０４は、発生器回路又は外科用器具のいずれかに記憶されてよい。一態様又は実施例では、ルックアップテーブル４１０４は、直接デジタル合成テーブルであってよく、これは発生器回路又は外科用器具のＦＰＧＡに記憶されてよい。ルックアップテーブル４１０４は、波形をカテゴリー化するために便利である任意の方法によってアドレス指定されてよい。一態様によれば、直接デジタル合成テーブルであり得るルックアップテーブル４１０４は、所望のアナログ電気信号波形の周波数に従ってアドレス指定される。更に、複数の波形に関係した情報は、デジタル情報としてルックアップテーブル４１０４に記憶されてよい。
計装システム及び通信システムにおけるデジタル技術の広範な使用を伴い、基準周波数から複数の周波数を発生させるデジタル的制御法が発展し、直接デジタル合成と呼ばれている。基本アーキテクチャが図３５に示されている。簡略化された本ブロック図では、ＤＤＳ回路は、発生器回路のプロセッサ、コントローラ、又は論理機構、及び外科システム１０００の発生器回路内に位置するメモリ回路に結合されている。ＤＤＳ回路４１００は、アドレスカウンタ４１０２、ルックアップテーブル４１０４、レジスタ４１０６、ＤＡＣ回路４１０８、及びフィルタ４１１２を備える。安定クロックｆｃは、アドレスカウンタ４１０２により受信され、レジスタ４１０６は、正弦波（又は他の任意の波形）のサイクルの１つ又は２つ以上の整数をルックアップテーブル４１０４内に記憶するプログラマブル読み出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）を駆動する。アドレスカウンタ４１０２が記憶場所をステップスルーすると、ルックアップテーブル４１０４内に記憶された値は、ＤＡＣ回路４１０８に結合されたレジスタ４１０６に書き込まれる。ルックアップテーブル４１０４の記憶場所における信号の対応するデジタル振幅は、続いてアナログ出力信号４１１０を発生させるＤＡＣ回路４１０８を駆動する。アナログ出力信号４１１０のスペクトル純度は、主としてＤＡＣ回路４１０８により決定される。位相雑音は、基本的に基準クロックｆｃのものである。ＤＡＣ回路４１０８から出力される第１のアナログ出力信号４１１０は、フィルタ４１１２によりフィルタリングされ、フィルタ４１１２により出力される第２のアナログ出力信号４１１４は、発生器回路の出力に結合された出力を有する増幅器へと提供される。第２のアナログ出力信号は、周波数ｆｏｕｔを有する。
ＤＤＳ回路４１００は、サンプリングされたデータシステムであるため、量子化雑音、エイリアシング、フィルタリングなどのサンプリングに伴う問題を考慮しなければならない。例えば、位相ロックループ（phase-locked-loop、ＰＬＬ）ベースのシンセサイザの出力の高次高調波がフィルタリングされ得るのに対して、ＤＡＣ回路４１０８出力周波数の高次高調波はナイキスト帯域幅に折り返して、それらをフィルタリング不可にする。ルックアップテーブル４１０４は、サイクルの整数に関する信号データを含む。最終出力周波数ｆｏｕｔは、基準クロック周波数ｆｃを変更することで、又はＰＲＯＭを再プログラミングすることによって変更することができる。
ＤＤＳ回路４１００は、複数のルックアップテーブル４１０４を含んでもよく、ルックアップテーブル４１０４は、所定のサンプル数により表される波形を記憶し、サンプルは、所定の波形形状を画定する。したがって、独自の形状を有する複数の波形は、複数のルックアップテーブル４１０４内に記憶されて、器具設定又は組織フィードバックに基づく様々な組織処置を提供することができる。波形の例としては、表面組織凝固のための高い波高率のＲＦ電気信号波形、より深い組織貫通のための低い波高率のＲＦ電気信号波形、及び効果的な修正凝固を促進する電気信号波形が挙げられる。一態様では、ＤＤＳ回路４１００は、複数の波形ルックアップテーブル４１０４を作成することができ、組織処置手順の間（例えば、ユーザ入力又はセンサ入力に基づく「オンザフライ」又は実質実時間にて）、所望の組織効果及び／又は組織フィードバックに基づいて、個別のルックアップテーブル４１０４に記憶された様々な波形間で切り替えを行うことができる。
したがって、波形間の切り替えは、例えば、組織インピーダンス及び他の要素に基づくことができる。他の態様では、ルックアップテーブル４１０４は、サイクル毎に組織内へと送達される電力を最大化するよう形成される電気信号波形（すなわち、台形波又は方形波）を記憶することができる。他の態様では、ルックアップテーブル４１０４は、同期された波形を記憶することができ、その結果、この波形が、ＲＦ及び超音波駆動信号を送達しながら、外科システム１０００の多機能型外科用器具による電力送達を最大化する。更に他の態様では、ルックアップテーブル４１０４は、超音波周波数のロックを維持しながら、超音波並びにＲＦ治療用及び／又は治療量以下のエネルギーを同時に駆動する電気信号波形を記憶することができる。様々な器具及びそれらの組織効果に特有のカスタム波形は、発生器回路の不揮発性メモリ内、又は外科システム１０００の不揮発性メモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ）内に記憶され得、また多機能型外科用器具を発生器回路に接続する際にフェッチされる。多くの高波高率「凝固」波形に使用される、指数関数的に減衰する正弦曲線の例を図３７に示す。
ＤＤＳ回路４１００のよりフレキシブルで効果的な実装は、数値制御発振器（ＮＣＯ）と呼ばれるデジタル回路を用いる。ＤＤＳ回路４２００などの、よりフレキシブルで効果的なデジタル合成回路のブロック図を図３６に示す。この簡略化されたブロック図では、ＤＤＳ回路４２００は、発生器のプロセッサ、コントローラ、又は論理機構に、及び発生器又は外科システム１０００の外科用器具のうちのいずれかに位置するメモリ回路に結合されている。ＤＤＳ回路４２００は、負荷レジスタ４２０２、並列デルタ位相レジスタ４２０４、加算器回路４２１６、位相レジスタ４２０８、ルックアップテーブル４２１０（位相－振幅変換器）、ＤＡＣ回路４２１２、及びフィルタ４２１４を備える。加算器回路４２１６及び位相レジスタ４２０８は、位相アキュムレータ４２０６の一部を形成する。クロック周波数ｆｃは、位相レジスタ４２０８及びＤＡＣ回路４２１２に適用される。負荷レジスタ４２０２は、基準クロック周波数信号ｆｃの分数としての出力周波数を特定する調整ワードを受信する。負荷レジスタ４２０２の出力は、調整ワードＭと共に、並列デルタ位相レジスタ４２０４に提供される。
ＤＤＳ回路４２００は、クロック周波数ｆｃを発生させるサンプルクロック、位相アキュムレータ４２０６、及びルックアップテーブル４２１０（例えば、位相－振幅変換器）を含む。位相アキュムレータ４２０６の内容は、クロックサイクルｆｃ毎に一度更新される。位相アキュムレータ４２０６が更新されると、並列デルタ位相レジスタ４２０４内に記憶されたデジタル数Ｍは、加算器回路４２１６により位相レジスタ４２０８内の数に加算される。並列デルタ位相レジスタ４２０４内の数は、００．．．０１であり、位相アキュムレータ４２０６の初期の内容は、００．．．００であると仮定する。位相アキュムレータ４２０６は、クロックサイクル毎に００．．．０１と更新される。位相アキュムレータ４２０６が３２－ビット幅である場合、位相アキュムレータ４２０６が００．．．００へと戻るまでに２３２クロックサイクル（４０億超）が必要とされ、サイクルは繰り返される。
位相アキュムレータ４２０６の切り捨てられた出力４２１８は、位相－振幅変換器のルックアップテーブル４２１０へと提供され、またルックアップテーブル４２１０の出力はＤＡＣ回路４２１２に結合される。位相アキュムレータ４２０６の切り捨てられた出力４２１８は、正弦（又は余弦）ルックアップテーブルへのアドレスとして機能する。ルックアップテーブル内のアドレスは、正弦波における０°～３６０°の位相点に対応する。ルックアップテーブル４２１０は、正弦波の１つの完全サイクルの対応するデジタル振幅情報を含む。したがって、ルックアップテーブル４２１０は、位相情報を位相アキュムレータ４２０６からデジタル振幅ワードにマッピングし、続いてこれがＤＡＣ回路４２１２を駆動させる。ＤＡＣ回路の出力は、第１のアナログ信号４２２０であり、フィルタ４２１４によりフィルタリングされる。フィルタ４２１４の出力は、発生器回路の出力に結合された電力増幅器へと提供される、第２のアナログ信号４２２２である。
一態様では、デジタル化され得る波形が、２５６（２８）～２８１、４７４、９７６、７１０、６５６（２４８）の範囲（表１に示すように、ｎは正の整数である）の任意の好適な２ｎ位相点の数であるにもかかわらず、電気信号波形を１０２４（２１０）位相点へとデジタル化してよい。電気信号波形はＡｎ（θｎ）として表されてもよく、点ｎにおける正規化された振幅Ａｎは位相角θｎにより表され、点ｎにおける位相点と呼ばれる。個別の位相点ｎの数は、ＤＤＳ回路４２００（並びに図３５に示すＤＤＳ回路４１００）の調整分解能を決定する。
表１は、多数の位相点にデジタル化された電気信号波形を特定する。
Figure 0007258892000003
発生器回路アルゴリズム及びデジタル制御回路は、ルックアップテーブル４２１０内のアドレスを走査し、次にルックアップテーブル４２１０はフィルタ４２１４及び電力増幅器に給電するＤＡＣ回路４２１２に様々なデジタル入力値を提供する。アドレスは、目的の周波数に従って走査されてよい。ルックアップテーブルを使用することで、ＤＡＣ回路４２１２によりアナログ出力信号へと変換され、フィルタ４２１４によりフィルタリングされ、発生器回路の出力に結合した電力増幅器により増幅され、ＲＦエネルギーの形態で組織に供給されるか又は超音波変換器に供給され、かつ熱の形態でエネルギーを組織へと送達する超音波振動形態で組織に適用され得る、様々な種類の形状を発生させることが可能である。増幅器の出力は、例えば、単一のＲＦ電極、同時に複数のＲＦ電極、単一の超音波変換器、同時に複数の超音波変換器又はＲＦ変換器及び超音波変換器の組み合わせに適用することができる。更に、複数の波形テーブルを作成し、記憶して、発生器回路から組織に適用することができる。
再び図３５を参照すると、ｎ＝３２及びＭ＝１の場合、位相アキュムレータ４２０６はオーバフローして再起動する前に、２３２個の可能な出力をステップスルーする。対応する出力波周波数は、２３２で除算された入力クロック周波数に等しい。Ｍ＝２である場合は、位相レジスタ１７０８は２倍の速度で「ロールオーバー」し、出力周波数は倍増する。これは、以下のように一般化され得る。
ｎ－ビットを蓄積するように構成された位相アキュムレータ４２０６の場合（ｎは、一般にほとんどのＤＤＳシステムで２４～３２の範囲であるが、前述したように、ｎは広範囲の選択肢から選択されてよい）、２ｎの可能な位相点が存在する。デルタ位相レジスタにおけるデジタルワードＭは、位相アキュムレータがクロックサイクル毎に増分する量を表す。ｆｃがクロック周波数である場合、出力正弦波の周波数は、以下に等しい。
Figure 0007258892000004
上記の式は、ＤＤＳ「調整方程式」として知られている。システムの周波数分解能は、
Figure 0007258892000005
 と等しいことに留意されたい。ｎ＝３２では、分解能は４０億における一部よりも高い。ＤＤＳ回路４２００の一態様では、位相アキュムレータ４２０６外の全てのビットがルックアップテーブル４２１０に伝えられるわけではなく、切り捨てられて、例えば、最初の１３～１５個の最上位ビット（ＭＳＢ）のみが残される。これはルックアップテーブル４２１０のサイズを低減し、かつ周波数分解能に影響を及ぼさない。位相の切り捨ては、少量だが許容できる位相雑音の量のみを最終出力に追加する。
電気信号波形は、所定周波数における電流、電圧、又は電力により特徴付けられてよい。更に、外科システム１０００の外科用器具が超音波コンポーネントを備える場合、電気信号波形は、少なくとも１つの外科用器具の超音波変換器の少なくとも２つの振動モードを駆動させるように構成されてよい。したがって、発生器回路は、電気信号波形を少なくとも１つの外科用器具に提供するように構成されてよく、電気信号波形は、ルックアップテーブル４２１０（又は、図３５のルックアップテーブル４１０４）内に記憶された所定の波形を特徴とする。なお、電気信号波形は、２つ又はそれ以上の波形の組み合わせであってよい。ルックアップテーブル４２１０は、複数の波形に関係した情報を含んでよい。一態様又は一実施例では、ルックアップテーブル４２１０はＤＤＳ回路４２００により生成されてよく、直接デジタル合成テーブルと呼ばれることもある。ＤＤＳは、オンボードメモリにおける大きな反復波形の第１記憶動作により、作動する。波形（正弦、三角形、方形、任意）のサイクルは、テーブル１に示すように、所定の数の位相点によって表され、メモリに記憶され得る。一度波形がメモリ内部に記憶されると、非常に正確な周波数にて波形が発生され得る。直接デジタル合成テーブルは、発生器回路の不揮発性メモリ内に記憶され得、かつ／又は発生器回路内のＦＰＧＡ回路と共に実装され得る。ルックアップテーブル４２１０は、波形をカテゴリー化するのに便利な任意の好適な技術によってアドレス指定されてよい。一態様によれば、ルックアップテーブル４２１０は、電気信号波形の周波数に従ってアドレス指定される。更に、複数の波形に関連する情報は、メモリ内のデジタル情報として、又はルックアップテーブル４２１０の一部として記憶されてよい。
一態様では、発生器回路は、電気信号波形を少なくとも２つの外科用器具へと同時に提供するように構成されてよい。発生器回路はまた、発生器回路の単一の出力チャネルを介して、２つの外科用器具へと同時に電気信号波形（２つ又はそれ以上の波形によって特徴付けられ得る）を提供するように構成されてもよい。例えば、一態様では、電気信号波形は、超音波変換器を駆動する第１の電気信号（例えば、超音波駆動信号）、第２のＲＦ駆動信号及び／又はそれらの組み合わせを含む。更に、電気信号波形は、複数の超音波駆動信号、複数のＲＦ駆動信号、並びに／又は複数の超音波駆動信号及びＲＦ駆動信号の組み合わせを含んでよい。
更に、本開示に従った発生器回路の操作方法は、電気信号波形を発生させること、及び発生した電気信号波形を外科システム１０００の外科用器具のうちのいずれか１つに提供することを含み、電気信号波形を発生させることは、メモリから電気信号波形に関係した情報を受信することを含む。発生した電気信号波形は、少なくとも１つの波形を含む。更に、発生した電気信号波形を少なくとも１つの外科用器具へと提供することは、電気信号波形を少なくとも２つの外科用器具へと同時に提供することを含む。
本明細書に記載される発生器回路は、様々な種類の直接デジタル合成テーブルの生成を可能にし得る。発生器回路により発生する、種々の組織の処置に好適なＲＦ／電気外科用信号の波形の例としては、高波高率を伴うＲＦ信号（ＲＦモードで表面凝固に使用され得る）、低波高率を伴うＲＦ信号（より深い組織貫通のために使用され得る）及び効率的な修正凝固を促進する波形が挙げられる。発生器回路はまた、直接デジタル合成ルックアップテーブル４２１０を用いて複数の波形を発生させることができ、また、オンザフライで所望の組織効果に基づく特定の波形間で切り替えを行うことができる。切り替えは、組織インピーダンス及び／又は他の要素に基づいてよい。
従来の正弦／余弦波形に加えて、発生器回路は、サイクル毎の組織への電力を最大化する波形（複数可）（すなわち、台形波又は方形波）を発生させるように構成されてよい。発生器回路が、ＲＦ信号及び超音波信号を同時に駆動することを可能にする回路トポロジーを含むのであるならば、発生器回路は、ＲＦ信号及び超音波信号を同時に駆動する場合に、負荷へと送達される電力を最大化するように、かつ超音波周波数ロックを維持するように同期される波形（複数可）を提供することができる。更に、器具及びその組織効果に固有のカスタム波形は、不揮発性メモリ（ＮＶＭ）内又は器具のＥＥＰＲＯＭ内に記憶され得、また外科システム１０００の外科用器具のうちのいずれか１つを発生器回路に接続する際にフェッチされ得る。
ＤＤＳ回路４２００は、複数のルックアップテーブル４１０４を備えてよく、ルックアップテーブル４２１０は、所定数の位相点（サンプルと呼ばれる場合もある）により表される波形を記憶し、位相点は所定の波形の形状を画定する。したがって、独自の形状を有する複数の波形は、複数のルックアップテーブル４２１０内に記憶されて、器具設定又は組織フィードバックに基づく様々な組織処置を提供することができる。波形の例としては、表面組織凝固のための高い波高率のＲＦ電気信号波形、より深い組織貫通のための低い波高率のＲＦ電気信号波形、及び効果的な修正凝固を促進する電気信号波形が挙げられる。一態様では、ＤＤＳ回路４２００は、複数の波形ルックアップテーブル４２１０を作成することができ、組織処置手順の間（例えば、ユーザ入力又はセンサ入力に基づく「オンザフライ」又は実質実時間にて）、所望の組織効果及び／又は組織フィードバックに基づいて、様々なルックアップテーブル４２１０に記憶された様々な波形間で切り替えを行うことができる。
したがって、波形間の切り替えは、例えば、組織インピーダンス及び他の要素に基づくことができる。他の態様では、ルックアップテーブル４２１０は、サイクル毎に組織内へと送達される電力を最大化するよう形成される電気信号波形（すなわち、台形波又は方形波）を記憶することができる。他の態様では、ルックアップテーブル４２１０は、同期した波形を記憶することができ、その結果、この波形が、ＲＦ及び超音波駆動信号を送達するときに、外科システム１０００の外科用器具のうちの任意の１つによる電力送達を最大化する。更に他の態様では、ルックアップテーブル４２１０は、超音波周波数のロックを維持しながら、超音波並びにＲＦ治療用及び／又は治療量以下のエネルギーを同時に駆動する電気信号波形を記憶することができる。一般に、出力波形は、正弦波、余弦波、脈波、方形波などの形態であってもよい。それにもかかわらず、異なる器具及びそれらの組織効果に特有のより複雑なカスタム波形は、発生器回路の不揮発性メモリ内、又は外科用器具の不揮発性メモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ）内に記憶することができ、また外科用器具を発生器回路に接続する際にフェッチされ得る。カスタム波形の一例は、図３７に示されるような、多くの高波高率「凝固」波形に使用される、指数関数的に減衰する正弦波形である。
図３７は、アナログ波形４３０４の本開示の少なくとも１つの態様による（比較目的のために離散時間デジタル電気信号波形４３００に重ね合わされて示される）、離散時間デジタル電気信号波形４３００の１サイクルを示す。水平軸は、時間（ｔ）を表し、縦軸はデジタル位相点を表す。デジタル電気信号波形４３００は、例えば、所望のアナログ波形４３０４のデジタル離散時間バージョンである。デジタル電気信号波形４３００は、１サイクル又は期間ＴｏにわたるクロックサイクルＴｃｌｋ毎の振幅を表す、振幅位相点４３０２を記憶することにより生成される。デジタル電気信号波形４３００は、任意の好適なデジタル処理回路により、１期間Ｔｏにわたって生成される。振幅位相点は、メモリ回路内に記憶されたデジタルワードである。図３５及び図３６に示す実施例では、デジタルワードは、２６又は６４ビットの分解能を有する、振幅位相点を記憶することができる６ビットワードである。図３５及び図３６に示す実施例は、例証目的のためのものであり、実際の実装では分解能ははるかに高くなり得ることが理解されるであろう。１サイクルＴｏにわたるデジタル振幅位相点４３０２は、例えば、図３５及び図３６に関連して記載されているようなルックアップテーブル４１０４、４２１０内のストリングワードのストリングとして、メモリ内に記憶される。これも図３５及び図３６に関して記載されるように、アナログバージョンのアナログ波形４３０４を発生させるために、振幅位相点４３０２は、クロックサイクルＴｃｌｋ毎に０～Ｔｏでメモリから順番に読み取られ、かつＤＡＣ回路４１０８、４２１２によって変換される。追加のサイクルは、所望され得るだけのサイクル又は期間にわたって０～Ｔｏで、デジタル電気信号波形４３００の振幅位相点４３０２を繰り返し読み取ることによって生成することができる。平滑アナログバージョンのアナログ波形４３０４は、フィルタ４１１２、４２１４（図３５及び図３６）によってＤＡＣ回路４１０８、４２１２の出力をフィルタリングすることにより達成される。フィルタリングされたアナログ出力信号４１１４、４２２２（図３５及び図３６）は、電力増幅器の入力に適用される。
図３８は、本開示の一態様による、変位部材が遠位方向に前進し、クランプアーム（例えば、アンビル）と結合したときに、閉鎖部材（例えば閉鎖管）の漸進的閉鎖を提供して、閉鎖部材上の閉鎖力負荷を所望の速度で低下させ、発射部材上の発射力負荷を減少させるように構成された、制御システム１２９５０の図である。一態様では、制御システム１２９５０は、ネスト化ＰＩＤフィードバックコントローラとして実装されてもよい。ＰＩＤコントローラは、所望の設定点と測定されたプロセス変数との間の差として誤差値を連続的に計算するための制御ループフィードバック機構（コントローラ）であり、比例、積分、及び微分項（それぞれＰ、Ｉ、及びＤで示される場合がある）に基づいて補正を適用する。ネスト化ＰＩＤコントローラフィードバック制御システム１２９５０は、一次（外側）フィードバックループ１２９５４内の一次コントローラ１２９５２と、二次（内側）フィードバックループ１２９５６内の二次コントローラ１２９５５と、を含む。一次コントローラ１２９５２は、図３９に示されるようなＰＩＤコントローラ１２９７２であってもよく、二次コントローラ１２９５５もまた、図３９に示されるようなＰＩＤコントローラ１２９７２であってもよい。一次コントローラ１２９５２は、一次プロセス１２９５８を制御し、二次コントローラ１２９５５は二次プロセス１２９６０を制御する。一次プロセス１２９５８の出力１２９６６は、第１の加算器１２９６２によって一次設定値ＳＰ１から減算される。第１の加算器１２９６２は、一次コントローラ１２９５２に適用される単一の和出力信号を生成する。一次コントローラ１２９５２の出力は、二次設定点ＳＰ２である。二次プロセス１２９６０の出力１２９６８は、第２の加算器１２９６４によって二次設定点ＳＰ２から減算される。
閉鎖管の変位を制御する状況においては、制御システム１２９５０は、一次設定値ＳＰ１が所望の閉鎖力値であり、一次コントローラ１２９５２が、閉鎖モータの出力に結合されたトルクセンサから閉鎖力を受信して閉鎖モータの設定値ＳＰ２のモータ速度を決定するように構成されるように、構成されてもよい。他の態様では、閉鎖力は、歪みゲージ、ロードセル、又は他の好適な力センサで測定され得る。閉鎖モータ速度設定値ＳＰ２は、二次コントローラ１２９５５によって決定される閉鎖管の実際の速度と比較される。閉鎖管の実際の速度は、位置センサを用いた閉鎖管の変位の測定と、タイマー／カウンタを用いた経過時間の測定とを比較することによって測定され得る。リニアエンコーダ又は回転エンコーダなどの他の技術を用いて、閉鎖管の変位を測定することができる。二次プロセス１２９６０の出力１２９６８は、閉鎖管の実際の速度である。この閉鎖管速度出力１２９６８は、閉鎖管に作用する力を決定する一次プロセス１２９５８に提供され、測定された閉鎖力を一次設定値ＳＰ１から減算する加算器１２９６２にフィードバックされる。一次設定値ＳＰ１は、上限閾値又は下限閾値であってもよい。加算器１２９６２の出力に基づいて、一次コントローラ１２９５２は閉鎖モータの速度及び方向を制御する。二次コントローラ１２９５５は、二次プロセス１２９６０によって測定された閉鎖管の実際の速度、並びに実際の発射力と発射力の上限及び下限閾値との比較に基づく二次設定値ＳＰ２に基づいて、閉鎖モータの速度を制御する。
図３９は、本開示の一態様による、ＰＩＤフィードバック制御システム１２９７０を示す。一次コントローラ１２９５２若しくは二次コントローラ１２９５５、又はその両方は、ＰＩＤコントローラ１２９７２として実装されてもよい。一態様では、ＰＩＤコントローラ１２９７２は、比例要素１２９７４（Ｐ）、積分要素１２９７６（Ｉ）、及び微分要素１２９７８（Ｄ）を含んでもよい。Ｐ要素１２９７４、Ｉ要素１２９７６、Ｄ要素１２９７８の出力は加算器１２９８６によって加算され、加算器１２９８６は、制御変数μ（ｔ）をプロセス１２９８０に提供する。プロセス１２９８０の出力は、プロセス変数ｙ（ｔ）である。加算器１２９８４は、所望の設定値ｒ（ｔ）と測定されたプロセス変数ｙ（ｔ）との間の差を計算する。ＰＩＤコントローラ１２９７２は、所望の設定点ｒ（ｔ）（例えば、閉鎖力閾値）と測定されたプロセス変数ｙ（ｔ）（例えば、閉鎖管の速度及び方向）との間の差として誤差値ｅ（ｔ）（例えば、閉鎖力閾値と測定された閉鎖力との差）を連続的に計算し、それぞれ比例要素１２９７４（Ｐ）、積分要素１２９７６（Ｉ）、及び微分要素１２９７８（Ｄ）によって計算された比例、積分、及び微分項に基づいて補正を適用する。ＰＩＤコントローラ１２９７２は、制御変数μ（ｔ）（例えば、閉鎖管の速度及び方向）を調節することによって、経時的な誤差ｅ（ｔ）を最小限に抑えることを試みる。
ＰＩＤアルゴリズムによると、「Ｐ」要素１２９７４は、誤差の現在値の原因となる。例えば、誤差が大きくかつ正である場合、制御出力も大きくかつ正となる。本開示によれば、誤差項ｅ（ｔ）は、閉鎖管の所望の閉鎖力と測定された閉鎖力との間で異なる。「Ｉ」要素１２９７６は、誤差の過去値の原因となる。例えば、電流出力が十分に強くない場合、誤差の積分は経時的に蓄積し、コントローラは、より強い動作を適用することによって応答する。「Ｄ」要素１２９７８は、その現在の変化率に基づいて、可能な誤差の将来動向の原因となる。例えば、上記のＰの例に戻ると、大きい正の制御出力が誤差をゼロに近付けることに成功すると、それはまた、プロセスを近い将来の大きな負の誤差に至る経路上に置く。この場合、微分は負になり、Ｄモジュールは、このオーバーシュートを防止するために動作の強さを低下させる。
他の変数及び設定点は、フィードバック制御システム１２９５０、１２９７０に従って監視及び制御されてもよいことが理解されよう。例えば、本明細書に記載される適応型閉鎖部材速度制御アルゴリズムは、とりわけ、発射部材ストローク位置、発射部材負荷、切断要素の変位、切断要素の速度、閉鎖管ストローク位置、閉鎖管負荷のパラメータのうちの少なくとも２つを測定することができる。
超音波メスなどの超音波外科用装置は、これらの固有の性能特性のために、外科処置においてますます広範な用途を見出されている。特定の装置構成及び動作パラメータにより、超音波外科用装置は組織の実質的に同時の横切開及び凝固によるホメオスタシスを提供することができ、望ましくは患者の外傷を最小化する。超音波外科用装置は、超音波変換器を含むハンドピース、並びに組織を切断及び封止するために、遠位に取り付けられたエンドエフェクタ（例えば、ブレード先端部）を有する超音波変換器に結合された器具を含み得る。いくつかの場合では、器具は、ハンドピースに恒久的に取り付けることができる。他の場合では、使い捨て器具又は交換式器具の場合におけるように、器具は、ハンドピースから取り外し可能であることができる。エンドエフェクタは、エンドエフェクタと接触する組織に超音波エネルギーを伝達し、切断及び封止作用を実現する。このような超音波外科用装置は、切開外科用途用、ロボット支援手術を含む腹腔鏡又は内視鏡手術用に構成することができる。
超音波エネルギーは、電気外科処置において使用されるものよりも低い温度を使用して組織を切断及び凝固し、ハンドピースと通信する超音波発生器によってエンドエフェクタに伝達され得る。超音波ブレードは、高周波（例えば、毎秒５５，５００サイクル）で振動して、組織中のタンパク質を変性させて粘着性の凝塊を形成する。ブレード表面によって組織に対して圧力をかけると血管が潰れ、凝塊が止血シールを形成することを可能にする。外科医は、エンドエフェクタによって組織に印加される力による切断速度及び凝固、力が印加される時間、並びに選択されるエンドエフェクタの実行レベルを制御することができる。
超音波変換器は、共振器の電気機械特性を規定する、静電容量を有する第１ブランチ、直列接続されたインダクタンス、抵抗、及び容量を有する第２「動作」ブランチを含む等価の回路としてモデル化され得る。既知の超音波発生器は、発生器駆動信号電流の実質的に全部が動作ブランチ内に流れるように、ある共振周波数において静電容量をチューンアウト（tuning out）するための調整インダクタを含み得る。したがって、調整インダクタを使用することにより、発生器の駆動信号電流は、動作ブランチ電流を表し、したがって発生器はその駆動信号を制御して超音波変換器の共振周波数を維持することができる。調整インダクタはまた、発生器の周波数固定能力を改善するために、超音波変換器の相インピーダンスプロットを変換することができる。しかしながら、調整インダクタは、動作共振周波数において、超音波変換器の特定の静電容量と適合しなくてはならない。換言すると、異なる静電容量を有する異なる超音波変換器は、異なる調整インダクタを必要とする。
加えて、いくつかの超音波発生器構造において、発生器駆動信号は、インピーダンス規模及び相測定を複雑化する非対称高調波歪みを呈する。例えば、インピーダンス相測定値の正確性は、電流信号及び電圧信号の高調波歪みにより低減し得る。
その上、騒音環境における電磁干渉が、超音波変換器の共振周波数の固定を維持する発生器の能力を低減し、無効な制御アルゴリズム入力の可能性を増加させる。
組織を処置かつ／又は破壊するために、組織に電気エネルギーを印加するための電気外科用装置はまた、外科手技において、ますます広範な用途が見出されている。電気外科用装置は、ハンドピース及び遠位に取り付けられたエンドエフェクタ（例えば、１つ又は２つ以上の電極）を有する器具を含み得る。エンドエフェクタは、電流が組織内に導入されるように、組織に対して位置決めすることができる。電気外科用装置は、双極又は単極動作用に構成することができる。双極動作中、電流はそれぞれ、エンドエフェクタの作動電極によって組織に導入され、エンドエフェクタの戻り電極によって組織から戻される。単極動作中、電流は、エンドエフェクタの活性電極によって組織に導入され、患者の体に別個に位置する戻り電極（例えば、接地パッド）を介して戻される。組織を流れる電流によって生成される熱は、組織内及び／又は組織間の止血封止を形成してもよく、したがって、例えば、血管を封止するために特に有用であってもよい。電気外科用装置のエンドエフェクタはまた、組織に対して可動である切断部材、及び組織を横切開するための電極を含み得る。
電気外科用装置によって適用される電気エネルギーは、ハンドピースと通信する発生器によって器具へと伝達され得る。電気エネルギーは、無線周波数（ＲＦ）エネルギーの形態であってもよい。ＲＦエネルギーは、ＥＮ６０６０１－２－２：２００９＋Ａ１１：２０１１，Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ２０１．３．２１８－ＨＩＧＨ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹで説明されているように、３００ｋＨｚ～１ＭＨｚの周波数範囲内であり得る電気エネルギーの形態である。例えば、単極ＲＦ用途における周波数は、典型的には、５ＭＨｚ未満に制限される。しかしながら、双極ＲＦ用途においては、周波数は、ほぼどのような値であってもよい。２００ｋＨｚ超の周波数は、典型的には、低周波数の電流の使用から生じる神経及び筋肉の不必要な刺激を避けるために、単極用途に使用される。リスク分析が、神経筋刺激の可能性が許容可能なレベルにまで緩和されたと示す場合は、より低い周波数を双極技術に使用することができる。高周波数漏洩電流に関連する問題を最小限に抑えるために、５ＭＨｚ超の周波数は、通常使用されない。一般に、１０ｍＡが、組織への熱効果の下側閾値であると認識されている。
その動作中に、電気外科用装置は組織を通して低周波数ＲＦエネルギーを伝達することができ、これによってイオン性攪拌又は摩擦、つまりは抵抗加熱が引き起こされ、組織の温度が上昇する。処置される組織とその周囲組織との間にはっきりとした境界が形成され得るため、外科医は隣接する非対象組織を犠牲にすることなく、高レベルの精度及び制御で手術をすることができる。ＲＦエネルギーの低動作温度は、軟組織を除去、収縮、又は彫刻しつつ同時に血管を封止する上で有用であり得る。ＲＦエネルギーは、主にコラーゲンから構成されて熱と接触すると収縮する結合組織に特によく作用し得る。
これらの固有の駆動信号、感知及びフィードバックの必要性により、超音波及び電気外科用装置は、一般的に異なる発生器を必要とした。加えて、器具が使い捨てであるか又はハンドピースと互換可能である場合、超音波及び電気外科用発生器は、使用される特定の器具構成を認識し、したがって制御及び診断プロセスを最適化するそれらの能力を制限される。更に、発生器の非絶縁回路と患者絶縁回路との間の容量結合は、特により高い電圧及び周波数が使用される場合において、患者を許容不可能なレベルの漏れ電流に暴露する結果となり得る。
更にこれらの固有の駆動信号、感知及びフィードバックの必要性により、超音波及び電気外科用装置は、一般的に様々な発生器のために様々なユーザインターフェースを必要としてきた。こうした従来の超音波及び電気外科用装置では、１つのユーザインターフェースが超音波器具と共に使用するように構成され、一方で、別のユーザインターフェースが電気外科用器具と共に使用するように構成される場合がある。こうしたユーザインターフェースとしては、手起動式スイッチ及び／又は足起動式スイッチなどの、手及び／又は足起動式ユーザインターフェースが挙げられる。超音波及び電気外科用器具の両方と共に使用するための組み合わせられた発生器の様々な態様が、後続の開示で想到されるため、超音波及び／又は電気外科用器具発生器の両方と共に動作するように構成された追加のユーザインターフェースもまた検討される。
超音波及び／又は電気外科用器具のいずれかの動作モード又は状態を示すフィードバックを提供するためにユーザ又はその他の機械のいずれかにフィードバックを提供するための追加のユーザインターフェースが後続の開示内で検討される。超音波及び／又は電気外科用器具の組み合わせを操作するためのユーザ及び／又は機械フィードバックを提供することは、ユーザに感覚フィードバックを提供すること、及び機械に電気／機械／電気機械的フィードバックを提供することを必要とする。組み合わせられた超音波及び／又は電気外科用器具で使用するために、視覚フィードバック装置（例えば、ＬＣＤディスプレイスクリーン、ＬＥＤインジケータ）、可聴フィードバック装置（例えば、スピーカ、ブザー）、又は触覚フィードバック装置（例えば、触覚アクチュエータ）を組み込むフィードバック装置が、後続の開示内で検討される。
他の電気外科用器具として、限定はしないが、とりわけ、不可逆性及び／若しくは可逆性電気穿孔法、並びに／又はマイクロ波技術が挙げられる。したがって、本明細書で開示する技術は、とりわけ、超音波、双極若しくは単極のＲＦ（電気外科的）、不可逆性及び／若しくは可逆性電気穿孔、並びに／又はマイクロ波に基づく外科用器具に適用可能である。
様々な態様が、改善された超音波外科用装置、電気外科用装置、及びこれと共に使用するための発生器を対象とする。超音波外科用装置の態様は、例えば、外科処置中に組織を横切開及び／又は凝固するように構成され得る。電気外科用装置の態様は、例えば、外科処置中に、組織を横切開、凝固、スケーリング、溶接及び／又は乾燥させるように構成され得る。
発生器の態様は、デジタル信号処理と共に、発生器駆動信号電流及び電圧の高速アナログ－デジタルサンプリング（例えば、周波数に応じておよそ２００倍のオーバーサンプリング）を使用し、既知の発生器アーキテクチャに勝る多くの利点及び利益を提供する。一態様では、例えば、電流及び電圧フィードバックデータ、超音波変換器の静電容量値、並びに駆動信号周波数値に基づき、発生器は超音波変換器の動作ブランチ電流を決定し得る。これは、実質的に調整されたシステムの利益を提供し、任意の周波数で静電容量（例えば、図２５のＣ０）のいずれかの値と同調される又は共振するシステムの存在をシミュレートする。したがって、動作ブランチ電流の制御は、調整インダクタを必要とせずに、静電容量の効果をチューンアウトすることによって実現され得る。加えて、調整インダクタの排除は、周波数固定が、電流及び電圧フィードバックデータを好適に処理することによって実現され得るため、発生器の周波数固定能力を悪化させない場合がある。
デジタル信号処理を伴う、発生器駆動信号電流及び電圧の高速アナログ－デジタルサンプリングはまた、サンプルの正確なデジタルフィルタリングを可能にし得る。例えば、発生器の態様は、基本駆動信号周波数と、二次高調波と、の間でロールオフするローパスデジタルフィルタ（例えば、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ）を使用し、電流及び電圧フィードバックサンプルの非対称高調波歪み及びＥＭＩ誘導ノイズを低減してもよい。フィルタリングされた電流及び電圧フィードバックサンプルは、実質的に基本駆動信号周波数を表し、したがって、基本駆動信号周波数に関する、より正確なインピーダンス相測定、及び共振周波数固定を維持する発生器の能力の改善を可能にする。インピーダンス位相測定の精度は、立ち下がりエッジ及び立ち上がりエッジ位相測定値を平均し、かつ測定されたインピーダンス位相を０°に調整することによって更に向上し得る。
発生器の様々な態様もまた、デジタル信号処理と共に、発生器駆動信号電流及び電圧の高速アナログ－デジタルサンプリングを使用し、高精度で、実電力消費量及び他の数量を判定することができる。これは、発生器が、例えば、組織のインピーダンスが変化する際の組織に供給される電力量の制御、及び組織インピーダンス増加の一定の割合を維持するための電力供給の制御などの、多くの有用なアルゴリズムを実行することを可能にし得る。これらのアルゴリズムのいくつかは、発生器駆動信号電流と電圧信号との間の位相差を決定するために使用される。共振時、電流信号と電圧信号との間の位相差はゼロである。超音波システムがオフレゾナンスになると位相は変化する。様々なアルゴリズムを用いて、位相差を検出し、超音波システムが共振に戻る、すなわち、電流信号と電圧信号との間の位相差がゼロになるまで駆動周波数を調整してよい。位相情報は、超音波ブレードの状態を推定するためにも使用されてよい。以下で詳細に説明するように、位相は超音波ブレードの温度の関数として変化する。したがって、位相情報は、超音波ブレードの温度を制御するために用いられてもよい。これは、例えば、超音波ブレードが過度に高温で動作しているときは超音波ブレードに送達される電力を低減し、超音波ブレードが過度に低温で動作しているときは超音波ブレードに送達される電力を増加させることによって行われ得る。
発生器の様々な態様は、超音波外科用装置及び電気外科用装置の両方を駆動するために必要な、広範な周波数範囲及び増加した出力電力を有し得る。電気外科用装置のより低い電圧、より高い電流需要は、広帯域電力変圧器の専用タップによって満たされる場合があり、したがって、別個の電力増幅器及び出力変換器の必要性を排除する。更に、発生器の感知及びフィードバック回路は、最小限の歪みの超音波及び電気外科用途の両方の必要性に応じる、大きなダイナミックレンジをサポートし得る。
様々な態様が、発生器が、既存の多導体発生器／ハンドピースケーブルを使用して、ハンドピースに取り付けられた器具内に配置されたデータ回路（例えば、商品名「１－Ｗｉｒｅ」で知られる１線式プロトコルＥＥＰＲＯＭなどの、単線式バス装置）から読み出し、かつ任意によりこれに書き込むための単純で経済的な手段を提供し得る。このようにして、発生器は、ハンドピースに取り付けられた器具から、器具に固有のデータを読み出し、処理することができる。これは、発生器がより良い制御及び改善された診断及び誤差検出を提供することを可能にし得る。加えて、発生器が器具にデータを書き込む能力は、例えば、器具の使用を追跡し、動作データを捕捉する点において、可能な新しい機能性を生じる。加えて、周波数帯域の使用は、既存の発生器のバス装置を含む器具の後方互換性を可能にする。
発生器の開示される態様は、発生器の非絶縁回路と患者絶縁回路との間の、意図しない容量結合によって生じる、漏れ電流のアクティブ除去を提供する。患者のリスクを低減することに加え、漏れ電流の低減はまた、電磁放射を低減し得る。
図４０は、本開示の少なくとも１つの態様による、複数の独立して動作する回路セグメント７４０２、７４１４、７４１６、７４２０、７４２４、７４２８、７４３４、７４４０を備えるセグメント化回路７４０１のシステム図７４００である。セグメント化回路７４０１の複数の回路セグメントの回路セグメントは、１つ又は２つ以上の回路と、１つ又は２つ以上のメモリ装置に記憶された１つ又は２つ以上の機械実行可能命令のセットと、を含む。回路セグメントの１つ又は２つ以上の回路は、１つ又は２つ以上の有線又は無線接続媒体を通して電気通信のために結合される。複数の回路セグメントは、スリープモード、スタンバイモード及び動作モードを含む３つのモードの間で遷移するように構成される。
示される一態様では、複数の回路セグメント７４０２、７４１４、７４１６、７４２０、７４２４、７４２８、７４３４、７４４０は、第１にスタンバイモードで開始し、第２にスリープモードに移行し、第３に動作モードへ移行する。しかしながら、他の態様では、複数の回路セグメントは、３つのモードのうちのいずれか１つから、３つのモードのうちの任意の他の１つに遷移することができる。例えば、複数の回路セグメントは、スタンバイモードから動作モードに直接遷移することができる。個々の回路セグメントは、機械実行可能命令のプロセッサによる実行に基づいて、電圧制御回路７４０８によって特定の状態に置かれ得る。これらの状態は、非通電状態、低エネルギー状態及び通電状態を含む。非通電状態はスリープモードに対応し、低エネルギー状態はスタンバイモードに対応し、通電状態は動作モードに対応する。低エネルギー状態への遷移は、例えば、ポテンショメータの使用によって実現することができる。
一態様では、複数の回路セグメント７４０２、７４１４、７４１６、７４２０、７４２４、７４２８、７４３４、７４４０は、通電シーケンスに従ってスリープモード又はスタンバイモードから動作モードに移行することができる。複数の回路セグメントはまた、非通電シーケンスに従って動作モードからスタンバイモード又はスリープモードに遷移することができる。通電シーケンス及び非通電シーケンスは異なっていてもよい。いくつかの態様では、通電シーケンスは、複数の回路セグメントの回路セグメントのサブセットのみに通電することを含む。いくつかの態様では、非通電シーケンスは、複数の回路セグメントの回路セグメントのサブセットのみ通電を停止することを含む。
図４０のシステム図７４００を再び参照すると、セグメント化回路７４０１は、移行回路セグメント７４０２、プロセッサ回路セグメント７４１４、ハンドル回路セグメント７４１６、通信回路セグメント７４２０、ディスプレイ回路セグメント７４２４、モータ制御回路セグメント７４２８、エネルギー処置回路セグメント７４３４、及びシャフト回路セグメント７４４０を備える、複数の回路セグメントを備える。移行回路セグメントは、ウェイクアップ回路７４０４、ブースト電流回路７４０６、電圧制御回路７４０８、安全コントローラ７４１０、及びＰＯＳＴコントローラ７４１２を備える。移行回路セグメント７４０２は、非通電及び通電シーケンス、安全検出プロトコル、並びにＰＯＳＴを実装するように構成される。
いくつかの態様では、ウェイクアップ回路７４０４は、加速度計ボタンセンサ７４０５を備える。態様では、移行回路セグメント７４０２は、通電状態にあるように構成されるが、セグメント化回路７４０１の複数の回路セグメントの他の回路セグメントは、低エネルギー状態、非通電状態、又は通電状態にあるように構成される。加速度計ボタンセンサ７４０５は、本明細書に記載される外科用器具６４８０の移動又は加速を監視してもよい。例えば、移動は、外科用器具の配向の変化又は回転であり得る。外科用器具は、例えば、外科用器具のユーザによって、３次元ユークリッド空間に対して任意の方向に移動することができる。加速度計ボタンセンサ７４０５が移動又は加速を感知すると、加速度計ボタンセンサ７４０５は、電圧制御回路７４０８に信号を送り、電圧制御回路７４０８にプロセッサ回路セグメント７４１４に電圧を印加させて、プロセッサ及び揮発性メモリを通電状態に移行させる。態様では、電圧制御回路７４０９がプロセッサ及び揮発性メモリに電圧を印加する前は、プロセッサ及び揮発性メモリは通電状態にある。動作モードでは、プロセッサは、通電シーケンス又は非通電シーケンスを開始することができる。様々な態様では、加速度計ボタンセンサ７４０５はまた、プロセッサに信号を送り、プロセッサに通電シーケンス又は非通電シーケンスを開始させることができる。いくつかの態様では、個々の回路セグメントの大部分が低エネルギー状態又は非通電状態にあるとき、プロセッサは通電シーケンスを開始する。他の態様では、個々の回路セグメントの大部分が通電状態にあるとき、プロセッサは非通電シーケンスを開始する。
更に又はあるいは、加速度計ボタンセンサ７４０５は、外科用器具の所定の近傍内の外部移動を感知することができる。例えば、加速度計ボタンセンサ７４０５は、所定の近傍内でユーザの手を移動させる、本明細書に記載の外科用器具６４８０のユーザを感知することができる。加速度計ボタンセンサ７４０５がこの外部移動を感知すると、加速度計ボタンセンサ７４０５は、上述したように、電圧制御回路７４０８に信号を送り、かつプロセッサに信号を送ることができる。送られた信号を受信した後、プロセッサは、通電シーケンス又は非通電シーケンスを開始して、１つ又は２つ以上の回路セグメントを３つのモード間で移行させることができる。態様では、電圧制御回路７４０８に送られた信号は、プロセッサが動作モードにあることを検証するために送られる。いくつかの態様では、加速度計ボタンセンサ７４０５は、外科用器具が落下したときを感知し、感知された落下に基づいてプロセッサに信号を送ることができる。例えば、信号は、個々の回路セグメントの動作におけるエラーを示すことができる。１つ又は２つ以上のセンサは、影響を受けた個々の回路セグメントの損傷又は誤動作を感知することができる。感知された損傷又は誤動作に基づいて、ＰＯＳＴコントローラ７４１２は、対応する個々の回路セグメントのＰＯＳＴを実施することができる。
通電シーケンス又は非通電シーケンスは、加速度計ボタンセンサ７４０５に基づいて定義され得る。例えば、加速度計ボタンセンサ７４０５は、複数の回路セグメントの特定の回路セグメントの選択を示す、特定の運動又は運動のシーケンスを感知することができる。感知された運動又は一連の感知された運動に基づいて、加速度計ボタンセンサ７４０５は、プロセッサが通電状態にあるときに、複数の回路セグメントのうちの１つ又は２つ以上の回路セグメントの指示を含む信号を、プロセッサに送信することができる。この信号に基づいて、プロセッサは、選択された１つ又は２つ以上の回路セグメントを含む通電シーケンスを決定する。更に又はあるいは、本明細書に記載される外科用器具６４８０のユーザは、回路セグメントの数及び順序を選択して、外科用器具のグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）との対話に基づいて、通電シーケンス又は非通電シーケンスを定義することができる。
様々な態様では、加速度計ボタンセンサ７４０５は、加速度計ボタンセンサ７４０５が、本明細書に記載される外科用器具６４８０の移動、又は所定の閾値を上回る所定の近傍内の外部移動を検出したときにのみ、電圧制御回路７４０８に信号を送り、かつプロセッサに信号を送ることができる。例えば、移動が５秒以上感知された場合、又は外科用器具が５インチ以上移動された場合にのみ信号が送られ得る。他の態様では、加速度計ボタンセンサ７４０５は、加速度計ボタンセンサ７４０５が、外科用器具の振動移動を検出したときにのみ、電圧制御回路７４０８に信号を送り、かつプロセッサに信号を送ることができる。所定の閾値は、外科用器具の回路セグメントの不用意な遷移を低減する。前述のように、遷移は、通電シーケンスに従う動作モードへの遷移、非通電シーケンスに従う低エネルギーモードへの遷移又は非通電シーケンスに従うスリープモードへの遷移を含むことができる。いくつかの態様では、外科用器具は、外科用器具のユーザによって作動され得るアクチュエータを備える。この作動は、加速度計ボタンセンサ７４０５によって感知される。アクチュエータは、スライダ、トグルスイッチ、又は瞬間接触スイッチであってもよい。感知された作動に基づいて、加速度計ボタンセンサ７４０５は、電圧制御回路７４０８に信号を送り、かつプロセッサに信号を送ることができる。
ブースト電流回路７４０６は、電池に結合されている。ブースト電流回路７４０６は、リレー又はトランジスタなどの電流増幅器であり、個々の回路セグメントの電流の大きさを増幅するように構成されている。電流の初期の大きさは、電池によってセグメント化回路７４０１に提供される電源電圧に対応する。好適なリレーは、ソレノイドを含む。好適なトランジスタは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ＭＯＳＦＥＴ及び双極接合トランジスタ（bipolar junction transistor、ＢＪＴ）を含む。ブースト電流回路７４０６は、本明細書に記載される外科用器具６４８０の動作中により多くの電流引き込みを必要とする、個々の回路セグメント又は回路に対応する電流の大きさ増幅させることができる。例えば、モータ制御回路セグメント７４２８に対する電流の増加は、外科用器具のモータがより多くの入力電力を必要とするときに提供され得る。個々の回路セグメントに提供される電流の増加は、別の回路セグメント又は複数の回路セグメントの対応する電流の減少を引き起こすことができる。更に又はあるいは、電流の増加は、電池と共に動作する追加の電圧源によって提供される電圧に対応し得る。
電圧制御回路７４０８は電池に結合されている。電圧制御回路７４０８は、複数の回路セグメントに電圧を提供するか、又はこれらから電圧を除去するように構成される。電圧制御回路７４０８はまた、セグメント化回路７４０１の複数の回路セグメントに提供される電圧を増加又は低減するようにも構成される。様々な態様では、電圧制御回路７４０８は、入力を選択するマルチプレクサ（ＭＵＸ）などの組み合わせ論理回路、複数の電子スイッチ、及び複数の電圧変換器を備える。複数の電子スイッチの電子スイッチは、開放構成と閉鎖構成との間で切り換えて、個々の回路セグメントを電池から切断するか、又は電池に接続するように構成されてもよい。複数の電子スイッチは、トランジスタなどの固体装置、又は中でも特に、無線スイッチ、超音波スイッチ、加速度計、慣性センサなどの他のタイプのスイッチであってもよい。組み合わせ論理回路は、開放構成に切り換えて、対応する回路セグメントへの電圧の印加を可能にするために、個々の電子スイッチを選択するように構成されている。組み合わせ論理回路はまた、閉鎖構成に切り換えて、対応する回路セグメントからの電圧の除去を可能にするために、個々の電子スイッチを選択するように構成されている。複数の個々の電子スイッチを選択することにより、組み合わせ論理回路は、非通電シーケンス又は通電シーケンスを実装することができる。複数の電圧変換器は、複数の回路セグメントに昇圧電圧又は降圧電圧を提供することができる。電圧制御回路７４０８はまた、マイクロプロセッサ及びメモリ装置を含んでもよい。
安全コントローラ７４１０は、回路セグメントの安全チェックを実施するように構成されている。いくつかの態様では、安全コントローラ７４１０は、１つ又は２つ以上の個々の回路セグメントが動作モードにあるとき、安全チェックを実施する。安全チェックは、回路セグメントの機能又は動作に任意のエラー又は欠陥があるかを決定するために実施されてもよい。安全コントローラ７４１０は、複数の回路セグメントのうちの１つ又は２つ以上のパラメータを監視することができる。安全コントローラ７４１０は、１つ又は２つ以上のパラメータを既定のパラメータと比較することによって、複数の回路セグメントの識別情報及び動作を検証することができる。例えば、ＲＦエネルギーモダリティが選択されると、安全コントローラ７４１０は、シャフトの関節運動パラメータが既定の関節運動パラメータに一致していることを検証して、本明細書に記載される外科用器具６４８０のＲＦエネルギーモダリティの動作を検証することができる。いくつかの態様では、安全コントローラ７４１０は、センサによって、障害を検出するために外科用器具の１つ又は２つ以上の特性の間の所定の関係を監視してもよい。１つ又は２つ以上の特性が所定の関係に不一致であるときに、障害が生じ得る。安全コントローラ７４１０が、障害が存在するか、エラーが存在するか、又は複数の回路セグメントの一部の動作が検証されなかったと判断すると、安全コントローラ７４１０は、その障害、エラー、又は検証の失敗が発生した特定の回路セグメントの動作を防止するか又は無効にする。
ＰＯＳＴコントローラ７４１２は、複数の回路セグメントの適正な動作を検証するためのＰＯＳＴを実施する。いくつかの態様では、電圧制御回路７４０８が個々の回路セグメントに電圧を印加して個々の回路セグメントをスタンバイモード又はスリープモードから動作モードに移行させる前に、ＰＯＳＴが複数の回路セグメントの個々の回路セグメントに対して実施される。個々の回路セグメントがＰＯＳＴを通過しない場合、特定の回路セグメントは、スタンバイモード又はスリープモードから動作モードに遷移しない。ハンドル回路セグメント７４１６のＰＯＳＴは、例えば、ハンドル制御センサ７４１８が、本明細書に記載される外科用器具６４８０のハンドル制御の作動を感知するかどうかを試験することを含んでもよい。いくつかの態様では、ＰＯＳＴコントローラ７４１２は、加速度計ボタンセンサ７４０５に信号を送り、ＰＯＳＴの一部として個々の回路セグメントの動作を検証することができる。例えば、信号を受信した後、加速度計ボタンセンサ７４０５は、外科用器具のユーザに、外科用器具を複数の様々な位置に移動させて、外科用器具の動作を確認するように促すことができる。加速度計ボタンセンサ７４０５はまた、ＰＯＳＴの一部として回路セグメントの出力又は回路セグメントの回路を監視してもよい。例えば、加速度計ボタンセンサ７４０５は、モータ７４３２によって生成された増分モータパルスを感知して、動作を検証することができる。モータ制御回路７４３０のモータコントローラを使用して、モータ７４３２を制御して増分モータパルスを生成し得る。
様々な態様では、本明細書に記載される外科用器具６４８０は、追加の加速度計ボタンセンサを備えてもよい。ＰＯＳＴコントローラ７４１２はまた、電圧制御回路７４０８のメモリ装置に記憶されている制御プログラムを実行してもよい。制御プログラムは、ＰＯＳＴコントローラ７４１２に、複数の回路セグメントから一致する暗号化パラメータを要求する信号を送信させることができる。個々の回路セグメントから一致する暗号化パラメータを受信するのに失敗することは、対応する回路セグメントが破損又は誤動作していることをＰＯＳＴコントローラ７４１２に示す。いくつかの態様では、ＰＯＳＴコントローラ７４１２が、ＰＯＳＴに基づいてプロセッサが破損又は誤動作していると判断する場合、ＰＯＳＴコントローラ７４１２は、１つ又は２つ以上の二次プロセッサに信号を送り、１つ又は２つ以上の二次プロセッサに、プロセッサが実施することができない限界機能を実施させることができる。いくつかの態様では、ＰＯＳＴコントローラ７４１２が、ＰＯＳＴに基づいて１つ又は２つ以上の回路セグメントが適切に動作していないと判断する場合、ＰＯＳＴコントローラ７４１２は、ＰＯＳＴに失敗したか、又は適切に動作していない回路セグメントをロックアウトしながら、適切に動作する回路セグメントの低性能モードを開始することができる。ロックアウトした回路セグメントは、スタンバイモード又はスリープモードの回路セグメントと同様に機能することができる。
プロセッサ回路セグメント７４１４は、プロセッサ及び揮発性メモリを含む。このプロセッサは、通電又は非通電シーケンスを開始するよう構成されている。通電シーケンスを開始するために、プロセッサは、電圧制御回路７４０８に通電信号を送信して、電圧制御回路７４０８に、通電シーケンスに従って複数の回路セグメント又は複数の回路セグメントのサブセットに電圧を印加させる。非通電シーケンスを開始するために、プロセッサは、電圧制御回路７４０８に非通電信号を送信して、電圧制御回路７４０８に、非通電シーケンスに従って複数の回路セグメント又は複数の回路セグメントのサブセットから電圧を除去させる。
ハンドル回路セグメント７４１６は、ハンドル制御センサ７４１８を備える。ハンドル制御センサ７４１８は、本明細書に記載される外科用器具６４８０の１つ又は２つ以上のハンドル制御部の作動を感知し得る。様々な態様では、１つ又は２つ以上のハンドル制御は、クランプ制御、解除ボタン、関節接合スイッチ、エネルギー起動ボタン、及び／又は任意の他の適切なハンドル制御を含む。ユーザは、エネルギー起動ボタンを起動して、ＲＦエネルギーモード、超音波エネルギーモード、又はＲＦエネルギーモード及び超音波エネルギーモードの組み合わせを選択することができる。ハンドル制御センサ７４１８はまた、外科用器具へのモジュール式ハンドルの取り付けを容易にすることができる。例えば、ハンドル制御センサ７４１８は、外科用器具へのモジュール式ハンドルの適正な取り付けを感知して、外科用器具のユーザに感知した取り付けを示すことができる。ＬＣＤディスプレイ７４２６は、感知された取り付けのグラフィック表示を提供することができる。いくつかの態様では、ハンドル制御センサ７４１８は、１つ又は２つ以上のハンドル制御の作動を感知する。感知された作動に基づいて、プロセッサは、通電シーケンス又は非通電シーケンスのいずれかを開始することができる。
通信回路セグメント７４２０は、通信回路７４２２を備えている。通信回路７４２２は、複数の回路セグメントの個々の回路セグメント間の信号通信を容易にするための通信インターフェースを備える。いくつかの態様では、通信回路７４２２は、電気的に通信するために、本明細書に記載の外科用器具６４８０のモジュール式構成要素のための経路を提供する。例えば、モジュールシャフト及びモジュール変換器は、外科用器具のハンドルに対して一体に取り付けられると、通信回路７４２２を介して制御プログラムをハンドルにアップロードすることができる。
ディスプレイ回路セグメント７４２４は、ＬＣＤディスプレイ７４２６を備えている。ＬＣＤディスプレイ７４２６は、液晶ディスプレイスクリーン、ＬＥＤインジケータなどを備えることができる。いくつかの態様では、ＬＣＤディスプレイ７４２６は、有機発光ダイオード（organic light-emitting diode、ＯＬＥＤ）スクリーンである。ディスプレイは、本明細書に記載される外科用器具６４８０の上に配置されても、埋め込まれても、又は遠隔に配置されてもよい。例えば、ディスプレイは、外科用器具のハンドル上に配置され得る。ディスプレイは、ユーザに感覚フィードバックを提供するように構成される。様々な態様では、ＬＣＤディスプレイ７４２６は、バックライトを更に備える。いくつかの態様では、外科用器具はまた、スピーカ又はブザーなどの可聴フィードバック装置と、触覚アクチュエータなどの触覚フィードバック装置とを備えることができる。
モータ制御回路セグメント７４２８は、モータ７４３２に結合されたモータ制御回路７４３０を備える。モータ７４３２は、ドライバ及びＦＥＴなどのトランジスタによってプロセッサに結合されている。様々な態様では、モータ制御回路７４３０は、プロセッサと信号通信するモータ電流センサを含み、モータの電流引き込みの測定値を示す信号をプロセッサに提供する。プロセッサは、ディスプレイに信号を送信する。ディスプレイは、この信号を受信して、モータ７４３２の電流引き込みの測定値を表示する。プロセッサは、信号を使用して、例えば、モータ７４３２の電流引き込みが許容範囲内に存在することを監視し、電流引き込みを複数の回路セグメントの１つ又は２つ以上のパラメータと比較し、かつ患者処置部位の１つ又は２つ以上のパラメータを決定することができる。様々な態様では、モータ制御回路７４３０は、モータの動作を制御するモータコントローラを備える。例えば、モータ制御回路７４３０は、例えばモータ７４３２の速度、トルク、及び加速度を調整することなどによって、様々なモータパラメータを制御する。この調整は、モータ電流センサにより測定されたモータ７４３２を通る電流に基づいて行われる。
様々な態様では、モータ制御回路７４３０は、モータ７４３２によって生成される力及びトルクを測定する力センサを備える。モータ７４３２は、本明細書に記載される外科用器具６４８０の機構を作動させるように構成される。例えば、モータ７４３２は、外科用器具のシャフトの作動を制御して、クランプ、回転、及び関節運動機能を実現するように構成される。例えば、モータ７４３２は、外科用器具のジョーとのクランプ運動を実現するようにシャフトを作動させることができる。モータコントローラは、ジョーによってクランプされた材料が、組織又は金属であるかを決定することができる。モータコントローラはまた、ジョーが材料をクランプする程度を決定してもよい。例えば、モータコントローラは、感知されたモータ電流又はモータ電圧の誘導体に基づいて、ジョーの開閉の程度を決定することができる。いくつかの態様では、モータ７４３２は、変換器を作動させて、変換器にトルクをハンドルに印加させるように、又は外科用器具の関節運動を制御させるように構成される。モータ電流センサは、モータコントローラと相互作用して、モータ電流制限を設定することができる。電流が既定の閾値制限を満たす場合、モータコントローラは、モータ制御動作の対応する変更を開始する。例えば、モータ電流制限を超えると、モータコントローラにモータの電流引き込みを低減させる。
エネルギー処置回路セグメント７４３４は、本明細書に記載される外科用器具６４８０のエネルギーモジュール機能を実装するために、ＲＦ増幅器及び安全回路７４３６、並びに超音波信号発生器回路７４３８を含む。様々な態様では、ＲＦ増幅器及び安全回路７４３６は、ＲＦ信号を生成することによって外科用器具のＲＦモダリティを制御するように構成される。超音波信号発生器回路７４３８は、超音波信号を生成することによって超音波エネルギーモダリティを制御するように構成される。ＲＦ増幅器及び安全回路７４３６、並びに超音波信号発生器回路７４３８は、合同して組み合わせＲＦ及び超音波エネルギーモダリティを制御するように動作することができる。
シャフト回路セグメント７４４０は、シャフトモジュールコントローラ７４４２、モジュール制御アクチュエータ７４４４、１つ又は２つ以上のエンドエフェクタセンサ７４４６、及び不揮発性メモリ７４４８を備える。シャフトモジュールコントローラ７４４２は、プロセッサによって実行される制御プログラムを含む複数のシャフトモジュールを制御するように構成される。複数のシャフトモジュールは、超音波、組み合わせ超音波及びＲＦ、ＲＦ Ｉ－ブレード並びにＲＦ対向可能なジョーなどのシャフトモダリティを実装する。シャフトモジュールコントローラ７４４２は、プロセッサが実行する対応するシャフトモジュールを選択することによって、シャフトモダリティを選択することができる。モジュール制御アクチュエータ７４４４は、選択されたシャフトモダリティに従ってシャフトを作動させるように構成される。作動が開始された後、シャフトは、選択されたシャフトモダリティ及び選択されたエンドエフェクタモダリティに固有の１つ又は２つ以上のパラメータ、ルーチン又はプログラムに従ってエンドエフェクタを関節接合する。エンドエフェクタに位置する１つ又は２つ以上のエンドエフェクタセンサ７４４６は、力センサ、温度センサ、電流センサ、又は運動センサを含むことができる。１つ又は２つ以上のエンドエフェクタセンサ７４４６は、エンドエフェクタによって実施されたエネルギーモダリティに基づいて、エンドエフェクタの１つ又は２つ以上の動作に関するデータを送信する。様々な態様では、エネルギーモデルは、超音波エネルギーモダリティ、ＲＦエネルギーモダリティ又は超音波エネルギーモダリティ及びＲＦエネルギーモダリティとの組み合わせを含む。不揮発性メモリ７４４８は、シャフト制御プログラムを記憶する。制御プログラムは、シャフトに固有の１つ又は２つ以上のパラメータ、ルーチン又はプログラムを含む。様々な態様では、不揮発性メモリ７４４８は、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、又はフラッシュメモリであってもよい。不揮発性メモリ７４４８は、本明細書に記載される外科用器具６４８０の選択されたシャフトに対応するシャフトモジュールを記憶する。シャフトモジュールは、動作中に使用される外科用器具シャフトに応じて、シャフトモジュールコントローラ７４４２によって不揮発性メモリ７４４８内で変更又はアップグレードされてもよい。
図４１は、本開示の少なくとも１つの態様による、モータ制御機能を備える外科用器具の様々な構成要素の回路７９２５の回路図である。様々な態様では、本明細書に記載される外科用器具６４８０は、外科用器具６４８０に関連する種々の動作を実施するために、シャフト及び／又はギア構成要素を駆動するように構成されている駆動機構７９３０を含んでもよい。一態様では、駆動機構７９３０は、例えばエンドエフェクタを、ハンドルハウジングに対して長手方向軸線を中心に回転させるように構成された回転ドライブトレーン７９３２を含む。駆動機構７９３０は、ジョー部材を閉じてエンドエフェクタで組織を把持するように構成された閉鎖ドライブトレーン７９３４を更に含む。更に、駆動機構７９３０は、エンドエフェクタのクランプアーム部分を開閉して、エンドエフェクタで組織を把持するように構成された発射ドライブトレーン７９３６を含む。
駆動機構７９３０は、外科用器具のハンドルアセンブリ内に位置することができるセレクタギアボックスアセンブリ７９３８を含む。セレクタギアボックスアセンブリ７９３８の近位には、ドライブトレーン７９３２、７９３４、７９３６のうちの１つを選択的に位置決めして任意の第２のモータ７９４４及びモータ駆動回路７９４６（第２のモータ７９４４及びモータ駆動回路７９４６が任意の構成要素であることを示すように破線で示される）の入力駆動構成要素と係合させるためにセレクタギアボックスアセンブリ７９３８内でギア要素を選択的に移動させるように機能する、第１のモータ７９４２を含む機能選択モジュールがある。
引き続き図４１を参照すると、モータ７９４２、７９４４は、モータ制御回路７９４６、７９４８にそれぞれ結合され、モータ制御回路７９４６、７９４８は電源７９５０からモータ７９４２、７９４４への電気エネルギーの流れを含む、モータ７９４２、７９４４の動作を制御するように構成されている。電源７９５０は、ＤＣ電池（例えば、再充電可能な鉛ベース、ニッケルベース、リチウムイオンベースの電池など）又は外科用器具に電気エネルギーを提供するために好適な任意の他の電源であってよい。
外科用器具は、マイクロコントローラ７９５２（「コントローラ」）を更に含む。特定の例では、コントローラ７９５２は、マイクロプロセッサ７９５４（「プロセッサ」）と、１つ又は２つ以上のコンピュータ可読媒体又はメモリユニット７９５６（「メモリ」）と、を含んでもよい。特定の例では、メモリ７９５６は、様々なプログラム命令を記憶することができ、それが実行されると、プロセッサ７９５４に、本明細書に記載される複数の機能及び／又は計算を実施させることができる。電源７９５０は、例えば、コントローラ７９５２に電力を供給するように構成することができる。
プロセッサ７９５４は、モータ制御回路７９４６と通信し得る。更に、メモリ７９５６は、ユーザ入力７９５８又はフィードバック要素７９６０に応答してプロセッサ７９５４によって実行されると、モータ制御回路７９４６にモータ７９４２を刺激させて少なくとも１つの回転運動を発生させ、セレクタギアボックスアセンブリ７９３８内のギア要素を選択的に移動させて、ドライブトレーン７９３２、７９３４、７９３６のうちの１つを第２のモータ７９４４の入力駆動構成要素と係合するように選択的に位置決めすることができる、プログラム命令を記憶することができる。更に、プロセッサ７９５４は、モータ制御回路７９４８と通信し得る。メモリ７９５６はまた、ユーザ入力７９５８に応答してプロセッサ７９５４によって実行されたとき、モータ制御回路７９４８にモータ７９４４を刺激させて少なくとも１つの回転運動を発生させ、例えば、第２のモータ７９４８の入力駆動構成要素と係合されたドライブトレーンを駆動することができる、プログラム命令を記憶することができる。
コントローラ７９５２及び／又は本開示の他のコントローラは、集積型及び／若しくは離散型のハードウェア要素、ソフトウェア要素、並びに／又は両方の組み合わせを使用して実装されてもよい。集積型ハードウェア要素の例としては、プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、集積回路、ＡＳＩＣ、ＰＬＤ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、論理ゲート、レジスタ、半導体素子、チップ、マイクロチップ、チップセット、マイクロコントローラ、システムオンチップ（ＳｏＣ）、及び／又はシングルインラインパッケージ（single in-line package、ＳＩＰ）が挙げられ得る。離散的なハードウェア要素の例としては、論理ゲート、電界効果トランジスタ、双極トランジスタ、抵抗器、コンデンサ、インダクタ、及び／若しくはリレーなど、回路並びに／又は回路素子が挙げられ得る。ある特定の例では、コントローラ７９５２は、例えば、１つ又は２つ以上の基板上に離散型及び集積型の回路素子又は構成要素を備えるハイブリッド回路を含んでもよい。
特定の例では、コントローラ７９５２及び／又は本開示の他のコントローラは、例えば、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＬＭ ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲであってもよい。特定の例では、Ｔｅｘａｓ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＬＭ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲは、容易に利用可能な他の特性の中でも特に、最大４０ＭＨｚ、２５６ＫＢの単一サイクルフラッシュメモリ若しくは他の不揮発性メモリのオンチップメモリ、４０ＭＨｚ超の性能を改善するプリフェッチバッファ、３２ＫＢの単一サイクルＳＲＡＭ、ＳｔｅｌｌａｒｉｓＷａｒｅ（登録商標）ソフトウェアを搭載した内部ＲＯＭ、２ＫＢのＥＥＰＲＯＭ、１つ又は２つ以上のＰＷＭモジュール、１つ又は２つ以上のＱＥＩアナログ、１２個のアナログ入力チャネルを備える１つ又は２つ以上の１２ビットＡＤＣを含む、ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ４Ｆプロセッサコアである。他のマイクロコントローラが、本開示と共に使用するために容易に代用され得る。したがって、本開示は、この文脈に限定されるべきではない。
様々な例では、本明細書に記載される様々な工程のうちの１つ又は２つ以上は、組み合わせ論理回路又は順序論理回路のいずれかを含む有限状態マシンによって実施可能であり、組み合わせ論理回路又は順序論理回路のいずれかが、少なくとも１つのメモリ回路に結合される。少なくとも１つのメモリ回路は、有限状態マシンの現在の状態を記憶する。組み合わせ又は順序論理回路は、有限状態マシンをこれらの工程に供するように構成される。順序論理回路は、同期又は非同期であってもよい。他の事例では、本明細書に記載される様々な工程のうちの１つ又は２つ以上は、例えば、プロセッサ７９５８と有限状態マシンとの組み合わせを含む回路によって実施され得る。
様々な例では、適切な機能を保証するために外科用器具の機能の状態を評価することが可能であることが有利であり得る。例えば、上で説明されたような、外科用器具の様々な動作を実施するために様々なモータ、ドライブトレーン及び／又はギア構成要素を含むように構成された駆動機構が、経時的に摩耗することが考えられる。これは、通常の使用を通じて起こり得るが、いくつかの例では、駆動機構は、酷使条件に起因してより早く摩耗し得る。ある特定の例では、外科用器具は、駆動機構及びその様々な構成要素の状態、例えば、健全さを決定するために自己評価を実施するように構成することができる。
例えば、自己診断を使用して、外科用器具が再滅菌前にその機能を実施することが可能である場合、又は構成要素のうちのいくつかを交換及び／又は修復すべき場合を決定することができる。回転ドライブトレーン７９３２、閉鎖ドライブトレーン７９３４、及び／又は発射ドライブトレーン７９３６を含むがこれらに限定されない駆動機構及びその構成要素の評価は、様々な方法で達成することができる。予測された性能からのずれの大きさを使用して、感知された故障の可能性及びそのような故障の深刻度を決定することができる。繰り返し可能に予測可能なイベントの周期的解析、予想される閾値を超えるピーク又はドロップ及び故障の幅を含む、いくつかのメトリックが使用され得る。
様々な例では、適切に機能する駆動機構又はその構成要素のうちの１つ又は２つ以上の特徴的波形を用いて、駆動機構又はその構成要素のうちの１つ又は２つ以上の状態を評価することができる。１つ又は２つ以上の振動センサは、適切に機能する駆動機構又はその構成要素のうちの１つ又は２つ以上に対して配置して、適切に機能する駆動機構又はその構成要素のうちの１つ又は２つ以上の動作中に起こる様々な振動を記録することができる。記録された振動を用いて、特徴的な波形を生成することができる。将来の波形を特徴的な波形と比較して、駆動機構及びその構成要素の状態を評価することができる。
引き続き図４１を参照すると、外科用器具７９３０は、ドライブトレーン７９３２、７９３４、７９３６のうちの１つ又は２つ以上の、１つ又は２つ以上の音響出力を記録及び分析するように構成されたドライブトレーン故障検出モジュール７９６２を含む。プロセッサ７９５４は、モジュール７９６２と通信し得るか、又は他の方法で制御することができる。下でより詳細に説明されるように、モジュール７９６２は、回路、ハードウェア、処理装置（例えば、プロセッサ７９５４）によって実行可能なコンピュータ可読プログラム命令を記憶するコンピュータ可読媒体（例えば、メモリ７９５６）を備えるコンピュータプログラム製品、又はそれらのいくつかの組み合わせなどの様々な手段として具現化することができる。いくつかの態様では、プロセッサ３６は、モジュール７９６２を含み得るか、又は他の方法で制御することができる。
図４２は、本開示の少なくとも１つの態様による、超音波電気機械システム１３２００２の周波数を制御し、そのインピーダンスを検出するための代替的システム１３２０００である。システム１３２０００は発生器に組み込まれてもよい。メモリ１３２０２６に結合されたプロセッサ１３２００４は、プログラム可能カウンタ１３２００６をプログラムして、超音波電気機械システム１３２００２の出力周波数ｆｏに同調させる。入力周波数は、水晶発振器１３２００８によって生成され、周波数を好適な値にスケーリングするために固定カウンタ１３２０１０に入力される。固定カウンタ１３２０１０及びプログラム可能カウンタ１３２００６の出力は、位相／周波数検出器１３２０１２に適用される。位相／周波数検出器１３２０１２の出力は、増幅器／アクティブフィルタ回路１３２０１４に印加されて、電圧制御式発振器１３２０１６（voltage controlled oscillator、ＶＣＯ）に印加される調整電圧Ｖｔを生成する。ＶＣＯ１３２０１６は、同等な電気回路として本明細書にモデル化されて示される超音波電気機械システム１３２００２の超音波変換器部分に出力周波数ｆｏを適用する。超音波変換器に印加される電圧信号及び電流信号は、電圧センサ１３２０１８及び電流センサ１３２０２０によって監視される。
電圧センサ１３２０１８及び電流センサ１３０２０の出力は、電圧センサ１３２０１８及び電流センサ１３０２０によって測定される電圧と電流との間の位相角を決定するために、別の位相／周波数検出器１３２０２２に印加される。位相／周波数検出器１３２０２２の出力は、高速アナログ－デジタル変換器１３２０２４（ＡＤＣ）の１つのチャネルに適用され、それを介してプロセッサ１３２００４に提供される。任意で、超音波電気機械システム１３２００２に印加される電圧信号と電流信号との間の位相角を決定するために、電圧センサ１３２０１８及び電流センサ１３２０２０の出力は、２チャネルＡＤＣ１３２０２４のそれぞれのチャネルに印加されて、ゼロ交差、ＦＦＴ、又は本明細書に記載される他のアルゴリズムのためにプロセッサ１３２００４に提供されてもよい。
任意で、出力周波数ｆｏに比例する調整電圧Ｖｔは、ＡＤＣ１３２０２４を介してプロセッサ１３２００４にフィードバックされてもよい。これは、出力周波数ｆｏと比例するフィードバック信号をプロセッサ１３２００４に提供し、このフィードバックを使用して出力周波数ｆｏを調整及び制御することができる。
温度推定
図４３Ａ～図４３Ｂは、本開示の少なくとも１つの態様による、低温（室温）及び高温の超音波ブレードを備える同じ超音波装置の複素インピーダンススペクトルのグラフ表示１３３０００、１３３０１０である。本明細書で使用するとき、低温超音波ブレードは、室温の超音波ブレードを指し、高温超音波ブレードは、使用中に摩擦により加熱された後の超音波ブレードを指す。図４３Ａは、低温及び高温の超音波ブレードを備える同じ超音波装置の共振周波数ｆｏの関数としてのインピーダンス位相角φのグラフ表示１３３０００であり、図４３Ｂは、低温及び高温超音波ブレードを備える同じ超音波装置の共振周波数ｆｏの関数としてのインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜のグラフ表示１３３０１０である。インピーダンス位相角φ及びインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜は、共振周波数ｆｏにおいて最小である。
超音波変換器インピーダンスＺｇ（ｔ）は、駆動信号発生器電圧Ｖｇ（ｔ）及び電流Ｉｇ（ｔ）駆動信号の比として測定することができる。
Figure 0007258892000006
図４３Ａに示すように、超音波ブレードが、例えば室温などの低温で、摩擦により加熱されていないとき、超音波装置の電気機械的共振周波数ｆｏは約５５，５００Ｈｚであり、超音波変換器の励起周波数は５５，５００Ｈｚに設定される。したがって、超音波変換器が電気機械的共振周波数ｆｏで励起され、超音波ブレードが低温であるとき、位相角φは、低温ブレードプロット１３３００２によって示されるように最小又は約０Ｒａｄである。図４３Ｂに示すように、超音波ブレードが低温であり、超音波変換器が電気機械的共振周波数ｆｏで励起されるとき、インピーダンスの大きさ｜Ｚ｜は８００Ωであり、例えば、インピーダンスの大きさ｜Ｚ｜は最小インピーダンスであり、駆動信号振幅は、図２５に示す超音波電気機械システムの直列共振等価回路のために最大である。
ここで再び図４３Ａ及び図４３Ｂを参照すると、超音波変換器が、発生器電圧Ｖｇ（ｔ）信号及び発生器電流Ｉｇ（ｔ）信号によって５５，５００Ｈｚの電気機械的共振周波数ｆｏで駆動されると、発生器電圧Ｖｇ（ｔ）信号と発生器電流Ｉｇ（ｔ）信号との間の位相角φはゼロであり、インピーダンスの大きさ｜Ｚ｜は最小インピーダンス、例えば８００Ωであり、信号振幅は、超音波電気機械システムの直列共振等価回路のためにピーク又は最大である。超音波ブレードの温度が増加すると、使用中に発生する摩擦熱に起因して、超音波装置の電気機械的共振周波数ｆｏ’は減少する。超音波変換器は依然として発生器電圧Ｖｇ（ｔ）信号及び発生器電流Ｉｇ（ｔ）信号によって５５，５００Ｈｚの前の（低温ブレード）電気機械的共振周波数ｆｏで駆動されるため、超音波装置はオフ共振ｆｏ’で動作し、発生器電圧Ｖｇ（ｔ）信号と発生器電流Ｉｇ（ｔ）信号との間の位相角φにシフトを引き起こす。また、５５，５００Ｈｚの前の（低温ブレード）電気機械的共振周波数に対する駆動信号のインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜の上昇及びピーク大きさの低下も存在する。したがって、超音波ブレードの温度は、発生器電圧Ｖｇ（ｔ）信号と発生器電流Ｉｇ（ｔ）信号との間の位相角φを、超音波ブレードの温度変化による電気機械的共振周波数ｆｏの変化として測定することによって推定することができる。
上述したように、電気機械的超音波システムは、超音波変換器と、導波管と、超音波ブレードと、を含む。上述したように、超音波変換器は、静電容量を有する第１ブランチと、共振器の電気機械特性を規定する直列接続されたインダクタンス、抵抗、及び容量を有する第２「動作」ブランチと、を含む等価直列共振回路（図２５を参照）としてモデル化されてもよい。電気機械的超音波システムは、超音波変換器、導波管、及び超音波ブレードの物理的特性によって定義される初期電気機械的共振周波数を有する。超音波変換器は、電気機械的共振周波数、例えば電気機械的超音波システムの共振周波数と等しい周波数での交流電圧Ｖｇ（ｔ）及び電流Ｉｇ（ｔ）信号によって励起される。電気機械的超音波システムが共振周波数で励起されると、電圧Ｖｇ（ｔ）信号と電流Ｉｇ（ｔ）信号との間の位相角φはゼロである。
別の言い方をすれば、共振時に、電気機械的超音波システムの相似の誘導性インピーダンスは、電気機械的超音波システムの相似の容量性インピーダンスに等しい。例えば組織との摩擦係合のために超音波ブレードが加熱すると、超音波ブレード（等価静電容量としてモデル化される）のコンプライアンスによって、電気機械的超音波システムの共振周波数が変化する。本実施例では、超音波ブレードの温度が上昇するにつれて、電気機械的超音波システムの共振周波数は低下する。したがって、電気機械的超音波システムの相似の誘導性インピーダンスは、電気機械的超音波システムの相似の容量性インピーダンスともはや等しくなく、それにより電気機械的超音波システムの駆動周波数と新たな共振周波数との間に不整合が引き起こされる。そのため、高温の超音波ブレードの場合、電気機械的超音波システムは「オフレゾナンス」を動作させる。駆動周波数と共振周波数との間の不整合は、超音波変換器に印加される電圧Ｖｇ（ｔ）信号と電流Ｉｇ（ｔ）信号との間の位相角φとして現れる。
上述したように、発生器電子機器は、超音波変換器に印加される電圧Ｖｇ（ｔ）信号と電流Ｉｇ（ｔ）信号との間の位相角φを容易に監視することができる。位相角φは、上述の技術の中でもとりわけ、フーリエ分析、加重最小二乗推定、カルマンフィルタリング、空間ベクトルベースの技術、ゼロ交差法、リサージュ図形、三電圧計法、交差コイル法、ベクトル電圧計及びベクトルインピーダンス法、位相標準機器、位相ロックループによって決定することができる。発生器は、位相角φを連続的に監視し、位相角φがゼロになるまで駆動周波数を調整することができる。この時点で、新しい駆動周波数は、電気機械的超音波システムの新しい共振周波数に等しい。位相角φ及び／又は発生器駆動周波数の変化は、超音波ブレードの温度の間接的又は推定測定値として使用することができる。
これらのスペクトルのデータから温度を推定するために、様々な技術が利用可能である。最も注目すべきことに、超音波ブレードの温度と測定されたインピーダンスとの間の動的関係をモデル化するために、発生器駆動周波数の範囲にわたって、時変の非線形状態空間方程式のセットを採用することができ、
Figure 0007258892000007
 ここで発生器駆動周波数の範囲は装置モデルに固有である。
温度推定の方法
超音波ブレードの温度を推定又は推測する１つの態様は、３つの工程を含み得る。第１に、時間及びエネルギー依存性の温度及び周波数の状態空間モデルを定義する。周波数成分の関数として温度をモデル化するために、一組の非線形状態空間方程式を使用して、電気機械的共振周波数と超音波ブレードの温度との間の関係をモデル化する。第２に、経時的に温度推定器及び状態空間モデルの精度を改善するためにカルマンフィルタを適用する。第３に、超音波変換器、及びひいては超音波ブレードに印加する電力を制御して超音波ブレードの温度を調節するために、カルマンフィルタのフィードバックループに状態推定器が設けられる。３つの工程を以下に記載する。
工程１
第１の工程は、時間及びエネルギー依存性の温度及び周波数の状態空間モデルを定義することである。周波数成分の関数として温度をモデル化するために、一組の非線形状態空間方程式を使用して、電気機械的共振周波数と超音波ブレードの温度との間の関係をモデル化する。一態様では、状態空間モデルは、以下の式によって与えられる。
Figure 0007258892000008
状態空間モデルは、固有周波数Ｆｎ（ｔ）、温度Ｔ（ｔ）、エネルギーＥ（ｔ）、及び時間ｔに対する、電気機械的超音波システムの固有周波数
Figure 0007258892000009
 の変化率及び超音波ブレードの温度
Figure 0007258892000010
 の変化率を表す。
Figure 0007258892000011
 は、電気機械的超音波システムの固有周波数数Ｆｎ（ｔ）、超音波ブレードの温度Ｔ（ｔ）、超音波ブレードに印加されるエネルギーＥ（ｔ）、及び時間ｔなどの測定可能かつ観察可能な変数の可観測性を表す。超音波ブレードの温度Ｔ（ｔ）は、推定値として観察可能である。
工程２
第２の工程は、温度推定器及び状態空間モデルを改善するためにカルマンフィルタを適用することである。図４４は、等式に従って、インピーダンスに基づいて温度推定器及び状態空間モデルを改善するためのカルマンフィルタ１３３０２０の図であり、
Figure 0007258892000012
 これは、本開示の少なくとも１つの態様による、様々な周波数で測定された超音波変換器にわたるインピーダンスを表す。
カルマンフィルタ１３３０２０は、温度推定性能を改善するために用いられてもよく、ノイズの多いデータの中で温度予測を改善するための外部センサ、モデル、又は事前情報の増強を可能にする。カルマンフィルタ１３３０２０は、レギュレータ１３３０２２及びプラント１３３０２４を含む。制御理論では、プラント１３３０２４は、プロセスとアクチュエータとの組み合わせである。プラント１３３０２４は、システムの入力信号と出力信号との間の関係を示す伝達関数と称され得る。レギュレータ１３３０２２は、状態推定器１３３０２６及びコントローラＫ１３３０２８を含む。状態レギュレータ１３３０２６は、フィードバックループ１３３０３０を含む。状態レギュレータ１３３０２６は、入力としてプラント１３３０２４の出力であるｙと、フィードバック変数ｕと、を受信する。状態推定器１３３０２６は、システムの状態の真の値に収束する内部フィードバックシステムである。状態推定器１３３０２６の出力は、
Figure 0007258892000013
 であり、完全なフィードバック制御変数は、電気機械的超音波システムのＦｎ（ｔ）、超音波ブレードの温度の推定値Ｔ（ｔ）、超音波ブレードに印加されるエネルギーＥ（ｔ）、位相角φ、及び時間ｔを含む。コントローラＫ１３３０２８への入力は
Figure 0007258892000014
 であり、コントローラＫ１３３０２８の出力ｕは、状態推定器１３３０２６及びプラント１３３０２４のｔにフィードバックされる。
線形二次推定（ＬＱＥ）としても知られるカルマンフィルタリングは、統計ノイズ及び他の不正確さを含む、経時的に観察される一連の測定値を使用し、単各時間枠の変数にわたる結合確率分布を推定し、したがって実際の測定値の最大尤度推定値を計算することによって、単一の測定のみに基づくものよりも正確となる傾向がある未知の変数の推定値を生成する、アルゴリズムである。アルゴリズムは、２段階プロセスで機能する。予測工程では、カルマンフィルタ１３３０２０は、それらの不確実性と共に、現在の状態変数の推定値を生成する。次の測定の結果が観察されると（ランダムノイズを含むいくらかの量のエラーで必然的に破損する）、これらの推定値は加重平均を使用して更新され、より高い確実性の推定にはより高い重みが与えられる。アルゴリズムは再帰的であり、現在の入力測定値並びに以前に計算された状態及びその不確実性マトリックスのみを使用してリアルタイムで実行することができ、追加の過去の情報は必要とされない。
カルマンフィルタ１３３０２０は、電気機械的超音波システムの動的モデル、そのシステムへの既知の制御入力、並びに超音波変換器に適用された信号の固有周波数及び位相角（例えば、超音波変換器の電気インピーダンスの大きさ及び位相）の複数の連続測定値（観測）を使用して、電気機械的超音波システムの変化する量の推定値（その状態）を形成して電気機械的超音波システムの超音波ブレード部分の温度を予測し、これは、１つの測定値のみを使用して得られる推定値よりも良好である。したがって、カルマンフィルタ１３３０２０は、超音波ブレードの温度の最大尤度推定値を提供するためのセンサ及びデータ融合を含むアルゴリズムである。
カルマンフィルタ１３３０２０は、固有周波数及び位相シフトデータを測定するために、超音波変換器に適用された信号のノイズの多い測定値による不確実性を効果的に処理し、また、ランダムな外部要因による不確実性を効果的に処理する。カルマンフィルタ１３３０２０は、加重平均を使用したシステムの予測された状態と新たな測定値との平均として、電気機械的超音波システムの状態の推定値を生成する。加重値は、より良好な（即ち、より小さい）推定不確実性を提供し、非加重値よりも「信頼できる」ものである。加重は、システム状態の予測の推定された不確実性の尺度である共分散から算出され得る。加重平均の結果は、予測された状態と測定された状態との間に位置する新たな状態推定値であり、いずれか単独よりも良好な推定不確実性を有する。このプロセスは、全ての時間工程で繰り返され、新たな推定値及びその共分散は、以下の反復で使用される予測を提供する。カルマンフィルタ１３３０２０のこの再帰的性質は、新しい状態を計算するのに、電気機械的超音波システムの状態の全履歴ではなく最後の「最良の推測」のみを必要とする。
測定値及び現在状態推定値の相対的確実性は重要な考慮事項であり、カルマンフィルタ１３３０２０のゲインＫに関するフィルタの応答について議論することが一般的である。カルマンゲインＫは、測定値及び現在状態推定値に与えられる相対重みであり、特定の性能を達成するために「調整」され得る。高いゲインＫの場合、カルマンフィルタ１３３０２０は、最新の測定値により多くの重みを配置し、そのため、最新の測定値に対してより応答的に従う。低いゲインＫの場合、カルマンフィルタ１３３０２０は、モデル予測値に対してより厳密に従う。極値においては、１に近い高ゲインは、より変動的な推定軌道をもたらし、ゼロに近い低ゲインは、ノイズを除去するが応答性を低下させる。
カルマンフィルタ１３３０２０の実際の計算を実行するとき（後述するとおり）、状態推定値及び共分散は、単一の計算セットに関与する複数の次元を扱うためにマトリックスにコード化される。これにより、遷移モデル又は共分散のいずれかにおいて、様々な状態変数（位置、速度、及び加速度など）間の直線関係の表現を可能にする。カルマンフィルタ１３３０２０の使用は、誤差がガウスであると仮定しない。しかしながら、カルマンフィルタ１３３０２０は、全ての誤差がガウス分布である特別な場合における正確な条件的確率推定値をもたらす。
工程３
第３の工程は、超音波変換器、及びひいては超音波ブレードに印加される電力を制御して超音波ブレードの温度を調節するために、カルマンフィルタ１３３０２０のフィードバックループ１３３０３２内の状態推定器１３３０２６を使用する。
図４５は、本開示の少なくとも１つの態様による、推定値を最大化するために、図４４に示すカルマンフィルタ１３３０２０の状態推定器１３３０２６によって採用される３つの確率分布のグラフ表示１３３０４０である。確率分布は、前確率分布１３３０４２、予測（状態）確率分布１３３０４４、及び観測確率分布１３３０４６を含む。３つの確率分布１３３０４２、１３３０４４、１３３０４６７は、本開示の少なくとも１つの態様による、様々な周波数で測定された超音波変換器にわたるインピーダンスに基づいて温度を調節するために、超音波変換器に印加される電力のフィードバック制御に使用される。インピーダンスに基づいて温度を調節するために超音波変換器に印加される電力のフィードバック制御に使用される推定器は、以下の式によって与えられ、
Figure 0007258892000015
 これは、本開示の少なくとも１つの態様による、様々な周波数で測定された超音波変換器にわたるインピーダンスである。
前確率分布１３３０４２は、次の式によって定義される状態変動を含む。
Figure 0007258892000016
状態変動
Figure 0007258892000017
 は、予測（状態）確率分布１３３０４４として表されるシステムの次の状態を予測するために使用される。観測確率分布１３３０４６は、観測分散σｍが以下の式によって与えられるゲインを定義するために用いられる、システム状態の実際の観測値の確率分布である。
Figure 0007258892000018
フィードバック制御
（状態推定器及びカルマンフィルタによって推定される）温度が制御されることを確実にするために、電力入力が低減される。
一態様では、初期の概念実証は、電気機械的超音波システムの固有周波数と超音波ブレードの温度との間の静的直線関係を仮定した。電気機械的超音波システムの固有周波数の関数としての電力を低減すること（すなわち、フィードバック制御によって温度を調節すること）によって、超音波ブレード先端部の温度を直接制御することができる。この実施例では、超音波ブレードの遠位先端部の温度は、Ｔｅｆｌｏｎパッドの融点を超えないように制御され得る。
図４６Ａは、温度フィードバック制御なしの超音波装置の温度対時間のグラフ表示１３３０５０である。超音波ブレードの温度（℃）が縦軸に沿って示され、時間（秒）が横軸に沿って示される。試験は、超音波装置のジョー内に配置されたセーム革を用いて実施した。一方のジョーは超音波ブレードであり、他方のジョーはＴＥＦＬＯＮパッドを有するクランプアームである。超音波ブレードは、超音波ブレードとクランプアームとの間にクランプされたセーム革と摩擦係合する間に、共振周波数で励起された。経時的に、超音波ブレードの温度（℃）は、セーム革との摩擦係合に起因して上昇する。経時的に、超音波ブレードの温度プロファイル１３３０５２は、点１３３０５４に示される約１９．５秒後の温度２２０℃においてセーム革試料が切断されるまで上昇する。温度フィードバック制御なしでは、セーム革試料が切断された後、超音波ブレードの温度はＴＥＦＬＯＮの融点である約３８０℃を大きく超えて最大で約４９０℃の温度まで上昇する。点１３３０５６において、超音波ブレードの温度は、ＴＥＦＬＯＮパッドが完全に融解するまで４９０℃の最高温度に達する。超音波ブレードの温度は、パッドが完全に消滅した後、点１３３０５６におけるピーク温度からわずかに低下する。
図４６Ｂは、本開示の少なくとも１つの態様による、温度フィードバック制御を伴う超音波装置の温度対時間のプロットである。超音波ブレードの温度（℃）が縦軸に沿って示され、時間（秒）が横軸に沿って示される。試験は、超音波装置のジョー内に配置されたセーム革試料を用いて実施した。一方のジョーは超音波ブレードであり、他方のジョーはＴＥＦＬＯＮパッドを有するクランプアームである。超音波ブレードは、超音波ブレードとクランプアームパッドとの間にクランプされたセーム革と摩擦係合する間に、共振周波数で励起された。経時的に、超音波ブレードの温度プロファイル１３３０６２は、点１３３０６４に示される約２３秒後の温度２２０℃においてセーム革試料が切断されるまで上昇する。温度フィードバック制御ありでは、超音波ブレードの温度は、点１３３０６６で示される、ＴＥＦＬＯＮ融点のすぐ下にある約３８０℃の最高温度まで上昇し、続いて概して領域１３３０６８で示される平均約３３０℃まで下げられ、それによってＴＥＦＬＯＮパッドが融解するのを防ぐ。
スマート超音波ブレード技術の適用
超音波ブレードが流体で満たされた手術野に浸漬されると、超音波ブレードは、起動中に冷却され、それと接触する組織を封止及び切断するための効果が減じられる。超音波ブレードの冷却は、十分な熱が組織に送達されないため、より長い起動時間及び／又は止血の問題をもたらし得る。超音波ブレードの冷却を克服するために、これらの流体浸漬条件下で横切開時間を短縮し、好適な止血を達成するために、より多くのエネルギー送達が必要とされ得る。周波数－温度フィードバック制御システムを使用して、超音波ブレード温度が、開始時に特定の温度を下回っているか、又は特定の期間、特定の温度を下回っている状態を維持しているかのいずれかであると検出された場合、発生器の出力電力は、手術野に存在する血液／生理食塩水／他の流体による冷却を相殺するために上昇され得る。
したがって、本明細書に記載される周波数－温度フィードバック制御システムは、特に超音波ブレードが流体で満たされた手術野内に部分的又は全体的に位置するか又は浸漬されるときに、超音波装置の性能を改善することができる。本明細書に記載される周波数－温度フィードバック制御システムは、流体で満たされた手術野における、長い起動時間及び／又は超音波装置の性能に関する潜在的問題を最小化する。
前述したように、超音波ブレードの温度は、以下の式によって与えられる超音波変換器のインピーダンスを検出すること、
Figure 0007258892000019
 あるいは同等に、超音波変換器に印加される電圧Ｖｇ（ｔ）信号と電流Ｉｇ（ｔ）信号との間の位相角φを検出することによって推定することができる。位相角φの情報はまた、超音波ブレードの状態を推定するために使用されてもよい。本明細書で詳細に論じられるように、位相角φは、超音波ブレードの温度の関数として変化する。したがって、位相角φ情報は、超音波ブレードの温度を制御するために用いられてもよい。これは、例えば、超音波ブレードが過度に高温で動作しているときは超音波ブレードに送達される電力を低減し、超音波ブレードが過度に低温で動作しているときは超音波ブレードに送達される電力を増加させることによって行われ得る。図４７Ａ～図４７Ｂは、超音波ブレードの急激な温度低下が検出されたときに超音波変換器に印加される超音波電力を調節するための温度フィードバック制御のグラフ表示である。
図４７Ａは、本開示の少なくとも１つの態様による、時間の関数としての超音波電力出力１３３０７０のグラフ表示である。超音波発生器の電力出力が縦軸に沿って示され、時間（秒）が横軸に沿って示される。図４７Ｂは、本開示の少なくとも１つの態様による、時間の関数としての超音波ブレード温度１３３０８０のグラフ表示である。超音波ブレード温度が縦軸に沿って示され、時間（秒）が横軸に沿って示される。超音波ブレードの温度は、図４７Ａに示されるように、一定電力１３３０７２を印加することによって上昇する。使用中、超音波ブレードの温度は急激に低下する。これは、様々な条件に起因し得るが、使用中に、超音波ブレードが流体で満たされた手術野（例えば、血液、生理食塩水、水など）に浸漬されたときに超音波ブレードの温度が低下すると推定され得る。時間ｔ０において、超音波ブレードの温度は、所望の最低温度１３３０８２未満に低下し、周波数－温度フィードバック制御アルゴリズムは、温度の低下を検出し、超音波ブレードに送達される電力増加（power ramp）１３３０７４によって示される電力の上昇又は「増加（ramp up）」を開始して、超音波ブレードの温度を所望の最低温度１３３０８２を超えて上昇させ始める。
図４７Ａ及び図４７Ｂを参照すると、超音波ブレードの温度が所望の最低温度１３３０８２を超えた状態を維持する限り、超音波発生器は実質的に一定電力１３３０７２を出力する。ｔ０において、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波ブレードの温度が所望の最低温度１３３０７２未満に低下するのを検出すると、周波数－温度フィードバック制御アルゴリズムを開始して、超音波ブレードの温度を最低の所望の温度１３３０８２より高く上昇させる。したがって、発生器の電力は、ｔ０での超音波ブレードの温度の突然の低下の検出に対応するｔ１で増加を開始する（１３３０７４）。周波数－温度フィードバック制御アルゴリズムの下で、超音波ブレードの温度が所望の最低温度１３３０８２を超えるまで、電力は増加を続ける（１３３０７４）。
図４８は、本開示の少なくとも１つの態様による、超音波ブレードの温度を制御するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図１３３０９０である。このプロセスによれば、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方が、図４７Ａ及び図４７Ｂに関連して説明される周波数－温度フィードバック制御アルゴリズムの一態様を実行して、超音波変換器に電力レベルを印加して（１３３０９２）、超音波ブレードにおける所望の温度を達成する。発生器は、超音波変換器を駆動するために印加される電圧Ｖｇ（ｔ）信号と電流Ｉｇ（ｔ）信号との間の位相角φを監視する（１３３０９４）。位相角φに基づいて、発生器は、図４３Ａ～図４５に関連して本明細書に記載される技術を使用して超音波ブレードの温度を推定する（１３３０９６）。発生器は、超音波ブレードの推定温度を所定の所望の温度と比較することによって、超音波ブレードの温度が所望の最低温度未満であるかどうかを判定する（１３３０９８）。次いで、発生器は、比較に基づいて超音波変換器に印加される電力レベルを調節する。例えば、超音波ブレードの温度が所望の最低温度以上であるとき、プロセスは「いいえ」分岐に沿って進み、超音波ブレードの温度が所望の最低温度未満であるときに、「はい」分岐に沿って進む。超音波ブレードの温度が所望の最低温度未満であるとき、発生器は、例えば、電圧Ｖｇ（ｔ）信号及び／又は電流Ｉｇ（ｔ）信号を上昇させることによって、超音波変換器への電力レベルを増加させて（１３３１００）超音波ブレードの温度を上昇させ、超音波ブレードの温度が上昇して最低の所望の温度を超えるまで超音波変換器に印加される電力レベルを増加させ続ける。
適応型高度組織治療パッドセーバモード
図４９は、本開示の少なくとも１つの態様による、血管発射中の時間の関数としての超音波ブレード温度のグラフ表示１３３１１０である。超音波ブレード温度のプロット１３３１１２は、水平軸に沿った時間の関数として垂直軸に沿ってグラフ化される。周波数－温度フィードバック制御アルゴリズムは、超音波ブレードフィードバック制御の温度をジョー感知能力と組み合わせる。周波数－温度フィードバック制御アルゴリズムは、装置の耐久性とのバランスがとれた最適な止血を提供し、クランプアームパッドを保護しながら、最良の封止のためにエネルギーをインテリジェントに送達することができる。
図４９に示すように、血管封止のための最適温度１３３１１４は、第１の標的温度Ｔ１とマークされ、「無限の」クランプアームパッド寿命のための最適温度１３３１１６は、第２の標的温度Ｔ２とマークされる。周波数－温度フィードバック制御アルゴリズムは、超音波ブレードの温度を推定し、超音波ブレードの温度を第１の標的温度閾値Ｔ１と第２の標的温度閾値Ｔ２との間に維持する。したがって、発生器電力出力は、血管を封止し、クランプアームパッドの寿命を延長するための最適な超音波ブレード温度を達成するように駆動される。
最初に、ブレードが加熱して超音波ブレードの温度が上昇し、最終的に第１の標的温度閾値Ｔ１を超えると、超音波ブレードの温度が上昇する。周波数－温度フィードバック制御アルゴリズムが引き継いで、血管横切開がｔ０で完了し（１３３１１８）、超音波ブレード温度が第２の標的温度閾値Ｔ２を下回るまで、ブレードの温度をＴ１に制御する。発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波ブレードがクランプアームパッドと接触するときを検出する。血管横切開がｔ０で完了して検出されると、周波数－温度フィードバック制御アルゴリズムは、超音波ブレードの温度を第２の標的閾値Ｔ２に制御して、クラムアームパッドの寿命を延長することに切り替える。ＴＥＦＬＯＮクランプアームパッドに最適なクランプアームパッド寿命温度は約３２５℃である。一態様では、高度組織治療は、第２の起動トーンでユーザに告知され得る。
図５０は、本開示の少なくとも１つの態様による、図４９に示される２つの温度設定値間の超音波ブレードの温度を制御するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図１３３１２０である。このプロセスによれば、発生器は、周波数－温度フィードバック制御アルゴリズムの一態様を実行して、例えば、超音波変換器に印加される電圧Ｖｇ（ｔ）信号及び／又は電流Ｉｇ（ｔ）信号を調節して、超音波ブレード温度を血管封止に最適化された第１の標的Ｔ１に設定することによって、超音波変換器に第１の電力レベルを印加する（１３３１２２）。前述したように、発生器は、超音波変換器に印加される電圧Ｖｇ（ｔ）信号と電流Ｉｇ（ｔ）信号との間の位相角φを監視し（１３３１２４）、位相角φに基づいて、発生器は、図４３Ａ～図４５に関連して本明細書に記載される技術を使用して超音波ブレードの温度を推定する（１３３１２６）。周波数－温度フィードバック制御アルゴリズムに従い、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、横切開が完了するまで、超音波ブレード温度を第１の標的温度Ｔ１に維持する。周波数－温度フィードバック制御アルゴリズムは、血管横切開プロセスの完了を検出するために用いられてもよい。発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、血管横切開が完了したときを判定する（１３３１２８）。このプロセスは、血管横切開が完了していないときには「いいえ」分岐に沿って進み、血管横切開が完了したときには「はい」分岐に沿って進む。
血管横切開が完了していない場合、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波ブレードの温度が、血管封止及び横切開のために最適化された温度Ｔ１に設定されているかを判定する（１３３１３０）。超音波ブレード温度がＴ１に設定されている場合、プロセスは「はい」分岐に沿って進み、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波変換器に印加され、位相角φに基づく、電圧Ｖｇ（ｔ）信号と電流Ｉｇ（ｔ）信号との間の位相角φの監視（１３３１２４）を継続する。超音波ブレード温度がＴ１に設定されていない場合、プロセスは「いいえ」分岐に沿って進み、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は継続して、超音波変換器に第１の電力レベルを印加する（１３３１２２）。
血管横切開が完了すると、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波変換器に第２の電力レベルを印加して（１３３１３２）、超音波ブレードを、クランプアームパッドの寿命を維持又は延長するために最適化された第２の標的温度Ｔ２に設定する。発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波ブレードの温度が設定温度Ｔ２であるかを判定する（１３３１３４）。超音波ブレードの温度がＴ２に設定されている場合、プロセスは血管横切開手順を完了する（１３３１３６）。
ブレードの開始温度
横切開開始時の超音波ブレードの温度を知ることにより、発生器が、迅速な切断のためにブレードを加熱するために適切な量の電力を送達するか、又はブレードが既に高温である場合は、必要とされるだけの電力を追加することが可能となり得る。この技術は、より一貫した横切開時間を達成し、クラムアームパッド（例えば、ＴＥＦＬＯＮクランプアームパッド）の寿命を延ばすことができる。横切開の開始時の超音波ブレードの温度を知ることにより、発生器が超音波変換器に正しい量の電力を送達して、超音波ブレードの所望の量の変位をもたらす事が可能となり得る。
図５１は、本開示の少なくとも１つの態様による、超音波ブレードの初期温度を判定するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図１３３１４０である。超音波ブレードの初期温度を判定するために、製造プラントにおいて、超音波ブレードの共振周波数が室温又は所定の周囲温度で測定される。ベースライン周波数値が、発生器若しくは器具又はその両方のルックアップテーブルに記録され、記憶される。ベースライン値は、伝達関数を生成するために使用される。超音波変換器起動サイクルの開始時に、発生器は、超音波ブレードの共振周波数を測定し（１３３１４２）、測定された共振周波数をベースライン共振周波数値と比較し（１３３１４４）、周波数の差（Δｆ）を判定する。Δｆは、補正された超音波ブレード温度のルックアップテーブル又は伝達関数と比較される。超音波ブレードの共振周波数は、超音波変換器に印加される電圧Ｖｇ（ｔ）信号及び電流Ｉｇ（ｔ）信号の周波数を掃引することによって判定され得る。共振周波数は、本明細書に記載されるように、位相角φ電圧Ｖｇ（ｔ）信号及び電流Ｉｇ（ｔ）信号がゼロである周波数である。
超音波ブレードの共振周波数が決定されたら、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方が、測定された共振周波数とベースライン共振周波数との間の差に基づいて、超音波ブレードの初期温度を決定する（１３３１４６）。発生器は、例えば、超音波変換器を起動させる前に、電圧Ｖｇ（ｔ）駆動信号若しくは電流Ｉｇ（ｔ）駆動信号又はその両方を、以下の値のうちの１つに調節することによって、超音波変換器に送達される電力レベルを設定する。
発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波ブレードの初期温度が低いか否かを判定する（１３３１４８）。超音波ブレードの初期温度が低い場合、プロセスは、「はい」分岐に沿って進み、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波変換器に高電力レベルを適用し（１３３１５２）、超音波ブレードの温度を上昇させ、血管横切開手順を完了する（１３３１５６）。
超音波ブレードの初期温度が低くない場合、プロセスは、「いいえ」分岐に沿って進み、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波ブレードの初期温度が高いか否かを判定する（１３３１５０）。超音波ブレードの初期温度が高い場合、プロセスは、「はい」分岐に沿って進み、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波変換器に低電力レベルを適用し（１３３１５４）、超音波ブレードの温度を低下させ、血管横切開手順を完了する（１３３１５６）。超音波ブレードの初期温度が高くない場合、プロセスは、「いいえ」分岐に沿って進み、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、血管横切開を完了する（１３３１５６）。
ブレードの不安定性を制御するためのスマートブレード技術
超音波ブレードの温度及び超音波エンドエフェクタのジョー内の内容物は、本明細書に記載の周波数－温度フィードバック制御アルゴリズムを使用して判定することができる。超音波ブレードの周波数／温度関係は、超音波ブレードの不安定性を温度によって制御するために用いられる。
本明細書に記載されるように、超音波ブレードにおける周波数と温度との間には周知の関係がある。いくつかの超音波ブレードは、温度上昇の存在下で、変位の不安定性又はモードの不安定性を呈する。この既知の関係を用いて、超音波ブレードが不安定に近づいているときを解釈し、次いで超音波変換器を駆動する電力レベルを調節して（例えば、超音波変換器に印加される駆動電圧Ｖｇ（ｔ）信号若しくは電流Ｉｇ（ｔ）信号又はその両方を調節することによって）、超音波ブレードの温度を変調して超音波ブレードの不安定性を防止することができる。
図５２は、本開示の少なくとも１つの態様による、超音波ブレードが不安定性に近づいているときを判定し、続いて超音波変換器の不安定性を防止するために超音波変換器への電力を調節する、制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図１３３１６０である。変位又はモードの不安定性を呈する超音波ブレードの周波数／温度関係は、超音波ブレードの温度にわたる駆動電圧Ｖｇ（ｔ）信号若しくは電流Ｉｇ（ｔ）信号又はその両方の周波数を掃引し、結果を記録することによってマッピングされる。発生器によって実行される制御アルゴリズムによって使用／解釈され得る関数又は関係が生成される。トリガ点はこの関係を使用して確立され、超音波ブレードが既知のブレード不安定性に近づいていることを発生器に通知することができる。発生器は、駆動電力レベルが低減されるように（例えば、超音波変換器に印加される駆動電圧Ｖｇ（ｔ）若しくは電流Ｉｇ（ｔ）又はその両方を低減することによって）、周波数－温度フィードバック制御アルゴリズム処理機能及び閉ループ応答を実行して、超音波ブレードの温度をトリガ点以下に変調させて、所与のブレードが不安定性に到達するのを防止する。
利点としては、超音波ブレードの不安定特性を設計から除外する必要がなく、これを本発明の不安定制御技術を使用して補償することができるような、超音波ブレード構成の単純化が挙げられる。本発明の不安定性制御技術は、更に、新しい超音波ブレードの形状を可能にし、加熱された超音波ブレードの応力プロファイルを改善することができる。更に、超音波ブレードは、この技術を使用しない発生器と共に使用される場合、超音波ブレードの性能を低下させるように構成され得る。
論理フロー図１３３１６０によって示されるプロセスによれば、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波変換器に印加される電圧Ｖｇ（ｔ）信号と電流Ｉｇ（ｔ）信号との間の位相角φを監視する（１３３１６２）。発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波変換器に印加される電圧Ｖｇ（ｔ）信号と電流Ｉｇ（ｔ）信号との間の位相角φに基づいて、超音波ブレードの温度を推定する（１３３１６４）。発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波ブレードの推定温度を超音波ブレード不安定性トリガ点閾値と比較する（１３３１６６）。発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波ブレードが不安定性に近づいているかどうかを判定する（１３３１６８）。そうでない場合、プロセスは、「いいえ」分岐に沿って進み、位相角φを監視し（１３３１６２）、超音波ブレードの温度を推定し（１３３１６４）、超音波ブレードが不安定性に近づくまで超音波ブレードの推定温度を超音波ブレードの不安定性トリガ点閾値と比較する（１３３１６６）。次いで、プロセスは「はい」分岐に沿って進み、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方が、超音波変換器に印加される電力レベルを調節して（１３３１７０）、超音波ブレードの温度を変調する。
温度制御を備える超音波封止アルゴリズム
超音波ブレード温度制御のための超音波封止アルゴリズムは、本明細書に記載される周波数－温度フィードバック制御アルゴリズムを用いて止血を改善して、超音波ブレードの周波数／温度関係を利用するために採用され得る。
一態様では、本開示の様々な態様に記載されるように、周波数－温度フィードバック制御アルゴリズムを採用して、温度に関連する測定された共振周波数（分光法を使用して）に基づいて超音波変換器に印加される電力レベルを変更することができる。一態様では、周波数－温度フィードバック制御アルゴリズムは、超音波器具上のエネルギーボタンによって起動されてもよい。
最適な組織効果は、封止サイクルの初期に超音波変換器を駆動する電力レベルを増加させて（例えば、超音波変換器に印加される駆動電圧Ｖｇ（ｔ）若しくは電流Ｉｇ（ｔ）又はその両方を増加させることによって）組織を急速に加熱して乾燥させ、続いて超音波変換器を駆動する電力レベルを低下させて（例えば、超音波変換器に印加される駆動電圧Ｖｇ（ｔ）若しくは電流Ｉｇ（ｔ）又はその両方を低下させることによって）最終的な封止を徐々に形成させることによって得ることができるということは既知である。一態様では、本開示による周波数－温度フィードバック制御アルゴリズムは、高電力レベル段階中に組織が加熱するのにつれて組織が到達することのできる制限を温度閾値上に設定し、続いてクランプジョーパッド（例えばＴＥＦＬＯＮ）の融点に基づいて電力レベルを低下させて超音波ブレードの温度を制御して、封止を完了する。制御アルゴリズムは、止血アルゴリズムの複雑性を低減するための、より応答性／適応性の高い封止のための器具上のエネルギーボタンを作動させることによって実施することができる。
図５３は、本開示の少なくとも１つの態様による、温度制御を伴う超音波封止を提供するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図１３３１８０である。制御アルゴリズムによれば、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、分光法を用いた超音波ブレードの感知（例えばスマートブレード）を起動し（１３３１８２）、超音波ブレードの共振周波数（例えば超音波電気機械システムの共振周波数）を測定して（１３３１８４）、本明細書に記載される周波数－温度フィードバック制御アルゴリズム（分光法）を用いて超音波ブレードの温度を判定する。上述したように、超音波電気機械システムの共振周波数は、電気機械的超音波システムの共振周波数の関数として超音波ブレードの温度を得るようにマッピングされる。
超音波電気機械システムの第１の所望の共振周波数ｆｘは、超音波ブレードの第１の所望の温度Ｚ°に対応する。一態様では、第１の所望の超音波ブレード温度Ｚ°は、組織凝固のための最適温度（例えば、４５０℃）である。超音波電気機械システムの第２の所望の周波数ｆＹは、超音波ブレードの第２の所望の温度ＺＺ°に対応する。一態様では、第２の所望の超音波ブレード温度ＺＺ°は、３３０℃の温度であり、これは、ＴＥＦＬＯＮの場合に約３８０℃であるクランプアームパッドの融点よりも低い。
発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波電気機械システムの測定された共振周波数を第１の所望の周波数ｆｘと比較する（１３３１８６）。換言すれば、プロセスは、超音波ブレードの温度が、最適な組織凝固のための温度よりも低いか否かを判定する。超音波電気機械システムの測定された共振周波数が第１の所望の周波数ｆｘよりも低い場合、プロセスは、「いいえ」分岐に沿って進み、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波電気機械システムの測定された共振周波数が第１の所望の周波数ｆｘを超えるまで、超音波変換器に印加される電力レベルを増加して（１３３１８８）超音波ブレードの温度を上昇させる。この場合、組織凝固プロセスが完了し、プロセスは、超音波ブレードの温度を、第２の所望の周波数ｆｙに対応する第２の所望の温度に制御する。
プロセスは「はい」分岐に沿って進み、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方が、超音波変換器に印加される電力レベルを低減させて（１３３１９０）、超音波ブレードの温度を低下させる。発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波電気機械システムの共振周波数を測定し（１３３１９２）、測定された共振周波数を第２の所望の周波数ｆＹと比較する。測定された共振周波数が第２の所望の周波数ｆＹ以上である場合、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、測定された共振周波数が第２の所望の周波数ｆＹ未満となるまで超音波出力レベルを低下させる（１３３１９０）。周波数－温度フィードバック制御アルゴリズムは、超音波電気機械システムの測定された共振周波数を第２の所望の周波数ｆｙ未満に維持し（例えば、超音波ブレードの温度はクランプアームパッドの融点の温度未満である）、続いて、発生器は、超音波変換器に印加される電力レベルの増加を実行して、組織横切開プロセスが完了する（１３３１９６）まで超音波ブレードの温度を増加させる。
図５４は、本開示の少なくとも１つの態様による、時間の関数としての超音波変換器電流及び超音波ブレード温度のグラフ表示１３３２００である。図５４は、図５３に記載された周波数－温度フィードバック制御アルゴリズムの適用の結果を示す。グラフ図１３３２００は、時間の関数としての超音波変換器電流Ｉｇ（ｔ）の第２のプロット１３３２０４に対する時間の関数としての超音波ブレード温度の第１のプロット１３３２０２を示す。示されるように、変換器Ｉｇ（ｔ）は、超音波ブレード温度が最適な凝固温度である４５０℃に達するまで一定に維持される。超音波ブレード温度が４５０℃に達すると、周波数－温度フィードバック制御アルゴリズムは、例えば、超音波ブレードの温度が、例えばＴＥＦＬＯＮパッドの融点未満である３３０℃未満に低下するまで、変換器電流Ｉｇ（ｔ）を減少させる。
組織の種類の識別又はパラメータ化
様々な態様において、外科用器具（例えば、超音波外科用器具）は、エンドエフェクタによって把持された組織を識別又はパラメータ化し、それに応じて外科用器具の様々な動作パラメータを調整するように構成される。組織の識別又はパラメータ化には、組織の種類（例えば、生理学的組織タイプ）、組織の物理的特性又は属性、組織組成、エンドエフェクタ内又はエンドエフェクタに対する組織の位置などを挙げることができる。以下でより詳細に論じられる一例では、超音波外科用器具は、エンドエフェクタのジョー内で検出された組織のコラーゲン／エラスチン比に従って、超音波ブレードの遠位先端部の変位振幅を調整するように構成されている。前述したように、超音波器具は、超音波導波管を介して超音波ブレードに音響的に結合された超音波変換器を備える。超音波ブレードの変位は、超音波変換器に印加される電力の関数であり、したがって、超音波変換器に供給される電力は、組織の検出されたコラーゲン／エラスチン比に従って変調することができる。以下でより詳細に論じられる別の例では、組織上にクランプアームによって及ぼされる力は、エンドエフェクタに対する組織の位置に従って変調することができる。組織を識別又はパラメータ化するための様々な技術が本明細書に記載されており、更なる詳細は、例えば、その開示が参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、「ＳＭＡＲＴ ＥＮＥＲＧＹ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題する２０１８年６月３０日出願の米国特許仮出願第６２／６９２，７６８号に見出すことができる。
インピーダンス変化を介して組織の位置を決定
図２３に戻って参照すると、本開示の少なくとも１つの態様による、超音波ブレード１１２８及びクランプアーム１１４０を備えるエンドエフェクタ１１２２が示されている。図５５は、本開示の少なくとも１つの態様による、クランプアーム１１４０及び超音波ブレード１１２８を示し、超音波エンドエフェクタ１１２２内の組織の位置決めを描写する、超音波エンドエフェクタ１１２２の底面図である。クランプアーム１１４０と超音波ブレード１１２８との間の組織の位置決めは、遠位領域１３０４２０及び近位領域１３０４２２．など、組織が位置する領域又は区域に従って線引きされ得る。
ここで図２３及び図５５を参照して、本明細書に記載されるように、超音波エンドエフェクタ１１２２は、超音波ブレード１１２８とクランプアーム１１４０との間に組織を把持する。組織が把持されると、超音波発生器（例えば、図２２に関連して説明されている発生器１１００）が、超音波導波管を介して超音波ブレード１１２８に音響的に結合されている超音波変換器に電力を印加するように起動され得る。超音波変換器に印加される電力は、治療的又は非治療的な範囲のエネルギーレベルであり得る。非治療的範囲の印加電力では、結果として生じる超音波ブレード１１２８の変位は、組織を凝固又は切断しないように、把持された組織に影響を及ぼさない、又は最小限影響するだけである。非治療的励起は、超音波変換器のインピーダンスを決定するのに特に有用であり得、これは、他の条件の中でも、例えば、組織の種類、エンドエフェクタ内の組織の位置、異なる組織の種類の比、及び超音波ブレードの温度を含めて、エンドエフェクタ１１２２に存在する様々な条件に基づいて変化する。様々なこれらの条件が、本明細書では説明される。超音波変換器のインピーダンスは、本明細書で説明されるように、
Figure 0007258892000020
 によって与えられる。超音波エンドエフェクタ１１２２での状態が、非治療的超音波エネルギーレベルを使用して決定されると、特定の外科処置に関連付けられた他の変数の中でも、組織治療、効果的なシール、横切開、及び期間を最適化するために、決定されたエンドエフェクタ１１２２の状態に基づいて治療的超音波エネルギーが印加され得る。治療エネルギーは、組織を凝固及び切断するのに十分である。
一態様では、本開示は、図２３及び図５５に示されるように、超音波エンドエフェクタ１１２２のジョー内（すなわち、クランプアーム１１４０と超音波ブレード１１２８との間）に位置する組織の厚さ及び種類を決定するためのアルゴリズムなどの制御プロセスを提供する。エンドエフェクタ１１２２によって把持された物体の様々な状態及び特性を検出することに関する更なる詳細は、下記の「ジョーの状態を決定する（DETERMINING JAW STATE）」の項で、及び「ＳＭＡＲＴ ＥＮＥＲＧＹ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題された米国特許仮出願第６２／６９２，７６８号で論じられている。
図５６は、本開示の少なくとも１つの態様による、所定の超音波発生器電力レベルが増加する範囲にわたって超音波エンドエフェクタ１１２２内の組織の位置の関数としての超音波変換器インピーダンスの変化を示すグラフ表示１３００００である。水平軸１３０００４は、組織の位置を表し、縦軸１３０００２は、変換器インピーダンス（Ω）を表す。第１の又は近位限界１３００１０及び第２の又は遠位限界１３００１２などの水平軸１３０００４に沿った様々な限界は、超音波エンドエフェクタ１１２２内に把持された組織の異なる位置を描写するか、又はそれらに対応し得る。近位及び遠位の組織位置の描写は、図５５（すなわち、近位部分１３０４２２及び遠位部分１３０４２０）に模式的に示されている。プロット１３０００６、１３０００８は、超音波変換器に印加される電力が、最小又は第１の非治療電力レベルＬ１から最大又は第２の非治療電力レベルＬ２まで変化するときの変換器インピーダンスΩの変化を表す。変換器インピーダンスΩの変化が大きいほど、結果として得られるプロットは遠位限界１３００１２に近い。したがって、組織の位置は、様々な限界（例えば、近位限界１３００１０及び遠位限界１３００１２）に対して得られたプロットの位置に対応する。第１のプロット１３０００６において、δ１は、組織がエンドエフェクタ１１２２の近位部分１３０４２２に位置するときの変換器インピーダンスの変化を表す。これは、第１のプロット１３０００６が近位限界１３００１０を超えないという事実から見ることができる。第２のプロット１３０００８において、δ２は、組織がエンドエフェクタ１１２２の遠位端１３００１２に位置するときの変換器インピーダンスの変化を表す。これは、第１のプロット１３０００６が近位限界１３００１０を超え、かつ／又は遠位限界１３００１２の近くに位置するという事実から見ることができる。プロット１３０００６、１３０００８によって示されるように、δ２は、δ１よりもはるかに大きい。
超音波変換器に電力（電圧及び電流）を印加して、超音波ブレード１１２８を非治療範囲（例えば、組織を切断又は凝固するのに十分ではない電力）で作動させるとき、得られる測定された変換器インピーダンス（Ω）は、図５５に示されるような超音波ブレード１１２８の遠位端１３０４２０又は近位端１３０４２２にあるかにかかわらず、エンドエフェクタ１１２２のジョー内の組織の位置の有用な指標である。エンドエフェクタ１１２２内の組織の位置は、超音波変換器に印加される非治療電力レベルが最小電力レベル（例えば、Ｌ１）から最大電力レベル（例えば、Ｌ２）に変化するにつれて、変換器インピーダンスδの変化に基づいて決定することができる。いくつかの態様では、超音波変換器に印加される非治療的電力レベル（複数可）は、超音波ブレード１１２８を、感知振幅又は最小治療振幅未満（例えば、超音波ブレード１１２８の遠位端及び／又は近位端において３５μｍ以下）で振動させることができる。インピーダンスの計算は、本開示において以前に論じられている。第１の電力レベルＬ１が印加されるときに第１の変換器インピーダンスＺ１の測定値が取られ、これは初期測定値を提供し、印加される電力が第２の電力レベルＬ２まで増加されるときに後続のインピーダンスＺ２の測定値が再び取られる。一態様では、第１の電力レベルＬ１＝０．２Ａ及び第２の電力レベルＬ２＝０．４Ａ又は第１の電力レベルＬ１の２倍であり、一方電圧は一定に維持されている。印加された電力レベルに基づく、超音波ブレード１１２８の得られた長手方向変位振幅は、エンドエフェクタ１１２２のジョー内の組織の位置の指標を提供する。一例示的な実装形態では、第１の電力レベルＬ１は、遠位端１３０４２０において３５μｍの長手方向変位振幅、及び近位端１３０４２２において１５μｍを生成する。更に、この例では、第２の電力レベルＬ２は、遠位端１３０４２０において７０μｍの長手方向振幅、及び近位端１３０４２２において３５μｍを生成する。アルゴリズムは、インピーダンスの変化ΔＺｇ（ｔ）を見出すために、第１測定値と第２測定値との間の変換器インピーダンスδの差を計算する。インピーダンスδの変化は、組織の位置に対してプロットされ、インピーダンスのより高い変化が、遠位端１３００１２に分布した組織の位置を表し、インピーダンスのより低い変化が、エンドエフェクタ１１２２の近位端１３００１０に分布した組織の位置を表すことを示す。要するに、電力レベルがＬ１からＬ２に増加するにつれてインピーダンスの大きな変化が存在する場合、組織はエンドエフェクタ１１２２内で遠位のみに位置付けられる。逆に、電力レベルがＬ１からＬ２に増加するにつれてインピーダンスのわずかな変化のみが存在する場合、組織はエンドエフェクタ１１２２内でより分散される。
図５７は、本開示の少なくとも１つの態様による、超音波エンドエフェクタ内の組織の位置に対する時間の関数としての超音波変換器インピーダンスの変化を示すグラフ表示１３００５０である。水平軸１３００５４は時間（ｔ）を表し、縦軸１３００５２は、第１測定値と第２測定値との間の変換器インピーダンス（δ）の変化を表す。プロット１３００６０、１３００６６は、クランプアーム１１４０の食込み内の組織の近位及び遠位位置に対する変換器インピーダンス（δ）対時間（ｔ）の変化を示す。近位及び遠位の組織の位置に関して、クランプアーム１１４０の力が適用されて、超音波エンドエフェクタ１１２２内に組織を保持し、第１の低電力レベルが印加される前に遅延期間が適用され、変換器インピーダンスが測定される。続いて、システムは、第２のより高い電力レベルを印加し、再びインピーダンスを測定する。超音波変換器に印加される第１及び第２の電力レベルの両方は、非治療的電力レベルであることを理解されたい。発生器又は外科用器具のプロセッサ若しくは制御回路部分（例えば、図２１のプロセッサ９０２又は図１８の制御回路７６０）によって実行されるアルゴリズムは、近位及び遠位の組織の位置の第１の電力レベルと第２の電力レベルとの間の変換器インピーダンス（δ）の差を計算する。第１のプロット１３００６０に関連して示されているように、変換器インピーダンス（δ）の差が第１の閾値１３００５６を下回る場合、アルゴリズムは、組織がエンドエフェクタ１１２２の近位部分１３０４２２内に位置すると判定する。第１のプロット１３００６０では、測定値間の変換器インピーダンスの差は、それが１３００６４を第１の閾値１３００５６を下回ってプラトーにするか、又は維持するまで１３００６２を経時的に増加する。第１のプロット１３００６６に関連して示されているように、変換器インピーダンス（δ）の差が第２の閾値１３００５８を上回る場合、アルゴリズムは、組織がエンドエフェクタ１１２２の遠位部分１３０４２０内に位置すると判定する。第２のプロット１３００６６では、測定値間の変換器インピーダンスの差は、それが１３００７０を第２の閾値１３００５８上回ってプラトーにするか、又は維持するまで１３００６８を経時的に増加する。変換器インピーダンス（δ）の差が第１及び第２の閾値１３００５６、１３００５８の間にある場合、アルゴリズムは、組織がエンドエフェクタ１１２２の中央部分１３０４２４内、例えば、エンドエフェクタの近位部分と遠位部分との間、に位置すると判定する。
図５８は、本開示の少なくとも１つの態様による、組織の位置決めを決定するために器具に印加される非治療範囲の電力における動作を特定するための制御プログラム又は論理構成を示す、プロセス１３０１００の論理フロー図である。プロセス１３０１００は、図１８の制御回路７６０などの外科用器具の、又は図２１のプロセッサ９０２などの発生器の、プロセッサ又は制御回路によって実行することができる。簡潔にするために、プロセス１３０１００は、プロセッサによって実行されるものとして説明されるが、以下の説明は、前述の変形を包含することを理解されたい。
プロセス１３０１００の一態様によれば、プロセッサは、クランプアーム１１４０を閉鎖して、クランプアーム１１４０と超音波ブレード１１２８．との間に組織を捕捉するために制御信号を印加する。クランプアーム１１４０が組織上に閉じた後、プロセッサは所定の遅延期間待機して、組織を和らげ、水分をある程度放棄することを可能にする。遅延期間の後、プロセッサは、超音波変換器に印加される電力レベルを第１の非治療電力レベルに設定する（１３０１０２）。任意選択的に、プロセス１３０１００の一態様は、第１の電力が治療電力レベルを下回って設定されていることを検証するために、フィードバック制御を使用することができることを含む。この態様では、プロセッサは、第１の電力レベルが治療電力レベル未満であるかどうかを判定する（１３０１０６）。第１の電力レベルが治療電力レベル以上である場合、プロセス１３０１００は、「いいえ」の分岐に沿って進み、プロセッサは、印加された電力を減少させ（１３０１０８）、第１の電力レベルが治療電力レベル未満になるまでループを続行する。次いで、プロセス１３０１００は、「はい」の分岐に沿って続行し、プロセッサは、第１の電力レベルに対応する超音波変換器の第１のインピーダンスＺｇ１（ｔ）を測定する（１３０１１０）。次いで、プロセッサは、超音波変換器に印加される電力レベルを第２の非治療電力レベルに設定し（１３０１１２）、第２の電力は第１の電力レベルよりも高く、治療電力レベルを下回る。ここでも、任意選択的に、フィードバック制御を使用して、第２の電力レベルが第１の電力レベルよりも高いだけでなく、治療電力レベルを下回ることを検証することができる。この態様では、プロセッサは、第２の電力レベルが治療電力レベル未満であるかどうかを判定する（１３０１１４）。第２の電力が治療電力レベルよりも大きい場合、プロセス１３０１００は、「いいえ」の分岐に沿って進み、プロセッサは、第２の電力レベルを減少させ（１３０１０８）、それが治療電力レベル閾値を下回るまでループを続行する。次いで、プロセス１３０１００は、「はい」の分岐に沿って続行し、プロセッサは、第２の電力レベルに対応する超音波変換器の第２のインピーダンスＺｇ２（ｔ）を測定する（１３０１１６）。超音波変換器のインピーダンスは、本明細書で論じられる様々な技術を使用して測定することができる。次いで、プロセッサは、印加された第１の電力レベルと第２の電力レベルとの間の変換器インピーダンスの差を計算する（１３０１１８）。
δ＝Ｚｇ２（ｔ）－Ｚｇ１（ｔ）である。
次いで、プロセッサは、組織の位置の指標をユーザに提供する（１３０１２０）。プロセッサは、外科用器具の出力装置（例えば、図３１に示されるディスプレイなどの視覚的フィードバック装置、音声フィードバック装置、及び／又は触覚フィードバック装置）、ディスプレイ１３５（図３）、又は外科用器具及び／又は発生器１１００の出力装置２１４０（図２７Ｂ）に通信可能に接続された外科用ハブ１０６の他の出力装置（例えば、視覚フィードバック装置、音声フィードバック装置、及び／又は触覚フィードバック装置）を介して組織の位置を示すことができる。
プロセッサは、変換器インピーダンスの差を第１及び第２の閾値と比較し、ここで、図５７に示すように、変換器インピーダンスの差（δ）が第１の閾値１３００５６を下回る場合、アルゴリズムは、組織がエンドエフェクタ１１２２の近位部分１３０４２２内に位置すると判定し、変換器インピーダンスの差（δ）が第２の閾値１３００５８を上回る場合、アルゴリズムは、組織がエンドエフェクタ１１２２の遠位部分１３０４２０内に位置すると判定する。変換器インピーダンスの差（δ）が、第１及び第２の閾値１３００５６、１３００５８の間にある場合、アルゴリズムは、組織がエンドエフェクタ１１２２の中央部分１３０４２４内、例えば、エンドエフェクタ１１２２の近位部分及び遠位部分１３０４２２、１３０４２０の間に位置すると判定する。記載されたプロセスによれば、超音波変換器のインピーダンスを使用して、組織の何パーセントがエンドエフェクタ１１２２の遠位、近位、又は中間位置に位置するかを区別し、次いで好適な治療電力レベルを適用することができる。
組織の位置決めに基づくスイッチレスモード
様々な態様において、超音波器具の反応は、組織がエンドエフェクタ内に存在するかどうか、エンドエフェクタ内に位置する組織の種類、又はエンドエフェクタ内に位置する組織の圧縮性若しくは組成に基づき得る。したがって、発生器又は超音波外科用器具は、エンドエフェクタのジョー内の組織をクランプすることと、組織を治療するための超音波変換器の起動との間の時間を制御するアルゴリズムを実施するための命令を収容及び／又は実行してもよい。組織が感知されない場合、超音波発生器起動ボタン又はペダルは、異なる機能を実行するために異なる意味を割り当てられてもよい。一態様では、高度なエネルギー装置は、超音波変換器を起動させるためのキューとしてエンドエフェクタのジョー内の組織の存在の検出を用いてもよく、それによって組織凝固サイクルを開始し得る。別の態様では、圧縮特性及び状況認識は、装置の自動起動を可能にし、感知された組織の種類に対するアルゴリズムのパラメータを調整することもできる。例えば、高度な発生器は、組織がエンドエフェクタのジョーと接触して感知されない限り、ボタン又は足部ペダルの起動を無視してもよい。この構成は、装置がより単純な様態で動作することを可能にする不注意な起動キューを排除する。
したがって、図１～図４２に関連して説明される高度な発生器などの高度な発生器、及び／又は本開示全体を通して説明される超音波外科用器具などの外科用器具は、スイッチレスモードで動作するように構成されてもよい。スイッチレスモードモードでは、超音波装置は、エンドエフェクタのジョー内の組織の存在を感知又は検出すると、凝固モードで自動的に起動される。一態様では、自動エネルギー起動（又は「スイッチレス」モード）モードで動作しているとき、超音波外科用器具の起動を制御する制御アルゴリズムは、スイッチレスモードで動作していないときに起動される場合よりも、最初に超音波器具に印加するエネルギーが少なくなるように構成することができる。更に、超音波発生器又は器具は、エンドエフェクタのジョー内に位置する組織との接触及び組織の種類の両方を決定するように構成することができる。エンドエフェクタのジョー内の組織の存在を感知又は検出することに基づいて、発生器又は超音波器具のプロセッサ又は制御回路のいずれかによって実行される制御アルゴリズムは、超音波器具をスイッチレスモードで走らせることができ、エンドエフェクタのジョー内の組織の最良の全体凝固を達成するようにアルゴリズムを調節することができる。他の態様では、外科用器具及び／又は発生器を自動的に起動する代わりに、発生器又は超音波器具のプロセッサ又は制御回路によって実行される制御アルゴリズムは、エンドエフェクタ内で組織の存在が検出されない限り、発生器又は超音波器具の起動を防止することができる。
一態様では、本開示は、エンドエフェクタのジョー内に位置する組織の存在及び組織の種類を決定するために、発生器又は手持ち式超音波器具のいずれかに位置するプロセッサ又は制御回路によって実行されるアルゴリズムを提供する。一態様では、制御アルゴリズムは、「電極導通を介して組織の位置を決定する」の項で以下に記載されるような、組織の位置を決定するための本明細書に記載される技術を介して、組織がエンドエフェクタ内に位置することを決定するように構成することができる。例えば、制御アルゴリズムは、（以下に記載されるように）電極間に任意の導通があるかどうかに従って、組織がエンドエフェクタ内にあるかどうかを判定し、それに応じて、組織の検出時に自動的に外科器具を起動させる（例えば、外科用器具が結合されている発生器に、外科用器具への電力の印加を開始することによって）、又は外科器具の起動を可能にするように構成することができる。外科用器具及び／又は発生器がスイッチレスモードで動作されているとき、制御アルゴリズムは、外科用器具を特定の電力レベルで起動させるように更に構成することができ、これは、外科用器具の標準的な初期起動電力レベルとは異なっていても異なっていなくてもよい。いくつかの態様では、制御アルゴリズムは、例えば、「ＩＲ表面反射率及び放射率に応じて組織のコラーゲン対エラスチン比を決定する」の項で以下に記載される技術を介して検出することができる組織の特定の種類又は組成に従って、外科用器具の起動を起動又は許可するように構成することができる。例えば、制御アルゴリズムは、高コラーゲン組成を有する組織が把持されたときに外科用器具を起動するように構成することができるが、高エラスチン組成を有する組織が把持されたときに外科用器具を起動させるとは限らない。いくつかの態様では、制御アルゴリズムは、例えば、「電極導通を介して組織の位置を決定する」の項で以下に記載される技術を介して、把持された組織がエンドエフェクタ内の特定の位置に位置しているかどうか、又は特定の量の組織がエンドエフェクタによって把持されているかどうかに従って、外科用器具の起動を起動又は許可するように構成することができる。例えば、制御アルゴリズムは、把持された組織がエンドエフェクタの特定の割合をカバーするとき、外科用器具を起動するように構成することができる。別の例として、制御アルゴリズムは、把持された組織がエンドエフェクタの遠位端部に位置するとき、外科用器具を起動するように構成することができる。
他の態様では、制御アルゴリズムは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、「ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＨＵＢ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ」と題する２０１８年４月１９日出願の米国特許仮出願第６２／６５９，９００号に記載されているような、及び「状況認識（SITUATIONAL AWARENESS）」の項で記載されているような、状況認識システムを介して、組織がエンドエフェクタによって把持されているかどうか、組織の種類又は組成、及びエンドエフェクタ又は組織の他の特性を決定するように構成することができる。これらの態様では、外科用器具及び／又は発生器が接続される外科用ハブ１０６（図１～図１１）は、外科用器具、発生器、及び／又は手術用室で利用される他の医療装置からデータを受信し、実施されている外科処置又はその特定の工程について推論することができる。したがって、状況認識システムは、任意の所与の瞬間又は工程でどの種類（複数可）の組織が手術されているかどうかを推定することができ、次に、制御アルゴリズムは、それに応じて外科器具を制御することができ、適宜外科器具を自動的に起動させることを含める。例えば、制御アルゴリズムは、エンドエフェクタによって把持された組織が、状況認識システムによって予想される組織の種類又は組織の組成に対応するときに、外科用器具の起動を自動的に起動又は許可するように構成することができる。
器具が組織に接触しているか否か、及び接触しているときにどの種類の組織であるかを検出する能力を有することにより、超音波器具は動作のスイッチレスモードで動作することができ、超音波器具の感知能力に基づいて動作が許容される。いくつかの態様では、制御アルゴリズムは、組織が外科用器具のジョー／エンドエフェクタと接触して感知されない限り、発生器及び／又は超音波外科用器具に結合された起動ボタン、足部ペダル、及び他の入力装置の起動を無視するように構成することができ、それによって器具の意図しない起動を防止する。いくつかの態様では、制御アルゴリズムは、組織が外科用器具のジョー／エンドエフェクタと接触して感知されるかどうかに応じて、発生器及び／又は超音波外科用器具に結合された起動ボタン、足部ペダル、及び他の入力装置の入力に異なる意味を割り当てるように構成することができる。例えば、組織がエンドエフェクタ内に存在するとき、制御アルゴリズムは、起動される起動ボタンに応答して外科用器具を起動するように構成することができ、しかしながら、組織がエンドエフェクタ内に存在しないとき、制御アルゴリズムは、起動ボタンが起動されると、何か異なる又は二次的アクションを実行するように構成することができる。
エンドエフェクタのジョー内に存在する組織の欠如を判定する能力は、器具がスイッチレスモードに変化し、次いで、組織が検出されるときに自動凝固サイクルの動作を開始することを可能にする許容的な役割を果たし、器具のより長い稼働時間の使用につながり、ユーザがその予測能力に基づいて続行することを可能にする。組織の存在を検出することに加えて、組織の種類を更に検出する能力は、アルゴリズムが最良の凝固機会を調節及び計算することを可能にする。
組織組成に従って超音波システムを調整
様々な態様において、超音波外科用器具は、エンドエフェクタによって把持される又はエンドエフェクタで把持された組織の組成を検出し、それに応じて超音波変換器及び／又は超音波ブレードの動作パラメータを制御するための適応型超音波ブレード制御アルゴリズムを実行するプロセッサ又は制御回路を含むことができる。組織組成は、例えば、組織内のコラーゲンとエラスチンとの比、組織の硬さ、又は組織の厚さを含むことができる。適応型超音波ブレード制御アルゴリズムによって制御又は調節される動作パラメータには、例えば、超音波ブレードの振幅、超音波ブレードの温度又は熱流束などを含めることができる。適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、発生器又は外科用器具のいずれかに位置する制御回路又はプロセッサによって実行され得る。
以下に更に詳細に記載される一例では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、組織のコラーゲン対エラスチン比に従って超音波ブレードの振幅を制御するように構成することができる。組織のコラーゲン対エラスチン比は、以下に記載されるものなどの様々な技術を介して決定することができる。以下に更に詳細に記載される別の実施例では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、超音波変換器／超音波ブレードを制御して、より長い加温時間を提供し、超音波ブレードの終了温度が低いほど、組織のコラーゲン含有量が低くなるように構成することができる。
周波数シフトに従って組織のコラーゲン対エラスチン比を決定
様々な態様では、制御アルゴリズムは、超音波ブレードの固有周波数及び超音波ブレード波形のシフトを検出することによって、組織のコラーゲン対エラスチン比を決定する（例えば、超音波ブレードの遠位先端の振幅を調整する）ように構成することができる。例えば、図１～図５４に関連して説明される技術は、超音波器具のエンドエフェクタ内に位置する組織のコラーゲン対エラスチンの比を検出するために用いられてもよい。一態様では、本開示は、超音波ブレードの固有周波数及び波形のシフトを検出して、超音波ブレードと接触する組織組成を検出するための適応型超音波ブレード制御アルゴリズムを提供する。別の態様では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、組織のコラーゲン及びエラスチン組成の含有量を検出し、検出された組織のコラーゲン含有量に基づいて超音波ブレードの治療的熱流束を調節するように構成されてもよい。超音波器具のエンドエフェクタのジョー内に位置する組織の種類に基づいて超音波ブレードの固有周波数の偏差を監視するための技術は、図１～図５４に関連して本明細書に記載されている。したがって、開示を簡潔かつ明快にするため、そのような技術はここでは繰り返さない。
コラーゲンに対するエラスチンの比率は、超音波ブレードの固有周波数のシフトを監視し、かつ固有周波数をルックアップテーブルと比較することによって決定され得る。ルックアップテーブルは、メモリ（例えば、図３１のメモリ３３２６）に記憶することができ、コラーゲンに対するエラスチンの比率、及び経験的に決定される特定の比率に対応する固有周波数シフトを含む。
ＩＲ表面反射率及び放射率に従って組織のコラーゲン対エラスチン比を決定
様々な態様では、制御アルゴリズムは、組織のＩＲ反射率を決定することによって、（例えば、超音波ブレードの遠位先端の振幅を調整するために）組織のコラーゲン対エラスチン比を決定するように構成することができる。例えば、図５９は、超音波器具１３０１５０に結合された超音波発生器１３０１５２を備える超音波システム１３０１６４を示す。超音波器具１３０１５０は、超音波導波管１３０１５４．を介して超音波エンドエフェクタ１３０４００に結合される。超音波発生器１３０１５２は、超音波器具１３０１５０と一体であってもよく、又は有線若しくは無線電気／電子結合技術を使用して超音波器具１３０１５０に接続されてもよい。超音波外科用器具１３０１５０のエンドエフェクタ１３０４００は、本開示の少なくとも１つの態様による、クランプアーム１３０４０２（例えば、ジョー部材）上に位置するＩＲセンサを備える。超音波発生器１３０１５２及び／又は超音波器具１３０１５０は、図１～図１１に関連して説明されるように、無線又は有線接続を介して、外科用ハブ１３０１６０及び／又はクラウド１３０１６２に結合されてもよい。
図６０は、本開示の少なくとも１つの態様による、組織組成を検出するために超音波エンドエフェクタ１３０４００のクランプアーム１３０４０２と一体に取り付けられるか、又は一体的に形成され得るＩＲ反射率検出センサ回路１３０４０９を示す。ＩＲセンサ回路１３０４０９は、ＩＲ源１３０４１６（例えば、ＩＲ送信機）及びＩＲ検出器１３０４１８（例えば、ＩＲ受信機）を含む。ＩＲ源１３０４１６は、電圧源Ｖに結合されている。電流は、制御回路１３０４２０がスイッチＳＷ１を閉じるときにＲ２を介して生成される。スイッチＳＷ１が閉じられると、ＩＲ源１３０４１６は、組織１３０４１０（例えば、クランプアーム１３０４０２と超音波ブレード１３０４０４との間にクランプされた又は置かれた組織）に向かってＩＲエネルギーを放射する。放射されたＩＲエネルギーの一部は、組織１３０４１０によって吸収され、放射されたＩＲエネルギーの一部は組織１３０４１０を通って伝達され、放射されたＩＲエネルギーの一部は、組織１３０４１０によって反射される。ＩＲ検出器１３０４１８は、組織１３０４１０によって反射されたＩＲエネルギーを受け取り、処理のために制御回路１３０４２０に印加される出力電圧Ｖｏ又は信号を生成する。
図５９及び図６０を参照すると、一態様では、超音波発生器１３０１５２が、超音波エンドエフェクタ１３０４００のクランプアーム１３０４０２上又はその内部に位置するＩＲ源１３０４１６及びＩＲ検出器１３０４１８を駆動するための制御回路１３０４２０を含む。他の態様では、超音波器具１３０１５０が、超音波エンドエフェクタ１３０４００のクランプアーム１３０４０２上又はその内部に位置するＩＲ源１３０４１６及びＩＲ検出器１３０４１８を駆動するための制御回路１３０４２０を含む。いずれの態様においても、組織１３０４１０が超音波ブレード１３０４０４とクランプアーム１３０４０２との間に把持されるとき、ＩＲ源１３０４１６は、例えば、制御回路１３０４２０によってスイッチＳＷ１を閉じることによって通電されて、組織をＩＲエネルギーで照射する。一態様では、ＩＲ検出器１３０４１８は、組織１３０４１０によって反射されたＩＲエネルギーに比例する電圧Ｖｏを生成する。ＩＲ源１３０４１６によって放射される全ＩＲエネルギーは、組織１３０４１０によって反射されるＩＲエネルギーと、組織１３０４１０によって吸収されるＩＲエネルギーと、組織１３０４１０を通過するＩＲエネルギーと、任意の損失との合計に等しい。したがって、制御回路１３０４２０又はプロセッサは、ＩＲ源１３０４１６によって放射されるＩＲエネルギーの総量に対するＩＲ検出器１３０４１８によって検出されたＩＲエネルギーの量によって、組織１３０４１０のコラーゲン含有量を検出するように構成され得る。アルゴリズムは、組織１３０４１０によって吸収され、かつ／又は組織１３０４１０を通って伝達されるエネルギーの量を考慮して、組織１３０４１０のコラーゲン含有量を決定する。ＩＲ源１３０４１６及びＩＲ検出器１３０４１８並びにアルゴリズムは、ＩＲ反射率の原理を使用して、組織１３０４１０のコラーゲン含有量の有用な測定値を提供するように較正される。
図６０に示されるＩＲ反射率検出センサ回路１３０４０９は、コラーゲンに対するエラスチンの比率を決定するためのＩＲ表面反射率及び放射率を提供する。ＩＲ反射率は、超音波変換器の振幅を調整するための組織組成を決定するために用いられ得る。屈折率は、ＩＲ光の光関連の反射を制御する光学定数である。屈折率は、組織の種類を区別するために用いられ得る。例えば、屈折率コントラストは、正常な肝組織と肝転移とを区別することが示されている。屈折率は、組織分化の絶対測定又は比較測定として使用することができる。
比較方法は、例えば、超音波ブレード１３０４０４などのエネルギー切開装置を使用して、（上記に詳述されたように）正確な比率を決定し、次いで、その指標をベースラインとして使用して、全ての更なる作動のためのコラーゲン比を予測する。このようにして、内視鏡は、コラーゲン比に基づいて切開装置（例えば、超音波ブレード１３０４０４）を更新してもよい。切開装置は、実際のコラーゲン変性発射を行うために作動されるたびに、予測を微調整することができる。代替的な方法では、ルックアップテーブルを有する絶対屈折率を採用してもよく、それは表面の不規則性と表面下のコラーゲン濃度とを区別することができる。組織のＩＲ屈折率特性に関する更なる情報は、「Ｖｉｓｉｂｌｅ Ｔｏ Ｎｅａｒ－Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ＯＦ Ｆｒｅｓｈｌｙ－Ｅｘｃｉｓｅｄ Ｈｕｍａｎ－Ｌｉｖｅｒ Ｔｉｓｓｕｅｓ：Ｍａｒｋｉｎｇ Ｈｅｐａｔｉｃ Ｍａｌｉｇｎａｎｃｉｅｓ、Ｐａｎａｇｉｏｔｉｓ Ｇｉａｎｎｉｏｓ、Ｋｏｎｓｔａｎｔｉｎｏｓ Ｇ．Ｔｏｕｔｏｕｚａｓ、Ｍａｒｉａ Ｍａｔｉａｔｏｕ、Ｋｏｎｓｔａｎｔｉｎｏｓ Ｓｔａｓｉｎｏｓ、Ｍａｎｏｕｓｏｓ Ｍ．Ｋｏｎｓｔａｄｏｕｌａｋｉｓ、Ｇｅｏｒｇｅ Ｃ．Ｚｏｇｒａｆｏｓ、及びＫｏｎｓｔａｎｔｉｎｏｓ Ｍｏｕｔｚｏｕｒｉｓａ、Ｓｃｉ．Ｒｅｐ．２０１６、６：２７９１０」に見いだすことができ、これは、参照により本明細書に組み込まれる。
他の態様では、超音波切開装置は、超音波ブレード制御アルゴリズムの理想的な温度を、コラーゲン比に比例して変化させるように構成することができる。例えば、超音波ブレード温度制御アルゴリズムは、制御回路１３０４２０から受信したコラーゲン比に基づいて変更することができる。１つの特定の例として、超音波ブレード温度制御アルゴリズムは、超音波ブレード１３０４０４が維持される温度のセットを下げ、把持された組織１３０４１０内のコラーゲンのより高い濃度に対して超音波ブレード１３０４０４が組織１３０４１０と接触している保持時間を増加させるように構成することができる。別の例として、アルゴリズムが完全な活性化を繰り返す待機時間は、コラーゲン比に基づいて変更することができる。超音波ブレードの様々な温度制御アルゴリズムは、図４３～図５４に関連して説明されている。
図６１は、本開示の一態様による、クランプアーム１３０４０２及び超音波ブレード１３０４０４を備える超音波エンドエフェクタ１３０４００の断面図である。クランプアーム１３０４０２は、組織１３０４１０の組成を検出するために超音波エンドエフェクタ１３０４００のクランプアーム１３０４０２と一体に取り付けられるか、又は一体的に形成され得るＩＲ反射率検出センサ回路１３０４０９ａ、１３０４０９ｂを備える。ＩＲ反射率検出センサ回路１３０４０９ａ、１３０４０９ｂは、図６２に平面図で示されるフレキシブル回路基板１３０４１２上に取り付けられてもよい。フレキシブル回路基板１３０４１２は、ＩＲ反射率検出センサ回路１３０４０９ａ、１３０４０９ｂ及びＩＲセンサ１３０４１４ａ、１３０４１４ｂが取り付けられる３つの細長い要素１３０４０８ａ、１３０４０８ｂ、１３０４０８ｃを含む。ＩＲセンサ１３０４１４ａ、１３０４１４ｂは、図６０に示されるようなＩＲ源１３０４１６及びＩＲ検出器１３０４１８を含み得る。
図６３は、ＩＲ反射率を測定して組織組成を決定して超音波変換器の振幅を調整するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセス１３０２００の論理フロー図である。プロセス１３０２００は、図１８の制御回路７６０などの外科用器具の、又は図２１のプロセッサ９０２などの発生器の、プロセッサ又は制御回路によって実行することができる。簡潔性のために、プロセス１３０２００は、制御回路によって実行されるものとして説明されるが、以下の説明は前述の変形を包含することを理解されたい。
したがって、図１～図５４及び図５９～図６３を参照して、一態様では、制御回路は、ＩＲ源１３０４１６に通電して（１３０２０２）、超音波器具１３０１５０のエンドエフェクタ１３４００内にクランプされた組織１３０４１０にＩＲエネルギーを印加する。次いで、制御回路は、ＩＲ検出器１３０４１８を介して、組織１３０４１０によって反射されたＩＲエネルギーを検出する（１３０２０４）。したがって、制御回路は、組織１３０４１０によって反射された検出されたＩＲエネルギーに基づいて、組織１３０４１０のコラーゲンとエラスチンとの比を決定する（１３０２０６）。制御回路は、組織の決定されたコラーゲン対エラスチン比に基づいて、「ＳＭＡＲＴ ＥＮＥＲＧＹ ＤＥＶＩＣＥＳ」題する米国特許仮出願第６２／６９２，７６８号で論じられているように、超音波ブレード温度制御アルゴリズムを調節する（１３０２０８）。一態様では、組織１３０４１０のコラーゲン含有量は、ＩＲ光源１３０４１６の反射率に従って検出され得る。別の態様では、組織１３０４１０のコラーゲン含有量が低いほど、加温時間が長くなり、超音波ブレード１３０４０４の終了温度が低くなる。更に別の態様では、組織１３０４１０の組成は、組織の厚さ又は硬さであってもよく、超音波ブレード変換器制御プログラムに影響を及ぼすために使用され得る。
コラーゲンに対するエラスチンの比率は、組織のＩＲ反射率を監視し、検出されたＩＲ反射率をルックアップテーブルと比較することによって決定され得る。ルックアップテーブルは、メモリ（例えば、図３１のメモリ３３２６）に記憶することができ、コラーゲンに対するエラスチンの比率、及び経験的に決定される特定の比率に対応するＩＲ反射率を含む。
コラーゲン変態点に従って組織のコラーゲン対エラスチン比を決定
異なる種類の組織は、異なる特性を有する異なる種類の組織を提供するコラーゲン及びエラスチンなどの様々な量の構造タンパク質から構成される。熱が組織に印加されると（例えば、超音波ブレードによって）、構造タンパク質が変性し、組織の完全性及び他の組織特性に影響を及ぼす。しかしながら、構造タンパク質は、異なる既知の温度で変性する。例えば、エラスチンの前にコラーゲンが変性する。したがって、どの温度で組織の特性が変化するかを検出することによって、組織組成（例えば、組織内のコラーゲンとエラスチンとの比）を推定することができる。様々な態様では、制御アルゴリズムは、組織のコラーゲン変態点を判定することによって、組織のコラーゲン対エラスチンの比を決定するように構成することができる。制御アルゴリズムは、次に、決定された組織組成に従って、超音波ブレードの振幅などの外科用器具の様々な動作パラメータを制御することができる。一態様では、制御アルゴリズムは、クランプアーム上の負荷を一定に維持しながら、クランプアーム作動部材の位置及びその変位の変化率を測定することによって、組織のコラーゲン変態点を決定することができる。別の態様では、制御アルゴリズムは、組織／ブレード界面の温度を直接測定してコラーゲン／エラスチンの割合を特定することによって、組織のコラーゲン変態点を決定することができる。
図１６～図１９は、電動クランプアーム閉鎖機構を概略的に示す。図４０は、本開示の一態様による、複数の独立して動作する回路セグメント７４０２、７４１４、７４１６、７４２０、７４２４、７４２８、７４３４、７４４０を備えるセグメント化回路７４０１のシステム図７４００であり、図３５は、本開示の一態様による、モータ制御機能を有する外科用器具の様々な構成要素の回路図である。例えば、図３５は、ジョー部材を閉じてエンドエフェクタで組織を把持するように構成された閉鎖ドライブトレーン７９３４を含む駆動機構７９３０を示す。図３８～図３９は、超音波エンドエフェクタのクランプアーム部分などのジョー部材の閉鎖率を制御するための制御システム１２９５０、１２９７０を示し、ここで図３８は、本開示の一態様による、クランプアームを閉じるために遠位に前進して、所望の速度で閉鎖力負荷をかけるときに、閉鎖部材の漸進的な閉鎖を提供するように構成された制御システム１２９５０の図であり、図３９は、本開示の一態様による、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラフィードバック制御システム１２９７０を示す。したがって、クランプアームの閉鎖率及び／又は位置を制御するための電動クランプアームコントローラを備える超音波システムの以下の説明において、図１６～図１９及び図３８～図４１を参照するべきである。
一態様では、制御アルゴリズムは、把持された組織のコラーゲン変態点を検出し、それに応じて、超音波変換器駆動信号の位相及び／又は振幅、若しくはクランプアームの閉鎖率を制御することによって、組織への超音波エネルギーの送達を制御するように構成することができる。例えば、一態様では、制御アルゴリズムは、コラーゲン変態点に従ってクランプアームによって組織に印加される力を制御するように構成することができる。これは、特定の器具タイプに対応する設定された動作範囲（例えば、１３０～１８０ｐｓｉ）内の接合圧力内でクランプアームの負荷を一定に維持しながら、クランプアーム作動部材の位置及びその変化率を測定することによって達成され得る。
図６４Ａは、本開示の少なくとも１つの態様による、クランプアーム１１４０が、コラーゲン変態点を特定するために閉じているときの、クランプアーム１１４０（図２３）の変位対時間のグラフ表示１３０２５０である。図６４Ｂは、図６４Ａに示すグラフ表示１３０２５０の拡大部分１３０２５６である。水平軸１３０２５４は、時間（例えば、秒）を表し、縦軸１３０２５２は、クランプアーム変位δ（例えば、ｍｍ）を表す。一態様では、制御アルゴリズムは、超音波ブレード１１２８（図２３）が組織のコラーゲン変態点に従って組織を加熱するときに、（例えば、クランプアーム１１４０の閉鎖率を制御することによって）クランプアーム１１４０によって組織に加えられる負荷を制御するように構成することができる。そのような一態様では、制御アルゴリズムは、クランプアーム負荷が閾値に達するまでクランプアーム１１４０を閉鎖するように構成することができ、閾値は特定の値（例えば、４．５ｌｂｓ）又は値の範囲（例えば、３．５～５ｌｂｓの範囲内）を含むことができる。その時点で、制御アルゴリズムは、クランプアーム変位の変化率閾値θを設定し、クランプアーム１１４０．の変位を監視する。クランプアーム変位の変化率が所定の負の制限（すなわち、閾値θ未満）内に留まる限り、制御アルゴリズムは、組織が変態温度未満であると判定することができる。図６４Ａ及び図６４Ｂのグラフ表示に示されるように、制御アルゴリズムが、クランプアーム変位の変化率が閾値θを超えると判定すると、制御アルゴリズムは、コラーゲンの融解温度に到達したと判定することができる。
一態様では、制御アルゴリズムが転移温度に到達したと判定すると、制御アルゴリズムは、それに応じて超音波器具の動作を変えるように構成することができる。例えば、制御アルゴリズムは、外科用器具を（クランプアーム１１４０の）負荷制御から温度制御に切り替えることができる。別の態様では、制御アルゴリズムは、コラーゲン変態温度に到達した後もクランプアームの負荷制御を維持し、何時クランプアーム変位の変化率閾値に到達したかを監視することができる。第２のクランプアーム変位の変化率閾値は、例えば、エラスチンの転移温度に対応することができる。経時的なクランプアーム変位のプロット１３０２５８におけるコラーゲン及び／又はエラスチン転移温度の位置は、プロット１３０２５８において「膝」と呼ぶことができる。したがって、この態様では、制御アルゴリズムは、第２のクランプ率変位の変化率閾値（又はエラスチン「膝」）に到達し、それに応じて超音波器具の動作を変えるかどうかに従って、超音波器具の動作を変えるように構成することができる。例えば、制御アルゴリズムは、プロット１３０２５８内のエラスチン膝が検出されたときに、外科用器具を（クランプアーム１１４０の）負荷制御から温度制御に切り替えることができる。
コラーゲン変態は、コラーゲンに対する４５℃と５０℃との間の所与の熱流束に対して一定であるべきであり、エラスチンは異なる融解温度を有する。更に、コラーゲンが熱を吸収するにつれて、温度は平坦化されるべきである。いくつかの態様では、制御アルゴリズムは、監視される事象がいつ発生するかを正確に確認するために、特定の温度付近又は温度範囲（例えば、コラーゲン及び／又はエラスチン変態の予想される温度の範囲）内でより高い割合でクランプアーム及び／又はクランプアーム変位部材の位置をサンプリングするように構成することができる。
図６４Ａ及び図６４Ｂに示される態様では、制御アルゴリズムは、コラーゲン変態点が時間ｔｍにおいて検出されるときに、外科用器具を負荷制御から温度制御に変更するように作用する。外科用器具を温度制御に変更しないと、投影プロット１３０２６０に示されるように、クランプアーム変位は幾何学的に増加するであろう。一態様では、温度制御モードで動作する制御アルゴリズムは、超音波変換器駆動信号の振幅を低下させて、閾値θに達した後のプロット１３０２５８の平坦部分によって示されるように、超音波ブレード１１２８によって生成される熱流束を変化させる。いくつかの態様では、制御アルゴリズムは、例えば、温度上昇率を測定して、エラスチン変態温度に達したときを判定するために、特定の期間後に超音波変換器駆動信号の振幅を増加させるように構成することができる。したがって、クランプアームの閉鎖率が次の膝（すなわち、エラスチンの膝）に近づくにつれて、クランプアームの閉鎖率は減少し得る。クランプアーム１１４０の負荷制御は、場合によっては、血管の最良の封止を提供することができるため、有益であり得る。
図６５は、本開示の少なくとも１つの態様による、コラーゲン変態点を検出して、クランプアームの閉鎖率又は超音波変換器の振幅を制御するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセス１３０３００の論理フロー図である。プロセス１３０３００は、外科用器具又は発生器内に位置する制御回路又はプロセッサによって実行することができる。したがって、プロセス１３０３００を実行する制御回路は、クランプ上の負荷を一定に維持しながら、クランプアーム作動部材の位置及びその変化率を測定する（１３０３０２）。前述したように、一態様では、クランプアーム上の負荷は、超音波外科用器具によって設定された好適な範囲（１３０～１８０ｐｓｉ）内の接合圧力内に維持される。ジョーが特定のクランプアーム負荷（例えば、４．５ｌｂｓ）まで達すると、又はクランプアーム負荷が特定の範囲（例えば、３．５～５ｌｂｓ）以内であると、制御回路は、クランプアーム変位の変化率を設定し、クランプアーム変位の変化率が事前定義された負の制限内に留まる（組織がコラーゲン変態温度未満であることに対応する）期間、クランプアーム作動部材の位置を監視する（１３０３０４）。したがって、制御は、クランプアーム変位の変化率が設定閾値を超えているかどうかを判定し、換言すれば、組織が転移温度に達したかどうかを判定する（１３０３０６）。転移温度に達した場合、プロセス１３０３００は、「はい」の分岐に沿って進み、制御回路は、外科用器具を温度制御に切り替える（１３０３０８）（例えば、超音波変換器を制御して超音波ブレードの温度を低下又は維持する）。一態様では、制御回路は、コラーゲン変態温度の監視を継続する。あるいは、図６５に示す態様において、転移温度に到達していない場合、次いで、プロセス１３０３００は、「いいえ」の分岐に沿って進み、制御回路は、クランプアーム１１４０の負荷制御を維持し、把持された組織に対して次の転移点（例えば、エラスチン転移点）が発生するときを判定するためにクランプアーム変位の変化率を監視する（１３０３１０）。制御回路は、例えば、組織の温度がエラスチン変態温度を超えて上昇することを防止するために、これを行うことができる。
コラーゲン変態は、所与の熱流束（４５℃～５０℃）に対して一定であるべきであることを理解されたい。クランプアーム１１４０の負荷制御は、場合によっては、特定の種類の組織（例えば、血管）に対して最良の封止を提供することができることも理解されたい。コラーゲン変態が発生している期間中、コラーゲンが熱を吸収する間、組織の温度は平坦化されるべきである。制御回路は、データ点が特定の温度又は関心の温度（例えば、変態温度）の付近で収集される割合を変調するように構成することができる。更に、制御回路は、超音波変換器駆動信号の振幅を調整して、超音波ブレード１１２８によって生成される熱流束を外科処置における異なる点で制御することができる。例えば、制御回路は、コラーゲン変態の期間中に超音波変換器振幅を減少させることができる。別の例として、制御回路は、エラスチン膝が発生するときに温度が上昇する割合を測定するために、超音波変換器の振幅を増加させることができる。エラスチン膝が接近するにつれて、温度変化率は減少することを理解されたい。
別の態様では、制御アルゴリズムは、コラーゲン変態温度を検出して、把持された組織のコラーゲン／エラスチンの割合を特定するように構成することができる。上述のように、制御アルゴリズムは、次いで、把持された組織の特定された組成に従って、外科用器具の様々な動作パラメータを制御することができる。
図６６は、本開示の少なくとも１つの態様による、コラーゲン／エラスチン比を特定するためのコラーゲン変態温度点の識別のグラフ表示１３０３５０である。縦軸１３０３５２は超音波変換器インピーダンスを表し、水平軸１３０６３２は組織温度を表す。超音波変換器のインピーダンスの変化率がシフトする点が、経験的に決定された様態で組織のコラーゲン／組織組成に対応する。例えば、超音波変換器のインピーダンスの変化率が第１の温度１３０３６２でシフトする場合、組織組成は１００％コラーゲンである。したがって、超音波変換器のインピーダンスの変化率が第２の温度１３０３６４でシフトする場合、組織組成は１００％エラスチンである。超音波変換器のインピーダンスの変化率が第１の温度１３０３６２と第２の温度１３０３６４との間でシフトする場合、組織組成は、コラーゲンとエラスチンとの混合物である。
コラーゲン変態温度は、組織内のコラーゲン／エラスチンの割合を直接特定するために使用することができ、制御アルゴリズムは、それに応じて超音波装置の動作を調節するように構成することができる。図６６に示すように、プロット１３０３５６は、超音波変換器インピーダンスと組織温度との間の経験的関係を表す。プロット１３０３５６によって示されるように、超音波変換器のインピーダンス（Ｚ）は、組織接触面積における温度（Ｔ）の関数として、第１の変化率（勾配）で直線的に増加する。点１３０３５８のプロットに示されたコラーゲン転移温度において、温度（Ｔ）の関数としてのインピーダンス（Ｚ）の変化率は、第２の変化率に減少する。プロット１３０３５６の勾配が変化する点１３０３５８では、コラーゲン対エラスチン比は、経験的に決定された温度１３０３６０に対応し得る（例えば、８５％）。一態様では、前述のアルゴリズムを実行する制御回路又はプロセッサは、超音波変換器インピーダンスの率がどの温度で変化したかを判定し、次いで、メモリ（例えば、ルックアップテーブル）から対応する組織組成（例えば、コラーゲンの割合、エラスチンの割合、又はコラーゲン／エラスチン比）を検索するように構成することができる。
図６７は、本開示の少なくとも１つの態様による、超音波変換器インピーダンスの変化に従って組織の組成を識別するためのプロセス１３０４５０の論理フロー図である。プロセス１３０４５０は、例えば、外科用器具又は発生器内に位置するプロセッサの制御回路によって実行することができる。したがって、制御回路は、温度（Ｔ）の関数として超音波変換器のインピーダンス（Ｚ）を監視する（１３０４５２）。前述のように、組織と超音波ブレードとの界面における温度（Ｔ）は、本明細書に記載されるアルゴリズムによって推定され得る。制御回路は、超音波変換器インピーダンスの変化率ΔＺ／ΔＴを決定する（１３０４５４）。超音波ブレード／組織界面での温度が上昇するにつれて、インピーダンス（Ｚ）は、図６６に示すように、第１の率で直線的に増加する。したがって、制御回路は、勾配ΔＺ／ΔＴが変化したかどうか（例えば、減少したか）を判定する（１３０４５６）。勾配ΔＺ／ΔＴが変化していない場合、プロセス１３０４５０は、「いいえ」の分岐にそって進み、勾配ΔＺ／ΔＴを判定することを続ける（１３０４５４）。勾配ΔＺ／ΔＴが変化した場合、制御回路は、コラーゲン転移温度に到達したと判定する（１３０４５８）。
コラーゲンに対するエラスチンの比率は、組織のコラーゲン変態点を監視し、検出されたコラーゲン変態点をルックアップテーブルと比較することによって決定され得る。ルックアップテーブルは、メモリ（例えば、図３１のメモリ３３２６）に記憶することができ、コラーゲンに対するエラスチンの比率、及び経験的に決定される特定の比率に対応するコラーゲン変態点を含む。
組織の位置に従ってクランプアーム力を調節
様々な態様では、制御アルゴリズムは、エンドエフェクタ内又はエンドエフェクタに対する組織の位置を判定し、それに応じてクランプアーム力を調節するように構成することができる。一態様では、組織は、クランプアーム上の圧縮力負荷及びジョー内の組織の位置、例えば、どこに組織が超音波ブレードの長さに沿って位置付けられているか、を測定することによって識別又はパラメータ化することができる。一態様では、クランプアーム上の初期測定負荷までの時間を測定し、次いで、組織上の圧縮比率を測定して、ジョーの長さにわたって位置する組織の量に対する組織の圧縮性を決定する。クランプアームアクチュエータの位置の変化率は、組織の圧縮性、したがって組織の種類／疾患の状態を判定する方法として、負荷制御中に監視される。
図６８は、本開示の少なくとも１つの態様による、超音波ブレード１３０４０４にわたる圧縮負荷の分布のグラフ表示１３０５００である。縦軸１３０５０２は、クランプアーム１１４０によって組織に加えられる力を表し、水平軸１３０５０４は位置を表す。超音波ブレード１３０４０４は、ブレードの長さに沿って発生する周期的なノード及びアンチノードが存在するような寸法である。ノード／アンチノードの位置は、超音波変換器によって超音波ブレード１３０４０４内に誘発される超音波変位の波長によって決定される。超音波変換器は、好適な振幅及び周波数の電気信号によって駆動される。当該技術分野において既知であるように、ノードは超音波ブレード１３０４０４の最小又はゼロ変位点であり、アンチノードは超音波ブレード１３０４０４の最大変位点である。
グラフ表示１３０５００において、超音波ブレード１３０４０４は、ノード及びアンチノードが水平軸１３０５０４に沿ったそれらの対応する位置と整列するように表される。グラフ表示１３０５００は、第１のプロット１３０５０６と第２のプロット１３０５０８とを含んでいる。プロット１３０５０６、１３０５０８のいずれかによって表されるように、超音波ブレード１３０４０４に加えられる圧縮力は、超音波ブレード１３０４０４の近位端から超音波ブレード１３０４０４の遠位端まで指数関数的に低下する。したがって、超音波ブレード１３０４０４の遠位端に位置する組織１３０４１０は、超音波ブレード１３０４０４の近位端に近接して位置する組織１３０４１０と比較して、はるかに低い圧縮力を受ける。第１のプロット１３０５０６は、クランプアーム１１４０のデフォルトの閉鎖を表すことができ、遠位組織１３０４１０に加えられる結果として生じる力は、Ｆ１である。概して、クランプアーム１１４０によって組織１３０４１０に加えられる力の量は、超音波ブレード１３０４０４に沿って近位に位置する組織１３０４１０に過度の力が加えられる可能性があるため、考慮せずに広く増加させることはできない。しかしながら、超音波ブレード１３０４０４に沿った組織１３０４１０の位置を監視することによって（例えば、上記「インピーダンス変化を介して組織の位置を決定する」の項、及び下記「電極導通を介して組織の位置を決定する」の項で論じるように）、制御アルゴリズムは、図６８に示される状況と同様に、組織１３０４１０が超音波ブレード１３０４０４の遠位端のみに位置する状況では、クランプアーム１１４０によって組織１３０４１０に加えられた力を増幅することができる。例えば、第２のプロット１３０５０８は、クランプアーム１１４０の修正された閉鎖を表すことができ、制御アルゴリズムは、組織１３０４１０が超音波ブレード１３０４０４の遠位端のみに位置すると判定し、それに対応して、クランプアーム１１４０によって遠位組織１３０４１０に加えられる力をＦ２（Ｆ２＞Ｆ１）に増加させる。
図６９は、本開示の一態様による、組織に加えられた圧力対時間のグラフ表示１３０５２０である。縦軸１３０５２２は、組織に加えられた圧力（例えば、Ｎ／ｍｍ２）を表し、水平軸１３０５２４は時間を表す。第１のプロット１３０５２６は、増幅せずに遠位組織１３０４１０に加えられる通常又はデフォルトの圧縮力を表す。クランプアーム１１４０のデフォルトの閉鎖中、組織１３０４１０に加えられる圧縮力は、初期のランプアップ期間の後、一定の値に維持される。第２のプロット１３０５２８は、遠位組織１３０４１０のみの存在を補償するために遠位組織１３０４１０に加えられた増幅された圧縮力を表す。クランプアーム１１４０の修正された閉鎖において、圧力は、デフォルトの閉鎖と比較して増加され（１３０５３０）、最終的に増幅された圧縮力が通常の圧縮レベルに戻り（１３０５３２）、クランプアーム１１４０パッドを通じた燃焼／融解を防止する。
電極導通を介して組織の位置を決定
様々な態様では、制御アルゴリズムは、エンドエフェクタのジョー又はジョー（複数）に沿って位置付けられた双極（すなわち、正及び負の）電極のアレイにわたる電気的導通に従って、エンドエフェクタ内又はエンドエフェクタに対する組織の位置を決定するように構成することができる。双極電極アレイによって検出可能な組織の位置は、ジョー（複数可）に対する組織の特定の位置、及び／又は組織によって覆われたジョー（複数可）の割合に対応することができる。一態様では、正及び負の電極は、組織が正及び負の電極とを橋絡するとき、電極間に電気的導通が確立されるように、物理的間隙によって分離されている。正及び負の電極は、マトリックス又はアレイに構成され、それにより、プロセッサ又は制御回路を、電極アレイを監視又は走査することによって、正電極と負電極との間で組織が位置する場所を検出するように構成することができる。一態様では、双極電極アレイは、エンドエフェクタの１つのジョーに沿って位置付けることができる。したがって、双極電極アレイに結合された制御回路又はプロセッサは、隣接する電極間の電気的導通を検出して、それに接する組織の存在を検出するように構成することができる。別の態様では、双極電極アレイは、エンドエフェクタの対向するジョーに沿って位置付けることができる。したがって、双極電極アレイに結合された制御回路又はプロセッサは、対向するジョー間の電気的導通を検出して、それらの間の組織の存在を検出するように構成することができる。
ジョー（複数可）のどの表面積が組織で覆われているかを判定することにより、制御アルゴリズムが、エンドエフェクタによって把持された組織の量に対する適切な接合圧力を決定し、次いで、対応するクランプアーム負荷を計算することを可能にする。クランプアーム負荷は、印加圧力（例えば、１３０～１８０ｐｓｉ）又は印加力（例えば、３．５～５ｌｂｓ又は名目上４．５ｌｂｓ）の観点から表すことができる。いくつかの態様では、双極電極アレイは、単極又は双極ＲＦ電気外科用発生器から正及び負の電極に電力が送達され得る。発生器電力出力は、様々な定数、変数、若しくは最小値（例えば、４５Ｗ、３５Ｗ、又は５Ｗ）、外科用器具及び／又は発生器に関連付けられた様々な変数の関数（例えば、超音波ブレード又はクランプアーム力の振幅）であってもよく、又はその電力曲線に従って発生器を制御するためのアルゴリズムによって指示されてもよい（例えば、発生器のランプアップ中に）。
図７０は、本開示の少なくとも１つの態様による、組織の位置を検出するための単一ジョー電極アレイを含むエンドエフェクタ１３０４００を示す。図示の態様では、エンドエフェクタ１３０４００は、その上に配設された電極アレイ１３０４３１を有する第１のジョー１３０４３０と、第２のジョー１３０４３２と、を含む。電極アレイ１３０４３１は、ＲＦ発生器などのエネルギー源に結合された電極１３０４２９を含む。エンドエフェクタ１３０４００は、超音波外科用器具用のエンドエフェクタを含むことができ、第２のジョー１３０４３２は、例えば、超音波ブレード１１２８（図２３）、電気外科用器具、外科用ステープル留め及び切断器具のためのエンドエフェクタなどである。第２のジョー１３０４３２は、例えば、超音波ブレード１１２８（図２３）、又は電気外科用若しくは外科用ステープル留め及び切断器具の協働ジョーを含むことができる。図示の態様では、電極アレイ１３０４３１は、概ねヘリンボーン形状のパターンで配列された１２個の電極１３０４２９を含む。しかしながら、電極アレイ１３０４３１内の電極１３０４２９の数、形状、及び配列は、単に例示の目的のために過ぎない。したがって、電極アレイ１３０４３１は、電極１３０４２９の様々な数、形状、及び／又は配列を含むことができる。例えば、電極１３０４２９の数は、組織の位置を検出するための所望の分解能に従って調整することができる。
一態様では、電極アレイ１３０４３１は、物理的間隙によって分離され、極性が交互であり、又はエネルギー源の対向する端子（すなわち、供給端子及びリターン端子）に結合された電極１３０４２９を含むことができる。例えば、図示された態様では、偶数番号の電極１３０４２９は、第１の極性（例えば、正極性、又は電源の供給端子に結合）であることができ、奇数番号の電極１３０４２９は、第２の極性（例えば、負極性、又は電源のリターン端子に結合）であることができる。したがって、組織１３０４１０が隣接する電極１３０４２９に接触すると、組織１３０４１０は、双極電極１３０４２９を物理的及び電気的に橋絡し、それらの間に電流を流す。双極電極１３０４２９間の電流の流れは、電極アレイ１３０４３１に結合された制御回路又はプロセッサによって実行される制御アルゴリズムによって検出することができ、それによって、制御回路又はプロセッサが組織１３０４１０の存在を検出することを可能にする。
電極アレイ１３０４３１による組織の検出は、活性化マトリックスによって図式的に表すことができる。例えば、図７１は、図７０に示す電極アレイ１３０４３１による組織１３０４１０の位置を示す活性化マトリックス１３０５５０を示す。縦軸１３０５５４及び水平軸１３０５５５は両方とも電極アレイ１３０４３１の電極１３０４２９を表し、軸１３０５５４、１３０５５５に沿った数は、対応する番号付けされた電極１３０４２９を表す。活性化領域１３０５５２は、対応する電極１３０４２９間に導通が存在する場所、すなわち、組織１３０４１０が存在する場所を示す。図７０では、組織１３０４１０は、第１、第２、及び第３の電極１３０４２９にわたって存在し、上述したように、電極１３０４２９は、いくつかの態様では極性を交互にすることができる。したがって、第１及び第２の電極１３０４２９の間と第２及び第３の電極１３０４２９の間とに電気的導通が存在する。この説明される態様では、同じ極性であるため、第１及び第３の電極１３０４２９の間には導通は存在しないことに留意されたい。これらの電極１３０４２９間の導通は、活性化マトリックス１３０５５０内の活性化領域１３０５５２によって図式的に示されている。また、活性化領域１３０５５２によって境界された領域１３０５５３は活性化として示されていないが、これは、この説明される態様では、電極１３０４２９はそれ自体との導通を有し得ないためであることに留意されたい。電極アレイ１３０４３１に結合された制御回路又はプロセッサによって実行される制御アルゴリズムは、組織の位置が、電気的導通が確立されている特定の電極１３０４２９に対応しているので、エンドエフェクタ１３０４００内の組織１３０４１０の位置（電極１３０４２９の位置が既知であるため）、組織１３０４１０によって覆われたエンドエフェクタ１３０４００のジョー１３０４３０、１３０４３２の割合、などを推定するように構成することができる。
図７２は、本開示の少なくとも１つの態様による、組織の位置を検出するためのデュアルジョー電極アレイを含むエンドエフェクタ１３０４００を示す。図示の態様では、エンドエフェクタ１３０４００は、その上に配設された第１の電極アレイ１３０４３１を有する第１のジョー１３０４３０と、その上に配設された第２の電極アレイ１３０４３３を有する第２のジョー１３０４３２とを含む。電極アレイ１３０４３１、１３０４３３は各々、ＲＦ発生器などのエネルギー源に結合された電極１３０４２９を含む。エンドエフェクタ１３０４００は、電気外科用器具のエンドエフェクタ、外科用ステープル留め及び切断器具のためのエンドエフェクタ、などを含むことができる。上述したように、電極１３０４２９の数、形状、及び／又は配列は、様々な態様で変化し得る。例えば、図７５では、電極アレイ１３０４３１、１３０４３３は、重なったタイル張り又は矩形パターンで配列されている。
一態様では、電極アレイ１３０４３１、１３０４３３の対向する電極１３０４２９は、物理的間隙によって分離され、各電極アレイ１３０４３１、１３０４３３は、反対の極性であるか、又はエネルギー源の対向する端子（すなわち、供給端子及びリターン端子）に結合されている。例えば、図示された態様では、第１の電極アレイ１３０４３１は、第１の極性（例えば、正極性、又は電源の供給端子に結合）であることができ、第２の電極アレイ１３０４３３は、第２の極性（例えば、負極性、又は電源のリターン端子に結合）であることができる。したがって、組織１３０４１０が対向する電極アレイ１３０４３１、１３０４３３の各々の電極１３０４２９に接触すると、組織１３０４１０は、双極電極１３０４２９を物理的かつ電気的に橋絡し、それらの間に電流を流す。双極電極１３０４２９間の電流の流れは、電極アレイ１３０４３１、１３０４３３に結合された制御回路又はプロセッサによって実行される制御アルゴリズムによって検出することができ、それによって、制御回路又はプロセッサが組織１３０４１０の存在を検出することを可能にする。
上述のように、活性化マトリックスは、組織の存在を図式的に表すことができる。例えば、図７３は、図７４に示すような組織１３０４１０の位置を示す活性化マトリックス１３０５５６を示す。縦軸１３０５５７は、第１の電極アレイ１３０４３１の電極１３０４２９を表し、水平軸１３０５５８は、第２の電極アレイ１３０４３３の電極１３０４２９を表し、軸１３０５５７、１３０５５８に沿った数は、各電極アレイ１３０４３１、１３０４３３の対応する番号付けされた電極１３０４２９を表す。活性化領域１３０５５２は、対応する電極１３０４２９間に導通が存在する場所、すなわち、組織１３０４１０が存在する場所を示す。図７４では、組織１３０４１０は、第１の電極アレイ１３０４３１の第１、第２、及び第３の電極１３０４３１ａ、１３０４３１ｂ、１３０４３１ｃ、並びに第２の電極アレイ１３０４３３の第１、第２、及び第３の電極１３０４３３ａ、１３０４３３ｂ、１３０４３３ｃに接して位置付けられている。したがって、電流がこれらの対向する電極の組の間を流れることができるので、対向する電極アレイ１３０４３１、１３０４３３のこれらの組の電極の各々の間に電気的導通が存在する。把持された組織１３０４１０の位置に起因する導通が存在する電極は、図７３の活性化マトリックス１３０５５６内の活性化領域１３０５５２によって図式的に示されている。更に、組織１３０４１０は、第１の電極アレイ１３０４３１の第４、第５、及び第６の電極１３０４３１ｄ、１３０４３１ｅ、１３０４３１ｆ、並びに第２の電極アレイ１３０４３３の第４、第５、及び第６の電極１３０４３３ｄ、１３０４３３ｅ、１３０４３３ｆに対して位置付けされていないため、これらの電極間に電気的導通がない。電極アレイ１３０４３１、１３０４３３に結合された制御回路又はプロセッサによって実行される制御アルゴリズムは、組織の位置が、電気的導通が確立されている特定の電極１３０４２９に対応しているので、エンドエフェクタ１３０４００内の組織１３０４１０の位置（図７４に示されているように、電極１３０４２９の位置が既知であるため）、組織１３０４１０によって覆われたエンドエフェクタ１３０４００のジョー１３０４３０、１３０４３２の割合、などを推定するように構成することができる。図示の実施例では、第１及び第２の電極アレイ１３０４３１、１３０４３３の活性化された電極は、重なり合い、かつそれらの間に置かれた組織１３０４１０が存在する、電極１３０４２９である。
別の態様では、エンドエフェクタは、様々な周波数で複数の信号又はピングを送信するように構成することができ、電極アレイは、各々が特定の周波数信号又は周波数変換を介した信号を検出することができる対応するバンドパスフィルタを含む、回路に結合することができる。電極アレイ回路の様々な部分は、異なる周波数に同調されたバンドパスフィルタを含むことができる。したがって、エンドエフェクタによって把持された組織の位置は、特定の検出された信号に対応する。信号は、例えば、非治療的周波数で（例えば、ＲＦ電気外科用器具の治療周波数範囲を超える周波数で）送信することができる。電極アレイ回路は、例えば、フレックス回路を含むことができる。
図７５は、本開示の少なくとも１つの態様による、第１のセグメント化電極アレイ１３０４３１を有する第１のジョー１３０４３０と、第２のセグメント化電極アレイ１３０４３３を有する第２のジョー１３０４３２とを含むエンドエフェクタ１３０４００を示す。更に、図７６は、第２のジョー１３０４３２の上に置かれた、エンドエフェクタ１３０４００によって把持される組織１３０４１０を示す。一態様では、第１の電極アレイ１３０４３１は、様々な周波数（例えば、非治療的周波数）で信号を送信するように構成され、第２の電極アレイ１３０４３３は、エンドエフェクタ１３０４００によって把持された組織１３０４１０を通して信号を受信するように構成されている（すなわち、組織１３０４１０が電極アレイ１３０４３１、１３０４３３の両方に接触しているとき）。第２の電極アレイ１３０４３３は、図７７に示すようなセグメント化電極アレイ回路１３０６００を含むことができ、各回路セグメントは、第２の電極アレイ１３０４３３の各電極１３０６０２に結合されたバンドパスフィルタ１３０６０１を含む。各バンドパスフィルタ１３０６０１は、１つ又は２つ以上のコンデンサ１３０６０４及び１つ又は２つ以上のインダクタ１３０６０６を含むことができ、コンデンサ１３０６０４及びインダクタ１３０６０６の数、配列、及び値は、各バンドパスフィルタ１３０６０１を特定の周波数又は周波数帯域に同調するように選択することができる。組織１３０４１０は、電極アレイ１３０４３１、１３０４３３間の信号伝導媒体として機能し、第２の電極アレイ１３０４３３の異なる部分は、様々な周波数の信号を検出するように同調される（異なって同調されたバンドパスフィルタ１３０６０１を介して）ので、電極アレイ１３０４３１、１３０４３３に連結された制御回路又はプロセッサによって実行される制御アルゴリズムは、それによってどの信号が検出されるかに従って組織１３０４１０の位置を推定するように構成することができる。図示された態様では、電極アレイ１３０４３１、１３０４３３は、半円形の端部セグメントを有する概してタイル張りパターンに配列された６つの電極セグメント１３０６０２を含むが、しかしながら、電極アレイ１３０４３１、１３０４３３内の電極１３０６０２の数、形状、及び配列は、単に例示目的のためのものである。したがって、電極アレイ１３０４３１、１３０４３３は、電極１３０６０２の様々な数、形状、及び／又は配列を含むことができる。例えば、電極１３０６０２の数は、組織の位置を検出するための所望の分解能に従って調整することができる。
図７８は、本開示の少なくとも１つの態様による、図７６で把持された組織１３０４１０に対応する周波数応答のグラフ表示１３０６５０である。縦軸１３０６５２は振幅を表し、水平軸１３０６５４はＲＦ周波数を表す。一態様では、第２の電極アレイ１３０４３３は、第１の中心周波数ｆＳ１（例えば、５ＭＨｚ）によって規定される周波数帯域に同調された第１の電極回路セグメント１３０６０２ａ、第２の中心周波数ｆＳ２（例えば、１０ＭＨｚ）によって規定される周波数帯域に同調された第２の電極回路セグメント１３０６０２ｂ、第３の中心周波数ｆＳ３（例えば、１５ＭＨｚ）によって規定される周波数帯域に同調された第３の電極回路セグメント１３０６０２ｃ、及び第４の中心周波数ｆＳ４（例えば、２０ＭＨｚ）によって規定される周波数帯域に同調された第４の電極回路セグメント１３０６０２ｄを含む。図７８に示すように、感知周波数帯は、ｆＴ１（例えば、３００ｋＨｚ）からｆＴ２（例えば、５００ｋＨｚ）及び／又は好ましい治療周波数（例えば、３５０ｋＨｚ）によって規定される治療周波数範囲１３０６５６より上の感知周波数範囲１３０６５８を規定する。一態様では、感知周波数範囲１３０６５８内の中心感知周波数ｆＳ１、ｆＳ２、ｆＳ３、ｆＳ４は各々、規定された周波数値（例えば、５ＭＨｚ）だけ分離されている。更に、感知周波数範囲１３０６５８は、４つの感知周波数帯域を含むものとして示されているが、これは単に例示目的のために過ぎない。図示の実施例では、把持された組織１３０４１０は、第２、第３、及び第４の電極回路セグメント１３０６０２ｂ、１３０６０２ｃ、１３０６０２ｄに接触している。したがって、検出された周波数応答は、対応する周波数の各々におけるピーク１３０６５５ｂ、１３０６５５ｃ、１３０６５５ｄを含む。したがって、制御アルゴリズムは、検出された周波数応答から組織１３０４１０の位置を推定することができ、すなわち、制御回路は、組織１３０４１０が、第２、第３、及び第４の電極回路セグメント１３０６０２ｂ、１３０６０２ｃ、１３０６０２ｄに接触し、他の回路セグメントには接触しないように、エンドエフェクタ１３０４００内に位置付けされていると判定することができる。したがって、制御アルゴリズムは、エンドエフェクタ１３０４００のジョー１３０４３０、１３０４３２に対する組織１３０４１０の位置、及び／又は組織１３０４１０と接触するジョー１３０４３０、１３０４３２の割合を推定することができる。
適応型超音波ブレード温度監視
一態様では、超音波ブレードの温度に基づいて、超音波システムの様々なパラメータを調節するために、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムを用いてもよい。適応型超音波ブレード制御アルゴリズムによって制御又は調節される動作パラメータには、例えば、超音波ブレードの振幅、超音波変換器を駆動する制御信号、クランプアームによって印加される圧力、などを含めることができる。適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、発生器又は外科用器具のいずれかに位置する制御回路又はプロセッサによって実行され得る。
以下に更に詳細に記載される一例では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、超音波ブレードの温度を動的に監視し、それに応じて超音波ブレードの振幅及び／又は超音波変換器に提供される信号を調節する。以下に更に詳細に記載される別の例では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、超音波ブレードの温度を動的に監視し、それに応じてクランプアーム圧力を調節する。適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、上記「温度推定」の項で論じたように、超音波変換器の周波数スペクトルを分析することによってなど、様々な技術を介して超音波ブレードの温度を測定することができる。超音波ブレードの温度を決定するための他の技術は、非接触撮像を用いる。これら及び他の技術は、本明細書で詳細に説明されており、追加の詳細は、「ＳＭＡＲＴ ＥＮＥＲＧＹ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題された米国特許仮出願第６２／６９２，７６８号に見出すことができる。
温度に従って超音波システムパラメータを調節
一態様では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、超音波ブレードの温度に基づいて、超音波システムの動作パラメータを調節するように構成することができる。「温度推定」の項で上述したように、超音波ブレード／変換器の固有周波数は温度と共に移動し、したがって、超音波ブレードの温度は、超音波変換器を駆動するために印加される電圧信号と電流信号との間の位相角から推定することができる。更に、超音波ブレード温度は、組織温度に対応する。いくつかの態様では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、超音波ブレード温度を検出し、その温度に従って外科用器具の動作パラメータを変調するように構成することができる。動作パラメータとしては、例えば、超音波変換器駆動信号の周波数、超音波ブレードの振幅（例えば、超音波変換器に供給される電流の大きさ又は振幅に対応することができる）、クランプアームによって印加される圧力、などを含むことができる。適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、発生器又は外科用器具のいずれかに位置する制御回路又はプロセッサによって実行され得る。
したがって、一態様では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、「温度推定」の項で先に説明したように、超音波ブレードの共振周波数を検出し、その後、共振周波数波形のモーダルシフトを検出するために、共振周波数を経時的に監視する。共振波形のシフトは、超音波ブレードの温度の上昇などのシステム変化の発生と相関することができる。いくつかの態様では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、組織の温度を測定するために、超音波駆動信号の振幅、したがって超音波ブレード変位の振幅を調節するように構成することができる。他の態様では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、超音波ブレード及び／又は組織の温度を所定の温度又は所定の閾値内に保持するために（例えば、超音波ブレードの温度が高くなりすぎた場合に超音波ブレードを冷却することを可能にするために）、超音波ブレード及び／又は組織の温度に従って、超音波駆動信号の振幅、したがって超音波ブレード変位の振幅を制御するように構成することができる。更に他の態様では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、組織インピーダンス、組織温度、及び／又は超音波ブレード温度に従って、例えば、温度のオーバーシュートを最小限に抑えたり、超音波ブレードの熱流束を変更したりするために、電気外科用器具のＲＦ電力及び波形を変調するように構成することができる。これら及び他の機能に関する更なる詳細は、例えば、図９５～図１００を参照して説明されている。
図７９は、本開示の少なくとも１つの態様による、駆動周波数及び超音波ブレード温度ドリフトの関数としての超音波変換器システムの周波数のグラフ表示１３０７００である。水平軸１３０７０４は、超音波システム（例えば、超音波変換器及び／又は超音波ブレード）に印加される駆動周波数（例えば、Ｈｚ）を表し、縦軸１３０７０２は、結果として得られるインピーダンス位相角（例えば、ラジアン）を表す。第１のプロット１３０７０６は、通常又は周囲温度における超音波システムの特性共振波形を表す。第１のプロット１３０７０６で見ることができるように、超音波システムは、励起周波数ｆｅで駆動されるときに同相である（インピーダンス位相角が０ラジアン又は０ラジアン付近であるため）。したがって、ｆｅは、周囲温度における超音波システムの共振周波数を表す。第２のプロット１３０７０８は、超音波システムの温度が上昇したときの超音波システムの特性波形を表す。図７９に示すように、超音波システムの温度が上昇するにつれて、超音波ブレード及び超音波変換器の特性波形（第１のプロット１３０７０６によって示されている）は、左に、例えば、より低い周波数レンジにシフトする。超音波システムの周波数波形のシフトにより、超音波システムは、励起周波数ｆｅで駆動されたときにもはや同相でなくなる。むしろ、共振周波数は、ｆ’ｅに低くシフトしている。したがって、超音波システムに連結された制御回路は、超音波システムの共振周波数の変化を検出することによって、及び／又は以前に確立された共振周波数で駆動されたときに超音波システムが位相外れであることを検出することによって、超音波システムの温度変化を検出又は推定することができる。
それに対応して、いくつかの態様では、超音波システムに連結された制御回路は、超音波システムを同相に維持するために、超音波システムの推定された温度に従って、発生器によって超音波システムに印加される駆動信号を制御するように構成することができる。超音波システムを同相に維持することは、例えば、超音波システムの温度を制御するために利用することができる。上述のように、超音波ブレード及び／又は超音波変換器の温度が上昇するにつれて、電圧及び電流信号が同相である共振周波数が通常温度でのｆｅ（例えば、５５．５ｋＨｚ）からｆ’ｅへとシフトする。したがって、超音波システムの温度が上昇すると、制御回路は、発生器を制御して、超音波システムが駆動される周波数をｆｅからｆ’ｅにシフトして、超音波システムを発生器駆動信号と同相に維持することができる。適応型超音波ブレード制御アルゴリズムの更なる説明については、上記の図４３Ａ～図５４に関連する説明を参照されたい。
図８０は、本開示の少なくとも１つの態様による、時間の関数としての超音波変換器の温度のグラフ表示１３０７５０である。縦軸１３０７５２は、超音波変換器の温度を表し、水平軸１３０７５４は時間を表す。一態様では、超音波変換器温度（プロット１３０７５６によって表されている）が温度閾値Ｔ１を満たす又は超えるとき、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、超音波変換器を制御して、超音波変換器の温度を閾値温度Ｔ１以下に維持する。適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、例えば、超音波変換器に印加される電力及び／又は駆動信号を変調することによって、超音波変換器の温度を制御することができる。超音波ブレード／変換器の温度を制御するためのアルゴリズム及び技術の更なる説明は、「フィードバック制御」及び「温度制御を備える超音波封止アルゴリズム」の項、及びその開示が参照により本明細書に組み込まれる、「ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＩＮ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ ＤＥＶＩＣＥ ＡＮＤ ＣＯＮＴＲＯＬ ＳＹＳＴＥＭ ＴＨＥＲＥＦＯＲ」と題する、２０１８年３月８日出願の米国特許仮出願第６２／６４０，４１７号に見出すことができる。
図８１は、本開示の少なくとも１つの態様による、超音波ブレードの温度の関数として共振周波数を移動させる超音波ブレードの温度に基づく共振周波数のモーダルシフトのグラフ表示である。第１のグラフ１３０８００では、縦軸１３０８０２は、共振周波数の変化（Δｆ）を表し、水平軸１３０８０４は、発生器の超音波変換器駆動周波数を表す。第２、第３、及び第４のグラフ１３０８１０、１３０８２０、１３０８３０において、縦軸１３０８１２、１３０８２２、１３０８３２はそれぞれ周波数（ｆ）、電流（Ｉ）、及び温度（Ｔ）を表し、水平軸１３０８１４、１３０８２４、１３０８３４は時間（ｔ）を表す。第１のグラフ１３０８１０は、温度変化に起因する超音波システムの周波数シフトを表す。第２のグラフ１３０８２０は、安定した周波数及び温度を保持するための、超音波変換器内の電流、又は振幅調整を表す。第３のグラフ１３０８３０は、組織及び／又は超音波システムの温度変化を表す。グラフ１３０８００、１３０８１０、１３０８２０、１３０８３０のセットは、併せて、超音波システムの温度を制御するように構成された制御アルゴリズムの機能を実証する。
制御アルゴリズムは、超音波システムの温度が温度閾値Ｔ１に近づいたときに超音波システム（例えば、超音波変換器及び／又は超音波ブレード）を制御するように構成することができる。一態様では、制御アルゴリズムは、超音波システムの共振周波数が閾値ΔｆＲだけ低下したかどうかに従って、温度閾値Ｔ１が近づいているか、又は到達したことを判定するように構成することができる。第１のグラフ１３０８００によって示されるように、閾値温度Ｔ１に対応する周波数の変化閾値ΔｆＲは、同様に、（プロット１３０８０６によって表されるように）超音波システムの駆動周波数ｆＤの関数であり得る。第２のグラフ１３０８１０及び第４のグラフ１３０８３０によって示されるように、組織及び／又は超音波ブレードの温度が上昇するにつれて（温度プロット１３０８３６によって表されている）、共振周波数はそれに応じて減少する（周波数プロット１３０８１６によって表されている）。温度プロット１３０８３６が時間ｔ１で温度閾値Ｔ１（例えば、１３０℃）に近づくと、共振周波数がｆ１からｆ２まで低下し、共振周波数を制御アルゴリズムの周波数の変化閾値ΔｆＲに到達させ、それによって制御アルゴリズムに超音波システム温度を安定化させるように作用させる。超音波システムの共振周波数の変化を監視することにより、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、これにより超音波システムの温度を監視することができる。更に、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、温度が閾値Ｔ１を満たす又は超えるときに、組織及び／又は超音波ブレードの温度及び／又は共振周波数を安定化させるために、超音波変換器に印加される電流を調節する（例えば、減少させる）か、さもなければ超音波ブレードの振幅を調整するように構成することができる（電流プロット１３０８２６によって表されている）。
別の態様では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、温度が閾値Ｔ１を満たす又は超えるときに、クランプアームによって組織に加えられる圧力を調節する（例えば、減少させる）ように構成することができる。様々な他の態様では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、温度に従って超音波システムと関連付けられた様々な他の動作パラメータを調節するように構成することができる。別の態様では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、複数の温度閾値を監視するように構成することができる。例えば、第２の温度閾値Ｔ２は、例えば、クランプアームの融解又は故障温度を表すことができる。したがって、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、満たされた又は超過した特定の温度閾値に従って、同じ又は異なる動作をとるように構成することができる。
様々な態様では、非接触撮像を用いて、前述の技術に加えて又はその代わりに、超音波ブレードの温度を判定し得る。例えば、短波サーモグラフィを用いて、ＣＭＯＳ撮像センサを介して静止した周囲の場所からブレードを撮像することによってブレード温度を測定し得る。超音波導波管又は超音波ブレードの温度のサーモグラフィ非接触監視を用いて、組織温度を制御してもよい。他の態様では、非接触撮像を用いて、超音波ブレードの表面状態及び仕上げを判定し、近ＩＲ検出技術により組織及び／又は超音波ブレードの温度を改善し得る。
ジョーの状態を決定
超音波エネルギー送達に伴う課題は、誤った材料又は誤った組織に適用された超音波音響が、装置の故障、例えば、クランプアームパッドの溶け落ち、又は超音波ブレードの破損という結果になり得ることである。また、ジョー内に追加のセンサを追加することなく、超音波装置のエンドエフェクタのジョー内に何が位置しているか、及びジョーの状態を検出することも望ましい。超音波エンドエフェクタのジョー内にセンサを位置決めすることは、信頼性、コスト、及び複雑性の課題を提起する。
超音波分光法スマートブレードアルゴリズム技術が、本開示の少なくとも１つの態様による、超音波変換器ブレードを駆動するように構成された超音波変換器のインピーダンス
Figure 0007258892000021
 に基づいて、ジョーの状態（クランプアームパッドの溶け落ち、ステープル、破損ブレード、ジョー内の骨、ジョー内の組織、ジョーを閉じた状態でのバックカットなど）を推定するために用いられてもよい。インピーダンスＺｇ（ｔ）、大きさ｜Ｚ｜、及び位相φは、周波数ｆの関数としてプロットされる。
動的機械分析（ＤＭＡ）、動的機械分光法又は単純に機械的分光法としても知られている、は、材料を研究及び特性化するために使用される技術である。正弦波応力が材料に適用され、材料内の歪みが測定され、材料の複素弾性率の決定を可能にする。超音波装置に適用される分光法は、周波数の掃引（合成信号又は従来の周波数掃引）で超音波ブレードの先端を励起し、結果として得られる複素インピーダンスを各周波数で測定することを含む。周波数の範囲にわたる超音波変換器の複素インピーダンス測定値は、超音波エンドエフェクタの特性を推定するために分類子又はモデルで使用される。一態様では、本開示は、超音波装置の自動化を推進するために超音波エンドエフェクタ（クランプアーム、ジョー）の状態を決定するための技術を提供する（例えば、装置を保護するための電力の無効化、適応アルゴリズムの実行、情報の検索、組織の識別など）。
図８２は、本開示の少なくとも１つの態様による、インピーダンスＺｇ（ｔ）、大きさ｜Ｚ｜、及び位相φが周波数ｆの関数としてプロットされている、エンドエフェクタの様々な異なる状態及び条件を有する超音波装置のスペクトル１３２０３０である。スペクトル１３２０３０は３次元空間にプロットされており、周波数（Ｈｚ）はｘ軸に沿ってプロットされ、位相（ラジアン）はｙ軸に沿ってプロットされ、大きさ（オーム）はｚ軸に沿ってプロットされている。
異なるジョーバイト及び装置状態のスペクトル分析が、異なる条件及び状態の周波数範囲にわたって異なる複素インピーダンス特性パターン（指紋）を生成する。各状態又は条件は、プロットされたとき、３Ｄ空間において異なる特性パターンを有する。これらの特性パターンは、エンドエフェクタの条件及び状態を推定するために使用することができる。図８２は、空気１３２０３２、クランプアームパッド１３２０３４、セーム革１３２０３６、ステープル１３２０３８、及び破損ブレード１３２０４０のスペクトルを示す。セーム革１３２０３６は、異なる種類の組織を特徴付けるために使用されて得る。
スペクトル１３２０３０は、超音波変換器にわたって低電力電気信号を印加して、超音波ブレードの非治療的励起を生成することによって評価することができる。低電力電気信号は、ＦＦＴを使用して、直列（掃引）又は並列（合成信号）の周波数範囲で超音波変換器全体のインピーダンス
Figure 0007258892000022
 を測定するために、掃引又は合成フーリエ級数の形で適用することができる。
新たなデータの分類の方法
各特性パターンに関して、パラメトリックラインは、多項式、フーリエ級数、又は便宜上規定され得るような任意の他の形態のパラメトリック方程式を使用して訓練に使用されるデータに適合させることができる。次いで、新たなデータ点が受信され、新たなデータ点から特性パターン訓練データにあてはめられた軌道までのユークリッド垂直距離を使用することによって分類される。新たなデータ点から各軌道（各軌道は異なる状態又は条件を表す）までの垂直距離は、点を状態又は条件に割り当てるために使用される。
訓練データ内の各点からあてはめられた曲線までの距離の確率分布を使用して、正確に分類された新たなデータ点の確率を推定することができる。これは、あてはめられた軌道の各新たなデータ点においてあてはめられた軌道に垂直な平面内の２次元確率分布を本質的に構築する。次いで、新たなデータ点は、正しい分類の確率に基づいて訓練セットに含められ、状態の高周波変化を容易に検出するが、装置が汚れたりパッドが摩耗しているなど、システム性能において発生する偏差を遅らせるように適応する適応的な学習分類子を作製することができる。
図８３は、本開示の少なくとも１つの態様による、超音波変換器インピーダンスＺｇ（ｔ）、大きさ｜Ｚ｜、及び位相φが周波数ｆの関数としてプロットされている、一組の３Ｄ訓練データセット（Ｓ）のプロット１３２０４２のグラフ表示である。３Ｄ訓練データセット（Ｓ）プロット１３２０４２は、位相（ラジアン）がｘ軸に沿ってプロットされ、周波数（Ｈｚ）がｙ軸に沿ってプロットされ、大きさ（オーム）がｚ軸に沿ってプロットされている３次元空間に図式的に示されており、パラメトリックフーリエ級数が３Ｄ訓練データセット（Ｓ）にあてはめられている。データを分類するための方法は、３Ｄ訓練データセットに基づいている（Ｓ０は、プロット１３２０４２を生成するために使用される）。
３Ｄ訓練データセット（Ｓ）にあてはまるパラメトリックフーリエ級数は、次式によって与えられる。
Figure 0007258892000023
新たな点
Figure 0007258892000024
 について、
Figure 0007258892000025
 までの垂直距離は、次式よって見出される。
Figure 0007258892000026
 次の場合、
Figure 0007258892000027
 すると、
Ｄ＝Ｄ⊥
Ｄの確率分布を使用して、グループＳに属するデータ点
Figure 0007258892000028
 の確率を推定することができる。
対照
超音波変換器／超音波ブレードの起動前、起動中、又は起動後に測定されたデータの分類に基づいて、様々な自動化タスク及び安全対策を実施することができる。同様に、エンドエフェクタ内に位置する組織の状態及び超音波ブレードの温度もある程度推定することができ、超音波装置の状態をユーザによりよく知らせる、又は重要な構造物を保護するなどのために使用することもできる。超音波ブレードの温度制御は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、「ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＩＮ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ ＤＥＶＩＣＥ ＡＮＤ ＣＯＮＴＲＯＬ ＳＹＳＴＥＭ ＴＨＥＲＥＦＯＲ」と題する、２０１８年３月８日に出願された共同所有の米国特許仮出願第６２／６４０，４１７号に記載されている。
同様に、超音波ブレードがクランプアームパッドに接触している可能性が高いとき（例えば、間に組織なしで）、又は超音波ブレードが破損している、又は超音波ブレードが金属（例えば、ステープル）に触れている確率がある場合には、電力送達を低減することができる。更に、ジョーが閉じられており、超音波ブレードとクランプアームパッドとの間に組織が検出されない場合、バックカットを禁じることができる。
分類を改善するための他のデータの統合
このシステムは、確率関数及びカルマンフィルタを使用して、このプロセスからのデータを前述のデータと組み合わせることによって、センサ、ユーザ、患者の測定基準、環境要因などによって提供される他の情報と共に使用することができる。カルマンフィルタは、様々な信頼性の過度の不確かな測定値を考慮して生じる状態又は条件の最大尤度を決定する。この方法は、新たに分類されたデータ点への確率の割り当てを可能にするため、このアルゴリズムの情報は、カルマンフィルタ内の他の測定値又は推定値を用いて実施することができる。
図８４は、本開示の少なくとも１つの態様による、複素インピーダンスパターン（指紋）に基づいて、ジョーの状態を決定するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図１３２０４４である。複素インピーダンス特性パターン（指紋）に基づいてジョーの状態を決定する前に、データベースには、限定するものではないが、図８２に示されるような、空気１３２０３２、クランプアームパッド１３２０３４、セーム革１３２０３６、ステープル１３２０３８、破損ブレード１３２０４０、並びに様々な組織の種類及び状態を含む、様々なジョーの状態を特徴付ける基準複素インピーダンス特性パターン又は訓練データセット（Ｓ）が投入されている。フルバイト又はチップの、乾いた又は湿ったセーム革が、異なる種類の組織を特徴付けるために使用されてもよい。基準複素インピーダンス特性パターン又は訓練データセット（Ｓ）を生成するために使用されるデータ点は、超音波変換器に治療レベル未満の駆動信号を適用し、所定の周波数範囲にわたって共振より下から共振より上に駆動周波数を掃引し、各周波数における複素インピーダンスを測定し、データ点を記録することによって得られる。次いで、データ点は、多項式曲線あてはめ、フーリエ級数、及び／又はパラメトリック方程式を含む様々な数値手法を使用して曲線にあてはめられる。基準複素インピーダンス特性パターン又は訓練データセット（Ｓ）にあてはまるパラメトリックフーリエ級数が、ここで説明される。
基準複素インピーダンス特性パターン又は訓練データセット（Ｓ）が生成されると、超音波器具は新たなデータ点を測定し、新たな点を分類し、新たなデータ点を基準複素インピーダンス特性パターン又は訓練データセット（Ｓ）に追加すべきか否かを判定する。
ここで図８４の論理フロー図を参照すると、一態様では、プロセッサ又は制御回路は、超音波変換器の複素インピーダンスを測定し（１３２０４６）、複素インピーダンスは、
Figure 0007258892000029
 として定義される。プロセッサ又は制御回路は、複素インピーダンス測定データ点を受信し（１３２０４８）、複素インピーダンス測定データ点を基準複素インピーダンス特性パターン内のデータ点と比較する（１３２０５０）。プロセッサ又は制御回路は、比較分析の結果に基づいて複素インピーダンス測定データ点を分類し（１３２０５２）、比較分析の結果に基づいて、エンドエフェクタの状態又は条件を割り当てる（１３２０５４）。
一態様では、プロセッサ又は制御回路は、プロセッサに連結されたデータベース又はメモリから、基準複素インピーダンス特性パターンを受信する。一態様では、プロセッサ又は制御回路は、以下のように、基準複素インピーダンス特性パターンを生成する。プロセッサ又は制御回路に連結された駆動回路は、初期周波数で開始し、最終周波数で終了し、それらの間の複数の周波数で、非治療的駆動信号を超音波変換器に印加する。プロセッサ又は制御回路は、各周波数における超音波変換器のインピーダンスを測定し、各インピーダンス測定値に対応するデータ点を記憶する。プロセッサ又は制御回路は、複数のデータ点を曲線あてはめして基準複素インピーダンス特性パターンを表す３次元曲線を生成し、ここで、大きさ｜Ｚ｜及び位相φは、周波数ｆの関数としてプロットされる。曲線あてはめには、多項式曲線あてはめ、フーリエ級数、及び／又はパラメトリック方程式が含まれる。
一態様では、プロセッサ又は制御回路は、新たなインピーダンス測定データ点を受信し、新たなインピーダンス測定データ点から、基準複素インピーダンス特性パターンにあてはめられた軌道までのユークリッド垂直距離を使用して新たなインピーダンス測定データ点を分類する。プロセッサ又は制御回路は、新たなインピーダンス測定データ点が正しく分類される確率を推定する。プロセッサ又は制御回路は、新たなインピーダンス測定データ点の推定された正しい分類の確率に基づいて、新たなインピーダンス測定データ点を基準複素インピーダンス特性パターンに追加する。一態様では、プロセッサ又は制御回路は、訓練データセット（Ｓ）に基づいてデータを分類し、訓練データセット（Ｓ）は、複数の複素インピーダンス測定データを含み、かつパラメトリックフーリエ級数を使用して訓練データセット（Ｓ）を曲線あてはめし、Ｓはここで定義され、確率分布は、グループＳに属する新しいインピーダンス測定データ点の確率を推定するために使用される。
全体としてジョー又は外科用器具の状態を決定又は推定することに関する更なる詳細は、「ＳＭＡＲＴ ＥＮＥＲＧＹ ＤＥＶＩＣＥＳ」と題された米国特許仮出願第６２／６９２，７６８号に見出すことができる。
状況認識
ここで図８５を参照すると、例えば、外科用ハブ１０６又は２０６（図１～図１１）などのハブの状況認識を示す時間線５２００が示されている。時間線５２００は例示的な外科処置、及び外科用ハブ１０６、２０６が、外科処置の各工程でデータソースから受信したデータから導き出すことができるコンテキスト情報である。時間線５２００は、手術室を設置することから開始し、患者を術後回復室に移送することで終了する肺区域切除手術の過程で、看護師、外科医、及び他の医療関係者によって取られるであろう典型的な工程を示す。
状況認識外科用ハブ１０６、２０６は、外科処置の過程全体にわたって、医療関係者が外科用ハブ１０６、２０６とペアリングされたモジュール式装置を使用する度に生成されるデータを含むデータをデータソースから受信する。外科用ハブ１０６、２０６は、ペアリングされたモジュール式装置及び他のデータソースからこのデータを受信して、任意の所与の時間に処置のどの工程が実施されているかなどの新しいデータが受信されると、進行中の処置に関する推定（すなわち、コンテキスト情報）を継続的に導出することができる。外科用ハブ１０６、２０６の状況認識システムは、例えば、レポートを生成するために処置に関するデータを記録する、医療関係者によって取られている工程を検証する、特定の処置工程に関連し得るデータ又はプロンプトを（例えば、ディスプレイスクリーンを介して）提供する、コンテキストに基づいてモジュール式装置を調節する（例えば、モニタを起動する、医療用撮像装置の視界（ＦＯＶ）を調節する、又は超音波外科用器具若しくはＲＦ電気外科用器具のエネルギーレベルを変更するなど）、及び上記の任意の他のこうした動作を行うことが可能である。
この例示的な処置における第１の工程５２０２として、病院職員は、病院のＥＭＲデータベースから患者のＥＭＲを読み出す。ＥＭＲにおける選択された患者データに基づいて、外科用ハブ１０６、２０６は、実行される処置が胸郭処置であることを判定する。
第２の工程５２０４では、職員は、処置のために入来する医療用品をスキャンする。外科用ハブ１０６、２０６は、スキャンされた用品を様々な種類の処置で利用される用品のリストと相互参照し、用品の組み合わせ（mix of supplies）が胸郭処置に対応することを確認する。更に、外科用ハブ１０６、２０６はまた、処置が楔形処置ではないと判定することができる（入来する用品が、胸郭楔形処置に必要な特定の用品を含まないか、又は別の点で胸郭楔形処置に対応していないかのいずれかであるため）。
第３の工程５２０６では、医療関係者は、外科用ハブ１０６、２０６に通信可能に接続されたスキャナを介して患者のバンドをスキャンする。続いて、外科用ハブ１０６、２０６は、スキャンされたデータに基づいて患者の識別情報を確認することができる。
第４の工程５２０８では、医療スタッフが補助装置をオンにする。利用される補助装置は、外科処置の種類及び外科医によって使用される技術に従って変わり得るが、この例示的な場合では、これらとしては、排煙器、吸入器、及び医療用撮像装置が挙げられる。起動されると、モジュール式装置である補助装置は、その初期化プロセスの一部として、モジュール式装置の特定の近傍内に位置する外科用ハブ１０６、２０６と自動的にペアリングすることができる。続いて、外科用ハブ１０６、２０６は、この術前又は初期化段階中にそれとペアリングされるモジュール式装置の種類を検出することによって、外科処置に関するコンテキスト情報を導出することができる。この特定の実施例では、外科用ハブ１０６、２０６は、ペアリングされたモジュール式装置のこの特定の組み合わせに基づいて、外科処置がＶＡＴＳ手術であると判定する。患者のＥＭＲからのデータの組み合わせ、手術に用いられる医療用品のリスト、及びハブに接続するモジュール式装置の種類に基づいて、外科用ハブ１０６、２０６は、外科チームが実施する特定の処置を概ね推定することができる。外科用ハブ１０６、２０６が、何の特定の処置が実施されているかを知ると、続いて外科用ハブ１０６、２０６は、メモリから、又はクラウドからその処置の工程を読み出して、次に接続されたデータソース（例えば、モジュール式装置及び患者監視装置）からその後受信したデータを相互参照して、外科処置のどの工程を外科チームが実行しているかを推定することができる。
第５の工程５２１０では、職員は、ＥＫＧ電極及び他の患者監視装置を患者に取り付ける。ＥＫＧ電極及び他の患者監視装置は、外科用ハブ１０６、２０６とペアリングすることができる。外科用ハブ１０６、２０６が患者監視装置からデータの受信を開始すると、外科用ハブ１０６、２０６は患者が手術室にいることを確認する。
第６の工程５２１２では、医療関係者は患者に麻酔を誘発する。外科用ハブ１０６、２０６は、例えば、ＥＫＧデータ、血圧データ、ベンチレータデータ、又はこれらの組み合わせを含む、モジュール式装置及び／又は患者監視装置からのデータに基づいて、患者が麻酔下にあることを推定することができる。第６の工程５２１２が完了すると、肺区域切除手術の術前部分が完了し、手術部分が開始する。
第７の工程５２１４では、操作されている患者の肺が虚脱される（換気が対側肺に切り替えられる間に）。外科用ハブ１０６、２０６は、例えば、患者の肺が虚脱されたことをベンチレータデータから推定することができる。外科用ハブ１０６、２０６は、患者の肺が虚脱したのを検出したことを、処置の予期される工程（事前にアクセス又は読み出すことができる）と比較することができるため、処置の手術部分が開始したことを推定して、それによって肺を虚脱させることがこの特定の処置における第１の手術工程であると判定することができる。
第８の工程５２１６では、医療用撮像装置（例えば、スコープ）が挿入され、医療用撮像装置からのビデオ映像が開始される。外科用ハブ１０６、２０６は、医療用撮像装置への接続を通じて医療用撮像装置データ（すなわち、ビデオ又は画像データ）を受信する。医療用撮像装置データを受信すると、外科用ハブ１０６、２０６は、外科処置の腹腔鏡部分が開始したことを判定することができる。更に、外科用ハブ１０６、２０６は、実施されている特定の処置が、肺葉切除とは対照的に区域切除術であると判定することができる（処置の第２の工程５２０４で受信したデータに基づいて、楔形処置は外科用ハブ１０６、２０６によって既に割り引かれていることに留意されたい）。医療用撮像装置１２４（図２）からのデータは、患者の解剖学的構造の可視化に関して配向されている医療用撮像装置の角度を判定することによる、用いられている（すなわち、起動されており、外科用ハブ１０６、２０６とペアリングされている）数又は医療用撮像装置を監視することによる、及び用いられている可視化装置の種類を監視することによる、ことを含む多くの異なる方法の中から実施されている処置の種類に関するコンテキスト情報を判定するために用いられ得る。例えば、ＶＡＴＳ肺葉切除術を実施するための１つの技術は、カメラを患者の胸腔の前下方角部の横隔膜上方に配置し、一方、ＶＡＴＳ区域切除術を実施するための１つの技術は、カメラを、区域裂に対して前肋間位置に配置する。例えば、パターン認識又は機械学習技術を使用して、状況認識システムは、患者の解剖学的構造の可視化に基づいて、医療用撮像装置の位置を認識するように訓練され得る。別の例として、ＶＡＴＳ肺葉切除術を実施するための１つの技術は単一の医療用撮像装置を利用するが、ＶＡＴＳ区域切除術を実施するための別の技術は複数のカメラを利用する。更に別の例として、ＶＡＴＳ区域切除術を実施するための１つの技術は、区域裂を可視化するために赤外線光源（可視化システムの一部として外科用ハブに通信可能に結合され得る）を使用し、これはＶＡＴＳ肺葉切除術では使用されない。医療用撮像装置からのこのデータのいずれか又は全てを追跡することによって、外科用ハブ１０６、２０６は、実行中の特定の種類の外科処置、及び／又は特定の種類の外科処置に使用されている技術を判定することができる。
第９の工程５２１８で、外科チームは、処置の切開工程を開始する。外科用ハブ１０６、２０６は、エネルギー器具が発射されていることを示すＲＦ又は超音波発生器からのデータを受信するため、外科医が患者の肺を切開して分離するプロセスにあると推定することができる。外科用ハブ１０６、２０６は、受信されたデータを外科処置の読み出しされた工程と相互参照して、プロセスのこの時点（すなわち、上述された処置の工程が完了した後）で発射されているエネルギー器具が切開工程に対応していると判定することができる。特定の例では、エネルギー器具は、ロボット外科システムのロボットアームに取り付けられたエネルギーツールであり得る。
第１０の工程５２２０で、外科チームは、処置の結紮工程に進む。外科用ハブ１０６、２０６は、器具が発射されていることを示す外科用ステープル留め及び切断器具からのデータを受信するため、外科医が動脈及び静脈を結紮していると推定することができる。前工程と同様に、外科用ハブ１０６、２０６は、外科用ステープル留め及び切断器具からのデータの受信を、読み出しされたプロセス内の工程と相互参照することによって、この推定を導出することができる。特定の例では、外科用器具は、ロボット外科システムのロボットアームに取り付けられた外科用ツールであり得る。
第１１の工程５２２２では、処置の区域切除部分が実施される。外科用ハブ１０６、２０６は、そのカートリッジからのデータを含む外科用ステープル留め及び切断器具からのデータに基づいて、外科医が実質組織を横切開していると推定することができる。カートリッジのデータは、例えば、器具によって発射されるステープルのサイズ又は種類に対応することができる。異なる種類のステープルが異なる種類の組織に利用されているため、カートリッジのデータは、ステープル留め及び／又は横切開されている組織の種類を示すことができる。この場合、発射されるステープルの種類は実質組織（又は他の同様の組織種）に用いられ、これにより、外科用ハブ１０６、２０６は、処置の区域切除部分が実行されていると推定することができる。
続いて第１２の工程５２２４で、結節切開工程が実行される。外科用ハブ１０６、２０６は、ＲＦ又は超音波器具が発射されていることを示す発生器から受信したデータに基づいて、外科チームが結節を切開し、漏れ試験を実施していると推定することができる。この特定の処置の場合、実質組織が横切開された後に用いられるＲＦ又は超音波器具は結節切開工程に対応しており、この結節切開工程により外科用ハブ１０６、２０６がこの推定を行うことが可能となる。異なる器具が特定の作業に対してより良好に適合するため、外科医は、処置中の特定の工程に応じて、定期的に外科用ステープル留め／切断器具と外科用エネルギー（すなわち、ＲＦ又は超音波）器具との間で交互に切り替えることに留意されたい。したがって、ステープル留め／切断器具及び外科用エネルギー器具が使用される特定のシーケンスは、外科医が処置のどの工程を実施中であるかを示すことができる。更に、特定の例では、外科処置中の１つ又は２つ以上の工程にロボットツールを使用することができ、かつ／又は外科処置中の１つ又は２つ以上の工程にハンドヘルド外科用器具を使用することができる。外科医（複数可）は、例えば、ロボットツールとハンドヘルド外科用器具とを順に交代させることができ、かつ／又は、例えば、装置を同時に使用することができる。第１２の工程５２２４が完了すると、切開部が閉鎖され、処置の術後部分が開始する。
第１３の工程５２２６では、患者の麻酔が逆転される。外科用ハブ１０６、２０６は、例えば、ベンチレータデータに基づいて（すなわち、患者の呼吸速度が増加し始める）、患者が麻酔から覚醒しつつあると推定することができる。
最後に、第１４の工程５２２８は、医療関係者が患者から様々な患者監視装置を除去することである。したがって、外科用ハブ１０６、２０６は、ハブがＥＫＧ、ＢＰ、及び患者監視装置からの他のデータを喪失したとき、患者が回復室に移送されていると推定することができる。この例示的な処置の説明から分かるように、外科用ハブ１０６、２０６と通信可能に結合された各種データソースから受信されたデータに基づいて、外科用ハブ１０６、２０６は、所与の外科処置の各工程が発生しているときを判定又は推定することができる。
状況認識については、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、「ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＨＵＢ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ」と題する２０１８年４月１９日出願の米国特許仮出願第６２／６５９，９００号で更に説明されている。特定の例では、例えば本明細書で開示される様々なロボット外科システムを含むロボット外科システムの動作は、その状況認識、及び／若しくはその構成要素からのフィードバックに基づいて、並びに／又はクラウド１０２からの情報に基づいて、ハブ１０６、２０６によって制御され得る。
いくつかの形態が例示され説明されてきたが、添付の「特許請求の範囲」をそのような詳述に制限又は限定することは、本出願人が意図するところではない。多数の修正、変形、変化、置換、組み合わせ及びこれらの形態の等価物を実装することができ、本開示の範囲から逸脱することなく当業者により想到されるであろう。更に、記述する形態に関連した各要素の構造は、その要素によって行われる機能を提供するための手段として代替的に説明することができる。また、材料が特定の構成要素に関して開示されているが、他の材料が使用されてもよい。したがって、上記の説明文及び添付の特許請求の範囲は、全てのそのような修正、組み合わせ、及び変形を、開示される形態の範囲に含まれるものとして網羅することを意図としたものである点を理解されたい。添付の特許請求の範囲は、全てのそのような修正、変形、変化、置換、修正、及び等価物を網羅することを意図する。
上記の詳細な説明は、ブロック図、フローチャート、及び／又は実施例を用いて装置及び／又はプロセスの様々な形態について記載してきた。そのようなブロック図、フローチャート、及び／又は実施例が１つ若しくは２つ以上の機能及び／又は動作を含む限り、当業者に理解されたいこととして、そのようなブロック図、フローチャート、及び／又は実施例に含まれる各機能及び／又は動作は、多様なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの事実上の任意の組み合わせによって、個々にかつ／又は集合的に実装することができる。当業者には、本明細書で開示される形態のうちのいくつかの態様の全部又は一部が、１台以上のコンピュータ上で稼働する１つ又は２つ以上のコンピュータプログラムとして（例えば、１台以上のコンピュータシステム上で稼働する１つ又は２つ以上のプログラムとして）、１つ又は２つ以上のプロセッサ上で稼働する１つ又は２つ以上のプログラムとして（例えば、１つ又は２つ以上のマイクロプロセッサ上で稼働する１つ又は２つ以上のプログラムとして）、ファームウェアとして、又はこれらの実質的に任意の組み合わせとして集積回路上で等価に実現することができ、また、回路を設計すること、並びに／又はソフトウェア及び／若しくはファームウェアのコードを記述することは、本開示を鑑みれば当業者の技能の範囲内に含まれることが理解されよう。更に、当業者には理解されることとして、本明細書に記載した主題の機構は、多様な形式で１つ又は２つ以上のプログラム製品として配布されることが可能であり、本明細書に記載した主題の具体的な形態は、配布を実際に行うために使用される信号搬送媒体の特定の種類にかかわらず用いられる。
様々な開示された態様を実行するように論理をプログラムするために使用される命令は、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、キャッシュ、フラッシュメモリ、又は他のストレージなどのシステム内メモリに記憶され得る。更に、命令は、ネットワークを介して、又は他のコンピュータ可読媒体によって分配され得る。したがって、機械可読媒体としては、機械（例えば、コンピュータ）によって読み出し可能な形態で情報を記憶又は送信するための任意の機構が挙げられ得るが、フロッピーディスケット、光ディスク、コンパクトディスク、読み出し専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、並びに磁気光学ディスク、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、磁気若しくは光カード、フラッシュメモリ、又は、電気的、光学的、音響的、若しくは他の形態の伝播信号（例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号など）を介してインターネットを介した情報の送信に使用される有形機械可読ストレージに限定されない。したがって、非一時的コンピュータ可読媒体としては、機械（例えば、コンピュータ）によって読み出し可能な形態で電子命令又は情報を記憶又は送信するのに好適な任意の種類の有形機械可読媒体が挙げられる。
本明細書の任意の態様で使用されるとき、「制御回路」という用語は、例えば、ハードワイヤード回路、プログラマブル回路（例えば、１つ又は２つ以上の個々の命令処理コアを含むコンピュータプロセッサ、処理ユニット、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコントローラユニット、コントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、プログラマブル論理機構（ＰＬＤ）、プログラマブル論理アレイ（ＰＬＡ）、又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ））、状態機械回路、プログラマブル回路によって実行される命令を記憶するファームウェア、及びこれらの任意の組み合わせを指すことができる。制御回路は、集合的に又は個別に、例えば、集積回路（ＩＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、システムオンチップ（ＳｏＣ）、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、サーバ、スマートフォンなどの、より大きなシステムの一部を形成する回路として具現化され得る。したがって、本明細書で使用するとき、「制御回路」としては、少なくとも１つの個別の電気回路を有する電気回路、少なくとも１つの集積回路を有する電気回路、少なくとも１つの特定用途向け集積回路を有する電気回路、コンピュータプログラムによって構成された汎用コンピューティング装置（例えば、本明細書で説明したプロセス及び／若しくは装置を少なくとも部分的に実行するコンピュータプログラムによって構成された汎用コンピュータ、又は本明細書で説明したプロセス及び／若しくは装置を少なくとも部分的に実行するコンピュータプログラムによって構成されたマイクロプロセッサ）を形成する電気回路、メモリ装置（例えば、ランダムアクセスメモリの形態）を形成する電気回路、及び／又は通信装置（例えばモデム、通信スイッチ、又は光－電気設備）を形成する電気回路が挙げられるが、これらに限定されない。当業者は、本明細書で述べた主題が、アナログ若しくはデジタルの形式又はこれらのいくつかの組み合わせで実現されてもよいことを認識するであろう。
本明細書の任意の態様で使用される場合、「論理」という用語は、前述の動作のいずれかを実行するように構成されたアプリケーション、ソフトウェア、ファームウェア、及び／又は回路を指し得る。ソフトウェアは、非一時的コンピュータ可読記憶媒体上に記録されたソフトウェアパッケージ、コード、命令、命令セット、及び／又はデータとして具現化されてもよい。ファームウェアは、メモリ装置内のコード、命令、若しくは命令セット、及び／又はハードコードされた（例えば、不揮発性の）データとして具現化されてもよい。
本明細書の任意の態様で使用するとき、「構成要素」、「システム」、「モジュール」などの用語は、ハードウェア、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせ、ソフトウェア、又は実行中のソフトウェアのどちらかであるコンピュータ関連エンティティを指すことができる。
本明細書の任意の態様で使用するとき、「アルゴリズム」とは、所望の結果につながる工程の自己無撞着シーケンスを指し、「工程」とは、必ずしも必要ではないが、記憶、転送、結合、比較、及び別様に操作されることが可能な電気又は磁気信号の形態をなすことができる物理量及び／又は論理状態の操作を指す。これらの信号を、ビット、値、要素、記号、文字、用語、番号などとして言及することが一般的な扱い方である。これらの及び類似の用語は、適切な物理量と関連付けられてもよく、また単に、これらの量及び／又は状態に適用される便利なラベルである。
ネットワークとしては、パケット交換ネットワークが挙げられ得る。通信装置は、選択されたパケット交換ネットワーク通信プロトコルを使用して、互いに通信することができる。１つの例示的な通信プロトコルとしては、伝送制御プロトコル／インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）を使用して通信を可能にすることができるイーサネット通信プロトコルを挙げることができる。イーサネットプロトコルは、Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ（ＩＥＥＥ）によって発行された２００８年１２月発行の表題「ＩＥＥＥ８０２．３ Ｓｔａｎｄａｒｄ」、及び／又は本規格の後のバージョンのイーサネット規格に準拠するか、又は互換性があり得る。代替的に又は追加的に、通信装置は、Ｘ．２５通信プロトコルを使用して互いに通信することができる。Ｘ．２５通信プロトコルは、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ－Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ Ｓｅｃｔｏｒ（ＩＴＵ－Ｔ）によって公布された規格に準拠するか、又は互換性があり得る。代替的に又は追加的に、通信装置は、フレームリレー通信プロトコルを使用して互いに通信することができる。フレームリレー通信プロトコルは、Ｃｏｎｓｕｌｔａｔｉｖｅ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｇｒａｐｈ ａｎｄ Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ（ＣＣＩＴＴ）及び／又はｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（ＡＮＳＩ）によって公布された規格に準拠するか、又は互換性があり得る。代替的に又は追加的に、送受信機は、非同期転送モード（ＡＴＭ）通信プロトコルを使用して互いに通信することが可能であり得る。ＡＴＭ通信プロトコルは、ＡＴＭ Ｆｏｒｕｍによって「ＡＴＭ－ＭＰＬＳ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｗｏｒｋｉｎｇ ２．０」という題で２００１年８月に公開されたＡＴＭ規格及び／又は本規格の後のバージョンに準拠するか、又は互換性があり得る。当然のことながら、異なる及び／又は後に開発されたコネクション型ネットワーク通信プロトコルは、本明細書で等しく企図される。
別段の明確な定めがない限り、前述の開示から明らかなように、前述の開示全体を通じて、「処理する」、「計算する」、「算出する」、「決定する」、「表示する」などの用語を使用する議論は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内で物理（電子的）量として表現されるデータを、コンピュータシステムのメモリ若しくはレジスタ又はそのような情報記憶、伝送、若しくは表示装置内で物理量として同様に表現される他のデータへと操作し変換する、コンピュータシステム又は類似の電子計算装置の動作及び処理を指していることが理解されよう。
１つ又は２つ以上の構成要素が、本明細書中で、「ように構成される（configured to）」、「ように構成可能である（configurable to）」、「動作可能である／ように動作する（operable/operative to）」、「適合される／適合可能である（adapted/adaptable）」、「ことが可能である（able to）」、「準拠可能である／準拠する（conformable/conformed to）」などと言及され得る。当業者は、「ように構成される」は、一般に、文脈上他の意味に解釈すべき場合を除き、アクティブ状態の構成要素及び／又は非アクティブ状態の構成要素及び／又はスタンドバイ状態の構成要素を包含し得ることを理解するであろう。
「近位」及び「遠位」という用語は、本明細書では、外科用器具のハンドル部分を操作する臨床医を基準として使用される。「近位」という用語は、臨床医に最も近い部分を指し、「遠位」という用語は、臨床医から離れた位置にある部分を指す。便宜上及び明確性のために、「垂直」、「水平」、「上」、及び「下」などの空間的用語が、本明細書において図面に対して使用され得ることが更に理解されよう。しかしながら、外科用器具は、多くの向き及び位置で使用されるものであり、これらの用語は限定的及び／又は絶対的であることを意図したものではない。
当業者は、一般に、本明細書で使用され、かつ特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の本文）で使用される用語は、概して「オープンな」用語として意図されるものである（例えば、「含む（including）」という用語は、「～を含むが、それらに限定されない（including but not limited to）」と解釈されるべきであり、「有する（having）」という用語は「～を少なくとも有する（having at least）」と解釈されるべきであり、「含む（includes）」という用語は「～を含むが、それらに限定されない（includes but is not limited to）」と解釈されるべきであるなど）ことを理解するであろう。更に、導入された請求項記載（introduced claim recitation）において特定の数が意図される場合、かかる意図は当該請求項中に明確に記載され、またかかる記載がない場合は、かかる意図は存在しないことが、当業者には理解されるであろう。例えば、理解を助けるものとして、後続の添付の特許請求の範囲は、「少なくとも１つの（at least one）」及び「１つ又は２つ以上の（one or more）」という導入句を、請求項記載を導入するために含むことがある。しかしながら、かかる句の使用は、「ａ」又は「ａｎ」という不定冠詞によって請求項記載を導入した場合に、たとえ同一の請求項内に「１つ又は２つ以上の」又は「少なくとも１つの」といった導入句及び「ａ」又は「ａｎ」という不定冠詞が含まれる場合であっても、かかる導入された請求項記載を含むいかなる特定の請求項も、かかる記載事項を１つのみ含む請求項に限定されると示唆されるものと解釈されるべきではない（例えば、「ａ」及び／又は「ａｎ」は通常、「少なくとも１つの」又は「１つ又は２つ以上の」を意味するものと解釈されるべきである）。定冠詞を使用して請求項記載を導入する場合にも、同様のことが当てはまる。
更に、導入された請求項記載において特定の数が明示されている場合であっても、かかる記載は、典型的には、少なくとも記載された数を意味するものと解釈されるべきであることが、当業者には認識されるであろう（例えば、他に修飾語のない、単なる「２つの記載事項」という記載がある場合、一般的に、少なくとも２つの記載事項、又は２つ以上の記載事項を意味する）。更に、「Ａ、Ｂ、及びＣなどのうちの少なくとも１つ」に類する表記が用いられる場合、一般に、かかる構文は、当業者がその表記を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」は、限定するものではないが、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢの両方、ＡとＣの両方、ＢとＣの両方、及び／又はＡとＢとＣの全てなどを有するシステムを含む）。「Ａ、Ｂ、又はＣなどのうちの少なくとも１つ」に類する表記が用いられる場合、一般に、かかる構文は、当業者がその表記を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、又はＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」は、限定するものではないが、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢの両方、ＡとＣの両方、ＢとＣの両方、及び／又はＡとＢとＣの全てなどを有するシステムを含む）。更に、典型的には、２つ若しくは３つ以上の選択的な用語を表わすあらゆる選言的な語及び／又は句は、文脈上他の意味に解釈すべき場合を除いて、明細書内であろうと、請求の範囲内であろうと、あるいは図面内であろうと、それら用語のうちの１つ、それらの用語のうちのいずれか、又はそれらの用語の両方を含む可能性を意図すると理解されるべきであることが、当業者には理解されよう。例えば、「Ａ又はＢ」という句は、典型的には、「Ａ」又は「Ｂ」又は「Ａ及びＢ」の可能性を含むものと理解されよう。
添付の特許請求の範囲に関して、当業者は、本明細書における引用した動作は一般に、任意の順序で実施され得ることを理解するであろう。また、様々な動作のフロー図がシーケンス（複数可）で示されているが、様々な動作は、例示されたもの以外の順序で行われてもよく、又は同時に行われてもよいことが理解されるべきである。かかる代替の順序付けの例は、文脈上他の意味に解釈すべき場合を除いて、重複、交互配置、割り込み、再順序付け、増加的、予備的、追加的、同時、逆、又は他の異なる順序付けを含んでもよい。更に、「～に応答する」、「～に関連する」といった用語、又は他の過去時制の形容詞は、一般に、文脈上他の意味に解釈すべき場合を除き、かかる変化形を除外することが意図されるものではない。
「一態様」、「態様」、「例示」、「一例示」などへの任意の参照は、その態様に関連して記載される特定の機構、構造、又は特性が少なくとも１つの態様に含まれると意味することは特記に値する。したがって、本明細書の全体を通じて様々な場所に見られる語句「一態様では」、「態様では」、「例示では」、及び「一例示では」は、必ずしも全てが同じ態様を指すものではない。更に、特定の特徴、構造、又は特性は、１つ又は２つ以上の態様において任意の好適な様態で組み合わせることができる。
本明細書で参照され、かつ／又は任意の出願データシートに列挙される任意の特許出願、特許、非特許刊行物、又は他の開示資料は、組み込まれる資料が本明細書と矛盾しない範囲で、参照により本明細書に組み込まれる。それ自体、また必要な範囲で、本明細書に明瞭に記載される開示内容は、参考として本明細書に組み込まれているあらゆる矛盾する記載に優先するものとする。現行の定義、見解、又は本明細書に記載されるその他の開示内容と矛盾する任意の内容、又はそれらの部分は本明細書に参考として組み込まれるものとするが、参照内容と現行の開示内容との間に矛盾が生じない範囲においてのみ、参照されるものとする。
要約すると、本明細書に記載した構想を用いる結果として得られる多くの利益が記載されてきた。１つ又は２つ以上の形態の上述の記載は、例示及び説明を目的として提示されているものである。包括的であることも、開示された厳密な形態に限定することも意図されていない。上記の教示を鑑みて、修正又は変形が可能である。１つ又は２つ以上の形態は、原理及び実際の応用について例示し、それによって、様々な形態を様々な修正例と共に、想到される特定の用途に適するものとして当業者が利用できるようにするために、選択され記載されたものである。本明細書と共に提示される特許請求の範囲が全体的な範囲を定義することが意図される。
本明細書に記載される主題の様々な態様は、以下の番号付けされた実施例において説明される。
実施例１．超音波変換器を備える超音波外科用器具のエンドエフェクタ内に位置する組織の位置を決定する方法であって、エンドエフェクタが、超音波変換器に音響的に結合された超音波ブレードを備える、方法。方法は、制御回路によって、第１の電力レベルを超音波変換器に印加することと、制御回路によって、第１の電力レベルに対応する超音波変換器の第１のインピーダンス測定値を測定することと、制御回路によって、第２の電力レベルを超音波変換器に印加することと、制御回路によって、第２の電力レベルに対応する超音波変換器の第２のインピーダンス測定値を測定することと、制御回路によって、第１のインピーダンス測定値と第２のインピーダンス測定値との間の超音波変換器インピーダンスの差を計算することと、制御回路によって、超音波変換器インピーダンスの差を第１の閾値と比較することと、制御回路によって、第１の閾値に基づいて、エンドエフェクタ内に位置付けられた組織の位置を決定することと、を含む。
実施例２．第１の電力レベルが、第２の電力レベル未満である、実施例１に記載の方法。
実施例３．第１及び第２の電力レベルが治療電力レベルを下回り、治療電力レベルが、超音波ブレードに組織を凝固及び横切開させるのに十分な電力レベルである、実施例１又は２に記載の方法。
実施例４．第１の電力レベルが、０．２アンペアである、実施例１～３のいずれか１つに記載の方法。
実施例５．第２の電力レベルが、第１の電力レベルの２倍である、実施例１～４のいずれか１つに記載の方法。
実施例６．第１の電力レベル及び第２の電力レベルが、超音波変換器に３５μｍ未満の振幅で超音波ブレードを振動させる、実施例１～５のいずれか１つに記載の方法。
実施例７．制御回路によって、エンドエフェクタ内の組織の位置に基づいて、超音波変換器に治療電力レベルを印加することを更に含み、治療電力レベルが、超音波ブレードに組織を凝固及び横切開させるのに十分な電力レベルである、実施例１～６のいずれか１つに記載の方法。
実施例８．制御回路によって、超音波変換器インピーダンスの差を第２の閾値と比較することと、制御回路によって、エンドエフェクタ内に位置付けられた組織が、近位位置、中間位置、又は遠位位置にあるかを、第１の閾値及び第２の閾値に対する超音波変換器インピーダンスの差に従って判定することと、を更に含む、実施例１～７のいずれか１つに記載の方法。
実施例９．発生器に接続可能な超音波外科用器具。超音波外科用器具は、超音波ブレードを備えるエンドエフェクタと、超音波ブレードに音響的に結合された超音波変換器と、超音波変換器に結合された制御回路と、を備える。超音波変換器は、発生器からの駆動信号に応答して超音波ブレードを超音波振動させるように構成されている。制御回路は、超音波発生器を介して超音波変換器に様々な電力レベルを印加し、様々な電力レベルに対応する超音波変換器のインピーダンスを測定し、閾値に対する超音波変換器のインピーダンス間の差に従って、エンドエフェクタ内に位置付けられた組織の位置を決定する、ように構成されている。
実施例１０．制御回路が、第１の電力レベルと第２の電力レベルとの間で超音波変換器に印加される電力レベルを変化させるように構成されている、実施例９に記載の超音波外科用器具。
実施例１１．第１の電力レベル及び第２の力電レベルが治療電力レベルを下回り、治療電力レベルが、超音波ブレードに組織を凝固及び横切開させるのに十分な電力レベルである、実施例１０に記載の超音波外科用器具。
実施例１２．第１の電力レベルが、０．２アンペアである、実施例１０又は１１に記載の超音波外科用器具。
実施例１３．第２の電力レベルが、第１の電力レベルの２倍である、実施例１０～１２のいずれか１つに記載の超音波外科用器具。
実施例１４．第１の電力レベル及び第２の電力レベルが、超音波変換器に３５μｍ未満の振幅で超音波ブレードを振動させる、実施例１０～１３のいずれか１つに記載の超音波外科用器具。
実施例１５．制御回路が、エンドエフェクタ内の組織の位置に基づいて、超音波変換器に治療電力レベルを印加するように更に構成され、治療電力レベルが、超音波ブレードに組織を凝固及び横切開させるのに十分な電力レベルである、実施例９～１４のいずれか１つに記載の超音波外科用器具。
実施例１６．閾値が第１の閾値を含む、実施例９～１５のいずれか１つに記載の超音波外科用器具。制御回路が、超音波変換器のインピーダンス間の差を第２の閾値と比較することと、エンドエフェクタ内に位置付けられた組織が、近位位置、中間位置、又は遠位位置にあるかを、第１の閾値及び第２の閾値に対する超音波変換器のインピーダンス間の差に従って判定することと、を行うように更に構成されている。
実施例１７．エンドエフェクタと、超音波ブレードと、超音波ブレードに音響的に結合された超音波変換器と、を備える超音波器具に接続可能な超音波発生器。超音波発生器は、超音波変換器に結合可能な制御回路を備える。制御回路は、様々な電力レベルを超音波変換器に印加することと、様々な電力レベルに対応する超音波変換器のインピーダンスを測定することと、閾値に対する超音波変換器のインピーダンス間の差に従って、エンドエフェクタ内に位置付けられた組織の位置を決定することと、を行うように構成されている。
実施例１８．制御回路が、第１の電力レベルと第２の電力レベルとの間で超音波変換器に印加される電力レベルを変化させるように構成されている、実施例１７に記載の超音波発生器。
実施例１９．第１の電力レベル及び第２の電力レベルが治療電力レベルを下回り、治療電力レベルが、超音波ブレードに組織を凝固及び横切開させるのに十分な電力レベルである、実施例１８に記載の超音波発生器。
実施例２０．第１の電力レベルが、０．２アンペアである、実施例１８又は１９に記載の超音波発生器。
実施例２１．第２の電力レベルが、第１の電力レベルの２倍である、実施例１８～２０のいずれか１つに記載の超音波発生器。
実施例２２．第１の電力レベル及び第２の電力レベルが、超音波変換器に３５μｍ未満の振幅で超音波ブレードを振動させる、実施例１８～２１のいずれか１つに記載の超音波発生器。
実施例２３．制御回路が、エンドエフェクタ内の組織の位置に基づいて、超音波変換器に治療電力レベルを印加するように更に構成され、治療電力レベルが、超音波ブレードに組織を凝固及び横切開させるのに十分な電力レベルである、実施例１７～２２のいずれか１つに記載の超音波発生器。
実施例２４．閾値が第１の閾値を含む、実施例１７～２３のいずれか１つに記載の超音波発生器。制御回路が、超音波変換器のインピーダンス間の差を第２の閾値と比較することと、エンドエフェクタ内に位置付けられた組織が、近位位置、中間位置、又は遠位位置にあるかを、第１の閾値及び第２の閾値に対する超音波変換器のインピーダンス間の差に従って判定することと、を行うように更に構成されている。
〔実施の態様〕
（１） 超音波変換器を備える超音波外科用器具のエンドエフェクタ内に位置する組織の位置を決定する方法であって、前記エンドエフェクタが、前記超音波変換器に音響的に結合された超音波ブレードを備え、前記方法が、
制御回路によって、第１の電力レベルを前記超音波変換器に印加することと、
前記制御回路によって、前記第１の電力レベルに対応する前記超音波変換器の第１のインピーダンス測定値を測定することと、
前記制御回路によって、第２の電力レベルを前記超音波変換器に印加することと、
前記制御回路によって、前記第２の電力レベルに対応する前記超音波変換器の第２のインピーダンス測定値を測定することと、
前記制御回路によって、前記第１のインピーダンス測定値と前記第２のインピーダンス測定値との間の超音波変換器インピーダンスの差を計算することと、
前記制御回路によって、前記超音波変換器インピーダンスの差を第１の閾値と比較することと、
前記制御回路によって、前記第１の閾値に基づいて、前記エンドエフェクタ内に位置付けられた前記組織の位置を決定することと、を含む、方法。
（２） 前記第１の電力レベルが、前記第２の電力レベル未満である、実施態様１に記載の方法。
（３） 前記第１及び第２の電力レベルが治療電力レベルを下回り、前記治療電力レベルが、前記超音波ブレードに前記組織を凝固及び横切開させるのに十分な電力レベルである、実施態様１に記載の方法。
（４） 前記第１の電力レベルが、０．２アンペアである、実施態様１に記載の方法。
（５） 前記第２の電力レベルが、前記第１の電力レベルの２倍である、実施態様１に記載の方法。
（６） 前記第１の電力レベル及び前記第２の電力レベルが、前記超音波変換器に、３５μｍ未満の振幅で前記超音波ブレードを振動させる、実施態様１に記載の方法。
（７） 前記制御回路によって、前記エンドエフェクタ内の前記組織の前記位置に基づいて、前記超音波変換器に治療電力レベルを印加することを更に含み、前記治療電力レベルが、前記超音波ブレードに前記組織を凝固及び横切開させるのに十分な電力レベルである、実施態様１に記載の方法。
（８） 前記制御回路によって、前記超音波変換器インピーダンスの差を第２の閾値と比較することと、
前記制御回路によって、前記エンドエフェクタ内に位置付けられた組織が、近位位置、中間位置、又は遠位位置にあるかを、前記第１の閾値及び前記第２の閾値に対する前記超音波変換器インピーダンスの差に従って判定することと、を更に含む、実施態様１に記載の方法。
（９） 発生器に接続可能な超音波外科用器具であって、
超音波ブレードを備えるエンドエフェクタと、
前記超音波ブレードに音響的に結合された超音波変換器であって、前記発生器からの駆動信号に応答して前記超音波ブレードを超音波振動させるように構成されている、超音波変換器と、
前記超音波変換器に結合された制御回路と、を備え、前記制御回路が、
前記超音波発生器を介して、様々な電力レベルを前記超音波変換器に印加することと、
前記様々な電力レベルに対応する前記超音波変換器のインピーダンスを測定することと、
閾値に対する前記超音波変換器の前記インピーダンス間の差に従って、前記エンドエフェクタ内に位置付けられた組織の位置を決定することと、を行うように構成されている、超音波外科用器具。
（１０） 前記制御回路が、第１の電力レベルと第２の電力レベルとの間で前記超音波変換器に印加される前記電力レベルを変化させるように構成されている、実施態様９に記載の超音波外科用器具。
（１１） 前記第１の電力レベル及び前記第２の電力レベルが治療電力レベルを下回り、前記治療電力レベルが、前記超音波ブレードに前記組織を凝固及び横切開させるのに十分な電力レベルである、実施態様１０に記載の超音波外科用器具。
（１２） 前記第１の電力レベルが、０．２アンペアである、実施態様１０に記載の超音波外科用器具。
（１３） 前記第２の電力レベルが、前記第１の電力レベルの２倍である、実施態様１０に記載の超音波外科用器具。
（１４） 前記第１の電力レベル及び前記第２の電力レベルが、前記超音波変換器に、３５μｍ未満の振幅で前記超音波ブレードを振動させる、実施態様１０に記載の超音波外科用器具。
（１５） 前記制御回路が、前記エンドエフェクタ内の前記組織の前記位置に基づいて、前記超音波変換器に治療電力レベルを印加するように更に構成され、前記治療電力レベルが、前記超音波ブレードに前記組織を凝固及び横切開させるのに十分な電力レベルである、実施態様９に記載の超音波外科用器具。
（１６） 前記閾値が第１の閾値を含み、前記制御回路が、
前記超音波変換器の前記インピーダンス間の前記差を第２の閾値と比較することと、
前記エンドエフェクタ内に位置付けられた前記組織が、近位位置、中間位置、又は遠位位置にあるかを、前記第１の閾値及び前記第２の閾値に対する前記超音波変換器の前記インピーダンス間の前記差に従って判定することと、を行うように更に構成されている、実施態様９に記載の超音波外科用器具。
（１７） エンドエフェクタと、超音波ブレードと、前記超音波ブレードに音響的に結合された超音波変換器と、を備える超音波器具に接続可能な超音波発生器であって、前記超音波発生器が、
前記超音波変換器に結合可能な制御回路を備え、前記制御回路が、
様々な電力レベルを前記超音波変換器に印加することと、
前記様々な電力レベルに対応する前記超音波変換器のインピーダンスを測定することと、
閾値に対する前記超音波変換器の前記インピーダンス間の差に従って、前記エンドエフェクタ内に位置付けられた組織の位置を決定することと、を行うように構成されている、超音波発生器。
（１８） 前記制御回路が、第１の電力レベルと第２の電力レベルとの間で前記超音波変換器に印加される前記電力レベルを変化させるように構成されている、実施態様１７に記載の超音波発生器。
（１９） 前記第１の電力レベル及び前記第２の電力レベルが治療電力レベルを下回り、前記治療電力レベルが、前記超音波ブレードに前記組織を凝固及び及び横切開させるのに十分な電力レベルである、実施態様１８に記載の超音波発生器。
（２０） 前記第１の電力レベルが、０．２アンペアである、実施態様１８に記載の超音波発生器。
（２１） 前記第２の電力レベルが、前記第１の電力レベルの２倍である、実施態様１８に記載の超音波発生器。
（２２） 前記第１の電力レベル及び前記第２の電力レベルが、前記超音波変換器に、３５μｍ未満の振幅で前記超音波ブレードを振動させる、実施態様１８に記載の超音波発生器。
（２３） 前記制御回路が、前記エンドエフェクタ内の前記組織の前記位置に基づいて、前記超音波変換器に治療電力レベルを印加するように更に構成され、前記治療電力レベルが、前記超音波ブレードに前記組織を凝固及び横切開させるのに十分な電力レベルである、実施態様１７に記載の超音波発生器。
（２４） 前記閾値が第１の閾値を含み、前記制御回路が、
前記超音波変換器の前記インピーダンス間の前記差を第２の閾値と比較することと、
前記エンドエフェクタ内に位置付けられた前記組織が、近位位置、中間位置、又は遠位位置にあるかを、前記第１の閾値及び前記第２の閾値に対する前記超音波変換器の前記インピーダンス間の前記差に従って判定することと、を行うように更に構成されている、実施態様１７に記載の超音波発生器。

Claims (12)

  1. 超音波発生器に接続可能な超音波外科用器具であって、
    クランプアームおよび超音波ブレードを備えるエンドエフェクタと、
    前記超音波ブレードに音響的に結合された超音波変換器であって、前記超音波発生器からの駆動信号に応答して前記超音波ブレードを超音波振動させるように構成されている、超音波変換器と、
    前記超音波変換器に結合された制御回路と、を備え、前記制御回路が、
    前記クランプアームの力が組織に適用されて前記組織が前記エンドエフェクタ内に保持された状態で遅延期間が経過した後に、前記超音波発生器を介して、第１の電力レベルおよび第２の電力レベルを前記超音波変換器に印加することと、
    前記第１の電力レベルに対応する前記超音波変換器の第１のインピーダンス、及び、前記第２の電力レベルに対応する前記超音波変換器の第２のインピーダンスを測定することと、
    閾値に対する前記超音波変換器の前記第１のインピーダンスと前記第２のインピーダンスとの間の差に従って、前記エンドエフェクタ内に位置付けられた前記組織の位置を決定することと、を行うように構成されている、超音波外科用器具。
  2. 前記第１の電力レベル及び前記第２の電力レベルが治療電力レベルを下回り、前記治療電力レベルが、前記超音波ブレードに前記組織を凝固及び横切開させるのに十分な電力レベルである、請求項１に記載の超音波外科用器具。
  3. 前記第２の電力レベルが、前記第１の電力レベルの２倍である、請求項１に記載の超音波外科用器具。
  4. 前記第１の電力レベル及び前記第２の電力レベルが、前記超音波変換器に、３５μｍ未満の振幅で前記超音波ブレードを振動させる、請求項１に記載の超音波外科用器具。
  5. 前記制御回路が、前記エンドエフェクタ内の前記組織の前記位置に基づいて、前記超音波変換器に治療電力レベルを印加するように更に構成され、前記治療電力レベルが、前記超音波ブレードに前記組織を凝固及び横切開させるのに十分な電力レベルである、請求項１に記載の超音波外科用器具。
  6. 前記閾値が第１の閾値を含み、前記制御回路が、
    前記超音波変換器の前記第１のインピーダンスと前記第２のインピーダンスとの間の前記差を第２の閾値と比較することと、
    前記エンドエフェクタ内に位置付けられた前記組織が、近位位置、中間位置、又は遠位位置にあるかを、前記第１の閾値及び前記第２の閾値に対する前記超音波変換器の前記第１のインピーダンスと前記第２のインピーダンスとの間の前記差に従って判定することと、を行うように更に構成されている、請求項１に記載の超音波外科用器具。
  7. クランプアームおよび超音波ブレードを備えるエンドエフェクタと、前記超音波ブレードに音響的に結合された超音波変換器と、を備える超音波器具に接続可能な超音波発生器であって、前記超音波発生器が、
    前記超音波変換器に結合可能な制御回路を備え、前記制御回路が、
    前記クランプアームの力が組織に適用されて前記組織が前記エンドエフェクタ内に保持された状態で遅延期間が経過した後に、第１の電力レベルおよび第２の電力レベルを前記超音波変換器に印加することと、
    前記第１の電力レベルに対応する前記超音波変換器の第１のインピーダンス、及び、前記第２の電力レベルに対応する前記超音波変換器の第２のインピーダンスを測定することと、
    閾値に対する前記超音波変換器の前記第１のインピーダンスと前記第２のインピーダンスとの間の差に従って、前記エンドエフェクタ内に位置付けられた前記組織の位置を決定することと、を行うように構成されている、超音波発生器。
  8. 前記第１の電力レベル及び前記第２の電力レベルが治療電力レベルを下回り、前記治療電力レベルが、前記超音波ブレードに前記組織を凝固及び及び横切開させるのに十分な電力レベルである、請求項７に記載の超音波発生器。
  9. 前記第２の電力レベルが、前記第１の電力レベルの２倍である、請求項７に記載の超音波発生器。
  10. 前記第１の電力レベル及び前記第２の電力レベルが、前記超音波変換器に、３５μｍ未満の振幅で前記超音波ブレードを振動させる、請求項７に記載の超音波発生器。
  11. 前記制御回路が、前記エンドエフェクタ内の前記組織の前記位置に基づいて、前記超音波変換器に治療電力レベルを印加するように更に構成され、前記治療電力レベルが、前記超音波ブレードに前記組織を凝固及び横切開させるのに十分な電力レベルである、請求項７に記載の超音波発生器。
  12. 前記閾値が第１の閾値を含み、前記制御回路が、
    前記超音波変換器の前記第１のインピーダンスと前記第２のインピーダンスとの間の前記差を第２の閾値と比較することと、
    前記エンドエフェクタ内に位置付けられた前記組織が、近位位置、中間位置、又は遠位位置にあるかを、前記第１の閾値及び前記第２の閾値に対する前記超音波変換器の前記第１のインピーダンスと前記第２のインピーダンスとの間の前記差に従って判定することと、を行うように更に構成されている、請求項７に記載の超音波発生器。
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