JP7275143B2 - 単色光屈折度の使用による組織の不規則性の特性決定 - Google Patents

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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、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日に出願された、「ＵＳＥ ＯＦ ＬＡＳＥＲ ＬＩＧＨＴ ＡＮＤ ＲＥＤ－ＧＲＥＥＮ－ＢＬＵＥ ＣＯＬＯＲＡＴＩＯＮ ＴＯ ＤＥＴＥＲＭＩＮＥ ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ ＯＦ ＢＡＣＫ ＳＣＡＴＴＥＲＥＤ ＬＩＧＨＴ」という名称の、米国仮特許出願第６２／６４９，２９１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」という名称の、２０１７年１２月２８日出願の米国仮特許出願第６２／６１１，３４１号、「ＣＬＯＵＤ－ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ」という名称の、２０１７年１２月２８日出願の米国仮特許出願第６２／６１１，３４０号及び「ＲＯＢＯＴ ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」という名称の２０１７年１２月２８日出願の米国仮特許出願第６２／６１１，３３９号の優先権の利益を主張する。
本開示は様々な外科用シテムに関する。外科手術は、典型的には、例えば病院などの医療施設内の手術室又は部屋を外科手術する際に行われる。滅菌野は、典型的には、患者の周囲に形成される。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。様々な外科用装置及びシステムは、外科手術の実行に利用される。
一部の態様では、外科用画像取得システムは、各照明源が特定の中心波長を有する光を放射するように構成されている、複数の照明源と、複数の照明源のうちの１つ以上によって照明されるときに、組織試料から反射された光の一部分を受光するように構成された、光センサと、コンピューティングシステムと、を含んでよい。コンピューティングシステムは、組織試料が複数の照明源のそれぞれによって照明されるときに、光センサからデータを受信し、組織試料が照明源のそれぞれによって照明されるときに、光センサによって受信されたデータに基づいて、組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算し、かつスマート外科用装置によって受信される、構造の特性に関する構造データを送信する、ように更に構成されている。構造の特性は、表面特性又は構造組成であってよい。
外科用画像取得システムの一態様では、複数の照明源は、赤色光照明源、緑色光照明源及び青色光照明源のうちの少なくとも１つを含んでよい。
外科用画像取得の一態様では、複数の照明源は、赤外線照明源及び紫外線照明源のうちの少なくとも１つを含んでよい。
外科用画像取得システムの一態様では、組織内の構造の特性に関連する構造データを計算するように構成されたコンピューティングシステムが、組織内の構造の組成に関する構造データを計算するように構成されたコンピューティングシステムを含んでよい。
外科用画像取得の一態様では、組織内の構造の特性に関連する構造データを計算するように構成されたコンピューティングシステムが、組織内の構造の表面粗さに関する構造データを計算するように構成されたコンピューティングシステムを備える。
いくつかの態様では、外科用画像取得システムは、プロセッサと、プロセッサに結合されたメモリと、を含んでよい。メモリは、組織試料の複数の照明源の動作を制御することであって、各照明源が、特定の中心波長を有する光を放射するように構成されている、ことと、組織試料が複数の照明源のそれぞれによって照明されるときに、光センサからデータを受信することと、組織試料が照明源のそれぞれによって照明されるときに、光センサによって受信されたデータに基づいて、組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算することと、スマート外科用装置によって受信される、構造の特性に関する構造データを送信することと、を行うための、プロセッサによって実行可能な命令を記憶してよい。一部の態様では、構造の特性は、表面特性又は構造組成であってもよい。
外科用画像取得システムの一態様では、複数の照明源の動作を制御するためにプロセッサによって実行可能な命令が、複数の照明源のそれぞれによって組織試料を順次照明する１つ以上の命令を含む。
外科用画像取得システムの一態様では、光センサによって受信されたデータに基づいて、組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算するための、プロセッサによって実行可能な命令が、組織試料によって反射された照明における位相シフトに基づいて、組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算する１つ以上の命令を含んでよい。
外科用画像獲得システムの一態様では、構造組成は、組織内にコラーゲン及びエラスチンの相対組成を含んでもよい。
外科用画像取得システムの一態様では、構造組成は、組織の水和量を含んでよい。
一部の態様では、外科用画像取得システムは、組織試料の複数の照明源の動作を制御することであって、各照明源が、特定の中心波長を有する光を放射するように構成されている、ことと、組織試料が複数の照明源のそれぞれによって照明されたときに、光センサによってデータを受信することと、組織試料が照明源のそれぞれによって照明されるときに、光センサによって受信されたデータに基づいて、組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算することと、スマート外科用装置によって受信される構造の特性に関する構造データを送信することと、を行うように構成されている、制御回路を含んでよい。一部の態様では、構造の特性は、表面特性又は構造組成であってもよい。
外科用画像取得システムの一態様では、制御回路が、スマート外科用装置によって受信される、構造の特性に関する構造データを送信するように構成されており、スマート外科用装置はスマート外科用ステープラである。
外科用画像取得システムの一態様では、制御回路が、スマート外科用ステープラによって受信される、構造の特性に基づいて、アンビル圧力に関するデータを送信するように更に構成されている。
外科用画像取得システムの一態様では、制御回路が、スマート外科用装置によって受信される、構造の特性に関する構造データを送信するように構成されており、スマート外科用装置はスマート外科用ＲＦ封止装置である。
外科用画像取得システムの一態様では、制御回路が、スマートＲＦ封止装置によって受信される、構造の特性に基づいて、ＲＦ電力量に関するデータを送信するように更に構成されている。
外科用画像取得システムの一態様では、制御回路が、スマート外科用装置によって受信される、構造の特性に関する構造データを送信するように構成されており、スマート外科用装置はスマート超音波切断装置である。
外科用画像取得システムの一態様では、制御回路が、超音波切断装置によって受信される構造の特性に基づいて、超音波トランスデューサに提供される電力量又は超音波トランスデューサの駆動周波数に関連するデータを送信するように更に構成されている。
一部の態様では、コンピュータ可読命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体であって、コンピュータ可読命令は、実行されると、機械に、組織試料の複数の照明源の動作を制御することであって、各照明源は、特定の中心波長を有する光を放射するように構成されている、ことと、組織試料が複数の照明源のそれぞれによって照明されるときに、光センサからデータを受信することと、組織試料が照明源のそれぞれによって照明されるときに、光センサによって受信されたデータに基づいて、組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算することと、スマート外科用装置によって受信される構造の特性に関する構造データを送信することと、を行わせる。一部の態様では、構造の特性は、表面特性又は構造組成である。
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用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、手術室内で外科手術を行うために使用される外科用システムである。 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である、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部品を備える、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つ以上の手術室又は外科手術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用システムを示す。 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連結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（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動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、外科用器具の概略図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、他の利益の中でもインダクタレス調整を提供するように構成された、発生器の簡略ブロック図である。 本開示の少なくとも１つの態様による、図２０の発生器の一形態である発生器の一例を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、外科用システムに組み込まれ得る可視化システムを示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、図２２Ａの可視化システムのハンドユニットの平面図を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、撮像センサが内部に配置された、図２２Ａに示されるハンドユニットの側面図を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、図２２Ｃに示す複数の撮像センサを示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、図２２Ａの可視化システムに組み込まれ得る複数のレーザエミッタを示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、カラーフィルタのベイヤーパターンを有する画像センサの照明を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、複数のフレームに対する画素配列の動作のグラフィカル表現を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、色度フレーム及び輝度フレームの動作シーケンスの一例の概略図を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、センサ及びエミッタパターンの一例を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、画素配列の動作のグラフィカル表現を示す。 本開示の一態様による、ＮＩＲ分光法の器具の一例の概略図を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、フーリエ変換赤外撮像に基づいてＮＩＲＳを判定するための器具の一例を概略的に示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、移動している血液細胞から散乱した光の波長の変化を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、移動している血液細胞から散乱した光の波長の変化を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、移動している血液細胞から散乱した光の波長の変化を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、組織の部分から散乱したレーザ光のドップラーシフトを検出するために使用され得る、器具の態様を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、表面下構造を有する組織に衝突する光に対する一部の光学的効果を概略的に示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、表面下構造を有する組織試料に衝突する光のドップラー分析に対する効果の一例を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、様々なレーザ波長におけるレーザドップラー分析に基づく組織深さでの移動する血液細胞の検出を概略的に示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、様々なレーザ波長におけるレーザドップラー分析に基づく組織深さでの移動する血液細胞の検出を概略的に示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、様々なレーザ波長におけるレーザドップラー分析に基づく組織深さでの移動する血液細胞の検出を概略的に示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、複数の光波長で経時的にＣＭＯＳ撮像センサを照明する効果を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、表面下血管の存在を検出するためのドップラー撮像の使用の一例を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、血液を通って流れる血液細胞による青色光のドップラーシフトに基づいて、表面下血管を識別する方法を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、深い表面下血管の概略位置を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、浅い表面下血管の概略位置を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、表面画像と、表面下血管の画像と、を含む合成画像を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、組織片内の表面特徴部の深さを決定するための方法のフローチャートである。 本開示の少なくとも１つの態様による、組織試料に衝突する光に対する非血管構造の位置及び特性の効果を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、全視野ＯＣＴ装置において使用される構成要素の一例を概略的に示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、組織試料から反射された光に対する、組織異常の影響を概略的に示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、組織可視化モダリティの組み合わせから導出された画像ディスプレイを示す。 Ａ～Ｃは、本開示の少なくとも１つの態様による、手術部位の組織の表面構造と表面下構造との組み合わせの視覚的識別のために、外科医に提供され得るディスプレイの一部の態様を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、組織の特性に関する情報をスマート外科用器具に提供するための方法の、フローチャートである。 本開示の少なくとも１つの態様による、赤色、緑色、青色及び赤外線光並びに赤色、緑色、青色及び紫外レーザ光源への連続露光によって照明された組織によって反射された光によって受光される、複数画素光センサを示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、赤色、緑色、青色及び赤外線光並びに赤色、緑色、青色及び紫外レーザ光源への連続露光によって照明された組織によって反射された光によって受光される、複数画素光センサを示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、単一光センサ及び２つの光センサをそれぞれ有する細長いカメラプローブの遠位端を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、単一光センサ及び２つの光センサをそれぞれ有する細長いカメラプローブの遠位端を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、複数の画素配列を有するモノリシックセンサの一例の斜視図を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、細長いカメラプローブの２つの画像センサに利用可能な一対の視野の一例を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、細長いカメラプローブの２つの画像センサに利用可能な一対の視野の更なる例を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、細長いカメラプローブの２つの画像センサに利用可能な一対の視野の更なる例を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、細長いカメラプローブの２つの画像センサに利用可能な一対の視野の更なる例を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、細長いカメラプローブの２つの画像センサに利用可能な一対の視野の更なる例を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、図４６Ｄに開示される特徴を組み込んだ撮像システムの使用の一例を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、図４６Ｄに開示される特徴を組み込んだ撮像システムの使用の一例を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、図４６Ｄに開示される特徴を組み込んだ撮像システムの使用の一例を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による二重撮像システムの使用の別の例を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による二重撮像システムの使用の別の例を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、手術部位でのマルチ画像解析の使用から利益を得ることができる一連の外科的工程の例を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、手術部位でのマルチ画像解析の使用から利益を得ることができる一連の外科的工程の例を示す。 本開示の少なくとも１つの態様による、手術部位でのマルチ画像解析の使用から利益を得ることができる一連の外科的工程の例を示す。 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表である。
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３月２８日出願の以下の米国仮特許出願を所有する。
・「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＥＮＣＲＹＰＴＥＤ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＩＥＳ」という名称の米国仮特許出願第６２／６４９，３０２号、
・「ＤＡＴＡ ＳＴＲＩＰＰＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤ ＴＯ ＩＮＴＥＲＲＯＧＡＴＥ ＰＡＴＩＥＮＴ ＲＥＣＯＲＤＳ ＡＮＤ ＣＲＥＡＴＥ ＡＮＯＮＹＭＩＺＥＤ ＲＥＣＯＲＤ」という名称の米国仮特許出願第６２／６４９，２９４号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢ ＳＩＴＵＡＴＩＯＮＡＬ ＡＷＡＲＥＮＥＳＳ」という名称の米国仮特許出願第６２／６４９，３００号、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢ ＳＰＡＴＩＡＬ ＡＷＡＲＥＮＥＳＳ ＴＯ ＤＥＴＥＲＭＩＮＥ ＤＥＶＩＣＥＳ ＩＮ ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ ＴＨＥＡＴＥＲ」という名称の米国仮特許出願第６２／６４９，３０９号、
・「ＣＯＭＰＵＴＥＲ ＩＭＰＬＥＭＥＮＴＥＤ ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ」という名称の米国仮特許出願第６２／６４９，３１０号、
・「ＵＳＥ ＯＦ ＬＡＳＥＲ ＬＩＧＨＴ ＡＮＤ ＲＥＤ－ＧＲＥＥＮ－ＢＬＵＥ ＣＯＬＯＲＡＴＩＯＮ ＴＯ ＤＥＴＥＲＭＩＮＥ ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ ＯＦ ＢＡＣＫ ＳＣＡＴＴＥＲＥＤ ＬＩＧＨＴ」という名称の米国仮特許出願第６２／６４９，２９１号、
・「ＡＤＡＰＴＩＶＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＰＲＯＧＲＡＭ ＵＰＤＡＴＥＳ ＦＯＲ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥＳ」という名称の米国仮特許出願第６２／６４９，２９６号、
・「ＣＬＯＵＤ－ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＦＯＲ ＣＵＳＴＯＭＩＺＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＲＥＣＯＭＭＥＮＤＡＴＩＯＮＳ ＴＯ Ａ ＵＳＥＲ」という名称の米国仮特許出願第６２／６４９，３３３号、
・「ＣＬＯＵＤ－ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＦＯＲ ＳＥＣＵＲＩＴＹ ＡＮＤ ＡＵＴＨＥＮＴＩＣＡＴＩＯＮ ＴＲＥＮＤＳ ＡＮＤ ＲＥＡＣＴＩＶＥ ＭＥＡＳＵＲＥＳ」という名称の米国仮特許出願第６２／６４９，３２７号、
・「ＤＡＴＡ ＨＡＮＤＬＩＮＧ ＡＮＤ ＰＲＩＯＲＩＴＩＺＡＴＩＯＮ ＩＮ Ａ ＣＬＯＵＤ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＮＥＴＷＯＲＫ」という名称の米国仮特許出願第６２／６４９，３１５号、
・「ＣＬＯＵＤ ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ ＦＯＲ ＣＯＵＰＬＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥＳ」という名称の米国仮特許出願第６２／６４９，３１３号、
・「ＤＲＩＶＥ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ－ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」という名称の米国仮特許出願第６２／６４９，３２０号、
・「ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ ＴＯＯＬ ＡＤＪＵＳＴＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ－ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」という名称の米国仮特許出願第６２／６４９，３０７号及び
・「ＳＥＮＳＩＮＧ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ－ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」という名称の米国仮特許出願第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」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８４９９ＵＳＮＰ／１７０７６６、
・「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＣＯＮＤＩＴＩＯＮ ＨＡＮＤＬＩＮＧ ＯＦ ＤＥＶＩＣＥＳ ＡＮＤ ＤＡＴＡ ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＩＥＳ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８４９９ＵＳＮＰ１／１７０７６６－１、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢ ＣＯＯＲＤＩＮＡＴＩＯＮ ＯＦ ＣＯＮＴＲＯＬ ＡＮＤ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ ＲＯＯＭ ＤＥＶＩＣＥＳ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８４９９ＵＳＮＰ２／１７０７６６－２、
・「ＳＰＡＴＩＡＬ ＡＷＡＲＥＮＥＳＳ ＯＦ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢＳ ＩＮ ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ ＲＯＯＭＳ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号 ＥＮＤ８４９９ＵＳＮＰ３／１７０７６６－３、
・「ＣＯＯＰＥＲＡＴＩＶＥ ＵＴＩＬＩＺＡＴＩＯＮ ＯＦ ＤＡＴＡ ＤＥＲＩＶＥＤ ＦＲＯＭ ＳＥＣＯＮＤＡＲＹ ＳＯＵＲＣＥＳ ＢＹ ＩＮＴＥＬＬＩＧＥＮＴ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢＳ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８４９９ＵＳＮＰ４／１７０７６６－４、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢ ＣＯＮＴＲＯＬ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８４９９ＵＳＮＰ５／１７０７６６－５、
・「ＤＡＴＡ ＳＴＲＩＰＰＩＮＧ ＭＥＴＨＯＤ ＴＯ ＩＮＴＥＲＲＯＧＡＴＥ ＰＡＴＩＥＮＴ ＲＥＣＯＲＤＳ ＡＮＤ ＣＲＥＡＴＥ ＡＮＯＮＹＭＩＺＥＤ ＲＥＣＯＲＤ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５００ＵＳＮＰ／１７０７６７、
・「ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＨＵＢ ＡＮＤ ＳＴＯＲＡＧＥ ＤＥＶＩＣＥ ＦＯＲ ＳＴＯＲＩＮＧ ＰＡＲＡＭＥＴＥＲＳ ＡＮＤ ＳＴＡＴＵＳ ＯＦ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥ ＴＯ ＢＥ ＳＨＡＲＥＤ ＷＩＴＨ ＣＬＯＵＤ ＢＡＳＥＤ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＳＹＳＴＥＭＳ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５００ＵＳＮＰ１／１７０７６７－１、
・「ＳＥＬＦ ＤＥＳＣＲＩＢＩＮＧ ＤＡＴＡ ＰＡＣＫＥＴＳ ＧＥＮＥＲＡＴＥＤ ＡＴ ＡＮ ＩＳＳＵＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５００ＵＳＮＰ２／１７０７６７－２、
・「ＤＡＴＡ ＰＡＩＲＩＮＧ ＴＯ ＩＮＴＥＲＣＯＮＮＥＣＴ Ａ ＤＥＶＩＣＥ ＭＥＡＳＵＲＥＤ ＰＡＲＡＭＥＴＥＲ ＷＩＴＨ ＡＮ ＯＵＴＣＯＭＥ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号 ＥＮＤ８５００ＵＳＮＰ３／１７０７６７－３、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢ ＳＩＴＵＡＴＩＯＮＡＬ ＡＷＡＲＥＮＥＳＳ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０１ＵＳＮＰ／１７０７６８、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭ ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＥＤ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０１ＵＳＮＰ１／１７０７６８－１、
・「ＡＧＧＲＥＧＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＲＥＰＯＲＴＩＮＧ ＯＦ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢ ＤＡＴＡ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０１ＵＳＮＰ２／１７０７６８－２、
・「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢ ＳＰＡＴＩＡＬ ＡＷＡＲＥＮＥＳＳ ＴＯ ＤＥＴＥＲＭＩＮＥ ＤＥＶＩＣＥＳ ＩＮ ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ ＴＨＥＡＴＥＲ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０２ＵＳＮＰ／１７０７６９、
・「ＤＩＳＰＬＡＹ ＯＦ ＡＬＩＧＮＭＥＮＴ ＯＦ ＳＴＡＰＬＥ ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ ＴＯ ＰＲＩＯＲ ＬＩＮＥＡＲ ＳＴＡＰＬＥ ＬＩＮＥ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０２ＵＳＮＰ１／１７０７６９－１、
・「ＳＴＥＲＩＬＥ ＦＩＥＬＤ ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＤＩＳＰＬＡＹＳ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０２ＵＳＮＰ２／１７０７６９－２、
・「ＣＯＭＰＵＴＥＲ ＩＭＰＬＥＭＥＮＴＥＤ ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０３ＵＳＮＰ／１７０７７０、
・「ＵＳＥ ＯＦ ＬＡＳＥＲ ＬＩＧＨＴ ＡＮＤ ＲＥＤ－ＧＲＥＥＮ－ＢＬＵＥ ＣＯＬＯＲＡＴＩＯＮ ＴＯ ＤＥＴＥＲＭＩＮＥ ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ ＯＦ ＢＡＣＫ ＳＣＡＴＴＥＲＥＤ ＬＩＧＨＴ」という名称の米国特許出願第____________号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０４ＵＳＮＰ／１７０７７１、及び
・「ＤＵＡＬ ＣＭＯＳ ＡＲＲＡＹ ＩＭＡＧＩＮＧ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０４ＵＳＮＰ２／１７０７７１－２。
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。
・「ＡＤＡＰＴＩＶＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＰＲＯＧＲＡＭ ＵＰＤＡＴＥＳ ＦＯＲ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥＳ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０６ＵＳＮＰ／１７０７７３、
・「ＡＤＡＰＴＩＶＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＰＲＯＧＲＡＭ ＵＰＤＡＴＥＳ ＦＯＲ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＨＵＢＳ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０６ＵＳＮＰ１／１７０７７３－１、
・「ＣＬＯＵＤ－ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＦＯＲ ＣＵＳＴＯＭＩＺＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＲＥＣＯＭＭＥＮＤＡＴＩＯＮＳ ＴＯ Ａ ＵＳＥＲ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０７ＵＳＮＰ／１７０７７４、
・「ＣＬＯＵＤ－ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＦＯＲ ＬＩＮＫＩＮＧ ＯＦ ＬＯＣＡＬ ＵＳＡＧＥ ＴＲＥＮＤＳ ＷＩＴＨ ＴＨＥ ＲＥＳＯＵＲＣＥ ＡＣＱＵＩＳＩＴＩＯＮ ＢＥＨＡＶＩＯＲＳ ＯＦ ＬＡＲＧＥＲ ＤＡＴＡ ＳＥＴ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０７ＵＳＮＰ１／１７０７７４－１、
・「ＣＬＯＵＤ－ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＦＯＲ ＭＥＤＩＣＡＬ ＦＡＣＩＬＩＴＹ ＳＥＧＭＥＮＴＥＤ ＩＮＤＩＶＩＤＵＡＬＩＺＡＴＩＯＮ ＯＦ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＦＵＮＣＴＩＯＮ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０７ＵＳＮＰ２／１７０７７４－２、
・「ＣＬＯＵＤ－ＢＡＳＥＤ ＭＥＤＩＣＡＬ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＦＯＲ ＳＥＣＵＲＩＴＹ ＡＮＤ ＡＵＴＨＥＮＴＩＣＡＴＩＯＮ ＴＲＥＮＤＳ ＡＮＤ ＲＥＡＣＴＩＶＥ ＭＥＡＳＵＲＥＳ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０８ＵＳＮＰ／１７０７７５、
・「ＤＡＴＡ ＨＡＮＤＬＩＮＧ ＡＮＤ ＰＲＩＯＲＩＴＩＺＡＴＩＯＮ ＩＮ Ａ ＣＬＯＵＤ ＡＮＡＬＹＴＩＣＳ ＮＥＴＷＯＲＫ」という名称の米国仮特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５０９ＵＳＮＰ／１７０７７６及び
・「ＣＬＯＵＤ ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ ＦＯＲ ＣＯＵＰＬＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥＳ」という名称の＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５１０ＵＳＮＰ／１７０７７７。
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。
・「ＤＲＩＶＥ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ－ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５１１ＵＳＮＰ／１７０７７８、
・「ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ－ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５１１ＵＳＮＰ１／１７０７７８－１、
・「ＣＯＮＴＲＯＬＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ－ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５１１ＵＳＮＰ２／１７０７７８－２、
・「ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ ＴＯＯＬ ＡＤＪＵＳＴＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ－ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５１２ＵＳＮＰ／１７０７７９、
・「ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ－ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５１２ＵＳＮＰ１／１７０７７９－１、
・「ＣＯＯＰＥＲＡＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＡＣＴＩＯＮＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ－ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５１２ＵＳＮＰ２／１７０７７９－２、
・「ＤＩＳＰＬＡＹ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ－ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５１２ＵＳＮＰ３／１７０７７９－３及び
・「ＳＥＮＳＩＮＧ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴ－ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ」という名称の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿号、代理人整理番号ＥＮＤ８５１３ＵＳＮＰ／１７０７８０。
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／又は例のうち１つ以上を、以下に記述される他の態様、態様の具現及び／又は例のうち任意の１つ以上と組み合わせることができるものと理解されたい。
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用システム１００は、１つ以上の外科用システム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に結合された遠隔サーバ１１３を含み得るクラウド１０４）と、を含む。各外科用システム１０２は、遠隔サーバ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。一例では、図１に示すように、外科用システム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、外科用システム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手術を実施するために使用される外科用システム１０２の一例を示す。ロボットシステム１１０は、外科手術において外科用システム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、患者の身体の最小侵襲切開中に、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、医療用撮像装置は撮像装置１２４を向け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使用されることができる。
他のタイプのロボットシステムを、外科用システム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」という名称の米国仮特許出願第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の分析の様々な例は、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」という名称の米国仮特許出願第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（ＣＣＤ）センサ及び相補型金属酸化膜半導体（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つ以上の照明源及び／又は１つ以上のレンズを含んでよい。１つ以上の照明源は、手術野の一部を照明するように方向付けられてよい。１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つ以上の照明源は、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、最小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、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、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監視を用いる。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。スペクトル撮像は、人間の目が赤色、緑色及び青色に対して、そ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」という名称の米国仮特許出願第６２／６１１，３４１号の「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｉｍａｇｉｎｇ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ」の項で詳細に説明されている。マルチスペクトル監視は、１つの手術作業が完了した後に、治療された組織上で上述の試験の１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」、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浸透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見なされる特定の領域と見なされ得ること、又は滅菌野は、外科手術のために準備された患者のすぐ周囲の領域と見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つ以上の撮像センサと、１つ以上の画像処理ユニットと、１つ以上のディスクアレイと、１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」という名称の米国仮特許出願第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非滅菌ディスプレイ１０７及び第２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手術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よい。
図２を参照すると、外科用器具１１２は、外科手術において外科用システム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」という名称の２０１７年１２月２８日出願の米国仮特許出願第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よい。外科用システム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、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、「Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｈａｒｄｗａｒｅ」の項目及び「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」という名称の２０１７年１２月２８日出願の米国仮特許出願第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と、撮像モジュール１３８と、発生器モジュール１４０と、通信モジュール１３０と、プロセッサモジュール１３２と、ディスクアレイ１３４と、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。
外科手術中、封止及び／又は切断のため組織へのエネルギー適用は、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、外科手術中に絡まり合うことが多い。外科手術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適用を伴う外科手術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適用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、流体インタフェースを備える。
特定の外科手術は、１つ以上のエネルギータイプを組織に適用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されることができる。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てい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適用を伴う外科手術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、組織に適用するための第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、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、組織に適用するための第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、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よい。ハブのモジュール式筐体１３６は、複数の発生器が単一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ている。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に向かって延在してい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、吸い込み流体ライン及び吸引流体ラインを含む外科用ツールに連結される。一例では、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に向かって延在している可撓管の形態である。１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ており、最初にシャフトを通って延在しているケーブルによって発生器モジュール１４０に連結されている。
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。このような例では、流体インタフェースは、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に連結されて、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ている。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ている。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ている。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よい。少なくとも１つの例では、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連結される。光源モジュール及び／又はカメラモジュールは、外科手術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センサを備える。別の態様では、カメラモジュールはＣＭＯＳセンサを備える。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ている。同様に、光源モジュールは、外科手術に応じて白色光又は異なる光を送達するように構成されることができる。
外科手術中に、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、外科手術中に光源モジュール又はカメラモジュール中間体の交換を可能にするように構成されている。
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、これらのそれぞれの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よい。
様々な例で、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されることができる。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されることができる。
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」という名称の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」という名称の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。このようなシステムは、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」という名称の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」という名称の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に結合された遠隔サーバ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に連結することができる。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）から別の装置に及びクラウドコンピューティングリソースに届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に連結されてよい。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に連結されて、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に連結されてよい。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に連結されて、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てよい。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、例えば外科手術中に、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、エネルギーに基づく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、ディスクアレイ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）との組み合わせを備えてよい。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。用語「クラウド」は「インターネット」の隠喩として使用され得るが、この用語はそのように限定はされない。したがって、用語「クラウドコンピューティング」は、本明細書では「インターネットに基づくコンピューティングの一種」を指すために使用されることができ、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識別するために、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縁確認を含む。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重ね合わせるなどの技術を使用して、身体の解剖学的構造を識別するために、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、外科手術の結果を改善するために分析することができる。このようなデータ分析は、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上の遠隔サーバ２１３（図９）に一斉送信する。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一斉送信することは、セキュリティリスクとなりボトルネックを引き起こす恐れがある。
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に連結されている。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よい。
他の例では、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（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含む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よい。モジュール式通信ハブ２０３は、一般に設置、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用システム２００を示す。コンピュータ実装インタラクティブ外科用システム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用システム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用システム２００は、多くの点で外科用システム１０２と類似する１つ以上の外科用システム２０２を含む。各外科用システム２０２は、遠隔サーバ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用システム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の例に示すように、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、ディスクアレイ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に連結されている。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ている。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に連結されてよい。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重ね合わせるために、ハブディスプレイ２１５（例えば、モニタ、画面）に結合されてよい。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、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。その開示は、全体が参照により本明細書に組み込まれる「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」という名称の２０１７年１２月２８日出願の米国仮特許出願第６２／６１１，３４１号中の、「Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｈｕｂ Ｓｐａｔｉａｌ Ａｗａｒｅｎｅｓｓ Ｗｉｔｈｉｎ ａｎ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｒｏｏｍ」の項で説明されるように、超音波に基づく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ている。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／出力インタフェース２５１に結合されている。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・インタフェース（ＳＣＳＩ）又は任意の他の独自バス（proprietary bus）を含む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てよい。
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）及び／又は、１つ以上のパルス幅変調（ＰＷＭ）モジュール、１つ以上の直交エンコーダ入力（ＱＥＩ）アナログ、１２個のアナログ入力チャネルを備える１つ以上の１２ビットアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を含む、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＬＭ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲ ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ４Ｆプロセッサコアであってよい。
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つのコントローラベースのファミリーを含む、安全コントローラを備えてよい。安全コントローラは、拡張性のある性能、接続性及びメモリの選択肢を提供しながら、高度な集積型安全機構を提供するために、中でも特に、ＩＥＣ６１５０８及びＩＳＯ２６２６２の安全限界用途専用に構成されてよい。
システムメモリは、揮発性メモリ及び不揮発性メモリを含む。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（ＰＲＯＭ）、電気的プログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリを含み得る。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装置を含むが、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を含む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フェースが用いられてよい。
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はオペレーティングシステムを含む。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、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、ウェブカメラなどのポインティング装置を含むが、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。インタフェースポート（複数可）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を含む。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、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を含む。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技術は、光ファイバ分散データインタフェース（ＦＤＤＩ）、銅線分散データインタフェース（ＣＤＤＩ）、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＥＥＥ８０２．３、Ｔｏｋｅｎ Ｒｉｎｇ／ＩＥＥＥ８０２．５などを含む。ＷＡＮ技術は、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（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（ＤＳＬ）を含む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（ＤＳＰ）を備えてよい。画像プロセッサは、単一命令、複数データ（ＳＩＭＤ）又は複数命令、複数データ（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よい。
通信接続（複数可）とは、ネットワークインタ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の外部にあってよい。例示のみを目的として、ネットワークインタフェースへの接続に必要なハードウェア／ソフトウェアは、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を含む。
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機械（digital state machine）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の回路に統合されている。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よく、電力を管理するためのハブ電力論理３１２を含む。
ＵＳＢネットワークハブ３００装置は、シリアルインタフェースエンジン３１０（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（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／復号及び／又はシリアル・パラレル／パラレル・シリアル変換を含み得る。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インタフェース３３０を介し、シリアルＥＥＰＲＯＭからコマンドを制御するためのインタフェース論理を介してコマンドデコーダ３２６に結合されている。
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いてよい。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連結して、Ｉビームナイフ部材を駆動する。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並びに発射部材、発射バー及びＩビームナイフ要素の位置を決定するようにプログラム又は構成され得るプロセッサ４６２に提供される。追加のモータが、Ｉビームの発射、閉鎖管の移動、シャフトの回転及び関節運動を制御するために、ツールドライバインタフェースに提供されてよい。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画面機能を含んでよい。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つ以上のＰＷＭモジュール、１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備えてよい。安全コントローラは、拡張性のある性能、接続性及びメモリの選択肢を提供しながら、高度な集積型安全機構を提供するために、中でも特に、ＩＥＣ６１５０８及びＩＳＯ２６２６２の安全限界用途専用に構成されてよい。
マイクロコントローラ４６１は、ナイフ及び関節運動システムの速度及び位置に対する精密制御など、様々な機能を実行するようにプログラムされてよい。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」という名称の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いてよい。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「観察された」応答が得られ、これが実際のフィードバックの決定に用いられる。観察された応答は、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、ステップモータ又は任意の他の好適な電気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（ＦＥＴ）を含むＨブリッジ駆動器を備えてよい。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備えてよい。特定の状況下では、電源組立体の電池セルは、交換可能及び／又は再充電可能であってよい。少なくとも１つの例では、電池セルは、電源アセンブリに連結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（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。駆動器４９２は、固有の電荷ポンプ調節器を備え、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よい。ハイサイド駆動用の内部電荷ポンプにより、ＤＣ（１００％デューティサイクル）動作が可能となる。フルブリッジは、ダイオード又は同期整流を用いて高速又は低速減衰モードで駆動され得る。低速減衰モードにおいて、電流の再循環は、ハイサイドのＦＥＴによっても、ローサイドのＦＥＴによっても可能である。電力ＦＥＴは、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、発射バー又はＩビームを表し、それらの各々は、駆動歯のラックを含むように適合及び構成され得る。それに応じて、本明細書で使用する場合、変位部材という用語は、駆動部材、発射部材、発射バー、Ｉビ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移動可能な部材を総称して指すために使用される。一態様では、長手方向に移動可能な駆動部材は、発射部材、発射バー及びＩビームに連結される。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、Ｉビームの直線変位を追跡することができる。様々な他の態様では、変位部材は、直線変位を測定するのに好適な任意の位置センサ４７２に連結されてよい。したがって、長手方向可動駆動部材、発射部材、発射バー若しくはＩビーム又はそれらの組み合わせは、任意の好適な変位センサに連結され得る。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（ＬＶＤＴ）、差動可変磁気抵抗型変換器（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フェースする回転式シャフトを含んでよい。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連結されてよい。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、長手方向に移動可能な発射部材、発射バー、Ｉビーム又はこれらの組み合わせを表す。
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、変位部材に連結したセンサ素子の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させる結果をもたらす、ギアの減速を介して接続されてよい。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させることができる。
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配列を備えてよい。
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といった多数の側面を含んでいる。磁界の感知に用いられる技術は、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、桁毎法及びボルダーアルゴリズムとしても知られる、座標回転デジタルコンピュータ（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フェース（ＳＰＩ）インタフェースなどの標準的なシリアル通信インタ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４ｘ４ｘ０．８５ｍｍパッケージで提供されるＡＳ５０５５チップであってよい。
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、及び／又はこれを実装するようにプログラムされてよい。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。他の例は、電圧、電流及び力のＰＷＭを含む。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）が設けられてよい。いくつかの態様では、他のセンサ（複数可）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」という名称の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」という名称の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」という名称の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含むことができる。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る。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つ以上のパラメータを測定するように構成されている。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、閉鎖駆動システムによってアンビルに適用され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、外科用器具又はツールの発射ストローク中にＩビームに適用される発射力を測定することができる。Ｉビームは、楔形スレッドと係合するように構成されており、楔形スレッドは、ステープルドライバを上向きにカム作用して、ステープルを押し出してアンビルと変形接触させるように構成されている。Ｉビームはまた、Ｉビームを発射バーによって遠位に前進させる際に組織を切断するために使用されることができる、鋭利な切刃を含む。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。発射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適用さ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連結することができる。エンドエフェクタによって把持された組織に適用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つ以上のパラメータを測定するように構成されている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。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によって使用されることができる。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されることができる。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含むことができる。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いてよい。
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されることができる。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を含む有限状態機械を備えてよい。
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されることができる。順序論理回路５２０は有限状態機械を備えてよい。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を備えてよい。少なくとも１つのメモリ回路５２４は、有限状態機械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ている。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機械と、の組み合わせを含んでよい。他の態様では、有限状態機械は、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を含んでよい。発射モータ６０２は、具体的にはＩビーム要素を変位させるために、モータ６０２によって生じた発射運動をエンドエフェクタに伝達するように構成されることができる、発射モータ駆動アセンブリ６０４に動作可能に連結されてよい。特定の例では、モータ６０２によって生成される発射運動によって、例えば、ステープルをステープルカートリッジから、エンドエフェクタによって捕捉された組織内へと配備し及び／又はＩビーム要素の切刃を前進させて、捕捉された組織を切断してよい。Ｉビーム要素は、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と動作可能に連結されてよい。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移行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移行され得る。
特定の例では、外科用器具又はツールは、例えば、１つ以上の関節運動モータ６０６ａ、６０６ｂを含んでよい。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に動作可能に連結され得る。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／又は切刃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ように、閉鎖管及びＩビーム要素を遠位に前進させるために、発射モータ６０２と同時に起動されてよい。
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に対して個々に連結及び分離が可能であってよい。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つ以上の共通の制御モジュールを共有してよい。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移行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と電気的に連結してもよく、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と電気的に連結してもよく、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と電気的に連結してもよく、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と電気的に連結してよい。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と電気的に連結してよい。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に連結されたモータへと伝達された電力を変調してよい。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に連結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つ以上の非一時的な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つ以上が、例えば、プロセッサ６２２に連結されてよい。
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」）を備えてよい。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、ハンドルに解放可能に装着されるように構成されていてよい。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に連結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。用語「プロセッサ」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（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、多目的のプログラマブルデバイスである。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であってよい。少なくとも１つの例では、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つ以上のＰＷＭモジュール、１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Ｉビーム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結合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、シャフト部材及び／又は１つ以上の関節運動部材を個別に制御するようにプログラム又は構成されてよい。外科用器具７００は、モータ駆動式の発射部材、閉鎖部材、シャフト部材及び／又は１つ以上の関節運動部材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のアンビル７１６及びＩビーム７１４（鋭い切刃を含む）部分と、取り外し可能なステープルカートリッジ７１８と、シャフト７４０と、１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、Ｉビーム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いてよい。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によって個別に動作することができる。
一態様では、制御回路７１０は、１つ以上のマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ又はプロセッサ若しくは複数のプロセッサに１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よい。一態様では、タイマー／カウンタ回路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に提供し位置センサ７３４によって決定されたＩビーム７１４の位置をタイマー／カウンタ回路７３１の出力と相関させ、その結果、開始位置に対する特定の時間（ｔ）又は制御回路７１０が、Ｉビーム７１４が開始位置に対して特定の位置にあるときの、時間（ｔ）におけるＩビーム７１４の位置を決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いてよい。
一態様では、制御回路７１０は、１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よい。閉鎖制御プログラムは、アンビル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、モータ設定値信号を生成することができる。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つ以上の回路を備えてよい。一部の例では、モータ７０４ａ～７０４ｅはブラシ付きＤＣ電動モータであってよい。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よい。一部の例では、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つ以上の固定子巻線に提供されるＰＷＭ信号を含んでよい。また、一部の例では、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よい。器具の応答は、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を含み得る。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から電力を受信することができる。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電源であってよい。モータ７０４ａ～７０４ｅは、それぞれの伝達装置７０６ａ～７０６ｅを介して、Ｉビーム７１４、アンビル７１６、シャフト７４０、関節運動７４２ａ及び関節運動７４２ｂなどの個々の可動機械的要素に機械的に連結されてよい。伝達装置７０６ａ～７０６ｅは、モータ７０４ａ～７０４ｅを可動機械的要素に連結するための１つ以上のギア又は他の連結構成要素を含んでよい。位置センサ７３４は、Ｉビーム７１４の位置を感知し得る。位置センサ７３４は、Ｉビーム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よい。一部の例では、位置センサ７３４は、Ｉビーム７１４が遠位及び近位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よい。制御回路７１０は、パルスを追跡してＩビーム７１４の位置を決定してよい。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よい。他の種類の位置センサは、Ｉビーム７１４の運動を示す他の信号を提供することができる。また、一部の例では、位置センサ７３４は省略されてよい。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、Ｉビーム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Ｉビーム７１４部分などの発射部材を駆動するように構成されている。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に連結される。トルクセンサ７４４ａは、Ｉビーム７１４に結合された伝達装置７０６ａに連結される。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Ｉビーム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連結されてよい。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、Ｉビーム７１４を発射又は変位させるために必要な力を表す。位置センサ７３４は、発射ストロークに沿ったＩビーム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いてよい。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。発射部材が遠位に並進すると、遠位端に位置付けられた切断要素を備えるＩビーム７１４は、遠位に前進して、ステープルカートリッジ７１８とアンビル７１６との間に位置する組織を切断する。
一態様では、制御回路７１０は、エンドエフェクタ７０２部分のアンビル７１６などの閉鎖部材を駆動するように構成されている。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にモータ設定値を提供する。モータ７０４ｂの出力シャフトは、トルクセンサ７４４ｂに連結される。トルクセンサ７４４ｂは、アンビル７１６に連結された伝達装置７０６ｂに連結される。伝達装置７０６ｂは、開放位置及び閉位置からのアンビル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連結される。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、アンビル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いてよい。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。枢動可能なアンビル７１６は、ステープルカートリッジ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、アンビル７１６とステープルカートリッジ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にモータ設定値を提供する。モータ７０４ｃの出力シャフトは、トルクセンサ７４４ｃに連結される。トルクセンサ７４４ｃは、シャフト７４０に結合された伝達装置７０６ｃに連結される。伝達装置７０６ｃは、シャフト７４０の時計回り又は反時計回りの回転を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含む。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連結される。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に適用される回転力を表す。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いてよい。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にモータ設定値を提供する。モータ７０４ｄの出力シャフトは、トルクセンサ７４４ｄに連結される。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に連結される。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含む。一態様では、モータ７０４ｄは、関節運動ナットに連結され、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に提供してよい。
別の態様では、ロボット外科用システム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モータを備えてよい。別の例としては、変位部材、関節運動結合部、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よい。位置センサ７３４は、制御回路７１０と連係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つ以上のセンサ７３８と通信してよい。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よい。センサ７３８は、１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決定するために、ステープルカートリッジ７１８のデッキ上に配置されてよい。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いてよい。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）ステープルカートリッジ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つ以上のセンサ７３８は、クランプ状態の間のアンビル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、アンビル７１６とステープルカートリッジ７１８との間で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よい。センサ７３８は、アンビル７１６とステープルカートリッジ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いてよく、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（ＭＲ）装置、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）装置、磁力計として実装されてよい。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よい。
一態様では、センサ７３８は、閉鎖駆動システムによってアンビル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つ以上のセンサ７３８は、閉鎖管によってアンビル７１６に適用される閉鎖力を検出するために、閉鎖管とアンビル７１６との間の相互作用点に位置してよい。アンビル７１６に対して及ぼされる力は、アンビル７１６とステープルカートリッジ７１８との間に捕捉された組織部分が経験する、組織圧縮を表すものであり得る。１つ以上のセンサ７３８を、閉鎖駆動システムに沿って様々な相互作用点に配置して、閉鎖駆動システムによりアンビル７１６に適用される閉鎖力を検出することができる。１つ以上のセンサ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よい。制御回路７１０は、リアルタイムの試料測定値を受信して時間に基づく情報を提供及び分析し、アンビル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。Ｉビーム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Ｉビーム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を含む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」という名称の米国特許出願第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プログラムされた外科用器具７５０のブロック図を示す。一態様では、外科用器具７５０は、Ｉビーム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、アンビル７６６、Ｉビーム７６４（鋭い切刃を含む）及び取り外し可能なステープルカートリッジ７６８を備え得るエンドエフェクタ７５２を備える。
Ｉビーム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。Ｉビーム７６４が長手方向に移動可能な駆動部材に連結されているため、Ｉビーム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、Ｉビーム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、Ｉビーム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よい。一部の例では、制御回路７６０は、１つ以上のマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ又はプロセッサ若しくは複数のプロセッサに、記載される方法で変位部材、例えばＩビーム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の位置を決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つ以上の回路を備えてよい。一部の例では、モータ７５４は、ブラシ付きＤＣ電動モータであってよい。例えば、モータ７５４の速度は、モータ駆動信号７７４に比例してよい。一部の例では、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つ以上の固定子巻線に提供されるＰＷＭ信号を含んでよい。また、一部の例では、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を直接生成してよい。
モータ７５４は、エネルギー源７６２から電力を受信することができる。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よい。モータ７５４は、伝達装置７５６を介してＩビーム７６４に機械的に連結され得る。伝達装置７５６は、モータ７５４をＩビーム７６４に結合するための１つ以上のギア又は他の結合構成要素を含んでよい。位置センサ７８４は、Ｉビーム７６４の位置を感知し得る。位置センサ７８４は、Ｉビーム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、又はそれを含んでよい。一部の例では、位置センサ７８４は、Ｉビーム７６４が遠位及び近位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よい。制御回路７６０は、パルスを追跡してＩビーム７６４の位置を決定してよい。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よい。他の種類の位置センサは、Ｉビーム７６４の運動を示す他の信号を提供することができる。また、一部の例では、位置センサ７８４は省略されてよい。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、Ｉビーム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つ以上のセンサを含み得る。
１つ以上のセンサ７８８は、クランプ留め状態の間のアンビル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、アンビル７６６とステープルカートリッジ７６８との間で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よい。センサ７８８は、アンビル７６６とステープルカートリッジ７６８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いてよく、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り、アンビル７６６上に及ぼされる力を測定するように構成されていてよい。例えば、１つ以上のセンサ７８８は、閉鎖管によってアンビル７６６に適用される閉鎖力を検出するために、閉鎖管とアンビル７６６との間の相互作用点に位置してよい。アンビル７６６に対して及ぼされる力は、アンビル７６６とステープルカートリッジ７６８との間に捕捉された組織部分が経験する組織圧縮を表すものであり得る。１つ以上のセンサ７８８を、閉鎖駆動システムに沿って様々な相互作用点に配置して、閉鎖駆動システムによりアンビル７６６に適用される閉鎖力を検出することができる。１つ以上のセンサ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よい。制御回路７６０は、リアルタイムの試料測定値を受信して時間に基づく情報を提供及び分析し、アンビル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。Ｉビーム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され得る。変位部材を作動させて、エンドエフェクタ７５２内のＩビーム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を含む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Ｉビーム７６４を駆動するように構成されている。別の例は、交換式シャフト組立体の、例えば変位部材及び関節運動ドライバを動作する電気モータ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、電気モータ７５４に反して作用する障害と呼ばれることがある。障害などの外部影響は、物理系の動作を物理系の所望の動作から逸脱させることがある。
様々な例示的態様は、モータ駆動の外科用ステープル留め及び切断実装を有するエンドエフェクタ７５２を備える外科用器具７５０を対象とする。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よい。エンドエフェクタ７５２は、枢動可能なアンビル７６６と、使用のために構成される場合は、アンビル７６６の反対側に配置されたステープルカートリッジ７６８を備えてよい。臨床医は、本明細書に記載されるように、アンビル７６６とステープルカートリッジ７６８との間に組織を把持してよい。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のトリガーを押すことによって発射信号を提供してよい。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につれて、遠位端に配置された切断要素を有するＩビーム７６４は、ステープルカートリッジ７６８とアンビル７６６との間の組織を切断することができる。
様々な例で、外科用器具７５０は、１つ以上の組織状態に基づいて、例えば、Ｉビーム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よい。制御回路７６０は、組織状態に基づいて発射制御プログラムを選択するようにプログラムされてよい。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よい。
一部の例では、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よい。器具の応答は、開ループ部分の間の変位部材の並進距離、開ループ部分の間の経過時間、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を含み得る。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部分に対して、選択された発射制御プログラムを実装してよい。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」という名称の米国特許出願第１５／７２０，８５２号に開示されている。
図１９は、本開示の一態様に従った、様々な機能を制御するように構成された外科用器具７９０の概略図である。一態様では、外科用器具７９０は、Ｉビーム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、アンビル７６６と、Ｉビーム７６４と、ＲＦカートリッジ７９６（破線で示す）と交換することができる取り外し可能なステープルカートリッジ７６８と、を備え得るエンドエフェクタ７９２を備える。
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よい。位置センサ７８４は、制御回路７６０と連係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、Ｉビーム７６４は、上に組織切断刃を動作可能に支持するナイフ本体を備えるナイフ部材として実装されてもよく、アンビル係合タブ又は特徴部及び通路係合特徴部又は足部を更に含んでよい。一態様では、ステープルカートリッジ７６８は、標準的な（機械的）外科用締結具カートリッジとして実装され得る。一態様では、ＲＦカートリッジ７９６はＲＦカートリッジとして実装されてよい。これら及び他のセンサ構成は、その全体が本明細書に参照により組み込まれる、２０１７年６月２０日に出願された「ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ＦＯＲ ＡＤＡＰＴＩＶＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＭＯＴＯＲ ＶＥＬＯＣＩＴＹ ＯＦ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＴＡＰＬＩＮＧ ＡＮＤ ＣＵＴＴＩＮＧ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」という名称の同一所有の米国特許出願第１５／６２８，１７５号）に記載されている。
Ｉビーム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、センサ構成及び位置センサ７８４として表される位置センサにより、測定可能である。Ｉビーム７６４が長手方向に移動可能な駆動部材に連結されているため、Ｉビーム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、Ｉビーム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、本明細書に記載されるＩビーム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よい。一部の例では、制御回路７６０は、１つ以上のマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ又はプロセッサ若しくは複数のプロセッサに、記載される方法で変位部材、例えばＩビーム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の位置を決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いてよい。
制御回路７６０は、モータ設定値信号７７２を生成してよい。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つ以上の回路を備えてよい。一部の例では、モータ７５４は、ブラシ付きＤＣ電動モータであってよい。例えば、モータ７５４の速度は、モータ駆動信号７７４に比例してよい。一部の例では、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つ以上の固定子巻線に提供されるＰＷＭ信号を含んでよい。また、一部の例では、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を直接生成してよい。
モータ７５４は、エネルギー源７６２から電力を受信することができる。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よい。モータ７５４は、伝達装置７５６を介してＩビーム７６４に機械的に連結され得る。伝達装置７５６は、モータ７５４をＩビーム７６４に連結するための１つ以上のギア又は他の連結構成要素を含んでよい。位置センサ７８４は、Ｉビーム７６４の位置を感知し得る。位置センサ７８４は、Ｉビーム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よい。一部の例では、位置センサ７８４は、Ｉビーム７６４が遠位及び近位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よい。制御回路７６０は、パルスを追跡してＩビーム７６４の位置を決定してよい。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よい。他の種類の位置センサは、Ｉビーム７６４の運動を示す他の信号を提供することができる。また、一部の例では、位置センサ７８４は省略されてよい。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、Ｉビーム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つ以上のセンサを含み得る。
１つ以上のセンサ７８８は、クランプ留め状態の間のアンビル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、アンビル７６６とステープルカートリッジ７６８との間で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よい。センサ７８８は、アンビル７６６とステープルカートリッジ７６８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いてよく、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り、アンビル７６６上に及ぼされる力を測定するように構成されていてよい。例えば、１つ以上のセンサ７８８は、閉鎖管によってアンビル７６６に適用される閉鎖力を検出するために、閉鎖管とアンビル７６６との間の相互作用点に位置してよい。アンビル７６６に対して及ぼされる力は、アンビル７６６とステープルカートリッジ７６８との間に捕捉された組織部分が経験する組織圧縮を表すものであり得る。１つ以上のセンサ７８８を、閉鎖駆動システムに沿って様々な相互作用点に配置して、閉鎖駆動システムによりアンビル７６６に適用される閉鎖力を検出することができる。１つ以上のセンサ７８８は、制御回路７６０のプロセッサ部分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よい。制御回路７６０は、リアルタイムの試料測定値を受信して時間に基づく情報を提供及び分析し、アンビル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。Ｉビーム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。
ＲＦエネルギー源７９４はエンドエフェクタ７９２に連結され、ＲＦカートリッジ７９６が、ステープルカートリッジ７６８の代わりにエンドエフェクタ７９２にロードされるときに、ＲＦカートリッジ７９６に適用される。制御回路７６０は、ＲＦエネルギーのＲＦカートリッジ７９６への送達を制御する。
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」という名称の米国特許出願第１５／６３６，０９６号に開示されている。
発生器ハードウェア
図２０は、他の利益の中でも、インダクタレス調整を提供するように構成された発生器８００の簡略ブロック図である。発生器８００の追加の詳細は、２０１５年６月２３日に発行された米国特許第９，０６０，７７５号、名称「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ ＦＯＲ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ ＡＮＤ ＥＬＥＣＴＲＯＳＵＲＧＩＣＡＬ ＤＥＶＩＣＥＳ」に記載されており、その開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。発生器８００は、電力変圧器８０６を介して非絶縁段階８０４と通信する、患者絶縁段階８０２を含んでよい。電力変圧器８０６の二次巻線８０８は、絶縁段階８０２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８１０ａ、８１０ｂ、８１０ｃ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８１０ａ、８１０ｃは、超音波駆動信号（例えば、４２０Ｖの二乗平均根［ＲＭＳ］駆動信号）を超音波外科用器具に出力してもよく、駆動信号出力８１０ｂ、８１０ｃは、電力変圧器８０６のセンタタップに対応する駆動出力８１０ｂにより、ＲＦ電気外科用駆動信号（例えば、１００ＶのＲＭＳ駆動信号）をＲＦ電気外科用器具に出力してよい。
特定の形態では、超音波及び電気外科用の駆動信号は、別個の外科用器具に及び／又は超音波エネルギー及び電気外科用エネルギーの両方を組織に送達する能力を有する多機能外科用器具などの単一外科用器具に、同時に供給されてよい。専用の電気外科用器具及び／又は複合多機能超音波／電気外科用器具のどちらかへと提供される電気外科用信号は、治療用又は治療量以下のレベルの信号のどちらかであり、治療量以下の信号は、例えば、組織又は器具状態を監視して、発生器へとフィードバックを提供することに使用され得る、と理解されよう。例えば、超音波及びＲＦ信号は、以下でより詳細に論じられるように、所望の出力信号を外科用器具に提供するために、単一出力ポートを有する発生器から別個に又は同時に送達され得る。したがって、発生器は、超音波エネルギー及び電気外科用ＲＦエネルギーを組み合わせて、複合エネルギーを多機能超音波／電気外科用器具に送達することができる。双極電極は、エンドエフェクタの一方又は両方のジョーの上に配置することができる。一方のジョーは、電気外科用ＲＦエネルギーに加えて超音波エネルギーによって駆動されてもよく、この２つは同時に機能する。超音波エネルギーが組織を切開するために用いられてよい一方で、電気外科用ＲＦエネルギーは、血管封止に用いられてよい。
非絶縁段階８０４は、電力変圧器８０６の一次巻線８１４に接続された出力を有する電力増幅器８１２を含むことができる。ある特定の形態では、電力増幅器８１２は、プッシュプル増幅器を含んでよい。例えば、非絶縁段階８０４は、対応するアナログ信号を電力増幅器８１２の入力に続いて供給するデジタル－アナログ変換器（ＤＡＣ）回路８１８へとデジタル出力を供給するための、論理機構８１６を更に含んでよい。特定の形態では、論理機構８１６は、数ある論理回路の中で、例えば、プログラマブルゲート配列（ＰＧＡ）、ＦＰＧＡ、プログラマブル論理機構（ＰＬＤ）を含んでよい。したがって、論理機構８１６は、ＤＡＣ回路８１８を介して電力増幅器８１２の入力を制御することにより、駆動信号出力８１０ａ、８１０ｂ、８１０ｃで出現する駆動信号の多くのパラメータ（例えば、周波数、波形、波形振幅）のうち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、論理機構８１６は、プロセッサ（例えば、以下で説明するＤＳＰ）と共に、多くのＤＳＰに基づく及び／又はその他の制御アルゴリズムを実装して、発生器８００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、スイッチモード調節器８２０、例えば電力変換装置によって、電力増幅器８１２の電力レールに供給され得る。特定の形態では、スイッチモード調節器８２０は、例えば、調整可能なバック調節器を含んでよい。非絶縁段階８０４は、第１のプロセッサ８２２を更に含んでもよく、この第１のプロセッサは、一形態では、例えば、Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ、Ｎｏｒｗｏｏｄ、ＭＡから入手可能なＡｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ ＡＤＳＰ－２１４６９ ＳＨＡＲＣ ＤＳＰなどのＤＳＰプロセッサを含んでよいが、様々な形態において、任意の好適なプロセッサが使用されてよい。特定の形態では、ＤＳＰプロセッサ８２２は、電力増幅器８１２からＤＳＰプロセッサ８２２がＡＤＣ回路８２４を介して受信する、電圧フィードバックデータに応答するスイッチ－モード調節器８２０の動作を制御し得る。一形態では、例えば、ＤＳＰプロセッサ８２２は、電力増幅器８１２によって増幅された信号（例えば、ＲＦ信号）の波形エンベロープを、ＡＤＣ回路８２４を介して入力として受信し得る。次いで、ＤＳＰプロセッサ８２２は、電力増幅器８１２に供給されるレール電圧が、増幅された信号の波形エンベロープを追跡するように、スイッチ－モード調節器８２０（例えば、ＰＷＭ出力）を制御し得る。波形エンベロープに基づいて、電力増幅器８１２のレール電圧を動的に変調することにより、電力増幅器８１２の効率は、固定レール電圧増幅器スキームに対して顕著に改善され得る。
特定の形態では、論理機構８１６は、ＤＳＰプロセッサ８２２と共に、直接デジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）制御スキームなどのデジタル合成回路を実装して、発生器８００によって出力される駆動信号の波形形状、周波数及び／又は振幅を制御してよい。一形態では、例えば、論理機構８１６は、ＦＰＧＡ内に埋め込まれてよい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制御アルゴリズムを実装してよい。この制御アルゴリズムは、超音波変換器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８００よって出力される駆動信号の波形は、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８０６、電力増幅器８１２）によって影響されるため、駆動信号に基づく電圧及び電流フィードバックデータは、ＤＳＰプロセッサ８２２によって実装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されることができ、これは動的な、進行に応じたベース（例えば、リアルタイム）で、ＬＵＴに保存された波形サンプルを好適に事前に歪ませる又は修正することによって、歪みを補償する。一形態では、ＬＵＴサンプルに適用される予歪みの量又は程度は、計算された動作分岐電流と所望の電流波形との間の誤差に基づいてもよく、誤差は、サンプル毎に決定される。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。そのような形態では、ＬＵＴ波形サンプルは、したがって、駆動信号の所望の波形を表すのではなく、歪み効果を考慮した際の、動作分岐駆動信号の所望の波形を最終的に生成するために必要な波形を表す。
非絶縁段階８０４は、発生器８００によって出力される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、各絶縁変圧器８３０、８３２を介して電力変圧器８０６の出力に結合された第１のＡＤＣ回路８２６及び第２のＡＤＣ回路８２８を更に備え得る。特定の形態では、ＡＤＣ回路８２６、８２８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、毎秒８０メガ試料［ＭＳＰＳ］）でサンプリングするように構成され得る。一形態では、例えば、ＡＤＣ回路８２６、８２８のサンプリング速度は、駆動信号のおよそ２００ｘ（周波数による）のオーバーサンプリングを可能にし得る。特定の形態では、ＡＤＣ回路８２６、８２８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ＡＤＣ回路によって実施され得る。発生器８００の形態での高速サンプリングの使用は、とりわけ、動作ブランチを通って流れる複素電流の計算（これは、上述のＤＤＳに基づく波形形状制御を実装するために、特定の形態で使用され得る）、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での実電力消費の計算を可能にし得る。ＡＤＣ回路８２６、８２８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、論理機構８１６によって受信かつ処理され得（例えば、先着順処理方式［ＦＩＦＯ］バッファ、マルチプレクサなど）、例えば、ＤＳＰプロセッサ８２２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。特定の形態では、これは、電圧及び電流のフィードバックデータ対が取得される場合に、論理機構８１６によって出力された対応するＬＵＴ試料に基づき又は別の方法でこれに関連して、記憶された各電圧及び電流のフィードバックデータ対が索引されることを必要とし得る。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。
特定の形態では、電圧及び電流の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されてよい。例えば、一形態では、電圧及び電流のフィードバックデータは、インピーダンス相を決定するために使用されてよい。駆動信号の周波数はその後、判定されたインピーダンス相とインピーダンス相設定点（例えば、０°）との間の差を最小化又は低減するように制御されてもよく、したがって高調波歪みの効果を最小化又は低減し、これに対応してインピーダンス相測定正確性を向上させる。相インピーダンス及び周波数制御信号の決定は、例えば、ＤＳＰプロセッサ８２２に実装されてもよく、周波数制御信号は、論理機構８１６によって実装されるＤＤＳ制御アルゴリズムへの入力として供給される。
別の形態では、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点で維持するために監視されてよい。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よい。特定の形態では、電流振幅の制御は、例えば、ＤＳＰプロセッサ８２２内の比例－積分－微分（ＰＩＤ）制御アルゴリズムといった、制御アルゴリズムによって実装され得る。駆動信号の電流振幅を好適に制御するために、制御アルゴリズムにより制御される変数は、例えば、論理機構８１６に記憶されるＬＵＴ波形サンプルのスケーリング及び／又はＤＡＣ回路８３４を介したＤＡＣ回路８１８（これは電力増幅器８１２に入力を供給する）のフルスケール出力電圧を含み得る。
非絶縁段階８０４は、とりわけユーザインタフェース（ＵＩ）機能を提供するために、第２プロセッサ８３６を更に含んでよい。一形態では、ＵＩプロセッサ８３６は、例えば、Ａｔｍｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｓａｎ Ｊｏｓｅ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）から入手可能な、ＡＲＭ ９２６ＥＪ－Ｓコアを有するＡｔｍｅｌ ＡＴ９１ＳＡＭ９２６３プロセッサを含んでよい。ＵＩプロセッサ８３６によってサポートされるＵＩ機能の例は、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インタフェース］を介して）、フットスイッチとの通信、入力装置（例えば、タッチ画面ディスプレイ）との通信並びに出力装置（例えば、スピーカ）との通信を含むことができる。ＵＩプロセッサ８３６は、ＤＳＰプロセッサ８２２及び論理機構８１６（例えば、ＳＰＩバス）と通信し得る。ＵＩプロセッサ８３６は、ＵＩ機能を主にサポートしてよいが、特定の形態では、ＵＩプロセッサはまた、ＤＳＰプロセッサ８２２と協調して、危険の緩和を実装してよい。例えば、ＵＩプロセッサ８３６は、ユーザ入力及び／又は他の入力（例えば、タッチ画面入力、フットスイッチ入力、温度センサ入力）の様々な態様を監視するようにプログラミングされてもよく、かつ誤った状態が検出される際に、発生器８００の駆動出力を無効化することができる。
特定の形態では、ＤＳＰプロセッサ８２２及びＵＩプロセッサ８３６の両方は、例えば、発生器８００の動作状態を判定かつ監視してよい。ＤＳＰプロセッサ８２２に関し、発生器８００の動作状態は、例えば、どの制御及び／又は診断プロセスがＤＳＰプロセッサ８２２によって実装されるかを表してよい。ＵＩプロセッサ８３６に関し、発生器８００の動作状態は、例えば、ＵＩ（例えば、ディスプレイ画面、音）のどの要素がユーザに提供されるかを表し得る。ＤＳＰプロセッサ８２２及びＵＩプロセッサ８３６はそれぞれ、発生器８００の現在の動作状態を別個に維持し、現在の動作状態からの可能な移行を、認識かつ評価してよい。ＤＳＰプロセッサ８２２は、この関係におけるマスタとして機能し、動作状態間の移行が生じるときを決定してよい。ＵＩプロセッサ８３６は、動作状態間の有効な移行を認識してもよく、また特定の移行が適切であるかを確認してよい。例えば、ＤＳＰプロセッサ８２２が、ＵＩプロセッサ８３６に特定の状態へと移行するように命令すると、ＵＩプロセッサ８３６は、要求される移行が有効であることを確認してよい。要求される状態間の移行がＵＩプロセッサ８３６によって無効であると判定される場合、ＵＩプロセッサ８３６は、発生器８００を故障モードにされ得る。
非絶縁段階８０４は、入力装置を監視するためのコントローラ８３８（例えば、発生器８００をオン及びオフするために使用される容量タッチセンサ、容量タッチ画面）を更に含むことができる。特定の形態では、コントローラ８３８は、少なくとも１つのプロセッサ及び／又はＵＩプロセッサ８３６と通信する他のコントローラ装置を備えてよい。一形態では、例えば、コントローラ８３８は、１つ以上の容量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Ｍｅｇ１６８ ８ビットコントローラ）を含み得る。一形態では、コントローラ８３８は、容量タッチ画面からのタッチデータの取得を制御及び管理するための、タッチ画面コントローラ（例えば、Ａｔｍｅｌから入手可能なＱＴ５４８０タッチ画面コントローラ）を備え得る。
特定の形態では、発生器８００が「電源オフ」状態にあるとき、コントローラ８３８は、（例えば、後述の電源８５４などの、発生器８００の電源からのラインを介して）動作電力を受信し続けてよい。このようにして、コントローラ８３８は、発生器８００をオンオフするための入力装置（例えば、発生器８００の前側パネルに配置された容量タッチセンサ）を監視し続けることができる。発生器８００が電源オフ状態にあるとき、コントローラ８３８は、ユーザによる「オン／オフ」入力装置の起動が検出されれば、電源を起動することができる（例えば、電源８５４の１つ以上のＤＣ／ＤＣ電圧変換器８５６の動作を有効化にする）。したがって、コントローラ８３８は、発生器８００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８００が電源オン状態にあるときに「オン／オフ」入力装置の起動が検出されれば、コントローラ８３８は発生器８００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。例えば、特定の形態では、コントローラ８３８は、「オン／オフ」入力装置の起動をＵＩプロセッサ８３６に報告してもよく、これにより、順次、発生器８００の電源オフ状態への移行のために必要なプロセスシーケンスを実行する。この形態では、コントローラ８３８は、発生器の電源オン状態が確立された後に、発生器８００から電力を排除するための別個の能力を有しないことがある。
特定の形態では、コントローラ８３８は、ユーザに電源オン又は電源オフシーケンスが開始されたことを警告するために、発生器８００に可聴又は他の感覚的フィードバックを提供させてよい。そのような警告は、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よい。
特定の形態では、絶縁段階８０２は、例えば、外科用器具の制御回路（例えば、ハンドピーススイッチを含む制御回路）と、例えば論理機構８１６、ＤＳＰプロセッサ８２２及び／又はＵＩプロセッサ８３６などの非絶縁段階８０４の構成要素との間の、通信インタフェースを提供するために、器具インタフェース回路８４０を含んでよい。器具インタフェース回路８４０は、例えば、ＩＲに基づく通信リンクなどの、絶縁段階８０２と非絶縁８０４との間の好適な度合いの電気的絶縁を維持する通信リンクを介し、非絶縁段階８０４の構成要素と情報を交換し得る。例えば、非絶縁段階８０４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調節器を使用して、器具インタフェース回路８４０に電力を供給することができる。
一形態では、器具インタフェース回路８４０は、信号調整回路８４４と通信している論理回路８４２（例えば、論理回路、プログラマブル論理回路、ＰＧＡ、ＦＰＧＡ、ＰＬＤ）を含み得る。信号調整回路８４４は、同一の周波数を有する双極呼掛け信号を生成するために、論理回路８４２から周期信号（例えば、２ｋＨｚ方形波）を受信するように構成されていてよい。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８００を外科用装置に接続するケーブル内の導電対を使用して）外科器具制御回路に通信され、制御回路の状態又は構成を判定するために監視されてよい。制御回路は、多数のスイッチ、抵抗器及び／又はダイオードを含んでもよく、制御回路の状態又は構成が１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つ以上の特性（例えば、振幅、整流）を修正してよい。例えば、一形態では、信号調整回路８４４は、呼掛け信号が通過する経路から生じる制御回路の入力にわたって出現する電圧信号の試料を生成するため、ＡＤＣ回路を含み得る。論理回路８４２（又は、非絶縁段階８０４の構成要素）はその後、ＡＤＣ回路試料に基づく制御回路の状態又は構成を決定し得る。
一形態では、器具インタフェース回路８４０は、第１のデータ回路インタフェース８４６を含んで、論理回路８４２（又は器具インタフェース回路８４０のその他の要素）と、外科用器具内に配置されるか又は別の方法で関連付けられた第１のデータ回路と、の間の情報交換を可能にしてよい。特定の形態では、例えば、第１のデータ回路は、発生器８００を有する特定の外科用器具の種類又はモデルとインタフェース接続させるために、外科用器具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アダプタ内に配置されてよい。第１のデータ回路は、任意の好適な方法で実装されてもよく、例えば、第１のデータ回路に関して本明細書に記載されたものを含む任意の好適なプロトコルに従って、発生器と通信してよい。特定の形態では、第１のデータ回路は、ＥＥＰＲＯＭ装置などの、不揮発性記憶装置を含み得る。特定の形態では、第１のデータ回路インタフェース８４６は、論理回路８４２とは別個に実装されてもよく、また好適な回路（例えば、別個の論理機構、プロセッサ）を含み、論理回路８４２と第１のデータ回路との間の通信を可能にし得る。その他の形態では、第１のデータ回路インタフェース８４６は、論理回路８４２と一体であり得る。
特定の形態では、第１のデータ回路は、第１のデータ回路が関連している特定の外科用器具に関する情報を記憶し得る。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。この情報は、器具インタフェース回路８４０によって（例えば、論理回路８４２によって）読み出され、出力装置を介したユーザへの提示のため及び／又は発生器８００の機能又は動作の制御のために、非絶縁段階８０４の構成要素（例えば、論理機構８１６、ＤＳＰプロセッサ８２２及び／又はＵＩプロセッサ８３６）に伝達され得る。加えて、任意の種類の情報が、第１のデータ回路インタフェース８４６を介して内部に記憶させるために、（例えば、論理回路８４２を使用して）第１のデータ回路に通信され得る。そのような情報は、例えば、外科用器具が使用された最新の手術数及び／又はその使用の日付及び／又は時間を含んでよい。
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り得る（例えば、多機能外科用器具は、ハンドピースから取り外し可能であり得る）。そのような場合、従来の発生器は、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が制限されている場合がある。しかし、この問題に対処するために、外科用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性を欠く発生器との後方互換性を保つように外科用器具を設計することは、例えば、異なる信号スキーム、設計複雑性及び費用のために、実用的でない場合がある。本明細書で論じられる器具の形態は、既存の外科用器具に実装されてよいデータ回路を経済的に使用し、外科用器具と最新の発生器プラットフォームとの適合性を維持するための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。
加えて、発生器８００の形態は、器具に基づくデータ回路との通信を可能にしてよい。例えば、発生器８００は、器具（例えば、多機能外科用器具）内に収容される第２のデータ回路と通信するように構成することができる。一部の形態では、第２のデータ回路は、本明細書に記載される第１のデータ回路のものと類似した多くのものに実装される。器具インタフェース回路８４０は、この通信を可能にする第２のデータ回路インタフェース８４８を含むことができる。一形態では、第２のデータ回路インタフェース８４８は、トライステートデジタルインタフェースを含んでよいが、他のインタフェースも使用されてよい。ある特定の形態では、第２のデータ回路は、一般にデータを送信及び／又は受信するための任意の回路であってよい。一形態では、例えば、第２のデータ回路は、第２のデータ回路が関連付けられた特定の外科用器具に関する情報を記憶してよい。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。
一部の形態では、第２データ回路は、関連する超音波トランスデューサ、エンドエフェクタ又は超音波駆動システムの電気的及び／又は超音波的特性に関する情報を記憶してよい。例えば、第１のデータ回路は、本明細書に記載されたように、バーンイン周波数スロープを示してよい。加えて又はあるいは、第２のデータ回路インタフェース８４８を介して内部に記憶させるために、第２のデータ回路に任意の種類の情報を通信してよい（例えば、論理回路８４２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及び／又は、その使用の日付及び／又は時間を含んでよい。ある特定の形態では、第２のデータ回路は、１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してよい。特定の形態では、第２のデータ回路は、発生器８００からデータを受信し、その受信したデータに基づいてユーザに指標（例えば、発光ダイオード指標又はその他の可視指標）を提供し得る。
特定の形態では、第２のデータ回路及び第２のデータ回路インタフェース８４８は、論理回路８４２と第２のデータ回路との間の通信が、この目的のための追加的な導体（例えば、ハンドピースを発生器８００に接続するケーブルの専用導体）の提供を必要とせずにもたらされ得るように、構成され得る。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８４４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通信することができる。このようにして、元来必要とされる場合がある外科用器具への設計変更又は修正は、最小化されるか又は低減される。更に、一般的な物理的チャネル上で実施される異なる種類の通信を周波数帯域分離することができるため、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「不可視」であり、したがって、外科用器具の後方互換性を可能にする。
特定の形態では、絶縁段階８０２は、ＤＣ電流が患者を通るのを防ぐために、駆動信号出力８１０ｂに接続された、少なくとも１つの遮断コンデンサ８５０－１を含んでよい。単一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恐れがある。一形態では、第２遮断コンデンサ８５０－２は、遮断コンデンサ８５０－１と直列で提供され得、遮断コンデンサ８５０－１と８５０－２との間の点からの電流漏洩が、例えば、漏洩電流により誘発される電圧をサンプリングするために、ＡＤＣ回路８５２によって監視される。試料は、例えば、論理回路８４２によって受信されてよい。発生器８００は、（電圧試料によって示されるような）漏洩電流の変化に基づいて、遮断コンデンサ８５０－１、８５０－２のうちの少なくとも１つが故障したときを判定して、単一故障点を有する単一コンデンサ設計に勝る利益を提供することができる。
特定の形態では、非絶縁段階８０４、好適な電圧及び電流でＤＣ電力を送達するための電源８５４を含み得る。電源は、例えば、４８ＶＤＣシステム電圧を送達するための、４００Ｗ電源を含み得る。電源８５４は、電源の出力を受信して発生器８００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つ以上のＤＣ／ＤＣ電圧変換器８５６を更に備えることができる。コントローラ８３８と関連して上述したように、ＤＣ／ＤＣ電圧変換器８５６のうちの１つ以上は、ユーザによる「オン／オフ」入力装置の起動がコントローラ８３８によって検出されたときにコントローラ８３８から入力を受信し、ＤＣ／ＤＣ電圧変換器８５６の動作又は起動を可能にしてよい。
図２１は、発生器８００（図２０）の一形態である発生器９００の例を示す。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よい。上述したように、少なくとも１つの発生器出力は、単一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／又は可逆電気穿孔法及び／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に連結されたプロセッサ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、調節及び増幅された出力は、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、ＥＮＥＲＧＹ１及びＲＥＴＵＲＮとラベルされた端子間の外科用器具に提供される。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、ＥＮＥＲＧＹ２及びＲＥＴＵＲＮとラベルされた端子間の外科用器具に提供される。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表示するために使用することができ、この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区間と直列に配置される。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の出力がそれぞれの絶縁変圧器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）内及び上における絶縁変圧器９１６、９２８、９２２の出力は、１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、インタフェース回路９２０を介してプロセッサ９０２と電気通信してよい。
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又は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により決定されてよい。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及び／又は可逆電気穿孔法及び／又はマイクロ波エネルギーを含む。また、図２１に例示された例は、単一リターンパス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／又は可逆電気穿孔法及び／又はマイクロ波エネルギーなどの１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出力を有し、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。超音波トランスデューサの発生器９００の出力への接続部は、好ましくは、図２１に示したＥＮＥＲＧＹ１とラベルされた出力とＲＥＴＵＲＮとラベルされた出力との間に位置するであろう。一例では、ＲＦ双極電極の発生器９００の出力への接続部は、好ましくは、ＥＮＥＲＧＹ２とラベルされた出力とＲＥＴＵＲＮとラベルされた出力との間に位置するであろう。単極出力の場合、好ましい接続部は、ＥＮＥＲＧＹ２出力及びＲＥＴＵＲＮ出力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」という名称の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、一部の態様では、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（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、システムオンチップ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（「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（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、単一集積回路上の小型コンピュータとして実装されてよい。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つ以上のコア処理ユニット（ＣＰＵ）と共にメモリ及びプログラマブル入力／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つ以上のパルス幅変調（ＰＷＭ）モジュール、１つ以上の直交エンコーダ入力（ＱＥＩ）アナログ、１２個のアナログ入力チャネルを備える１つ以上の１２ビットアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を含む、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＬＭ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲ ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ４Ｆプロセッサコアであってよい。
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を含む。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。一部の例示では、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。
可視化システム
外科手術中に、所望の医療結果をもたらすため、組織を操作するために外科医が必要とされ得る。外科医の行為は、手術部位において視覚的に観察可能なものによって制限される。したがって、外科医は、例えば、手術中に操作されている組織の下にある血管構造の配置を認識しない場合がある。外科医は手術部位の下の脈管構造を可視化できないため、外科医は、手術中に１つ以上の重要な血管を偶発的に切断する場合がある。この解決策は、外科医に提示するための手術部位の撮像データを取得することができる外科用可視化システムであり、このシステムでは、提示は、手術部位の表面の下に位置する血管構造の存在及び深さに関連する情報を含むことができる。
一態様では、外科用ハブ１０６は、外科手術中に撮像データを取得するための可視化システム１０８を組み込む。可視化システム１０８は、１つ以上の照明源及び１つ以上の光センサを含んでよい。１つ以上の照明源及び１つ以上の光センサは、単一装置に一緒に組み込まれてもよく又は１つ以上の別個の装置を備えてよい。１つ以上の照明源は、手術野の一部を照明するように方向付けられてよい。１つ以上の光センサは、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光することができる。以下の説明は、上記に開示されたハードウェア及びソフトウェア処理技術の全て並びに上述のように参照により本明細書に組み込まれるこれらの用途に含まれる。
一部の態様では、可視化システム１０８は、上記に開示され、図１及び図２に示されるように、外科用システム１００に統合されてよい。可視化システム１０８に加えて、外科用システム１００は、１つ以上の手持ち式インテリジェント器具１１２と、多機能ロボットシステム１１０と、１つ以上の可視化システム１０８と、集中型外科用ハブシステム１０６と、を、他の構成要素の中に含んでよい。集中型外科用ハブシステム１０６は、上述のいくつかの機能を制御することができ、また図３にも示されている。１つの非限定的な例では、このような機能は、任意の数の電動外科用装置に電力を供給及び制御することを含み得る。別の非限定的な例では、このような機能は、手術部位に供給され、手術部位から排出される流体を制御することを含み得る。集中型外科用ハブシステム１０６はまた、外科用システム構成要素のいずれかから受信したデータを管理及び分析し、外科用システムの構成要素間及びその間でデータ及び他の情報を通信するように構成されていてよい。集中型外科用ハブシステム１０６はまた、例えば、図１に開示され、図示されるように、クラウドコンピューティングシステム１０４とデータ通信することができる。
一部の非限定的な例では、可視化システム１０８によって生成された撮像データは、可視化システム１０８のオンボード計算構成要素によって分析されてもよく、分析結果は、集中型外科用ハブ１０６通信されてよい。代替的な非限定的な例では、可視化システム１０８によって生成された撮像データは、集中型外科用ハブ１０６に直接通信されてもよく、データは、ハブシステム１０６内の計算構成要素によって分析されてよい。集中型外科用ハブ１０６は、画像解析結果を、外科用システムの他の構成要素のうちの任意の１つ以上に通信してよい。一部の他の非限定的な例では、集中型外科用ハブは、画像データ及び／又は画像解析結果をクラウドコンピューティングシステム１０４に通信してよい。
図２２Ａ～図２２Ｄ及び図２３Ａ～図２３Ｆは、外科用システムに組み込まれ得る可視化システム２１０８の一例の様々な態様を示す。プロセッサ２１０８は、撮像制御ユニット２００２及びハンドユニット２０２０を含んでよい。撮像制御ユニット２００２は、１つ以上の照明源、１つ以上の照明源のための電源、１つ以上の種類のデータ通信インタフェース（ＵＳＢ、イーサネット又は無線インタフェース２００４を含む）及び１つ以上の映像出力２００６を含み得る。撮像制御ユニット２００２は、ＵＳＢ対応装置に統合映像及び画像捕捉データを送信するように構成されたＵＳＢインタフェース２０１０などのインタフェースを更に含んでよい。撮像制御ユニット２００２はまた、プロセッサユニット、一時メモリユニット、非一時メモリユニット、画像処理ユニット、計算構成要素の中でデータリンクを形成するためのバス構造、撮像制御ユニットから情報を受信し、撮像制御ユニットに含まれない構成要素に情報を送信するために必要な任意のインタフェース（例えば、入力及び／又は出力）装置を含み得る。非一時的なメモリは、プロセッサユニットによって実行されると、ハンドユニット２０２０及び／又は撮像制御ユニットに含まれない計算装置から受信され得るデータが、任意の数の操作を実行することができる命令を更に含んでよい。
照明源は、白色光源２０１２及び１つ以上のレーザ光源を含み得る。撮像制御ユニット２００２は、ハンドユニット２０２０との光学的及び／又は電気的通信のための１つ以上の光学及び／又は電気的インタフェースを含んでよい。１つ以上のレーザ光源は、非限定的な例として、赤色レーザ光源、緑色レーザ光源、青色レーザ光源、赤外線レーザ光源及び紫外線レーザ光源のうちの任意の１つ以上を含み得る。一部の非限定的な例では、赤色レーザ光源は、６３５ｎｍ～６６０ｎｍの、両端の値を含む範囲であり得るピーク波長を有する照明を供給してよい。赤色レーザピーク波長の非限定的な例は、約６３５ｎｍ、約６４０ｎｍ、約６４５ｎｍ、約６５０ｎｍ、約６５５ｎｍ、約６６０ｎｍ又はそれらの間の任意の値若しくは値の範囲を含んでよい。一部の非限定的な例では、緑色レーザ光源は、５２０ｎｍ～５３２ｎｍの、両端の値を含む範囲であり得るピーク波長を有する照明を供給してよい。緑色レーザピーク波長の非限定的な例としては、約５２０ｎｍ、約５２２ｎｍ、約５２４ｎｍ、約５２６ｎｍ、約５２８ｎｍ、約５３０ｎｍ、約５３２ｎｍ又はそれらの間の任意の値若しくは値の範囲を含んでよい。一部の非限定的な例では、青色レーザ光源は、４０５ｎｍ～４４５ｎｍの、両端の値を含む範囲であり得るピーク波長を有する照明を供給してよい。青色レーザピーク波長の非限定的な例とは、約４０５ｎｍ、約４１０ｎｍ、約４１５ｎｍ、約４２０ｎｍ、約４２５ｎｍ、約４３０ｎｍ、約４３５ｎｍ、約４４０ｎｍ、約４４５ｎｍ又はそれらの間の任意の値若しくは値の範囲を含んでよい。一部の非限定的な例では、赤外線レーザ光源は、７５０ｎｍ～３０００ｎｍの、両端の値を含む範囲であり得るピーク波長を有する照明を供給することができる。赤外線レーザピーク波長の非限定的な例とは、約７５０ｎｍ、約１０００ｎｍ、約１２５０ｎｍ、約１５００ｎｍ、約１７５０ｎｍ、約２０００ｎｍ、約２２５０ｎｍ、約２５００ｎｍ、約２７５０ｎｍ、３０００ｎｍ又はそれらの間の任意の値若しくは値の範囲を含んでよい。一部の非限定的な例では、紫外線レーザ光源は、２００ｎｍ～３６０ｎｍの、両端の値を含む範囲であり得るピーク波長を有する照明を供給してよい。紫外線レーザピーク波長の非限定的な例は、約２００ｎｍ、約２２０ｎｍ、約２４０ｎｍ、約２６０ｎｍ、約２８０ｎｍ、約３００ｎｍ、約３２０ｎｍ、約３４０ｎｍ、約３６０ｎｍ又はそれらの間の任意の値若しくは値の範囲を含んでよい。
１つの非限定的な態様では、ハンドユニット２０２０は、本体２０２１と、本体２０２１に取り付けられたカメラスコープケーブル２０１５と、細長いカメラプローブ２０２４と、を含んでよい。ハンドユニット２０２０の本体２０２１は、ハンドユニット制御ボタン２０２２、又は医療専門家が、ハンドユニット２０２０を使用して、例えば光源を含む、ハンドユニット２０２０又は撮像制御ユニット２００２の他の構成要素の動作を制御することを可能にする他の制御部を含んでよい。カメラスコープケーブル２０１５は、１つ以上の導電体及び１つ以上の光ファイバを含んでよい。カメラスコープケーブル２０１５は、カメラヘッドコネクタ２００８が撮像制御ユニット２００２の１つ以上の光学及び／又は電気インタフェースと嵌合するように構成されている近位端において、カメラヘッドコネクタ２００８で終端してよい。導電体は、本体２０２１及び細長いカメラプローブ２０２４を含むハンドユニット２０２０、及び／又は本体２０２１、及び／又は細長いカメラプローブ２０２４を含むハンドユニット２０２０の内部の任意の電気構成要素に電力を供給してよい。導電体はまた、ハンドユニット２０２０及び撮像制御ユニット２００２の任意の１つ以上の構成要素間に双方向データ通信を提供するように機能してよい。１つ以上の光ファイバは、ハンドユニット本体２０２１を通って、細長いカメラプローブ２０２４照明源の遠位端まで、撮像制御ユニット２００２内の１つ以上のからの照明を伝導してよい。一部の非限定的な態様では、１つ以上の光ファイバはまた、手術部位から、細長いカメラプローブ２０２４、ハンドユニット２０２１及び／又は撮像制御ユニット２００２内に配設された１つ以上の光学センサに反射又は屈折された光を伝導してよい。
図２２Ｂ（平面図）は、可視化システム２１０８のハンドユニット２０２０の一部の態様をより詳細に示す。ハンドユニット本体２０２１は、プラスチック物質で構成されてよい。ハンドユニット制御ボタン２０２２又は他の制御部は、外科医によって操作されることを可能にしながら、制御部を保護するためのゴムオーバーモールドを有してよい。カメラスコープケーブル２０１５は、導電体と一体化された光ファイバを有してよく、カメラスコープケーブル２０１５は、ＰＶＣなどの保護及び可撓性オーバーコートを有してよい。一部の非限定的な例では、カメラスコープケーブル２０１５は、外科手術中の使いやすくするために、長さ約１０フィートであってよい。カメラスコープケーブル２０１５の長さは、約５フィート～約１５フィートの範囲であってよい。カメラスコープケーブル２０１５の長さの非限定的な例は、約５フィート、約６フィート、約７フィート、約８フィート、約９フィート、約１０フィート、約１１フィート、約１２フィート、約１３フィート、約１４フィート、約１５フィート又はそれらの間の任意の長さ若しくは長さの範囲であってよい。細長いカメラプローブ２０２４は、ステンレス鋼などの剛性物質から作製されてよい。一部の態様では、細長いカメラプローブ２０２４は、回転可能なカラー２０２６を介してハンドユニット本体２０２１と接合されてよい。回転可能なカラー２０２６は、細長いカメラプローブ２０２４をハンドユニット本体２０２１に対して回転させることを可能にし得る。一部の態様では、細長いカメラプローブ２０２４は、エポキシで封止されたプラスチック窓２０２８にて、遠位端で終端してよい。
図２２Ｃに示されるハンドユニットの側面平面図は、光又は画像センサ２０３０が、細長いカメラプローブの遠位端２０３２ａ又はハンドユニット本体２０３２ｂ内に配設され得ることを示す。一部の代替的な態様では、光又は画像センサ２０３０は、撮像制御ユニット２００２内に追加の光学素子を配置してよい。図２２Ｃは、約４ｍｍの半径を有するマウント２０３６内に配設されたＣＭＯＳ画像センサ２０３４を備える、光センサ２０３０の例を更に示す。図２２Ｄは、画像センサのアクティブエリア２０３８を示す、ＣＭＯＳ画像センサ２０３４の態様を示す。図２２ＣのＣＭＯＳ画像センサは、約４ｍｍの半径を有するマウント２０３６内に配置されるように描かれているが、このようなセンサ及びマウントの組み合わせは、細長いカメラプローブ２０２４、ハンドユニット本体２０２１内に、又は画像制御ユニット２００２内に配置される任意の有用なサイズであってよいことが認識され得る。このような代替マウントの一部の非限定的な例としては、５．５ｍｍのマウント２１３６ａ、４ｍｍのマウント２１３６ｂ、２．７ｍｍのマウント２１３６ｃ及び２ｍｍのマウント２１３６ｄを含んでよい。画像センサはまた、ＣＣＤ画像センサを含んでよいことが認識され得る。ＣＭＯＳセンサ又はＣＣＤセンサは、個々の光感知素子（画素）の配列を含んでよい。
図２３Ａ～図２３Ｆは、可視化システム２１０８照明源に組み込まれ得る及びそれらの制御の一部の例の様々な態様を示す。
図２３Ａは、電磁エネルギーの複数の波長を放射する複数のレーザ束を有するレーザ照明システムの態様を示す。図からわかるように、照明システム２７００は、ファイバオプティックス２７５５を介して一緒に光学的に全てを結合する赤色レーザ束２７２０と、緑色レーザ束２７３０と、青色レーザ束２７４０と、を含むことができる。図からわかるように、レーザ束のそれぞれは、特定のレーザ束又は波長の出力を感知するための、対応する光感知素子又は電磁センサ２７２５、２７３５、２７４５をそれぞれ有することができる。
外科用可視化システム２１０８で使用するための図２３Ａに示されるレーザ照明システムに関する更なる開示は、米国特許出願公開第２０１４／０２６８８６０号に見出すことができる。２０１７年１０月３日に米国特許第９，７７７，９１３号として発行され、２０１４年３月１５日に「ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＴＨＥ ＩＮＴＥＧＲＡＬ ＬＩＧＨＴ ＥＮＥＲＧＹ ＯＦ Ａ ＬＡＳＥＲ ＰＵＬＳＥ」という名称で出願され、その内容は、その全体があらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
図２３Ｂは、読み出しモードのローリングに使用されるセンサの動作サイクルを示す。Ｘ方向は時間に対応し、斜線２２０２は、データの各フレームを読み取る内部ポインタの活動、１行ずつの時間を示すことが理解されるであろう。同じポインタは、次の露光期間の画素の各列をリセットすることに関与する。各列２２１９ａ～ｃの正味の積分時間は等価であるが、ローリングリセット及び読み出しプロセスにより、互いに対して時間的にずれている。したがって、異なる構成の光を表すために隣接するフレームが必要とされる任意のシナリオについて、各列に一貫性を持たせるための唯一の選択肢は、読み出しサイクル２２３０ａ～ｃ間の光をパルスすることである。より具体的には、最大利用可能期間は、ブランキング時間と、フレームの開始又は終了時に光学的黒又は光学ブラインド（ＯＢ）列（２２１８、２２２０）がサービスされる時間との合計に対応する。
図２３Ｂは、ローリング読み出しモードにて又はセンサ読み出し２２００の間に使用されるセンサの、動作サイクルを示す。フレーム読み出しは、垂直線２２１０で表され得、そこで開始され得る。読み出し期間は、対角線又は斜線２２０２で表される。センサは列単位で読み出されてよく、下向きの傾斜縁の上部はセンサ上部の列２２１２であり得、下向きの傾斜縁の底部はセンサ底部の列２２１４である。最後の列読み出しと次の読み出しサイクルとの間の時間は、ブランキング時間２２１６ａ～ｄと呼ばれることがある。ブランキング時間２２１６ａ～ｄは、成功の読み出しサイクル間で同じであってもよく、又は成功の読み出しサイクル間で異なってよいことが理解され得る。センサ画素列のうちのいくつかは、遮光（例えば、金属コーティング又は任意のその他の、別の種類の物質の実質的黒の層）で覆われ得ることに、留意されたい。これらの覆われた画素列は、光学的黒の列２２１８及び２２２０と称され得る。光学的黒の列２２１８及び２２２０は、補正アルゴリズムのための入力として使用されてよい。
図２３Ｂにて示すように、これらの光学的黒の列２２１８及び２２２０は、画素配列の上部又は画素配列の底部上に又は画素配列の上部及び底部で配置されてよい。一部の態様では、電磁放射線、例えば、画素に露光され、それにより、画素により統合される又は蓄積される、光の量を制御することが望ましい場合がある。光子は、電磁放射線の素粒子であることが理解されよう。光子は、各画素により統合、吸収又は蓄積され、電荷又は電流に変換される。一部の態様では、電子シャッタ又はローリングシャッタを使用して、画素をリセットすることによって積分時間２２１９（ａ～ｃ）を開始することができる。次に、光は、次の読み出し段階まで統合し得る。一部の態様では、電子シャッタの位置は、光の所与の量に対する画素飽和を制御するために、２つの読み出しサイクル２２０２の間で移動し得る。電子シャッタがない一部の代替的な態様では、入射光の積分時間２２１９ａ～ｃは、最初の読み出しサイクル２２０２中に開始することができ、次の積分の開始をも定義する次の読み出しサイクル２２０２にて終了し得る。一部の代替的な態様では、各画素によって蓄積された光の量は、ブランキング時間２２１６ａ～ｄ中に光がパルスされた時間２２３０ａ～ｄによって制御されてよい。これにより、全ての列は、同じ光パルス２２３０ａ～ｃから発行された同じ光を見ることができる。換言すれば、各列は、最大光パルス幅の読み出しフレーム（ｍ）の光学的黒の後列２２２０にあってよい第１の暗色環境２２３１においてその積分を開始し、次いで、光ストロボを受光し、最大光パルス幅のために次の後続の読み出しフレーム（ｍ＋１）の光学的黒の前方列２２１８にあってよい第２の暗色環境２２３２においてその積分を終了する。したがって、光パルス２２３０ａ～ｃから生成された画像は、フレーム（ｍ）及び（ｍ＋２）とのいずれの干渉もなしに、フレーム（ｍ＋１）読み出し中にのみ利用可能であり得る。
１フレーム内でのみ読み取られ、かつ隣接フレームに干渉しない光パルス２２３０ａ～ｃを有する状態が、ブランキング時間２２１６中に、所与の光パルス発射２２３０ａ～ｃを有する、という点に留意すべきである。光学的黒の列２２１８、２２２０は、光に対して非感応性である故に、フレーム（ｍ）の光学的黒の後列２２２０及びフレーム（ｍ＋１）の光学的黒の前列２２１８をブランキング時間２２１６に追加して、光パルス２２３０の発射時間の最大範囲を決定することができる。
一部の態様では、図２３Ｂは、従来のＣＭＯＳセンサによる連続フレーム捕捉のタイミング図の一例を示す。このようなＣＭＯＳセンサは、図２３Ｃに示すように、カラーフィルタのベイヤーパターンを組み込んでよい。ベイヤーパターンは、色度よりも高い輝度詳細を提供することが認識される。更に、画像の凝集空間部分の色情報を生成するために、合計４つの隣接する画素が必要とされるため、センサは空間解像度が低減されていることが更に認識され得る。代替的なアプローチでは、色画像は、様々な中心光波長を有する様々な光源（レーザ又は発光ダイオードのいずれか）と共に高速で可視化領域を迅速にストロービングすることによって構築されてよい。
光学ストロービングシステムは、カメラシステムの制御下にあってもよく、高速読み出しを有する特別に設計されたＣＭＯＳセンサを含んでよい。主な利益は、センサが、従来のベイヤー又は３センサカメラと比較して、画素が著しく少ない状態で、同じ空間解像度を達成することができることである。したがって、画素配列によって占有される物理空間を低減し得る。実際のパルス周期（２２３０ａ～ｃ）は、図２３Ｂに示すように、繰り返しパターン内で異なっていてよい。これは、例えば、より大きな光エネルギーを必要とする構成要素又はより弱い光源を有する構成要素に、より大きな時間を配分するのに有用である。平均捕捉フレームレートが必要な最終システムフレームレートの整数倍である限り、データは、単に信号処理チェーン内で適宜バッファリングされてよい。
これらの方法の全てを組み合わせることによって許容される範囲までＣＭＯＳセンサチップ領域を低減するための設備は、小径（～３～１０）ｍｍ内視鏡で特に魅力的である。具体的には、センサが空間拘束された遠位端内に位置している内視鏡設計が可能となり、それにより、高精細映像を提供しながら、光学部分の複雑さ及びコストを大幅に低減する。このアプローチの結果は、各最終的なフルカラー画像を再構築するために、データが３つの別個のスナップショットから時間的に融合されることを必要とする。対象物の縁が各捕捉された構成要素内のわずかに異なる位置に見えるため、内視鏡の参照の光学フレームに対してシーン内の任意の動きは、一般に、知覚解像度を低下させるであろう。本開示では、空間解像度が、色度情報よりも輝度情報にとって非常に重要であるという事実を利用する、この問題を減少させる手段が記載される。
このアプローチの基礎は、各フレーム中に単色光を発射する代わりに、３つの波長の組み合わせが、単一画像内の輝度情報の全てを提供するために使用されることである。色度情報は、例えば、Ｙ－Ｃｂ－Ｙ－Ｃｒ（図２３Ｄ）などの反復パターンを有する別個のフレームから導出される。パルス比の賢い選択によって純粋な輝度データを提供することが可能であるが、同じことは、色度の真ではない。
一態様では、図２３Ｄに示すように、内視鏡システム２３００ａは、均一な画素を有する画素配列２３０２ａを含んでよく、システム２３００ａは、Ｙ（輝度パルス）２３０４ａ、Ｃｂ（ＣｈｒｏｍａＢｌｕｅ）２３０６ａ及びＣｒ（ＣｈｒｏｍａＲｅｄ）２３０８ａパルスを受信するように動作されてよい。
フルカラー画像を完成させるためには、２つの色度の成分も提供される必要がある。しかしながら、ＲＧＢ係数の一部が負であるという事実に反映されるように、輝度に適用された同じアルゴリズムは、符号化されているため、色度画像に直接適用することができない。この解決策は、最終的なパルスエネルギーの全てが正になる、十分な大きさの輝度を加えることである。ＩＳＰにおける色融合プロセスが、色度フレームの組成を認識している限り、それらは、隣接フレームから適切な量の輝度を減算することによってデコードすることができる。パルスエネルギー比率は、以下のとおりである。
Ｙ＝０．１８３・Ｒ＋０．６１４・Ｇ＋０．０６２・Ｂ
Ｃｂ＝λ・Ｙ－０．１０１・Ｒ－０．３３９・Ｇ＋０．４３９・Ｂ
Ｃｒ＝δ・Ｙ＋０．４３９・Ｒ－０．３９９・Ｇ－０．０４０・Ｂ
式中、
λ≧０．３９９／０．６１４＝０．５５２
δ≧０．３９９／０．６１４＝０．６５０
λ係数が０．５５２に等しい場合には、赤色及び緑色成分の両方が正確に相殺され、その場合、Ｃｂ情報には純粋な青色光を提供することができる。同様に、設定δ＝０．６５０は、純粋な赤色になる、Ｃｒの青色成分及び緑色成分を相殺する。この特定の例は、図２３Ｅに示されており、これはまた、１／２８の整数倍としてλ及びδを示す。これは、デジタルフレーム再構成にとって便利な近似値である。
Ｙ－Ｃｂ－Ｙ－Ｃｒパルス化スキームの場合、画像データは、既に、色融合後のＹＣｂＣｒ空間にある。したがって、この場合、色補正を実行するために線形ＲＧＢに変換する前に、前の輝度及び色度に基づく動作を実行することを意味する。
色融合プロセスは、空間補間がないため、ベイヤーパターン（図２３Ｃを参照）によって必要とされるデモザイクよりも単純である。各画素に利用可能な必要な情報の全てを有するためには、フレームのバッファリングを必要とする。１つの一般的な態様では、Ｙ－Ｃｂ－Ｙ－Ｃｒパターンのデータは、２つの生の捕捉画像当たり１つのフルカラー画像を生成するようにパイプラインされてよい。これは、各色度サンプルを２回使用することによって達成される。図２３Ｆでは、６０Ｈｚの最終映像を提供する１２０Ｈｚフレーム捕捉速度の具体例が示されている。
外科用可視化システム１０８で使用するための図２３Ｂ～図２３Ｆに示される照明システムのレーザ構成要素の制御に関する更なる開示は、米国特許第９，５１６，２３９号として２０１６年１２月６日に発行された「ＹＣＢＣＲ ＰＵＬＳＥＤ ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ ＳＣＨＥＭＥ ＩＮ Ａ ＬＩＧＨＴ ＤＥＦＩＣＩＥＮＴ ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ」という名称の、２０１３年７月２６日出願の米国特許出願公開第２０１４／０１６０３１８号及び米国特許第９，７４３，０１６号として、２０１７年８月２２日に発行された、「ＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳ ＶＩＤＥＯ ＩＮ Ａ ＬＩＧＨＴ ＤＥＦＩＣＩＥＮＴ ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ」という名称の、２０１３年７月２６日出願の米国特許出願公開第２０１４／０１６０３１９号に見出すことができ、その内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
表面下の血管の撮像
外科手術中に、所望の医療結果をもたらすために組織を操作するために外科医が必要とされ得る。外科医の行為は、手術部位において視覚的に観察可能なものによって制限される。したがって、外科医は、例えば、手術中に操作されている組織の下にある血管構造の配置を認識しない場合がある。
外科医は手術部位の下の脈管構造を可視化できないため、外科医は、手術中に１つ以上の重要な血管を偶発的に切断する場合がある。
したがって、提示が手術部位の表面の下に位置する血管構造の存在に関連する情報を含むことができる、外科医に提示するための手術部位の撮像データを取得することができる、外科用可視化システムを有することが望ましい。
本開示の一部の態様は、レーザ光源などの１つ以上の照明源を使用して手術部位の照明を制御し、１つ以上の画像センサから撮像データを受信するように構成された制御回路を更に提供する。一部の態様では、本開示は、実行されると、装置に組織内の血管を検出させ、組織の表面の下の深さを判定させる、コンピュータ可読命令を記憶する非一時的なコンピュータ可読媒体を提供する。
一部の態様では、外科用画像取得システムは、複数の照明源を含んでもよく、各照明源は、特定の中心波長を有する光を放射するように構成されている、複数の照明源と、複数の照明源のうちの１つ以上によって照明されたときに組織試料から反射された光の一部分を受光するように構成された光センサと、コンピューティングシステムと、を含んでよい。コンピューティングシステムは、組織試料が複数の照明源のそれぞれによって照明されるときに、光センサからデータを受信し、組織試料が複数の照明源のそれぞれによって照明されたときに、光センサによって受信されたデータに基づいて、組織試料内の構造の深さ位置を決定し、構造及び構造の深さ位置に関する可視化データを計算するように構成されてよい。一部の態様では、可視化データは、ディスプレイシステムによって使用され得るデータフォーマットを有してよく、構造は１つ以上の血管組織を含んでよい。
ＮＩＲ分光法を用いた血管撮像
一態様では、外科用画像取得システムは、可視光及び可視範囲外の光を含む照明源の独立したカラーカスケードを含んで、異なる時間及び異なる深さで手術部位内の１つ以上の組織を撮像することができる。外科用画像取得システムは、手術部位から反射及び／又は屈折された光の特性を更に検出又は計算することができる。光の特性は、手術部位内の組織の合成画像を提供するために並びに手術部位の表面において直接可視ではない、下に存在する組織の分析を提供するために使用され得る。外科用画像取得システムは、別個の測定装置を必要とせずに、組織深さ位置を決定することができる。
一態様では、手術部位から反射及び／又は屈折される光の特性は、１つ以上の波長における光の吸光度の量であり得る。個々の組織の様々な化学成分は、波長依存性である特定の光吸光パターンをもたらし得る。
一態様では、照明源は、赤色レーザ源及び近赤外線レーザ源を含んでもよく、撮像される１つ以上の組織は、静脈又は動脈などの血管組織を含んでよい。一部の態様では、赤色レーザ源（可視範囲内）を使用して、可視赤色範囲の分光法に基づいて、下にある血管組織の一部の態様を撮像してよい。一部の非限定的な例では、赤色レーザ光源は、６３５ｎｍ～６６０ｎｍの、両端の値を含む範囲であり得るピーク波長を有する照明を供給してよい。赤色レーザピーク波長の非限定的な例は、約６３５ｎｍ、約６４０ｎｍ、約６４５ｎｍ、約６５０ｎｍ、約６５５ｎｍ、約６６０ｎｍ又はそれらの間の任意の値若しくは値の範囲を含んでよい。一部の他の態様では、近赤外線レーザ源を使用して、近赤外分光法に基づいて下にある血管組織を撮像してよい。一部の非限定的な例では、近赤外線レーザ源は、７５０～３０００ｎｍの、両端の値を含む範囲であり得る波長を有してよい。赤外線レーザピーク波長の非限定的な例とは、約７５０ｎｍ、約１０００ｎｍ、約１２５０ｎｍ、約１５００ｎｍ、約１７５０ｎｍ、約２０００ｎｍ、約２２５０ｎｍ、約２５００ｎｍ、約２７５０ｎｍ、３０００ｎｍ又はそれらの間の任意の値若しくは値の範囲を含んでよい。下にある血管組織は、赤分光法及び赤外分光法の組み合わせを用いてプロービングされ得ることが認識され得る。一部の例では、約６６０ｎｍのピーク波長を有する赤色レーザ源と、約７５０ｎｍ又は約８５０ｎｍのピーク波長を有する近ＩＲレーザ源とを使用して、血管組織をプロービングすることができる。
近赤外分光法（ＮＩＲＳ）は、組織内の酸素ヘモグロビン及び脱酸素ヘモグロビンの分光光度定量に基づいた組織酸素化の決定を可能にする非侵襲性技術である。一部の態様では、ＮＩＲＳは、血管組織と非血管組織との間の照明吸光度の差に基づいて、血管組織を直接撮像するために使用することができる。あるいは、血管組織は、動脈及び静脈閉塞法などの生理学的介入の適用前後の組織における血流の照明吸光度の差に基づいて間接的に可視化することができる。
近ＩＲ（ＮＩＲ）分光法のための器具は、ＵＶ赤外線レーザ及び中間ＩＲ範囲の器具と同様であり得る。このような分光器具は、組織試料を照明するための特定の近ＩＲ波長を選択するための照明源、検出器及び分散素子を含んでよい。一部の態様では、光源は、白熱光源又は石英ハロゲン光源を含んでよい。一部の態様では、検出器は、半導体（例えば、ＩｎＧａＡｓ）フォトダイオード又はフォト配列を含んでよい。一部の態様では、分散素子は、プリズム又はより一般的には回折格子を含んでよい。干渉計を使用するフーリエ変換ＮＩＲ器具も一般的であり、特に約１０００ｎｍを超える波長にも共通である。試料に応じて、スペクトルは、反射モード又は透過モードのいずれかで測定することができる。
図２４は、ＮＩＲ分光法のＵＶ赤外線レーザ及び中間ＩＲ範囲の器具と同様の器具２４００の一例を概略的に示す。光源２４０２は、分散素子２４０６（プリズム又は回折格子など）に衝突し得る広いスペクトル範囲の照明２４０４を放射し得る。分散素子２４０６は、広域スペクトル光源２４０２によって放射された光の狭い波長部分２４０８を選択するように動作してもよく、光の選択された部分２４０８は、組織２４１０を照明してよい。組織２４１２から反射された光は、検出器２４１６に向けられてもよく（例えば、ダイクロイックミラー２４１４によって）、反射光２４１２の強度を記録することができる。組織２４１０を照明する光の波長は、分散素子２４０６によって選択されてよい。一部の態様では、組織２４１０は、分散素子２４０６によって選択された単一で狭い波長部分２４０８によってのみ照明されて、光源２４０２を形成してよい。他の態様では、組織２４１０は、分散素子２４０６によって選択される様々な狭い波長部分２４０８で走査されてよい。このようにして、組織２４１０の分光分析は、ＮＩＲ波長の範囲にわたって取得されてよい。
図２５は、フーリエ変換赤外撮像に基づいてＮＩＲＳを測定するための器具２４３０の概略的な一例を示す。図２５では、近ＩＲ範囲２４３４内の２４３２光を放射するレーザ源は、組織試料２４４０を照明する。組織２４４０によって反射された光２４３６は、ダイクロイックミラー２４４４などのミラーによってビームスプリッタ２４４６へと反射される（２４４２）。ビームスプリッタ２４４６は、組織２４４０によって反射された２４３６光２４４８の１つの部分を、静止ミラー２４５０及び組織２４４０によって反射された２４３６光２４５２の１つの部分を、移動ミラー２４５４に向ける。移動ミラー２４５４は、電圧周波数を有する正弦波電圧によって作動される固定圧電変換器に基づいて、定位置で振動することができる。空間内の移動ミラー２４５４の位置は、圧電変換器の正弦波作動電圧の周波数に対応する。移動ミラー及び静止ミラーから反射された光は、ビームスプリッタ２４４６で再結合され２４５８、検出器２４５６に向けられてよい。計算構成要素は、検出器２４５６の信号出力を受信し、受信した信号のフーリエ変換（時間）を実行することができる。移動ミラー２４５４から受光される光の波長は、静止ミラー２４５０から受光された光の波長に対して時間が変化するため、再結合された光の時間に基づくフーリエ変換は、再結合された光２４５８の波長フーリエ変換に対応する。このようにして、組織２４４０から反射された光の波長に基づくスペクトルを決定することができ、組織２４４０から反射された光２４３６のスペクトル特性を取得することができる。したがって、組織２４４０から反射された光からのスペクトル成分における照明の吸光度の変化は、特定の光吸収特性（ヘモグロビンなど）を有する組織の存在又は不在を示し得る。
ヘモグロビン酸素化を決定するための近赤外線光の代替は、ヘモグロビンの赤色光吸光度特性を決定するための単色赤色光の使用である。ヘモグロビンによる約６６０ｎｍの中心波長を有する赤色光の吸光度特性は、ヘモグロビンが酸素化（動脈血）又は脱酸素（静脈血）であるかを示し得る。
一部の代替的な外科手術では、造影剤を使用して、酸素化及び組織酸素消費に対して収集されるデータを改善することができる。１つの非限定的な例では、ＮＩＲＳ技術は、約８００ｎｍでピーク吸光度を有するインドシアニングリーン（ＩＣＧ）などの近ＩＲ造影剤のボーラス注射と併用されてよい。ＩＣＧは、脳血流を測定するために、一部の医療手術において使用されている。
レーザドップラー流量測定を使用した血管撮像
一態様では、手術部位から反射及び／又は屈折される光の特性は、その照明源からの光波長のドップラーシフトであり得る。
レーザドップラー流量測定を使用して、効果的に静止した背景に対して移動する粒子の流れを可視化し、特徴付けることができる。したがって、血液細胞などの粒子を移動させることによって散乱されるレーザ光は、元の照明レーザ源の波長とは異なる波長を有し得る。対照的に、効果的に静止した背景（例えば、血管組織）によって散乱されたレーザ光は、元の照明レーザ源の波長と同じ波長を有してよい。血液細胞からの散乱光の波長の変化は、レーザ源及び血液細胞速度に対する血液細胞の流れの方向の両方を反映し得る。図２６Ａ～図２６Ｃは、レーザ光源から離れる方向（図２６Ａ）又はレーザ光源に向かって（図２６Ｃ）移動し得る、血液細胞から散乱した光の波長の変化を示す。
図２６Ａ～図２６Ｃのそれぞれにおいて、０の相対中心波長を有する元の照明光２５０２が示されている。図２６Ａから、レーザ源２５０４から離れる方向に移動する血液細胞から散乱した光は、レーザ源の波長に対していくらかの量２５０６だけ大きくシフトされた波長を有する（したがって、赤色シフトされた）波長を有することが観察され得る。また、レーザ源２５０８から向かって移動する血液細胞から散乱した光は、レーザ源の波長に対して若干の量２５１０だけ短くシフトされた波長を有する（したがって、青色シフトされる）こともまた、図２６Ｃから観察され得る。波長シフトの量（例えば、２５０６又は２５１０）は、血液細胞の運動速度に依存し得る。一部の態様では、一部の血液細胞の赤色シフト（２５０６）の量は、一部の他の血液細胞の青色シフト（２５１０）の量とほぼ同じであり得る。あるいは、一部の血液細胞の赤色シフト（２５０６）の量は、一部の他の血液細胞の青色シフト（２５１０）の量と異なり得る。したがって、図２６Ａに示されるように、レーザ源から離れて流れる血液細胞の速度（は、波長シフト２５０６及び２５１０）の相対的な大きさに基づいて、図２６Ｃに示すようにレーザ源に向かって流れる血液細胞の速度よりも遅くてよい。対照的に、図２６Ｂに示すように、レーザ光源（例えば血管２５１２又は非血管組織２５１４）に対して移動していない組織から散乱した光は、波長のいかなる変化も示さない場合がある。
図２７は、組織２５４０の部分から散乱したレーザ光のドップラーシフトを検出するために使用され得る器具２５３０の態様を示す。レーザ２５３２から発する光２５３４は、ビームスプリッタ２５４４を通過してよい。レーザ光２５３６の一部はビームスプリッタ２５４４によって透過されてもよく、組織２５４０を照明してよい。レーザ光の別の部分は、検出器２５５０に衝突するためにビームスプリッタ２５４４によって反射され得る（２５４６）。組織２５４０による光後方散乱２５４２は、ビームスプリッタ２５４４によって方向付けられてもよく、また検出器２５５０に衝突することができる。レーザ２５３２から発する光２５３４と組織２５４０による後方散乱２５４２との組み合わせは、検出器２５５０によって検出された干渉パターンをもたらし得る。検出器２５５０によって受信された干渉パターンは、レーザ２５３２から発する光２５３４と、組織２５４０からのドップラーシフトされた（したがって波長シフト）光後方散乱２４５２との組み合わせから生じる干渉縞を含んでよい。
組織２５４０からの後方散乱光２５４２はまた、組織２５４０内の境界層からの後方散乱光及び／又は組織２５４０内の物質による波長固有光吸収を含んでよいことが認識され得る。その結果、検出器２５５０で観察された干渉パターンは、これらの追加の光学効果から干渉縞特徴を組み込んでもよく、したがって、適切に分析されない限りドップラーシフトの計算が見出され得る。
図２８は、これらの追加の光学効果の一部を示す。第１の屈折率ｎ１を有する第１の光学媒体を通過する光は、第２の屈折率ｎ２を有する第２の光学媒体との境界面で反射されてよいことが良く知られている。第２の光学媒体を透過した光は、屈折率ｎ１とｎ２（スネルの法則）との差に基づいて入射光の角度とは異なる境界面に対して透過角を有する。図２８は、外科分野で提示され得るように、多成分組織２１５０の表面に衝突する光に対するスネルの法則の効果を示す。多成分組織２１５０は、屈折率ｎ１を有する外側組織層２１５２と、血管壁２１５６を有する血管などの埋め込み組織とから構成されてよい。血管壁２１５６は、屈折率ｎ２によって特徴付けることができる。血液は、血管２１６０の内腔内に流れることができる。一部の態様では、外科手術中に、外側組織層２１５２の表面２１５４の下の血管２１６０の位置を決定し、ドップラーシフト技術を使用して血流を特徴付けることが重要であり得る。
入射レーザ光２１７０ａは、血管２１６０をプロービングするために使用されてもよく、外側組織層２１５２の上面２１５４上に向けられてよい。入射レーザ光２１７０ａの部分２１７２は、上面２１５４で反射されてよい。入射レーザ光２１７０ａの別の部分２１７０ｂは、外側組織層２１５２を浸透してよい。外側組織層２１５２の上面２１５４における反射部分２１７２は、入射光２１７０ａの同じ経路長を有し、したがって入射光２１７０ａの同じ波長及び位相を有する。しかしながら、外側組織層２１５２に透過される光の部分２１７０ｂは、外側組織層２１５２が空気の屈折率とは異なる屈折率ｎ１を有するため、組織表面に衝突する光の入射角とは異なる透過角を有する。
外側組織層２１５２を透過した光の一部が、例えば、血管壁２１５６の第２の組織表面２１５８に衝突する場合、光の一部の部分２１７４ａ、ｂは、入射光の光源２１７０ａに向かって反射される。したがって、外側組織層２１５２と血管壁２１５６との間の境界面で反射された光２１７４ａは、入射光２１７０ａと同じ波長を有するが、光路長の変化に起因して位相シフトされる。外側組織層２１５２と血管壁２１５６との間の境界面から、センサ上の入射光と共に、反射された光２１７４ａ、ｂを投影することは、２つの光源間の位相差に基づいて干渉パターンを生成する。
更に、入射光２１７０ｃの一部は、血管壁２１５６を透過され、血管内腔２１６０内に浸透することができる。入射光２１７０ｃのこの部分は、血管内腔２１６０内の移動血液細胞と相互作用することができ、上述のように、血液細胞の速度に従ってシフトされた波長ドップラーを有する衝突光の光源に向かって反射２１７６ａ～ｃされてよい。移動する血液細胞から反射されドップラーシフトされた光２１７６ａ～ｃは、センサ上の入射光と共に投影されてもよく、その結果、２つの光源間の波長差に基づいて縞模様を有する干渉パターンが得られる。
図２８において、光路２１７８は、放射された光と、移動血液細胞によって反射された光との間の屈折率の変化がない場合、血管内腔２１６０内の赤血球に衝突する光が提示されている。この例では、反射光波長のドップラーシフトのみを検出することができる。しかしながら、血液細胞（２１７６ａ～ｃ）によって反射された光は、ドップラー効果による波長変化に加えて、組織屈折率の変動に起因して位相変化を組み込んでよい。
したがって、光センサが入射光を受光する場合、１つ以上の組織インタフェース（２１７２及び２１７４ａ、ｂ）から反射された光、血液細胞（２１７６ａ～ｃ）からドップラーシフトされた光を受光する場合、光センサ上で生成される干渉パターンは、ドップラーシフト（波長の変化）並びに組織内の屈折率の変化（位相の変化）による効果に起因する効果を含んでよいことが理解され得る。結果として、試料内の屈折率の変化による影響が補償されない場合、組織試料によって反射された光のドップラー分析が誤った結果を生じさせ得る。
図２９は、下にある血管の深さ及び位置を決定するために、組織試料上の２２５０に衝突する光のドップラー分析に対する効果の一例を示す。血管と組織表面との間に介在組織が存在しない場合、センサで検出される干渉パターンは、主に、移動血液細胞から反射される波長の変化に起因し得る。結果として、干渉パターンから導出されるスペクトル２２５２は、一般に、血液細胞のドップラーシフトのみを反射し得る。しかしながら、血管と組織表面との間に介在組織が存在する場合、センサで検出される干渉パターンは、移動血液細胞から反射される波長の変化と、介在組織の屈折率による位相シフトとの組み合わせに起因し得る。このような干渉パターンから導出されたスペクトル２２５４は、反射光の追加の位相変化に起因して見出されるドップラーシフトの計算をもたらし得る。一部の態様では、介在組織の特性（厚さ及び屈折率）に関する情報が既知である場合、結果として得されるスペクトル２２５６は、波長の変化のより正確な計算を提供するように補正されてよい。
光の組織浸透深さは、使用される光の波長に依存することが認識される。したがって、レーザ源光の波長は、特定の範囲の組織深さで粒子運動（血液細胞など）を検出するように選択されてよい。図３０Ａ～Ｃは、レーザ光波長に基づいて様々な組織深さで血液細胞などの移動粒子を検出するための手段を概略的に示す。図３０Ａに示すように、レーザ源２３４０は、レーザ光２３４２の入射ビームを手術部位の表面２３４４上に向けることができる。血管２３４６（静脈又は動脈など）は、組織表面からある程度の深さδで組織２３４８内に配置されてよい。レーザの組織２３４８への浸透深さ２３５０は、少なくとも部分的にレーザ波長に依存し得る。したがって、約６３５ｎｍ～約６６０ｎｍの赤色範囲の波長を有するレーザ光は、約１ｍｍの深さまで組織２３５１ａを浸透することができる。約５２０ｎｍ～約５３２ｎｍの緑色範囲の波長を有するレーザ光は、約２～３ｍｍの深さまで組織２３５１ｂを浸透することができる。約４０５ｎｍ～約４４５ｎｍの青色範囲の波長を有するレーザ光は、組織２３５１Ｃに約４ｍｍ以上の深さまで浸透し得る。図３０Ａ～Ｃに示される例では、血管２３４６は、組織表面下の約２～３ｍｍの深さδに位置してよい。赤色レーザ光はこの深さに浸透しないため、この血管内を流れる血液細胞を検出しない。しかしながら、緑色及び青色のレーザ光の両方は、この深さを浸透することができる。したがって、血管２３４６内の血液細胞からの散乱した緑色及び青色レーザ光は、波長のドップラーシフトを示し得る。
図３０Ｂは、反射レーザ光の波長におけるドップラーシフト２３５５がどのように現れ得るかを示す。組織表面２３４４に衝突する放射光（又はレーザ源光２３４２）は、中心波長２３５２を有してよい。例えば、緑色レーザからの光は、約５２０ｎｍ～約５３２ｎｍの範囲内の中心波長２３５２を有し得る。反射された緑色光は、光が検出器から離れて移動する赤血球などの粒子から反射された場合、より長い波長（赤色シフト）にシフトされた中心波長２３５４を有してよい。放射されたレーザ光の中心波長２３５２と放射されたレーザ光の中心波長２３５４との間の差は、ドップラーシフト２３５５を含む。
図２８及び図２９に関連して上述したように、組織２３４８内の構造から反射されたレーザ光はまた、組織構造又は組成物の変化から生じる屈折率の変化による反射光の位相シフトを示し得る。組織表面２３４４に衝突する放射光（又はレーザ源光２３４２）は、第１の位相特性２３５６を有してよい。反射レーザ光は、第２の位相特性２３５８を有してよい。組織を約４ｍｍ以上の深さに浸透することができる青色レーザ光２３５１ｃは、赤色レーザ光（約１ｍｍ、２３５１ａ）又は緑色レーザ光（約２～３ｍｍ、２３５１ｂ）よりも様々な組織構造に遭遇し得ることが認識され得る。したがって、図３０Ｃに示すように、反射された青色レーザ光の位相シフト２３５８は、少なくとも浸透の深さに起因して有意であり得る。
図３０Ｄは、赤色２３６０ａ、緑色２３６０ｂ及び青色２３６０ｃレーザ光によって連続的に組織を照明する態様を示す。一部の態様では、組織は、赤色２３６０ａ、緑色２３６０ｂ及び青色２３６０ｃレーザ照明によって、連続的にプロービングされてよい。一部の代替例では、図２３Ｄ～図２３Ｆに示されるように、赤色２３６０ａ、緑色２３６０ｂ及び青色２３６０ｃレーザ光の１つ以上の組み合わせは、画定された照明配列に従って組織を照明するために使用されてよい。図３０Ｄは、経時的なＣＭＯＳ撮像センサ２３６２ａ～ｄに対するこのような照明の効果を示す。したがって、第１の時間ｔ１において、ＣＭＯＳセンサ２３６２ａは、赤色２３６０ａレーザによって照明され得る。第２の時間ｔ２において、ＣＭＯＳセンサ２３６２ｂは、緑色２３６０ｂレーザによって照明され得る。第３の時間ｔ３において、ＣＭＯＳセンサ２３６２ｃは、青色２３６０ｃレーザによって照明され得る。次いで、照明サイクルを、第４の時間ｔ４から開始して繰り返すことができ、この時点で、ＣＭＯＳセンサ２３６２ｄを再び赤色２３６０ａレーザによって照明することができる。異なる波長でのレーザ照明による組織の連続的な照明は、経時的に様々な組織深さでのドップラー分析を可能にし得ることが認識され得る。赤色２３６０ａ、緑色２３６０ｂ及び青色２３６０ｃレーザ源を使用して手術部位を照明してよいが、可視光の外側の他の波長（例えば赤又は紫外領域など）を使用して、ドップラー分析のために手術部位を照明することができることが認識され得る。
図３１は、手術部位２６００で観察可能ではない血管の存在を検出するためのドップラー撮像の使用の一例を示す。図３１では、外科医は、肺の右上後方ローブ２６０４内に見出される腫瘍２６０２を切除することを望む場合がある。肺は非常に血管が多いため、組織に関連するこれらの血管のみを識別し、肺の罹患していない部分への血流を損なうことなく、それらの血管のみを封止するために注意を払わなければならない。図３１では、外科医は、腫瘍２６０４の縁２６０６を識別している。次いで、外科医は、縁領域２６０６内の初期切開領域２６０８を切断してもよく、露出した血管２６１０は、切断及び封止のために観察され得る。ドップラー撮像検出器２６２０は、切開領域内の観察可能な２６１２ではない血管の位置を特定し、識別するために使用されてよい。撮像システムは、手術部位２６００から取得されたデータの分析及び表示のためにドップラー撮像検出器２６２０からデータを受信してよい。一部の態様では、撮像システムは、手術部位２６００の可視画像を含む手術部位２６００を、手術部位２６００オーバーレイの画像上の隠れた血管２６１２の画像と共に例示するディスプレイを含んでよい。
図３１に関して上述したシナリオでは、外科医は、非癌組織に関連する血管を温存する間に、酸素及び栄養素を腫瘍に供給する血管を切断することを望む。更に、血管は、手術部位２６００内又はその周囲の異なる深さで配置されてよい。したがって、外科医は、血管の位置（深さ）を識別し、切除に適切であるかどうかを判定しなければならない。図３２は、それを通って流れる血液細胞からの光のドップラーシフトに基づいて、深い血管を識別するための１つの方法を示す。上述したように、赤色レーザ光は約１ｍｍの浸透深さを有し、緑色のレーザ光は、約２～３ｍｍの浸透深さを有する。しかし、４ｍｍ以上の表面下深さを有する血管は、これらの波長における浸透深さの外側にある。しかしながら、青色レーザ光は、その血流に基づいてこのような血管を検出することができる。
図３２は、手術部位の下の特定の深さで血管から反射されたレーザ光のドップラーシフトを示す。この部位は、赤色レーザ光、緑色レーザ光及び青色レーザ光によって照明されてよい。照明光の中心波長２６３０は、相対的中心３６３１に正規化されてよい。血管が手術部位の表面の４ｍｍ以上の深さにある場合、赤色レーザ光も緑色レーザ光も血管によって反射されることはない。その結果、反射された赤色光の中心波長２６３２及び反射された緑色光の中心波長２６３４は、照明赤色光又は緑色光の中心波長２６３０とは、それぞれ大きく異なっていない。しかし、この部位が青色レーザ光によって照明される場合、反射された青色光２６３６の中心波長２６３８は、照明青色光の中心波長２６３０とは異なる。場合によっては、反射された青色光２６３６の振幅はまた、照明青色光の振幅から著しく低減されてよい。したがって、外科医は、そのおおよその深さと共に深部血管の存在を決定し、それによって、表面組織切開中の深部血管を回避し得る。
図３３及び図３４は、手術部位の表面下の血管のおおよその深さを決定するための異なる中心波長（色）を有するレーザ源の使用を概略的に示す。図３３は、表面２６５４と、表面２６５４の下に配置された血管２６５６とを有する第１の手術部位２６５０を示す。１つの方法では、血管２６５６は、血管２６５６内の血液細胞の流れ２６５８に衝突する光のドップラーシフトに基づいて識別されてよい。手術部位２６５０は、複数のレーザ２６７０、２６７６、２６８２からの光によって照明されてよく、各レーザは、いくつかの異なる中心波長のうちの１つで光を放射することによって特徴付けられる。上述のように、赤色レーザ２６７０による照明は、約１ｍｍ２６７２だけ組織を浸透することができる。したがって、血管２６５６が表面２６５４の下の１ｍｍ未満の深さに位置している場合、赤色レーザ照明は反射され２６７４、反射された赤色照明２６７４のドップラーシフトが決定され得る。更に、上述したように、緑色レーザ２６７６による照明は、組織のみを約２～３ｍｍだけ浸透することができる。血管２６５６が表面２６５４の下の約２～３ｍｍ２６７８の深さに位置した場合、緑色レーザ照明は、反射され２６８０、一方、赤色レーザ照明２６７０はなく、反射された緑色照明２６８０のドップラーシフトを決定することができる。しかしながら、図３３に示すように、血管２６５６は、表面２６５４の下の、約４ｍｍの深さ２６８４に位置する。したがって、赤色レーザ照明２６７０も緑色レーザ照明２６７６も反射されない。代わりに、青色レーザ照明のみが反射され２６８６、反射された青色照明２６８６のドップラーシフトが決定されてよい。
図３３に示される血管２６５６とは対照的に、図３４に示される血管２６５６’は、手術部位における組織の表面に近接して位置する。血管２６５６’はまた、血管２６５６’がはるかに厚い壁２６５７を有するように例示されるという点で、血管２６５６と区別され得る。したがって、血管２６５６は静脈の一例であり得るが、動脈壁は静脈壁よりも厚いことが知られているため、血管２６５６’は静脈の一例であり得る。一部の例では、動脈壁は、約１．３ｍｍの厚さを有し得る。上述のように、赤色レーザ照明２６７０’は、約１ｍｍの２６７２’の深さまで組織を浸透することができる。したがって、血管２６５６’が手術部位で露出している場合であっても（図３１の２６１０を参照）、血管２６５６’の表面から反射される２６７４’赤色レーザ光は、血管壁２６５７の厚さによるドップラー分析下で血管２６５６’内の血流２６５８’を可視化することができない場合がある。しかしながら、上述したように、組織の表面上の緑色レーザ光衝突２６７６’は、約２～３ｍｍの深さ２６７８に浸透し得る。更に、組織の表面上の青色レーザ光衝突２６８２’は、約４ｍｍの深さ２６８４’に浸透し得る。したがって、血管２６５６’内で２６５８’を流れる血液細胞から緑色のレーザ光が反射されてもよく２６８０’、青色レーザ光は、血管２６５６’内で２６５８’を流れる血液細胞から反射され得る（２６８６’）。結果として、反射された緑色光２６８０’及び反射された青色光２６８６’のドップラー分析は、近表面血管における血流、特に血管のおおよその深さに関する情報を提供することができる。
上述したように、手術部位の下の血管の深さは、波長依存性ドップラー撮像に基づいてプロービングされてよい。このような血管を通る血流の量は、スペックルコントラスト（干渉）分析によって決定されてよい。ドップラーシフトは、静止光源に対する移動粒子を示し得る。上述のように、ドップラー波長シフトは、粒子運動の速度の指標であり得る。血液細胞などの個々の粒子は、別個に観察可能ではない場合がある。しかしながら、各血液細胞の速度により、比例ドップラーシフトを生成することがある。干渉パターンは、血液細胞のそれぞれからの後方散乱光のドップラーシフトの差に起因して、複数の血液細胞から後方散乱した光の組み合わせによって生成され得る。干渉パターンは、可視化フレーム内の血液細胞の数密度の指標であり得る。干渉パターンは、スペックルコントラストと呼ばれることがある。スペックルコントラスト分析は、フルフレーム３００ｘ３００ＣＭＯＳ撮像配列を使用して計算することができ、スペックルコントラストは、所与の露光期間にわたってレーザ光と相互作用する移動粒子（例えば、血液細胞）の量に直接関連し得る。
ＣＭＯＳ画像センサは、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）に連結されてよい。センサの各画素は、多重化され、デジタル化されてよい。光のドップラーシフトは、ドップラーシフトされた光と比較して、光源レーザ光を見ることによって分析することができる。より大きいドップラーシフト及びスペックルは、血管内のより多くの数の血液細胞及びそれらの速度に関連し得る。
図３５は、外科手術中に外科医に提示され得る複合視覚ディスプレイ２８００の態様を示す。複合視覚ディスプレイ２８００は、ドップラー分析画像２８５０を用いて手術部位の白色光画像２８３０を重ね合わせることによって構築されてよい。
一部の態様では、白色光画像２８３０は、手術部位２８３２、１つ以上の外科的切開部２８３４及び組織２８３６を外科的切開部２８３４内で容易に視認可能にすることができる。白色光画像２８３０は、白色光源２８３８で手術部位２８３２を照明２８４０し、反射した白色光２８４２を光検出器によって受光することによって生成されてよい。白色光源２８３８を使用して手術部位の表面を照明してよいが、一態様では、図２３Ｃ～図２３Ｆに関して上述したように、赤色２８５４、緑色２８５６及び青色２８５８レーザ光との適切な組み合わせを使用して、手術部位の表面を可視化することができる。
一部の態様では、ドップラー分析画像２８５０は、血流情報２８５２と共に（スペックル分析から）血管深さ情報を含んでよい。上述したように、血管深さ及び血流速度は、複数の波長のレーザ光で手術部位を照明し、特定の波長の光の既知の浸透深さに基づいて血管深さ及び血流を決定することによって得ることができる。一般に、手術部位２８３２は、赤色レーザ２８５４、緑色レーザ２８５６及び青色レーザ２８５８などの１つ以上のレーザによって放射された光によって照明されてよい。ＣＭＯＳ検出器２８７２は、手術部位２８３２及びその周囲の組織から戻って反射された光（２８６２、２８６６、２８７０）を受光し得る。ドップラー分析画像２８５０は、ＣＭＯＳ検出器２８７２からの複数の画素データの分析に基づいて構築されてよい（２８７４）。
一態様では、赤色レーザ２８５４は、手術部位２８３２上に赤色レーザ照明２８６０を放射してもよく、反射光２８６２は表面又は最小の表面下構造を露出させることができる。一態様では、緑色レーザ２８５６は、手術部位２８３２上に緑色レーザ照明２８６４を放射してもよく、反射光２８６６は、より深い表面下特性を示すことができる。別の態様では、青色レーザ２８５８は、手術部位２８３２上に青色レーザ照明２８６８を放射してもよく、反射光２８７０は、例えば、より深い血管構造内の血流を露出させることができる。加えて、スペックルコントラスト分析は、より深い血管構造を通る血流の量及び速度に関する情報を外科医に提示できる。
図３５には示されていないが、撮像システムはまた、可視範囲外の光で手術部位を照明してよいことが理解され得る。このような光は、赤外線光及び紫外線光を含んでよい。一部の態様では、赤外線光又は紫外線光の光源は、広帯域波長源（タングステン源、タングステンハロゲン源又は重水素源など）を含んでよい。一部の他の態様では、赤外線又は紫外線光の光源は、狭帯域波長源（ＩＲダイオードレーザ、ＵＶガスレーザ又は染料レーザ）を含んでよい。
図３６は、組織片内の表面特徴部の深さを決定するための方法のフローチャート２９００である。画像取得システムは、第１の中心周波数を有する第１の光線で組織を照明し２９１０、第１の光線によって照明された組織から第１の反射光を受光する（２９１２ａ）ことができる。次いで、画像取得システムは、第１の光線及び第１の反射光に基づいて、第１のドップラーシフトを計算してよい（２９１４）。次いで、画像取得システムは、第２の中心周波数を有する第２の光線で組織を照明し２９１６、第２の光線によって照明された組織から第２の反射光を受光してよい（２９１８ａ）。次いで、画像取得システムは、第２の光線及び第２の反射光に基づいて、第２のドップラーシフトを計算してよい（２９２０）。次いで、画像取得システムは、第１の中心波長、第１のドップラーシフト、第２の中心波長及び第２のドップラーシフトに少なくとも部分的に基づいて、組織特徴の深さを計算してよい（２９２２）。一部の態様では、組織特徴は、血管内で移動する血液細胞などの移動粒子の存在並びに移動粒子の流れの方向及び速度を含んでよい。本方法は、任意の１つ以上の追加の光線による組織の照明を含むように拡張され得ることが理解され得る。更に、システムは、組織表面の画像と組織内に配置された構造の画像との組み合わせを含む画像を計算することができる。
一部の態様では、複数の視覚ディスプレイが使用されてよい。例えば、３Ｄディスプレイは、合成された白色光（又は赤色、緑色及び青色レーザ光の適切な組み合わせ）及びレーザドップラー画像を表示する合成画像を提供することができる。追加のディスプレイは、組織の血液酸素化応答のみを可視化するために、白色光ディスプレイのみ又は複合白色光ディスプレイ及びＮＩＲＳディスプレイを示す表示のみを提供してよい。しかしながら、ＮＩＲＳディスプレイは、組織の応答を可能にするサイクル毎に必要とされない場合がある。
マルチスペクトルＯＣＴを用いた表面組織の特性評価
外科手術の間、外科医は、組織の操作のために「スマート」外科用装置を使用してよい。このような装置は、それらの使用に関連する装置に基づくパラメータの動作を指示、制御及び／又は変更する自動化された特徴を含むという点で、「スマート」と見なすことができる。パラメータは、操作される組織の種類及び／又は組成を含んでよい。操作される組織の種類及び／又は組成が未知である場合、スマート装置の動作は、操作される組織に不適切であり得る。結果として、組織は損傷されてもよく又は組織の操作は、スマート装置の不適切な設定に起因して無効であり得る。
外科医は、試行錯誤的にスマート装置のパラメータを変化させるように手動で試みてもよく、結果として、非効率的かつ長い外科手術がもたらされる。
したがって、手術部位の下にある組織構造をプロービングしてそれらの構造及び組成特性を決定し、このようなデータを外科手術で使用されるスマート外科用器具に提供することができる、外科用可視化システムを有することが望ましい。
本開示の一部の態様は、レーザ光源などの１つ以上の照明源を使用して手術部位の照明を制御し、１つ以上の画像センサから撮像データを受信するように構成された制御回路を更に提供する。一部の態様では、本開示は、コンピュータ可読命令を記憶する非一時的なコンピュータ可読媒体を提供し、この命令は、実行されると、装置に、手術部位で表面の下の構造を特徴付けさせ、組織の表面の下の構造の深さを判定させる。
一部の態様では、外科用画像取得システムは、複数の照明源であって、各照明源は、特定の中心波長を有する光を放射するように構成されている、複数の照明源と、複数の照明源のうちの１つ以上によって照明されるときに、組織試料から反射された光の一部分を受光するように構成された光センサと、コンピューティングシステムと、を備えてよい。コンピューティングシステムは、組織試料が複数の照明源のそれぞれによって照明されるときに、光センサからデータを受信し、組織試料が照明源のそれぞれによって照明されるときに、光センサによって受信されたデータに基づいて、組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算し、スマート外科用装置によって受信される、構造の特性に関する構造データを送信する、ように構成されていてよい。一部の態様では、構造の特性は、表面特性又は構造組成である。
一態様では、外科用システムは、複数のレーザ光源を含んでもよく、組織から反射されたレーザ光を受光することができる。組織から反射された光は、システムによって使用されて、組織内に配置された構成要素の表面特性を計算することができる。組織内に配置された構成要素の特性は、構成要素の組成及び／又は構成要素の表面凹凸に関連する測定基準を含んでよい。
一態様では、外科用システムは、構成要素の組成物に関連するデータ及び／又は構成要素の表面凹凸に関連する測定基準を、組織上で使用される第２の器具に送信して、第２の器具の制御パラメータを修正してよい。
一部の態様では、第２の装置は、前進エネルギー装置であってもよく、制御パラメータの修正は、クランプ圧力、動作電力レベル、動作周波数及び変換器信号振幅を含んでよい。
上述のように、血管は、血管内で移動する血液細胞によって反射される光のドップラーシフトに基づく手術部位の表面下で血管を検出することができる。
レーザドップラー流量測定を使用して、効果的に静止した背景に対して移動する粒子の流れを可視化し、特徴付けることができる。したがって、血液細胞などの粒子を移動させることによって散乱されるレーザ光は、元の照明レーザ源の波長とは異なる波長を有し得る。対照的に、効果的に静止した背景（例えば、血管組織）によって散乱されたレーザ光は、元の照明レーザ源の波長と同じ波長を有してよい。血液細胞からの散乱光の波長の変化は、レーザ源及び血液細胞速度に対する血液細胞の流れの方向の両方を反映し得る。先に開示されたように、図２６Ａ～Ｃは、レーザ光源から離れる方向（図２６Ａ）又はレーザ光源に向かって（図２６Ｃ）移動し得る、血液細胞から散乱した光の波長の変化を示す。
図２６Ａ～図２６Ｃのそれぞれにおいて、０の相対中心波長を有する元の照明光２５０２が示されている。図２６Ａから、レーザ源２５０４から離れる方向に移動する血液細胞から散乱した光は、レーザ源の波長に対していくらかの量２５０６だけ大きくシフトされた波長を有する（したがって、赤色シフトされた）波長を有することが観察され得る。また、図２４Ｃから、レーザ源２５０８から向かって移動する血液細胞から散乱した光は、レーザ源の波長に対して若干の量２５１０だけ短くシフトされた波長を有する（したがって、青色シフトされる）こともまた、観察され得る。波長シフトの量（例えば、２５０６又は２５１０）は、血液細胞の運動速度に依存し得る。一部の態様では、一部の血液細胞の赤色シフト（２５０６）の量は、一部の他の血液細胞の青色シフト（２５１０）の量とほぼ同じであり得る。あるいは、一部の血液細胞の赤色シフト（２５０６）の量は、一部の他の血液細胞の青色シフト（２５１０）の量と異なり得る。図２４Ａに示されるように、レーザ源から離れて流れる血液細胞の速度は、波長シフト（２５０６及び２５１０）の相対的な大きさに基づいて、図２６Ｃに示すようにレーザ源に向かって流れる血液細胞の速度よりも小さくてよい。対照的に、図２６Ｂに示すように、レーザ光源（例えば血管２５１２又は非血管組織２５１４）に対して移動していない組織から散乱した光は、波長のいかなる変化も示さない場合がある。
先に開示したように、図２７は、組織２５４０の部分から散乱したレーザ光のドップラーシフトを検出するために使用され得る器具２５３０の態様を示す。レーザ２５３２から発する光２５３４は、ビームスプリッタ２５４４を通過してよい。レーザ光２５３６の一部はビームスプリッタ２５４４によって透過されてもよく、組織２５４０を照明してよい。レーザ光の別の部分は、検出器２５５０に衝突するためにビームスプリッタ２５４４によって反射され得る（２５４６）。組織２５４０による光後方散乱２５４２は、ビームスプリッタ２５４４によって方向付けられてもよく、また検出器２５５０に衝突することができる。レーザ２５３２から発する光２５３４と組織２５４０による後方散乱２５４２との組み合わせは、検出器２５５０によって検出された干渉パターンをもたらし得る。検出器２５５０によって受信された干渉パターンは、レーザ２５３２から発する光２５３４と、組織２５４０からのドップラーシフトされた（したがって波長シフト）光後方散乱２４５２との組み合わせから生じる干渉縞を含んでよい。
組織２５４０からの後方散乱光２５４２はまた、組織２５４０内の境界層からの後方散乱光及び／又は組織２５４０内の物質による波長固有光吸収を含んでよいことが認識され得る。その結果、検出器２５５０で観察された干渉パターンは、これらの追加の光学効果から干渉縞特徴を組み込んでもよく、したがって、適切に分析されない限りドップラーシフトの計算が見出され得る。
組織から反射された光はまた、組織内の境界層からの後方散乱光及び／又は組織内の物質による波長固有の光吸収を含んでよいことが認識され得る。その結果、検出器で観察される干渉パターンは、適切に分析されない限りドップラーシフトの計算を見出すことができる縞特徴を組み込んでよい。
先に開示したように、図２８は、これらの追加の光学効果の一部を示す。第１の屈折率ｎ１を有する第１光学媒体を通過する光は、第２の屈折率ｎ２を有する第２の光学媒体との境界面で反射されてよいことが良く知られている。第２の光学媒体を透過した光は、屈折率ｎ１とｎ２（スネルの法則）との差に基づいて入射光の角度とは異なる境界面に対して透過角を有する。図２６は、外科分野で提示され得るように、多成分組織２１５０の表面に衝突する光に対するスネルの法則の効果を示す。多成分組織２１５０は、屈折率ｎ１を有する外側組織層２１５２と、血管壁２１５６を有する血管などの埋め込み組織と、から構成されてよい。血管壁２１５６は、屈折率ｎ２によって特徴付けることができる。血液は、血管２１６０の内腔内に流れることができる。一部の態様では、外科手術中に、外側組織層２１５２の表面２１５４の下の血管２１６０の位置を決定し、ドップラーシフト技術を使用して血流を特徴付けることが重要であり得る。
入射レーザ光２１７０ａは、血管２１６０をプロービングするために使用されてもよく、外側組織層２１５２の上面２１５４上に向けられてよい。入射レーザ光２１７０ａの部分２１７２は、上面２１５４で反射されてよい。入射レーザ光２１７０ａの別の部分２１７０ｂは、外側組織層２１５２を浸透してよい。外側組織層２１５２の上面２１５４における反射部分２１７２は、入射光２１７０ａの同じ経路長を有し、したがって入射光２１７０ａの同じ波長及び位相を有する。しかしながら、外側組織層２１５２に透過される光の部分２１７０ｂは、外側組織層２１５２が空気の屈折率とは異なる屈折率ｎ１を有するため、組織表面に衝突する光の入射角とは異なる透過角を有する。
外側組織層２１５２を透過した光の一部が、例えば、血管壁２１５６の第２組織表面２１５８衝突する場合、光の一部の部分２１７４ａ、ｂは、入射光の光源２１７０ａに向かって反射される。したがって、外側組織層２１５２と血管壁２１５６との間の境界面で反射された光２１７４ａは、入射光２１７０ａと同じ波長を有するが、光路長の変化に起因して位相シフトされる。外側組織層２１５２と血管壁２１５６との間の境界面から、センサ上の入射光と共に、反射された光２１７４ａ、ｂを投影することは、２つの光源間の位相差に基づいて干渉パターンを生成する。
更に、入射光２１７０ｃの一部は、血管壁２１５６を透過され、血管内腔２１６０内に浸透することができる。入射光２１７０ｃのこの部分は、血管内腔２１６０内の移動血液細胞と相互作用することができ、上述のように、血液細胞の速度に従ってシフトされた波長ドップラーを有する衝突光の光源に向かって反射２１７６ａ～ｃされてよい。移動する血液細胞から反射され、ドップラーシフトされた光２１７６ａ～ｃは、センサ上の入射光と共に投影されてもよく、その結果、２つの光源間の波長差に基づいて縞模様を有する干渉パターンが得られる。
図２８において、光路２１７８は、放射された光と移動血液細胞によって反射された光との間の屈折率の変化がない場合、血管内腔２１６０内の赤血球に衝突する光が提示されている。この例では、反射光波長のドップラーシフトのみを検出することができる。しかしながら、血液細胞２１７６（ａ～ｃ）によって反射された光は、ドップラー効果による波長変化に加えて、組織屈折率の変動に起因して位相変化を組み込んでよい。
したがって、光センサが入射光を受光する場合、１つ以上の組織インタフェース（２１７２及び２１７４ａ、ｂ）から反射された光、血液細胞（２１７６ａ～ｃ）からシフトされたドップラーシフトされた光を受光する場合、光センサ上で生成される干渉パターンは、ドップラーシフト（波長の変化）並びに組織内の屈折率の変化（位相の変化）による効果に起因する効果を含んでよいことが理解され得る。結果として、試料内の屈折率の変化による影響が補償されない場合、組織試料によって反射された光のドップラー分析が誤った結果を生じさせ得る。
先に開示したように、図２９は、下にある血管の深さ及び位置を決定するために、組織試料上の２２５０に衝突する光のドップラー分析に対する効果の一例を示す。血管と組織表面との間に介在組織が存在しない場合、センサで検出される干渉パターンは、主に、移動血液細胞から反射される波長の変化に起因し得る。結果として、干渉パターンから導出されるスペクトル２２５２は、一般に、血液細胞のドップラーシフトのみを反射し得る。しかしながら、血管と組織表面との間に介在組織が存在する場合、センサで検出される干渉パターンは、移動血液細胞から反射される波長の変化と、介在組織の屈折率による位相シフトとの組み合わせに起因し得る。このような干渉パターンから導出されたスペクトル２２５４は、反射光の追加の位相変化に起因して見出されるドップラーシフトの計算をもたらし得る。一部の態様では、介在組織の特性（厚さ及び屈折率）に関する情報が既知である場合、結果として得されるスペクトル２２５６は、波長の変化のより正確な計算を提供するように補正されてよい。
組織からの反射光の位相シフトは、ドップラー効果にかかわらず、下にある組織構造に関する追加情報を提供し得ることが認識され得る。
図３７は、非血管構造の位置及び特性が、入射光２３７２と深い組織構造（２３７４、２３７６、２３７８）から反射された光との間の位相差に基づいて決定され得ることを示す。上述のように、組織に衝突する光の浸透深さは、衝突照明の波長に依存する。赤色レーザ光（約６３５ｎｍ～約６６０ｎｍの範囲の波長を有する）は、組織を約１ｍｍの深さまで浸透してよい。緑色レーザ光（約５２０ｎｍ～約５３２ｎｍの範囲の波長を有する）は、組織を約２～３ｍｍの深さまで浸透してよい。青色レーザ光（約４０５ｎｍ～約４４５ｎｍの範囲の波長を有する）は、組織を約４ｍｍ以上の深さまで浸透してよい。一態様では、組織表面２３８０の下に約１ｍｍ未満に位置する屈折率が異なる２つの組織間の境界面２３８１ａは、赤色、緑色又は青色のレーザ光を反射し得る２３７４。反射光２３７４の位相は入射光２３７２と比較することができ、したがって、境界面２３８１ａにおける組織の屈折率の差を決定することができる。別の態様では、組織表面２３８０の下の２～３ｍｍの２３８１ｂの間に位置する屈折率が異なる２つの組織の間の境界面２３８１ｂは、緑色又は青色のレーザ光を反射してよいが２３７６、赤色光ではない。反射光２３７６の位相は入射光２３７２と比較することができ、したがって、境界面２３８１ｂにおける組織の屈折率の差を決定することができる。更に別の態様では、組織表面２３８０の下の３～４ｍｍの２３８１ｃの間に位置する屈折率が異なる２つの組織の間の境界面２３８１ｃは、青色レーザ光のみを反射してよいが（２３７８）、赤色光又は緑色光ではない。反射光２３７８の位相は入射光２３７２と比較することができ、したがって、境界面２３８１ｃにおける組織の屈折率の差を決定することができる。
したがって、異なる波長を有する光によって照明される組織の位相干渉測定は、反射組織の相対屈折率及び組織の深さに関する情報を提供することができる。組織の屈折率は、複数のレーザ源及びそれらの強度を使用して評価することができ、それによって、組織に対して相対屈折率を計算することができる。異なる組織は、異なる屈折率を有し得ることが認識される。例えば、屈折率は、組織中のコラーゲン及びエラスチンの相対的な組成又は組織の水和量に関連し得る。したがって、相対的な組織屈折率を測定する技術は、組織の組成の識別をもたらし得る。
一部の態様では、スマート外科用器具は、器具の機能に関連付けられたパラメータを決定するアルゴリズムを含む。このようなパラメータの１つの非限定的な例は、スマートステープリング装置の組織に対するアンビルの圧力であってよい。組織に対するアンビルの圧力の量は、組織の種類及び組成に依存し得る。例えば、高圧縮性組織をステープル留めするためには、より少ない圧力が必要となり得る一方で、より多くの非圧縮組織を安定させるために、より多くの圧力が必要とされ得る。スマート外科用装置に関連するパラメータの別の非限定的な例は、組織を切断するためのｉビームナイフの発射速度を含み得る。例えば、剛性組織は、より剛性の低い組織よりも、より多くの力及びより遅い切断速度を必要とする場合がある。このようなパラメータの別の非限定的な例は、スマート焼灼又はＲＦ封止装置内の電極に提供される電流の量であってよい。組織の水和率（％）などの組織組成物は、組織を熱封止するために必要な電流の量を決定することができる。このようなパラメータの更に別の非限定的な例は、スマート超音波切断装置の超音波トランスデューサ又は切断装置の駆動周波数に提供される電力の量であり得る。硬組織は、切断のためにより多くの電力を必要とし得、硬組織との超音波切断ツールの接触は、カッターの共振周波数をシフトさせることができる。
組織の種類及び深さを識別することができる組織可視化システムは、このようなデータを１つ以上のスマート外科用装置に提供し得ることが認識され得る。次いで、識別データ及び位置データをスマート外科用装置によって使用して、それらの動作パラメータのうちの１つ以上を調整し、それによって組織の操作を最適化することができる。組織の種類を特徴付ける光学的方法は、スマート外科用装置の動作パラメータの自動化を可能にし得ることを理解されたい。スマート外科用器具の動作のこのような自動化は、器具の動作パラメータを決定するために、人間の推測に依存することが好ましい場合がある。
一態様では、光学干渉断層撮影（ＯＣＴ）は、照明源と、組織内に位置する構造から反射された光との間の位相差に基づいて、表面下組織構造を視覚することができる技術である。図３８は、光学的干渉断層撮影用の器具２４７０の一例を概略的に示す。図３８では、レーザ源２４７２は、対象の任意の光学波長（赤色、緑色、青色、赤外線又は紫外線）に従って光２４８２を放射してよい。光２４８２は、ビームスプリッタ２４８６に向けられてよい。ビームスプリッタ２４８６は、光２４８８の１つの部分を組織試料２４８０に向ける。ビームスプリッタ２４８６はまた、光２４９２の一部を静止基準ミラー２４９４に向けることもできる。組織試料２４８０から反射され、静止ミラー２４９４から反射された光は、ビームスプリッタ２４８６において再結合され２４９８、検出器２４９６に向けられてよい。基準ミラー２４９４からの光と組織試料２４８０からの光との間の位相差は、干渉パターンとして検出器２４９６において検出されてよい。適切なコンピューティング装置は、次に、干渉パターンから位相情報を計算することができる。次いで、追加の計算は、組織試料の表面下の構造に関する情報を提供することができる。追加の深さ情報はまた、異なる波長のレーザ光で照明されたときに試料から生成された干渉パターンを比較することによっても得ることができる。
上述のように、表面下組織構造に関する深さ情報は、レーザ光の波長と、深い組織構造から反射された光の位相との組み合わせから確認することができる。加えて、局所組織の表面不均一性は、同じ表面下組織の異なる部分から反射された光の位相及び振幅差を比較することによって確認され得る。隣接位置におけるものと比較して、画定位置における組織表面特性の差の測定は、癒着、組織層の解体、感染又はプロービングされた組織内の腫瘍を示し得る。
図３９は、この効果を示す。組織の表面特性は、表面に衝突する光の反射角を決定する。滑らかな表面２５５１ａは、表面２５４２に衝突する光（鏡面反射）と実質的に同じ広がり２５４４を有する光を反射する。したがって、既知の固定開口を有する光検出器によって受光される光の量は、滑らかな表面２５５１ａから反射された光２５４４の全量を効果的に受光することができる。しかしながら、組織表面での表面粗さの増加は、入射光に対する反射光の増加した広がり（拡散反射）をもたらし得る。
一部の表面凹凸部２５５１ｂを有する組織表面からの反射光２５４６の一部は、反射光２５４６の広がりの増加に起因して光検出器の固定開口の外側に落ちる。結果として、光検出器は、（反射光信号２５４６の振幅の減少として図３９に示す）光を検出することになる。反射光の拡散量は、組織の表面粗さが増すにつれて増加することが理解され得る。したがって、図３９に示すように、表面粗さが有意な表面２５５１ｃから反射された光の振幅２５４８は、滑らかな表面２５５１ａから反射された光２５４４よりも小さい振幅を有してよく、又は反射された光２５４６は、適度な量の表面粗さ２５５１ｂのみを有する表面を形成する。したがって、一部の態様では、隣接する表面からの反射光の光学特性と、組織からの反射光の光学特性とを比較することによって、単一レーザ源を使用して、組織表面又は表面下の質を調査することができる。
他の態様では、複数のレーザ源からの光（例えば、異なる中心波長を有する光を放射するレーザ）は、表面２５５０の下の様々な深さで組織表面特性をプロービングするために順次使用されてよい。上述のように（図３７を参照すると）、組織内のレーザ光の吸光度プロファイルは、レーザ光の中心波長に依存する。より短い（より青色の）中心波長を有するレーザ光は、より長い（より赤色の）中心波長を有するレーザ光よりも深い組織を浸透することができる。したがって、異なる光波長で作成された光拡散反射に関連する測定値は、測定される表面粗さの量及び表面の深さの両方を示すことができる。
図４０は、組織可視化モダリティの組み合わせに関連する画像処理データを表示する１つの方法を示す。ディスプレイに使用されるデータは、組織層組成物に関連する画像位相データ、組織表面特徴に関連する画像強度（振幅）データ及び組織移動性（血液細胞輸送など）並びに組織深さに関連する画像波長データから導出することができる。一例として、青色光学領域２５６２内のレーザによって放射される光は、組織の表面の約４ｍｍ下の深さで流れる血液に衝突し得る。反射光２５６４は、血流のドップラー効果に起因して赤色にシフトされてよい。その結果、血管の存在及びその表面の下の深さに関して情報を取得することができる。
別の例では、組織の層は、手術部位の表面の約２～３ｍｍの深さにあってよい。この組織は、瘢痕又は他の病理を示す表面凹凸を含んでよい。放射された赤色光２５７２は、２～３ｍｍの深さに浸透しない場合があり、その結果、反射された赤色光は、手術部位の上面の下の１～ｍｍを超える構造をプロービングすることができないため、反射された赤色光２５８０は、放射された赤色光２５７２のほぼ同じ振幅を有してよい。しかしながら、組織２５７８から反射された緑色光は、反射された緑色光２５７８の振幅が放射された緑色光２５７０の振幅よりも小さくなり得るという点で、その深さにおける表面凹凸の存在を明らかにすることができる。同様に、組織２５７４から反射された青色光は、反射された青色光２５７４の振幅が放射された青色光２５６２の振幅よりも小さくてよいという点で、その深さにおける表面凹凸の存在を明らかにし得る。画像処理工程の一例では、画像２５８２は、画素間ノイズを低減するために移動窓フィルタ２５８４を使用して平滑化されてもよく、また、より重要な特徴部２５８８を隠すことができる小さな局所組織異常２５８６を低減することができる。
図４１Ａ～図４１Ｃは、手術部位における組織の表面及び表面下構造の視覚的識別のために外科医に提供され得るディスプレイのいくつかの態様を示す。図４１Ａは、手術部位の表面の下の様々な深さに位置する構造を示すために、色コーディングを有する手術部位の表面マップを表すことができる。図４１Ｂは、様々な深さで組織を通るいくつかの水平スライスのうちの１つの例を示し、これは、深さを示すために色分けされ、組織表面異常の違い（例えば、３Ｄバーグラフに表示されるように）に関連するデータを更に含むことができる。図４１Ｃは、表面凹凸部及びドップラーシフト流量測定データが、表面下血管構造並びに組織表面特性を示すことができる、更に別の視覚的表示を示す。
図４２は、組織の特性に関する情報をスマート外科用器具に提供するための方法のフローチャート２９５０である。画像取得システムは、第１の中心周波数を有する第１の光線で組織を照明し（２９６０）、第１の光線によって照明された組織から第１の反射光を受光する（２９６２）ことができる。次いで、画像取得システムは、第１の放射された光線及び組織からの第１の反射光に基づいて、第１の深さで第１の組織表面特性を計算してよい（２９６４）。次いで、画像取得システムは、第２の中心周波数を有する第２の光線で組織を照明し２９６６、第２の光線によって照明された組織から第２の反射光を受光してよい（２９６８）。次いで、画像取得システムは、第２の放射された光線及び組織からの第２の反射光に基づいて、第２の深さで第２の組織表面特性を計算してよい（２９７０）。組織の種類、組織組成物及び組織表面粗さ測定基準を含んでよい組織特徴は、第１の中央光周波数、第２の中央光周波数、組織からの第１の反射光及び組織からの第２の反射光から決定されてよい。組織特性を使用して、組織を切断するために圧電アクチュエータを駆動するためのジョー圧力、組織焼灼をもたらす電力又は電流振幅及び／又は周波数などのスマート外科用器具の機能に関連する１つ以上のパラメータを計算２９７２するために使用され得る。一部の追加の例では、パラメータは、操作されている組織に応答してその動作特性を修正し得るスマート外科用器具に直接又は間接的のいずれかで送信されてよい２９７４。
多焦点最小侵襲カメラ
例えば腹腔鏡などの最小侵襲手術では、外科医は、光源及びカメラを含む撮像器具を使用して手術部位を可視化することができる。撮像器具は、手術中に外科医が外科用装置のエンドエフェクタを可視化することを可能にし得る。しかしながら、外科医は、手術中に意図しない損傷を防止するために、エンドエフェクタから組織を可視化する必要があり得る。このような遠位組織は、エンドエフェクタに焦点を当てたときに、カメラシステムの視野の外側に位置し得る。撮像器具は、カメラの視野を変化させるために移動されてよいが、移動後にカメラシステムを元の位置に戻すことは困難であり得る。
外科医は、手術部位内で撮像システムを移動させて、手術中に部位の異なる部分を可視化することを試みることができる。撮像システムの再配置は時間がかかり、外科医は、撮像システムがその元の位置に戻されたときに、手術部位の同じ視野を可視化することは保証されていない。
したがって、可視化システムを再配置する必要なく、手術部位の複数の視野を提供することができる医療撮像可視化システムを有することが望ましい。医療用撮像装置は、明細書に記載されているように腹腔鏡、内視鏡、胸腔鏡などを含むが、これらに限定されない。一部の態様では、単一ディスプレイシステムは、手術部位の複数の視野のそれぞれを、ほぼ同時に表示することができる。複数の視野のそれぞれのディスプレイは、１つ以上のハードウェアモジュール、１つ以上のソフトウェアモジュール、１つ以上のファームウェアモジュール又はこれらの任意の組み合わせ若しくはそれらの組み合わせからなるディスプレイ制御システムに応じて、独立して更新されてよい。
本開示の一部の態様は、レーザ光源などの１つ以上の照明源を使用して手術部位の照明を制御し、１つ以上の画像センサから撮像データを受信するように構成された制御回路を更に提供する。一部の態様では、制御回路は、視野を調整するための１つ以上の光センサモジュールの動作を制御するように構成されていてよい。一部の態様では、本開示は、実行されると、装置が、１つ以上の光センサモジュールの１つ以上の構成要素を調整し、１つ以上の光センサモジュールのそれぞれから画像を処理する、コンピュータ可読命令を記憶する非一時的なコンピュータ可読媒体を提供する。
最小侵襲画像取得システムの一態様は、複数の照明源であって、各照明源は、特定の中心波長を有する光を放射するように構成されている、複数の照明源と、第１の視野を有し、手術部位の第１の部分が複数の照明源のうちの少なくとも１つによって照明されるときに、手術部位の第１の部分から反射された照明を受光するように構成された第１の光感知素子と、第２の視野を有し、手術部位の第２の部分が複数の照明源のうちの少なくとも１つによって照明されるときに、手術部位の第２の部分から反射された照明を受光するように構成された第２の光感知素子であって、第２の視野は、第１の視野の少なくとも一部と重複する、第２の光感知素子と、コンピューティングシステムと、を備えてよい。［０３８９］コンピューティングシステムは、第１の光感知素子からデータを受信し、第２の光感知素子からデータを受信し、第１の光感知素子から受信したデータ及び第２の光感知素子から受信したデータに基づいて撮像データを計算し、かつディスプレイシステムによって受信するために、撮像データを送信するように構成されていてよい。
様々な外科用可視化システムが上記に開示されている。このようなシステムは、１つ以上の外科手術中に遭遇し得る組織及びサブ組織構造を可視化するためのものである。このようなシステムの非限定的な例としては、静脈及び動脈などの表面下血管組織の位置及び深さを決定するシステムと、表面下血管組織を通って流れる血液の量を決定するためのシステムと、非血管組織構造の深さを決定するためのシステムと、このような非血管組織構造の組成物を特徴付けるためのシステムと、このような組織構造の１つ以上の表面特性を特徴付けるシステムと、を含むことができる。
単一外科用可視化システムは、これらの可視化モダリティのうちの任意の１つ以上の構成要素を組み込んでよいことが認識され得る。図２２Ａ～Ｄは、このような外科用可視化システム２１０８の一部の例を示す。
上述のように、１つの非限定的な態様では、外科用可視化システム２１０８は、撮像制御ユニット２００２及びハンドユニット２０２０を含んでよい。ハンドユニット２０２０は、本体２０２１、本体２０２１に取り付けられたカメラスコープケーブル２０１５と、細長いカメラプローブ２０２４とを含んでよい。細長いカメラプローブ２０２４はまた、その遠位端で少なくとも１つの窓で終端してよい。一部の非限定的な例では、光センサ２０３０は、ハンドユニット２０２０、例えば、図２２Ｃに示すようにハンドユニット２０３２ｂの本体内又は細長いカメラプローブの遠位端２０３２ａのいずれかに組み込まれてよい。光センサ２０３０は、ＣＭＯＳセンサ配列又はＣＣＤセンサ配列を使用して製造することができる。図２３Ｃに示すように、典型的なＣＭＯＳ又はＣＣＤセンサ配列は、センサ素子のモザイクに衝突する光からＲＧＢ（赤－緑－青）画像を生成することができ、各センサ素子は、赤色、緑色又は青色光学フィルタのうちの１つを有する。
あるいは、手術部位の照明は、図３０Ｄに示されるように、可視照明源間でサイクルされてよい。一部の例では、照明源は、赤色レーザ２３６０ａ緑色レーザ２３６０ｂ又は青色レーザ２３６０ｃのうちの任意の１つ以上を含んでよい。一部の非限定的な例では、赤色レーザ２３６０ａ光源は、６３５ｎｍ～６６０ｎｍの、両端の値を含む範囲であり得るピーク波長を有する照明を供給してよい。赤色レーザピーク波長の非限定的な例は、約６３５ｎｍ、約６４０ｎｍ、約６４５ｎｍ、約６５０ｎｍ、約６５５ｎｍ、約６６０ｎｍ又はそれらの間の任意の値若しくは値の範囲を含んでよい。一部の非限定的な例では、緑色レーザ２３６０ｂ光源は、５２０ｎｍ～５３２ｎｍの、両端の値を含む範囲であり得るピーク波長を有する照明を供給してよい。赤色レーザピーク波長の非限定的な例としては、約５２０ｎｍ、約５２２ｎｍ、約５２４ｎｍ、約５２６ｎｍ、約５２８ｎｍ、約５３０ｎｍ、約５３２ｎｍ又はそれらの間の任意の値若しくは値の範囲を含んでよい。一部の非限定的な例では、青色レーザ２３６０ｃ光源は、４０５ｎｍ～４４５ｎｍの、両端の値を含む範囲であり得るピーク波長を有する照明を供給してよい。青色レーザピーク波長の非限定的な例とは、約４０５ｎｍ、約４１０ｎｍ、約４１５ｎｍ、約４２０ｎｍ、約４２５ｎｍ、約４３０ｎｍ、約４３５ｎｍ、約４４０ｎｍ、約４４５ｎｍ又はそれらの間の任意の値若しくは値の範囲を含んでよい。
加えて、手術部位の照明は、赤外線照明又は紫外線照明を供給することができる非可視照明源を含むようにサイクルさせることができる。一部の非限定的な例では、赤外線レーザ光源は、７５０ｎｍ～３０００ｎｍの、両端の値を含む範囲であり得るピーク波長を有する照明を供給してよい。赤外線レーザピーク波長の非限定的な例は、約７５０ｎｍ、約１０００ｎｍ、約１２５０ｎｍ、約１５００ｎｍ、約１７５０ｎｍ、約２０００ｎｍ、約２２５０ｎｍ、約２５００ｎｍ、約２７５０ｎｍ、３０００ｎｍ又はそれらの間の任意の値若しくは値の範囲を含んでよい。一部の非限定的な例では、紫外線レーザ光源は、２００ｎｍ～３６０ｎｍの、両端の値を含む範囲であり得るピーク波長を有する照明を供給してよい。紫外線レーザピーク波長の非限定的な例は、約２００ｎｍ、約２２０ｎｍ、約２４０ｎｍ、約２６０ｎｍ、約２８０ｎｍ、約３００ｎｍ、約３２０ｎｍ、約３４０ｎｍ、約３６０ｎｍ又はそれらの間の任意の値若しくは値の範囲を含んでよい。［０３９５］異なる照明波長下のセンサ配列の出力を組み合わせ、例えば、照明サイクル時間が十分に速く、レーザ光が可視範囲にある場合、ＲＧＢ画像を形成することができる。図４３Ａ及び図４３Ｂは、例えば、赤色、緑色、青色、赤外線、（図４３Ａ）又は赤色、緑色、青色及び紫外レーザ光源（図４３Ｂ）への連続露光によって照明される組織によって反射された光によって受光される、複数画素光センサを示す。
図４４Ａは、カメラプローブシャフト２１２２と、可撓性カメラプローブシャフト２１２２可撓性の遠位端２１２３に配設された単一光センサモジュール２１２４を有する可撓性細長いカメラプローブ２１２０の遠位端を示す。一部の非限定的な例では、可撓性カメラプローブシャフト２１２２は、約５ｍｍの外径を有してよい。可撓性カメラプローブシャフト２１２２の外径は、限定するものではないが、遠位端２１２３におけるシャフト内の許容可能な屈曲の量を含み得る幾何学的要因に依存し得る。図４４Ａに示すように、可撓性カメラプローブシャフト２１２２の遠位端２１２３は、細長いカメラプローブ２１２０の近位端に位置する可撓性カメラプローブシャフト２１２２の屈曲していない部分の長手方向軸に対して約９０°屈曲することができる。可撓性カメラプローブシャフト２１２２の遠位端２１２３は、その機能に必要とされ得るように、任意の適切な量で屈曲し得ることが認識され得る。したがって、非限定的な例として、カメラプローブシャフト２１２２の遠位端２１２３は、約０°～約９０°可撓性の任意の量を屈曲してよい。可撓性カメラプローブシャフト２１２２の遠位端２１２３の屈曲角度の非限定的な例としては、約０°、約１０°、約２０°、約３０°、約４０°、約５０°、約６０°、約７０°、約８０°、約９０°又はそれらの間の任意の値若しくは値の範囲を含み得る。一部の例では、可撓性カメラプローブシャフト２１２２の遠位端２１２３の屈曲角度は、外科手術前又は手術中に外科医又は他のヘルスケア専門家によって設定されてよい。一部の他の例では、可撓性カメラプローブシャフト２１２２の遠位端２１２３の屈曲角度は、製造現場に設定された固定角度であってよい。
単一光センサモジュール２１２４は、細長いカメラプローブの遠位端に配置された１つ以上の照明源２１２６によって放射された光によって照明されると、組織から反射された光を受光してよい。一部の例では、光センサモジュール２１２４は、図２２Ｄに示すような４ｍｍマウント２１３６ｂなどの４ｍｍセンサモジュールであってよい。光センサモジュール２１２４は、その意図される機能に対して任意の適切なサイズを有し得ることが認識され得る。したがって、光センサモジュール２１２４は、図２２Ｄに示すように、５．５ｍｍのマウント２１３６ａ、２．７ｍｍのマウント２１３６ｃ又は２ｍｍマウント２１３６ｄを含んでよい。
１つ以上の照明源２１２６は、限定するものではないが、１つの照明源、２つの照明源、３つの照明源、４つの照明源又は４つを超える照明源を含む、任意の数の照明源２１２６を含んでよいことが認識され得る。各照明源は、中心赤色照明波長、中心緑色照明波長、中心青色照明波長、中心赤外線照明波長、中心紫外線照明波長又は任意の他の波長を含む任意の中心波長を有する照明を供給することができることを更に理解されたい。一部の例では、１つ以上の照明源２１２６は白色光源を含んでよく、この光源は、約３９０ｎｍ～約７００ｎｍの光学白色光の範囲にわたることができる波長を有する光で組織を照明することができる。
図４４Ｂは、複数の光センサモジュール、細長いカメラプローブ２１３０の遠位端２１３３にそれぞれ配置された、複数の光センサモジュール、例えば２つの光センサモジュール２１３４ａ、ｂを有する、代替の細長いカメラプローブ２１３０の遠位端２１３３を示す。一部の非限定的な例では、代替の細長いカメラプローブ２１３０は、約７ｍｍの外径を有してよい。一部の例では、光センサモジュール２１３４ａ、ｂはそれぞれ、図４４Ａの光センサモジュール２１２４と同様の４ｍｍセンサモジュールを備えてよい。あるいは、光センサモジュール２１３４ａ、ｂのそれぞれは、図２２Ｄに示すような５．５ｍｍ光センサモジュール、２．７ｍｍ光センサモジュール又は２ｍｍ光センサモジュールを備えてよい。一部の例では、光センサモジュール２１３４ａ、ｂの両方は、同じサイズを有してよい。一部の例では、光センサモジュール２１３４ａ、ｂは、異なるサイズを有してよい。１つの非限定的な例として、代替の細長いカメラプローブ２１３０は、第１の４ｍｍ光センサ及び２つの追加の２ｍｍ光センサを有してよい。一部の態様では、可視化システムは、複数の光センサモジュール２１３４ａ、ｂからの光出力を組み合わせて、手術部位の３Ｄ画像又は疑似３Ｄ画像を形成してよい。一部の他の態様では、複数の光センサモジュール２１３４ａ、ｂの出力は、手術部位の光学解像度を向上させるような方法で組み合わされてもよく、これは、単一光センサモジュールのみではそうでなければ実用的ではない場合がある。
複数の光センサモジュール２１３４ａ、ｂのそれぞれは、代替の細長いカメラプローブ２１３０照明源の遠位端２１３３に配置された１つ以上の２１３６ａ、ｂによって放射された光によって照明されたときに、組織から反射された光を受光してよい。一部の非限定的な例では、照明源２１３６ａ、ｂの全てによって放射される光は、同じ光源（レーザなど）から導出されてよい。他の非限定的な例では、第１の光センサモジュール２１３４ａを取り囲む照明源２１３６ａは、第１の波長で光を放射することができ、第２光センサモジュール２１３４ｂを取り囲む照明源２１３６ｂは、第２波長で光を放射してよい。各照明源２１３６又はａ、ｂは、中心赤色照明波長、中心緑色照明波長、中心青色照明波長、中心赤外線照明波長、中心紫外線照明波長任意の他の波長を含む任意の中心波長を有する光源照明を有し得ることが更に理解され得る。一部の例では、１つ以上の照明源２１３６ａ、ｂは白色光源を含んでもよく、白色光源は、約３９０ｎｍ～約７００ｎｍの光学白色光の範囲にわたることができる波長を有する光で組織を照明し得る。
一部の追加の態様では、代替の細長いカメラプローブ２１３０の遠位端２１３３は、１つ以上の作業チャネル２１３８を含んでよい。このような作業チャネル２１３８は、装置の吸引ポートと流体連通して、手術部位から物質を吸引することができ、それにより、光センサモジュール２１３４ａ、ｂの視野を潜在的に不明瞭にし得る物質の除去を可能にする。あるいは、このような作業チャネル２１３８は、手術部位に流体を提供するために装置の流体源ポートと流体連通して、デブリ又は物質を手術部位から洗い流すことができる。このような流体は、光センサモジュール２１３４ａ、ｂの視野から物質を除去にするために使用されてよい。
図４４Ｃは、本開示の教示及び原理に従う、３次元画像を生成する複数の画素配列を有するモノリシックセンサ２１６０の態様１の斜視図を示す。このような実装は、３次元画像捕捉に望ましくあり得、２つの画素配列２１６２及び２１６４は、使用中に偏位され得る。別の実装例では、第１の画素配列２１６２及び第２の画素配列２１６４は、電磁放射線の所定の範囲の波長を受信するため専用のものであり得、第１の画素配列２１６２は、第２の画素配列２１６４と異なる範囲の波長の電磁放射線専用のものである。
二重センサ配列に関する追加の開示は、米国特許第９，６４１，８１５号として２０１７年５月２日に発行された「ＳＵＰＥＲ ＲＥＳＯＬＵＴＩＯＮ ＡＮＤ ＣＯＬＯＲ ＭＯＴＩＯＮ ＡＲＴＩＦＡＣＴ ＣＯＲＲＥＣＴＩＯＮ ＩＮ Ａ ＰＵＬＳＥＤ ＣＯＬＯＲ ＩＭＡＧＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ」という名称の、２０１４年３月１４日出願の米国特許出願公開第２０１４／０２６７６５５号）に見出すことができ、その内容は、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
一部の態様では、光センサモジュールは、レンズ、レチクル及びフィルタなどの１つ以上の追加の光学素子に加えて、ＣＭＯＳ配列などの複数画素光センサを含んでよい。
一部の代替的態様では、１つ以上の光センサは、ハンドユニット２０２０の本体２０２１内に配置されてよい。組織から反射された光は、細長いカメラプローブ２０２４の遠位端における１つ以上の光ファイバの受光面で取得されてよい。１つ以上の光ファイバは、細長いカメラプローブ２０２４の遠位端から１つ以上の光センサへ又はハンドユニット２０２０の本体内又は撮像制御ユニット２００２内に収容された追加の光学素子に導光することができる。追加の光学素子としては、１つ以上のダイクロイックミラー、１つ以上の参照ミラー、１つ以上の移動ミラー並びに１つ以上のビームスプリッタ及び／又は組み合わせ器並びに１つ以上の光学シャッタを挙げることができるが、これらに限定されない。このような代替的態様では、光センサモジュールは、細長いカメラプローブ２０２４の遠位端に配置されたレンズ、レチクル及びフィルタのうちの任意の１つ以上を含んでよい。
例えば、２１３４ａ、ｂの複数の光センサのそれぞれから取得された画像は、組み合わせて又は別々のいずれかで、いくつかの異なる方法で組み合わせ又は処理され得、次いで、外科医が手術部位の異なる態様を視覚化することを可能にするように表示されてよい。
１つの非限定的な例では、各光センサは、独立した視野を有してよい。一部の追加の例では、第１の光センサの視野は、第２の光センサの視野と部分的又は完全に重複してよい。
上述のように、撮像システムは、その遠位端２１２３、２１３３に配置された１つ以上の光センサモジュール２１２４、２１３４ａ、ｂを有する細長いカメラプローブ２０２４を有するハンドユニット２０２０を含んでよい。一例として、細長いカメラプローブ２０２４は、２つの光センサモジュール２１３４ａ、ｂを有し得るが、細長いカメラプローブ２０２４の遠位端に３つ、４つ、５つ又はそれ以上の光センサモジュールが存在し得ることが認識され得る。図４５及び図４６Ａ～Ｄは、２つの光センサモジュールを有する細長いカメラプローブの遠位端の例を示しているが、光センサモジュールの動作の説明は、２つのみの光センサモジュールに限定されないことが認識され得る。図４５及び図４６Ａ～Ｄに示されるように、光センサモジュールは、光感知素子（画素）の配列から構成され得るＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサなどの画像センサを含んでよい。光センサモジュールはまた、レンズなどの追加の光学素子を含んでよい。各レンズは、それぞれの光センサモジュールの光センサの視野を提供するように適合されてよい。
図４５は、複数の光センサモジュール２１４４ａ、ｂを有する細長いカメラプローブの遠位端２１４３の一般化図を示す。各光センサモジュール２１４４及びａ、ｂは、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサフィルタ、レンズ、シャッタなどの１つ以上の光学素子から構成されてよい。一部の態様では、光センサモジュール２１４４ａ、ｂの構成要素は、細長いカメラプローブ内に固定されてよい。一部の他の態様では、光センサモジュール２１４４ａ、ｂの構成要素のうちの１つ以上は、調整可能であってよい。例えば、光センサモジュール２１４４ａ、ｂのＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサは、ＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサの視野２１４７ａ、ｂの中心２１４５ａ、ｂの自動調整を可能にするために、可動マウント上に実装されてよい。一部の他の態様では、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサは固定されてよいが、各光センサモジュール２１４４ａ、ｂ内のレンズは、焦点を変化させるように調整可能であってよい。一部の態様では、光センサモジュール２１４４ａ、ｂは、センサモジュール２１４４ａ、ｂの視覚的開口の変化を可能にする調整可能な上昇（irise）を含んでよい。
図４５に示すように、センサモジュール２１４４ａ、ｂのそれぞれは、許容角度を有する視野２１４７ａ、ｂを有してよい。図４５に示すように、各センサモジュール２１４４ａ、ｂに対する許容角度は、９０°を超える許容角度を有し得る。一部の例では、許容角度は約１００°であってよい。一部の例では、許容角度は約１２０°であってよい。一部の例では、センサモジュール２１４４ａ、ｂが９０°（例えば、１００°）を超える許容角度を有する場合、視野２１４７ａ及び２１４７ｂは、重複領域２１５０ａ、ｂを形成してよい。一部の態様では、１００°以上の許容角度を有する光学視野は、「魚眼」視野と呼ばれることがある。このような細長いカメラプローブに関連する可視化システム制御システムは、このような方法で重複領域２１５０ａ、ｂの表示を可能にし得るコンピュータ読み取り可能な命令を含んでよく、その結果、重複する魚眼視野の極端な曲率が補正され、鮮明化され平坦化された画像が表示され得るようにしてよい。図４５では、重複領域２１５０ａは、センサモジュール２１４４ａ、ｂの重複する視野２１４７ａ、ｂが、前方方向に向けられたそれぞれの中心部２１４５ａ、ｂを有する領域を表してよい。しかしながら、センサモジュール２１４４ａ、ｂの任意の１つ以上の構成要素が調整可能である場合、重複領域２１５０ｂは、センサモジュール２１４４ａ、ｂの視野２１４７ａ、ｂ内の任意の達成可能な角度に向けられてよいことが認識され得る。
図４６Ａ～Ｄは、様々な視野を有する２つの光センサモジュール２１４４ａ、ｂを有する細長い光プローブの様々な例を示す。細長い光プローブは、手術部位の表面２１５２を可視化するように方向付けられてよい。
図４６Ａでは、第１の光センサモジュール２１４４ａは、組織表面２１５４ａの第１のセンサ視野２１４７ａを有し、第２の光センサモジュール２１４４ｂは、組織表面２１５４ｂの第２のセンサ視野２１４７ｂを有する。図４６Ａに示すように、第１の視野２１４７ａ及び第２の視野２１４７ｂは、ほぼ同じ視野角を有する。加えて、第１のセンサ視野２１４７ａは、第２のセンサ視野２１４７ｂに隣接しているが、重複しない。第１の光センサモジュール２１４４ａによって受信された画像は、第２の光センサモジュール２１４４ｂによって受信された画像とは別個に表示されてもよく又は画像を組み合わせて単一画像を形成してよい。一部の非限定的な例では、第１の光センサモジュール２１４４ａに関連するレンズの視野角及び第２の光センサモジュール２１４４ｂに関連するレンズの視野角は、幾分狭くてもよく、画像歪みは、それらのそれぞれの画像の周辺において大きくなくてよい。したがって、画像は縁部と縁部とを容易に組み合わせることができる。
図４６Ｂに示すように、第１の視野２１４７ａ及び第２の視野２１４７ｂはほぼ同じ角視野を有し、第１のセンサ視野２１４７ａは、第２のセンサ視野２１４７ｂと完全に重複する。これにより、第２の光センサモジュール２１４４ｂによって第２のセンサ視野２１４７ｂから取得される組織表面２１５４ｂの視野と同一である組織表面２１５４ａの第１のセンサ視野２１４７ａをもたらすことができる。この構成は、第１の光センサモジュール２１４４ａからの画像が第２の光センサモジュール２１４４ｂからの画像とは異なって処理され得る用途に有用であり得る。第１の画像内の情報は、第２の画像内の情報を補完し、組織の同じ部分を指すことができる。
図４６Ｃに示すように、第１の視野２１４７ａ及び第２の視野２１４７ｂはほぼ同じ角視野を有し、第１のセンサ視野２１４７ａは、第２のセンサ視野２１４７ｂと部分的に重複する。一部の非限定的な例では、第１の光センサモジュール２１４４ａに関連するレンズ及び第２の光センサモジュール２１４４ｂに関連するレンズは、広角レンズであってよい。これらのレンズは、図４６Ａに示されるものよりも広い視野の可視化を可能にし得る。広角レンズは、その周辺部において有意な光学歪みを有することが知られている。第１の光センサモジュール２１４４ａ及び第２の光センサモジュール２１４４ｂによって取得された画像の適切な画像処理は、合成画像の中央部分が、第１のレンズ又は第２のレンズのいずれかによって誘導される任意の歪みに対して補正される合成画像の形成を可能にし得る。したがって、組織表面２１５４ａの第１のセンサ視野２１４７ａの一部は、第１の光センサモジュール２１４４ａに関連付けられたレンズの広角性質に起因していくらかの歪みを有し得ることが理解され得る。したがって、組織表面２１５４ｂの第２のセンサ視野２１４７ｂの一部分は、第２の光センサモジュール２１４４ｂに関連付けられたレンズの広角性質に起因していくらかの歪みを有し得る。しかしながら、２つの光センサモジュール２１４４ａ、ｂの重複領域２１５０’で見た組織の一部分は、光センサモジュール２１４４ａ、ｂのいずれかによって誘導される任意の歪みについて補正されてよい。図４６Ｃに示される構成は、外科手術中に外科用器具の一部分の周囲に組織の広い視野を有することが望ましい用途に有用であり得る。一部の例では、各光センサモジュール２１４４ａ、ｂに関連するレンズは、独立して制御可能であり得、それによって、合成画像内のビューの重複領域２１５０’の位置を制御することができる。
図４６Ｄに示すように、第１の光センサモジュール２１４４ａは、第２の光センサモジュール２１４４ｂの第２角視野２１４７ｂよりも広い第１の角視野２１４７ａを有してよい。一部の非限定的な例では、第２のセンサ視野２１４７ｂは、第１のセンサ視野２１４７ａ内に完全に配置されてよい。代替例では、第２のセンサ視野は、第１のセンサ２１４４ａの広角視野２１４７ａの外側にあるか又はそれに接していてよい。図４６Ｄに示す構成を使用し得るディスプレイシステムは、第１のセンサモジュール２１４４ａによって撮像された組織２１５４ａの広角部分を、第２のセンサモジュール２１４４ｂによって撮像され、第１の視野２１４７ａ及び第２の視野２１４７ｂの重複領域２１５０”に位置する組織２１５４ｂの拡大された第２の部分と共に表示することができる。この構成は、外科用器具に近接する組織の拡大画像（例えば、組織２１５４ｂの第２の部分に埋め込まれた）、及び医療用器具のすぐ近傍を取り囲む組織（例えば、組織２１５４ａの近位第１の部分）の広範囲の画像を外科医に提示するのに有用であり得る。一部の非限定的な例では、第２の光センサモジュール２１４４ｂのより狭い第２の視野２１４７ｂによって提示される画像は、手術部位の表面画像であってよい。一部の追加の例では、第１の光センサモジュール２１４４ａの第１の広い視野２１４７ａ内に提示された画像は、広い視野内で可視化された組織のハイパースペクトル分析に基づくディスプレイを含んでよい。
図４７Ａ～図４７Ｃは、図４６Ｄに開示される特徴を組み込んだ撮像システムの使用の一例を示す。図４７Ａは、２つの光センサモジュール２１７４ａ、ｂの光センサ配列２１７２ａ、ｂを示す細長いカメラプローブの遠位端における近位視図２１７０を概略的に示す。第１の光センサモジュール２１７４ａは広角レンズを含んでもよく、第２の光センサモジュール２１７４ｂは、狭い角度レンズを含んでよい。一部の態様では、第２の光センサモジュール２１７４ｂは、狭い開口レンズを有してよい。他の態様では、第２の光センサモジュール２１７４ｂは、拡大レンズを有してよい。組織は、細長いカメラプローブの遠位端に配置された照明源によって照明されてよい。光センサ配列２１７２’（光センサ配列２１７２ａ又は２１７２ｂ２１７２ａ及び２１７２又はｂの両方）は、照明時に組織から反射された光を受光することができる。組織は、赤色レーザ源、緑色レーザ源、青色レーザ源、赤外線レーザ源及び／又は紫外線レーザ源からの光によって照明されてよい。一部の態様では、光センサ配列２１７２’は、赤色レーザ光２１７５ａ、緑色レーザ光２１７５ｂ、青色レーザ光２１７５ｃ、赤外線レーザ光２１７５ｄ及び紫外線レーザ光２１７５ｅを順次受光してよい。組織は、図２３Ｅ及び図２３Ｆに示されるように、このようなレーザ源の任意の組み合わせによって同時に照明されてよい。あるいは、照明光は、例えば図２３Ｄ及び図４３Ａ及び図４３Ｂに示されるように、このようなレーザ光源の任意の組み合わせの間でサイクルされてよい。
図４７Ｂは、腫瘍２１８２を含有し得る肺組織２１８０の一部を概略的に示す。腫瘍２１８２は、１つ以上の静脈２１８４及び／又は動脈２１８６を含む血管と連通してよい。一部の外科手術では、腫瘍２１８２に関連する血管（静脈２１８４及び動脈２１８６）は、腫瘍を除去する前に切除及び／又は焼灼を必要とし得る。
図４７Ｃは、図４７Ａに関して上述した二重撮像システムの使用を示す。第１の光センサモジュール２１７４ａは、外科用ナイフ２１９０で切断される血管２１８７を取り囲む組織の広角画像を取得してよい。広角画像は、外科医が切断される血管を確認することを可能にし得る２１８７。加えて、第２の光センサモジュール２１７４ｂは、操作される特定の血管２１８７の狭い角度画像を取得してよい。狭い角度の画像は、外科医に血管２１８７の操作の進行を示すことができる。このようにして、外科医は、補正血管が操作されていることを確実にするために、操作される血管組織の画像並びにその環境と共に提示される。
図４８Ａ及び図４８Ｂは、二重撮像システムの使用の別の例を示す。図４８Ａは、手術部位の部分の画像を提供する一次外科用ディスプレイを示す。一次外科用ディスプレイは、その血管構造２８０４と共に腸２８０２の部分の広い視野画像２８００を描写してよい。広い視野画像２８００は、二次外科用ディスプレイ（図４８Ｂ）の拡大図２８１０として別々に表示され得る外科用フィールド２８０９の一部分を含んでよい（図４８Ｂ）。肺から腫瘍を除去する手術に関して上で開示したように、た（図４７Ａ～図４７Ｃ）は、癌組織を除去する前に腫瘍２８０６を供給する血管を切開する必要があり得る。腸２８０２を供給する血管構造２８０４は複雑であり、高度に変化している。どの血管が腫瘍２８０６を供給するかを決定し、健康な腸組織に血液を供給する血管を識別する必要があり得る。広い視野画像２８００は、外科医がどの血管が腫瘍２８０６を供給し得るかを決定することを可能にする。次いで、外科医は、クランプ装置２８１２を使用して血管を試験して、血管が腫瘍２８０６を供給するか否かを判定することができる。
図４８Ｂは、外科用フィールド２８０９の１つの部分の狭い拡大図画像２８１０のみを表示し得る二次外科用ディスプレイを示す。狭い拡大図画像２８１０は、外科医が対象の血管２８１５のみを切開することに焦点を合わせることができるように、血管樹２８１４の拡大図を提示してよい。対象の血管２８１５を切除するために、外科医はスマートＲＦ焼灼装置２８１６を使用してよい。可視化システムによって取得される任意の画像は、手術部位内の組織の画像だけでなく、その中に挿入された外科用器具の画像を含んでよいことを理解されたい。一部の態様では、このような外科用ディスプレイ（図４８Ａの一次ディスプレイ又は図４８Ｂの二次ディスプレイのいずれか）はまた、外科手術中に使用される任意の外科用装置の機能又は設定に関連するしるし２８１７を含んでよい。例えば、表示２８１７は、スマートＲＦ焼灼装置２８１６の電力設定を含んでよい。一部の態様では、このようなスマート医療装置は、１つ以上の表示装置に送信されるディスプレイデータに組み込むために、それらの動作パラメータに関連するデータを可視化システムに送信してよい。
図４９Ａ～図４９Ｃは、腸／結腸腫瘍の除去のための一連の外科的工程の例を示しており、手術部位でのマルチ画像解析の使用から利益を得ることができる。図４９Ａは、腸２９３２に血液及び栄養素を供給する腸２９３２及び分岐脈管系２９３４を含む手術部位の一部を示す。腸２９３２は、腫瘍縁２９３７によって囲まれた腫瘍２９３６を有し得る。可視化システムの第１の光センサモジュールは、広い視野２９３０を有してよく、広い視野２９３０の撮像データをディスプレイシステムに提供することができる。可視化システムの第２の光センサモジュールは、狭い視野又は標準視野２９４０を有してよく、狭い視野２９４０の撮像データをディスプレイシステムに提供することができる。一部の態様では、広いフィールド画像及び狭いフィールド画像は、同じ表示装置によって表示されてよい。別の態様では、広いフィールド画像及び狭いフィールド画像は、別個の表示装置によって表示されてよい。
外科手術中、腫瘍を完全に除去することを確実にするために、腫瘍２９３６だけではなく、その周囲の縁２９３７を除去することが重要である。広角視野２９３０は、血管構造２９３４並びに腫瘍２９３６及び縁２６３７を取り囲む腸２９３２の部分の両方を撮像するために使用され得る。上述したように、腫瘍２９３６及び縁２６３７を供給する血管構造は除去されるべきであるが、周囲の腸組織に供給する血管構造は、周囲組織に酸素及び栄養素を提供するために保存されなければならない。周囲の結腸組織に供給する血管構造の移行は、組織から酸素及び栄養素を除去し、壊死をもたらす。一部の例では、広角視野２６３０内で可視化された組織のレーザドップラー撮像を分析して、腸組織内の血流を示すスペックルコントラスト分析２９３３を提供することができる。
図４９Ｂは、外科手術中の工程を示す。外科医は、血管樹のどの部分が腫瘍２９３６に血液を供給するかを不確定とすることができる。外科医は、血管２９４４を試験して、腫瘍２９３６又は健康な組織に供給するかどうかを判定することができる。外科医は、クランプ装置２８１２を用いて血管２９４４をクランプし、スペックルコントラスト分析によってもはや灌流されない腸組織２９４３の部分を決定することができる。撮像装置上に表示された狭い視野２９４０は、外科医が、試験される単一血管２９４４を可視化するために必要とされる、拡大作業及び詳細な作業を支援することができる。疑われる血管２９４４がクランプされると、腸組織２９４３の一部は、ドップラー撮像スペックルコントラスト分析に基づいて灌流を欠くと判定される。図２９Ｂに示されるように、疑わしい血管２９４４は、腫瘍２９３５又は腫瘍縁２９３７に血液を供給せず、したがって、外科手術中に、予備の血管として認識される。
図４９Ｃは、外科手術の次の段階を示す。段階では、供給血管２９８４は、腫瘍の縁２９３７に血液を供給することが識別されている。この供給血管２９８４が切断されたとき、血液は、腫瘍２９３６の縁２９３７の少なくとも一部を含み得る腸２９８７の部分に供給されなくなる。一部の態様では、腸の部分２９８７への灌流の欠如は、腸内への血流のドップラー分析に基づくスペックルコントラスト分析によって決定され得る。次いで、腸の非灌流部分２９８７は、腸に適用されたシール２９８５によって隔離されてよい。このようにして、外科的除去のために示される組織を灌流する血管のみが識別され、封止され、それによって、意図されていない外科的結果から健康な組織を温存することができる。
一部の追加の態様では、外科用可視化システムは、手術部位の撮像分析を可能にし得る。
一部の態様では、手術部位は、組織の外科的操作の有効性について検査され得る。このような検査の非限定的な例としては、手術部位で組織を封止するために使用される外科用ステープル又は溶接部の検査を含んでよい。１つ以上の照明源を使用する円錐ビーム干渉断層撮影法を、このような方法に使用することができる。
一部の追加の態様では、手術部位の画像は、画像に表示されたランドマークを有してよい。一部の例では、ランドマークは、画像解析技術によって決定されてよい。一部の代替例では、ランドマークは、外科医による画像の手動介入によって示されてよい。
一部の追加の態様では、非スマートレディ可視化方法は、ハブ画像融合技術で使用するためにインポートされてよい。
更なる態様では、ハブシステムに一体化されていない器具は、手術部位内での使用中に識別され、追跡されてよい。この態様では、ハブの計算構成要素及び／又はストレージ構成要素（例えば、クラウドシステムを含む）は、任意の画像取得システム又はこのような代替の器具の視覚分析によって取得された１つ以上の画像から、識別可能な、ＥＥＳ及び競合的外科用器具に関する画像のデータベースを含んでよい。このような装置の撮像分析は、器具が異なる器具と交換されて同じ又は類似のジョブを行うときの識別を更に可能にし得る。外科手術中の器具の交換の識別は、器具が装置のジョブを行わない又は故障のときに関連する情報を提供し得る。
状況認識
状況認識は、データベース及び／又は器具から受信したデータから外科手術に関連する情報を判定又は推測するための、外科用システムの一部の態様の能力である。情報は、実行される手術の種類、動作される組織の種類又は手術の対象である体腔を含むことができる。外科手術に関連するコンテキスト情報により、外科用システムは、例えば、それに接続され、外科手術の過程で外科医にコンテキスト上の情報又は提案を提供するモジュール式装置（例えば、ロボットアーム及び／又はロボット外科用ツール）を制御する方法を改善することができる。
ここで図５０を参照すると、例えば、外科用ハブ１０６又は２０６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は例示的な外科手術及び外科用ハブ１０６、２０６が、外科手術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、外科手術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手術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、進行中の手術に関する推定（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、ディスプレイ画面を介して）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、外科手術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を含む。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、外科手術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、外科手術が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、外科手術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、動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、外科手術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によって既に計算さ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向けら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手術及び／又は特定の種類の外科手術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手術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、ロボット外科用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、ロボット外科用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、漏洩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、外科手術中の１つ以上の工程にロボットツールを使用することができ及び／又は外科手術中の１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及び／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わかるように、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、所与の外科手術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、その開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＰＬＡＴＦＯＲＭ」という名称の２０１７年１２月２８日出願の米国仮特許出願第６２／６１１，３４１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用システムを含むロボット外科用システムの動作は、その状況認識及び／又はその構成要素からのフィードバックに基づいて及び／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。
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例において説明される。
実施例１．外科用画像取得システムであって、特定の中心波長を有する光を放射するように各照明源が構成されている、複数の照明源と、複数の照明源のうちの１つ以上によって照明されるときに、組織試料から反射された光の一部分を受光するように構成された、光センサと、コンピューティングシステムであって、コンピューティングシステムは、組織試料が複数の照明源のそれぞれによって照明されるときに、光センサからデータを受信し、組織試料が照明源のそれぞれによって照明されるときに、光センサによって受信されたデータに基づいて、組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算し、かつスマート外科用装置によって受信される、構造の特性に関する構造データを送信する、ように構成されている、コンピューティングシステムと、を備え、構造の特性が、表面特性又は構造組成である、外科用画像取得システム。
実施例２．複数の照明源が、赤色光照明源、緑色光照明源及び青色光照明源のうちの少なくとも１つを含む、実施例１のいずれか１つに記載の外科用画像取得システム。
実施例３．複数の照明源が、赤外線照明源及び紫外線照明源のうちの少なくとも１つを含む、実施例１～２のいずれか１つに記載の外科用画像取得システム。
実施例４．組織内の構造の特性に関する構造データを計算するように構成されたコンピューティングシステムが、組織内の構造の組成に関する構造データを計算するように構成されたコンピューティングシステムを備える、実施例１～３のいずれか１つに記載の外科用画像取得システム。
実施例５．組織内の構造の特性に関連する構造データを計算するように構成されたコンピューティングシステムが、組織内の構造の表面粗さに関連する構造データを計算するように構成される、実施例１～４のいずれか１つに記載の外科用画像取得システム。
実施例６．外科用画像取得システムであって、プロセッサと、プロセッサに結合されたメモリであって、メモリが、組織試料の複数の照明源の動作を制御することであって、各照明源が、特定の中心波長を有する光を放射するように構成されている、ことと、組織試料が複数の照明源のそれぞれによって照明されるときに、光センサからデータを受信することと、組織試料が照明源のそれぞれによって照明されるとき、光センサによって受信されたデータに基づいて、組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算することと、スマート外科用装置によって受信される、構造の特性に関する構造データを送信することと、を行うための、プロセッサによって実行可能な命令を記憶する、メモリと、を備え、構造の特性が、表面特性又は構造組成である、外科用画像取得システム。
実施例７．複数の照明源の動作を制御するためにプロセッサによって実行可能な命令が、複数の照明源のそれぞれによって組織試料を順次照明する１つ以上の命令を含む、実施例６のいずれか１つに記載の外科用画像取得システム。
実施例８．光センサによって受信されたデータに基づいて、組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算するための、プロセッサによって実行可能な命令が、組織試料によって反射された照明における位相シフトに基づいて、組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算する１つ以上の命令を含む、実施例６～７のいずれか１つに記載の外科用画像取得システム。
実施例９．構造組成が、組織内にコラーゲン及びエラスチンの相対的組成を含む、実施例６～８のいずれか１つに記載の外科用画像取得システム。
実施例１０．構造組成が、組織の水和量を含む、実施例６～９のいずれか１つに記載の外科用画像取得システム。
実施例１１．外科用画像取得システムであって、制御回路であって、組織試料の複数の照明源の動作を制御することであって、各照明源が、特定の中心波長を有する光を放射するように構成されている、ことと、組織試料が複数の照明源のそれぞれによって照明されるときに、光センサからデータを受信することと、組織試料が照明源のそれぞれによって照明されるときに、光センサによって受信されたデータに基づいて、組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算することと、スマート外科用装置によって受信される構造の特性に関する構造データを送信することと、を行うように構成されている、制御回路を備え、構造の特性が、表面特性又は構造組成である、外科用画像取得システム。
実施例１２．制御回路が、スマート外科用装置によって受信される、構造の特性に関する構造データを送信するように構成されており、スマート外科用装置がスマート外科用ステープラである、実施例１１のいずれか１つに記載の外科用画像取得システム。
実施例１３．制御回路が、スマート外科用ステープラによって受信される、構造の特性に基づいて、アンビル圧力に関連するデータを送信するように更に構成されている、実施例１２のいずれか１つに記載の外科用画像取得システム。
実施例１４．制御回路が、スマート外科用装置によって受信される、構造の特性に関する構造データを送信するように構成されており、スマート外科用装置が、スマート外科用ＲＦ封止装置である、実施例１１～１３のいずれか１つに記載の外科用画像取得システム。
実施例１５．制御回路が、スマートＲＦ封止装置によって受信される、構造の特性に基づいて、ＲＦ電力量に関するデータを送信するように更に構成されている、実施例１４のいずれか１つに記載の外科用画像取得システム。
実施例１６．制御回路が、スマート外科用装置によって受信される、構造の特性に関する構造データを送信するように構成されており、スマート外科用装置が、スマート超音波切断装置である、実施例１１～１５のいずれか１つに記載の外科用画像取得システム。
実施例１７．制御回路が、超音波切断装置によって受信される構造の特性に基づいて、超音波トランスデューサに提供される電力量又は超音波トランスデューサの駆動周波数に関するデータを送信するように更に構成されている、実施例１６のいずれか１つに記載の外科用画像取得システム。
実施例１８．コンピュータ可読命令を記憶する非一時的なコンピュータ可読媒体であって、命令が実行されると、機械に、組織試料の複数の照明源の動作を制御することであって、各照明源は、特定の中心波長を有する光を放射するように構成されていることと、組織試料が複数の照明源のそれぞれによって照明されるときに、光センサからデータを受信することと、組織試料が照明源のそれぞれによって照明されるときに、光センサによって受信されたデータに基づいて、組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算することと、スマート外科用装置によって受信される構造の特性に関する構造データを送信することと、を行わせ、構造の特性が、表面特性又は構造組成である、非一時的なコンピュータ可読媒体。
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、物質が特定の構成要素に関して開示されているが、他の物質が使用されてよい。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。このようなブロック図、フローチャート及び／又は例が１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、個々に及び／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つ以上のコンピュータプログラムとして（例えば、１台以上のコンピュータシステム上で稼働する１つ以上のプログラムとして）、１つ以上のプロセッサ上で稼働する１つ以上のプログラムとして（例えば、１つ以上のマイクロプロセッサ上で稼働する１つ以上のプログラムとして）、ファームウェアとして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及び／又はソフトウェア及び／又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を含み得るが、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、非一時的なコンピュータ可読媒体は、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を含み得る。
本明細書の任意の態様で使用されるとき、用語「制御回路」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配列（ＰＬＡ）又はフィールドプログラマブルゲート配列（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／又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／又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、用語「論理」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、非一時的な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よい。
本明細書の任意の態様で使用するとき、用語「構成要素」、「システム」、「モジュール」などは、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。
ネットワークは、パケット交換ネットワークを含み得る。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含むことができる。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月発行の名称「ＩＥＥＥ８０２．３Ｓｔａｎｄａｒｄ」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 Ｉｎｔｅｒｗｏｒｋｉｎｇ２．０」という名称で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接続指向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説明は、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このような情報記憶、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（configured to）」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つ以上の選択的な用語を表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及び／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。
〔実施の態様〕
（１） 外科用画像取得システムであって、
特定の中心波長を有する光を放射するように各照明源が構成されている、複数の照明源と、
前記複数の照明源のうちの前記１つ以上によって照明されるときに、組織試料から反射された前記光の一部分を受光するように構成された、光センサと、
コンピューティングシステムであって、前記コンピューティングシステムは、
前記組織試料が前記複数の照明源のそれぞれによって照明されるときに、前記光センサからデータを受信し、
前記組織試料が前記照明源のそれぞれによって照明されるときに、前記光センサによって受信された前記データに基づいて、前記組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算し、かつ
スマート外科用装置によって受信される、前記構造の前記特性に関する前記構造データを送信する、ように構成されている、コンピューティングシステムと、を備え、
前記構造の前記特性が、表面特性又は構造組成である、外科用画像取得システム。
（２） 前記複数の照明源が、赤色光照明源、緑色光照明源及び青色光照明源のうちの少なくとも１つを含む、実施態様１に記載の外科用画像取得システム。
（３） 前記複数の照明源が、赤外線照明源及び紫外線照明源のうちの少なくとも１つを含む、実施態様１に記載の外科用画像取得システム。
（４） 前記組織内の構造の特性に関する構造データを計算するように構成された前記コンピューティングシステムが、前記組織内の構造の組成に関する構造データを計算するように構成されたコンピューティングシステムを備える、実施態様１に記載の外科用画像取得システム。
（５） 前記組織内の構造の特性に関する構造データを計算するように構成された前記コンピューティングシステムが、前記組織内の構造の表面粗さに関する構造データを計算するように構成されたコンピューティングシステムを備える、実施態様１に記載の外科用画像取得システム。
（６） 外科用画像取得システムであって、
プロセッサと、
前記プロセッサに結合されたメモリであって、前記メモリが、
組織試料の複数の照明源の動作を制御することであって、各照明源が、特定の中心波長を有する光を放射するように構成されている、ことと、
前記組織試料が前記複数の照明源のそれぞれによって照明されるときに、前記光センサからデータを受信することと、
前記組織試料が前記照明源のそれぞれによって照明されるときに、前記光センサによって受信された前記データに基づいて、前記組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算することと、
スマート外科用装置によって受信される、前記構造の前記特性に関する前記構造データを送信することと、を行うための、前記プロセッサによって実行可能な命令を記憶する、メモリと、を備え、
前記構造の前記特性が、表面特性又は構造組成である、外科用画像取得システム。
（７） 複数の照明源の前記動作を制御するために前記プロセッサによって実行可能な前記命令が、前記複数の照明源のそれぞれによって前記組織試料を順次照明するための１つ以上の命令を含む、実施態様６に記載の外科用画像取得システム。
（８） 前記光センサによって受信された前記データに基づいて、前記組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算するための、前記プロセッサによって実行可能な前記命令が、前記組織試料によって反射された前記照明における位相シフトに基づいて、前記組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算するための１つ以上の命令を含む、実施態様６に記載の外科用画像取得システム。
（９） 前記構造組成が、組織内のコラーゲン及びエラスチンの相対組成を含む、実施態様６に記載の外科用画像取得システム。
（１０） 前記構造組成が、組織の水和量を含む、実施態様６に記載の外科用画像取得システム。
（１１） 外科用画像取得システムであって、
制御回路であって、
組織試料の複数の照明源の動作を制御することであって、各照明源が、特定の中心波長を有する光を放射するように構成されている、ことと、
前記組織試料が前記複数の照明源のそれぞれによって照明されたときに、前記光センサからデータを受信することと、
前記組織試料が前記照明源のそれぞれによって照明されるときに、前記光センサによって受信された前記データに基づいて、前記組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算することと、
スマート外科用装置によって受信される前記構造の前記特性に関する前記構造データを送信することと、を行うように構成されている、制御回路を備え、
前記構造の前記特性が、表面特性又は構造組成である、外科用画像取得システム。
（１２） 前記制御回路が、スマート外科用装置によって受信される、前記構造の前記特性に関する前記構造データを送信するように構成されており、前記スマート外科用装置がスマート外科用ステープラである、実施態様１１に記載の外科用画像取得システム。
（１３） 前記制御回路が、前記スマート外科用ステープラによって受信される、前記構造の前記特性に基づいて、アンビル圧力に関するデータを送信するように更に構成されている、実施態様１２に記載の外科用画像取得システム。
（１４） 前記制御回路が、スマート外科用装置によって受信される、前記構造の前記特性に関する前記構造データを送信するように構成されており、前記スマート外科用装置が、スマート外科用ＲＦ封止装置である、実施態様１１に記載の外科用画像取得システム。
（１５） 前記制御回路が、前記スマートＲＦ封止装置によって受信される、前記構造の前記特性に基づいて、ＲＦ電力量に関するデータを送信するように更に構成されている、実施態様１４に記載の外科用画像取得システム。
（１６） 前記制御回路が、スマート外科用装置によって受信される、前記構造の前記特性に関する前記構造データを送信するように構成されており、前記スマート外科用装置が、スマート超音波切断装置である、実施態様１１に記載の外科用画像取得システム。
（１７） 前記制御回路が、前記超音波切断装置によって受信される前記構造の前記特性に基づいて、超音波トランスデューサに提供される電力量又は前記超音波トランスデューサの駆動周波数に関するデータを送信するように更に構成されている、実施態様１６に記載の外科用画像取得システム。
（１８） コンピュータ可読命令を記憶する非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記命令が実行されると、機械に、
組織試料の複数の照明源の動作を制御することであって、各照明源は、特定の中心波長を有する光を放射するように構成されている、ことと、
前記組織試料が前記複数の照明源のそれぞれによって照明されるときに、前記光センサからデータを受信することと、
前記組織試料が前記照明源のそれぞれによって照明されるときに、前記光センサによって受信された前記データに基づいて、前記組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算することと、
スマート外科用装置によって受信される前記構造の前記特性に関する前記構造データを送信することと、を行わせ、
前記構造の前記特性が、表面特性又は構造組成である、非一時的なコンピュータ可読媒体。

Claims (17)

  1. 外科用画像取得システムであって、
    特定の中心波長を有する光を放射するように各照明源が構成されている、複数の照明源と、
    前記複数の照明源のうちの１つ以上によって照明されるときに、組織試料から反射された前記光の一部分を受光するように構成された、光センサと、
    コンピューティングシステムであって、前記コンピューティングシステムは、
    前記組織試料が前記複数の照明源のそれぞれによって照明されるときに、前記光センサからデータを受信し、
    前記組織試料が前記照明源のそれぞれによって照明されるときに、前記光センサによって受信された前記データに基づいて、前記組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算し、かつ
    スマート外科用装置によって受信される、前記構造の前記特性に関する前記構造データを送信する、ように構成されている、コンピューティングシステムと、を備え、
    前記構造の前記特性が、表面特性又は構造組成であり、
    前記組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算するように構成された前記コンピューティングシステムが、前記組織試料内の構造の表面粗さに関する構造データを計算するように構成されたコンピューティングシステムを備える、外科用画像取得システム。
  2. 前記複数の照明源が、赤色光照明源、緑色光照明源及び青色光照明源のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の外科用画像取得システム。
  3. 前記複数の照明源が、赤外線照明源及び紫外線照明源のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の外科用画像取得システム。
  4. 前記組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算するように構成された前記コンピューティングシステムが、前記組織試料内の構造の組成に関する構造データを計算するように構成されたコンピューティングシステムを備える、請求項１に記載の外科用画像取得システム。
  5. 外科用画像取得システムであって、
    プロセッサと、
    前記プロセッサに結合されたメモリであって、前記メモリが、
    組織試料の複数の照明源の動作を制御することであって、各照明源が、特定の中心波長を有する光を放射するように構成されている、ことと、
    前記組織試料が前記複数の照明源のそれぞれによって照明されるときに、光センサからデータを受信することと、
    前記組織試料が前記照明源のそれぞれによって照明されるときに、前記組織試料から反射された前記光の一部分を受光するように前記光センサによって受信された前記データに基づいて、前記組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算することと、
    スマート外科用装置によって受信される、前記構造の前記特性に関する前記構造データを送信することと、を行うための、前記プロセッサによって実行可能な命令を記憶する、メモリと、を備え、
    前記構造の前記特性が、表面特性又は構造組成であり、
    前記プロセッサは、前記組織試料内の構造の表面粗さに関する構造データを計算するように構成されている、外科用画像取得システム。
  6. 複数の照明源の前記動作を制御するために前記プロセッサによって実行可能な前記命令が、前記複数の照明源のそれぞれによって前記組織試料を順次照明するための１つ以上の命令を含む、請求項５に記載の外科用画像取得システム。
  7. 前記光センサによって受信された前記データに基づいて、前記組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算するための、前記プロセッサによって実行可能な前記命令が、前記組織試料によって反射された前記光における位相シフトに基づいて、前記組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算するための１つ以上の命令を含む、請求項５に記載の外科用画像取得システム。
  8. 前記構造組成が、組織内のコラーゲン及びエラスチンの相対組成を含む、請求項５に記載の外科用画像取得システム。
  9. 前記構造組成が、組織の水和量を含む、請求項５に記載の外科用画像取得システム。
  10. 外科用画像取得システムであって、
    制御回路であって、
    組織試料の複数の照明源の動作を制御することであって、各照明源が、特定の中心波長を有する光を放射するように構成されている、ことと、
    前記組織試料が前記複数の照明源のそれぞれによって照明されたときに、前記組織試料から反射された前記光の一部分を受光するように光センサからデータを受信することと、
    前記組織試料が前記照明源のそれぞれによって照明されるときに、前記光センサによって受信された前記データに基づいて、前記組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算することと、
    スマート外科用装置によって受信される前記構造の前記特性に関する前記構造データを送信することと、を行うように構成されている、制御回路を備え、
    前記構造の前記特性が、表面特性又は構造組成であり、
    前記制御回路は、前記組織試料内の構造の表面粗さに関する構造データを計算するように構成されている、外科用画像取得システム。
  11. 前記制御回路が、スマート外科用装置によって受信される、前記構造の前記特性に関する前記構造データを送信するように構成されており、前記スマート外科用装置がスマート外科用ステープラである、請求項１０に記載の外科用画像取得システム。
  12. 前記制御回路が、前記スマート外科用ステープラによって受信される、前記構造の前記特性に基づいて、アンビル圧力に関するデータを送信するように更に構成されている、請求項１１に記載の外科用画像取得システム。
  13. 前記制御回路が、スマート外科用装置によって受信される、前記構造の前記特性に関する前記構造データを送信するように構成されており、前記スマート外科用装置が、スマート外科用ＲＦ封止装置である、請求項１０に記載の外科用画像取得システム。
  14. 前記制御回路が、前記スマート外科用ＲＦ封止装置によって受信される、前記構造の前記特性に基づいて、ＲＦ電力量に関するデータを送信するように更に構成されている、請求項１３に記載の外科用画像取得システム。
  15. 前記制御回路が、スマート外科用装置によって受信される、前記構造の前記特性に関する前記構造データを送信するように構成されており、前記スマート外科用装置が、スマート超音波切断装置である、請求項１０に記載の外科用画像取得システム。
  16. 前記制御回路が、前記スマート超音波切断装置によって受信される前記構造の前記特性に基づいて、超音波トランスデューサに提供される電力量又は前記超音波トランスデューサの駆動周波数に関するデータを送信するように更に構成されている、請求項１５に記載の外科用画像取得システム。
  17. コンピュータ可読命令を記憶する非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記命令が実行されると、機械に、
    組織試料の複数の照明源の動作を制御することであって、各照明源は、特定の中心波長を有する光を放射するように構成されている、ことと、
    前記組織試料が前記複数の照明源のそれぞれによって照明されるときに、前記組織試料から反射された前記光の一部分を受光するように光センサからデータを受信することと、
    前記組織試料が前記照明源のそれぞれによって照明されるときに、前記光センサによって受信された前記データに基づいて、前記組織試料内の構造の特性に関する構造データを計算することと、
    スマート外科用装置によって受信される前記構造の前記特性に関する前記構造データを送信することと、を行わせ、
    前記構造の前記特性が、表面特性又は構造組成であり、
    前記機械に前記組織試料内の構造の表面粗さに関する構造データを計算するように構成されている、非一時的なコンピュータ可読媒体。
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