JP7279051B2 - Determining the state of the ultrasonic end effector - 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、その開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、「RADIO FREQUENCY ENERGY DEVICE FOR DELIVERING COMBINED ELECTRICAL SIGNALS」と題する2018年8月23日出願の米国特許仮出願第62/721,996号に対する優先権を主張する。
(Cross reference to related applications)
This application is filed under 35 U.S.C. Priority is claimed to US Provisional Patent Application Serial No. 62/721,996, filed on May 1, 2009.

本出願は更に、米国特許法第119条(e)の下で、その各々の開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、「SMART ENERGY ARCHITECTURE」と題する2018年6月30日出願の米国特許仮出願第62/692,748号、及び「SMART ENERGY DEVICES」と題する2018年6月30日出願の米国特許仮出願第62/692,768号に対する優先権を主張する。 This application is further divided under 35 U.S.C. U.S. Provisional Application No. 62/692,748 and priority to U.S. Provisional Application No. 62/692,768, filed Jun. 30, 2018, entitled "SMART ENERGY DEVICES."

本出願は更に、米国特許法第119条(e)の下で、その各々の開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、「TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する2018年3月8日出願の米国特許仮出願第62/640,417号、及び「ESTIMATING STATE OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する2018年3月8日出願の米国特許仮出願第62/640,415号の優先権の利益を主張する。 This application is further filed under 35 U.S.C. 119(e) under 35 U.S.C. U.S. Provisional Application No. 62/640,417, filed March 8, and U.S. Provisional Application No. 62/640, filed March 8, 2018, entitled "ESTIMATING STATE OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR," Claim priority benefit of '415.

本出願は、米国特許法第119条(e)の下で、その開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、「CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS」と題する2018年3月30日出願の米国特許仮出願第62/650,898号に対する優先権の利益を主張する。 This application is filed under 35 U.S.C. It claims the benefit of priority to US Provisional Patent Application No. 62/650,898, filed on May 7, 2009.

外科環境では、スマートエネルギーアーキテクチャ環境内のスマートエネルギー装置が必要とされる場合がある。 Surgical environments may require smart energy devices within a smart energy architecture environment.

一般的な一態様では、超音波外科用器具であって、超音波ブレードを備えるエンドエフェクタと、超音波ブレードに音響的に結合された超音波変換器と、超音波変換器に結合された制御回路と、を備える、超音波外科用器具。超音波変換器は、駆動信号に応答して超音波ブレードを超音波振動させるように構成されている。制御回路は、超音波変換器の複素インピーダンスを測定することと、複素インピーダンスを複数の基準複素インピーダンスパターンと比較することであって、複数の基準複素インピーダンスパターンの各々が、エンドエフェクタの状態に対応している、比較することと、複数の基準複素インピーダンスパターンのうちのどれに複素インピーダンスが対応するかに従って、エンドエフェクタの状態を決定することと、を行うように構成されている。 In one general aspect, an ultrasonic surgical instrument includes an end effector comprising an ultrasonic blade, an ultrasonic transducer acoustically coupled to the ultrasonic blade, and a control coupled to the ultrasonic transducer. An ultrasonic surgical instrument comprising a circuit. The ultrasonic transducer is configured to ultrasonically vibrate the ultrasonic blade in response to the drive signal. A control circuit measures a complex impedance of the ultrasonic transducer and compares the complex impedance to a plurality of reference complex impedance patterns, each of the plurality of reference complex impedance patterns corresponding to a state of the end effector. and determining a state of the end effector according to which of the plurality of reference complex impedance patterns the complex impedance corresponds to.

別の一般的な態様では、超音波外科用器具を駆動するための超音波発生器であって、エンドエフェクタと、超音波ブレードと、超音波ブレードに音響的に結合された超音波変換器と、を備える、超音波発生器。超音波変換器は、駆動信号に応答して超音波ブレードを超音波振動させるように構成されている。超音波発生器は、超音波変換器に結合された制御回路を備える。制御回路は、超音波変換器に駆動信号を印加し、超音波変換器の複素インピーダンスを測定することと、複素インピーダンスを複数の基準複素インピーダンスパターンと比較することであって、複数の基準複素インピーダンスパターンの各々が、エンドエフェクタの状態に対応している、比較することと、複数の基準複素インピーダンスパターンのうちのどれに複素インピーダンスが対応するかに従って、エンドエフェクタの状態を決定することと、を行うように構成されている。 In another general aspect, an ultrasonic generator for driving an ultrasonic surgical instrument comprising an end effector, an ultrasonic blade, and an ultrasonic transducer acoustically coupled to the ultrasonic blade. , an ultrasonic generator. The ultrasonic transducer is configured to ultrasonically vibrate the ultrasonic blade in response to the drive signal. The ultrasonic generator includes control circuitry coupled to the ultrasonic transducer. The control circuit applies a drive signal to the ultrasonic transducer, measures a complex impedance of the ultrasonic transducer, and compares the complex impedance to a plurality of reference complex impedance patterns, wherein the plurality of reference complex impedance patterns comparing, each of the patterns corresponding to a state of the end effector; and determining the state of the end effector according to which of the plurality of reference complex impedance patterns the complex impedance corresponds to. configured to do so.

別の一般的な態様では、エンドエフェクタと、超音波ブレードと、超音波ブレードに音響的に結合された超音波変換器と、を備える、超音波外科用器具を制御する方法。超音波変換器は、発生器からの駆動信号に応答して超音波ブレードを超音波振動させるように構成されている。本方法は、超音波変換器に結合された制御回路によって、超音波変換器の複素インピーダンスを測定することと、制御回路によって、複素インピーダンスを複数の基準複素インピーダンスパターンと比較することであって、複数の基準複素インピーダンスパターンの各々が、エンドエフェクタの状態に対応している、比較することと、制御回路によって、複数の基準複素インピーダンスパターンのうちのどれに複素インピーダンスが対応するかに従って、エンドエフェクタの状態を決定することと、を含む。 In another general aspect, a method of controlling an ultrasonic surgical instrument comprising an end effector, an ultrasonic blade, and an ultrasonic transducer acoustically coupled to the ultrasonic blade. The ultrasonic transducer is configured to ultrasonically vibrate the ultrasonic blade in response to the drive signal from the generator. The method comprises measuring, with a control circuit coupled to the ultrasonic transducer, a complex impedance of the ultrasonic transducer; comparing, with the control circuit, the complex impedance to a plurality of reference complex impedance patterns; each of the plurality of reference complex impedance patterns corresponding to a state of the end effector, the comparing and control circuitry according to which of the plurality of reference complex impedance patterns the complex impedance corresponds to; determining the state of the .

様々な態様の特徴が、添付された特許請求の範囲で詳細に説明される。ただし、機構、及び動作の方法の両方についての様々な態様は、それらの更なる目的及び利点と共に、以降の添付図面と併せて、以下の説明を参照することにより最もよく理解することができる。
本開示の少なくとも1つの態様による、コンピュータ実装インタラクティブ外科システムのブロック図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、手術室内で外科処置を行うために使用される外科システムである。 本開示の少なくとも1つの態様による可視化システム、ロボットシステム、及びインテリジェント器具とペアリングされた外科用ハブである。 本開示の少なくとも1つの態様による、外科用ハブ筐体、及び外科用ハブ筐体のドロアー内に摺動可能に受容可能な組み合わせ発生器モジュールの部分斜視図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、双極、超音波、及び単極接点、並びに排煙構成要素を備える組み合わせ発生器モジュールの斜視図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、複数のモジュールを受容するように構成された横方向モジュール式ハウジングの複数の横方向ドッキングポートの個々の電力バスアタッチメントを示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、複数のモジュールを受容するように構成された垂直モジュール式ハウジングを示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、医療施設の1つ若しくは2つ以上の手術室、又は外科処置のための専門設備を備えた医療施設内の任意の部屋に配置されたモジュール式装置をクラウドに接続するように構成されたモジュール式通信ハブを備える外科用データネットワークを示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、コンピュータ実装インタラクティブ外科システムを示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、モジュール式制御タワーに結合された複数のモジュールを備える外科用ハブを示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、ユニバーサルシリアルバス(universal serial bus、USB)ネットワークハブ装置の一態様を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、外科用器具又はツールの制御システムの論理図を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、外科用器具又はツールの態様を制御するように構成された制御回路を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、外科用器具又はツールの態様を制御するように構成された組み合わせ論理回路を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、外科用器具又はツールの態様を制御するように構成された順序論理回路を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、様々な機能を実行するために起動され得る複数のモータを備える外科用器具又はツールを示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、本明細書で説明される外科用ツールを操作するように構成されたロボット外科用器具の回路図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、変位部材の遠位並進を制御するようにプログラムされた外科用器具のブロック図を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、様々な機能を制御するように構成された外科用器具の回路図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、モジュール式通信ハブを備える外科用データネットワーク内で適応型超音波ブレード制御アルゴリズムを実行するように構成されたシステムである。 本開示の少なくとも1つの態様による、発生器の一実施例を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、発生器及び発生器と共に使用可能な様々な外科用器具を備える外科システムである。 本開示の少なくとも1つの態様によるエンドエフェクタである。 本開示の少なくとも1つの態様による、図22の外科システムの図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、動作ブランチ電流を示すモデルである。 本開示の少なくとも1つの態様による、発生器のアーキテクチャの構造図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、発生器のアーキテクチャの機能図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、発生器のアーキテクチャの機能図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、発生器のアーキテクチャの機能図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、発生器の構造的及び機能的態様である。 本開示の少なくとも1つの態様による、発生器の構造的及び機能的態様である。 超音波駆動回路の一態様の回路図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、制御回路の回路図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、モジュール式超音波外科用器具内に収容される別の電気回路を図示する、簡略化したブロック回路図を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、複数の段階に分割された発生器回路を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、第1段階回路が第2段階回路と共通している、複数の段階に分割された発生器回路を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、高周波電流(RF)を駆動するように構成された駆動回路の一態様の回路図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、外科用器具で使用するための電気信号波形の複数の波形を生成するように構成された、直接デジタル合成(direct digital synthesis、DDS)回路などのデジタル合成回路の基本的アーキテクチャの一態様を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、外科用器具で使用するための電気信号波形の複数の波形を生成するように構成された直接デジタル合成(DDS)回路の一態様を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、アナログ波形(比較目的のために離散時間デジタル電気信号波形に重ね合わされて示される)の本開示の少なくとも1つの態様による、離散時間デジタル電気信号波形の1サイクルを示す。 本開示の一態様による、クランプアームを閉鎖して所望の速度で閉鎖力負荷を加えるために閉鎖部材が遠位に前進する際に、閉鎖部材の漸進的閉鎖を提供するように構成された制御システムの図である。 本開示の一態様による、比例積分微分(proportional-integral-derivative、PID)コントローラフィードバック制御システムを示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、複数の独立して動作する回路セグメントを備えるセグメント化回路のシステム図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、モータ制御機能を備える外科用器具の様々な構成要素の回路図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、超音波電気機械システムの周波数を制御し、そのインピーダンスを検出するための代替的システムである。 低温(青色)及び高温(赤色)超音波ブレードを備える同じ超音波装置の共振周波数の関数としてのインピーダンス位相角のグラフ表示である。 低温(青色)及び高温(赤色)超音波ブレードを備える同じ超音波装置の共振周波数の関数としてのインピーダンスの大きさのグラフ表示である。 本開示の少なくとも1つの態様による、様々な周波数で測定された超音波変換器にわたるインピーダンスに基づいて、温度推定器及び状態空間モデルを改善するカルマンフィルタの図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、推定を最大限とするために、図44に示すカルマンフィルタの状態推定器によって採用される3つの確率分布である。 490℃の最高温度に到達する温度制御を有しない超音波装置の温度対時間のグラフ表示である。 本開示の少なくとも1つの態様による、320℃の最高温度に到達する温度制御を有する超音波装置の温度対時間のグラフ表示である。 超音波ブレードの急激な温度低下が検出されたときに超音波変換器に印加される超音波出力を調節するためのフィードバック制御のグラフ表示であり、時間の関数としての超音波出力のグラフ表示である。 超音波ブレードの急激な温度低下が検出されたときに超音波変換器に印加される超音波出力を調節するためのフィードバック制御のグラフ表示であり、本開示の少なくとも1つの態様による、時間の関数としての超音波ブレード温度のプロットである。 本開示の少なくとも1つの態様による、超音波ブレードの温度を制御するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、血管発射中の時間の関数としての超音波ブレード温度のグラフ表示である。 本開示の少なくとも1つの態様による、超音波ブレードの温度を2つの温度設定値間で制御するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、超音波ブレードの初期温度を判定するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、超音波ブレードが不安定性に近づいているときを判定し、続いて超音波変換器の不安定性を防止するために超音波変換器への電力を調節するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、温度制御を伴う超音波封止を提供するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、時間の関数としての超音波変換器電流及び超音波ブレード温度のグラフ表示である。 本開示の少なくとも1つの態様による、超音波エンドエフェクタ内の組織の位置決めを描写するクランプアーム及び超音波ブレードを示す超音波エンドエフェクタの底面図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、所定の超音波発生器電力レベルが増加する範囲にわたって超音波エンドエフェクタ内の組織の位置の関数としての超音波変換器インピーダンスの変化を示すグラフ表示である。 本開示の少なくとも1つの態様による、超音波エンドエフェクタ内の組織の位置に対する時間の関数としての超音波変換器インピーダンスの変化を示すグラフ表示である。 本開示の少なくとも1つの態様による、組織の位置決めを決定するために超音波変換器に印加される非治療範囲の電力における動作を特定するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、ジョー部材上に位置する赤外線(IR)センサを備える超音波外科用器具のエンドエフェクタの一態様を示す。 本開示の一態様による、図59に示されるIRセンサが、一体的に取り付け又は形成され得るフレキシブル回路の一態様を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、クランプアーム及び超音波ブレードを備える超音波エンドエフェクタの断面図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、平面図で示されるフレキシブル回路基板上に取り付けられたIR屈折検出センサ回路を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、IR反射率を測定して組織組成を決定して超音波変換器の振幅を調整するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、時間が水平軸に沿って示され、クランプアーム位置の変化が縦軸に沿って示された、本開示の様々な態様に従ってコラーゲン変態点を特定するための、クランプアームの閉鎖率対時間のグラフ表示である。 図64Aに示されるグラフ表示の拡大部分である。 本開示の少なくとも1つの態様による、コラーゲン変態点を検出して、クランプアームの閉鎖率又は超音波変換器の振幅を制御するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、組織温度が水平軸に沿って示され、超音波変換器インピーダンスが縦軸に沿って示された、本開示の様々な態様に従ってコラーゲン/エラスチン比を特定するためのコラーゲン変態温度点の識別のグラフ表示である。 本開示の少なくとも1つの態様による、コラーゲン/エラスチン比を特定するためにコラーゲン変態温度を特定するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、超音波ブレードにわたる圧縮負荷の分布のグラフ表示である。 本開示の少なくとも1つの態様による、組織に加えられた圧力対時間のグラフ表示である。 本開示の少なくとも1つの態様による、組織の位置を検出するための単一ジョー電極アレイを含むエンドエフェクタを示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、図70の単一ジョー電極アレイの活性化マトリックスである。 本開示の少なくとも1つの態様による、組織の位置を検出するためのデュアルジョー電極アレイを含むエンドエフェクタを示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、図72のデュアルジョー電極アレイの活性化マトリックスである。 本開示の少なくとも1つの態様による、図73の活性化マトリックスに対応するエンドエフェクタによって把持された組織に重ね合わされた電極の対向する組を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、デュアルジョーセグメント化電極アレイを含むエンドエフェクタを示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、セグメント化電極アレイを含むジョーに重ね合わされた組織を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、バンドパスフィルタを含むセグメント化電極アレイ回路の回路図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、図76で把持された組織に対応する周波数応答のグラフ表示である。 本開示の少なくとも1つの態様による、駆動周波数及び超音波ブレード温度ドリフトの関数としての超音波変換器システムの周波数のグラフ表示である。 本開示の少なくとも1つの態様による、時間の関数としての超音波変換器の温度のグラフ表示である。 本開示の少なくとも1つの態様による、超音波ブレードの温度の関数として共振周波数を移動させる超音波ブレードの温度に基づく共振周波数のモーダルシフトのグラフ表示である。 本開示の少なくとも1つの態様による、超音波変換器のインピーダンスの位相及び大きさが周波数の関数としてプロットされている、エンドエフェクタの様々な異なる状態及び条件を有する超音波外科用器具のスペクトルである。 本開示の少なくとも1つの態様による、一組の訓練データSに基づくデータの分類のための方法論であり、超音波変換器インピーダンスの大きさ及び位相は、周波数の関数としてプロットされている。 本開示の少なくとも1つの態様による、複素インピーダンス特性パターン(指紋)に基づいて、ジョーの状態を決定するための制御プログラム又は論理構成を示す論理フロー図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、外科用ハブの状況認識を示す時間線である。
Features of various aspects are set forth with particularity in the appended claims. The various aspects, both as to organization and method of operation, however, together with further objects and advantages thereof, may best be understood by reference to the following description, taken in conjunction with the accompanying drawings, which follow.
1 is a block diagram of a computer-implemented interactive surgical system, according to at least one aspect of the present disclosure; FIG. A surgical system used to perform a surgical procedure in an operating room, according to at least one aspect of the present disclosure. 1 is a surgical hub paired with a visualization system, a robotic system, and an intelligent instrument according to at least one aspect of the present disclosure; FIG. 122 is a partial perspective view of a surgical hub housing and a combination generator module slidably receivable within a drawer of the surgical hub housing in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 1 is a perspective view of a combination generator module comprising bipolar, ultrasonic, and monopolar contacts and smoke evacuation components in accordance with at least one aspect of the present disclosure; FIG. 4 illustrates individual power bus attachments for multiple lateral docking ports of a lateral modular housing configured to receive multiple modules, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 1 illustrates a vertical modular housing configured to receive multiple modules, according to at least one aspect of the present disclosure; Cloud modular devices located in one or more operating rooms of a medical facility, or any room within a medical facility with specialized equipment for surgical procedures, according to at least one aspect of the present disclosure. 1 illustrates a surgical data network with modular communication hubs configured to connect; 1 illustrates a computer-implemented interactive surgical system, according to at least one aspect of the present disclosure; 1 illustrates a surgical hub comprising multiple modules coupled to a modular control tower, according to at least one aspect of the present disclosure; 1 illustrates one aspect of a universal serial bus (USB) network hub device, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 1 illustrates a logic diagram of a control system for a surgical instrument or tool, according to at least one aspect of the present disclosure; FIG. 1 illustrates a control circuit configured to control aspects of a surgical instrument or tool, according to at least one aspect of the present disclosure; FIG. 11 illustrates a combinational logic circuit configured to control aspects of a surgical instrument or tool, according to at least one aspect of the present disclosure; FIG. 4 illustrates a sequential logic circuit configured to control aspects of a surgical instrument or tool, according to at least one aspect of the present disclosure; 1 illustrates a surgical instrument or tool comprising multiple motors that can be activated to perform various functions, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 1 is a schematic diagram of a robotic surgical instrument configured to manipulate a surgical tool described herein, according to at least one aspect of the present disclosure; FIG. FIG. 10 illustrates a block diagram of a surgical instrument programmed to control distal translation of a displacement member, according to at least one aspect of the present disclosure; 1 is a circuit diagram of a surgical instrument configured to control various functions in accordance with at least one aspect of the present disclosure; FIG. A system configured to execute an adaptive ultrasonic blade control algorithm within a surgical data network comprising a modular communication hub, according to at least one aspect of the present disclosure. 1 illustrates one example of a generator, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; A surgical system comprising a generator and various surgical instruments usable with the generator, according to at least one aspect of the present disclosure. An end effector according to at least one aspect of the present disclosure. 23 is a diagram of the surgical system of FIG. 22 in accordance with at least one aspect of the present disclosure; FIG. 4 is a model illustrating operating branch currents, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 2 is a structural diagram of a generator architecture, according to at least one aspect of the present disclosure; FIG. FIG. 4 is a functional diagram of a generator architecture, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; FIG. 4 is a functional diagram of a generator architecture, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; FIG. 4 is a functional diagram of a generator architecture, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 4A-4B are structural and functional aspects of a generator, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 4A-4B are structural and functional aspects of a generator, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 1 is a circuit diagram of one aspect of an ultrasonic drive circuit; FIG. 4 is a circuit diagram of a control circuit, according to at least one aspect of the present disclosure; FIG. FIG. 4 shows a simplified block circuit diagram illustrating another electrical circuit housed within a modular ultrasonic surgical instrument in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 2 illustrates a generator circuit divided into multiple stages, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 1 illustrates a generator circuit divided into multiple stages, with a first stage circuit in common with a second stage circuit, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 1 is a circuit diagram of one aspect of a drive circuit configured to drive radio frequency current (RF), in accordance with at least one aspect of the present disclosure; FIG. A digital synthesis circuit, such as a direct digital synthesis (DDS) circuit, configured to generate multiple waveforms of electrical signal waveforms for use in a surgical instrument, according to at least one aspect of the present disclosure. 1 shows one aspect of the basic architecture. 1 illustrates one aspect of direct digital synthesis (DDS) circuitry configured to generate multiple waveforms of an electrical signal waveform for use in a surgical instrument, according to at least one aspect of the present disclosure; One cycle of the discrete-time digital electrical signal waveform according to at least one aspect of the present disclosure of the analog waveform (shown superimposed on the discrete-time digital electrical signal waveform for comparison purposes) according to at least one aspect of the present disclosure show. According to one aspect of the present disclosure, a control configured to provide gradual closure of the closure member as the closure member advances distally to close the clamp arm and apply a closure force load at a desired rate. 1 is a diagram of a system; FIG. 1 illustrates a proportional-integral-derivative (PID) controller feedback control system, according to one aspect of the present disclosure; 1 is a system diagram of a segmented circuit comprising multiple independently operating circuit segments, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; FIG. 1 is a circuit diagram of various components of a surgical instrument with motor control capabilities, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; FIG. An alternative system for controlling the frequency and detecting impedance of an ultrasonic electromechanical system, according to at least one aspect of the present disclosure. FIG. 4 is a graphical representation of impedance phase angle as a function of resonant frequency for the same ultrasonic device with cold (blue) and hot (red) ultrasonic blades. FIG. 4 is a graphical representation of impedance magnitude as a function of resonant frequency for the same ultrasonic device with cold (blue) and hot (red) ultrasonic blades. FIG. 4 is a diagram of a Kalman filter that refines a temperature estimator and state-space model based on impedance across an ultrasonic transducer measured at various frequencies, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 45 are three probability distributions employed by the Kalman filter state estimator shown in FIG. 44 to maximize estimation, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 1 is a graphical representation of temperature versus time for an ultrasonic device without temperature control reaching a maximum temperature of 490°C. 4 is a graphical representation of temperature versus time for an ultrasound device having temperature control to reach a maximum temperature of 320° C., according to at least one aspect of the present disclosure; FIG. 10 is a graphical representation of feedback control for adjusting the ultrasonic power applied to the ultrasonic transducer when a rapid temperature drop of the ultrasonic blade is detected, and is a graphical representation of ultrasonic power as a function of time; FIG. be. FIG. 4 is a graphical representation of feedback control for adjusting the ultrasonic power applied to the ultrasonic transducer when a rapid temperature drop of the ultrasonic blade is detected, as a function of time, according to at least one aspect of the present disclosure; FIG. 4 is a plot of ultrasonic blade temperature as . FIG. 3 is a process logic flow diagram illustrating a control program or logic configuration for controlling the temperature of an ultrasonic blade, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 4 is a graphical representation of ultrasonic blade temperature as a function of time during vessel firing, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; FIG. 3 is a logic flow diagram of a process showing a control program or logic configuration for controlling the temperature of an ultrasonic blade between two temperature setpoints in accordance with at least one aspect of the present disclosure; FIG. 3 is a process logic flow diagram illustrating a control program or logic configuration for determining an initial temperature of an ultrasonic blade, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; for determining when an ultrasonic blade is approaching instability and subsequently adjusting power to an ultrasonic transducer to prevent ultrasonic transducer instability, according to at least one aspect of the present disclosure; FIG. 4 is a logic flow diagram of a process showing control programs or logic constructs. FIG. 3 is a logic flow diagram of a process showing a control program or logic configuration for providing ultrasonic sealing with temperature control, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 4 is a graphical representation of ultrasonic transducer current and ultrasonic blade temperature as a function of time, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; FIG. 19 is a bottom view of an ultrasonic end effector showing a clamp arm and ultrasonic blade depicting tissue positioning within the ultrasonic end effector, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 4 is a graphical representation showing changes in ultrasound transducer impedance as a function of tissue position within an ultrasound end effector over a range of increasing predetermined ultrasound generator power levels, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 4 is a graphical representation showing changes in ultrasound transducer impedance as a function of time versus tissue position within an ultrasound end effector, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 4 is a logic flow diagram of a process showing a control program or logic configuration for specifying operation in a non-therapeutic range of power applied to an ultrasound transducer to determine tissue positioning, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; FIG. be. 1 illustrates one aspect of an ultrasonic surgical instrument end effector including an infrared (IR) sensor located on a jaw member, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; The IR sensor shown in FIG. 59, according to one aspect of the present disclosure, illustrates one aspect of a flexible circuit that may be integrally attached or formed. 3 is a cross-sectional view of an ultrasonic end effector comprising a clamp arm and an ultrasonic blade in accordance with at least one aspect of the present disclosure; FIG. FIG. 11 illustrates an IR refraction detection sensor circuit mounted on a flexible circuit board shown in plan view, according to at least one aspect of the present disclosure; FIG. FIG. 4 is a logic flow diagram of a process showing a control program or logic configuration for measuring IR reflectance to determine tissue composition and adjusting ultrasound transducer amplitude, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; For determining a collagen transformation point according to various aspects of the present disclosure, with time shown along the horizontal axis and changes in clamp arm position shown along the vertical axis, according to at least one aspect of the present disclosure: Fig. 10 is a graphical representation of clamp arm closure rate versus time; 64B is an enlarged portion of the graphical representation shown in FIG. 64A. FIG. 4 is a logic flow diagram of a process showing a control program or logic configuration for detecting a collagen transformation point and controlling a clamp arm closure rate or an ultrasonic transducer amplitude, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; To determine the collagen/elastin ratio according to various aspects of the present disclosure, with tissue temperature shown along the horizontal axis and ultrasound transducer impedance shown along the vertical axis, according to at least one aspect of the present disclosure. is a graphical representation of the identification of collagen transformation temperature points in . FIG. 10 is a logic flow diagram of a process showing a control program or logic configuration for identifying a collagen transformation temperature to identify a collagen/elastin ratio, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 4 is a graphical representation of compressive load distribution across an ultrasonic blade, according to at least one aspect of the present disclosure; 4 is a graphical representation of pressure applied to tissue versus time, according to at least one aspect of the present disclosure; 10 illustrates an end effector including a single jaw electrode array for detecting tissue position, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 71 is an activation matrix for the single-jaw electrode array of FIG. 70, according to at least one aspect of the present disclosure; 10 illustrates an end effector including a dual-jaw electrode array for detecting tissue position, according to at least one aspect of the present disclosure; 73 is an activation matrix for the dual jaw electrode array of FIG. 72, according to at least one aspect of the present disclosure; 74 illustrates opposing sets of electrodes superimposed on tissue grasped by an end effector corresponding to the activation matrix of FIG. 73, according to at least one aspect of the present disclosure; 10 illustrates an end effector including a dual jaw segmented electrode array, according to at least one aspect of the present disclosure; FIG. 11 illustrates tissue superimposed on jaws including a segmented electrode array, according to at least one aspect of the present disclosure; FIG. FIG. 3 is a schematic diagram of a segmented electrode array circuit including a bandpass filter, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 77 is a graphical representation of frequency response corresponding to the tissue grasped in FIG. 76, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 4 is a graphical representation of ultrasonic transducer system frequency as a function of drive frequency and ultrasonic blade temperature drift, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 4 is a graphical representation of ultrasonic transducer temperature as a function of time, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 4 is a graphical representation of a modal shift in resonant frequency based on ultrasonic blade temperature shifting resonant frequency as a function of ultrasonic blade temperature, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 4 is a spectrum of an ultrasonic surgical instrument having various different end effector states and conditions in which the phase and magnitude of the impedance of the ultrasonic transducer are plotted as a function of frequency, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; . A methodology for classification of data based on a set of training data S, wherein magnitude and phase of ultrasound transducer impedance are plotted as a function of frequency, according to at least one aspect of the present disclosure. FIG. 4 is a logic flow diagram illustrating a control program or logic configuration for determining jaw status based on a complex impedance signature pattern (fingerprint), in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 4 is a timeline illustrating surgical hub situational awareness, in accordance with at least one aspect of the present disclosure;

本願の出願人は、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、2018年8月28日出願の以下の米国特許出願を所有する。
・「ESTIMATING STATE OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する米国特許出願整理番号END8536USNP2/180107-2、
・「TEMPERATURE CONTROL OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する米国特許出願整理番号END8560USNP2/180106-2、
・「RADIO FREQUENCY ENERGY DEVICE FOR DELIVERING COMBINED ELECTRICAL SIGNALS」と題する米国特許出願整理番号END8561USNP1/180144-1、
・「CONTROLLING AN ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO TISSUE LOCATION」と題する米国特許出願整理番号END8563USNP1/180139-1、
・「CONTROLLING ACTIVATION OF AN ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO THE PRESENCE OF TISSUE」と題する米国特許出願整理番号END8563USNP2/180139-2、
・「DETERMINING TISSUE COMPOSITION VIA AN ULTRASONIC SYSTEM」と題する米国特許出願整理番号END8563USNP3/180139-3、
・「DETERMINING THE STATE OF AN ULTRASONIC ELECTROMECHANICAL SYSTEM ACCORDING TO FREQUENCY SHIFT」と題する米国特許出願整理番号END8563USNP4/180139-4、
・「SITUATIONAL AWARENESS OF ELECTROSURGICAL SYSTEMS」と題する米国特許出願整理番号END8564USNP1/180140-1、
・「MECHANISMS FOR CONTROLLING DIFFERENT ELECTROMECHANICAL SYSTEMS OF AN ELECTROSURGICAL INSTRUMENT」と題する米国特許出願整理番号END8564USNP2/180140-2、
・「DETECTION OF END EFFECTOR IMMERSION IN LIQUID」と題する米国特許出願整理番号END8564USNP3/180140-3、
・「INTERRUPTION OF ENERGY DUE TO INADVERTENT CAPACITIVE COUPLING」と題する米国特許出願整理番号END8565USNP1/180142-1、
・「INCREASING RADIO FREQUENCY TO CREATE PAD-LESS MONOPOLAR LOOP」と題する米国特許出願整理番号END8565USNP2/180142-2、
・「BIPOLAR COMBINATION DEVICE THAT AUTOMATICALLY ADJUSTS PRESSURE BASED ON ENERGY MODALITY」と題する米国特許出願整理番号END8566USNP1/180143-1、及び
・「ACTIVATION OF ENERGY DEVICES」と題する米国特許出願整理番号END8573USNP1/180145-1。
The applicant of this application owns the following US patent applications filed Aug. 28, 2018, the entire disclosures of each of which are incorporated herein by reference:
U.S. Patent Application Serial No. END8536USNP2/180107-2 entitled "ESTIMATING STATE OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR";
U.S. Patent Application Serial No. END8560USNP2/180106-2 entitled "TEMPERATURE CONTROL OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR";
U.S. Patent Application Serial No. END8561USNP1/180144-1 entitled "RADIO FREQUENCY ENERGY DEVICE FOR DELIVERING COMBINED COMBINED ELECTRICAL SIGNALS";
U.S. Patent Application Serial No. END8563USNP1/180139-1 entitled "CONTROLLING AN ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO TISSUE LOCATION";
U.S. Patent Application Docket No. END8563USNP2/180139-2, entitled "CONTROLLING ACTIVATION OF AN ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO THE PRESENCE OF TISSUE";
U.S. Patent Application Serial No. END8563USNP3/180139-3 entitled "DETERMINING TISSUE COMPOSITION VIA AN ULTRASONIC SYSTEM";
- U.S. Patent Application Serial No. END8563USNP4/180139-4 entitled "DETERMINING THE STATE OF AN ULTRASONIC ELECTROMECHANICAL SYSTEM ACCORDING TO FREQUENCY SHIFT";
- U.S. Patent Application Serial No. END8564USNP1/180140-1, entitled "SITUATIONAL AWARENESS OF ELECTROSURGICAL SYSTEMS";
U.S. Patent Application Serial No. END8564USNP2/180140-2, entitled "MECHANISMS FOR CONTROLLING DIFFERENT ELECTROMECHANICAL SYSTEMS OF AN ELECTROSURGICAL INSTRUMENT";
U.S. Patent Application Docket No. END8564USNP3/180140-3 entitled "DETECTION OF END EFFECTOR IMMERSION IN LIQUID";
U.S. Patent Application Docket No. END8565USNP1/180142-1 entitled "INTERRUPTION OF ENERGY DUE TO INADVERTENT CAPACITIVE COUPLING";
- U.S. Patent Application Serial No. END8565USNP2/180142-2 entitled "INCREASING RADIO FREQUENCY TO CREATE PAD-LESS MONOPOLAR LOOP";
U.S. Patent Application Serial No. END8566USNP1/180143-1 entitled "BIPOLAR COMBINATION DEVICE THAT AUTOMATICALLY ADJUSTS PRESSURE BASED ON ENERGY MODALITY";ES", docket number END8573USNP1/180145-1.

本願の出願人は、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、2018年8月23日出願の以下の米国特許出願を所有する。
・「CONTROLLING AN ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO TISSUE LOCATION」と題する米国特許仮出願第62/721,995号、
・「SITUATIONAL AWARENESS OF ELECTROSURGICAL SYSTEMS」と題する米国特許仮出願第62/721,998号、
・「INTERRUPTION OF ENERGY DUE TO INADVERTENT CAPACITIVE COUPLING」と題する米国特許仮出願第62/721,999号、
・「BIPOLAR COMBINATION DEVICE THAT AUTOMATICALLY ADJUSTS PRESSURE BASED ON ENERGY MODALITY」と題する米国特許仮出願第62/721,994号、及び
・「RADIO FREQUENCY ENERGY DEVICE FOR DELIVERING COMBINED ELECTRICAL SIGNALS」と題する米国特許仮出願第62/721,996号。
The applicant of this application owns the following US patent applications filed Aug. 23, 2018, the entire disclosures of each of which are incorporated herein by reference:
U.S. Provisional Patent Application No. 62/721,995 entitled "CONTROLLING AN ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO TISSUE LOCATION";
- U.S. Provisional Patent Application No. 62/721,998 entitled "SITUATIONAL AWARENESS OF ELECTROSURGICAL SYSTEMS";
U.S. Provisional Patent Application No. 62/721,999 entitled "INTERRUPTION OF ENERGY DUE TO INADVERTENT CAPACITIVE COUPLING";
U.S. Provisional Patent Application No. 62/721,994 entitled "BIPOLAR COMBINATION DEVICE THAT AUTOMATICALLY ADJUSTS PRESSURE BASED ON ENERGY MODALITY"; U.S. Provisional Patent Application Serial No. 62, entitled ELIVERING COMBINED ELECTRICAL SIGNALS 721,996.

本願の出願人は、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、2018年6月30日出願の以下の米国特許出願を所有する。
・「SMART ACTIVATION OF AN ENERGY DEVICE BY ANOTHER DEVICE」と題する米国特許仮出願第62/692,747号、
・「SMART ENERGY ARCHITECTURE」と題する米国特許仮出願第62/692,748号、及び
・「SMART ENERGY DEVICES」と題する米国特許仮出願第62/692,768号。
The applicant of this application owns the following US patent applications filed June 30, 2018, the entire disclosures of each of which are incorporated herein by reference:
- U.S. Provisional Patent Application No. 62/692,747 entitled "SMART ACTIVATION OF AN ENERGY DEVICE BY ANOTHER DEVICE";
• US Provisional Patent Application No. 62/692,748, entitled "SMART ENERGY ARCHITECTURE"; and • US Provisional Patent Application No. 62/692,768, entitled "SMART ENERGY DEVICES."

本願の出願人は、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、2018年6月29日出願の以下の米国特許出願を所有する。
・「CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS」と題する米国特許出願第16/024,090号、
・「CONTROLLING A SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO SENSED CLOSURE PARAMETERS」と題する米国特許出願第16/024,057号、
・「SYSTEMS FOR ADJUSTING END EFFECTOR PARAMETERS BASED ON PERIOPERATIVE INFORMATION」と題する米国特許出願第16/024,067号、
・「SAFETY SYSTEMS FOR SMART POWERED SURGICAL STAPLING」と題する米国特許出願第16/024,075号、
・「SAFETY SYSTEMS FOR SMART POWERED SURGICAL STAPLING」と題する米国特許出願第16/024,083号、
・「SURGICAL SYSTEMS FOR DETECTING END EFFECTOR TISSUE DISTRIBUTION IRREGULARITIES」と題する米国特許出願第16/024,094号、
・「SYSTEMS FOR DETECTING PROXIMITY OF SURGICAL END EFFECTOR TO CANCEROUS TISSUE」と題する米国特許出願第16/024,138号、
・「SURGICAL INSTRUMENT CARTRIDGE SENSOR ASSEMBLIES」と題する米国特許出願第16/024,150号、
・「VARIABLE OUTPUT CARTRIDGE SENSOR ASSEMBLY」と題する米国特許出願第16/024,160号、
・「SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE ELECTRODE」と題する米国特許出願第16/024,124号、
・「SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE CIRCUIT」と題する米国特許出願第16/024,132号、
・「SURGICAL INSTRUMENT WITH A TISSUE MARKING ASSEMBLY」と題する米国特許出願第16/024,141号、
・「SURGICAL SYSTEMS WITH PRIORITIZED DATA TRANSMISSION CAPABILITIES」と題する米国特許出願第16/024,162号、
・「SURGICAL EVACUATION SENSING AND MOTOR CONTROL」と題する米国特許出願第16/024,066号、
・「SURGICAL EVACUATION SENSOR ARRANGEMENTS」と題する米国特許出願第16/024,096号、
・「SURGICAL EVACUATION FLOW PATHS」と題する米国特許出願第16/024,116号、
・「SURGICAL EVACUATION SENSING AND GENERATOR CONTROL」と題する米国特許出願第16/024,149号、
・「SURGICAL EVACUATION SENSING AND DISPLAY」と題する米国特許出願第16/024,180号、
・「COMMUNICATION OF SMOKE EVACUATION SYSTEM PARAMETERS TO HUB OR CLOUD IN SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM」と題する米国特許出願第16/024,245号、
・「SMOKE EVACUATION SYSTEM INCLUDING A SEGMENTED CONTROL CIRCUIT FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM」と題する米国特許出願第16/024,258号、
・「SURGICAL EVACUATION SYSTEM WITH A COMMUNICATION CIRCUIT FOR COMMUNICATION BETWEEN A FILTER AND A SMOKE EVACUATION DEVICE」と題する米国特許出願第16/024,265号、及び
・「DUAL IN-SERIES LARGE AND SMALL DROPLET FILTERS」と題する米国特許出願第16/024,273号。
The applicant of this application owns the following US patent applications filed June 29, 2018, the entire disclosures of each of which are incorporated herein by reference:
- U.S. Patent Application No. 16/024,090 entitled "CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS";
- U.S. patent application Ser.
U.S. patent application Ser.
U.S. Patent Application No. 16/024,075 entitled "SAFETY SYSTEMS FOR SMART POWERED SURGICAL STAPLING";
- U.S. Patent Application No. 16/024,083 entitled "SAFETY SYSTEMS FOR SMART POWERED SURGICAL STAPLING";
- U.S. Patent Application No. 16/024,094 entitled "SURGICAL SYSTEMS FOR DETECTING END EFFECTOR TISSUE DISTRIBUTION IRREGULARITIES";
U.S. patent application Ser.
U.S. Patent Application No. 16/024,150 entitled "SURGICAL INSTRUMENT CARTRIDGE SENSOR ASSEMBLIES";
- U.S. Patent Application No. 16/024,160 entitled "VARIABLE OUTPUT CARTRIDGE SENSOR ASSEMBLY";
- U.S. Patent Application No. 16/024,124 entitled "SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE ELECTRODE";
- U.S. Patent Application No. 16/024,132 entitled "SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE CIRCUIT";
- U.S. Patent Application No. 16/024,141 entitled "SURGICAL INSTRUMENT WITH A TISSUE MARKING ASSEMBLY";
- U.S. Patent Application No. 16/024,162 entitled "SURGICAL SYSTEMS WITH PRIORITIZED DATA TRANSMISSION CAPABILITIES";
- U.S. Patent Application No. 16/024,066 entitled "SURGICAL EVACUATION SENSING AND MOTOR CONTROL";
- U.S. Patent Application No. 16/024,096 entitled "SURGICAL EVACUATION SENSOR ARRANGEMENTS";
- U.S. Patent Application No. 16/024,116 entitled "SURGICAL EVACUATION FLOW PATHS";
U.S. Patent Application No. 16/024,149 entitled "SURGICAL EVACUATION SENSING AND GENERATOR CONTROL";
- U.S. Patent Application No. 16/024,180 entitled "SURGICAL EVACUATION SENSING AND DISPLAY";
- U.S. patent application Ser.
- U.S. patent application Ser.
- U.S. patent application Ser. L IN-SERIES LARGE AND SMALL DROPLET FILTERS. Application Serial No. 16/024,273.

本願の出願人は、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、2018年6月28日出願の以下の米国特許仮出願を所有する。
・「A METHOD OF USING REINFORCED FLEX CIRCUITS WITH MULTIPLE SENSORS WITH ELECTROSURGICAL DEVICES」と題する米国特許仮出願第62/691,228号、
・「CONTROLLING A SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO SENSED CLOSURE PARAMETERS」と題する米国特許仮出願第62/691,227号、
・「SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE ELECTRODE」と題する米国特許仮出願第62/691,230号、
・「SURGICAL EVACUATION SENSING AND MOTOR CONTROL」と題する米国特許仮出願第62/691,219号、
・「COMMUNICATION OF SMOKE EVACUATION SYSTEM PARAMETERS TO HUB OR CLOUD IN SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM」と題する米国特許仮出願第62/691,257号、
・「SURGICAL EVACUATION SYSTEM WITH A COMMUNICATION CIRCUIT FOR COMMUNICATION BETWEEN A FILTER AND A SMOKE EVACUATION DEVICE」と題する米国特許仮出願第62/691,262号、及び
・「DUAL IN-SERIES LARGE AND SMALL DROPLET FILTERS」と題する米国特許仮出願第62/691,251号。
The applicant of this application owns the following US provisional patent applications filed June 28, 2018, the entire disclosures of each of which are incorporated herein by reference:
U.S. Provisional Patent Application No. 62/691,228 entitled "A METHOD OF USING REINFORCED FLEX CIRCUITS WITH MULTIPLE SENSORS WITH ELECTROSURGICAL DEVICES";
- U.S. Provisional Patent Application No. 62/691,227, entitled "CONTROLLING A SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO SENSED CLOSURE PARAMETERS";
- U.S. Provisional Patent Application No. 62/691,230 entitled "SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE ELECTRODE";
- U.S. Provisional Patent Application No. 62/691,219 entitled "SURGICAL EVACUATION SENSING AND MOTOR CONTROL";
"Communication OF SMOKE Evacutations to Hub or Cloud IN SMOKE EVACUATION MODULE FORGIVE SURGICAL SURGICAL PLATFORM "US Patent Open application No. 62/691, 257,
U.S. Provisional Patent Application No. 62/691,262 entitled "SURGICAL EVACUATION SYSTEM WITH A COMMUNICATION CIRCUIT FOR COMMUNICATION BETWEEN A FILTER AND A SMOKE EVACUATION DEVICE"; AL IN-SERIES LARGE AND SMALL DROPLET FILTERS Provisional Patent Application No. 62/691,251.

本願の出願人は、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、2018年4月19日出願の以下の米国特許仮出願を所有する。
・「METHOD OF HUB COMMUNICATION」と題する米国特許仮出願第62/659,900号。
The applicant of this application owns the following US provisional patent applications, filed April 19, 2018, the entire disclosures of each of which are incorporated herein by reference:
• US Provisional Patent Application No. 62/659,900 entitled "METHOD OF HUB COMMUNICATION".

本願の出願人は、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、2018年3月30日出願の以下の米国特許仮出願を所有する。
・「CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS」と題する2018年3月30日出願の米国特許仮出願第62/650,898号、
・「SURGICAL SYSTEMS WITH OPTIMIZED SENSING CAPABILITIES」と題する米国特許仮出願第62/650,887号、
・「SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM」と題する米国特許仮出願第62/650,882号、及び
・「SURGICAL SMOKE EVACUATION SENSING AND CONTROLS」と題する米国特許仮出願第62/650,877号。
The applicant of this application owns the following US provisional patent applications filed March 30, 2018, the entire disclosures of each of which are incorporated herein by reference:
U.S. Provisional Patent Application No. 62/650,898, filed March 30, 2018, entitled "CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS";
- U.S. Provisional Patent Application No. 62/650,887 entitled "SURGICAL SYSTEMS WITH OPTIMIZED SENSING CAPABILITIES";
U.S. Provisional Patent Application No. 62/650,882 entitled "SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM"; , 877.

本願の出願人は、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、2018年3月29日出願の以下の米国特許出願を所有する。
・「INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH ENCRYPTED COMMUNICATION CAPABILITIES」と題する米国特許出願第15/940,641号、
・「INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH CONDITION HANDLING OF DEVICES AND DATA CAPABILITIES」と題する米国特許出願第15/940,648号、
・「SURGICAL HUB COORDINATION OF CONTROL AND COMMUNICATION OF OPERATING ROOM DEVICES」と題する米国特許出願第15/940,656号、
・「SPATIAL AWARENESS OF SURGICAL HUBS IN OPERATING ROOMS」と題する米国特許出願第15/940,666号、
・「COOPERATIVE UTILIZATION OF DATA DERIVED FROM SECONDARY SOURCES BY INTELLIGENT SURGICAL HUBS」と題する米国特許出願第15/940,670号、
・「SURGICAL HUB CONTROL ARRANGEMENTS」と題する米国特許出願第15/940,677号、
・「DATA STRIPPING METHOD TO INTERROGATE PATIENT RECORDS AND CREATE ANONYMIZED RECORD」と題する米国特許出願第15/940,632号、
・「COMMUNICATION HUB AND STORAGE DEVICE FOR STORING PARAMETERS AND STATUS OF A SURGICAL DEVICE TO BE SHARED WITH CLOUD BASED ANALYTICS SYSTEMS」と題する米国特許出願第15/940,640号、
・「SELF DESCRIBING DATA PACKETS GENERATED AT AN ISSUING INSTRUMENT」と題する米国特許出願第15/940,645号、
・「DATA PAIRING TO INTERCONNECT A DEVICE MEASURED PARAMETER WITH AN OUTCOME」と題する米国特許出願第15/940,649号、
・「SURGICAL HUB SITUATIONAL AWARENESS」と題する米国特許出願第15/940,654号、
・「SURGICAL SYSTEM DISTRIBUTED PROCESSING」と題する米国特許出願第15/940,663号、
・「AGGREGATION AND REPORTING OF SURGICAL HUB DATA」と題する米国特許出願第15/940,668号、
・「SURGICAL HUB SPATIAL AWARENESS TO DETERMINE DEVICES IN OPERATING THEATER」と題する米国特許出願第15/940,671号、
・「DISPLAY OF ALIGNMENT OF STAPLE CARTRIDGE TO PRIOR LINEAR STAPLE LINE」と題する米国特許出願第15/940,686号、
・「STERILE FIELD INTERACTIVE CONTROL DISPLAYS」と題する米国特許出願第15/940,700号、
・「COMPUTER IMPLEMENTED INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS」と題する米国特許出願第15/940,629号、
・「USE OF LASER LIGHT AND RED-GREEN-BLUE COLORATION TO DETERMINE PROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT」と題する米国特許出願第15/940,704号、
・「CHARACTERIZATION OF TISSUE IRREGULARITIES THROUGH THE USE OF MONO-CHROMATIC LIGHT REFRACTIVITY」と題する米国特許出願第15/940,722号、及び
・「DUAL CMOS ARRAY IMAGING」と題する米国特許出願第15/940,742号。
・「ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL DEVICES」と題する米国特許出願第15/940,636号、
・「ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL HUBS」と題する米国特許出願第15/940,653号、
・「CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR CUSTOMIZATION AND RECOMMENDATIONS TO A USER」と題する米国特許出願第15/940,660号、
・「CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR LINKING OF LOCAL USAGE TRENDS WITH THE RESOURCE ACQUISITION BEHAVIORS OF LARGER DATA SET」と題する米国特許出願第15/940,679号、
・「CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR MEDICAL FACILITY SEGMENTED INDIVIDUALIZATION OF INSTRUMENT FUNCTION」と題する米国特許出願第15/940,694号、
・「CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR SECURITY AND AUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES」と題する米国特許出願第15/940,634号、
・「DATA HANDLING AND PRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICS NETWORK」と題する米国特許出願第15/940,706号、及び
・「CLOUD INTERFACE FOR COUPLED SURGICAL DEVICES」と題する米国特許出願第15/940,675号。
・「DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」と題する米国特許出願第15/940,627号、
・「COMMUNICATION ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」と題する米国特許出願第15/940,637号、
・「CONTROLS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」と題する米国特許出願第15/940,642号、
・「AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」と題する米国特許出願第15/940,676号、
・「CONTROLLERS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」と題する米国特許出願第15/940,680号、
・「COOPERATIVE SURGICAL ACTIONS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」と題する米国特許出願第15/940,683号、
・「DISPLAY ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」と題する米国特許出願第15/940,690号、及び
・「SENSING ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」と題する米国特許出願第15/940,711号。
The applicant of this application owns the following US patent applications filed March 29, 2018, the entire disclosures of each of which are incorporated herein by reference:
U.S. Patent Application No. 15/940,641, entitled "INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH ENCRYPTED COMMUNICATION CAPABILITIES";
- U.S. patent application Ser.
U.S. Patent Application No. 15/940,656 entitled "SURGICAL HUB COORDINATION OF CONTROL AND COMMUNICATION OF OPERATING ROOM DEVICES";
- U.S. patent application Ser.
U.S. Patent Application No. 15/940,670 entitled "COOPERATIVE UTILIZATION OF DATA DERIVED FROM SECONDARY SOURCES BY INTELLIGENT SURGICAL HUBS";
- U.S. Patent Application No. 15/940,677 entitled "SURGICAL HUB CONTROL ARRANGEMENTS";
- U.S. patent application Ser.
- U.S. Patent Application No. entitled "COMMUNICATION HUB AND STORAGE DEVICE FOR STORING PARAMETERS AND STATUS OF A SURGICAL DEVICE TO BE SHARED WITH CLOUD BASED ANALYTICS SYSTEMS" 15/940,640,
U.S. Patent Application No. 15/940,645, entitled "SELF DESCRIBING DATA PACKETS GENERATED AT AN ISSUING INSTRUMENT";
U.S. Patent Application No. 15/940,649, entitled "DATA PAIRING TO INTERCONNECT A DEVICE MEASURED PARAMETER WITH AN OUTCOME";
- U.S. Patent Application No. 15/940,654 entitled "SURGICAL HUB SITUATIONAL AWARENESS";
- U.S. Patent Application No. 15/940,663 entitled "SURGICAL SYSTEM DISTRIBUTED PROCESSING";
- U.S. Patent Application No. 15/940,668, entitled "AGGREGATION AND REPORTING OF SURGICAL HUB DATA";
- U.S. Patent Application No. 15/940,671 entitled "SURGICAL HUB SPATIAL AWARENESS TO DETERMINE DEVICES IN OPERATING THEATER"
U.S. Patent Application No. 15/940,686, entitled "DISPLAY OF ALIGNMENT OF STAPLE CARTRIDGE TO PRIOR LINE STAPLE LINE";
- U.S. Patent Application No. 15/940,700, entitled "STERILE FIELD INTERACTIVE CONTROL DISPLAYS";
U.S. Patent Application No. 15/940,629 entitled "COMPUTER IMPLEMENTED INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS";
- U.S. patent application Ser.
U.S. Patent Application No. 15/940,722, entitled "CHARACTERIZATION OF TISSUE IRREGULARITIES THROUGH THE USE OF MONO-CHROMATIC LIGHT REFRACTIVITY," and U.S. Patent Application No. 15/940, entitled "DUAL CMOS ARRAY IMAGING." , 742.
U.S. patent application Ser. No. 15/940,636 entitled "ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL DEVICES";
U.S. patent application Ser. No. 15/940,653 entitled "ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL HUBS";
- U.S. Patent Application No. 15/940,660 entitled "CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR CUSTOMIZATION AND RECOMMENDATIONS TO A USER"
- U.S. patent application Ser.
U.S. patent application Ser.
- U.S. Patent Application No. 15/940,634 entitled "CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR SECURITY AND AUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES"
U.S. Patent Application No. 15/940,706, entitled "DATA HANDLING AND PRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICS NETWORK"; No. 675.
- US patent application Ser.
- U.S. Patent Application No. 15/940,637, entitled "COMMUNICATION ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS";
- US patent application Ser.
- US patent application Ser.
- US patent application Ser.
U.S. patent application Ser.
U.S. Patent Application No. 15/940,690, entitled "DISPLAY ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS," and U.S. patent application Ser. No. 15/940,711.

本願の出願人は、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、2018年3月28日出願の以下の米国特許仮出願を所有する。
・「INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH ENCRYPTED COMMUNICATION CAPABILITIES」と題する米国特許仮出願第62/649,302号、
・「DATA STRIPPING METHOD TO INTERROGATE PATIENT RECORDS AND CREATE ANONYMIZED RECORD」と題する米国特許仮出願第62/649,294号、
・「SURGICAL HUB SITUATIONAL AWARENESS」と題する米国特許仮出願第62/649,300号、
・「SURGICAL HUB SPATIAL AWARENESS TO DETERMINE DEVICES IN OPERATING THEATER」と題する米国特許仮出願第62/649,309号、
・「COMPUTER IMPLEMENTED INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS」と題する米国特許仮出願第62/649,310号、
・「USE OF LASER LIGHT AND RED-GREEN-BLUE COLORATION TO DETERMINE PROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT」と題する米国特許仮出願第62/649,291号、
・「ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL DEVICES」と題する米国特許仮出願第62/649,296号、
・「CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR CUSTOMIZATION AND RECOMMENDATIONS TO A USER」と題する米国特許仮出願第62/649,333号、
・「CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR SECURITY AND AUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES」と題する米国特許仮出願第62/649,327号、
・「DATA HANDLING AND PRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICS NETWORK」と題する米国特許仮出願第62/649,315号、
・「CLOUD INTERFACE FOR COUPLED SURGICAL DEVICES」と題する米国特許仮出願第62/649,313号、
・「DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」と題する米国特許仮出願第62/649,320号、
・「AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」と題する米国特許仮出願第62/649,307号、及び
・「SENSING ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」と題する米国特許仮出願第62/649,323号。
The applicant of this application owns the following US provisional patent applications filed March 28, 2018, the entire disclosures of each of which are incorporated herein by reference:
U.S. Provisional Patent Application No. 62/649,302 entitled "INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH ENCRYPTED COMMUNICATION CAPABILITIES";
U.S. Provisional Patent Application No. 62/649,294 entitled "DATA STRIPING METHOD TO INTERROGATE PATIENT RECORDS AND CREATE ANONYMIZED RECORD";
U.S. Provisional Patent Application No. 62/649,300 entitled "SURGICAL HUB SITUATIONAL AWARENESS";
- U.S. Provisional Patent Application No. 62/649,309 entitled "SURGICAL HUB SPATIAL AWARENESS TO DETERMINE DEVICES IN OPERATING THEATER";
U.S. Provisional Patent Application No. 62/649,310 entitled "COMPUTER IMPLEMENTED INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS";
U.S. Provisional Patent Application No. 62/649,291 entitled "USE OF LASER LIGHT AND RED-GREEN-BLUE COLORATION TO DETERMINE PROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT";
U.S. Provisional Patent Application No. 62/649,296 entitled "ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL DEVICES";
- U.S. Provisional Patent Application No. 62/649,333 entitled "CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR CUSTOMIZATION AND RECOMMENDATIONS TO A USER";
U.S. Provisional Patent Application No. 62/649,327 entitled "CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR SECURITY AND AUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES";
U.S. Provisional Patent Application No. 62/649,315 entitled "DATA HANDLING AND PRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICS NETWORK";
- U.S. Provisional Patent Application No. 62/649,313 entitled "CLOUD INTERFACE FOR COUPLED SURGICAL DEVICES";
- U.S. Provisional Patent Application No. 62/649,320, entitled "DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS";
- U.S. Provisional Patent Application No. 62/649,307 entitled "AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTS FOR ROBOT - ASSISTED SURGICAL PLATFORMS"; U.S. Provisional Patent Application Serial No. 62/649,323 entitled "ORMS" issue.

本願の出願人は、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、2018年3月8日出願の以下の米国特許仮出願を所有する。
・「TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する米国特許仮出願第62/640,417号、及び
・「ESTIMATING STATE OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する米国特許仮出願第62/640,415号。
The applicant of this application owns the following US provisional patent applications filed March 8, 2018, the entire disclosures of each of which are incorporated herein by reference:
- U.S. Provisional Patent Application No. 62/640,417 entitled "TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR"; U.S. Provisional Patent Application Serial No. 62/640 entitled EM THEREFOR , No. 415.

本願の出願人は、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、2017年12月28日出願の以下の米国特許仮出願を所有する。
・「INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM」と題する米国特許仮出願番号米国特許仮出願第62/611,341号、
・「CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS」と題する米国特許仮出願第62/611,340号、及び
・「ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM」と題する米国特許仮出願第62/611,339号。
The applicant of this application owns the following US provisional patent applications, filed December 28, 2017, the entire disclosures of each of which are incorporated herein by reference:
- U.S. Provisional Patent Application No. U.S. Provisional Application No. 62/611,341 entitled "INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM";
• US Provisional Patent Application No. 62/611,340, entitled "CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS," and • US Provisional Patent Application No. 62/611,339, entitled "ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM."

外科用装置及び発生器の様々な態様を詳細に説明する前に、例示される実施例は、適用又は用途において、添付の図面及び説明で示される部品の構造及び配置の詳細に限定されないことに留意すべきである。例示的な実施例は、他の態様、変形形態、及び修正で実施されるか、又はそれらに組み込まれてもよく、様々な方法で実施又は実行されてもよい。更に、特に明記しない限り、本明細書で用いられる用語及び表現は、読者の便宜のために例示的な実施例を説明する目的で選択されたものであり、それらを限定するためのものではない。更に、以下に記述される態様、態様の具現、及び/又は実施例のうち1つ若しくは2つ以上を、以下に記述される他の態様、態様の具現、及び/又は実施例のうち任意の1つ若しくは2つ以上と組み合わせることができるものと理解されたい。 Before describing various aspects of surgical devices and generators in detail, it is noted that the illustrated embodiments are not limited in application or use to the details of construction and arrangement of parts set forth in the accompanying drawings and description. It should be noted. Example embodiments may be practiced with or incorporated in other aspects, variations, and modifications, and may be practiced or carried out in various ways. Further, unless otherwise stated, the terms and expressions used herein have been chosen for the convenience of the reader for the purpose of describing example embodiments and not for purposes of limitation thereof. . Further, one or more of the aspects, implementations of aspects and/or examples described below may be combined with any of the other aspects, implementations of aspects and/or examples described below. It should be understood that one or more can be combined.

様々な態様が、改善された超音波外科用装置、電気外科用装置、及びこれと共に使用するための発生器を対象とする。超音波外科用装置の態様は、例えば、外科処置中に組織を横切開及び/又は凝固するように構成され得る。電気外科用装置の態様は、例えば、外科処置中に、組織を横切開、凝固、スケーリング、溶接及び/又は乾燥させるように構成され得る。 Various aspects are directed to improved ultrasonic surgical devices, electrosurgical devices, and generators for use therewith. Aspects of ultrasonic surgical devices may be configured, for example, to transect and/or coagulate tissue during a surgical procedure. Aspects of electrosurgical devices may be configured to transect, coagulate, scale, weld and/or desiccate tissue during a surgical procedure, for example.

図1を参照すると、コンピュータ実装インタラクティブ外科システム100は、1つ又は2つ以上の外科システム102と、クラウドベースのシステム(例えば、ストレージ装置105に結合されたリモートサーバ113を含み得るクラウド104)と、を含む。各外科システム102は、リモートサーバ113を含み得るクラウド104と通信する少なくとも1つの外科用ハブ106を含む。一実施例では、図1に示すように、外科システム102は、互いに、及び/又はハブ106と通信するように構成された、可視化システム108と、ロボットシステム110と、ハンドヘルド式インテリジェント外科用器具112と、を含む。いくつかの態様では、外科システム102は、M個のハブ106と、N個の可視化システム108と、O個のロボットシステム110と、P個のハンドヘルド式インテリジェント外科用器具112と、を含んでもよく、ここでM、N、O、及びPは1以上の整数である。 Referring to FIG. 1, a computer-implemented interactive surgical system 100 includes one or more surgical systems 102 and a cloud-based system (e.g., cloud 104 that may include remote server 113 coupled to storage device 105). ,including. Each surgical system 102 includes at least one surgical hub 106 that communicates with cloud 104 that may include remote servers 113 . In one example, as shown in FIG. 1, surgical system 102 includes visualization system 108, robotic system 110, and handheld intelligent surgical instrument 112 configured to communicate with each other and/or hub 106. and including. In some aspects, the surgical system 102 may include M hubs 106, N visualization systems 108, O robotic systems 110, and P handheld intelligent surgical instruments 112. , where M, N, O, and P are integers of 1 or greater.

図3は、外科手術室116内の手術台114上に横たわる患者に対して外科処置を実施するために使用される外科システム102の一例を示す。ロボットシステム110は、外科処置において外科システム102の一部として使用される。ロボットシステム110は、外科医のコンソール118と、患者側カート120(外科用ロボット)と、外科用ロボットハブ122と、を含む。患者側カート120は、患者の身体の低侵襲切開中に、外科医が外科医のコンソール118を介して手術部位を見る間、少なくとも1つの取り外し可能に結合された外科用ツール117を操作することができる。手術部位の画像は医療用撮像装置124によって得ることができ、医療用撮像装置124は撮像装置124を配向するために患者側カート120によって操作され得る。ロボットハブ122は、外科医のコンソール118を介して外科医に対するその後の表示のために、手術部位の画像を処理するよう用いることができる。 FIG. 3 shows an example of surgical system 102 used to perform a surgical procedure on a patient lying on operating table 114 in surgical operating room 116 . Robotic system 110 is used as part of surgical system 102 in a surgical procedure. Robotic system 110 includes a surgeon's console 118 , a patient-side cart 120 (surgical robot), and a surgical robot hub 122 . The patient-side cart 120 is capable of manipulating at least one releasably coupled surgical tool 117 while the surgeon views the surgical site via the surgeon's console 118 during minimally invasive incisions in the patient's body. . Images of the surgical site may be obtained by a medical imaging device 124 , which may be manipulated by the patient-side cart 120 to orient the imaging device 124 . The robotic hub 122 can be used to process images of the surgical site for subsequent display to the surgeon via the surgeon's console 118 .

他のタイプのロボットシステムを、外科システム102と共に使用するために容易に適合させることができる。本開示と共に使用するのに好適なロボットシステム及び外科用ツールの様々な例は、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、2017年12月28日出願の「ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM」と題する米国特許仮出願第62/611,339号に記載されている。 Other types of robotic systems can be readily adapted for use with surgical system 102 . Various examples of robotic systems and surgical tools suitable for use with the present disclosure are entitled "ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM," filed Dec. 28, 2017, the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety. See US Provisional Patent Application No. 62/611,339.

クラウド104によって実施され、本開示と共に使用するのに好適なクラウドベース分析の様々な例は、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、2017年12月28日出願の「CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS」と題する米国特許仮出願第62/611,340号に記載されている。 Various examples of cloud-based analytics performed by the cloud 104 and suitable for use with the present disclosure are described in "CLOUD-BASED MEDICAL US Provisional Patent Application No. 62/611,340 entitled ANALYTICS.

様々な態様では、撮像装置124は、少なくとも1つの画像センサと1つ又は2つ以上の光学構成要素とを含む。好適な画像センサとしては、電荷結合素子(charge-coupled device、CCD)センサ及び相補型金属酸化膜半導体(complementary metal-oxide semiconductor、CMOS)センサが挙げられるが、これらに限定されない。 In various aspects, imaging device 124 includes at least one image sensor and one or more optical components. Suitable image sensors include, but are not limited to, charge-coupled device (CCD) sensors and complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) sensors.

撮像装置124の光学構成要素は、1つ若しくは2つ以上の照明光源及び/又は1つ若しくは2つ以上のレンズを含んでもよい。1つ又は2つ以上の照明光源は、手術野の一部を照明するように方向付けられてもよい。1つ又は2つ以上の画像センサは、組織及び/又は外科用器具から反射又は屈折された光を含む、手術野から反射又は屈折された光を受信することができる。 The optical components of imaging device 124 may include one or more illumination sources and/or one or more lenses. One or more illumination sources may be directed to illuminate a portion of the surgical field. One or more image sensors can receive light reflected or refracted from the surgical field, including light reflected or refracted from tissue and/or surgical instruments.

1つ又は2つ以上の照明光源は、可視スペクトル及び不可視スペクトル内の電磁エネルギーを放射するように構成され得る。光学スペクトル又は発光スペクトルと呼ばれることもある可視スペクトルは、人間の目に可視の(すなわち、人間の目で検出可能な)電磁スペクトルの一部分であり、可視光、又は単に光と呼ばれることがある。典型的な人間の目は、空気中の約380nm~約750nmの波長に反応する。 One or more illumination sources may be configured to emit electromagnetic energy within the visible and invisible spectrums. The visible spectrum, sometimes referred to as the optical spectrum or emission spectrum, is the portion of the electromagnetic spectrum that is visible (i.e., detectable by the human eye) to the human eye and is sometimes referred to as visible light, or simply light. A typical human eye responds to wavelengths in air from about 380 nm to about 750 nm.

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。 The invisible spectrum (ie, non-emissive spectrum) is the portion of the electromagnetic spectrum that lies below and above the visible spectrum (ie, wavelengths below about 380 nm and above about 750 nm). The invisible spectrum is not detectable by the human eye. Wavelengths above about 750 nm are longer than the red visible spectrum and these become invisible infrared (IR), microwave and radio electromagnetic radiation. Wavelengths less than about 380 nm are shorter than the violet spectrum and become invisible ultraviolet, X-ray, and gamma-ray electromagnetic radiation.

様々な態様では、撮像装置124は、低侵襲性手術で使用するように構成されている。本開示と共に使用するのに好適な撮像装置の例としては、関節鏡、血管鏡、気管支鏡、胆道鏡、結腸鏡、サイトスコープ(cytoscope)、十二指腸鏡、腸鏡、食道胃十二指腸鏡(胃鏡)、内視鏡、喉頭鏡、鼻咽喉-腎盂鏡(nasopharyngo-neproscope)、S状結腸鏡、胸腔鏡、及び尿管鏡が挙げられるが、これらに限定されない。 In various aspects, imaging device 124 is configured for use in minimally invasive surgery. Examples of imaging devices suitable for use with the present disclosure include arthroscopes, angioscopes, bronchoscopes, cholangoscopes, colonoscopes, cytoscopes, duodenoscopes, enteroscopes, esophagogastroduodenoscopes (gastroscopes) , endoscopes, laryngoscopes, nasopharyngo-neproscopes, sigmoidoscopes, thoracoscopes, and ureteroscopes.

一態様では、撮像装置は、トポグラフィーと下層構造とを区別するためにマルチスペクトルモニタリングを用いる。マルチスペクトル画像は、電磁スペクトルにわたって特定の波長範囲内の画像データを取り込むものである。波長は、フィルタによって、又は可視光範囲を超える周波数、例えば、IR及び紫外光を含む特定の波長からの光に感受性の器具を使用することによって分離することができる。スペクトル撮像法は、人間の目がその赤色、緑色、及び青色の受容体で捕捉することのできない追加情報の抽出を可能にすることができる。マルチスペクトル撮像法の使用は、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる2017年12月28日出願の「INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM」と題する米国特許仮出願第62/611,341号の「Advanced Imaging Acquisition Module」の項で詳細に説明されている。マルチスペクトルモニタリングは、1つの手術作業が完了した後に、処置された組織上で上述の試験の1つ又は2つ以上を実施するために手術野を再配置するのに有用なツールであり得る。 In one aspect, the imaging device uses multispectral monitoring to distinguish between topography and underlying structure. Multispectral imaging captures image data within specific wavelength ranges across the electromagnetic spectrum. Wavelengths can be separated by filters or by using instruments that are sensitive to light from specific wavelengths, including frequencies above the visible light range, such as IR and ultraviolet light. Spectral imaging can allow extraction of additional information that the human eye cannot capture with its red, green, and blue receptors. The use of multispectral imaging is described in US Provisional Patent Application No. 62/611,341, entitled "INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM," filed Dec. 28, 2017, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference. Acquisition Module" section. Multispectral monitoring can be a useful tool for repositioning the surgical field to perform one or more of the above-described tests on the treated tissue after one surgical task is completed.

いかなる外科手術においても手術室及び外科用器具の厳格な滅菌が必要であることは自明である。「手術現場(surgical theater)」、すなわち手術室又は処置室に必要とされる厳格な衛生及び滅菌条件は、全ての医療装置及び機器の最大級の滅菌性を必要とする。その滅菌プロセスの一部は、撮像装置124並びにその付属品及び構成要素を含む、患者と接触する、又は滅菌野に侵入するあらゆるものを滅菌する必要性である。滅菌野は、トレイ内又は滅菌タオル上などの、微生物を含まないとみなされる特定の領域とみなされ得ること、又は滅菌野は、外科処置のために準備された患者のすぐ周囲の領域とみなされ得ることは理解されよう。滅菌野は、適切な衣類を着用した洗浄済みのチーム構成員、並びにその領域内の全ての備品及び固定具を含み得る。 It is self-evident that any surgical procedure requires rigorous sterilization of the operating room and surgical instruments. The stringent hygiene and sterilization conditions required in the "surgical theater", ie operating room or procedure room, require maximum sterility of all medical devices and equipment. Part of that sterilization process is the need to sterilize anything that comes in contact with the patient or enters the sterile field, including imaging device 124 and its accessories and components. A sterile field may be considered a specific area considered free of microorganisms, such as in a tray or on a sterile towel, or a sterile field may be considered an area immediately surrounding a patient prepared for a surgical procedure. It is understood that A sterile field may include clean team members in appropriate clothing and all equipment and fixtures within the area.

様々な態様では、可視化システム108は、図2に示されるように、滅菌野に対して戦略的に配置された1つ又は2つ以上の撮像センサと、1つ又は2つ以上の画像処理ユニットと、1つ又は2つ以上のストレージアレイと、1つ又は2つ以上のディスプレイと、を含む。一態様では、可視化システム108は、HL7、PACS、及びEMRのインターフェースを含む。可視化システム108の様々な構成要素については、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる2017年12月28日出願の「INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM」と題する米国特許仮出願第62/611,341号の「Advanced Imaging Acquisition Module」の項で説明されている。 In various aspects, the visualization system 108 includes one or more imaging sensors strategically placed relative to the sterile field and one or more image processing units, as shown in FIG. , one or more storage arrays, and one or more displays. In one aspect, the visualization system 108 includes HL7, PACS, and EMR interfaces. The various components of visualization system 108 are described in U.S. Provisional Patent Application No. 62/611,341, entitled "INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM," filed Dec. 28, 2017, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference. It is described in the section "Advanced Imaging Acquisition Module".

図2に示すように、一次ディスプレイ119は、手術台114に位置する操作者に可視であるように、滅菌野内に配置される。加えて、可視化タワー111は、滅菌野の外に位置付けられる。可視化タワー111は、互いに離れる方に面する第1の非滅菌ディスプレイ107及び第2の非滅菌ディスプレイ109を含む。ハブ106によって誘導される可視化システム108は、ディスプレイ107、109、及び119を使用して、滅菌野の内側及び外部の操作者に対する情報フローを調整するように構成されている。例えば、ハブ106は、可視化システム108に、一次ディスプレイ119上の手術部位のライブ映像を維持させながら、撮像装置124によって記録される手術部位のスナップショットを非滅菌ディスプレイ107又は109上に表示させることができる。非滅菌ディスプレイ107又は109上のスナップショットは、例えば、非滅菌操作者が外科処置に関連する診断工程を実施することを可能にすることができる。 As shown in FIG. 2, primary display 119 is positioned within the sterile field so as to be visible to an operator positioned at operating table 114 . Additionally, the visualization tower 111 is positioned outside the sterile field. The visualization tower 111 includes a first non-sterile display 107 and a second non-sterile display 109 facing away from each other. A visualization system 108 guided by hub 106 is configured to coordinate information flow to operators inside and outside the sterile field using displays 107, 109, and 119. FIG. For example, hub 106 may cause visualization system 108 to display a snapshot of the surgical site recorded by imaging device 124 on non-sterile display 107 or 109 while maintaining a live image of the surgical site on primary display 119. can be done. A snapshot on a non-sterile display 107 or 109 can, for example, allow a non-sterile operator to perform diagnostic steps related to a surgical procedure.

一態様では、ハブ106は、滅菌野内で、可視化タワー111に位置する非滅菌操作者によって入力された診断入力又はフィードバックを滅菌領域内の一次ディスプレイ119に送り、これを手術台に位置する滅菌操作者が見ることができるようにも構成される。一実施例では、入力は、ハブ106によって一次ディスプレイ119に送ることのできる、非滅菌ディスプレイ107又は109上に表示されるスナップショットに対する修正の形態であってもよい。 In one aspect, the hub 106 transmits diagnostic input or feedback entered by a non-sterile operator located at the visualization tower 111 within the sterile field to the primary display 119 within the sterile field, which directs it to the sterile operator located at the operating table. It is also configured so that it can be viewed by In one example, the input may be in the form of modifications to the snapshot displayed on non-sterile display 107 or 109 that can be sent by hub 106 to primary display 119 .

図2を参照すると、外科用器具112は、外科処置において外科システム102の一部として使用されている。ハブ106はまた、外科用器具112のディスプレイへの情報フローを調整するようにも構成されている。例えば、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、「INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM」と題する2017年12月28日出願の米国特許仮出願第62/611,341号における。可視化タワー111の位置で非滅菌操作者によって入力される診断入力又はフィードバックは、滅菌野内でハブ106によって外科用器具ディスプレイ115に送られてもよく、ここで診断入力又はフィードバックは外科用器具112の操作者によって見られてもよい。外科システム102と共に用いるのに好適な例示的外科用器具については、例えば、「外科用器具のハードウェア(SURGICAL INSTRUMENT HARDWARE)」の項で、及びその開示全体が参照により本明細書に組み込まれる「INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM」と題する2017年12月28日出願の米国特許仮出願第62/611,341号で説明されている。 Referring to FIG. 2, surgical instrument 112 is used as part of surgical system 102 in a surgical procedure. Hub 106 is also configured to coordinate information flow to the display of surgical instrument 112 . For example, in US Provisional Patent Application No. 62/611,341, filed Dec. 28, 2017, entitled "INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM," the entire disclosure of which is incorporated herein by reference. Diagnostic input or feedback entered by a non-sterile operator at visualization tower 111 may be sent by hub 106 to surgical instrument display 115 within the sterile field, where the diagnostic input or feedback is input to surgical instrument 112 . It may be viewed by an operator. Exemplary surgical instruments suitable for use with surgical system 102 are described, for example, in the section entitled "SURGICAL INSTRUMENT HARDWARE" and the entire disclosure of which is incorporated herein by reference in US Provisional Patent Application No. 62/611,341, filed Dec. 28, 2017, entitled INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM.

ここで図3を参照すると、ハブ106が、可視化システム108、ロボットシステム110、及びハンドヘルド式インテリジェント外科用器具112と通信している状態で示されている。ハブ106は、ハブディスプレイ135、撮像モジュール138、発生器モジュール140、通信モジュール130、プロセッサモジュール132、及びストレージアレイ134を含む。特定の態様では、図3に示すように、ハブ106は、排煙モジュール126及び/又は吸引/灌注モジュール128を更に含む。 Referring now to FIG. 3 , hub 106 is shown in communication with visualization system 108 , robotic system 110 and handheld intelligent surgical instrument 112 . Hub 106 includes hub display 135 , imaging module 138 , generator module 140 , communication module 130 , processor module 132 and storage array 134 . In certain aspects, the hub 106 further includes a smoke evacuation module 126 and/or an aspiration/irrigation module 128, as shown in FIG.

外科処置中、封止及び/又は切断のため組織へのエネルギー印加は、一般に、排煙、過剰な流体の吸引、及び/又は組織の灌注を伴う。異なる供給源からの流体、電力、及び/又はデータラインは、外科処置中に絡まり合うことが多い。外科処置中にこの問題に対処することで貴重な時間が失われる場合がある。ラインの絡まりをほどくには、それらの対応するモジュールからラインを抜くことが必要となる場合があり、そのためにはモジュールをリセットすることが必要となる場合がある。ハブのモジュール式筐体136は、電力、データ、及び流体ラインを管理するための統一環境を提供し、このようなライン間の絡まりの頻度を低減させる。 During surgical procedures, the application of energy to tissue for sealing and/or cutting is generally accompanied by evacuation of smoke, aspiration of excess fluid, and/or irrigation of tissue. Fluid, power, and/or data lines from different sources often become entangled during surgical procedures. Valuable time may be lost in addressing this issue during a surgical procedure. Untangling the lines may require uncoupling the lines from their corresponding modules, which may require the modules to be reset. The hub's modular housing 136 provides a unified environment for managing power, data, and fluid lines, reducing the frequency of tangling between such lines.

本開示の態様は、手術部位における組織へのエネルギー印加を伴う外科処置において使用するための外科用ハブを提示する。外科用ハブは、ハブ筐体と、ハブ筐体のドッキングステーション内に摺動可能に受容可能な組み合わせ発生器モジュールと、を含む。ドッキングステーションはデータ及び電力接点を含む。組み合わせ発生器モジュールは、単一ユニット内に収容された、超音波エネルギー発生器構成要素、双極RFエネルギー発生器構成要素、及び単極RFエネルギー発生器構成要素のうちの2つ又はそれ以上を含む。一態様では、組み合わせ発生器モジュールは、更に、排煙構成要素と、組み合わせ発生器モジュールを外科用器具に接続するための少なくとも1つのエネルギー供給ケーブルと、組織への治療エネルギーの印加によって発生した煙、流体、及び/又は微粒子を排出するように構成された少なくとも1つの排煙構成要素と、遠隔手術部位から排煙構成要素まで延在する流体ラインと、を含む。 Aspects of the present disclosure present a surgical hub for use in surgical procedures involving the application of energy to tissue at a surgical site. The surgical hub includes a hub housing and a combination generator module slidably receivable within a docking station of the hub housing. The docking station contains data and power contacts. A combination generator module includes two or more of an ultrasonic energy generator component, a bipolar RF energy generator component, and a unipolar RF energy generator component housed within a single unit. . In one aspect, the combination generator module further comprises a smoke evacuation component, at least one energy delivery cable for connecting the combination generator module to a surgical instrument, and smoke generated by application of therapeutic energy to tissue. , at least one smoke evacuation component configured to evacuate fluids and/or particulates, and a fluid line extending from the remote surgical site to the smoke evacuation component.

一態様では、流体ラインは第1の流体ラインであり、第2の流体ラインは、遠隔手術部位から、ハブ筐体内に摺動可能に受容される吸引及び灌注モジュールまで延在する。一態様では、ハブ筐体は、流体インターフェースを備える。 In one aspect, the fluid line is a first fluid line and a second fluid line extends from a remote surgical site to an aspiration and irrigation module slidably received within the hub housing. In one aspect, the hub housing includes a fluidic interface.

特定の外科処置は、2つ以上のエネルギータイプを組織に印加することを必要とする場合がある。1つのエネルギータイプは、組織を切断するのにより有益であり得るが、別の異なるエネルギータイプは、組織を封止するのにより有益であり得る。例えば、双極発生器は組織を封止するために使用することができ、一方で、超音波発生器は封止された組織を切断するために使用することができる。本開示の態様は、ハブのモジュール式筐体136が様々な発生器を収容して、これらの間の双方向通信を促進するように構成される解決法を提示する。ハブのモジュール式筐体136の利点の1つは、様々なモジュールの迅速な取り外し及び/又は交換を可能にすることである。 Certain surgical procedures may require the application of more than one energy type to tissue. One energy type may be more beneficial for cutting tissue, while another different energy type may be more beneficial for sealing tissue. For example, a bipolar generator can be used to seal tissue, while an ultrasonic generator can be used to cut the sealed tissue. Aspects of the present disclosure present a solution in which the hub's modular housing 136 is configured to house various generators and facilitate two-way communication therebetween. One advantage of the hub's modular housing 136 is that it allows for quick removal and/or replacement of various modules.

本開示の態様は、組織へのエネルギー印加を伴う外科処置で使用するためのモジュール式外科用筐体を提示する。モジュール式外科用筐体は、組織に印加するための第1のエネルギーを発生させるように構成された第1のエネルギー発生器モジュールと、第1のデータ及び電力接点を含む第1のドッキングポートを備える第1のドッキングステーションと、を含み、第1のエネルギー発生器モジュールは、電力及びデータ接点と電気係合するように摺動可能に移動可能であり、また第1のエネルギー発生器モジュールは、第1の電力及びデータ接点との電気係合から外れるように摺動可能に移動可能である。 Aspects of the present disclosure present a modular surgical housing for use in surgical procedures involving the application of energy to tissue. A modular surgical housing includes a first energy generator module configured to generate a first energy for application to tissue and a first docking port including first data and power contacts. a first docking station comprising: a first energy generator module slidably moveable into electrical engagement with the power and data contacts; and the first energy generator module comprising: Slidably moveable out of electrical engagement with the first power and data contact.

上記に加えて、モジュール式外科用筐体は、第1のエネルギーとは異なる、組織に印加するための第2のエネルギーを発生させるように構成された第2のエネルギー発生器モジュールと、第2のデータ及び電力接点を含む第2のドッキングポートを備える第2のドッキングステーションと、を更に含み、第2のエネルギー発生器モジュールは、電力及びデータ接点と電気係合するように摺動可能に移動可能であり、また第2のエネルギー発生器モジュールは、第2の電力及びデータ接点との電気係合から外れるように摺動可能に移動可能である。 Further to the above, the modular surgical enclosure includes a second energy generator module configured to generate a second energy for application to tissue, different from the first energy; a second docking station comprising a second docking port including data and power contacts of the second energy generator module slidably moved into electrical engagement with the power and data contacts; Yes, and the second energy generator module is slidably moveable out of electrical engagement with the second power and data contacts.

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。 Additionally, the modular surgical enclosure includes a first docking port and a second docking port configured to facilitate communication between the first energy generator module and the second energy generator module. Further includes a communication bus to and from the port.

図3~図7を参照すると、発生器モジュール140と、排煙モジュール126と、吸引/灌注モジュール128と、のモジュール式統合を可能にするハブのモジュール式筐体136に関する本開示の態様が提示される。ハブのモジュール式筐体136は、モジュール140、126、128間の双方向通信を更に促進する。図5に示すように、発生器モジュール140は、ハブのモジュール式筐体136に摺動可能に挿入可能な単一のハウジングユニット139内に支持される、統合された単極、双極、及び超音波構成要素を備える発生器モジュールであってもよい。図5に示すように、発生器モジュール140は、単極装置146、双極装置147、及び超音波装置148に接続するように構成され得る。あるいは、発生器モジュール140は、ハブのモジュール式筐体136を介して相互作用する一連の単極、双極、及び/又は超音波発生器モジュールを備えてもよい。ハブのモジュール式筐体136は、複数の発生器が単一の発生器として機能するように、複数の発生器の挿入と、ハブのモジュール式筐体136にドッキングされた発生器間の双方向通信と、を促進するように構成されてもよい。 Referring to FIGS. 3-7, aspects of the present disclosure are presented for a hub modular housing 136 that allows for modular integration of the generator module 140, the smoke evacuation module 126, and the aspiration/irrigation module 128. be done. The modular housing 136 of the hub further facilitates two-way communication between the modules 140,126,128. As shown in FIG. 5, the generator module 140 is an integrated monopolar, bipolar, and hyperpolar generator supported within a single housing unit 139 that is slidably insertable into the hub's modular housing 136 . It may be a generator module comprising an acoustic wave component. As shown in FIG. 5, the generator module 140 can be configured to connect to a monopolar device 146, a bipolar device 147, and an ultrasound device 148. FIG. Alternatively, the generator module 140 may comprise a series of monopolar, bipolar, and/or ultrasonic generator modules interacting through the hub modular housing 136 . The modular housing 136 of the hub provides bi-directional switching between the insertion of multiple generators and the generators docked to the modular housing 136 of the hub so that multiple generators function as a single generator. may be configured to facilitate communication.

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。 In one aspect, the hub's modular housing 136 is a modular power and power module with external and wireless communication headers to allow removable attachment of modules 140, 126, 128 and bi-directional communication therebetween. A communications backplane 149 is provided.

一態様では、ハブのモジュール式筐体136は、モジュール140、126、128を摺動可能に受容するように構成された、本明細書ではドロアーとも称されるドッキングステーション又はドロアー151を含む。図4は、外科用ハブ筐体136、及び外科用ハブ筐体136のドッキングステーション151に摺動可能に受容可能な組み合わせ発生器モジュール145の部分斜視図を示す。組み合わせ発生器モジュール145の後側に電力及びデータ接点を有するドッキングポート152は、組み合わせ発生器モジュール145がハブのモジュール式筐体136の対応するドッキングステーション151内の位置へと摺動されると、対応するドッキングポート150をハブのモジュール式筐体136の対応するドッキングステーション151の電力及びデータ接点と係合するように構成される。一態様では、組み合わせ発生器モジュール145は、図5に示すように、双極、超音波、及び単極モジュールと、単一のハウジングユニット139と共に一体化された排煙モジュールと、を含む。 In one aspect, the hub modular housing 136 includes a docking station or drawer 151, also referred to herein as a drawer, configured to slidably receive the modules 140,126,128. FIG. 4 shows a partial perspective view of surgical hub housing 136 and combination generator module 145 slidably receivable in docking station 151 of surgical hub housing 136 . A docking port 152 with power and data contacts on the rear side of the combination generator module 145 is slid into position within the corresponding docking station 151 of the hub modular housing 136. Corresponding docking ports 150 are configured to engage power and data contacts of corresponding docking stations 151 of hub modular housing 136 . In one aspect, the combination generator module 145 includes bipolar, ultrasonic, and monopolar modules and a smoke evacuation module integrated with a single housing unit 139, as shown in FIG.

様々な態様では、排煙モジュール126は、捕捉/回収された煙及び/又は流体を手術部位から遠ざけて、例えば、排煙モジュール126へと搬送する流体ライン154を含む。排煙モジュール126から発生する真空吸引は、煙を手術部位のユーティリティ導管の開口部に引き込むことができる。流体ラインに結合されたユーティリティ導管は、排煙モジュール126で終端する可撓管の形態であってもよい。ユーティリティ導管及び流体ラインは、ハブ筐体136内に受容される排煙モジュール126に向かって延在する流体経路を画定する。 In various aspects, the smoke evacuation module 126 includes a fluid line 154 that carries captured/collected smoke and/or fluid away from the surgical site, eg, to the smoke evacuation module 126 . The vacuum suction generated by the smoke evacuation module 126 can draw smoke into the openings of utility conduits at the surgical site. A utility conduit coupled to the fluid line may be in the form of flexible tubing that terminates in the smoke evacuation module 126 . The utility conduits and fluid lines define fluid pathways that extend toward the smoke extraction module 126 received within the hub housing 136 .

様々な態様では、吸引/灌注モジュール128は、吸い込み(aspiration)流体ライン及び吸引(suction)流体ラインを含む外科用ツールに結合される。一実施例では、吸い込み及び吸引流体ラインは、手術部位から吸引/灌注モジュール128に向かって延在する可撓管の形態である。1つ又は2つ以上の駆動システムは、手術部位への、及び手術部位からの流体の灌注及び吸い込みを引き起こすように構成され得る。 In various aspects, the aspiration/irrigation module 128 is coupled to a surgical tool including an aspiration fluid line and a suction fluid line. In one example, the aspiration and aspiration fluid lines are in the form of flexible tubing that extends from the surgical site toward aspiration/irrigation module 128 . One or more drive systems may be configured to cause irrigation and aspiration of fluid to and from the surgical site.

一態様では、外科用ツールは、その遠位端にエンドエフェクタを有するシャフトと、エンドエフェクタに関連付けられた少なくとも1つのエネルギー処置部と、吸い込み管と、灌注管と、を含む。吸い込み管は、その遠位端に入口ポートを有することができ、吸い込み管はシャフトを通って延在する。同様に、灌注管はシャフトを通って延在することができ、かつ、エネルギー送達器具に近接した入口ポートを有することができる。エネルギー送達器具は、超音波及び/又はRFエネルギーを手術部位に送達するように構成され、最初にシャフトを通って延在するケーブルによって発生器モジュール140に結合される。 In one aspect, a surgical tool includes a shaft having an end effector at its distal end, at least one energy treatment portion associated with the end effector, a suction tube, and an irrigation tube. A suction tube can have an inlet port at its distal end and the suction tube extends through the shaft. Similarly, an irrigation tube can extend through the shaft and have an inlet port proximate to the energy delivery device. The energy delivery instrument is configured to deliver ultrasonic and/or RF energy to the surgical site and is initially coupled to generator module 140 by a cable extending through the shaft.

灌注管は流体源と流体連通することができ、吸い込み管は真空源と流体連通することができる。流体源及び/又は真空源は、吸引/灌注モジュール128内に収容され得る。一実施例では、流体源及び/又は真空源は、吸引/灌注モジュール128とは別にハブ筐体136内に収容され得る。このような実施例では、流体インターフェースは、吸引/灌注モジュール128を流体源及び/又は真空源に接続するように構成され得る。 The irrigation tube can be in fluid communication with a fluid source and the suction tube can be in fluid communication with a vacuum source. A fluid source and/or a vacuum source may be housed within the aspiration/irrigation module 128 . In one example, the fluid and/or vacuum source may be housed within hub housing 136 separately from aspiration/irrigation module 128 . In such examples, the fluid interface may be configured to connect the aspiration/irrigation module 128 to a fluid source and/or a vacuum source.

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。 In one aspect, the modules 140, 126, 128 and/or their corresponding docking stations on the hub modular housing 136 align the docking ports of the modules to the docking stations of the hub modular housing 136. Alignment features configured to engage their counterparts therein may be included. For example, as shown in FIG. 4, combination generator module 145 has side brackets configured to slidably engage corresponding brackets 156 of corresponding docking stations 151 of hub modular housing 136 . 155 included. The brackets cooperate to guide the docking port contacts of the combination generator module 145 into electrical engagement with the docking port contacts of the hub modular housing 136 .

いくつかの態様では、ハブのモジュール式筐体136のドロアー151はサイズが同じ又は実質的に同じであり、モジュールはドロアー151内に受容されるサイズに調整される。例えば、側部ブラケット155及び/又は156は、モジュールのサイズに応じてより大きくなっても小さくなってもよい。他の態様では、ドロアー151はサイズが異なり、それぞれ特定のモジュールを収容するように設計される。 In some aspects, the drawers 151 of the hub modular housing 136 are the same or substantially the same size, and the modules are sized to be received within the drawers 151 . For example, side brackets 155 and/or 156 may be larger or smaller depending on the size of the module. In other aspects, drawers 151 vary in size, each designed to accommodate a particular module.

更に、適合しない接点を備えるドロアーにモジュールを挿入することを避けるために、特定のモジュールの接点を、特定のドロアーの接点と係合するように鍵付きにしてもよい。 Additionally, the contacts of a particular module may be keyed to engage the contacts of a particular drawer to avoid inserting a module into a drawer with incompatible contacts.

図4に示されるように、1つのドロアー151のドッキングポート150は、通信リンク157を介して別のドロアー151のドッキングポート150に結合されて、ハブのモジュール式筐体136内に収容されたモジュール間の双方向通信を容易にすることができる。あるいは又は更に、ハブのモジュール式筐体136のドッキングポート150は、ハブのモジュール式筐体136内に収容されたモジュール間の無線双方向通信を容易にしてもよい。例えば、Air Titan-Bluetoothなどの任意の好適な無線通信を用いてもよい。 As shown in FIG. 4, the docking port 150 of one drawer 151 is coupled to the docking port 150 of another drawer 151 via a communication link 157 to accommodate modules within the modular housing 136 of the hub. can facilitate two-way communication between Alternatively or additionally, docking ports 150 of hub modular housing 136 may facilitate wireless two-way communication between modules housed within hub modular housing 136 . Any suitable wireless communication may be used, such as, for example, Air Titan-Bluetooth.

図6は、外科用ハブ206の複数のモジュールを受容するように構成された横方向モジュール式ハウジング160の複数の横方向ドッキングポートの個々の電力バスアタッチメントを示す。横方向モジュール式ハウジング160は、モジュール161を横方向に受容して相互接続するように構成される。モジュール161は、モジュール161を相互接続するためのバックプレーンを含む横方向モジュール式ハウジング160のドッキングステーション162内に摺動可能に挿入される。図6に示すように、モジュール161は、横方向モジュール式ハウジング160内で横方向に配置される。あるいは、モジュール161は、横方向モジュール式ハウジング内で垂直方向に配置されてもよい。 FIG. 6 illustrates individual power bus attachments of multiple lateral docking ports of lateral modular housing 160 configured to receive multiple modules of surgical hub 206 . Lateral modular housing 160 is configured to laterally receive and interconnect modules 161 . Modules 161 are slidably inserted into docking stations 162 of lateral modular housings 160 that contain backplanes for interconnecting modules 161 . As shown in FIG. 6, the modules 161 are laterally arranged within the lateral modular housing 160 . Alternatively, modules 161 may be arranged vertically within a lateral modular housing.

図7は、外科用ハブ106の複数のモジュール165を受容するように構成された垂直モジュール式ハウジング164を示す。モジュール165は、モジュール165を相互接続するためのバックプレーンを含む垂直モジュール式ハウジング164のドッキングステーション又はドロアー167内に摺動可能に挿入される。垂直モジュール式ハウジング164のドロアー167は垂直方向に配置されているが、特定の場合では、垂直モジュール式ハウジング164は、横方向に配置されたドロアーを含んでもよい。更に、モジュール165は、垂直モジュール式ハウジング164のドッキングポートを介して互いに相互作用し得る。図7の実施例では、モジュール165の動作に関連するデータを表示するためのディスプレイ177が提供される。加えて、垂直モジュール式ハウジング164は、マスタモジュール178内に摺動可能に受容される複数のサブモジュールを収容するマスタモジュール178を含む。 FIG. 7 shows a vertical modular housing 164 configured to receive multiple modules 165 of surgical hub 106 . Modules 165 are slidably inserted into docking stations or drawers 167 of vertical modular housings 164 that contain backplanes for interconnecting modules 165 . Although the drawers 167 of the vertical modular housing 164 are vertically oriented, in certain cases the vertical modular housing 164 may include laterally oriented drawers. Additionally, modules 165 may interact with each other via docking ports in vertical modular housing 164 . In the embodiment of FIG. 7, a display 177 is provided for displaying data related to the operation of module 165 . Additionally, vertical modular housing 164 includes master module 178 that houses a plurality of sub-modules that are slidably received within master module 178 .

様々な態様では、撮像モジュール138は、内蔵型のビデオプロセッサ及びモジュール式光源を備え、様々な撮像装置と共に使用するように適合されている。一態様では、撮像装置は、光源モジュール及びカメラモジュールと共に組み立てることが可能なモジュール式ハウジングで構成される。ハウジングは、使い捨て式ハウジングであってもよい。少なくとも1つの実施例では、使い捨て式ハウジングは、再利用可能なコントローラ、光源モジュール、及びカメラモジュールと取り外し可能に結合される。光源モジュール及び/又はカメラモジュールは、外科処置の種類に応じて選択的に選択することができる。一態様では、カメラモジュールはCCDセンサを含む。別の態様では、カメラモジュールはCMOSセンサを含む。別の態様では、カメラモジュールは走査されたビームの撮像用に構成される。同様に、光源モジュールは、外科処置に応じて白色光又は異なる光を送達するように構成することができる。 In various aspects, the imaging module 138 includes a built-in video processor and modular light sources and is adapted for use with various imaging devices. In one aspect, the imaging device consists of a modular housing that can be assembled with a light source module and a camera module. The housing may be a disposable housing. In at least one embodiment, the disposable housing is removably coupled with the reusable controller, light source module, and camera module. The light source module and/or camera module can be selectively selected depending on the type of surgical procedure. In one aspect, the camera module includes a CCD sensor. In another aspect, the camera module includes a CMOS sensor. In another aspect, the camera module is configured for scanning beam imaging. Similarly, the light source module can be configured to deliver white light or different light depending on the surgical procedure.

外科処置中に、手術野から外科用装置を除去して異なるカメラ又は異なる光源を含む別の外科用装置と交換することは非効率的であり得る。手術野の視野を一時的に喪失することは、望ましからぬ結果をもたらし得る。本開示のモジュール撮像装置は、手術野から撮像装置を除去する必要なく、外科処置中に光源モジュール又はカメラモジュール中間体(midstream)の交換を可能にするように構成される。 During a surgical procedure, it can be inefficient to remove a surgical device from the surgical field and replace it with another surgical device that includes a different camera or different light source. Temporary loss of vision in the surgical field can have undesirable consequences. The modular imaging device of the present disclosure is configured to allow replacement of a light source module or camera module midstream during a surgical procedure without having to remove the imaging device from the surgical field.

一態様では、撮像装置は、複数のチャネルを含む管状ハウジングを備える。第1のチャネルは、第1のチャネルとスナップ嵌め係合するように構成され得るカメラモジュールを摺動可能に受容するように構成されている。第2のチャネルは、第2のチャネルとスナップ嵌め係合するように構成され得る光源モジュールを摺動可能に受容するように構成されている。別の実施例では、カメラモジュール及び/又は光源モジュールは、これらの対応するチャネル内の最終位置へと回転させることができる。スナップ嵌め係合の代わりにねじ係合が採用されてもよい。 In one aspect, an imaging device comprises a tubular housing containing a plurality of channels. The first channel is configured to slidably receive a camera module that may be configured for snap fit engagement with the first channel. The second channel is configured to slidably receive a light source module that may be configured for snap fit engagement with the second channel. In another example, the camera modules and/or light source modules can be rotated to their final positions within their corresponding channels. A threaded engagement may be employed instead of a snap-fit engagement.

様々な実施例で、複数の撮像装置が、複数の視野を提供するために手術野内の様々な位置に位置決めされる。撮像モジュール138は、最適な視野を提供するために撮像装置間を切り替えるように構成することができる。様々な態様では、撮像モジュール138は、異なる撮像装置からの画像を統合するように構成することができる。 In various embodiments, multiple imaging devices are positioned at various locations within the surgical field to provide multiple views. Imaging module 138 may be configured to switch between imaging devices to provide an optimal field of view. In various aspects, imaging module 138 can be configured to integrate images from different imaging devices.

本開示と共に使用するのに好適な様々な画像プロセッサ及び撮像装置は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる「COMBINED SBI AND CONVENTIONAL IMAGE PROCESSOR」と題する2011年8月9日発行の米国特許第7,995,045号に記載されている。更に、その全体が参照により本明細書に組み込まれる「SBI MOTION ARTIFACT REMOVAL APPARATUS AND METHOD」と題する2011年7月19日発行の米国特許第7,982,776号は、画像データからモーションアーチファクトを除去するための様々なシステムについて記載している。こうしたシステムは、撮像モジュール138と一体化され得る。更に、「CONTROLLABLE MAGNETIC SOURCE TO FIXTURE INTRACORPOREAL APPARATUS」と題する2011年12月15日公開の米国特許出願公開第2011/0306840号、及び「SYSTEM FOR PERFORMING A MINIMALLY INVASIVE SURGICAL PROCEDURE」と題する2014年8月28日公開の米国特許出願公開第2014/0243597号は、それぞれその全体が参照により本明細書に組み込まれる。 Various image processors and imagers suitable for use with the present disclosure are described in U.S. Patent No. 1, issued Aug. 9, 2011, entitled "COMBINED SBI AND CONVENTIONAL IMAGE PROCESSOR," which is incorporated herein by reference in its entirety. 7,995,045. Further, U.S. Patent No. 7,982,776, issued July 19, 2011, entitled "SBI MOTION ARTIFACT REMOVAL APPARATUS AND METHOD," which is incorporated herein by reference in its entirety, removes motion artifacts from image data. Various systems for doing so are described. Such systems may be integrated with imaging module 138 . See also U.S. Patent Application Publication No. 2011/0306840, published Dec. 15, 2011, entitled "CONTROLLABLE MAGNETIC SOURCE TO FIXTURE INTRACORPOREAL APPARATUS" and "SYSTEM FOR PERFORMING A MINIMALLY INVASIVE August 28, 2014 entitled "SURGICAL PROCEDURE" Published US Patent Application Publication No. 2014/0243597 is each incorporated herein by reference in its entirety.

図8は、医療施設の1つ又は2つ以上の手術室、又は外科処置のための専門設備を備えた医療施設内の任意の部屋に配置されたモジュール式装置をクラウドベースのシステム(例えばストレージ装置205に結合されたリモートサーバ213を含み得るクラウド204)に接続するように構成されたモジュール式通信ハブ203を備える外科用データネットワーク201を示す。一態様では、モジュール式通信ハブ203は、ネットワークルータと通信するネットワークハブ207及び/又はネットワークスイッチ209を備える。モジュール式通信ハブ203は更に、ローカルコンピュータ処理及びデータ操作を提供するために、ローカルコンピュータシステム210に結合することができる。外科用データネットワーク201は、受動的、インテリジェント、又は切替式として構成されてもよい。受動的外科用データネットワークはデータの導管として機能し、データが1つの装置(又はセグメント)から別の装置(又はセグメント)に、及びクラウドコンピューティングリソースに行くことを可能にする。インテリジェントな外科用データネットワークは、トラフィックが監視対象の外科用データネットワークを通過することを可能にし、ネットワークハブ207又はネットワークスイッチ209内の各ポートを構成する追加の機構を含む。インテリジェントな外科用データネットワークは、管理可能なハブ又はスイッチと称され得る。スイッチングハブは、各パケットの宛先アドレスを読み取り、次いでパケットを正しいポートに転送する。 FIG. 8 illustrates a cloud-based system (e.g., storage) of modular equipment located in one or more operating rooms of a medical facility, or any room within a medical facility with specialized equipment for surgical procedures. A surgical data network 201 is shown comprising a modular communication hub 203 configured to connect to a cloud 204 ), which may include a remote server 213 coupled to devices 205 . In one aspect, modular communication hub 203 comprises network hub 207 and/or network switch 209 that communicate with network routers. Modular communication hub 203 can also be coupled to local computer system 210 to provide local computer processing and data manipulation. Surgical data network 201 may be configured as passive, intelligent, or switched. A passive surgical data network acts as a data conduit, allowing data to go from one device (or segment) to another device (or segment) and to cloud computing resources. The intelligent surgical data network includes additional mechanisms that allow traffic to pass through the monitored surgical data network and configure each port within network hub 207 or network switch 209 . An intelligent surgical data network may be referred to as a manageable hub or switch. The switching hub reads the destination address of each packet and then forwards the packet to the correct port.

手術室に配置されるモジュール式装置1a~1nは、モジュール式通信ハブ203に結合されてもよい。ネットワークハブ207及び/又はネットワークスイッチ209は、ネットワークルータ211に結合されて、装置1a~1nをクラウド204又はローカルコンピュータシステム210に接続することができる。装置1a~1nに関連付けられたデータは、遠隔データ処理及び操作のためにルータを介してクラウドベースのコンピュータに転送されてもよい。装置1a~1nに関連付けられたデータはまた、ローカルでのデータ処理及び操作のためにローカルコンピュータシステム210に転送されてもよい。同じ手術室に位置するモジュール式装置2a~2mもまた、ネットワークスイッチ209に結合されてもよい。ネットワークスイッチ209は、ネットワークハブ207及び/又はネットワークルータ211に結合されて、装置2a~2mをクラウド204に接続することができる。装置2a~2nに関連付けられたデータは、データ処理及び操作のためにネットワークルータ211を介してクラウド204に転送されてもよい。装置2a~2mに関連付けられたデータはまた、ローカルでのデータ処理及び操作のためにローカルコンピュータシステム210に転送されてもよい。 Modular devices 1 a - 1 n located in the operating room may be coupled to modular communication hub 203 . Network hub 207 and/or network switch 209 may be coupled to network router 211 to connect devices 1 a - 1 n to cloud 204 or local computer system 210 . Data associated with the devices 1a-1n may be transferred via routers to cloud-based computers for remote data processing and manipulation. Data associated with devices 1a-1n may also be transferred to local computer system 210 for local data processing and manipulation. Modular devices 2 a - 2 m located in the same operating room may also be coupled to network switch 209 . Network switch 209 may be coupled to network hub 207 and/or network router 211 to connect devices 2 a - 2 m to cloud 204 . Data associated with devices 2a-2n may be transferred to cloud 204 via network router 211 for data processing and manipulation. Data associated with devices 2a-2m may also be transferred to local computer system 210 for local data processing and manipulation.

複数のネットワークハブ207及び/又は複数のネットワークスイッチ209を複数のネットワークルータ211と相互接続することによって、外科用データネットワーク201が拡張され得ることが理解されるであろう。モジュール式通信ハブ203は、複数の装置1a~1n/2a~2mを受容するように構成されたモジュール式制御タワー内に収容され得る。ローカルコンピュータシステム210もまた、モジュール式制御タワーに収容されてもよい。モジュール式通信ハブ203は、ディスプレイ212に接続されて、例えば外科処置中に、装置1a~1n/2a~2mのうちのいくつかによって取得された画像を表示する。様々な態様では、装置1a~1n/2a~2mとしては、外科用データネットワーク201のモジュール式通信ハブ203に接続され得るモジュール式装置の中でもとりわけ、例えば、内視鏡に結合された撮像モジュール138、エネルギーベースの外科用装置に結合された発生器モジュール140、排煙モジュール126、吸引/灌注モジュール128、通信モジュール130、プロセッサモジュール132、ストレージアレイ134、ディスプレイに結合された外科用装置、及び/又は非接触センサモジュールなどの様々なモジュールが挙げられ得る。 It will be appreciated that surgical data network 201 may be expanded by interconnecting multiple network hubs 207 and/or multiple network switches 209 with multiple network routers 211 . Modular communication hub 203 may be housed in a modular control tower configured to receive multiple devices 1a-1n/2a-2m. A local computer system 210 may also be housed in the modular control tower. Modular communication hub 203 is connected to display 212 to display images acquired by some of devices 1a-1n/2a-2m, eg, during a surgical procedure. In various aspects, the devices 1a-1n/2a-2m include, among other modular devices that can be connected to the modular communication hub 203 of the surgical data network 201, an imaging module 138 coupled to, for example, an endoscope. , a generator module 140 coupled to an energy-based surgical device, a smoke evacuation module 126, an aspiration/irrigation module 128, a communication module 130, a processor module 132, a storage array 134, a surgical device coupled to a display, and/or Or various modules such as a non-contact sensor module.

一態様では、外科用データネットワーク201は、装置1a~1n/2a~2mをクラウドに接続する、ネットワークハブ(複数可)、ネットワークスイッチ(複数可)、及びネットワークルータ(複数可)との組み合わせを含んでもよい。ネットワークハブ又はネットワークスイッチに結合された装置1a~1n/2a~2mのいずれか1つ又は全ては、リアルタイムでデータを収集し、データ処理及び操作のためにデータをクラウドコンピュータに転送することができる。クラウドコンピューティングは、ソフトウェアアプリケーションを取り扱うために、ローカルサーバ又はパーソナル装置を有するのではなく、共有コンピューティングリソースに依存することは理解されるであろう。「クラウド」という用語は「インターネット」の隠喩として用いられ得るが、この用語はそのように限定はされない。したがって、「クラウドコンピューティング」という用語は、本明細書では「インターネットベースのコンピューティングの一種」を指すために用いることができ、この場合、サーバ、ストレージ、及びアプリケーションなどの様々なサービスは、手術現場(例えば、固定式、移動式、一時的、又は現場の手術室又は空間)に位置するモジュール式通信ハブ203及び/又はコンピュータシステム210に、かつインターネットを介してモジュール式通信ハブ203及び/又はコンピュータシステム210に接続された装置に送達される。クラウドインフラストラクチャは、クラウドサービスプロバイダによって維持され得る。この文脈において、クラウドサービスプロバイダは、1つ又は2つ以上の手術室内に位置する装置1a~1n/2a~2mの使用及び制御を調整する事業体であり得る。クラウドコンピューティングサービスは、スマート外科用器具、ロボット、及び手術室内に位置する他のコンピュータ化装置によって収集されたデータに基づいて、多数の計算を実行することができる。ハブハードウェアは、複数の装置又は接続部がクラウドコンピューティングリソース及びストレージと通信するコンピュータに接続することを可能にする。 In one aspect, the surgical data network 201 comprises a combination of network hub(s), network switch(es), and network router(s) that connect the devices 1a-1n/2a-2m to the cloud. may contain. Any one or all of the devices 1a-1n/2a-2m coupled to a network hub or network switch can collect data in real time and transfer the data to a cloud computer for data processing and manipulation. . It will be appreciated that cloud computing relies on shared computing resources to handle software applications rather than having local servers or personal devices. Although the term "cloud" can be used as a metaphor for "Internet," the term is not so limited. Accordingly, the term "cloud computing" can be used herein to refer to "a type of Internet-based computing" in which various services such as servers, storage, and applications are to modular communication hub 203 and/or computer system 210 located on-site (e.g., fixed, mobile, temporary, or on-site operating room or space) and via the Internet. It is delivered to a device connected to computer system 210 . A cloud infrastructure may be maintained by a cloud service provider. In this context, a cloud service provider may be an entity that coordinates the use and control of devices 1a-1n/2a-2m located in one or more operating rooms. Cloud computing services can perform numerous calculations based on data collected by smart surgical instruments, robots, and other computerized devices located in the operating room. Hub hardware allows multiple devices or connections to connect to a computer that communicates with cloud computing resources and storage.

装置1a~1n/2a~2mによって収集されたデータにクラウドコンピュータデータ処理技術を適用することで、外科用データネットワークは、外科的成果の改善、コスト低減、及び患者満足度の改善を提供する。組織の封止及び切断処置後に、組織の状態を観察して封止された組織の漏出又は灌流を評価するために、装置1a~1n/2a~2mのうちの少なくともいくつかを用いることができる。クラウドベースのコンピューティングを使用して、身体組織の試料の画像を含むデータを診断目的で検査して疾患の影響などの病状を特定するために、装置1a~1n/2a~2mのうちの少なくともいくつかを用いることができる。これは、組織及び表現型の位置特定及びマージン確認を含む。撮像装置と一体化された様々なセンサ、及び複数の撮像装置によってキャプチャされた画像をオーバーレイするなどの技術を使用して、身体の解剖学的構造を特定するために、装置1a~1n/2a~2mのうちの少なくともいくつかを用いることができる。画像データを含む、装置1a~1n/2a~2mによって収集されたデータは、画像処理及び操作を含むデータ処理及び操作のために、クラウド204若しくはローカルコンピュータシステム210又はその両方に転送されてもよい。データは、組織特異的部位及び状態に対する内視鏡的介入、新興技術、標的化放射線、標的化介入、及び精密ロボットの適用などの更なる治療を遂行できるかを判定することによって、外科処置の結果を改善するために分析することができる。こうしたデータ分析は、予後分析処理を更に採用してもよく、標準化されたアプローチを使用することは、外科治療及び外科医の挙動を確認するか、又は外科治療及び外科医の挙動に対する修正を提案するかのいずれかのために有益なフィードバックを提供することができる。 By applying cloud computer data processing techniques to data collected by devices 1a-1n/2a-2m, surgical data networks provide improved surgical outcomes, reduced costs, and improved patient satisfaction. At least some of the devices 1a-1n/2a-2m can be used to monitor the condition of the tissue after the tissue sealing and cutting procedure to assess leakage or perfusion of the sealed tissue. . at least one of the devices 1a-1n/2a-2m for diagnostic examination of data comprising images of body tissue samples to identify medical conditions such as disease effects using cloud-based computing; Several can be used. This includes tissue and phenotype localization and margin confirmation. Devices 1a-1n/2a for identifying body anatomy using various sensors integrated with imaging devices and techniques such as overlaying images captured by multiple imaging devices. At least some of ~2 m can be used. Data collected by devices 1a-1n/2a-2m, including image data, may be transferred to cloud 204 or local computer system 210, or both, for data processing and manipulation, including image processing and manipulation. . The data will help guide surgical interventions by determining whether additional therapies such as endoscopic interventions, emerging technologies, targeted radiation, targeted interventions, and precision robotic applications for tissue-specific sites and conditions can be performed. Can be analyzed to improve results. Such data analysis may further employ prognostic analysis processing, using a standardized approach to confirm surgical intervention and surgeon behavior, or suggest modifications to surgical intervention and surgeon behavior. You can provide useful feedback for any of the

一実装態様では、手術室装置1a~1nは、ネットワークハブに対する装置1a~1nの構成に応じて、有線チャネル又は無線チャネルを介してモジュール式通信ハブ203に接続されてもよい。ネットワークハブ207は、一態様では、開放型システム間相互接続(OSI)モデルの物理層上で機能するローカルネットワークブロードキャスト装置として実装されてもよい。ネットワークハブは、同じ手術室ネットワーク内に位置する装置1a~1nに接続性を提供する。ネットワークハブ207は、パケット形態のデータを収集し、それらを半二重モードでルータに送信する。ネットワークハブ207は、装置データを転送するための任意の媒体アクセス制御/インターネットプロトコル(MAC/IP)は記憶しない。装置1a~1nのうちの1つのみが、ネットワークハブ207を介して一度にデータを送信することができる。ネットワークハブ207は、情報の送信先に関する経路選択テーブル又はインテリジェンスを有さず、全てのネットワークデータを各コネクション全体、及びクラウド204上のリモートサーバ213(図9)にブロードキャストする。ネットワークハブ207は、コリジョンなどの基本的なネットワークエラーを検出することができるが、全ての情報を複数のポートにブロードキャストすることは、セキュリティリスクとなりボトルネックを引き起こすおそれがある。 In one implementation, the operating room devices 1a-1n may be connected to the modular communication hub 203 via wired or wireless channels, depending on the configuration of the devices 1a-1n relative to the network hub. Network hub 207 may, in one aspect, be implemented as a local network broadcast device that functions above the physical layer of the Open Systems Interconnection (OSI) model. A network hub provides connectivity to devices 1a-1n located within the same operating room network. Network hub 207 collects the data in packet form and sends them to the router in half-duplex mode. Network hub 207 does not store any Media Access Control/Internet Protocol (MAC/IP) for transferring device data. Only one of the devices 1a-1n can transmit data through the network hub 207 at a time. Network hub 207 does not have routing tables or intelligence about where to send information, it broadcasts all network data across each connection and to remote server 213 (FIG. 9) on cloud 204 . Although the network hub 207 can detect basic network errors such as collisions, broadcasting all information to multiple ports can be a security risk and create bottlenecks.

別の実装形態では、手術室装置2a~2mは、有線チャネル又は無線チャネルを介してネットワークスイッチ209に接続されてもよい。ネットワークスイッチ209は、OSIモデルのデータリンク層内で機能する。ネットワークスイッチ209は、同じ手術室内に位置する装置2a~2mをネットワークに接続するためのマルチキャスト装置である。ネットワークスイッチ209は、フレームの形態のデータをネットワークルータ211に送信し、全二重モードで機能する。複数の装置2a~2mは、ネットワークスイッチ209を介して同時にデータを送信することができる。ネットワークスイッチ209は、データを転送するために装置2a~2mのMACアドレスを記憶かつ使用する。 In another implementation, the operating room devices 2a-2m may be connected to the network switch 209 via wired or wireless channels. Network switch 209 functions within the data link layer of the OSI model. A network switch 209 is a multicast device for connecting the devices 2a to 2m located in the same operating room to the network. Network switch 209 sends data in the form of frames to network router 211 and functions in full-duplex mode. Multiple devices 2 a - 2 m can transmit data simultaneously through network switch 209 . Network switch 209 stores and uses the MAC addresses of devices 2a-2m to transfer data.

ネットワークハブ207及び/又はネットワークスイッチ209は、クラウド204に接続するためにネットワークルータ211に結合される。ネットワークルータ211は、OSIモデルのネットワーク層内で機能する。ネットワークルータ211は、装置1a~1n/2a~2mのいずれか1つ又は全てによって収集されたデータを更に処理及び操作するために、ネットワークハブ207及び/又はネットワークスイッチ211から受信したデータパケットをクラウドベースのコンピュータリソースに送信するための経路を作成する。ネットワークルータ211は、例えば、同じ医療施設の異なる手術室、又は異なる医療施設の異なる手術室に位置する異なるネットワークなどの、異なる位置に位置する2つ以上の異なるネットワークを接続するために用いられてもよい。ネットワークルータ211は、パケット形態のデータをクラウド204に送信し、全二重モードで機能する。複数の装置が同時にデータを送信することができる。ネットワークルータ211は、データを転送するためにIPアドレスを使用する。 Network hub 207 and/or network switch 209 are coupled to network router 211 to connect to cloud 204 . Network router 211 functions within the network layer of the OSI model. Network router 211 may cloud data packets received from network hub 207 and/or network switch 211 for further processing and manipulation of data collected by any one or all of devices 1a-1n/2a-2m. Create a route to send to the base computer resource. Network router 211 is used to connect two or more different networks located at different locations, such as different operating rooms in the same medical facility, or different networks located in different operating rooms in different medical facilities. good too. Network router 211 transmits data in packet form to cloud 204 and functions in full-duplex mode. Multiple devices can transmit data simultaneously. Network routers 211 use IP addresses to transfer data.

一実施例では、ネットワークハブ207は、複数のUSB装置をホストコンピュータに接続することを可能にするUSBハブとして実装されてもよい。USBハブは、装置をホストシステムコンピュータに接続するために利用可能なポートが多くなるように、単一のUSBポートをいくつかの階層に拡張することができる。ネットワークハブ207は、有線チャネル又は無線チャネルを介して情報を受信するための有線又は無線能力を含むことができる。一態様では、無線USB短距離高帯域無線通信プロトコルが、手術室内に位置する装置1a~1nと装置2a~2mとの間の通信のために使用されてもよい。 In one embodiment, network hub 207 may be implemented as a USB hub that allows multiple USB devices to be connected to a host computer. A USB hub can expand a single USB port into several layers so that there are many ports available for connecting devices to a host system computer. Network hub 207 may include wired or wireless capabilities for receiving information over wired or wireless channels. In one aspect, a wireless USB short range high band wireless communication protocol may be used for communication between devices 1a-1n and devices 2a-2m located in the operating room.

他の実施例では、手術室装置1a~1n/2a~2mは、固定及びモバイル装置から短距離にわたってデータを交換し(2.4~2.485GHzのISM帯域における短波長UHF電波を使用して)、かつパーソナルエリアネットワーク(PAN)を構築するために、Bluetooth無線技術規格を介してモジュール式通信ハブ203と通信することができる。他の態様では、手術室装置1a~1n/2a~2mは、Wi-Fi(IEEE802.11ファミリー)、WiMAX(IEEE802.16ファミリー)、IEEE802.20、ロング・ターム・エボリューション(long-term evolution、LTE)、並びにEv-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、及びこれらのイーサネット派生物、のみならず3G、4G、5G、及びそれ以降と指定される任意の他の無線及び有線プロトコルが挙げられるがこれらに限定されない数多くの無線又は有線通信規格又はプロトコルを介してモジュール式通信ハブ203と通信することができる。コンピューティングモジュールは、複数の通信モジュールを含んでもよい。例えば、第1の通信モジュールは、Wi-Fi及びBluetoothなどの短距離無線通信専用であってもよく、第2の通信モジュールは、GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DOなどの長距離無線通信専用であってもよい。 In another embodiment, operating room devices 1a-1n/2a-2m exchange data from fixed and mobile devices over short distances (using short wavelength UHF radio waves in the 2.4-2.485 GHz ISM band). ), and can communicate with the modular communication hub 203 via the Bluetooth wireless technology standard to build a personal area network (PAN). In another aspect, the operating room devices 1a-1n/2a-2m support Wi-Fi (IEEE 802.11 family), WiMAX (IEEE 802.16 family), IEEE 802.20, long-term evolution, LTE), and Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, and their Ethernet derivatives, as well as any designated 3G, 4G, 5G, and later can communicate with modular communication hub 203 via numerous wireless or wired communication standards or protocols, including but not limited to other wireless and wired protocols. A computing module may include multiple communication modules. For example, a first communication module may be dedicated to short-range wireless communication such as Wi-Fi and Bluetooth, and a second communication module may be dedicated to GPS, EDGE, GPRS, CDMA, WiMAX, LTE, Ev-DO, etc. may be dedicated to long-range wireless communication.

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。 The modular communication hub 203 can serve as the central connection for one or all of the operating room devices 1a-1n/2a-2m and handles data types known as frames. The frames carry data generated by the devices 1a-1n/2a-2m. As frames are received by modular communication hub 203, the frames are amplified and transmitted to network router 211, which uses a number of wireless or wired communication standards or protocols described herein to transmit the frames. Transfer this data to cloud computing resources.

モジュール式通信ハブ203は、スタンドアロンの装置として使用されてもよく、又はより大きなネットワークを形成するために互換性のあるネットワークハブ及びネットワークスイッチに接続されてもよい。モジュール式通信ハブ203は、一般に据え付け、構成、及び維持が容易であるため、モジュール式通信ハブ203は手術室装置1a~1n/2a~2mをネットワーク接続するための良好な選択肢となる。 Modular communication hub 203 may be used as a stand-alone device or may be connected to compatible network hubs and network switches to form a larger network. Modular communication hubs 203 are generally easy to install, configure, and maintain, making them a good choice for networking operating room devices 1a-1n/2a-2m.

図9は、コンピュータ実装インタラクティブ外科システム200を示す。コンピュータ実装インタラクティブ外科システム200は、多くの点で、コンピュータ実装インタラクティブ外科システム100と類似している。例えば、コンピュータ実装インタラクティブ外科システム200は、多くの点で外科システム102と類似する1つ又は2つ以上の外科システム202を含む。各外科システム202は、リモートサーバ213を含み得るクラウド204と通信する少なくとも1つの外科用ハブ206を含む。一態様では、コンピュータ実装インタラクティブ外科システム200は、例えば、インテリジェント外科用器具、ロボット、及び手術室内に位置する他のコンピュータ化装置などの複数の手術室装置に接続されたモジュール式制御タワー236を備える。図10に示されるように、モジュール式制御タワー236は、コンピュータシステム210に結合されたモジュール式通信ハブ203を備える。図9の実施例に例示するように、モジュール式制御タワー236は、内視鏡239に結合された撮像モジュール238、エネルギー装置241に結合された発生器モジュール240、排煙器モジュール226、吸引/灌注モジュール228、通信モジュール230、プロセッサモジュール232、ストレージアレイ234、任意でディスプレイ237に結合されたスマート装置/器具235、及び非接触センサモジュール242に結合される。手術室装置は、モジュール式制御タワー236を介してクラウドコンピューティングリソース及びデータストレージに結合される。ロボットハブ222もまた、モジュール式制御タワー236及びクラウドコンピューティングリソースに接続されてもよい。中でもとりわけ、装置/器具235、可視化システム208が、本明細書に記載される有線又は無線通信規格又はプロトコルを介してモジュール式制御タワー236に結合されてもよい。モジュール式制御タワー236は、撮像モジュール、装置/器具ディスプレイ、及び/又は他の可視化システム208から受信した画像を表示及びオーバーレイするためにハブディスプレイ215(例えば、モニタ、スクリーン)に結合されてもよい。ハブディスプレイはまた、画像及びオーバーレイ画像と共にモジュール式制御タワーに接続された装置から受信したデータを表示してもよい。 FIG. 9 shows a computer-implemented interactive surgical system 200 . Computer-implemented interactive surgical system 200 is similar in many respects to computer-implemented interactive surgical system 100 . For example, computer-implemented interactive surgical system 200 includes one or more surgical systems 202 that are similar in many respects to surgical system 102 . Each surgical system 202 includes at least one surgical hub 206 that communicates with cloud 204 that may include remote servers 213 . In one aspect, the computer-implemented interactive surgical system 200 comprises a modular control tower 236 connected to multiple operating room devices such as, for example, intelligent surgical instruments, robots, and other computerized devices located within the operating room. . As shown in FIG. 10, modular control tower 236 comprises modular communication hub 203 coupled to computer system 210 . As illustrated in the embodiment of FIG. 9, modular control tower 236 includes imaging module 238 coupled to endoscope 239, generator module 240 coupled to energy device 241, smoke evacuator module 226, aspiration/ Coupled to an irrigation module 228 , a communications module 230 , a processor module 232 , a storage array 234 , a smart device/instrument 235 optionally coupled to a display 237 , and a contactless sensor module 242 . Operating room equipment is coupled to cloud computing resources and data storage via modular control towers 236 . Robot hub 222 may also be connected to modular control tower 236 and cloud computing resources. Devices/instruments 235, visualization system 208, among others, may be coupled to modular control tower 236 via wired or wireless communication standards or protocols described herein. Modular control tower 236 may be coupled to hub display 215 (e.g., monitor, screen) for displaying and overlaying images received from imaging modules, device/instrument displays, and/or other visualization systems 208. . The hub display may also display data received from devices connected to the modular control tower along with images and overlay images.

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。 FIG. 10 shows surgical hub 206 comprising multiple modules coupled to modular control tower 236 . Modular control tower 236 includes a modular communication hub 203, eg, a network connection device, and a computer system 210, eg, for providing local processing, visualization, and imaging. As shown in FIG. 10, modular communication hubs 203 are connected in a hierarchical configuration to expand the number of modules (e.g., devices) that can be connected to modular communication hub 203 to store data associated with the modules. It can be transferred to computer system 210, cloud computing resources, or both. As shown in FIG. 10, each of the network hubs/switches within modular communication hub 203 includes three downstream ports and one upstream port. An upstream network hub/switch is connected to the processor to provide communication connections to cloud computing resources and local displays 217 . Communication to cloud 204 can be via either wired or wireless communication channels.

外科用ハブ206は、非接触センサモジュール242を使用して、手術室の寸法を測定し、また超音波又はレーザ型非接触測定装置のいずれかを使用して手術現場のマップを生成する。その全体が参照により本明細書に組み込まれる2017年12月28日出願の「INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM」と題する米国特許仮出願第62/611,341号の「Surgical Hub Spatial Awareness Within an Operating Room」の項で説明されるように、超音波ベースの非接触センサモジュールは、超音波のバーストを送信し、超音波のバーストが手術室の外壁に反射したときのエコーを受信することによって手術室を走査し、ここでセンサモジュールが、手術室のサイズを判定し、かつBluetoothペアリングの距離限界を調整するように構成される。レーザベースの非接触センサモジュールは、例えば、レーザ光パルスを送信し、手術室の外壁に反射するレーザ光パルスを受信し、送信されたパルスの位相を受信したパルスと比較して、手術室のサイズを判定し、かつBluetoothペアリング距離限界を調整することによって手術室を走査する。 Surgical hub 206 uses non-contact sensor module 242 to measure the dimensions of the operating room and to generate a map of the surgical field using either ultrasonic or laser-based non-contact measurement devices. Section "Surgical Hub Spatial Awareness Within an Operating Room" of U.S. Provisional Patent Application No. 62/611,341, entitled "INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM," filed Dec. 28, 2017, which is hereby incorporated by reference in its entirety. An ultrasound-based non-contact sensor module scans an operating room by transmitting bursts of ultrasound and receiving echoes when the bursts of ultrasound reflect off the outer wall of the operating room. , where the sensor module is configured to determine the size of the operating room and adjust the distance limit of the Bluetooth pairing. A laser-based non-contact sensor module, for example, transmits a laser light pulse, receives a laser light pulse that reflects off the outer wall of an operating room, compares the phase of the transmitted pulse with the received pulse, and compares the phase of the operating room. Scan the operating room by determining the size and adjusting the Bluetooth pairing distance limit.

コンピュータシステム210は、プロセッサ244とネットワークインターフェース245とを備える。プロセッサ244は、システムバスを介して、通信モジュール247、ストレージ248、メモリ249、不揮発性メモリ250、及び入力/出力インターフェース251に結合される。システムバスは、9ビットバス、業界標準アーキテクチャ(ISA)、マイクロチャネルアーキテクチャ(MSA)、拡張ISA(EISA)、インテリジェントドライブエレクトロニクス(IDE)、VESAローカルバス(VLB)、周辺装置相互接続(PCI)、USB、アドバンスドグラフィックスポート(AGP)、パーソナルコンピュータメモリカード国際協会バス(PCMCIA)、小型計算機システム・インターフェース(SCSI)、又は任意の他の独自バス(proprietary bus)が挙げられるがこれらに限定されない任意の様々なバスアーキテクチャを用いる、メモリバス若しくはメモリコントローラ、ペリフェラルバス若しくは外部バス、及び/又はローカルバスを含むいくつかのタイプのバス構造(複数可)のうちのいずれかであっってもよい。 Computer system 210 includes processor 244 and network interface 245 . Processor 244 is coupled to communication module 247, storage 248, memory 249, nonvolatile memory 250, and input/output interface 251 via a system bus. The system bus includes a 9-bit bus, Industry Standard Architecture (ISA), Micro Channel Architecture (MSA), Enhanced ISA (EISA), Intelligent Drive Electronics (IDE), VESA Local Bus (VLB), Peripheral Device Interconnect (PCI), Any, including but not limited to USB, Advanced Graphics Port (AGP), Personal Computer Memory Card International Association Bus (PCMCIA), Small Computer Systems Interface (SCSI), or any other proprietary bus. It may be any of several types of bus structure(s) including a memory bus or memory controller, a peripheral or external bus, and/or a local bus using various bus architectures.

プロセッサ244は、Texas Instruments製のARM Cortexの商品名で知られているものなど、任意のシングルコア又はマルチコアプロセッサであってもよい。一態様では、プロセッサは、例えば、その詳細が製品データシートで入手可能である、最大40MHzの256KBのシングルサイクルフラッシュメモリ若しくは他の不揮発性メモリのオンチップメモリ、性能を40MHz超に改善するためのプリフェッチバッファ、32KBのシングルサイクルシリアルランダムアクセスメモリ(SRAM)、StellarisWare(登録商標)ソフトウェアを搭載した内部読み出し専用メモリ(read-only memory、ROM)、2KBの電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ(electrically erasable programmable read-only memory、EEPROM)、及び/又は、1つ若しくは2つ以上のパルス幅変調(pulse width modulation、PWM)モジュール、1つ若しくは2つ以上の直交エンコーダ入力(quadrature encoder input、QEI)アナログ、12個のアナログ入力チャネルを備える1つ若しくは2つ以上の12ビットアナログ-デジタル変換器(analog-to-digital converter、ADC)を含む、Texas Instrumentsから入手可能なLM4F230H5QR ARM Cortex-M4Fプロセッサコアであってもよい。 Processor 244 may be any single-core or multi-core processor, such as those known under the trade name ARM Cortex manufactured by Texas Instruments. In one aspect, the processor has on-chip memory, e.g., 256 KB of single-cycle flash memory or other non-volatile memory at up to 40 MHz, details of which are available in the product datasheet, to improve performance beyond 40 MHz. Prefetch buffer, 32 KB single-cycle serial random access memory (SRAM), internal read-only memory (ROM) with StellarisWare® software, 2 KB electrically erasable programmable read-only memory programmable read-only memory, EEPROM) and/or one or more pulse width modulation (PWM) modules, one or more quadrature encoder input (QEI) analog , with an LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F processor core available from Texas Instruments containing one or more 12-bit analog-to-digital converters (ADCs) with 12 analog input channels. There may be.

一態様では、プロセッサ244は、同じくTexas Instruments製のHercules ARM Cortex R4の商品名で知られるTMS570及びRM4xなどの2つのコントローラ系ファミリーを含む安全コントローラを含んでもよい。安全コントローラは、拡張性のある性能、接続性、及びメモリの選択肢を提供しながら、高度な集積型安全機構を提供するために、中でも特に、IEC61508及びISO26262の安全限界用途専用に構成されてもよい。 In one aspect, the processor 244 may include a safety controller that includes two controller family families, such as the TMS570 and RM4x, also known by the trade designation Hercules ARM Cortex R4, also manufactured by Texas Instruments. Safety controllers may be configured specifically for IEC61508 and ISO26262 safety limit applications to provide advanced integrated safety mechanisms while offering scalable performance, connectivity, and memory options. good.

システムメモリとしては、揮発性メモリ及び不揮発性メモリが挙げられる。起動中などにコンピュータシステム内の要素間で情報を転送するための基本ルーチンを含む基本入出力システム(BIOS)は、不揮発性メモリに記憶される。例えば、不揮発性メモリとしては、ROM、プログラマブルROM(programmable ROM、PROM)、電気的プログラマブルROM(EPROM)、EEPROM、又はフラッシュメモリが挙げられ得る。揮発性メモリとしては、外部キャッシュメモリとして機能するランダムアクセスメモリ(RAM)が挙げられる。更に、RAMは、SRAM、ダイナミックRAM(DRAM)、シンクロナスDRAM(SDRAM)、ダブルデータレートSDRAM(DDR SDRAM)、エンハンスドSDRAM(ESDRAM)、シンクリンクDRAM(SLDRAM)、及びダイレクトランバスRAM(DRRAM)などの多くの形態で利用可能である。 System memory includes both volatile and nonvolatile memory. The basic input/output system (BIOS), containing the basic routines to transfer information between elements within the computer system, such as during start-up, is stored in nonvolatile memory. For example, non-volatile memory may include ROM, programmable ROM (PROM), electrically programmable ROM (EPROM), EEPROM, or flash memory. Volatile memory can include random access memory (RAM), which acts as external cache memory. Further, RAM includes SRAM, dynamic RAM (DRAM), synchronous DRAM (SDRAM), double data rate SDRAM (DDR SDRAM), enhanced SDRAM (ESDRAM), sync link DRAM (SLDRAM), and direct RAM bus RAM (DRRAM). available in many forms.

コンピュータシステム210はまた、取り外し可能/取り外し不可能な揮発性/不揮発性コンピュータストレージ媒体、例えばディスクストレージなどを含む。ディスクストレージとしては、磁気ディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ、テープドライブ、Jazドライブ、Zipドライブ、LS-60ドライブ、フラッシュメモリカード、又はメモリスティックのようなデバイスが挙げられるが、これらに限定されない。加えて、ディスクストレージは、ストレージ媒体を、独立して、又はコンパクトディスクROM装置(CD-ROM)、コンパクトディスク記録可能ドライブ(CD-Rドライブ)、コンパクトディスク書き換え可能ドライブ(CD-RWドライブ)、若しくはデジタル多用途ディスクROMドライブ(DVD-ROM)などの光ディスクドライブが挙げられるがこれらに限定されない他のストレージ媒体との組み合わせで含むことができる。ディスクストレージ装置のシステムバスへの接続を容易にするために、取り外し可能な又は取り外し不可能なインターフェースが用いられてもよい。 Computer system 210 also includes removable/non-removable, volatile/non-volatile computer storage media such as disk storage. Disk storage includes, but is not limited to, devices such as magnetic disk drives, floppy disk drives, tape drives, Jaz drives, Zip drives, LS-60 drives, flash memory cards, or memory sticks. In addition, disc storage may refer to a storage medium, either independently or as a compact disc ROM device (CD-ROM), a compact disc recordable drive (CD-R drive), a compact disc rewritable drive (CD-RW drive), Or it may be included in combination with other storage media including, but not limited to, an optical disk drive such as a Digital Versatile Disk ROM Drive (DVD-ROM). A removable or non-removable interface may be used to facilitate connection of the disk storage device to the system bus.

コンピュータシステム210は、好適な動作環境で説明されるユーザと基本コンピュータリソースとの間で媒介として機能するソフトウェアを含むことを理解されたい。このようなソフトウェアとしてはオペレーティングシステムが挙げられる。ディスクストレージ上に記憶され得るオペレーティングシステムは、コンピュータシステムのリソースを制御及び割り当てするように機能する。システムアプリケーションは、システムメモリ内又はディスクストレージ上のいずれかに記憶されたプログラムモジュール及びプログラムデータを介して、オペレーティングシステムによるリソース管理を活用する。本明細書に記載される様々な構成要素は、様々なオペレーティングシステム又はオペレーティングシステムの組み合わせで実装することができることを理解されたい。 It should be appreciated that computer system 210 includes software that acts as an intermediary between users and basic computer resources as described in the preferred operating environment. Such software includes an operating system. An operating system, which may be stored on disk storage, functions to control and allocate the computer system's resources. System applications take advantage of resource management by the operating system through program modules and program data stored either in system memory or on disk storage. It should be appreciated that the various components described herein can be implemented on various operating systems or combinations of operating systems.

ユーザは、I/Oインターフェース251に結合された入力装置(複数可)を介してコンピュータシステム210にコマンド又は情報を入力する。入力装置としては、マウス、トラックボール、スタイラス、タッチパッドなどのポインティングデバイス、キーボード、マイクロフォン、ジョイスティック、ゲームパッド、サテライト・ディッシュ、スキャナ、TVチューナカード、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、ウェブカメラなどが挙げられるが、これらに限定されない。これら及び他の入力装置は、インターフェースポート(複数可)を介し、システムバスを通してプロセッサに接続する。インターフェースポート(複数可)としては、例えば、シリアルポート、パラレルポート、ゲームポート、及びUSBが挙げられる。出力装置(複数可)は、入力装置(複数可)と同じ種類のポートのうちのいくつかを使用する。したがって、例えば、USBポートを使用して、コンピュータシステムに入力を提供し、またコンピュータシステムからの情報を出力装置に出力してもよい。出力アダプタは、特別なアダプタを必要とする出力装置の中でもとりわけ、モニタ、ディスプレイ、スピーカ、及びプリンタなどのいくつかの出力装置が存在することを示すために提供される。出力アダプタとしては、例示としてのものであり限定するものではないが、出力装置とシステムバスとの間の接続手段を提供するビデオ及びサウンドカードが挙げられる。遠隔コンピュータ(複数可)などの他の装置及び/又は装置のシステムは、入力及び出力機能の両方を提供することに留意されたい。 A user enters commands or information into computer system 210 through input device(s) coupled to I/O interface 251 . Input devices include pointing devices such as mice, trackballs, styluses, and touch pads, keyboards, microphones, joysticks, gamepads, satellite dishes, scanners, TV tuner cards, digital cameras, digital video cameras, and webcams. include but are not limited to: These and other input devices connect to the processor through the system bus via the interface port(s). Interface port(s) include, for example, serial port, parallel port, game port, and USB. Output device(s) use some of the same types of ports as input device(s). Thus, for example, a USB port may be used to provide input to the computer system and output information from the computer system to an output device. Output adapters are provided to illustrate that there are some output devices such as monitors, displays, speakers, and printers, among other output devices that require special adapters. Output adapters include, by way of example and not limitation, video and sound cards that provide a means of connection between output devices and the system bus. Note that other devices and/or systems of devices, such as remote computer(s), provide both input and output functionality.

コンピュータシステム210は、クラウドコンピュータ(複数可)などの1つ若しくは2つ以上の遠隔コンピュータ又はローカルコンピュータへの論理接続を使用するネットワーク化環境で動作することができる。遠隔クラウドコンピュータ(複数可)は、パーソナルコンピュータ、サーバ、ルータ、ネットワークPC、ワークステーション、マイクロプロセッサベースの機器、ピア装置、又は他の一般的なネットワークノードなどであり得、典型的には、コンピュータシステムに関して説明される要素の多く又は全てを含む。簡潔にするために、遠隔コンピュータ(複数可)と共にメモリストレージ装置のみが示される。遠隔コンピュータ(複数可)は、ネットワークインターフェースを介してコンピュータシステムに論理的に接続され、続いて、通信接続を介して物理的に接続される。ネットワークインターフェースは、ローカルエリアネットワーク(LAN)及びワイドエリアネットワーク(WAN)などの通信ネットワークを包含する。LAN技術としては、光ファイバ分散データインターフェース(fiber distributed data Interface、FDDI)、銅線分散データインターフェース(copper distributed data interface、CDDI)、Ethernet/IEEE802.3、Token Ring/IEEE802.5などが挙げられる。WAN技術としては、ポイントツーポイントリンク、統合サービスデジタルネットワーク(integrated services digital network、ISDN)及びその変形などの回路交換ネットワーク、パケット交換ネットワーク、並びにデジタル加入者回線(digital subscriber line、DSL)が挙げられるがこれらに限定されない。 Computer system 210 can operate in a networked environment using logical connections to one or more remote or local computers, such as cloud computer(s). The remote cloud computer(s) may be personal computers, servers, routers, network PCs, workstations, microprocessor-based appliances, peer devices, or other general network nodes, etc., and are typically computers Includes many or all of the elements described for the system. For simplicity, only the memory storage device is shown along with the remote computer(s). Remote computer(s) are logically connected to the computer system through a network interface and then physically connected via a communications connection. The network interface encompasses communication networks such as local area networks (LAN) and wide area networks (WAN). LAN technologies include fiber distributed data interface (FDDI), copper distributed data interface (CDDI), Ethernet/IEEE 802.3, Token Ring/IEEE 802.5, and so on. WAN technologies include point-to-point links, circuit-switched networks such as integrated services digital networks (ISDN) and variations thereof, packet-switched networks, and digital subscriber lines (DSL). are not limited to these.

様々な態様では、図10のコンピュータシステム210、図9~図10の撮像モジュール238、及び/又は可視化システム208、及び/又はプロセッサモジュール232は、画像プロセッサ、画像処理エンジン、メディアプロセッサ、又はデジタル画像の処理に使用される任意の専用デジタル信号プロセッサ(digital signal processor、DSP)を含んでもよい。画像プロセッサは、単一命令複数データ(single instruction, multiple data、SIMD)、又は複数命令複数データ(multiple instruction, multiple data、MIMD)技術を用いた並列コンピューティングを使用して速度及び効率を高めることができる。デジタル画像処理エンジンは、様々なタスクを実行することができる。画像プロセッサは、マルチコアプロセッサアーキテクチャを備えるチップ上のシステムであってもよい。 In various aspects, the computer system 210 of FIG. 10, the imaging module 238 of FIGS. 9-10, and/or the visualization system 208, and/or the processor module 232 are image processors, image processing engines, media processors, or digital image processors. may include any dedicated digital signal processor (DSP) used to process the Image processors use parallel computing with single instruction, multiple data (SIMD) or multiple instruction, multiple data (MIMD) techniques to increase speed and efficiency. can be done. A digital image processing engine can perform a variety of tasks. The image processor may be a system on chip with a multi-core processor architecture.

通信接続(複数可)とは、ネットワークインターフェースをバスに接続するために用いられるハードウェア/ソフトウェアを指す。例示の明瞭さのために通信接続はコンピュータシステム内部に示されているが、通信接続はコンピュータシステム210の外部にあってもよい。例示のみを目的として、ネットワークインターフェースへの接続に必要なハードウェア/ソフトウェアとしては、通常の電話グレードモデム、ケーブルモデム、及びDSLモデムを含むモデム、ISDNアダプタ、並びにイーサネットカードなどの内部及び外部技術が挙げられる。 Communication connection(s) refers to hardware/software used to connect a network interface to a bus. Although communication connections are shown internal to the computer system for clarity of illustration, the communication connections may be external to computer system 210 . By way of example only, the hardware/software required to connect to the network interface includes internal and external technologies such as modems, including regular telephone grade modems, cable modems, and DSL modems, ISDN adapters, and Ethernet cards. mentioned.

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。 FIG. 11 illustrates a functional block diagram of one aspect of a USB network hub 300 device, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. In the illustrated embodiment, USB network hub device 300 employs a TUSB2036 integrated circuit hub manufactured by Texas Instruments. The USB network hub 300 is a CMOS device that provides an upstream USB transmit/receive port 302 and up to three downstream USB transmit/receive ports 304, 306, 308 conforming to the USB 2.0 standard. The upstream USB transmit/receive port 302 is a differential root data port that includes a differential data minus (DM0) input paired with a differential data plus (DP0) input. The three downstream USB transmit/receive ports 304, 306, 308 are differential data ports, each port including differential data plus (DP1-DP3) outputs paired with differential data minus (DM1-DM3) outputs.

USBネットワークハブ300装置は、マイクロコントローラの代わりにデジタル状態マシンを備えて実装され、ファームウェアのプログラミングを必要としない。完全準拠したUSB送受信機が、上流USB送受信ポート302及び全ての下流USB送受信ポート304、306、308の回路に統合される。下流USB送受信ポート304、306、308は、ポートに取り付けられた装置の速度に応じてスルーレートを自動的に設定することによって、最高速度及び低速の装置の両方をサポートする。USBネットワークハブ300装置は、バスパワーモード又はセルフパワーモードのいずれかで構成されてもよく、電力を管理するためのハブパワー論理312を含む。 The USB network hub 300 device is implemented with a digital state machine instead of a microcontroller and does not require firmware programming. A fully compliant USB transceiver is integrated into the circuitry of the upstream USB transmit/receive port 302 and all downstream USB transmit/receive ports 304 , 306 , 308 . Downstream USB transmit and receive ports 304, 306, 308 support both high speed and low speed devices by automatically setting the slew rate according to the speed of the device attached to the port. The USB network hub 300 device may be configured in either bus-powered mode or self-powered mode and includes hub power logic 312 for managing power.

USBネットワークハブ300装置は、シリアルインターフェースエンジン310(serial interface engine、SIE)を含む。SIE310は、USBネットワークハブ300ハードウェアのフロントエンドであり、USB仕様書の第8章に記載されているプロトコルの大部分を取り扱う。SIE310は、典型的には、トランザクションレベルまでのシグナリングを理解する。これが取り扱う機能としては、パケット認識、トランザクションの並べ替え、SOP、EOP、RESET、及びRESUME信号の検出/生成、クロック/データ分離、非ゼロ復帰逆転(non-return-to-zero invert、NRZI)データ符号化/復号及びビットスタッフィング、CRC生成及びチェック(トークン及びデータ)、パケットID(PID)の生成、及びチェック/復号、並びに/又はシリアル・パラレル/パラレル・シリアル変換が挙げられ得る。310はクロック入力314を受信し、ポート論理回路320、322、324を介して上流USB送受信ポート302と下流USB送受信ポート304、306、308との間の通信を制御するためにサスペンド/レジューム論理並びにフレームタイマー316回路及びハブリピータ回路318に結合される。SIE310は、シリアルEEPROMインターフェース330を介してシリアルEEPROMからコマンドを制御するためのインターフェース論理を介してコマンドデコーダ326に結合される。 The USB network hub 300 device includes a serial interface engine 310 (SIE). The SIE 310 is the front end of the USB network hub 300 hardware and handles most of the protocols described in Chapter 8 of the USB specification. SIE 310 typically understands signaling down to the transaction level. The functions it handles include packet recognition, transaction reordering, detection/generation of SOP, EOP, RESET and RESUME signals, clock/data separation, non-return-to-zero invert (NRZI) data Encoding/decoding and bit stuffing, CRC generation and checking (tokens and data), packet ID (PID) generation and checking/decoding, and/or serial-parallel-parallel-serial conversion may be included. 310 receives a clock input 314 and suspend/resume logic to control communication between the upstream USB transmit/receive port 302 and the downstream USB transmit/receive ports 304 , 306 , 308 via port logic circuits 320 , 322 , 324 . It is coupled to frame timer 316 circuitry and hub repeater circuitry 318 . SIE 310 is coupled to command decoder 326 via interface logic for controlling commands from the serial EEPROM via serial EEPROM interface 330 .

様々な態様では、USBネットワークハブ300は、最大6つの論理層(階層)内に構成された127個の機能を単一のコンピュータに接続することができる。更に、USBネットワークハブ300は、通信及び電力分配の両方を提供する標準化された4本のワイヤケーブルを使用して全ての周辺機器に接続することができる。電力構成は、バスパワーモード及びセルフパワーモードである。USBネットワークハブ300は、個々のポート電力管理又は連動ポート電力管理のいずれかを備えるバスパワーハブ、及び個々のポート電力管理又は連動ポート電力管理のいずれかを備えるセルフパワーハブの、電力管理の4つのモードをサポートするように構成されてもよい。一態様では、USBケーブル、USBネットワークハブ300を使用して、上流USB送受信ポート302はUSBホストコントローラにプラグ接続され、下流USB送受信ポート304、306、308はUSBに互換性のある装置を接続するために露出される、といった具合である。 In various aspects, the USB network hub 300 can connect 127 functions organized in up to 6 logical layers (hierarchies) to a single computer. Additionally, the USB network hub 300 can connect to all peripherals using a standardized four wire cable that provides both communication and power distribution. The power configurations are bus power mode and self power mode. USB network hub 300 has four power management capabilities: a bus-powered hub with either individual port power management or ganged port power management, and a self-powered hub with either individual port power management or ganged port power management. It may be configured to support two modes. In one aspect, using a USB cable, USB network hub 300, the upstream USB transmit/receive port 302 plugs into a USB host controller and the downstream USB transmit/receive ports 304, 306, 308 connect USB compatible devices. and so on.

外科用器具のハードウェア
図12は、本開示の1つ又は2つ以上の態様による、外科用器具又はツールの制御システム470の論理図を示す。システム470は制御回路を備える。制御回路は、プロセッサ462及びメモリ468を備えるマイクロコントローラ461を含む。例えば、センサ472、474、476のうちの1つ又は2つ以上が、プロセッサ462にリアルタイムなフィードバックを提供する。モータドライバ492によって駆動されるモータ482は、長手方向に移動可能な変位部材を動作可能に結合して、クランプアーム閉鎖部材を駆動する。追跡システム480は、長手方向に移動可能な変位部材の位置を決定するように構成されている。位置情報は、長手方向に移動可能な駆動部材の位置及び閉鎖部材の位置を決定するようにプログラム又は構成可能なプロセッサ462に提供される。閉鎖管の移動、シャフトの回転、関節運動、若しくはクランプアームの閉鎖、又は上記の組み合わせを制御するために、ツールドライバインターフェースに追加のモータが提供されてもよい。ディスプレイ473は、器具の様々な動作条件を表示し、データ入力のためのタッチスクリーン機能を含んでもよい。ディスプレイ473上に表示された情報は、内視鏡撮像モジュールを介して取得された画像とオーバーレイさせることができる。
Surgical Instrument Hardware FIG. 12 illustrates a logic diagram of a surgical instrument or tool control system 470, in accordance with one or more aspects of the present disclosure. System 470 includes control circuitry. The control circuitry includes a microcontroller 461 with a processor 462 and memory 468 . For example, one or more of sensors 472 , 474 , 476 provide real-time feedback to processor 462 . A motor 482 driven by a motor driver 492 operatively couples the longitudinally movable displacement member to drive the clamp arm closure member. Tracking system 480 is configured to determine the position of the longitudinally moveable displacement member. The positional information is provided to a processor 462 that can be programmed or configured to determine the position of the longitudinally movable drive member and the position of the closure member. Additional motors may be provided in the tool driver interface to control movement of the closure tube, rotation of the shaft, articulation, or closure of the clamp arm, or a combination of the above. The display 473 displays various operating conditions of the instrument and may include touch screen functionality for data entry. Information displayed on display 473 can be overlaid with images acquired via the endoscopic imaging module.

一態様では、マイクロコントローラ461は、Texas Instruments製のARM Cortexの商品名で知られているものなど、任意のシングルコア又はマルチコアプロセッサであってもよい。一態様では、主マイクロコントローラ461は、例えば、その詳細が製品データシートで入手可能である、最大40MHzの256KBのシングルサイクルフラッシュメモリ若しくは他の不揮発性メモリのオンチップメモリ、性能を40MHz超に改善するためのプリフェッチバッファ、32KBのシングルサイクルSRAM、StellarisWare(登録商標)ソフトウェアを搭載した内部ROM、2KBのEEPROM、1つ若しくは2つ以上のPWMモジュール、1つ若しくは2つ以上のQEIアナログ、及び/又は12個のアナログ入力チャネルを備える1つ若しくは2つ以上の12ビットADCを含む、Texas Instrumentsから入手可能なLM4F230H5QR ARM Cortex-M4Fプロセッサコアであってもよい。 In one aspect, microcontroller 461 may be any single-core or multi-core processor, such as those known under the trade name ARM Cortex manufactured by Texas Instruments. In one aspect, the main microcontroller 461 has on-chip memory of 256 KB of single-cycle flash memory or other non-volatile memory at up to 40 MHz, for example, details of which are available in the product datasheet, improving performance beyond 40 MHz. 32 KB of single-cycle SRAM, internal ROM with StellarisWare software, 2 KB of EEPROM, one or more PWM modules, one or more QEI analogs, and/or or an LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F processor core available from Texas Instruments that includes one or more 12-bit ADCs with 12 analog input channels.

一態様では、マイクロコントローラ461は、同じくTexas Instruments製のHercules ARM Cortex R4の商品名で知られるTMS570及びRM4xなどの2つのコントローラ系ファミリーを含む安全コントローラを含んでもよい。安全コントローラは、拡張性のある性能、接続性、及びメモリの選択肢を提供しながら、高度な集積型安全機構を提供するために、中でも特に、IEC61508及びISO26262の安全限界用途専用に構成されてもよい。 In one aspect, microcontroller 461 may include a safety controller that includes two controller family families, such as TMS570 and RM4x, also known by the trade designation Hercules ARM Cortex R4, also manufactured by Texas Instruments. Safety controllers may be configured specifically for IEC61508 and ISO26262 safety limit applications to provide advanced integrated safety mechanisms while offering scalable performance, connectivity, and memory options. good.

マイクロコントローラ461は、ナイフ、関節運動システム、クランプアーム、又は上記の組み合わせの速度及び位置の正確な制御などの様々な機能を実行するようにプログラムされてもよい。一態様では、マイクロコントローラ461は、プロセッサ462及びメモリ468を含む。電動モータ482は、ギアボックス、及び関節運動又はナイフシステムへの機械的連結部を備えたブラシ付き直流(DC)モータであってもよい。一態様では、モータドライバ492は、Allegro Microsystems,Incから入手可能なA3941であってもよい。他のモータドライバを、絶対位置決めシステムを備える追跡システム480で使用するために容易に置き換えることができる。絶対位置決めシステムの詳細な説明は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる「SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT」と題する2017年10月19日公開の米国特許出願公開第2017/0296213号に記載されている。 Microcontroller 461 may be programmed to perform various functions such as precise control of the speed and position of the knife, articulation system, clamp arm, or combination of the above. In one aspect, microcontroller 461 includes processor 462 and memory 468 . The electric motor 482 may be a brushed direct current (DC) motor with a gearbox and a mechanical connection to the articulation or knife system. In one aspect, the motor driver 492 may be an A3941 available from Allegro Microsystems, Inc. Other motor drivers can be easily substituted for use in tracking system 480 with an absolute positioning system. A detailed description of absolute positioning systems can be found in U.S. Patent Application Publication No. 2017, published October 19, 2017, entitled "SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT," which is hereby incorporated by reference in its entirety. 0296213.

マイクロコントローラ461は、変位部材及び関節運動システムの速度及び位置に対する正確な制御を提供するようにプログラムされてもよい。マイクロコントローラ461は、マイクロコントローラ461のソフトウェア内で応答を計算するように構成されてもよい。計算された応答は、実際のシステムの測定された応答と比較されて「観測された」応答が得られ、これが実際のフィードバックの判定に用いられる。観測された応答は、シミュレーションによる応答の滑らかで連続的な性質と、測定による応答とのバランスを取る好適な調整された値であり、これはシステムに及ぼす外部の影響を検出することができる。 Microcontroller 461 may be programmed to provide precise control over the velocity and position of the displacement members and articulation system. The microcontroller 461 may be configured to calculate the response within the microcontroller 461 software. The calculated response is compared with the measured response of the actual system to obtain the "observed" response, which is used to determine the actual feedback. The observed response is a well-tuned value that balances the smooth, continuous nature of the simulated response with the measured response, which can detect external influences on the system.

一態様では、モータ482は、モータドライバ492によって制御されてもよく、外科用器具又はツールの発射システムによって使用され得る。様々な形態において、モータ482は、例えば、約25,000RPMの最大回転速度を有するブラシ付きDC駆動モータであってもよい。別の構成において、モータ482は、ブラシレスモータ、コードレスモータ、同期モータ、ステッパモータ、又は任意の他の好適な電動モータを含んでよい。モータドライバ492は、例えば、電界効果トランジスタ(field-effect transistor、FET)を含むHブリッジドライバを備えてもよい。モータ482は、外科用器具又はツールに制御電力を供給するために、ハンドルアセンブリ又はツールハウジングに解除可能に装着された電源アセンブリによって給電され得る。電源アセンブリは、外科用器具又はツールに給電するための電源として使用され得る、直列に接続された多数の電池セルを含み得る電池を含んでもよい。特定の状況下では、電源アセンブリの電池セルは、交換可能及び/又は再充電可能な電池セルであってよい。少なくとも1つの例では、電池セルは、電源アセンブリに結合可能かつ電源アセンブリから分離可能であり得るリチウムイオン電池であり得る。 In one aspect, the motor 482 may be controlled by a motor driver 492 and used by the firing system of a surgical instrument or tool. In various forms, motor 482 may be, for example, a brushed DC drive motor having a maximum rotational speed of approximately 25,000 RPM. In alternative configurations, motor 482 may include a brushless motor, cordless motor, synchronous motor, stepper motor, or any other suitable electric motor. Motor driver 492 may comprise, for example, an H-bridge driver including field-effect transistors (FETs). Motor 482 may be powered by a power assembly releasably attached to the handle assembly or tool housing to provide control power to the surgical instrument or tool. The power assembly may include a battery that may include multiple battery cells connected in series that may be used as a power source to power a surgical instrument or tool. Under certain circumstances, the battery cells of the power assembly may be replaceable and/or rechargeable battery cells. In at least one example, the battery cells may be lithium ion batteries that may be coupleable to and separable from the power assembly.

モータドライバ492は、Allegro Microsystems,Incから入手可能なA3941であってもよい。A3941 492は、特にブラシ付きDCモータなどの誘導負荷を目的として設計された外部Nチャネルパワー金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(metal-oxide semiconductor field-effect transistor、MOSFET)と共に使用するためのフルブリッジコントローラである。ドライバ492は、固有の電荷ポンプレギュレータを備え、これは、完全(>10V)ゲート駆動を7Vまでの電池電圧に提供し、A3941が5.5Vまでの低減ゲート駆動で動作することを可能にする。NチャネルMOSFETに必要な上記の電池供給電圧を与えるために、ブートストラップコンデンサが用いられてもよい。ハイサイド駆動用の内部電荷ポンプにより、DC(100%デューティサイクル)動作が可能となる。フルブリッジは、ダイオード又は同期整流を用いて高速又は低速減衰モードで駆動され得る。低速減衰モードでは、電流の再循環は、ハイサイドのFETによっても、ローサイドのFETによっても可能である。電力FETは、レジスタで調節可能なデッドタイムによって、シュートスルーから保護される。統合診断は、低電圧、温度過昇、及びパワーブリッジの異常を指示するものであり、ほとんどの短絡状態下でパワーMOSFETを保護するように構成され得る。他のモータドライバを、絶対位置決めシステムを備えた追跡システム480で使用するために容易に置換することができる。 Motor driver 492 may be an A3941 available from Allegro Microsystems, Inc. A3941 492 is a full-bridge controller for use with external N-channel power metal-oxide semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) specifically designed for inductive loads such as brushed DC motors. is. Driver 492 includes an inherent charge pump regulator that provides full (>10V) gate drive for battery voltages up to 7V and allows the A3941 to operate with reduced gate drive down to 5.5V. . Bootstrap capacitors may be used to provide the necessary battery supply voltages for the N-channel MOSFETs. An internal charge pump for the high side drive allows DC (100% duty cycle) operation. The full bridge can be driven in fast or slow decay mode using diodes or synchronous rectification. In slow decay mode, current recirculation is possible through either the high-side FETs or the low-side FETs. The power FETs are protected from shoot-through by a resistor adjustable dead time. Integrated diagnostics indicate undervoltage, overtemperature, and power bridge faults and can be configured to protect power MOSFETs under most short circuit conditions. Other motor drivers can be easily substituted for use in tracking system 480 with an absolute positioning system.

追跡システム480は、本開示の一態様による位置センサ472を備える制御されたモータ駆動回路構成を備える。絶対位置決めシステム用の位置センサ472は、変位部材の位置に対応する固有の位置信号を提供する。一態様では、変位部材は、ギア減速機アセンブリの対応する駆動ギアと噛合係合するための駆動歯のラックを備える長手方向に移動可能な駆動部材を表す。他の態様では、変位部材は、駆動歯のラックを含むように適合及び構成され得る発射部材を表す。更に別の態様では、変位部材は、クランプアームを開閉するための長手方向変位部材を表し、これは駆動歯のラックを含むように適合及び構成され得る。他の態様では、変位部材は、ステープラ、超音波、若しくは電気外科用装置のクランプアーム、又は上記の組み合わせを開閉するように構成されたクランプアーム閉鎖部材を表す。したがって、本明細書で使用するとき、変位部材という用語は、一般的に、駆動部材、クランプアーム、又は変位され得る任意の要素など、外科用器具又はツールの任意の可動部材を指すために使用される。したがって、絶対位置決めシステムは、実際には、長手方向に移動可能な駆動部材の直線変位を追跡することによって、クランプアームの変位を追跡することができる。 Tracking system 480 comprises controlled motor drive circuitry comprising position sensor 472 according to one aspect of the present disclosure. A position sensor 472 for the absolute positioning system provides a unique position signal corresponding to the position of the displacement member. In one aspect, the displacement member represents a longitudinally movable drive member comprising a rack of drive teeth for meshing engagement with a corresponding drive gear of a gear reducer assembly. In other aspects, the displacement member represents a firing member that may be adapted and configured to include a rack of drive teeth. In yet another aspect, the displacement member represents a longitudinal displacement member for opening and closing the clamp arm, which may be adapted and configured to include a rack of drive teeth. In other aspects, the displacement member represents a clamp arm closure member configured to open and close a clamp arm of a stapler, ultrasonic, or electrosurgical device, or a combination of the above. Accordingly, as used herein, the term displacement member is used generically to refer to any movable member of a surgical instrument or tool, such as a drive member, clamp arm, or any element that can be displaced. be done. Thus, the absolute positioning system can actually track the displacement of the clamp arm by tracking the linear displacement of the longitudinally movable drive member.

他の態様では、絶対位置決めシステムは、開閉プロセスにおけるクランプアームの位置を追跡するように構成され得る。様々な他の態様では、変位部材は、直線変位を測定するのに好適な任意の位置センサ472に結合されてもよい。したがって、長手方向に移動可能な駆動部材、若しくはクランプアーム、又はこれらの組み合わせは、任意の好適な直線変位センサに結合されてもよい。直線変位センサは、接触式又は非接触式変位センサを含んでよい。直線変位センサは、線形可変差動変圧器(linear variable differential transformers、LVDT)、差動可変磁気抵抗型変換器(differential variable reluctance transducers、DVRT)、スライドポテンショメータ、移動可能な磁石及び一連の直線上に配置されたホール効果センサを備える磁気感知システム、固定された磁石及び一連の移動可能な直線上に配置されたホール効果センサを備える磁気感知システム、移動可能な光源及び一連の直線上に配置された光ダイオード若しくは光検出器を備える光学検出システム、固定された光源及び一連の移動可能な直線上に配置された光ダイオード若しくは光検出器を備える光学検出システム、又はこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。 In other aspects, the absolute positioning system can be configured to track the position of the clamp arm during the opening and closing process. In various other aspects, the displacement member may be coupled to any position sensor 472 suitable for measuring linear displacement. Accordingly, the longitudinally movable drive member, or clamp arm, or combination thereof may be coupled to any suitable linear displacement sensor. Linear displacement sensors may include contact or non-contact displacement sensors. Linear displacement sensors include linear variable differential transformers (LVDTs), differential variable reluctance transducers (DVRTs), sliding potentiometers, movable magnets and a series of linear A magnetic sensing system comprising an arranged Hall effect sensor, a magnetic sensing system comprising a fixed magnet and Hall effect sensors arranged in a series of movable lines, a movable light source and a series of linearly arranged magnetic sensing systems It may comprise an optical detection system comprising a photodiode or photodetector, an optical detection system comprising a fixed light source and a series of movable linearly arranged photodiodes or photodetectors, or any combination thereof. .

電動モータ482は、変位部材上の駆動歯のセット又はラックと噛合係合で装着されるギアアセンブリと動作可能にインターフェースする回転式シャフトを含んでもよい。センサ素子は、位置センサ472素子の1回転が、変位部材のいくらかの直線長手方向並進に対応するように、ギアアセンブリに動作可能に結合されてもよい。ギアリング及びセンサ機構を、ラックピニオン機構によって直線アクチュエータに、又はスパーギア若しくは他の接続によって回転アクチュエータに接続することができる。電源は、絶対位置決めシステムに電力を供給し、出力インジケータは、絶対位置決めシステムの出力を表示することができる。変位部材は、ギア減速機アセンブリの対応する駆動ギアと噛合係合するために、その上に形成された駆動歯のラックを備える長手方向に移動可能な駆動部材を表す。変位部材は、クランプアームを開閉する長手方向に移動可能な発射部材を表す。 The electric motor 482 may include a rotatable shaft that operably interfaces with a gear assembly that is mounted in meshing engagement with a set or rack of drive teeth on the displacement member. The sensor element may be operably coupled to the gear assembly such that one rotation of the position sensor 472 element corresponds to some linear longitudinal translation of the displacement member. The gearing and sensor mechanism can be connected to the linear actuator by a rack and pinion mechanism or to the rotary actuator by spur gears or other connections. A power supply can power the absolute positioning system and an output indicator can display the output of the absolute positioning system. The displacement member represents a longitudinally movable drive member having a rack of drive teeth formed thereon for meshing engagement with a corresponding drive gear of the gear reducer assembly. The displacement member represents a longitudinally movable firing member that opens and closes the clamp arm.

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dに相当し、dは、変位部材に結合したセンサ素子の1回転した後で、変位部材が点「a」から点「b」まで移動する長手方向の直線距離である。センサ機構は、位置センサ472が変位部材のフルストロークに対して1回以上の回転を完了する結果をもたらすギアの減速を介して接続されてもよい。位置センサ472は、変位部材のフルストロークに対して複数回の回転を完了することができる。 One rotation of the sensor element associated with the position sensor 472 corresponds to the longitudinal linear displacement d1 of the displacement member, which is the distance after one rotation of the sensor element coupled to the displacement member that the displacement member reaches the point "a ” to point “b”. The sensor mechanism may be connected via a gear reduction that results in the position sensor 472 completing one or more revolutions for a full stroke of the displacement member. The position sensor 472 can complete multiple revolutions for a full stroke of the displacement member.

位置センサ472の2回以上の回転に対する固有の位置信号を提供するために、一連のスイッチ(ここでnは1より大きい整数である)が、単独で用いられても、ギアの減速との組み合わせで用いられてもよい。スイッチの状態はマイクロコントローラ461にフィードバックされ、マイクロコントローラ461は論理を適用して、変位部材の長手方向の直線変位d+d+...dに対応する固有の位置信号を判定する。位置センサ472の出力はマイクロコントローラ461に提供される。センサ機構の位置センサ472は、位置信号又は値の固有の組み合わせを出力する、磁気センサ、電位差計などのアナログ回転センサ、又はアナログホール効果素子のアレイを備えてもよい。 A series of switches (where n is an integer greater than 1) may be used alone or in combination with gear reduction to provide a unique position signal for two or more revolutions of the position sensor 472. may be used in The state of the switch is fed back to the microcontroller 461, which applies logic to determine the linear longitudinal displacement of the displacement member d 1 +d 2 + . . . Determine the unique position signal corresponding to dn . The output of position sensor 472 is provided to microcontroller 461 . The position sensor 472 of the sensor mechanism may comprise a magnetic sensor, an analog rotary sensor such as a potentiometer, or an array of analog Hall effect elements that output a unique combination of position signals or values.

位置センサ472は、例えば、磁界の全磁界又はベクトル成分を測定するか否かに基づいて分類される磁気センサなどの、任意の数の磁気感知素子を備えてもよい。両タイプの磁気センサを生産するために用いられる技術は、物理学及び電子工学の多数の側面を含んでいる。磁界の感知に用いられる技術としては、とりわけ、探りコイル、フラックスゲート、光ポンピング、核摂動(nuclear precession)、SQUID、ホール効果、異方性磁気抵抗、巨大磁気抵抗、磁気トンネル接合、巨大磁気インピーダンス、磁歪/圧電複合材、磁気ダイオード、磁気トランジスタ、光ファイバ、磁気光学、及び微小電気機械システムベースの磁気センサが挙げられる。 Position sensor 472 may comprise any number of magnetic sensing elements, such as, for example, magnetic sensors classified based on whether they measure the total magnetic field or vector component of the magnetic field. The techniques used to produce both types of magnetic sensors involve many aspects of physics and electronics. Techniques used for sensing magnetic fields include, inter alia, searcher coils, fluxgates, optical pumping, nuclear precession, SQUIDs, Hall effect, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance, magnetic tunnel junctions, giant magnetoimpedance. , magnetostrictive/piezoelectric composites, magnetic diodes, magnetic transistors, optical fibers, magneto-optics, and micro-electromechanical systems-based magnetic sensors.

一態様では、絶対位置決めシステムを備える追跡システム480の位置センサ472は、磁気回転絶対位置決めシステムを備える。位置センサ472は、Austria Microsystems,AGから入手可能なAS5055EQFTシングルチップ磁気回転位置センサとして実装されてもよい。位置センサ472は、マイクロコントローラ461と連携して絶対位置決めシステムを提供する。位置センサ472は、低電圧低電力の構成要素であり、磁石の上方に位置する位置センサ472の領域に、4つのホール効果素子を含む。更に、高解像度ADC及びスマート電力管理コントローラがチップ上に設けられている。加算、減算、ビットシフト、及びテーブル参照演算のみを必要とする、双曲線関数及び三角関数を計算する簡潔かつ効率的なアルゴリズムを実装するために、桁毎法(digit-by-digit method)及びボルダーアルゴリズム(Volder's algorithm)としても知られる、座標回転デジタルコンピュータ(coordinate rotation digital computer、CORDIC)プロセッサが設けられる。角度位置、アラームビット、及び磁界情報は、シリアル周辺インターフェース(serial peripheral interface、SPI)インターフェースなどの標準的なシリアル通信インターフェースを介してマイクロコントローラ461に伝送される。位置センサ472は、12ビット又は14ビットの解像度を提供する。位置センサ472は、小型のQFN16ピン4×4×0.85mmパッケージで提供されるAS5055チップであってもよい。 In one aspect, position sensor 472 of tracking system 480 comprising an absolute positioning system comprises a gyromagnetic absolute positioning system. Position sensor 472 may be implemented as an AS5055EQFT single-chip gyromagnetic position sensor available from Austria Microsystems, AG. Position sensor 472 cooperates with microcontroller 461 to provide an absolute positioning system. The position sensor 472 is a low voltage, low power component and includes four Hall effect elements in the area of the position sensor 472 located above the magnets. Additionally, a high resolution ADC and a smart power management controller are provided on-chip. To implement simple and efficient algorithms for computing hyperbolic and trigonometric functions, requiring only addition, subtraction, bit shift, and table lookup operations, digit-by-digit method and boulder A coordinate rotation digital computer (CORDIC) processor, also known as Volder's algorithm, is provided. Angular position, alarm bits, and magnetic field information are transmitted to microcontroller 461 via a standard serial communication interface, such as a serial peripheral interface (SPI) interface. Position sensor 472 provides 12-bit or 14-bit resolution. The position sensor 472 may be an AS5055 chip provided in a small QFN 16-pin 4x4x0.85mm package.

絶対位置決めシステムを備える追跡システム480は、PID、状態フィードバック、及び適応コントローラなどのフィードバックコントローラを備えてもよく、かつ/又はこれを実装するようにプログラムされてもよい。電源が、フィードバックコントローラからの信号を、システムへの物理的入力、この場合は電圧へと変換する。他の例としては、電圧、電流、及び力のPWMが挙げられる。位置センサ472によって測定される位置に加えて、物理的システムの物理パラメータを測定するために、他のセンサ(複数可)が設けられてもよい。いくつかの態様では、他のセンサ(複数可)としては、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、「STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS SENSOR SYSTEM」と題する2016年5月24日発行の米国特許第9,345,481号、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、「STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS SENSOR SYSTEM」と題する2014年9月18日公開の米国特許出願公開第2014/0263552号、及びその全体が参照により本明細書に組み込まれる、「TECHNIQUES FOR ADAPTIVE CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT」と題する2017年6月20日出願の米国特許出願第15/628,175号に記載されているものなどのセンサ機構を挙げることができる。デジタル信号処理システムでは、絶対位置決めシステムはデジタルデータ取得システムに結合され、ここで絶対位置決めシステムの出力は有限の解像度及びサンプリング周波数を有する。絶対位置決めシステムは、計算された応答を測定された応答に向けて駆動する加重平均及び理論制御ループなどのアルゴリズムを用いて、計算された応答を測定された応答と組み合わせるために、比較及び組み合わせ回路を備え得る。入力を知ることによって物理的システムの状態及び出力がどうなるかを予測するために、物理的システムの計算された応答は、質量、慣性、粘性摩擦、誘導抵抗などの特性を考慮に入れる。 Tracking system 480, which includes an absolute positioning system, may include and/or be programmed to implement feedback controllers such as PID, state feedback, and adaptive controllers. A power supply converts the signal from the feedback controller into a physical input to the system, in this case voltage. Other examples include voltage, current and force PWM. In addition to the position measured by position sensor 472, other sensor(s) may be provided to measure physical parameters of the physical system. In some aspects, the other sensor(s) includes US Pat. , 345,481, U.S. Patent Application Publication No. 2014/0263552, published September 18, 2014, entitled "STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS SENSOR SYSTEM," which is incorporated herein by reference in its entirety; US patent application Ser. Sensor mechanisms such as objects can be mentioned. In a digital signal processing system, an absolute positioning system is coupled to a digital data acquisition system, where the output of the absolute positioning system has finite resolution and sampling frequency. Absolute positioning systems use algorithms such as weighted averages and theoretical control loops to drive the calculated response toward the measured response, and compare and combine circuits to combine the calculated response with the measured response. can be provided. The calculated response of a physical system takes into account properties such as mass, inertia, viscous friction, and induced drag in order to predict what the state and output of the physical system will be given the inputs.

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。 The absolute positioning system resets the displacement members, such as might be required with a conventional rotary encoder where the motor 482 simply counts the number of steps taken forward or backward to estimate the position of machine actuators, drive bars, knives, etc. It provides the absolute position of the displacement member at power up of the instrument without retraction or advancement to the zero (or home) position.

例えば歪みゲージ又は微小歪みゲージなどのセンサ474は、例えば、アンビルに適用される閉鎖力を示すことができる、クランプ動作中にアンビルに及ぼされる歪みの振幅などのエンドエフェクタの1つ又は2つ以上のパラメータを測定するように構成される。測定された歪みは、デジタル信号に変換されて、プロセッサ462に提供される。センサ474の代わりに、又はこれに加えて、例えば、負荷センサなどのセンサ476が、閉鎖駆動システムが超音波又は電気外科用器具内のステープラ又はクランプアーム内のアンビルに加える閉鎖力を測定することができる。例えば、負荷センサなどのセンサ476は、外科用器具若しくはツールのクランプアームに結合された閉鎖部材に加えられる発射力、又はクランプアームによって超音波若しくは電気外科用器具のジョー内に位置する組織に加えられる力を測定することができる。あるいは、モータ482による電流引き込みを測定するために、電流センサ478を用いることができる。変位部材はまた、クランプアームに係合してクランプアームを開閉するように構成されてもよい。力センサは、組織上のクランプ力を測定するように構成されてもよい。変位部材を前進させるのに必要な力は、例えば、モータ482によって引き込まれる電流に相当し得る。測定された力は、デジタル信号に変換されて、プロセッサ462に提供される。 A sensor 474, such as a strain gauge or microstrain gauge, can, for example, indicate the closing force applied to the anvil, which can indicate one or more of the end effectors, such as the amplitude of strain exerted on the anvil during the clamping operation. configured to measure parameters of The measured distortion is converted to a digital signal and provided to processor 462 . Alternatively, or in addition to sensor 474, sensor 476, such as, for example, a load sensor, measures the closure force applied by the closure drive system to the anvil in the stapler or clamp arm in the ultrasonic or electrosurgical instrument. can be done. For example, a sensor 476, such as a load sensor, can detect the force applied to a closure member coupled to a clamp arm of a surgical instrument or tool, or to tissue positioned within the jaws of an ultrasonic or electrosurgical instrument by the clamp arm. The force applied can be measured. Alternatively, current sensor 478 can be used to measure the current drawn by motor 482 . The displacement member may also be configured to engage the clamp arm to open and close the clamp arm. The force sensor may be configured to measure clamping force on tissue. The force required to advance the displacement member may correspond to the current drawn by the motor 482, for example. The measured force is converted to a digital signal and provided to processor 462 .

一形態では、歪みゲージセンサ474を使用して、エンドエフェクタによって組織に加えられる力を測定することができる。治療される組織に対するエンドエフェクタによる力を測定するために、歪みゲージをエンドエフェクタに結合することができる。エンドエフェクタによって把持された組織に印加される力を測定するためのシステムは、例えば、エンドエフェクタの1つ又は2つ以上のパラメータを測定するように構成された微小歪みゲージなどの歪みゲージセンサ474を備える。一態様では、歪みゲージセンサ474は、クランプ動作中にエンドエフェクタのジョー部材に及ぼされる歪みの振幅又は大きさを測定することができ、これは組織の圧縮を示すことができる。測定された歪みはデジタル信号に変換されて、マイクロコントローラ461のプロセッサ462に提供される。負荷センサ476は、例えば、アンビルとステープルカートリッジとの間に捕捉された組織を切断するために、ナイフ要素を操作するのに用いられる力を測定することができる。負荷センサ476は、例えば、クランプアームと超音波ブレードとの間に組織を捕捉するために、又はクランプアームと電気外科用器具のジョーとの間に組織を捕捉するために、クランプアーム要素を操作するのに使用される力を測定することができる。磁界センサは、捕捉された組織の厚さを測定するために用いることができる。磁界センサの測定値もデジタル信号に変換されて、プロセッサ462に提供され得る。 In one form, a strain gauge sensor 474 can be used to measure the force exerted on tissue by the end effector. A strain gauge can be coupled to the end effector to measure the force exerted by the end effector on the tissue being treated. A system for measuring the force applied to the tissue grasped by the end effector includes a strain gauge sensor 474, such as a microstrain gauge configured to measure one or more parameters of the end effector. Prepare. In one aspect, the strain gauge sensor 474 can measure the amplitude or magnitude of strain exerted on the jaw members of the end effector during a clamping operation, which can be indicative of tissue compression. The measured strain is converted to a digital signal and provided to processor 462 of microcontroller 461 . Load sensor 476 can measure the force used to operate the knife element, for example, to cut tissue captured between the anvil and the staple cartridge. The load sensor 476 manipulates the clamp arm elements, for example, to capture tissue between the clamp arm and the ultrasonic blade or between the clamp arm and the jaws of the electrosurgical instrument. The force used to do so can be measured. A magnetic field sensor can be used to measure the thickness of the captured tissue. Magnetic field sensor measurements may also be converted to digital signals and provided to processor 462 .

センサ474、476によってそれぞれ測定される、組織の圧縮、組織の厚さ、及び/又はエンドエフェクタを組織上で閉鎖するのに必要な力の測定値は、発射部材の選択された位置、及び/又は発射部材の速度の対応する値を特性決定するために、マイクロコントローラ461によって使用することができる。一例では、メモリ468は、評価の際にマイクロコントローラ461によって用いることができる技術、等式及び/又はルックアップテーブルを記憶することができる。 Measurements of tissue compression, tissue thickness, and/or force required to close the end effector on tissue, as measured by sensors 474, 476, respectively, are determined by the selected position of the firing member, and/or Or it can be used by the microcontroller 461 to characterize the corresponding value of the velocity of the firing member. In one example, memory 468 can store techniques, equations and/or lookup tables that can be used by microcontroller 461 in evaluation.

外科用器具又はツールの制御システム470はまた、図8~図11に示されるようにモジュール式通信ハブと通信するための有線又は無線通信回路を備えてもよい。 The surgical instrument or tool control system 470 may also include wired or wireless communication circuitry for communicating with the modular communication hubs as shown in FIGS. 8-11.

図13は、本開示の一態様による、外科用器具又はツールの態様を制御するように構成された制御回路500を示す。制御回路500は、本明細書に説明される様々なプロセスを実装するように構成することができる。制御回路500は、少なくとも1つのメモリ回路504に結合された1つ又は2つ以上のプロセッサ502(例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ)を備えるマイクロコントローラを備えることができる。メモリ回路504は、プロセッサ502によって実行されると、本明細書に記載される様々なプロセスを実装するための機械命令をプロセッサ502に実行させる、機械実行可能命令を記憶する。プロセッサ502は、当該技術分野で既知の多数のシングル又はマルチコアプロセッサのうち任意の1つであってもよい。メモリ回路504は、揮発性及び不揮発性のストレージ媒体を備えることができる。プロセッサ502は、命令処理ユニット506及び演算ユニット508を含んでよい。命令処理ユニットは、本開示のメモリ回路504から命令を受信するように構成されてもよい。 FIG. 13 illustrates a control circuit 500 configured to control aspects of a surgical instrument or tool, according to one aspect of the present disclosure. Control circuitry 500 may be configured to implement various processes described herein. Control circuitry 500 may comprise a microcontroller comprising one or more processors 502 (eg, microprocessors, microcontrollers) coupled to at least one memory circuit 504 . Memory circuitry 504 stores machine-executable instructions that, when executed by processor 502, cause processor 502 to execute machine instructions to implement various processes described herein. Processor 502 may be any one of numerous single or multi-core processors known in the art. Memory circuit 504 may include volatile and non-volatile storage media. Processor 502 may include an instruction processing unit 506 and an arithmetic unit 508 . The instruction processing unit may be configured to receive instructions from the memory circuit 504 of the present disclosure.

図14は、本開示の一態様による、外科用器具又はツールの態様を制御するように構成された組み合わせ論理回路510を示す。組み合わせ論理回路510は、本明細書に記載される様々なプロセスを実装するように構成することができる。組み合わせ論理回路510は、入力514で外科用器具又はツールと関連付けられたデータを受信し、組み合わせ論理512によってデータを処理し、出力516を提供するように構成された組み合わせ論理512を含む有限状態マシンを含み得る。 FIG. 14 illustrates combinatorial logic 510 configured to control aspects of a surgical instrument or tool, according to one aspect of the present disclosure. Combinatorial logic 510 may be configured to implement various processes described herein. Combinatorial logic 510 is a finite state machine including combinatorial logic 512 configured to receive data associated with a surgical instrument or tool at input 514 , process the data through combinatorial logic 512 , and provide output 516 . can include

図15は、本開示の一態様による、外科用器具又はツールの態様を制御するように構成された順序論理回路520を示す。順序論理回路520又は組み合わせ論理522は、本明細書に記載される様々なプロセスを実装するように構成することができる。順序論理回路520は有限状態マシンを含んでもよい。順序論理回路520は、例えば、組み合わせ論理522、少なくとも1つのメモリ回路524、及びクロック529を含んでもよい。少なくとも1つのメモリ回路524は、有限状態マシンの現在の状態を記憶することができる。特定の例では、順序論理回路520は、同期式又は非同期式であってもよい。組み合わせ論理522は、入力526から外科用器具又はツールと関連付けられたデータを受信し、組み合わせ論理522によってデータを処理し、出力528を提供するように構成される。他の態様では、回路は、プロセッサ(例えば、図13のプロセッサ502)と、本明細書の様々なプロセスを実装する有限状態マシンと、の組み合わせを含んでもよい。他の態様では、有限状態マシンは、組み合わせ論理回路(例えば図14の組み合わせ論理回路510)と順序論理回路520の組み合わせを含むことができる。 FIG. 15 illustrates a sequential logic circuit 520 configured to control aspects of a surgical instrument or tool, according to one aspect of the present disclosure. Sequential logic 520 or combinatorial logic 522 may be configured to implement various processes described herein. Sequential logic 520 may include a finite state machine. Sequential logic 520 may include, for example, combinatorial logic 522 , at least one memory circuit 524 , and clock 529 . At least one memory circuit 524 can store the current state of the finite state machine. In particular examples, sequential logic 520 may be synchronous or asynchronous. Combinatorial logic 522 is configured to receive data associated with a surgical instrument or tool from input 526 , process the data by combinatorial logic 522 , and provide output 528 . In other aspects, a circuit may include a combination of a processor (eg, processor 502 of FIG. 13) and a finite state machine implementing various processes herein. In other aspects, the finite state machine can include a combination of combinatorial logic (eg, combinatorial logic 510 of FIG. 14) and sequential logic 520 .

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。 FIG. 16 shows a surgical instrument or tool with multiple motors that can be activated to perform various functions. In certain examples, a first motor can be activated to perform a first function, a second motor can be activated to perform a second function, and a third motor can be activated. A third motor can be activated to perform a third function, a fourth motor can be activated to perform a fourth function, and so on. In certain examples, multiple motors of robotic surgical instrument 600 can be individually activated to produce firing motion, closing motion, and/or articulation motion at the end effector. Firing motion, closing motion, and/or articulation motion can be transmitted to the end effector via, for example, a shaft assembly.

特定の例では、外科用器具システム又はツールは発射モータ602を含んでもよい。発射モータ602は、具体的にはクランプアーム閉鎖部材を変位させるために、モータ602によって生成された発射運動をエンドエフェクタに伝達するように構成することができる、発射モータ駆動アセンブリ604に動作可能に結合されてもよい。閉鎖部材は、モータ602の方向を逆転させることによって後退させられ得、これはまた、クランプアームを開放させる。 In certain examples, a surgical instrument system or tool may include firing motor 602 . Firing motor 602 is operably coupled to a firing motor drive assembly 604, which can be configured to transmit the firing motion generated by motor 602 to the end effector, specifically to displace the clamp arm closure member. may be combined. The closure member can be retracted by reversing the direction of motor 602, which also causes the clamp arms to open.

特定の例では、外科用器具又はツールは閉鎖モータ603を含んでもよい。閉鎖モータ603は、具体的には閉鎖管を変位させてアンビルを閉鎖し、アンビルとステープルカートリッジとの間で組織を圧縮するためにモータ603によって生成された閉鎖運動をエンドエフェクタに伝達するように構成され得る、閉鎖モータ駆動アセンブリ605と動作可能に結合されてもよい。閉鎖モータ603は、具体的には閉鎖管を変位させてクランプアームを閉鎖し、クランプアームと、電気外科用装置の超音波ブレード又はジョー部材のいずれかと、の間で組織を圧縮するためにモータ603によって生成された閉鎖運動をエンドエフェクタに伝達するように構成され得る、閉鎖モータ駆動アセンブリ605と動作可能に結合されてもよい。閉鎖運動によって、例えば、エンドエフェクタが開放構成から接近構成へと遷移して組織を捕捉することができる。エンドエフェクタは、モータ603の方向を逆転させることによって開放位置に遷移され得る。 In certain examples, a surgical instrument or tool may include a closure motor 603. Closure motor 603 is configured to transmit the closing motion generated by motor 603 to the end effector, specifically to displace the closure tube to close the anvil and compress tissue between the anvil and staple cartridge. It may be operatively coupled with a closure motor drive assembly 605, which may be configured. Closure motor 603 specifically displaces the closure tube to close the clamp arms and compress tissue between the clamp arms and either the ultrasonic blades or jaw members of the electrosurgical device. 603 may be operably coupled to a closure motor drive assembly 605, which may be configured to transmit the closure motion generated by 603 to the end effector. The closing motion may cause the end effector to transition from an open configuration to an approximated configuration to capture tissue, for example. The end effector can be transitioned to the open position by reversing the direction of motor 603 .

特定の例では、外科用器具又はツールは、例えば、1つ又は2つ以上の関節運動モータ606a、606bを含んでもよい。モータ606a、606bは、モータ606a、606bによって生成された関節運動をエンドエフェクタに伝達するように構成され得る、対応する関節運動モータ駆動アセンブリ608a、608bに動作可能に結合され得る。特定の例では、関節運動によって、例えば、エンドエフェクタがシャフトに対して関節運動することができる。 In certain examples, a surgical instrument or tool may include, for example, one or more articulation motors 606a, 606b. The motors 606a, 606b can be operably coupled to corresponding articulation motor drive assemblies 608a, 608b that can be configured to transmit articulation motion generated by the motors 606a, 606b to the end effector. In certain examples, the articulation may, for example, articulate the end effector with respect to the shaft.

上述したように、外科用器具又はツールは、様々な独立した機能を実施するように構成され得る複数のモータを含んでもよい。特定の例では、外科用器具又はツールの複数のモータは、他のモータが停止した状態を維持している間に、独立して又は別個に起動させて、1つ又は2つ以上の機能を実施することができる。例えば、関節運動モータ606a、606bを起動させて、発射モータ602が停止した状態を維持している間に、エンドエフェクタを関節運動させることができる。あるいは、発射モータ602を起動させて、関節運動モータ606が停止している間に、複数のステープルを発射させ、及び/又は刃先を前進させることができる。更に、閉鎖モータ603は、本明細書の以下でより詳細に説明されるとおり、閉鎖管又は閉鎖部材を遠位に前進させるために、発射モータ602と同時に起動させてもよい。 As noted above, a surgical instrument or tool may include multiple motors that may be configured to perform various independent functions. In certain examples, multiple motors of a surgical instrument or tool are activated independently or separately to perform one or more functions while other motors remain deactivated. can be implemented. For example, articulation motors 606a, 606b can be activated to articulate the end effector while firing motor 602 remains stopped. Alternatively, firing motor 602 can be activated to fire multiple staples and/or advance the cutting edge while articulation motor 606 is deactivated. Additionally, closure motor 603 may be activated simultaneously with firing motor 602 to distally advance a closure tube or closure member, as described in greater detail herein below.

特定の例では、外科用器具又はツールは、外科用器具又はツールの複数のモータと共に用いることができる、共通の制御モジュール610を含んでもよい。特定の例では、共通の制御モジュール610は、一度に複数のモータのうちの1つに対応することができる。例えば、共通の制御モジュール610は、ロボット外科用器具の複数のモータ対して個々に結合及び分離が可能であってもよい。特定の例では、外科用器具又はツールの複数のモータは、共通の制御モジュール610などの1つ又は2つ以上の共通の制御モジュールを共有してもよい。特定の例では、外科用器具又はツールの複数のモータは、共通の制御モジュール610に独立してかつ選択的に係合することができる。特定の例では、共通の制御モジュール610は、外科用器具又はツールの複数のモータのうち一方との連携から、外科用器具又はツールの複数のモータのうちもう一方との連携へと選択的に切り替えることができる。 In certain examples, a surgical instrument or tool may include a common control module 610 that can be used with multiple motors of the surgical instrument or tool. In certain examples, a common control module 610 can serve one of multiple motors at a time. For example, a common control module 610 may be individually couplable and detachable for multiple motors of the robotic surgical instrument. In certain examples, multiple motors of a surgical instrument or tool may share one or more common control modules, such as common control module 610 . In certain examples, multiple motors of a surgical instrument or tool can independently and selectively engage a common control module 610 . In certain examples, the common control module 610 is configured to selectively communicate with one of the motors of the surgical instrument or tool to the other of the motors of the surgical instrument or tool. You can switch.

少なくとも1つの例では、共通の制御モジュール610は、関節運動モータ606a、606bとの動作可能な係合と、発射モータ602又は閉鎖モータ603のいずれかとの動作可能な係合と、の間で選択的に切り替えることができる。少なくとも1つの実施例では、図16に示すように、スイッチ614は、複数の位置及び/又は状態間を移動又は遷移させることができる。例えば、第1の位置616では、スイッチ614は、共通の制御モジュール610を発射モータ602と電気的に結合してもよく、第2の位置617では、スイッチ614は、共通の制御モジュール610を閉鎖モータ603と電気的に結合してもよく、第3の位置618aでは、スイッチ614は、共通の制御モジュール610を第1の関節運動モータ606aと電気的に結合してもよく、第4の位置618bでは、スイッチ614は、共通の制御モジュール610を第2の関節運動モータ606bと電気的に結合してもよい。特定の例では、同時に、別個の共通の制御モジュール610を、発射モータ602、閉鎖モータ603、及び関節運動モータ606a、606bと電気的に結合してもよい。特定の例では、スイッチ614は、機械的スイッチ、電気機械的スイッチ、固体スイッチ、又は任意の好適な切り替え機構であってもよい。 In at least one example, common control module 610 selects between operable engagement with articulation motors 606a, 606b and operable engagement with either firing motor 602 or closing motor 603. can be switched. In at least one embodiment, as shown in FIG. 16, switch 614 can move or transition between multiple positions and/or states. For example, in a first position 616 the switch 614 may electrically couple the common control module 610 with the firing motor 602 and in a second position 617 the switch 614 may close the common control module 610. In a third position 618a the switch 614 may electrically couple the common control module 610 with the first articulation motor 606a and in a fourth position 618a may be electrically coupled to the motor 603; At 618b, switch 614 may electrically couple common control module 610 with second articulation motor 606b. In certain examples, a separate common control module 610 may be electrically coupled to firing motor 602, closing motor 603, and articulation motors 606a, 606b at the same time. In particular examples, switch 614 may be a mechanical switch, an electromechanical switch, a solid state switch, or any suitable switching mechanism.

モータ602、603、606a、606bのそれぞれは、モータのシャフト上の出力トルクを測定するためのトルクセンサを備えてもよい。エンドエフェクタ上の力は、ジョーの外側の力センサによって、又はジョーを作動させるモータのトルクセンサなどによって、任意の従来の方法で感知されてもよい。 Each of the motors 602, 603, 606a, 606b may include a torque sensor for measuring the output torque on the shaft of the motor. The force on the end effector may be sensed in any conventional manner, such as by a force sensor outside the jaws or by a torque sensor on the motor that actuates the jaws.

様々な例では、図16に示されるように、共通の制御モジュール610は、1つ又は2つ以上のHブリッジFETを備え得るモータドライバ626を備えてもよい。モータドライバ626は、例えば、マイクロコントローラ620(「コントローラ」)からの入力に基づいて、電源628から共通の制御モジュール610に結合されたモータへと伝達された電力を変調してもよい。特定の例では、上述したように、例えば、モータが共通の制御モジュール610に結合されている間にマイクロコントローラ620を用いて、モータによって引き込まれる電流を判定することができる。 In various examples, as shown in FIG. 16, common control module 610 may include motor driver 626, which may include one or more H-bridge FETs. Motor drivers 626 may modulate power transferred from power supply 628 to motors coupled to common control module 610 based on, for example, input from microcontroller 620 (“controller”). In a particular example, as described above, the current drawn by the motors can be determined using, for example, the microcontroller 620 while the motors are coupled to the common control module 610 .

特定の例では、マイクロコントローラ620は、マイクロプロセッサ622(「プロセッサ」)と、1つ又は2つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体又はメモリユニット624(「メモリ」)と、を含んでもよい。特定の例では、メモリ624は、様々なプログラム命令を記憶することができ、それが実行されると、プロセッサ622に、本明細書に記載される複数の機能及び/又は計算を実施させることができる。特定の例では、メモリユニット624の1つ又は2つ以上が、例えば、プロセッサ622に結合されてもよい。様々な態様では、マイクロコントローラ620は、有線若しくは無線チャネル、又はこれらの組み合わせを介して通信してもよい。 In particular examples, microcontroller 620 may include a microprocessor 622 (“processor”) and one or more non-transitory computer-readable media or memory units 624 (“memory”). In particular examples, memory 624 may store various program instructions that, when executed, may cause processor 622 to perform a number of functions and/or calculations described herein. can. In particular examples, one or more of memory units 624 may be coupled to processor 622, for example. In various aspects, microcontroller 620 may communicate via wired or wireless channels, or a combination thereof.

特定の例では、電源628を用いて、例えばマイクロコントローラ620に電力を供給してもよい。特定の例では、電源628は、例えばリチウムイオン電池などの電池(又は「電池パック」若しくは「パワーパック」)を含んでもよい。特定の例では、電池パックは、外科用器具600に電力を供給するため、ハンドルに解除可能に装着されるように構成されてもよい。直列で接続された多数の電池セルを、電源628として使用してもよい。特定の例では、電源628は、例えば、交換可能及び/又は再充電可能であってもよい。 In particular examples, power supply 628 may be used to power microcontroller 620, for example. In certain examples, power source 628 may include a battery (or “battery pack” or “power pack”), such as a lithium-ion battery. In certain examples, the battery pack may be configured to be releasably attached to the handle to power surgical instrument 600 . Multiple battery cells connected in series may be used as power source 628 . In certain examples, power source 628 may be replaceable and/or rechargeable, for example.

様々な例では、プロセッサ622は、モータドライバ626を制御して、共通の制御モジュール610に結合されたモータの位置、回転方向、及び/又は速度を制御することができる。特定の例では、プロセッサ622は、モータドライバ626に信号伝達して、共通の制御モジュール610に結合されたモータを停止及び/又は使用不能にすることができる。「プロセッサ」という用語は、本明細書で使用されるとき、任意の好適なマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又は、コンピュータの中央処理装置(central processing unit、CPU)の機能を1つの集積回路又は最大で数個の集積回路上で統合したその他の基本コンピューティング装置を含むと理解されるべきである。プロセッサ622は、デジタルデータを入力として受理し、メモリに記憶された命令に従ってそのデータを処理し、結果を出力として提供する、多目的のプログラム可能装置である。これは、内部メモリを有するので、逐次的デジタル論理の一例である。プロセッサは、二進数法で表される数字及び記号で動作する。 In various examples, processor 622 may control motor drivers 626 to control the position, direction of rotation, and/or speed of motors coupled to common control module 610 . In certain examples, processor 622 may signal motor drivers 626 to stop and/or disable motors coupled to common control module 610 . The term "processor," as used herein, means any suitable microprocessor, microcontroller, or computer central processing unit (CPU) that combines the functions of a single integrated circuit or up to It should be understood to include other basic computing devices integrated on several integrated circuits. Processor 622 is a general-purpose programmable device that accepts digital data as input, processes that data according to instructions stored in memory, and provides the results as output. This is an example of sequential digital logic since it has internal memory. Processors work with numbers and symbols represented in a binary number system.

一例では、プロセッサ622は、Texas Instruments製のARM Cortexの商品名で知られているものなど、任意のシングルコア又はマルチコアプロセッサであってもよい。特定の例では、マイクロコントローラ620は、例えばTexas Instrumentsから入手可能なLM 4F230H5QRであってもよい。少なくとも1つの実施例では、Texas InstrumentsのLM4F230H5QRは、製品データシートで容易に利用可能な特性の中でもとりわけ、最大40MHzの256KBのシングルサイクルフラッシュメモリ若しくは他の不揮発性メモリのオンチップメモリ、性能を40MHz超に改善するためのプリフェッチバッファ、32KBのシングルサイクルSRAM、StellarisWare(登録商標)ソフトウェアを搭載した内部ROM、2KBのEEPROM、1つ又は2つ以上のPWMモジュール、1つ又は2つ以上のQEIアナログ、12個のアナログ入力チャネルを備える1つ又は2つ以上の12ビットADCを含むARM Cortex-M4Fプロセッサコアである。他のマイクロコントローラが、モジュール4410と共に使用するのに容易に代用されてもよい。したがって、本開示は、この文脈に限定されるべきではない。 In one example, processor 622 may be any single-core or multi-core processor, such as those known under the trade name ARM Cortex manufactured by Texas Instruments. In a particular example, microcontroller 620 may be, for example, the LM 4F230H5QR available from Texas Instruments. In at least one embodiment, Texas Instruments' LM4F230H5QR has 256 KB of single-cycle flash memory or other non-volatile memory on-chip memory up to 40 MHz, performance up to 40 MHz, among other features readily available in product datasheets. 32 KB single-cycle SRAM, internal ROM with StellarisWare software, 2 KB EEPROM, one or more PWM modules, one or more QEI analog , ARM Cortex-M4F processor cores containing one or more 12-bit ADCs with 12 analog input channels. Other microcontrollers may be readily substituted for use with module 4410 . Accordingly, the present disclosure should not be limited in this context.

特定の例では、メモリ624は、共通の制御モジュール610に結合可能な外科用器具600のモータをそれぞれ制御するためのプログラム命令を含んでもよい。例えば、メモリ624は、発射モータ602、閉鎖モータ603、及び関節運動モータ606a、606bを制御するためのプログラム命令を含んでもよい。このようなプログラム命令は、プロセッサ622に、外科用器具又はツールのアルゴリズム又は制御プログラムからの入力に従って、発射機能、閉鎖機能、及び関節運動機能を制御させることができる。 In particular examples, memory 624 may contain program instructions for controlling each motor of surgical instrument 600 that may be coupled to a common control module 610 . For example, memory 624 may contain program instructions for controlling firing motor 602, closing motor 603, and articulation motors 606a, 606b. Such program instructions may cause processor 622 to control the firing, closing, and articulating functions according to inputs from an algorithm or control program of the surgical instrument or tool.

特定の例では、例えば、センサ630などの1つ又は2つ以上の機構及び/又はセンサを用いて、特定の設定で使用すべきプログラム命令をプロセッサ622に警告することができる。例えば、センサ630は、エンドエフェクタの発射、閉鎖、及び関節運動に関連するプログラム命令を使用するようにプロセッサ622に警告することができる。特定の例では、センサ630は、例えば、スイッチ614の位置を感知するために用いることができる位置センサを備えてもよい。したがって、プロセッサ622は、例えば、センサ630を介してスイッチ614が第1の位置616にあることを検出すると、エンドエフェクタのクランプアームに結合された閉鎖部材の発射と関連付けられたプログラム命令を使用することができ、プロセッサ622は、例えば、センサ630を介してスイッチ614が第2の位置617にあることを検出すると、アンビルの閉鎖と関連付けられたプログラム命令を使用することができ、プロセッサ622は、例えば、センサ630を介してスイッチ614が第3の位置618a又は第4の位置618bにあることを検出すると、エンドエフェクタの関節運動と関連付けられたプログラム命令を使用することができる。 In particular examples, one or more mechanisms and/or sensors, such as sensor 630, may be used to alert processor 622 of program instructions to use in a particular setting. For example, sensor 630 can alert processor 622 to use program instructions related to end effector firing, closing, and articulation. In particular examples, sensor 630 may comprise a position sensor that may be used to sense the position of switch 614, for example. Accordingly, processor 622 uses program instructions associated with firing a closure member coupled to the end effector clamp arm upon detecting switch 614 in first position 616, for example, via sensor 630. processor 622 can employ program instructions associated with closing the anvil upon detecting, for example, via sensor 630 that switch 614 is in second position 617, processor 622: For example, upon detecting via sensor 630 that switch 614 is in third position 618a or fourth position 618b, programmed instructions associated with end effector articulation may be used.

図17は、本開示の一態様による、本明細書で説明される外科用ツールを操作するように構成されたロボット外科用器具700の回路図である。ロボット外科用器具700は、単一又は複数の関節運動駆動連結部のいずれかを用いて、変位部材の遠位/近位並進、閉鎖管の遠位/近位変位、シャフトの回転、及び関節運動を制御するようにプログラム又は構成されてもよい。一態様では、外科用器具700は、発射部材、閉鎖部材、シャフト部材、若しくは1つ若しくは2つ以上の関節運動部材、又はこれらの組み合わせを個別に制御するようにプログラム又は構成されてもよい。外科用器具700は、モータ駆動式の発射部材、閉鎖部材、シャフト部材、若しくは1つ若しくは2つ以上の関節運動部材、又はこれらの組み合わせを制御するように構成された制御回路710を備える。 FIG. 17 is a schematic diagram of a robotic surgical instrument 700 configured to operate the surgical tools described herein, according to one aspect of the present disclosure. Robotic surgical instrument 700 uses either single or multiple articulation drive connections to perform distal/proximal translation of the displacement member, distal/proximal displacement of the obturator tube, rotation of the shaft, and articulation. It may be programmed or configured to control movement. In one aspect, surgical instrument 700 may be programmed or configured to individually control the firing member, closure member, shaft member, or one or more articulation members, or combinations thereof. Surgical instrument 700 includes a control circuit 710 configured to control a motorized firing member, closure member, shaft member, or one or more articulation members, or combinations thereof.

一態様では、ロボット外科用器具700は、複数のモータ704a~704eを介して、エンドエフェクタ702のクランプアーム716及び閉鎖部材714部分と、超音波発生器721によって励起される超音波変換器719に結合された超音波ブレード718と、シャフト740と、1つ又は2つ以上の関節運動部材742a、742bと、を制御するように構成された制御回路710を備える。位置センサ734は、閉鎖部材714の位置フィードバックを制御回路710に提供するように構成されてもよい。他のセンサ738は、制御回路710にフィードバックを提供するように構成されてもよい。タイマー/カウンタ731は、制御回路710にタイミング及びカウント情報を提供する。モータ704a~704eを動作させるためにエネルギー源712が設けられてもよく、電流センサ736はモータ電流フィードバックを制御回路710に提供する。モータ704a~704eは、開ループ又は閉ループフィードバック制御において制御回路710によって個別に操作することができる。 In one aspect, robotic surgical instrument 700 is coupled to clamp arm 716 and closure member 714 portions of end effector 702 and ultrasonic transducer 719 excited by ultrasonic generator 721 via a plurality of motors 704a-704e. A control circuit 710 configured to control the coupled ultrasonic blade 718, shaft 740, and one or more articulation members 742a, 742b is provided. Position sensor 734 may be configured to provide position feedback of closure member 714 to control circuit 710 . Other sensors 738 may be configured to provide feedback to control circuit 710 . Timer/counter 731 provides timing and counting information to control circuit 710 . An energy source 712 may be provided to operate the motors 704 a - 704 e , and a current sensor 736 provides motor current feedback to the control circuit 710 . Motors 704a-704e can be individually operated by control circuit 710 in open-loop or closed-loop feedback control.

一態様では、制御回路710は、1つ又は2つ以上のマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、又はプロセッサ若しくは複数のプロセッサに1つ又は2つ以上のタスクを実施させる命令を実行するための他の好適なプロセッサを備えてもよい。一態様では、タイマー/カウンタ731は、経過時間又はデジタルカウントなどの出力信号を制御回路710に提供して位置センサ734によって判定された閉鎖部材714の位置をタイマー/カウンタ731の出力と相関させ、その結果、制御回路710は、閉鎖部材714が開始位置に対して特定の位置にあるときの、開始位置又は時間(t)に対する特定の時間(t)における閉鎖部材714の位置を判定することができる。タイマー/カウンタ731は、経過時間を測定するか、外部イベントを計数するか、又は外部イベントの時間を測定するように構成されてもよい。 In one aspect, the control circuit 710 comprises one or more microcontrollers, microprocessors, or processors or other suitable devices for executing instructions that cause one or more processors to perform one or more tasks. A processor may be provided. In one aspect, timer/counter 731 provides an output signal, such as elapsed time or a digital count, to control circuit 710 to correlate the position of closure member 714 determined by position sensor 734 with the output of timer/counter 731; As a result, the control circuit 710 can determine the position of the closure member 714 at a particular time (t) relative to the start position or time (t) when the closure member 714 is at a particular position relative to the start position. can. Timer/counter 731 may be configured to measure elapsed time, count external events, or time external events.

一態様では、制御回路710は、1つ又は2つ以上の組織状態に基づいてエンドエフェクタ702の機能を制御するようにプログラムされてもよい。制御回路710は、本明細書に説明されるように、直接的又は間接的のいずれかで厚さなどの組織状態を感知するようにプログラムされてもよい。制御回路710は、組織状態に基づいて発射制御プログラム又は閉鎖制御プログラムを選択するようにプログラムされてもよい。発射制御プログラムは、変位部材の遠位運動を記述することができる。様々な組織状態をより良好に処理するために様々な発射制御プログラムを選択することができる。例えば、より厚い組織が存在する場合、制御回路710は、変位部材をより低速で、及び/又はより低電力で並進させるようにプログラムされてもよい。より薄い組織が存在する場合、制御回路710は、変位部材をより高速で、及び/又はより高電力で並進させるようにプログラムされてもよい。閉鎖制御プログラムは、クランプアーム716によって組織に適用される閉鎖力を制御し得る。その他の制御プログラムは、シャフト740及び関節運動部材742a、742bの回転を制御する。 In one aspect, control circuit 710 may be programmed to control the function of end effector 702 based on one or more tissue conditions. Control circuitry 710 may be programmed to sense tissue conditions, such as thickness, either directly or indirectly, as described herein. Control circuit 710 may be programmed to select a firing control program or a closing control program based on tissue condition. A firing control program can describe the distal movement of the displacement member. Different firing control programs can be selected to better treat different tissue conditions. For example, if thicker tissue is present, control circuitry 710 may be programmed to translate the displacement member at a slower speed and/or with less power. If thinner tissue is present, the control circuit 710 may be programmed to translate the displacement member at a higher speed and/or with a higher power. A closure control program may control the closure force applied to tissue by clamp arm 716 . Other control programs control the rotation of shaft 740 and articulation members 742a, 742b.

一態様では、制御回路710は、モータ設定点信号を生成し得る。モータ設定値信号は、様々なモータコントローラ708a~708eに提供されてもよい。モータコントローラ708a~708eは、本明細書で説明するように、モータ704a~704eにモータ駆動信号を提供してモータ704a~704eを駆動するように構成された1つ又は2つ以上の回路を備えてもよい。いくつかの実施例では、モータ704a~704eはブラシ付きDC電動モータであってもよい。例えば、モータ704a~704eの速度は、それぞれのモータ駆動信号に比例してもよい。いくつかの実施例では、モータ704a~704eはブラシレスDC電動モータであってもよく、それぞれのモータ駆動信号は、モータ704a~704eの1つ又は2つ以上の固定子巻線に提供されるPWM信号を含んでもよい。また、いくつかの実施例では、モータコントローラ708a~708eは省略されてもよく、制御回路710がモータ駆動信号を直接生成してもよい。 In one aspect, control circuit 710 may generate a motor setpoint signal. Motor setpoint signals may be provided to various motor controllers 708a-708e. The motor controllers 708a-708e comprise one or more circuits configured to provide motor drive signals to the motors 704a-704e to drive the motors 704a-704e, as described herein. may In some embodiments, motors 704a-704e may be brushed DC electric motors. For example, the speed of motors 704a-704e may be proportional to their respective motor drive signals. In some embodiments, motors 704a-704e may be brushless DC electric motors, with respective motor drive signals provided to one or more stator windings of motors 704a-704e using PWM signal may be included. Also, in some embodiments, the motor controllers 708a-708e may be omitted and the control circuit 710 may directly generate the motor drive signals.

一態様では、制御回路710は、最初に、モータ704a~704eのそれぞれを、変位部材のストロークの第1の開ループ部分では開ループ構成で動作させてもよい。ストロークの開ループ部分の間のロボット外科用器具700の応答に基づいて、制御回路710は、閉ループ構成の発射制御プログラムを選択してもよい。器具の応答としては、開ループ部分の間の変位部材の並進距離、開ループ部分の間に経過する時間、開ループ部分の間にモータ704a~704eのうちの1つに提供されるエネルギー、モータ駆動信号のパルス幅の合計などが挙げられ得る。開ループ部分の後で、制御回路710は、変位部材ストロークの第2の部分に対して選択された発射制御プログラムを実施してもよい。例えば、ストロークの閉ループ部分の間、制御回路710は、変位部材の位置を記述する並進データに基づいてモータ704a~704eのうちの1つを閉ループ式に変調して、変位部材を一定速度で並進させてもよい。 In one aspect, the control circuit 710 may initially operate each of the motors 704a-704e in an open loop configuration for a first open loop portion of the stroke of the displacement member. Based on the response of robotic surgical instrument 700 during the open-loop portion of the stroke, control circuit 710 may select a closed-loop configuration firing control program. The response of the instrument includes the translational distance of the displacement member during the open loop portion, the time elapsed during the open loop portion, the energy provided to one of the motors 704a-704e during the open loop portion, the motor For example, the total pulse width of the drive signal may be mentioned. After the open loop portion, control circuit 710 may implement the selected firing control program for the second portion of the displacement member stroke. For example, during the closed-loop portion of the stroke, control circuit 710 modulates one of motors 704a-704e in a closed-loop manner based on translation data describing the position of the displacement member to translate the displacement member at a constant velocity. You may let

一態様では、モータ704a~704eは、エネルギー源712から電力を受け取ることができる。エネルギー源712は、主交流電源、電池、超コンデンサ、又は任意の他の好適なエネルギー源によって駆動されるDC電源であってもよい。モータ704a~704eは、それぞれの伝達装置706a~706eを介して、閉鎖部材714、クランプアーム716、シャフト740、関節742a、及び関節742bなどの個々の可動機械的要素に機械的に結合されてもよい。伝達装置706a~706eは、モータ704a~704eを可動機械的要素に結合するための1つ又は2つ以上のギア又は他の連結構成要素を含んでもよい。位置センサ734は、閉鎖部材714の位置を感知し得る。位置センサ734は、閉鎖部材714の位置を示す位置データを生成することができる任意の種類のセンサであってもよく、又はそれを含んでもよい。いくつかの例では、位置センサ734は、閉鎖部材714が遠位方向及び近位方向に並進すると一連のパルスを制御回路710に提供するように構成されたエンコーダを含んでもよい。制御回路710は、パルスを追跡して閉鎖部材714の位置を判定してもよい。例えば近接センサを含む他の好適な位置センサが使用されてもよい。他の種類の位置センサは、閉鎖部材714の動きを示す他の信号を提供することができる。また、いくつかの実施例では、位置センサ734は省略されてもよい。モータ704a~704eのいずれかがステップモータである場合、制御回路710は、モータ704が実行するように指示されたステップの数及び方向を合計することによって、閉鎖部材714の位置を追跡することができる。位置センサ734は、エンドエフェクタ702内、又は器具の任意の他の部分に位置することができる。モータ704a~704eのそれぞれの出力は、力を感知するためのトルクセンサ744a~744eを含み、駆動シャフトの回転を感知するエンコーダを有する。 In one aspect, the motors 704a-704e may receive power from the energy source 712. Energy source 712 may be a DC power source powered by mains AC power, batteries, supercapacitors, or any other suitable energy source. Motors 704a-704e may be mechanically coupled to respective movable mechanical elements such as closure member 714, clamp arm 716, shaft 740, joint 742a, and joint 742b via respective transmissions 706a-706e. good. The transmissions 706a-706e may include one or more gears or other coupling components for coupling the motors 704a-704e to the movable mechanical elements. A position sensor 734 may sense the position of the closure member 714 . Position sensor 734 may be or include any type of sensor capable of generating position data indicative of the position of closure member 714 . In some examples, position sensor 734 may include an encoder configured to provide a series of pulses to control circuit 710 as closure member 714 translates distally and proximally. Control circuit 710 may track the pulses to determine the position of closure member 714 . Other suitable position sensors may be used including, for example, proximity sensors. Other types of position sensors can provide other signals indicative of movement of closure member 714 . Also, in some embodiments, position sensor 734 may be omitted. If any of motors 704a-704e are stepper motors, control circuit 710 may track the position of closure member 714 by summing the number and direction of steps that motor 704 is instructed to perform. can. The position sensor 734 can be located within the end effector 702 or any other portion of the instrument. Each output of the motors 704a-704e includes a torque sensor 744a-744e for sensing force and has an encoder for sensing rotation of the drive shaft.

一態様では、制御回路710は、エンドエフェクタ702の閉鎖部材714部分などの発射部材を駆動するように構成される。制御回路710はモータ制御部708aにモータ設定値を提供し、モータ制御部708aはモータ704aに駆動信号を提供する。モータ704aの出力シャフトは、トルクセンサ744aに結合される。トルクセンサ744aは、閉鎖部材714に結合された伝達装置706aに結合される。伝達装置706aは、エンドエフェクタ702の長手方向軸線に沿って遠位方向及び近位方向への閉鎖部材714の移動を制御するための回転要素及び発射部材などの可動機械的要素を備える。一態様では、モータ704aは、第1のナイフ駆動ギア及び第2のナイフ駆動ギアを含むナイフギア減速セットを含むナイフギアアセンブリに結合されてもよい。トルクセンサ744aは、制御回路710に発射力フィードバック信号を提供する。発射力信号は、閉鎖部材714を発射又は変位させるのに必要な力を表す。位置センサ734は、発射ストロークに沿った閉鎖部材714の位置又は発射部材の位置を、フィードバック信号として制御回路710に提供するように構成されてもよい。エンドエフェクタ702は、制御回路710にフィードバック信号を提供するように構成された追加のセンサ738を含んでもよい。使用準備が整ったら、制御回路710は、モータ制御部708aに発射信号を提供することができる。発射信号に応答して、モータ704aは、発射部材をエンドエフェクタ702の長手方向軸線に沿って、近位のストローク開始位置からストローク開始位置の遠位にあるストローク終了位置まで遠位方向に駆動することができる。閉鎖部材714が遠位方向に並進すると、クランプアーム716は超音波ブレード718に向かって閉鎖する。 In one aspect, control circuit 710 is configured to drive a firing member, such as closure member 714 portion of end effector 702 . Control circuit 710 provides motor settings to motor control 708a, and motor control 708a provides drive signals to motor 704a. The output shaft of motor 704a is coupled to torque sensor 744a. Torque sensor 744 a is coupled to transmission device 706 a that is coupled to closure member 714 . Transmission device 706a includes moveable mechanical elements, such as rotating and firing members, for controlling movement of closure member 714 distally and proximally along the longitudinal axis of end effector 702. FIG. In one aspect, motor 704a may be coupled to a knife gear assembly that includes a knife gear reduction set that includes a first knife drive gear and a second knife drive gear. Torque sensor 744 a provides a firing force feedback signal to control circuit 710 . The firing force signal represents the force required to fire or displace closure member 714 . Position sensor 734 may be configured to provide the position of closure member 714 along the firing stroke or the position of the firing member as a feedback signal to control circuit 710 . End effector 702 may include additional sensors 738 configured to provide feedback signals to control circuitry 710 . When ready for use, control circuit 710 can provide a fire signal to motor control 708a. In response to the firing signal, motor 704a drives the firing member distally along the longitudinal axis of end effector 702 from a proximal stroke start position to a stroke end position distal to the stroke start position. be able to. As closure member 714 is translated distally, clamp arm 716 closes toward ultrasonic blade 718 .

一態様では、制御回路710は、エンドエフェクタ702のクランプアーム716などの閉鎖部材を駆動するように構成される。制御回路710は、モータ704bに駆動信号を提供するモータ制御部708bにモータ設定点を提供する。モータ704bの出力シャフトは、トルクセンサ744bに結合される。トルクセンサ744bは、クランプアーム716に結合された伝達装置706bに結合される。伝達装置706bは、開放位置及び閉鎖位置からのクランプアーム716の移動を制御するための回転要素及び閉鎖部材などの可動機械的要素を含む。一態様では、モータ704bは、閉鎖スパーギアと噛合係合して支持される閉鎖減速ギアセットを含む閉鎖ギアアセンブリに結合される。トルクセンサ744bは、制御回路710に閉鎖力フィードバック信号を提供する。閉鎖力フィードバック信号は、クランプアーム716に適用される閉鎖力を表す。位置センサ734は、閉鎖部材の位置をフィードバック信号として制御回路710に提供するように構成されてもよい。エンドエフェクタ702内の追加のセンサ738は、閉鎖力フィードバック信号を制御回路710に提供することができる。枢動可能なクランプアーム716は、超音波ブレード718の反対側に位置決めされる。使用準備が整うと、制御回路710は、モータ制御部708bに閉鎖信号を提供することができる。閉鎖信号に応答して、モータ704bは閉鎖部材を前進させて、クランプアーム716と超音波ブレード718との間で組織を把持する。 In one aspect, control circuit 710 is configured to drive a closure member, such as clamp arm 716 of end effector 702 . Control circuit 710 provides motor set points to motor control 708b, which provides drive signals to motor 704b. The output shaft of motor 704b is coupled to torque sensor 744b. Torque sensor 744b is coupled to transmission device 706b that is coupled to clamp arm 716 . Transmission device 706b includes moveable mechanical elements such as rotating elements and closing members for controlling movement of clamp arm 716 from open and closed positions. In one aspect, motor 704b is coupled to a closure gear assembly that includes a closure reduction gear set supported in meshing engagement with a closure spur gear. Torque sensor 744 b provides a closing force feedback signal to control circuit 710 . The closing force feedback signal represents the closing force applied to clamp arm 716 . Position sensor 734 may be configured to provide the position of the closure member as a feedback signal to control circuit 710 . An additional sensor 738 in end effector 702 can provide a closure force feedback signal to control circuit 710 . A pivotable clamp arm 716 is positioned opposite the ultrasonic blade 718 . When ready for use, control circuit 710 can provide a close signal to motor control 708b. In response to the closure signal, motor 704 b advances the closure member to grasp tissue between clamp arm 716 and ultrasonic blade 718 .

一態様では、制御回路710は、エンドエフェクタ702を回転させるためにシャフト740などのシャフト部材を回転させるように構成されている。制御回路710は、モータ704cに駆動信号を提供するモータ制御部708cにモータ設定点を提供する。モータ704cの出力シャフトは、トルクセンサ744cに結合されている。トルクセンサ744cは、シャフト740に結合された伝達装置706cに結合されている。伝達装置706cは、シャフト740の回転を時計回り又は反時計回り360度まで及びそれを超えて制御するために回転要素などの可動機械的要素を備える。一態様では、モータ704cは、ツール装着プレート上に動作可能に支持された回転ギアアセンブリによって動作可能に係合されるように、近位閉鎖管の近位端上に形成された(又はこれに取り付けられた)管状ギアセグメントを含む回転伝達装置アセンブリに結合される。トルクセンサ744cは、制御回路710に回転力フィードバック信号を提供する。回転力フィードバック信号は、シャフト740に加えられる回転力を表す。位置センサ734は、閉鎖部材の位置をフィードバック信号として制御回路710に提供するように構成されてもよい。シャフトエンコーダなどの追加のセンサ738が、シャフト740の回転位置を制御回路710に提供してもよい。 In one aspect, control circuit 710 is configured to rotate a shaft member, such as shaft 740 , to rotate end effector 702 . Control circuit 710 provides motor setpoints to motor control 708c, which provides drive signals to motor 704c. The output shaft of motor 704c is coupled to torque sensor 744c. Torque sensor 744 c is coupled to transmission 706 c which is coupled to shaft 740 . Transmission 706c comprises a moveable mechanical element, such as a rotating element, to control the rotation of shaft 740 up to 360 degrees clockwise or counterclockwise and beyond. In one aspect, the motor 704c was formed on (or attached to) the proximal end of the proximal closure tube to be operably engaged by a rotating gear assembly operably supported on the tool mounting plate. attached) to a rotary transmission assembly including a tubular gear segment. Torque sensor 744 c provides a rotational force feedback signal to control circuit 710 . The rotational force feedback signal is representative of the rotational force applied to shaft 740 . Position sensor 734 may be configured to provide the position of the closure member as a feedback signal to control circuit 710 . Additional sensors 738 , such as shaft encoders, may provide the rotational position of shaft 740 to control circuit 710 .

一態様では、制御回路710は、エンドエフェクタ702を関節運動させるように構成されている。制御回路710は、モータ704dに駆動信号を提供するモータ制御部708dにモータ設定点を提供する。モータ704dの出力シャフトは、トルクセンサ744dに結合されている。トルクセンサ744dは、関節運動部材742aに結合された伝達装置706dに結合されている。伝達装置706dは、エンドエフェクタ702の±65°の関節運動を制御するための関節運動要素などの可動機械的要素を備える。一態様では、モータ704dは、関節運動ナットに結合され、関節運動ナットは、遠位スパイン部分の近位端部分上で回転可能に軸支され、遠位スパイン部分の近位端部分上で関節運動ギアアセンブリによって回転可能に駆動される。トルクセンサ744dは、制御回路710に関節運動力フィードバック信号を提供する。関節運動力フィードバック信号は、エンドエフェクタ702に適用される関節運動力を表す。関節運動エンコーダなどのセンサ738は、エンドエフェクタ702の関節運動位置を制御回路710に提供してもよい。 In one aspect, control circuit 710 is configured to articulate end effector 702 . Control circuit 710 provides motor setpoints to motor control 708d, which provides drive signals to motor 704d. The output shaft of motor 704d is coupled to torque sensor 744d. Torque sensor 744d is coupled to transmission 706d that is coupled to articulation member 742a. Transmission device 706d comprises a moveable mechanical element, such as an articulation element for controlling ±65° articulation of end effector 702 . In one aspect, the motor 704d is coupled to an articulation nut that is rotatably journalled on the proximal end portion of the distal spine portion and articulated on the proximal end portion of the distal spine portion. It is rotatably driven by a motion gear assembly. Torque sensor 744 d provides an articulation force feedback signal to control circuit 710 . The articulation force feedback signal represents the articulation force applied to the end effector 702 . A sensor 738 , such as an articulation encoder, may provide the articulation position of end effector 702 to control circuit 710 .

別の態様では、ロボット外科システム700の関節運動機能は、2つの関節運動部材、又は連結部742a、742bを含んでもよい。これらの関節運動部材742a、742bは、2つのモータ708d、708eによって駆動されるロボットインターフェース(ラック)上の個別のディスクによって駆動される。個別の発射モータ704aが提供されると、ヘッドが運動していないときにヘッドに抵抗保持運動及び負荷を提供するために、かつヘッドが関節運動しているときに関節運動を提供するために、関節運動連結部742a、742bのそれぞれは他の連結部に対して拮抗的に駆動され得る。関節運動部材742a、742bは、ヘッドが回転するときに固定された半径でヘッドに取り付けられる。したがって、ヘッドが回転すると、プッシュプル連結部の機械効率は変化する。この機械効率の変化は、他の関節運動連結部の駆動システムでより顕著であり得る。 In another aspect, the articulation features of the robotic surgical system 700 may include two articulation members, or connections 742a, 742b. These articulation members 742a, 742b are driven by separate discs on a robot interface (rack) driven by two motors 708d, 708e. When separate firing motors 704a are provided, to provide resistive holding motion and load to the head when the head is not moving, and to provide articulation when the head is articulating: Each of the articulation links 742a, 742b can be driven antagonistically with respect to the other link. Articulation members 742a, 742b are attached to the head at a fixed radius as the head rotates. Therefore, as the head rotates, the mechanical efficiency of the push-pull connection changes. This change in mechanical efficiency may be more pronounced in other articulating joint drive systems.

一態様では、1つ又は2つ以上のモータ704a~704eは、ギアボックス、及び発射部材、閉鎖部材、又は関節運動部材への機械的連結部を備えるブラシ付きDCモータを備えてもよい。別の例としては、変位部材、関節運動連結部、閉鎖管、及びシャフトなどの可動機械的要素を動作させる電動モータ704a~704eが挙げられる。外部影響とは、組織、周囲体、及び物理系上の摩擦などのものの、測定されていない予測不可能な影響である。こうした外部影響は、電動モータ704a~704eの1つに反して作用する障害(drag)と呼ばれることがある。障害などの外部影響は、物理系の動作を物理系の所望の動作から逸脱させることがある。 In one aspect, one or more of the motors 704a-704e may comprise brushed DC motors with gearboxes and mechanical connections to the firing, closing, or articulating members. Another example includes electric motors 704a-704e that operate movable mechanical elements such as displacement members, articulation connections, closed tubes, and shafts. External influences are unmeasured and unpredictable influences such as friction on tissues, surroundings, and physical systems. Such an external influence is sometimes referred to as a drag acting against one of the electric motors 704a-704e. External influences, such as disturbances, can cause the behavior of a physical system to deviate from the desired behavior of the physical system.

一態様では、位置センサ734は、絶対位置決めシステムとして実装されてもよい。一態様では、位置センサ734は、Austria Microsystems,AGから入手可能なAS5055EQFTシングルチップ磁気回転位置センサとして実装される磁気回転絶対位置決めシステムを備えてもよい。位置センサ734は、制御回路710とインターフェースして絶対位置決めシステムを提供することができる。位置は、磁石の上方に位置し、加算、減算、ビットシフト、及びテーブル参照演算のみを必要とする、双曲線関数及び三角関数を計算する簡潔かつ効率的なアルゴリズムを実装するために設けられた、桁毎法及びボルダーアルゴリズムとしても知られるCORDICプロセッサに結合された、複数のホール効果素子を含み得る。 In one aspect, position sensor 734 may be implemented as an absolute positioning system. In one aspect, the position sensor 734 may comprise a gyromagnetic absolute positioning system implemented as an AS5055EQFT single-chip gyromagnetic position sensor available from Austria Microsystems, AG. A position sensor 734 can interface with the control circuit 710 to provide an absolute positioning system. The position is located above the magnet and provided to implement simple and efficient algorithms for computing hyperbolic and trigonometric functions, requiring only addition, subtraction, bit-shifting, and table lookup operations. It may include multiple Hall effect elements coupled to the CORDIC processor, also known as the digit-by-digit method and the Boulder algorithm.

一態様では、制御回路710は、1つ又は2つ以上のセンサ738と通信してもよい。センサ738は、エンドエフェクタ702上に位置付けられ、ロボット外科用器具700と共に動作して、間隙距離対時間、組織圧縮対時間、及びアンビル歪み対時間などの様々な導出パラメータを測定するように適合されてもよい。センサ738は、磁気センサ、磁界センサ、歪みゲージ、ロードセル、圧力センサ、力センサ、トルクセンサ、渦電流センサなどの誘導センサ、抵抗センサ、容量センサ、光学センサ、及び/又はエンドエフェクタ702の1つ又は2つ以上のパラメータを測定するための任意の他の好適なセンサを備えてもよい。センサ738は、1つ又は2つ以上のセンサを含み得る。センサ738は、分割された電極を使用して組織の位置を判定するために、クランプアーム716上に配置されてもよい。トルクセンサ744a~744eは、とりわけ、発射力、閉鎖力、及び/又は関節運動力などの力を感知するように構成されてもよい。したがって、制御回路710は、(1)遠位閉鎖管によって経験される閉鎖負荷及びその位置、(2)ラックにある発射部材及びその位置、(3)超音波ブレード718のどの部分がその上に組織を有しているか、及び(4)両方の関節運動ロッド上の負荷及び位置を感知することができる。 In one aspect, control circuitry 710 may communicate with one or more sensors 738 . Sensors 738 are positioned on end effector 702 and adapted to operate with robotic surgical instrument 700 to measure various derived parameters such as gap distance vs. time, tissue compression vs. time, and anvil strain vs. time. may Sensors 738 may be magnetic sensors, magnetic field sensors, strain gauges, load cells, pressure sensors, force sensors, torque sensors, inductive sensors such as eddy current sensors, resistive sensors, capacitive sensors, optical sensors, and/or one of end effector 702. or any other suitable sensor for measuring two or more parameters. Sensor 738 may include one or more sensors. A sensor 738 may be positioned on the clamp arm 716 to determine tissue position using segmented electrodes. Torque sensors 744a-744e may be configured to sense forces such as firing forces, closing forces, and/or articulation forces, among others. Thus, the control circuit 710 determines (1) the closure load experienced by the distal obturator tube and its position, (2) the firing member in the rack and its position, and (3) which portion of the ultrasonic blade 718 is placed thereon. (4) can sense load and position on both articulation rods;

一態様では、1つ又は2つ以上のセンサ738は、クランプ状態の間のクランプアーム716における歪みの大きさを測定するように構成された、微小歪みゲージなどの歪みゲージを備えてもよい。歪みゲージは、歪みの大きさに伴って振幅が変動する電気信号を提供する。センサ738は、クランプアーム716と超音波ブレード718との間に圧縮された組織の存在によって生成された圧力を検出するように構成された圧力センサを備えてもよい。センサ738は、クランプアーム716と超音波ブレード718との間に位置する組織部分のインピーダンスを検出するように構成されてもよく、このインピーダンスは、それらの間に位置する組織の厚さ及び/又は充満度を示す。 In one aspect, the one or more sensors 738 may comprise strain gauges, such as micro strain gauges, configured to measure the amount of strain in the clamp arm 716 during clamping conditions. A strain gauge provides an electrical signal whose amplitude varies with the amount of strain. Sensor 738 may comprise a pressure sensor configured to detect pressure created by the presence of compressed tissue between clamp arm 716 and ultrasonic blade 718 . The sensor 738 may be configured to detect the impedance of the tissue portion located between the clamp arm 716 and the ultrasonic blade 718, which impedance is the thickness and/or the thickness of the tissue located between them. Indicates fullness.

一態様では、センサ738は、とりわけ、1つ又は2つ以上のリミットスイッチ、電気機械装置、固体スイッチ、ホール効果装置、磁気抵抗(magneto-resistive、MR)装置、巨大磁気抵抗(giant magneto-resistive、GMR)装置、磁力計として実装されてもよい。他の実装形態では、センサ738は、とりわけ光センサ、IRセンサ、紫外線センサなどの光の影響下で動作する固体スイッチとして実装されてもよい。更に、スイッチは、トランジスタ(例えば、FET、接合FET、MOSFET、双極など)などの固体装置であってもよい。他の実装形態では、センサ738は、とりわけ、導電体非含有スイッチ、超音波スイッチ、加速度計、及び慣性センサを含んでもよい。 In one aspect, the sensor 738 includes one or more limit switches, electromechanical devices, solid state switches, Hall effect devices, magneto-resistive (MR) devices, giant magneto-resistive devices, among others. , GMR) device, may be implemented as a magnetometer. In other implementations, sensor 738 may be implemented as a solid-state switch that operates under the influence of light, such as an optical sensor, an IR sensor, an ultraviolet sensor, among others. Additionally, the switch may be a solid state device such as a transistor (eg, FET, junction FET, MOSFET, bipolar, etc.). In other implementations, sensors 738 may include conductorless switches, ultrasonic switches, accelerometers, and inertial sensors, among others.

一態様では、センサ738は、閉鎖駆動システムによってクランプアーム716に及ぼされる力を測定するように構成され得る。例えば、1つ又は2つ以上のセンサ738は、閉鎖管によってクランプアーム716に適用される閉鎖力を検出するために、閉鎖管とクランプアーム716との間の相互作用点に位置してもよい。クランプアーム716に対して及ぼされる力は、クランプアーム716と超音波ブレード718との間に捕捉された組織切片によって経験される組織圧縮を表すものであり得る。1つ又は2つ以上のセンサ738は、閉鎖駆動システムに沿った様々な相互作用点に配置されて、閉鎖駆動システムによってクランプアーム716に適用される閉鎖力を検出することができる。1つ又は2つ以上のセンサ738は、制御回路710のプロセッサによるクランプ動作中にリアルタイムでサンプリングされてもよい。制御回路710は、リアルタイムのサンプル測定値を受信して時間ベースの情報を提供及び分析し、クランプアーム716に適用される閉鎖力をリアルタイムで評価する。 In one aspect, sensor 738 may be configured to measure the force exerted on clamp arm 716 by the closure drive system. For example, one or more sensors 738 may be located at the point of interaction between the closure tube and clamp arm 716 to detect the closure force applied to clamp arm 716 by the closure tube. . The force exerted on clamp arm 716 may represent tissue compression experienced by a tissue section captured between clamp arm 716 and ultrasonic blade 718 . One or more sensors 738 can be positioned at various interaction points along the closure drive system to detect the closure force applied to clamp arm 716 by the closure drive system. One or more sensors 738 may be sampled in real-time during clamping operations by the processor of control circuit 710 . The control circuit 710 receives real-time sample measurements to provide and analyze time-based information to assess the closing force applied to the clamp arm 716 in real-time.

一態様では、電流センサ736を用いて、モータ704a~704eのそれぞれによって引き込まれる電流を測定することができる。閉鎖部材714などの可動機械的要素のいずれかを前進させるのに必要な力は、モータ704a~704eのうちの1つによって引き込まれる電流に対応する。力はデジタル信号に変換されて、制御回路710に提供される。制御回路710は、器具の実際のシステムの応答をコントローラのソフトウェアでシミュレートするように構成され得る。変位部材を作動させて、エンドエフェクタ702内の閉鎖部材714を目標速度又はその付近で移動させることができる。ロボット外科用器具700は、フィードバックコントローラを含むことができ、フィードバックコントローラは、例えば、PID、状態フィードバック、線形二次(LQR)、及び/又は適応コントローラが挙げられるがこれらに限定されない任意のフィードバックコントローラのうちのいずれか1つであってもよい。ロボット外科用器具700は、フィードバックコントローラからの信号を、例えば、ケース電圧、PWM電圧、周波数変調電圧、電流、トルク、及び/又は力などの物理的入力に変換するための電源を含むことができる。更なる詳細は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、2017年6月29日出願の「CLOSED LOOP VELOCITY CONTROL TECHNIQUES FOR ROBOTIC SURGICAL INSTRUMENT」と題する米国特許出願第15/636,829号に開示されている。 In one aspect, a current sensor 736 can be used to measure the current drawn by each of the motors 704a-704e. The force required to advance any of the movable mechanical elements, such as closure member 714, corresponds to the current drawn by one of motors 704a-704e. The force is converted to a digital signal and provided to control circuit 710 . Control circuitry 710 may be configured to simulate the response of the actual system of the instrument in the controller software. The displacement member can be actuated to move the closure member 714 within the end effector 702 at or near the target velocity. The robotic surgical instrument 700 can include a feedback controller, for example, any feedback controller including, but not limited to, PID, state feedback, linear-quadratic (LQR), and/or adaptive controllers. may be any one of Robotic surgical instrument 700 can include a power supply for converting signals from the feedback controller into physical inputs such as, for example, case voltage, PWM voltage, frequency modulated voltage, current, torque, and/or force. . Further details are disclosed in U.S. patent application Ser. No. 15/636,829, entitled "CLOSED LOOP VELOCITY CONTROL TECHNIQUES FOR ROBOTIC SURGICAL INSTRUMENT," filed Jun. 29, 2017, which is incorporated herein by reference in its entirety. It is

図18は、本開示の一態様による、変位部材の遠位並進を制御するように構成された外科用器具750の回路図を示す。一態様では、外科用器具750は、閉鎖部材764などの変位部材の遠位並進を制御するようにプログラムされる。外科用器具750は、クランプアーム766と、閉鎖部材764と、超音波発生器771によって駆動される超音波変換器769に結合された超音波ブレード768と、を備え得るエンドエフェクタ752を備える。 FIG. 18 shows a circuit diagram of a surgical instrument 750 configured to control distal translation of a displacement member, according to one aspect of the present disclosure. In one aspect, surgical instrument 750 is programmed to control distal translation of a displacement member, such as closure member 764 . Surgical instrument 750 comprises an end effector 752 which may comprise a clamp arm 766 , a closure member 764 and an ultrasonic blade 768 coupled to an ultrasonic transducer 769 driven by an ultrasonic generator 771 .

閉鎖部材764などの直線変位部材の位置、移動、変位、及び/又は並進は、絶対位置決めシステム、センサ機構、及び位置センサ784によって測定することができる。閉鎖部材764が長手方向に移動可能な駆動部材に結合されているため、閉鎖部材764の位置は、位置センサ784を使用する長手方向に移動可能な駆動部材の位置を測定することによって判定することができる。したがって、以下の説明では、閉鎖部材764の位置、変位、及び/又は並進は、本明細書に記載される位置センサ784によって達成され得る。制御回路760は、閉鎖部材764などの変位部材の並進を制御するようにプログラムされてもよい。いくつかの実施例では、制御回路760は、1つ若しくは2つ以上のマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、又はプロセッサ若しくは複数のプロセッサに、記載される方法で変位部材、例えば閉鎖部材764を制御させる命令を実行するための他の好適なプロセッサを備えてもよい。一態様では、タイマー/カウンタ781は、経過時間又はデジタルカウントなどの出力信号を制御回路760に提供して、位置センサ784によって判定された閉鎖部材764の位置をタイマー/カウンタ781の出力と相関させ、その結果、制御回路760は、開始位置に対する特定の時間(t)における閉鎖部材764の位置を判定することができる。タイマー/カウンタ781は、経過時間を測定するか、外部イベントを計数するか、又は外部イベントの時間を測定するように構成されてよい。 The position, movement, displacement and/or translation of a linear displacement member such as closure member 764 can be measured by absolute positioning system, sensor mechanism and position sensor 784 . Since the closure member 764 is coupled to the longitudinally movable drive member, the position of the closure member 764 can be determined by measuring the position of the longitudinally movable drive member using the position sensor 784. can be done. Accordingly, in the discussion below, the position, displacement, and/or translation of closure member 764 may be accomplished by position sensor 784 as described herein. Control circuitry 760 may be programmed to control translation of a displacement member, such as closure member 764 . In some embodiments, the control circuit 760 commands one or more microcontrollers, microprocessors, or processors or processors to control the displacement member, such as the closure member 764, in the manner described. Other suitable processors may be provided for execution. In one aspect, timer/counter 781 provides an output signal, such as elapsed time or a digital count, to control circuit 760 to correlate the position of closure member 764 determined by position sensor 784 with the output of timer/counter 781. , so that the control circuit 760 can determine the position of the closure member 764 at a particular time (t) relative to the starting position. Timer/counter 781 may be configured to measure elapsed time, count external events, or time external events.

制御回路760は、モータ設定値信号772を生成してもよい。モータ設定値信号772は、モータコントローラ758に提供されてもよい。モータコントローラ758は、本明細書で説明するように、モータ754にモータ駆動信号774を提供してモータ754を駆動するように構成された1つ又は2つ以上の回路を備えてもよい。いくつかの実施例では、モータ754は、ブラシ付きDC電動モータであってもよい。例えば、モータ754の速度は、モータ駆動信号774に比例してもよい。いくつかの例では、モータ754はブラシレスDC電動モータであってもよく、モータ駆動信号774は、モータ754の1つ又は2つ以上の固定子巻線に提供されるPWM信号を含んでもよい。また、いくつかの実施例では、モータコントローラ758は省略されてもよく、制御回路760がモータ駆動信号774を直接生成してもよい。 Control circuit 760 may generate motor setpoint signal 772 . Motor setpoint signal 772 may be provided to motor controller 758 . Motor controller 758 may comprise one or more circuits configured to provide motor drive signals 774 to motor 754 to drive motor 754 as described herein. In some examples, motor 754 may be a brushed DC electric motor. For example, the speed of motor 754 may be proportional to motor drive signal 774 . In some examples, motor 754 may be a brushless DC electric motor, and motor drive signal 774 may include a PWM signal provided to one or more stator windings of motor 754 . Also, in some embodiments, motor controller 758 may be omitted and control circuit 760 may generate motor drive signal 774 directly.

モータ754は、エネルギー源762から電力を受け取ることができる。エネルギー源762は、電池、超コンデンサ、又は任意の他の好適なエネルギー源であってもよく、あるいはそれを含んでもよい。モータ754は、伝達装置756を介して閉鎖部材764に機械的に結合され得る。伝達装置756は、モータ754を閉鎖部材764に結合するための1つ又は2つ以上のギア又は他の連結構成要素を含んでもよい。位置センサ784は、閉鎖部材764の位置を感知し得る。位置センサ784は、閉鎖部材764の位置を示す位置データを生成することができる任意の種類のセンサであってもよく、又はそれを含んでもよい。いくつかの例では、位置センサ784は、閉鎖部材764が遠位方向及び近位方向に並進すると一連のパルスを制御回路760に提供するように構成されたエンコーダを含んでもよい。制御回路760は、パルスを追跡して閉鎖部材764の位置を判定してもよい。例えば近接センサを含む他の好適な位置センサが使用されてもよい。他の種類の位置センサは、閉鎖部材764の動きを示す他の信号を提供することができる。また、いくつかの実施例では、位置センサ784は省略されてもよい。モータ754がステップモータである場合、制御回路760は、モータ754が実行するように指示されたステップの数及び方向を合計することによって、閉鎖部材764の位置を追跡することができる。位置センサ784は、エンドエフェクタ752内、又は器具の任意の他の部分に位置することができる。 Motor 754 may receive power from energy source 762 . Energy source 762 may be or include a battery, supercapacitor, or any other suitable energy source. Motor 754 may be mechanically coupled to closure member 764 via transmission 756 . Transmission 756 may include one or more gears or other coupling components for coupling motor 754 to closure member 764 . A position sensor 784 may sense the position of the closure member 764 . Position sensor 784 may be or include any type of sensor capable of generating position data indicative of the position of closure member 764 . In some examples, position sensor 784 may include an encoder configured to provide a series of pulses to control circuit 760 as closure member 764 translates distally and proximally. Control circuit 760 may track the pulses to determine the position of closure member 764 . Other suitable position sensors may be used including, for example, proximity sensors. Other types of position sensors can provide other signals indicative of movement of closure member 764 . Also, in some embodiments, position sensor 784 may be omitted. If motor 754 is a stepper motor, control circuit 760 can track the position of closure member 764 by summing the number and direction of steps motor 754 is instructed to perform. The position sensor 784 can be located within the end effector 752 or any other portion of the instrument.

制御回路760は、1つ又は2つ以上のセンサ788と通信することができる。センサ788は、エンドエフェクタ752上に位置付けられ、外科用器具750と共に動作して、間隙距離対時間、組織圧縮対時間、及びアンビル歪み対時間などの様々な導出パラメータを測定するように適合され得る。センサ788は、磁気センサ、磁界センサ、歪みゲージ、圧力センサ、力センサ、渦電流センサなどの誘導センサ、抵抗センサ、容量センサ、光学センサ、及び/又はエンドエフェクタ752の1つ若しくは2つ以上のパラメータを測定するための任意の他の好適なセンサを備え得る。センサ788は、1つ又は2つ以上のセンサを含み得る。 Control circuitry 760 may communicate with one or more sensors 788 . A sensor 788 may be positioned on the end effector 752 and adapted to work with the surgical instrument 750 to measure various derived parameters such as gap distance vs. time, tissue compression vs. time, and anvil strain vs. time. . Sensors 788 may include one or more of magnetic sensors, magnetic field sensors, strain gauges, pressure sensors, force sensors, inductive sensors such as eddy current sensors, resistive sensors, capacitive sensors, optical sensors, and/or end effector 752 . Any other suitable sensor for measuring parameters may be provided. Sensor 788 may include one or more sensors.

1つ又は2つ以上のセンサ788は、クランプ状態の間のクランプアーム766における歪みの大きさを測定するように構成された、微小歪みゲージなどの歪みゲージを備えてもよい。歪みゲージは、歪みの大きさに伴って振幅が変動する電気信号を提供する。センサ788は、クランプアーム766と超音波ブレード768との間に圧縮された組織の存在によって生成された圧力を検出するように構成された圧力センサを備えてもよい。センサ788は、クランプアーム766と超音波ブレード768との間に位置する組織切片のインピーダンスを検出するように構成されてもよく、このインピーダンスは、それらの間に位置する組織の厚さ及び/又は充満度を示す。 The one or more sensors 788 may comprise strain gauges, such as micro strain gauges, configured to measure the amount of strain in the clamp arm 766 during clamping conditions. A strain gauge provides an electrical signal whose amplitude varies with the amount of strain. Sensor 788 may comprise a pressure sensor configured to detect pressure created by the presence of compressed tissue between clamp arm 766 and ultrasonic blade 768 . The sensor 788 may be configured to detect the impedance of the tissue section located between the clamp arm 766 and the ultrasonic blade 768, which impedance is the thickness and/or the thickness of the tissue located between them. Indicates fullness.

センサ788は、閉鎖駆動システムによってクランプアーム766に及ぼされる力を測定するように構成され得る。例えば、1つ又は2つ以上のセンサ788は、閉鎖管によってクランプアーム766に適用される閉鎖力を検出するために、閉鎖管とクランプアーム766との間の相互作用点に位置してもよい。クランプアーム766に対して及ぼされる力は、クランプアーム766と超音波ブレード768との間に捕捉された組織切片によって経験される組織圧縮を表すものであり得る。1つ又は2つ以上のセンサ788は、閉鎖駆動システムに沿った様々な相互作用点に位置決めされて、閉鎖駆動システムによってクランプアーム766に適用される閉鎖力を検出することができる。1つ又は2つ以上のセンサ788は、制御回路760のプロセッサによるクランプ動作中にリアルタイムでサンプリングされてもよい。制御回路760は、リアルタイムのサンプル測定値を受信して時間ベースの情報を提供及び分析し、クランプアーム766に適用される閉鎖力をリアルタイムで評価する。 Sensor 788 may be configured to measure the force exerted on clamp arm 766 by the closure drive system. For example, one or more sensors 788 may be located at the point of interaction between the closure tube and the clamp arm 766 to detect the closure force applied by the closure tube to the clamp arm 766. . The force exerted on clamp arm 766 may represent tissue compression experienced by a tissue section captured between clamp arm 766 and ultrasonic blade 768 . One or more sensors 788 may be positioned at various interaction points along the closure drive system to detect the closure force applied to clamp arm 766 by the closure drive system. One or more sensors 788 may be sampled in real-time during clamping operations by the processor of control circuit 760 . The control circuit 760 receives real-time sample measurements to provide and analyze time-based information to evaluate the closing force applied to the clamp arm 766 in real-time.

モータ754によって引き込まれる電流を測定するために、電流センサ786を用いることができる。閉鎖部材764を前進させるのに必要な力は、モータ754によって引き込まれる電流に相当する。力はデジタル信号に変換されて、制御回路760に提供される。 A current sensor 786 can be used to measure the current drawn by the motor 754 . The force required to advance closure member 764 corresponds to the current drawn by motor 754 . The force is converted to a digital signal and provided to control circuit 760 .

制御回路760は、器具の実際のシステムの応答をコントローラのソフトウェアでシミュレートするように構成することができる。変位部材を作動させて、エンドエフェクタ752内の閉鎖部材764を目標速度又はその付近で移動させることができる。外科用器具750は、フィードバックコントローラを含むことができ、フィードバックコントローラは、例えば、PID、状態フィードバック、LQR、及び/又は適応コントローラが挙げられるがこれらに限定されない任意のフィードバックコントローラのうちのいずれか1つであってもよい。外科用器具750は、フィードバックコントローラからの信号を、例えば、ケース電圧、PWM電圧、周波数変調電圧、電流、トルク、及び/又は力などの物理的入力に変換するための電源を含むことができる。 The control circuit 760 can be configured to simulate the actual system response of the instrument in the controller software. The displacement member can be actuated to move the closure member 764 within the end effector 752 at or near the target velocity. Surgical instrument 750 may include a feedback controller, for example, any one of any feedback controller including, but not limited to, PID, state feedback, LQR, and/or adaptive controllers. can be one. Surgical instrument 750 may include a power supply to convert signals from feedback controllers into physical inputs such as, for example, case voltage, PWM voltage, frequency modulated voltage, current, torque, and/or force.

外科用器具750の実際の駆動システムは、ギアボックス、並びに関節運動及び/又はナイフシステムへの機械的連結部を備えるブラシ付きDCモータによって、変位部材、切断部材、又は閉鎖部材764を駆動するように構成されている。別の例は、例えば、交換式シャフトアセンブリの変位部材及び関節運動ドライバを動作させる電動モータ754である。外部影響とは、組織、周囲体、及び物理系上の摩擦などのものの、測定されていない予測不可能な影響である。こうした外部影響は、電動モータ754に反して作用する障害と呼ぶことができる。障害などの外部影響は、物理系の動作を物理系の所望の動作から逸脱させることがある。 The actual drive system of surgical instrument 750 is such that the displacement member, cutting member, or closure member 764 is driven by a gearbox and brushed DC motor with mechanical connection to the articulation and/or knife system. is configured to Another example is, for example, an electric motor 754 that operates displacement members and articulation drivers of interchangeable shaft assemblies. External influences are unmeasured and unpredictable influences such as friction on tissues, surroundings and physical systems. Such external influences can be referred to as disturbances acting against the electric motor 754 . External influences, such as disturbances, can cause the behavior of a physical system to deviate from the desired behavior of the physical system.

様々な例示的態様が、モータ駆動の外科用封止及び切断器具を有するエンドエフェクタ752を備える外科用器具750に関する。例えば、モータ754は、エンドエフェクタ752の長手方向軸線に沿って遠位方向及び近位方向に変位部材を駆動してもよい。エンドエフェクタ752は、枢動可能なクランプアーム766と、使用のために構成されるときは、クランプアーム766の反対側に位置付けられた超音波ブレード768と、を備えてもよい。臨床医は、本明細書に記載されるように、クランプアーム766と超音波ブレード768との間に組織を把持してもよい。器具750を使用する準備が整った場合、臨床医は、例えば器具750のトリガを押すことによって発射信号を提供してもよい。発射信号に応答して、モータ754は、変位部材をエンドエフェクタ752の長手方向軸線に沿って、近位のストローク開始位置からストローク開始位置の遠位にあるストローク終了位置まで遠位方向に駆動することができる。変位部材が遠位方向に並進すると、遠位端に位置付けられた切断要素を備える閉鎖部材764は、超音波ブレード768とクランプアーム766との間の組織を切断することができる。 Various exemplary aspects relate to a surgical instrument 750 that includes an end effector 752 having a motorized surgical sealing and cutting instrument. For example, motor 754 may drive the displacement member distally and proximally along the longitudinal axis of end effector 752 . The end effector 752 may comprise a pivotable clamp arm 766 and an ultrasonic blade 768 positioned opposite the clamp arm 766 when configured for use. A clinician may grasp tissue between the clamp arm 766 and the ultrasonic blade 768 as described herein. When instrument 750 is ready for use, the clinician may provide a firing signal, for example, by pressing the trigger of instrument 750 . In response to the firing signal, motor 754 drives the displacement member distally along the longitudinal axis of end effector 752 from a proximal stroke start position to a stroke end position distal to the stroke start position. be able to. As the displacement member translates distally, a closure member 764 with a cutting element positioned at its distal end can cut tissue between the ultrasonic blade 768 and the clamp arm 766 .

様々な実施例で、外科用器具750は、1つ又は2つ以上の組織状態に基づいて、例えば閉鎖部材764などの変位部材の遠位並進を制御するようにプログラムされた制御回路760を備えてもよい。制御回路760は、本明細書に説明されるように、直接的又は間接的のいずれかで厚さなどの組織状態を感知するようにプログラムされてもよい。制御回路760は、組織状態に基づいて制御プログラムを選択するようにプログラムされてもよい。制御プログラムは、変位部材の遠位運動を記述することができる。様々な組織状態をより良好に処理するために様々な制御プログラムを選択することができる。例えば、より厚い組織が存在する場合、制御回路760は、変位部材をより低速で、及び/又はより低電力で並進させるようにプログラムされてもよい。より薄い組織が存在する場合、制御回路760は、変位部材をより高速で、及び/又はより高電力で並進させるようにプログラムされてもよい。 In various embodiments, surgical instrument 750 includes control circuitry 760 programmed to control distal translation of a displacement member, such as closure member 764, based on one or more tissue conditions. may Control circuitry 760 may be programmed to sense tissue conditions, such as thickness, either directly or indirectly, as described herein. Control circuit 760 may be programmed to select a control program based on tissue status. A control program can describe the distal movement of the displacement member. Different control programs can be selected to better handle different tissue conditions. For example, if thicker tissue is present, control circuitry 760 may be programmed to translate the displacement member at a slower speed and/or with less power. If thinner tissue is present, the control circuit 760 may be programmed to translate the displacement member at a higher speed and/or with a higher power.

いつくかの実施例では、制御回路760は、最初に、モータ754を、変位部材のストロークの第1の開ループ部分に対する開ループ構成で動作させてもよい。ストロークの開ループ部分の間の器具750の応答に基づいて、制御回路760は、発射制御プログラムを選択してもよい。器具の応答としては、開ループ部分の間の変位部材の並進距離、開ループ部分の間に経過する時間、開ループ部分の間にモータ754に提供されるエネルギー、モータ駆動信号のパルス幅の合計などが挙げられ得る。開ループ部分の後、制御回路760は、変位部材ストロークの第2の部分に対して、選択された発射制御プログラムを実施してもよい。例えば、ストロークの閉ループ部分の間、制御回路760は、変位部材の位置を記述する並進データに基づいてモータ754を閉ループ式に変調して、変位部材を一定速度で並進させてもよい。更なる詳細は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、2017年9月29日出願の「SYSTEM AND METHODS FOR CONTROLLING A DISPLAY OF A SURGICAL INSTRUMENT」と題する米国特許出願第15/720,852号に開示されている。 In some embodiments, control circuit 760 may initially operate motor 754 in an open loop configuration for a first open loop portion of the stroke of the displacement member. Based on the response of instrument 750 during the open-loop portion of the stroke, control circuit 760 may select a firing control program. The response of the instrument includes the translational distance of the displacement member during the open loop portion, the time elapsed during the open loop portion, the energy provided to the motor 754 during the open loop portion, and the total pulse width of the motor drive signal. etc. can be mentioned. After the open loop portion, control circuit 760 may implement the selected firing control program for the second portion of the displacement member stroke. For example, during the closed-loop portion of the stroke, control circuit 760 may closed-loop modulate motor 754 based on translation data describing the position of the displacement member to translate the displacement member at a constant velocity. Further details can be found in U.S. patent application Ser. disclosed in

図19は、本開示の一態様による、様々な機能を制御するように構成された外科用器具790の回路図である。一態様では、外科用器具790は、閉鎖部材764などの変位部材の遠位並進を制御するようにプログラムされる。外科用器具790は、クランプアーム766と、閉鎖部材764と、1つ又は2つ以上のRF電極796(破線で示される)と交換されるか、又はそれと連動して動作し得る超音波ブレード768とを備え得るエンドエフェクタ792を備える。超音波ブレード768は、超音波発生器771によって駆動される超音波変換器769に結合されている。 FIG. 19 is a circuit diagram of a surgical instrument 790 configured to control various functions according to one aspect of the present disclosure. In one aspect, surgical instrument 790 is programmed to control distal translation of a displacement member, such as closure member 764 . Surgical instrument 790 may replace or work in conjunction with clamp arm 766, closure member 764, and one or more RF electrodes 796 (shown in dashed lines) and ultrasonic blade 768. and an end effector 792 that may include: Ultrasonic blade 768 is coupled to ultrasonic transducer 769 driven by ultrasonic generator 771 .

一態様では、センサ788は、とりわけ、リミットスイッチ、電気機械装置、固体スイッチ、ホール効果装置、MR装置、GMR装置、磁力計として実装されてもよい。他の実装形態では、センサ638は、とりわけ光センサ、IRセンサ、紫外線センサなどの光の影響下で動作する固体スイッチであってもよい。更に、スイッチは、トランジスタ(例えば、FET、接合FET、MOSFET、双極など)などの固体装置であってもよい。他の実装形態では、センサ788は、とりわけ、導電体非含有スイッチ、超音波スイッチ、加速度計、及び慣性センサを含んでもよい。 In one aspect, sensor 788 may be implemented as a limit switch, electromechanical device, solid state switch, Hall effect device, MR device, GMR device, magnetometer, among others. In other implementations, sensor 638 may be a solid-state switch that operates under the influence of light, such as a light sensor, IR sensor, UV sensor, among others. Additionally, the switch may be a solid state device such as a transistor (eg, FET, junction FET, MOSFET, bipolar, etc.). In other implementations, sensors 788 may include conductorless switches, ultrasonic switches, accelerometers, and inertial sensors, among others.

一態様では、位置センサ784は、Austria Microsystems,AGから入手可能なAS5055EQFTシングルチップ磁気回転位置センサとして実装される磁気回転絶対位置決めシステムを備える絶対位置決めシステムとして実装されてもよい。位置センサ784は、制御回路760とインターフェースして絶対位置決めシステムを提供することができる。位置は、磁石の上方に位置し、加算、減算、ビットシフト、及びテーブル参照演算のみを必要とする、双曲線関数及び三角関数を計算する簡潔かつ効率的なアルゴリズムを実装するために設けられた、桁毎法及びボルダーアルゴリズムとしても知られるCORDICプロセッサに結合された、複数のホール効果素子を含み得る。 In one aspect, the position sensor 784 may be implemented as an absolute positioning system comprising a gyromagnetic absolute positioning system implemented as an AS5055EQFT single-chip gyromagnetic position sensor available from Austria Microsystems, AG. A position sensor 784 may interface with control circuitry 760 to provide an absolute positioning system. The position is located above the magnet and provided to implement simple and efficient algorithms for computing hyperbolic and trigonometric functions, requiring only addition, subtraction, bit-shifting, and table lookup operations. It may include multiple Hall effect elements coupled to the CORDIC processor, also known as the digit-by-digit method and the Boulder algorithm.

いくつかの実施例では、位置センサ784は省略されてもよい。モータ754がステップモータである場合、制御回路760は、モータが実行するように指示されたステップの数及び方向を合計することによって、閉鎖部材764の位置を追跡することができる。位置センサ784は、エンドエフェクタ792内、又は器具の任意の他の部分に位置することができる。 In some embodiments, position sensor 784 may be omitted. If the motor 754 is a stepper motor, the control circuit 760 can track the position of the closure member 764 by summing the number and direction of steps the motor is instructed to perform. The position sensor 784 can be located within the end effector 792 or any other portion of the instrument.

制御回路760は、1つ又は2つ以上のセンサ788と通信することができる。センサ788は、エンドエフェクタ792上に位置付けられ、外科用器具790と共に動作して、間隙距離対時間、組織圧縮対時間、及びアンビル歪み対時間などの様々な導出パラメータを測定するように適合され得る。センサ788は、磁気センサ、磁界センサ、歪みゲージ、圧力センサ、力センサ、渦電流センサなどの誘導センサ、抵抗センサ、容量センサ、光学センサ、及び/又はエンドエフェクタ792の1つ若しくは2つ以上のパラメータを測定するための任意の他の好適なセンサを備え得る。センサ788は、1つ又は2つ以上のセンサを含み得る。 Control circuitry 760 may communicate with one or more sensors 788 . A sensor 788 may be positioned on the end effector 792 and adapted to work with the surgical instrument 790 to measure various derived parameters such as gap distance vs. time, tissue compression vs. time, and anvil strain vs. time. . Sensors 788 may include one or more of magnetic sensors, magnetic field sensors, strain gauges, pressure sensors, force sensors, inductive sensors such as eddy current sensors, resistive sensors, capacitive sensors, optical sensors, and/or end effector 792 . Any other suitable sensor for measuring parameters may be provided. Sensor 788 may include one or more sensors.

RFエネルギー源794は、エンドエフェクタ792に結合され、RF電極796が超音波ブレード768の代わりにエンドエフェクタ792内に提供されるとき、又は超音波ブレード768と連動して動作するように提供されるとき、RF電極796に印加される。例えば、超音波ブレードは、導電性金属で作製され、電気外科用RF電流のリターンパスとして使用されてもよい。制御回路760は、RF電極796へのRFエネルギーの送達を制御する。 An RF energy source 794 is coupled to the end effector 792 and provided to work in conjunction with or when RF electrodes 796 are provided within the end effector 792 in place of the ultrasonic blade 768 . , is applied to RF electrode 796 . For example, an ultrasonic blade may be made of a conductive metal and used as a return path for electrosurgical RF current. Control circuitry 760 controls delivery of RF energy to RF electrode 796 .

更なる詳細は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、2017年6月28日出願の「SURGICAL SYSTEM COUPLABLE WITH STAPLE CARTRIDGE AND RADIO FREQUENCY CARTRIDGE,AND METHOD OF USING SAME」と題する米国特許出願第15/636,096号に開示されている。 Further details can be found in U.S. Patent Application No. 15, entitled "SURGICAL SYSTEM COUPLABLE WITH STAPLE CARTRIDGE AND RADIO FREQUENCY CARTRIDGE, AND METHOD OF USING SAME," filed June 28, 2017, which is incorporated herein by reference in its entirety. /636,096.

発生器ハードウェア
適応型超音波ブレード制御アルゴリズム
様々な態様では、スマート超音波エネルギー装置は、超音波ブレードの動作を制御するための適応アルゴリズムを含んでもよい。一態様では、超音波ブレード適応制御アルゴリズムは、組織の種類を特定し、装置パラメータを調整するように構成される。一態様では、超音波ブレード制御アルゴリズムは、組織の種類をパラメータ化するように構成される。超音波ブレードの遠位先端の振幅を調整するために組織のコラーゲン/弾性比を検出するためのアルゴリズムが、本開示の以下の項で説明される。スマート超音波エネルギー装置の様々な態様が、例えば、図1~図85に関連して本明細書で説明される。したがって、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムの以下の説明は、図1~図85及びこれらに関連する説明と併せて読まれるべきである。
Generator Hardware Adaptive Ultrasonic Blade Control Algorithm In various aspects, the smart ultrasonic energy device may include an adaptive algorithm for controlling the operation of the ultrasonic blade. In one aspect, the ultrasonic blade adaptive control algorithm is configured to identify tissue type and adjust device parameters. In one aspect, the ultrasonic blade control algorithm is configured to parameterize the tissue type. Algorithms for detecting the collagen/elasticity ratio of tissue for adjusting the amplitude of the distal tip of the ultrasonic blade are described in the following sections of this disclosure. Various aspects of smart ultrasonic energy devices are described herein, for example, in connection with FIGS. 1-85. Accordingly, the following description of adaptive ultrasonic blade control algorithms should be read in conjunction with FIGS. 1-85 and their associated descriptions.

組織種類の識別及び装置パラメータの調節
特定の外科処置では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムを用いることが望ましい。一態様では、超音波ブレードと接触する組織の種類に基づいて、超音波装置のパラメータを調節するために、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムを用いてもよい。一態様では、超音波装置のパラメータは、超音波エンドエフェクタのジョー内の組織の位置、例えば、クランプアームと超音波ブレードとの間の組織の位置に基づいて調節されてもよい。超音波変換器のインピーダンスは、組織のどの割合がエンドエフェクタの遠位端又は近位端に位置するかを識別するために用いられてもよい。超音波装置の反応は、組織の種類又は組織の圧縮率に基づき得る。別の態様では、超音波装置のパラメータは、識別された組織の種類又はパラメータ化に基づいて調節されてもよい。例えば、超音波ブレードの遠位先端の機械的変位振幅は、組織識別手順中に検出されたエラスチン組織に対するコラーゲンの割当量(ration)に基づいて調整されてもよい。コラーゲンとエラスチン組織との比は、赤外線(IR)表面反射率及び放射率を含む様々な技術を使用して検出され得る。クランプアーム及び/又はクランプアームのストロークによって組織に加えられて間隙及び圧縮を生じさせる力。電極を備えたジョー全体の電気的導通を用いて、ジョーのどの割合が組織で覆われているかを判定することができる。
Tissue Type Identification and Device Parameter Adjustment In certain surgical procedures, it is desirable to use adaptive ultrasonic blade control algorithms. In one aspect, an adaptive ultrasonic blade control algorithm may be used to adjust the parameters of the ultrasonic device based on the type of tissue in contact with the ultrasonic blade. In one aspect, the parameters of the ultrasonic device may be adjusted based on the position of the tissue within the jaws of the ultrasonic end effector, eg, the position of the tissue between the clamp arm and the ultrasonic blade. The impedance of the ultrasound transducer may be used to identify which percentage of tissue is located at the distal or proximal end of the end effector. The response of the ultrasound device can be based on tissue type or tissue compressibility. In another aspect, ultrasound system parameters may be adjusted based on the identified tissue type or parameterization. For example, the mechanical displacement amplitude of the distal tip of the ultrasonic blade may be adjusted based on the ratio of collagen to elastin tissue detected during the tissue identification procedure. The ratio of collagen to elastin tissue can be detected using various techniques, including infrared (IR) surface reflectance and emissivity. The force exerted on tissue by the clamping arm and/or the stroke of the clamping arm to create gaps and compression. Electrical continuity across the electroded jaws can be used to determine what percentage of the jaws is covered with tissue.

図20は、本開示の少なくとも1つの態様による、モジュール式通信ハブを備える外科用データネットワーク内で適応型超音波ブレード制御アルゴリズムを実行するように構成されたシステム800である。一態様では、発生器モジュール240が、図43A~図54を参照して本明細書に記載される適応型超音波ブレード制御アルゴリズム(複数可)802を実行するように構成される。別の態様では、装置/器具235が、図43A~図54を参照して本明細書に記載される適応型超音波ブレード制御アルゴリズム(複数可)804を実行するように構成される。別の態様では、装置/器具235及び装置/器具235の両方が、図43A~図54を参照して本明細書に記載される適応型超音波ブレード制御アルゴリズム802、804を実行するように構成される。 FIG. 20 is a system 800 configured to execute adaptive ultrasonic blade control algorithms within a surgical data network comprising a modular communication hub, according to at least one aspect of the present disclosure. In one aspect, the generator module 240 is configured to execute the adaptive ultrasonic blade control algorithm(s) 802 described herein with reference to FIGS. 43A-54. In another aspect, the device/instrument 235 is configured to execute the adaptive ultrasonic blade control algorithm(s) 804 described herein with reference to FIGS. 43A-54. In another aspect, both the device/instrument 235 and the device/instrument 235 are configured to execute the adaptive ultrasonic blade control algorithms 802, 804 described herein with reference to FIGS. be done.

発生器モジュール240は、電力変圧器を介して非絶縁段階と通信する患者絶縁段階を備えてもよい。電力変圧器の二次巻線は、絶縁段階内に収容され、例えば、超音波外科用器具、RF電気外科用器具、並びに単独又は同時に送達可能な超音波及びRFエネルギーモードを含む多機能型外科用器具などの様々な外科用器具に駆動信号を送達するために駆動信号出力部を画定するためのタップ構成(例えば、センタタップ又は非センタタップ構成)を備え得る。具体的には、駆動信号出力部は、超音波駆動信号(例えば、420Vの二乗平均平方根(root-mean-square、RMS)駆動信号)を超音波外科用器具241に出力することができ、駆動信号出力部は、RF電気外科駆動信号(例えば、100VのRMS駆動信号)をRF電気外科用器具241に出力することができる。発生器モジュール240の態様は、図21~図28Bを参照して本明細書で説明される。 Generator module 240 may comprise a patient-isolated stage communicating with a non-isolated stage via a power transformer. The secondary winding of the power transformer is housed within the isolation stage and is used, for example, in ultrasonic surgical instruments, RF electrosurgical instruments, and multifunctional surgical instruments including ultrasonic and RF energy modes that can be delivered singly or simultaneously. A tap configuration (eg, center-tap or non-center-tap configuration) may be provided for defining a drive signal output for delivering drive signals to various surgical instruments, such as surgical instruments. Specifically, the drive signal output can output an ultrasonic drive signal (e.g., a 420 V root-mean-square (RMS) drive signal) to the ultrasonic surgical instrument 241 to drive The signal output can output an RF electrosurgical drive signal (eg, a 100V RMS drive signal) to RF electrosurgical instrument 241 . Aspects of the generator module 240 are described herein with reference to FIGS. 21-28B.

発生器モジュール240、若しくは装置/器具235、又はその両方は、例えば、図8~図11を参照して説明されている、例えば、インテリジェント外科用器具、ロボット、及び手術室内に位置する他のコンピュータ化装置などの複数の手術室装置に接続されたモジュール式制御タワー236に結合されている。 The generator module 240, or the device/instrument 235, or both, may be used, for example, in intelligent surgical instruments, robots, and other computers located in the operating room, such as those described with reference to FIGS. It is coupled to a modular control tower 236 that is connected to multiple operating room equipment, such as a facilitator.

図21は、超音波器具と結合するように構成され、かつ、図20に示すモジュール式通信ハブを備える外科用データネットワーク内で適応型超音波ブレード制御アルゴリズムを実行するように更に構成された発生器の一形態である、発生器900の一実施例を示す。発生器900は、複数のエネルギーモダリティを外科用器具に送達するように構成されている。発生器900は、エネルギーを外科用器具に送達するためのRF信号及び超音波信号を単独で又は同時にのいずれかで提供する。RF信号及び超音波信号は、単独で、又は組み合わせて提供されてもよく、また同時に提供されてもよい。上述したように、少なくとも1つの発生器出力部は、単一のポートを通して複数のエネルギーモダリティ(例えば、とりわけ超音波、双極若しくは単極RF、不可逆及び/若しくは可逆電気穿孔法、並びに/又はマイクロ波エネルギー)を送達することができ、これらの信号は、組織を治療するために個別に又は同時にエンドエフェクタに送達することができる。発生器900は、波形発生器904に結合されたプロセッサ902を備える。プロセッサ902及び波形発生器904は、プロセッサ902に結合されたメモリに記憶された情報(開示を明瞭にするために示されず)に基づいて、様々な信号波形を発生するように構成されている。波形に関連するデジタル情報は、デジタル入力をアナログ出力に変換するために1つ又は2つ以上のDAC回路を含む波形発生器904に提供される。アナログ出力は、信号調節及び増幅のために、増幅器1106に供給される。増幅器906の調節され増幅された出力は、電力変圧器908に結合される。信号は、電力変圧器908を横断して患者絶縁側にある二次側に結合される。第1のエネルギーモダリティの第1の信号は、外科用器具のENERGY及びRETURNとラベルされた端子間に提供される。第2のエネルギーモダリティの第2の信号は、コンデンサ910にわたって結合され、外科用器具のENERGY及びRETURNとラベルされた端子間に提供される。2つを超えるエネルギーモダリティが出力されてもよく、したがって添え字「n」は、最大n個のENERGY端子が提供され得ることを示すために使用することができ、ここでnは、1超の正の整数であることが理解されよう。最大「n」個のリターンパス(RETURN)が、本開示の範囲から逸脱することなく提供されてもよいことも理解されよう。 FIG. 21 is a generation configured to couple with an ultrasonic instrument and further configured to execute an adaptive ultrasonic blade control algorithm within a surgical data network comprising the modular communication hub shown in FIG. 9 shows an example of a generator 900, which is one form of generator. Generator 900 is configured to deliver multiple energy modalities to a surgical instrument. Generator 900 either singly or simultaneously provides RF and ultrasound signals for delivering energy to the surgical instrument. RF and ultrasound signals may be provided alone, in combination, or may be provided simultaneously. As noted above, at least one generator output may transmit multiple energy modalities (e.g., ultrasound, bipolar or monopolar RF, irreversible and/or reversible electroporation, and/or microwave, among others) through a single port. energy) can be delivered, and these signals can be delivered to the end effector individually or simultaneously to treat the tissue. Generator 900 comprises processor 902 coupled to waveform generator 904 . Processor 902 and waveform generator 904 are configured to generate various signal waveforms based on information (not shown for clarity of disclosure) stored in a memory coupled to processor 902. Digital information associated with the waveform is provided to waveform generator 904, which includes one or more DAC circuits to convert the digital input to analog output. The analog output is provided to amplifier 1106 for signal conditioning and amplification. The conditioned and amplified output of amplifier 906 is coupled to power transformer 908 . The signal is coupled across power transformer 908 to the secondary on the patient-isolated side. A first signal of a first energy modality is provided between terminals labeled ENERGY 1 and RETURN of the surgical instrument. A second signal of the second energy modality is coupled across capacitor 910 and provided between terminals labeled ENERGY 2 and RETURN of the surgical instrument. More than two energy modalities may be output, so the subscript "n" can be used to indicate that up to n ENERGY n- terminals can be provided, where n is greater than one. is a positive integer of . It will also be appreciated that up to 'n' return paths (RETURN n ) may be provided without departing from the scope of the present disclosure.

第1の電圧感知回路912は、ENERGY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、ENERGY及びRETURNパスとラベルされた端子にわたって結合され、それらの間の出力電圧を測定する。電流感知回路914は、いずれかのエネルギーモダリティの出力電流を測定するために、図示される電力変圧器908の二次側のRETURN区間と直列に配設される。異なるリターンパスが各エネルギーモダリティに対して提供される場合、別個の電流感知回路が、各リターン区間で提供されねばならない。第1の電圧感知回路912及び第2の電圧感知回路924の出力が対応の絶縁変圧器916、922に提供され、電流感知回路914の出力は、別の絶縁変圧器918に提供される。電力変圧器908の一次側(非患者絶縁側)上における絶縁変圧器916、928、922の出力は、1つ又は2つ以上のADC回路926に提供される。ADC回路926のデジタル化された出力は、更なる処理及び計算のためにプロセッサ902に提供される。出力電圧及び出力電流のフィードバック情報は、外科用器具に提供される出力電圧及び電流を調整するために、またいくつかあるパラメータの中で出力インピーダンスを計算するために使用することができる。プロセッサ902と患者絶縁回路との間の入力/出力通信は、インターフェース回路920を通して提供される。センサもまた、インターフェース回路920を介してプロセッサ902と電気通信してもよい。 A first voltage sensing circuit 912 is coupled across terminals labeled ENERGY 1 and the RETURN path to measure the output voltage therebetween. A second voltage sensing circuit 924 is coupled across terminals labeled ENERGY 2 and the RETURN path to measure the output voltage therebetween. A current sensing circuit 914 is arranged in series with the RETURN leg of the secondary side of the illustrated power transformer 908 to measure the output current of either energy modality. If different return paths are provided for each energy modality, separate current sensing circuits must be provided for each return leg. The outputs of the first voltage sensing circuit 912 and the second voltage sensing circuit 924 are provided to corresponding isolation transformers 916 , 922 and the output of the current sensing circuit 914 is provided to another isolation transformer 918 . The outputs of isolation transformers 916 , 928 , 922 on the primary side (non-patient isolated side) of power transformer 908 are provided to one or more ADC circuits 926 . The digitized output of ADC circuitry 926 is provided to processor 902 for further processing and calculations. Output voltage and output current feedback information can be used to adjust the output voltage and current provided to the surgical instrument and to calculate the output impedance, among other parameters. Input/output communication between processor 902 and patient isolation circuitry is provided through interface circuitry 920 . Sensors may also be in electrical communication with processor 902 via interface circuitry 920 .

一態様では、インピーダンスは、ENERGY/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ENERGY/RETURNとラベルされた端子にわたって結合された第2の電圧感知回路924のいずれかの出力を、電力変圧器908の二次側のRETURN区間と直列に配置された電流感知回路914の出力で割ることによって、プロセッサ902により判定され得る。第1の電圧感知回路912及び第2の電圧感知回路924の出力は、個別の絶縁変圧器916、922に提供され、電流感知回路914の出力は、別の絶縁変圧器916に提供される。ADC回路926からのデジタル化された電圧及び電流感知測定値は、インピーダンスを計算するためにプロセッサ902に提供される。一例として、第1のエネルギーモダリティENERGY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ENERGYはRFエネルギーであってもよい。それでも、超音波エネルギーモダリティ及び双極又は単極RFエネルギーモダリティに加えて、他のエネルギーモダリティには、数ある中でも不可逆並びに/又は可逆電気穿孔法及び/若しくはマイクロ波エネルギーが挙げられる。また、図21に例示された例は、単一のリターンパス(RETURN)が2つ以上のエネルギーモダリティに提供され得ることを示しているが、他の態様では、複数のリターンパスRETURNが、各エネルギーモダリティENERGYに提供されてもよい。したがって、本明細書に記載されるように、超音波変換器のインピーダンスは、第1の電圧感知回路912の出力を電流感知回路914で割ることによって測定されてもよく、組織のインピーダンスは、第2の電圧感知回路924の出力を電流感知回路914で割ることによって測定されてもよい。 In one aspect, the impedance is equal to either the first voltage sensing circuit 912 coupled across the terminal labeled ENERGY 1 /RETURN or the second voltage sensing circuit 924 coupled across the terminal labeled ENERGY 2 /RETURN. This output may be determined by processor 902 by dividing by the output of current sensing circuit 914 placed in series with the RETURN leg on the secondary side of power transformer 908 . The outputs of the first voltage sensing circuit 912 and the second voltage sensing circuit 924 are provided to separate isolation transformers 916 , 922 and the output of the current sensing circuit 914 is provided to another isolation transformer 916 . Digitized voltage and current sensing measurements from ADC circuitry 926 are provided to processor 902 for calculating impedance. As an example, the first energy modality ENERGY 1 may be ultrasonic energy and the second energy modality ENERGY 2 may be RF energy. Yet, in addition to ultrasound energy modalities and bipolar or monopolar RF energy modalities, other energy modalities include irreversible and/or reversible electroporation and/or microwave energy, among others. Also, while the example illustrated in FIG. 21 shows that a single return path (RETURN) may be provided to more than one energy modality, in other aspects multiple return paths RETURN n may May be provided for each energy modality ENERGY n . Thus, as described herein, the impedance of the ultrasound transducer may be measured by dividing the output of the first voltage sensing circuit 912 by the current sensing circuit 914, and the tissue impedance is the second It may be measured by dividing the voltage sensing circuit 924 output by 2 by the current sensing circuit 914 .

図21に示すように、少なくとも1つの出力ポートを含む発生器900は、実行される組織の処置の種類に応じて、電力を、例えば、とりわけ、超音波、双極若しくは単極RF、不可逆及び/若しくは可逆電気穿孔法、並びに/又はマイクロ波エネルギーなどの1つ又は2つ以上のエネルギーモダリティの形態でエンドエフェクタに提供するために単一の出力部を有し、かつ複数のタップを有する電力変圧器908を含むことができる。例えば、発生器900は、単極又は双極RF電気外科用電極のいずれかを用いて、超音波変換器を駆動するために高電圧かつ低電流で、組織封止のためのRF電極を駆動するために低電圧かつ高電流で、又はスポット凝固のための凝固波形で、エネルギーを送達することができる。発生器900からの出力波形は、周波数を外科用器具のエンドエフェクタに提供するために、誘導、切り替え、又はフィルタリングされ得る。超音波変換器の発生器900出力部への接続部は、好ましくは、図21に示すようにENERGYとラベルされた出力部とRETURNとの間に位置するであろう。一実施例では、RF双極電極の発生器900の出力部への接続部は、好ましくは、ENERGYとラベルされた出力部とRETURNとの間に位置するであろう。単極出力部の場合、好ましい接続部は、ENERGY出力部及びRETURN出力部に接続された好適なリターンパッドへの活性電極(例えば、ペンシル型又は他のプローブ)であろう。 As shown in FIG. 21, the generator 900, including at least one output port, provides power, e.g., ultrasound, bipolar or monopolar RF, irreversible and/or or reversible electroporation, and/or a power transformer having a single output and having multiple taps to provide an end effector in the form of one or more energy modalities such as microwave energy. A device 908 can be included. For example, the generator 900 drives RF electrodes for tissue sealing using either monopolar or bipolar RF electrosurgical electrodes with high voltage and low current to drive the ultrasonic transducer. Energy can be delivered at low voltage and high current for spot coagulation, or in a coagulation waveform for spot coagulation. The output waveform from generator 900 may be induced, switched, or filtered to provide frequencies to the end effector of the surgical instrument. The connection of the ultrasonic transducer to the generator 900 output will preferably be located between the output labeled ENERGY 1 and RETURN as shown in FIG. In one embodiment, the connection to the output of the RF bipolar electrode generator 900 will preferably be located between the output labeled ENERGY 2 and RETURN. For unipolar outputs, the preferred connections would be active electrodes (eg pencil or other probes) to suitable return pads connected to the ENERGY 2 and RETURN outputs.

更なる詳細は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、「TECHNIQUES FOR OPERATING GENERATOR FOR DIGITALLY GENERATING ELECTRICAL SIGNAL WAVEFORMS AND SURGICAL INSTRUMENTS」と題する2017年3月30日公開の米国特許出願公開第2017/0086914号に開示されている。 Further details can be found in the U.S. Patent, published Mar. 30, 2017, entitled "TECHNIQUES FOR OPERATING GENERATOR FOR DIGITALLY GENERATING ELECTRICAL SIGNAL WAVEFORMS AND SURGICAL INSTRUMENTS," which is incorporated herein by reference in its entirety. Application Publication No. 2017/0086914 disclosed in No.

本説明全体で使用される用語「無線」及びその派生語は、非固体媒体を介して変調電磁放射線の使用を通じてデータを通信し得る回路、装置、システム、方法、技術、通信チャネルなどを説明するために使用されてもよい。この用語は、関連する装置がいかなる有線も含まないことを意味するものではないが、いくつかの態様では、それらは存在しない可能性がある。通信モジュールは、Wi-Fi(IEEE802.11ファミリー)、WiMAX(IEEE802.16ファミリー)、IEEE802.20、ロング・ターム・エボリューション(LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、Bluetooth、これらのイーサネット派生物、のみならず3G、4G、5G、及びそれ以降と指定される任意の他の無線及び有線プロトコルが挙げられるがこれらに限定されない多数の無線又は有線通信規格又はプロトコルのうちのいずれかを実装してもよい。コンピューティングモジュールは、複数の通信モジュールを含んでもよい。例えば、第1の通信モジュールは、Wi-Fi及びBluetoothなどの短距離無線通信専用であってもよく、第2の通信モジュールは、GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DOなどの長距離無線通信専用であってもよい。 As used throughout this description, the term "wireless" and its derivatives describe circuits, devices, systems, methods, techniques, communication channels, etc. that can communicate data through the use of modulated electromagnetic radiation over non-solid media. may be used for This term does not imply that the associated device does not contain any wires, although in some aspects they may not be present. Communication modules include Wi-Fi (IEEE802.11 family), WiMAX (IEEE802.16 family), IEEE802.20, Long Term Evolution (LTE), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPRS , CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, their Ethernet derivatives, as well as any other wireless and wired protocols designated 3G, 4G, 5G, and beyond. Or it may implement any of the wired communication standards or protocols. A computing module may include multiple communication modules. For example, a first communication module may be dedicated to short-range wireless communication such as Wi-Fi and Bluetooth, and a second communication module may be dedicated to GPS, EDGE, GPRS, CDMA, WiMAX, LTE, Ev-DO, etc. may be dedicated to long-range wireless communication.

本明細書で使用するとき、プロセッサ又は処理ユニットは、いくつかの外部データソース、通常はメモリ又は何らかの他のデータストリーム上で動作を実行する電子回路である。この用語は、本明細書では、多くの専用「プロセッサ」を組み合わせたシステム又はコンピュータシステム(特にシステムオンチップ(systems on a chip、SoC))内の中央プロセッサ(中央処理ユニット)を指すために使用される。 As used herein, a processor or processing unit is an electronic circuit that performs operations on some external data source, usually memory or some other data stream. The term is used herein to refer to a central processor (central processing unit) within a system or computer system (particularly systems on a chip (SoC)) that combines many dedicated "processors". be done.

本明細書で使用するとき、チップ上のシステム又はシステムオンチップ(SoC又はSOC)は、コンピュータ又は他の電子システムの全ての構成要素を統合する集積回路(「integrated circuit、IC」又は「チップ」としても知られる)である。これは、デジタル、アナログ、混合信号、及び多くの場合は高周波数機能を、全て単一の基材上に含むことができる。SoCは、マイクロコントローラ(又はマイクロプロセッサ)を、グラフィックス処理ユニット(graphics processing unit、GPU)、Wi-Fiモジュール、又はコプロセッサなどの最新の周辺装置と統合する。SoCは、内蔵メモリを含んでもよく、含まなくてもよい。 As used herein, a system-on-a-chip or system-on-chip (SoC or SOC) refers to an integrated circuit ("integrated circuit, IC" or "chip" that integrates all the components of a computer or other electronic system). (also known as It can include digital, analog, mixed signal, and often high frequency functions all on a single substrate. SoCs integrate a microcontroller (or microprocessor) with modern peripherals such as graphics processing units (GPUs), Wi-Fi modules, or co-processors. The SoC may or may not include embedded memory.

本明細書で使用するとき、マイクロコントローラ又はコントローラは、マイクロプロセッサを周辺回路及びメモリと統合するシステムである。マイクロコントローラ(又はマイクロコントローラユニットのMCU)は、単一の集積回路上の小型コンピュータとして実装されてもよい。これはSoCと同様であってもよく、SoCは、その構成要素の1つとしてマイクロコントローラを含み得る。マイクロコントローラは、1つ又は2つ以上のコア処理ユニット(CPU)と共にメモリ及びプログラム可能な入力/出力周辺機器を収容することができる。強誘電性のRAM、NORフラッシュ、又はOTP ROMの形態のプログラムメモリ、及び少量のRAMもまた、チップ上にしばしば含まれる。マイクロコントローラは、パーソナルコンピュータ又は様々な個別のチップで構成された他の汎用用途で使用されるマイクロプロセッサとは対照的に、組み込み型用途用に採用され得る。 As used herein, a microcontroller or controller is a system that integrates a microprocessor with peripheral circuits and memory. A microcontroller (or microcontroller unit MCU) may be implemented as a small computer on a single integrated circuit. This may be similar to a SoC, which may include a microcontroller as one of its components. A microcontroller can house memory and programmable input/output peripherals along with one or more core processing units (CPUs). Program memory in the form of ferroelectric RAM, NOR flash, or OTP ROM, and small amounts of RAM are also often included on the chip. Microcontrollers may be employed for embedded applications, as opposed to microprocessors used in personal computers or other general purpose applications made up of various discrete chips.

本明細書で使用するとき、コントローラ又はマイクロコントローラという用語は、周辺装置とインターフェースするスタンドアロンIC又はチップ装置であってもよい。これは、その装置の動作(及び装置との接続)を管理する外部装置上のコンピュータ又はコントローラの2つの部分間の連結部であってもよい。 As used herein, the term controller or microcontroller may be a standalone IC or chip device that interfaces with peripheral devices. This may be the link between the two parts of the computer or controller on the external device that manages the operation of that device (and the connection with the device).

本明細書で説明されるプロセッサ又はマイクロコントローラはいずれも、Texas Instruments製のARM Cortexの商品名で知られているものなど、任意のシングルコア又はマルチコアプロセッサであってもよい。一態様では、プロセッサは、例えば、その詳細が製品データシートで入手可能である、最大40MHzの256KBのシングルサイクルフラッシュメモリ若しくは他の不揮発性メモリのオンチップメモリ、性能を40MHz超に改善するためのプリフェッチバッファ、32KBのシングルサイクルシリアルランダムアクセスメモリ(SRAM)、StellarisWare(登録商標)ソフトウェアを搭載した内部読み出し専用メモリ(ROM)、2KBの電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ(EEPROM)、1つ又は2つ以上のパルス幅変調(PWM)モジュール、1つ又は2つ以上の直交エンコーダ入力(QEI)アナログ、12個のアナログ入力チャネルを備える1つ又は2つ以上の12ビットアナログ-デジタル変換器(ADC)を含む、Texas Instrumentsから入手可能なLM4F230H5QR ARM Cortex-M4Fプロセッサコアであってもよい。 Any processor or microcontroller described herein may be any single-core or multi-core processor, such as those known under the trade name ARM Cortex manufactured by Texas Instruments. In one aspect, the processor has on-chip memory, e.g., 256 KB of single-cycle flash memory or other non-volatile memory at up to 40 MHz, details of which are available in the product datasheet, to improve performance beyond 40 MHz. 1 or 2 prefetch buffers, 32 KB single-cycle serial random access memory (SRAM), internal read-only memory (ROM) with StellarisWare® software, 2 KB electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM) One or more pulse width modulation (PWM) modules, one or more quadrature encoder input (QEI) analog, one or more 12-bit analog-to-digital converters (ADC) with 12 analog input channels ), including the LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F processor core available from Texas Instruments.

一態様では、プロセッサは、同じくTexas Instruments製のHercules ARM Cortex R4の商品名で知られるTMS570及びRM4xなどの2つのコントローラ系ファミリーを含む安全コントローラを含んでもよい。安全コントローラは、拡張性のある性能、接続性、及びメモリの選択肢を提供しながら、高度な集積型安全機構を提供するために、中でも特に、IEC61508及びISO26262の安全限界用途専用に構成されてもよい。 In one aspect, the processor may include a safety controller that includes two controller family families, such as the TMS570 and RM4x, also known by the trade designation Hercules ARM Cortex R4, also manufactured by Texas Instruments. Safety controllers may be configured specifically for IEC61508 and ISO26262 safety limit applications to provide advanced integrated safety mechanisms while offering scalable performance, connectivity, and memory options. good.

モジュール式装置は、外科用ハブ内に受容可能な(例えば図3及び図9に関連して説明される)モジュールと、対応する外科用ハブと接続又はペアリングするために様々なモジュールに接続され得る外科用装置又は器具と、を含む。モジュール式装置としては、例えば、インテリジェント外科用器具、医療用撮像装置、吸引/灌注装置、排煙器、エネルギー発生器、ベンチレータ、吸入器、及びディスプレイが挙げられる。本明細書に記載されるモジュール式装置は、制御アルゴリズムによって制御することができる。制御アルゴリズムは、モジュール式装置自体上で、特定のモジュール式装置がペアリングされる外科用ハブ上で、又はモジュール式装置及び外科用ハブの両方の上で(例えば、分散コンピューティングアーキテクチャを介して)、実行され得る。いくつかの例示では、モジュール式装置の制御アルゴリズムは、モジュール式装置自体によって(すなわち、モジュール式装置内の、モジュール式装置上の、又はモジュール式装置に接続されたセンサによって)感知されたデータに基づいて装置を制御する。このデータは、手術中の患者(例えば、組織特性又は注入圧)又はモジュール式装置自体(例えば、前進するナイフの速度、モータ電流、又はエネルギーレベル)に関連し得る。例えば、外科用ステープル留め及び切断器具の制御アルゴリズムは、ナイフが前進する際にナイフが遭遇する抵抗に基づき、器具のモータが組織を貫いてそのナイフを駆動させる速度を制御することができる。 Modular devices are connected to various modules for connection or pairing with corresponding surgical hubs (e.g., described in connection with FIGS. 3 and 9) receivable within a surgical hub. a surgical device or instrument to obtain. Modular devices include, for example, intelligent surgical instruments, medical imaging devices, suction/irrigation devices, smoke evacuators, energy generators, ventilators, inhalers, and displays. The modular devices described herein can be controlled by control algorithms. Control algorithms may be implemented on the modular device itself, on the surgical hub with which the particular modular device is paired, or on both the modular device and the surgical hub (e.g., via a distributed computing architecture). ), can be executed. In some examples, the control algorithm for the modular device is based on data sensed by the modular device itself (i.e., by sensors within, on, or connected to the modular device). control the device based on This data may relate to the patient (eg, tissue properties or injection pressure) during surgery or the modular device itself (eg, advancing knife speed, motor current, or energy level). For example, a control algorithm for a surgical stapling and severing instrument can control the speed at which the instrument's motor drives the knife through tissue based on the resistance encountered by the knife as it advances.

図22は、発生器1100と、これと共に使用可能な様々な外科用器具1104、1106、1108と、を備える外科システム1000の一形態を示し、外科用器具1104は超音波外科用器具であり、外科用器具1106はRF電気外科用器具であり、多機能型外科用器具1108は組み合わせ超音波/RF電気外科用器具である。発生器1100は、様々な外科用器具と共に使用するように構成可能である。様々な形態によれば、発生器1100は、例えば、超音波外科用器具1104、RF電気外科用器具1106、並びに発生器1100から同時に送達されるRFエネルギー及び超音波エネルギーを統合する多機能型外科用器具1108を含む様々な種類の様々な外科用装置と共に使用するように構成可能であり得る。図22の形態では、発生器1100は、外科用器具1104、1106、1108とは別個に示されているが、一形態では、発生器1100は、外科用器具1104、1106、1108のうちのいずれかと一体的に形成されて、一体型外科システムを形成してもよい。発生器1100は、発生器1100のコンソールの前側パネル上に位置する入力装置1110を備える。入力装置1110は、発生器1100の動作をプログラムするのに適した信号を生成する任意の好適な装置を備えることができる。発生器1100は、有線又は無線通信用に構成されてもよい。 FIG. 22 shows one form of surgical system 1000 comprising a generator 1100 and various surgical instruments 1104, 1106, 1108 usable therewith, wherein surgical instrument 1104 is an ultrasonic surgical instrument; Surgical instrument 1106 is an RF electrosurgical instrument and multi-function surgical instrument 1108 is a combined ultrasonic/RF electrosurgical instrument. Generator 1100 is configurable for use with various surgical instruments. According to various aspects, the generator 1100 is, for example, an ultrasonic surgical instrument 1104, an RF electrosurgical instrument 1106, and a multi-function surgical instrument that integrates RF and ultrasonic energy simultaneously delivered from the generator 1100. The surgical instrument 1108 may be configurable for use with various types of various surgical devices. In the form of FIG. 22, generator 1100 is shown separate from surgical instruments 1104, 1106, 1108, but in one form, generator 1100 is attached to any of surgical instruments 1104, 1106, 1108. It may be formed integrally with the same to form an integrated surgical system. The generator 1100 has an input device 1110 located on the front panel of the console of the generator 1100 . Input device 1110 may comprise any suitable device for generating signals suitable for programming the operation of generator 1100 . Generator 1100 may be configured for wired or wireless communication.

発生器1100は、複数の外科用器具1104、1106、1108を駆動するように構成される。第1の外科用器具は超音波外科用器具1104であり、ハンドピース1105(handpiece、HP)、超音波変換器1120、シャフト1126、及びエンドエフェクタ1122を備える。エンドエフェクタ1122は、超音波変換器1120と音響的に結合された超音波ブレード1128及びクランプアーム1140を備える。ハンドピース1105は、クランプアーム1140を動作させるトリガ1143と、超音波ブレード1128又は他の機能に通電し、駆動するためのトグルボタン1134a、1134b、1134cの組み合わせと、を備える。トグルボタン1134a、1134b、1134cは、発生器1100を用いて超音波変換器1120に通電するように構成することができる。 Generator 1100 is configured to drive multiple surgical instruments 1104 , 1106 , 1108 . The first surgical instrument is an ultrasonic surgical instrument 1104 , comprising a handpiece 1105 (HP), an ultrasonic transducer 1120 , a shaft 1126 and an end effector 1122 . End effector 1122 comprises ultrasonic blade 1128 and clamp arm 1140 acoustically coupled to ultrasonic transducer 1120 . Handpiece 1105 includes a trigger 1143 to operate clamp arm 1140 and a combination of toggle buttons 1134a, 1134b, 1134c to energize and drive ultrasonic blade 1128 or other functions. Toggle buttons 1134 a , 1134 b , 1134 c can be configured to energize ultrasonic transducer 1120 with generator 1100 .

発生器1100はまた、第2の外科用器具1106を駆動するようにも構成される。第2の外科用器具1106は、RF電気外科用器具であり、ハンドピース1107(HP)、シャフト1127、及びエンドエフェクタ1124を備える。エンドエフェクタ1124は、クランプアーム1142a、1142b内に電極を備え、シャフト1127の導電体部分を通って戻る。電極は、発生器1100内の双極エネルギー源に結合され、双極エネルギー源によって通電される。ハンドピース1107は、クランプアーム1142a、1142bを動作させるためのトリガ1145と、エンドエフェクタ1124内の電極に通電するためのエネルギースイッチを作動するためのエネルギーボタン1135と、を備える。 Generator 1100 is also configured to drive a second surgical instrument 1106 . Second surgical instrument 1106 is an RF electrosurgical instrument and includes handpiece 1107 (HP), shaft 1127 and end effector 1124 . End effector 1124 includes electrodes in clamp arms 1142 a , 1142 b and returns through the conductive portion of shaft 1127 . The electrodes are coupled to a bipolar energy source within generator 1100 and energized by the bipolar energy source. Handpiece 1107 includes a trigger 1145 for operating clamp arms 1142 a , 1142 b and an energy button 1135 for activating an energy switch for energizing electrodes in end effector 1124 .

発生器1100はまた、多機能型外科用器具1108を駆動するようにも構成される。多機能型外科用器具1108は、ハンドピース1109(HP)、シャフト1129、及びエンドエフェクタ1125を備える。エンドエフェクタ1125は、超音波ブレード1149及びクランプアーム1146を備える。超音波ブレード1149は、超音波変換器1120と音響的に結合される。ハンドピース1109は、クランプアーム1146を動作させるトリガ1147と、超音波ブレード1149又は他の機能に通電し、駆動するためのトグルボタン1137a、1137b、1137cの組み合わせと、を備える。トグルボタン1137a、1137b、1137cは、発生器1100を用いて超音波変換器1120に通電し、かつ同様に発生器1100内に収容された双極エネルギー源を用いて超音波ブレード1149に通電するように構成することができる。 Generator 1100 is also configured to drive multi-function surgical instrument 1108 . Multi-function surgical instrument 1108 includes handpiece 1109 (HP), shaft 1129 and end effector 1125 . End effector 1125 includes ultrasonic blade 1149 and clamp arm 1146 . Ultrasonic blade 1149 is acoustically coupled with ultrasonic transducer 1120 . Handpiece 1109 includes a trigger 1147 to operate clamp arm 1146 and a combination of toggle buttons 1137a, 1137b, 1137c to energize and drive ultrasonic blade 1149 or other functions. Toggle buttons 1137a, 1137b, 1137c are used to energize the ultrasonic transducer 1120 with the generator 1100 and to energize the ultrasonic blade 1149 with the bipolar energy source also contained within the generator 1100. Can be configured.

発生器1100は、様々な外科用器具と共に使用するように構成可能である。様々な形態によれば、発生器1100は、例えば、超音波外科用器具1104、RF電気外科用器具1106、並びに発生器1100から同時に送達されるRFエネルギー及び超音波エネルギーを統合する多機能型外科用器具1108を含む様々な種類の様々な外科用装置と共に使用するように構成可能であり得る。図22の形態では、発生器1100は、外科用器具1104、1106、1108とは別個に示されているが、別の形態では、発生器1100は、外科用器具1104、1106、1108のうちのいずれか1つと一体的に形成されて、一体型外科システムを形成してもよい。上述したように、発生器1100は、発生器1100のコンソールの前側パネル上に位置する入力装置1110を含む。入力装置1110は、発生器1100の動作をプログラムするのに適した信号を生成する任意の適切な装置を備えることができる。発生器1100はまた、1つ又は2つ以上の出力装置1112を含んでもよい。電気信号波形をデジタル的に生成するための発生器、及び外科用器具の更なる態様は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第2017-0086914-A1号に記載されている。 Generator 1100 is configurable for use with various surgical instruments. According to various aspects, the generator 1100 is, for example, an ultrasonic surgical instrument 1104, an RF electrosurgical instrument 1106, and a multi-function surgical instrument that integrates RF and ultrasonic energy simultaneously delivered from the generator 1100. The surgical instrument 1108 may be configurable for use with various types of various surgical devices. 22, the generator 1100 is shown separate from the surgical instruments 1104, 1106, 1108; Either one may be integrally formed to form an integrated surgical system. As mentioned above, the generator 1100 includes an input device 1110 located on the front panel of the console of the generator 1100 . Input device 1110 may comprise any suitable device for generating signals suitable for programming the operation of generator 1100 . Generator 1100 may also include one or more output devices 1112 . Further aspects of a generator for digitally generating electrical signal waveforms and surgical instruments are described in US Patent Application Publication No. 2017-0086914-A1, which is incorporated herein by reference in its entirety. there is

図23は、本開示の少なくとも1つの態様による、例示の超音波装置1104のエンドエフェクタ1122である。エンドエフェクタ1122は、導波管を介して超音波変換器1120に結合され得るブレード1128を含み得る。本明細書で説明されるように、超音波変換器1120によって駆動されると、ブレード1128は振動することができ、組織と接触すると、組織を切断及び/又は凝固することができる。様々な態様によると、また図23に例示するように、エンドエフェクタ1122は、エンドエフェクタ1122のブレード1128と協働作用するように構成され得るクランプアーム1140を更に含み得る。ブレード1128と共に、クランプアーム1140は、一連のジョーを含み得る。クランプアーム1140は、器具部分1104のシャフト1126の遠位端に枢動可能に接続され得る。クランプアーム1140は、TEFLON(登録商標)又は他の好適な低摩擦材料から形成され得るクランプアーム組織パッド1163を含み得る。パッド1163は、ブレード1128と協働するように装着されて、クランプアーム1140の枢動運動が、クランプパッド1163をブレード1128と実質的に平行な関係で、かつこれと接触するように位置決めすることができる。この構成により、クランプされる組織片は、組織パッド1163とブレード1128との間に把持され得る。組織パッド1163は、ブレード1128と協働して組織の把持を改善するために、軸方向に離間して近位方向に延在する複数の把持歯1161含む鋸歯様構成を備えてもよい。クランプアーム1140は、図23に示される開放位置から、閉鎖位置(クランプアーム1140がブレード1128と接触するか又は近接する)まで、任意の好適な様式で移行し得る。例えば、ハンドピース1105は、ジョー閉鎖トリガを含み得る。臨床医によって作動されると、ジョー閉鎖トリガはクランプアーム1140を任意の好適な様式で枢動させ得る。 FIG. 23 is an end effector 1122 of an exemplary ultrasound device 1104, according to at least one aspect of the present disclosure. End effector 1122 may include blade 1128 that may be coupled to ultrasonic transducer 1120 via a waveguide. As described herein, the blade 1128 can vibrate when driven by the ultrasonic transducer 1120 and can cut and/or coagulate tissue upon contact with the tissue. According to various aspects, and as illustrated in FIG. 23, the end effector 1122 can further include a clamp arm 1140 that can be configured to cooperate with a blade 1128 of the end effector 1122. As shown in FIG. Along with blade 1128, clamp arm 1140 may include a series of jaws. Clamp arm 1140 may be pivotally connected to the distal end of shaft 1126 of instrument portion 1104 . Clamp arm 1140 may include clamp arm tissue pad 1163, which may be formed from TEFLON® or other suitable low friction material. Pad 1163 is cooperatively mounted with blade 1128 such that pivotal movement of clamp arm 1140 positions clamp pad 1163 in substantially parallel relationship with and in contact with blade 1128. can be done. With this configuration, the piece of tissue to be clamped can be grasped between tissue pad 1163 and blade 1128 . Tissue pad 1163 may comprise a sawtooth-like configuration including a plurality of axially-spaced proximally-extending grasping teeth 1161 to cooperate with blade 1128 to improve tissue grasping. Clamp arm 1140 may transition in any suitable manner from the open position shown in FIG. For example, handpiece 1105 may include a jaw closure trigger. When actuated by a clinician, the jaw closure trigger may pivot clamp arm 1140 in any suitable manner.

発生器1100は、駆動信号を任意の好適な様態で超音波変換器1120に提供するように起動され得る。例えば、発生器1100は、フットスイッチケーブル1432を介して発生器1100に結合されたフットスイッチ1430(図24)を含んでもよい。臨床医は、フットスイッチ1430を押し下げることにより、超音波変換器1120を起動させ、またそれによって超音波変換器1120及びブレード1128を起動させ得る。フットスイッチ1430に加えて、又はこの代わりに、装置1104のいくつかの態様は、ハンドピース1105上に位置付けられた1つ又は2つ以上のスイッチを用いてもよく、これは、起動されると、発生器1100に超音波変換器1120を作動させることができる。一態様では、例えば、1つ又は2つ以上のスイッチは、例えば、装置1104の動作モードを決定するために、一対のトグルボタン1134a、1134b、1134cを含んでもよい(図22)。例えば、トグルボタン1134aが押し下げられると、超音波発生器1100は、最大駆動信号を超音波変換器1120に提供して、超音波変換器1120に最大超音波エネルギー出力を生成させることができる。トグルボタン1134bを押すことにより、超音波発生器1100がユーザ選択可能な駆動信号を超音波変換器1120に提供して、超音波変換器1120に最大未満の超音波エネルギー出力を生成させることができる。装置1104は、追加的に又は代替的に、例えば、エンドエフェクタ1122のクランプアーム1140を介してジョーを操作するために、ジョー閉鎖トリガの位置を指示するための第2のスイッチを含んでもよい。また、いくつかの態様では、超音波発生器1100は、ジョー閉鎖トリガの位置に基づいて起動することができる(例えば、臨床医がジョー閉鎖トリガを押し下げてクランプアーム1140を介してジョーを閉鎖すると、超音波エネルギーを印加することができる)。 Generator 1100 may be activated to provide drive signals to ultrasonic transducer 1120 in any suitable manner. For example, generator 1100 may include footswitch 1430 (FIG. 24) coupled to generator 1100 via footswitch cable 1432 . The clinician may activate the ultrasound transducer 1120 by depressing the footswitch 1430 and thereby activate the ultrasound transducer 1120 and the blade 1128 . In addition to or in lieu of footswitch 1430, some versions of device 1104 may employ one or more switches located on handpiece 1105 that, when activated, , the generator 1100 can activate the ultrasonic transducer 1120 . In one aspect, for example, one or more switches may include a pair of toggle buttons 1134a, 1134b, 1134c (FIG. 22), for example, to determine the operational mode of device 1104. FIG. For example, when toggle button 1134a is depressed, ultrasonic generator 1100 can provide a maximum drive signal to ultrasonic transducer 1120, causing ultrasonic transducer 1120 to produce maximum ultrasonic energy output. Pressing toggle button 1134b causes ultrasonic generator 1100 to provide a user-selectable drive signal to ultrasonic transducer 1120 to cause ultrasonic transducer 1120 to produce less than maximum ultrasonic energy output. . Device 1104 may additionally or alternatively include a second switch for indicating the position of a jaw closure trigger, for example to manipulate the jaws via clamp arm 1140 of end effector 1122 . Also, in some aspects, the ultrasonic generator 1100 can be activated based on the position of the jaw closure trigger (eg, when the clinician depresses the jaw closure trigger to close the jaws via the clamp arm 1140). , ultrasonic energy can be applied).

更に又はあるいは、1つ又は2つ以上のスイッチは、押し下げられると、発生器1100にパルス出力を提供させるトグルボタン1134cを含むことができる(図22)。パルスは、例えば、任意の好適な周波数及び分類で提供されてもよい。ある特定の態様では、パルスの電力レベルは、例えば、トグルボタン1134a、1134bに関連付けられた電力レベル(最大、最大未満)であってもよい。 Additionally or alternatively, one or more of the switches may include a toggle button 1134c that, when depressed, causes the generator 1100 to provide a pulse output (FIG. 22). Pulses may be provided at any suitable frequency and classification, for example. In certain aspects, the power level of the pulse may be, for example, the power level (maximum, less than maximum) associated with toggle buttons 1134a, 1134b.

装置1104は、トグルボタン1134a、1134b、1134cの任意の組み合わせを含み得ることが理解されよう(図22)。例えば、装置1104は、最大超音波エネルギー出力を生成するためのトグルボタン1134a、及び1回毎に最大又は最大未満の電力レベルのいずれかでパルス出力を生成するトグルボタン1134cの2つのトグルボタンのみを有するように構成され得る。このように、発生器1100の駆動信号出力構成は、5つの連続信号、又は任意の個別の数の個々のパルス信号(1、2、3、4、又は5回)であってもよい。特定の態様では、特定の駆動信号構成は、例えば、発生器1100のEEPROM設定、及び/又はユーザの電力レベル選択(複数可)、に基づき制御され得る。 It will be appreciated that device 1104 may include any combination of toggle buttons 1134a, 1134b, 1134c (FIG. 22). For example, device 1104 has only two toggle buttons, toggle button 1134a to produce maximum ultrasonic energy output, and toggle button 1134c to produce pulsed output at either maximum or less than maximum power levels each time. can be configured to have Thus, the drive signal output configuration of generator 1100 may be five continuous signals, or any discrete number of individual pulse signals (1, 2, 3, 4, or 5 times). In certain aspects, a particular drive signal configuration may be controlled based on, for example, EEPROM settings of generator 1100 and/or user power level selection(s).

特定の態様では、トグルボタン1134cの代替として2位置スイッチが提供され得る(図22)。例えば、装置1104は、最大電力レベルで連続出力を発生させるためのトグルボタン1134aと、2位置トグルボタン1134bと、を含んでもよい。第1の戻り止め位置では、トグルボタン1134bは最大電力レベル未満で連続出力を発生させてもよく、第2の戻り止め位置では、トグルボタン1134bは(例えば、EEPROM設定に応じて、最大又は最大未満のいずれかの出力レベルで)パルス出力を発生させてもよい。 In certain aspects, a two-position switch may be provided as an alternative to toggle button 1134c (FIG. 22). For example, the device 1104 may include a toggle button 1134a and a two-position toggle button 1134b for generating continuous output at maximum power level. In the first detent position, toggle button 1134b may generate continuous output at less than the maximum power level, and in the second detent position, toggle button 1134b may generate (e.g., maximum or maximum power output depending on EEPROM settings). A pulsed output may be generated at any output level below).

いくつかの態様では、RF電気外科用エンドエフェクタ1124、1125(図22)はまた、一対の電極を備えてもよい。電極は、例えばケーブルを介して、発生器1100と通信し得る。電極は、例えば、クランプアーム1142a、1146とブレード1142b、1149との間に存在する組織片のインピーダンスを測定するために使用され得る。発生器1100は、電極に信号(例えば、非治療的信号)を提供し得る。組織片のインピーダンスは例えば、信号の電流、電圧などを監視することによって見出され得る。 In some variations, RF electrosurgical end effectors 1124, 1125 (FIG. 22) may also include a pair of electrodes. The electrodes may communicate with the generator 1100 via cables, for example. Electrodes can be used, for example, to measure the impedance of a piece of tissue present between clamp arms 1142a, 1146 and blades 1142b, 1149. FIG. Generator 1100 may provide signals (eg, non-therapeutic signals) to the electrodes. The impedance of the piece of tissue can be found, for example, by monitoring the current, voltage, etc. of the signal.

様々な態様では、発生器1100は、図22の外科システム1000の略図である図24に示すモジュール及び/又はブロックなどのいくつかの別個の機能的要素を備えてもよい。様々な機能要素又はモジュールが、様々な種類の外科用装置1104、1106、1108を駆動するように構成され得る。例えば、超音波発生器モジュールは、超音波装置1104などの超音波装置を駆動し得る。電気外科/RF発生器モジュールは、電気外科用装置1106を駆動し得る。モジュールは、外科用装置1104、1106、1108を駆動するために対応する駆動信号を生成することができる。様々な態様では、超音波発生器モジュール及び/又は電気外科/RF発生器モジュールはそれぞれ、発生器1100と一体的に形成されてもよい。あるいは、モジュールのうち1つ又は2つ以上が、発生器1100と電気的に結合された個別の回路モジュールとして提供されてもよい。(モジュールはこの選択肢を例示するために仮想線で示されている)。また、いくつかの態様では、電気外科/RF発生器モジュールは、超音波発生器モジュールと一体的に形成されてもよく、又はその逆であってもよい。 In various aspects, the generator 1100 may comprise several separate functional elements such as the modules and/or blocks shown in FIG. 24, which is a schematic representation of the surgical system 1000 of FIG. Various functional elements or modules may be configured to drive various types of surgical devices 1104 , 1106 , 1108 . For example, an ultrasound generator module may drive an ultrasound device, such as ultrasound device 1104 . Electrosurgical/RF generator module may drive electrosurgical device 1106 . The modules can generate corresponding drive signals to drive the surgical devices 1104 , 1106 , 1108 . In various aspects, the ultrasound generator module and/or the electrosurgical/RF generator module may each be integrally formed with the generator 1100 . Alternatively, one or more of the modules may be provided as separate circuit modules electrically coupled to generator 1100 . (The module is shown in phantom to illustrate this option). Also, in some aspects, the electrosurgical/RF generator module may be integrally formed with the ultrasound generator module or vice versa.

記載される態様によれば、超音波発生器モジュールは、特定の電圧、電流、及び周波数(例えば、55,500サイクル/秒、又はHz)の駆動信号又は複数の駆動信号を生成し得る。駆動信号又は複数の駆動信号は、超音波装置1104、特に、例えば上記のように動作し得る変換器1120に提供され得る。一態様では、発生器1100は、高い分解能、精度、及び再現性を備え得る(stepped with)特定の電圧、電流、及び/又は周波数出力信号の駆動信号を生成するように構成することができる。 According to the described aspects, the ultrasonic generator module can generate a drive signal or multiple drive signals of a particular voltage, current, and frequency (eg, 55,500 cycles/second, or Hz). A drive signal or signals may be provided to the ultrasound device 1104, and in particular the transducer 1120, which may operate, for example, as described above. In one aspect, the generator 1100 can be configured to generate drive signals of specific voltage, current, and/or frequency output signals that can be stepped with high resolution, accuracy, and repeatability.

記載される態様によれば、電気外科/RF発生器モジュールは、無線周波数(radio frequency、RF)エネルギーを使用して、双極電気外科処置を実施するのに十分な出力電力で駆動信号又は複数の駆動信号を生成し得る。双極電気外科用途では、例えば、駆動信号は、上述したように、例えば電気外科用装置1106の電極に提供されてもよい。したがって、発生器1100は、組織を治療するのに十分な電気エネルギーを組織に適用することにより、治療目的のために構成され得る(例えば、凝固、焼灼、組織溶接など)。 According to the described aspects, an electrosurgical/RF generator module uses radio frequency (RF) energy to generate a drive signal or multiple A drive signal may be generated. In bipolar electrosurgical applications, for example, drive signals may be provided, for example, to the electrodes of electrosurgical device 1106, as described above. Thus, the generator 1100 may be configured for therapeutic purposes (eg, coagulation, ablation, tissue welding, etc.) by applying electrical energy to tissue sufficient to treat the tissue.

発生器1100は、例えば、発生器1100のコンソールの前側パネル上に位置する入力装置2150(図27B)を備えることができる。入力装置2150は、発生器1100の動作をプログラムするのに適した信号を生成する任意の適切な装置を備えることができる。動作中、ユーザは、入力装置2150を使用して発生器1100の動作をプログラムする、ないしは別の方法で制御することができる。入力装置2150は、発生器1100の動作(例えば、超音波発生器モジュール及び/又は電気外科/RF発生器モジュールの動作)を制御するために、発生器によって(例えば、発生器内に収容される1つ又は2つ以上のプロセッサによって)使用され得る信号を生成する、任意の好適な装置を含み得る。様々な態様では、入力装置2150は、ボタン、スイッチ、サムホイール、キーボード、キーパッド、タッチスクリーンモニタ、ポインティング装置、汎用又は専用のコンピュータへの遠隔接続のうちの1つ又は2つ以上を含む。他の態様では、入力装置2150は、例えば、タッチスクリーンモニタ上に表示される1つ又は2つ以上のユーザインターフェーススクリーンなどの好適なユーザインターフェースを含んでもよい。したがって、入力装置2150により、ユーザは、例えば、超音波発生器モジュール及び/又は電気外科/RF発生器モジュールによって生成される駆動信号又は複数の駆動信号の、電流(I)、電圧(V)、周波数(f)、及び/又は期間(T)などの、発生器の様々な動作パラメータを設定又はプログラミングすることができる。 The generator 1100 can include an input device 2150 (FIG. 27B) located, for example, on the front panel of the console of the generator 1100 . Input device 2150 may comprise any suitable device for generating signals suitable for programming the operation of generator 1100 . In operation, a user can use input device 2150 to program or otherwise control the operation of generator 1100 . An input device 2150 may be housed by (eg, within) the generator 1100 (eg, operating the ultrasound generator module and/or the electrosurgical/RF generator module) to control the operation of the generator 1100 . It may include any suitable device that generates a signal that can be used (by one or more processors). In various aspects, the input devices 2150 include one or more of buttons, switches, thumbwheels, keyboards, keypads, touch screen monitors, pointing devices, remote connections to general purpose or special purpose computers. In other aspects, input device 2150 may include a suitable user interface such as, for example, one or more user interface screens displayed on a touch screen monitor. Thus, the input device 2150 allows the user to determine, for example, the current (I), voltage (V), voltage (V) of the drive signal or signals generated by the ultrasound generator module and/or the electrosurgical/RF generator module. Various operating parameters of the generator can be set or programmed, such as frequency (f), and/or period (T).

発生器1100はまた、例えば、発生器1100コンソールの前側パネル上に位置する出力装置2140(図27B)を含み得る。出力装置2140は、ユーザに感覚フィードバックを提供するための1つ又は2つ以上の装置を含む。このような装置は、例えば、視覚的フィードバック装置(例えば、LCD表示画面、LEDインジケータ)、可聴フィードバック装置(例えば、スピーカー、ブザー)又は触覚フィードバック装置(例えば、触覚作動装置)を含んでもよい。 The generator 1100 may also include an output device 2140 (FIG. 27B) located, for example, on the front panel of the generator 1100 console. Output device 2140 includes one or more devices for providing sensory feedback to the user. Such devices may include, for example, visual feedback devices (eg, LCD display screens, LED indicators), audible feedback devices (eg, speakers, buzzers) or tactile feedback devices (eg, tactile actuators).

発生器1100の特定のモジュール及び/又はブロックが例として記載され得るが、より多くの又はより少ない数のモジュール及び/又はブロックが使用されてもよく、これは依然として態様の範囲内にあることが理解できよう。更に、説明を容易にするために、モジュール及び/又はブロックに関して様々な態様が記載され得るが、そのようなモジュール及び/又はブロックは、1つ又は2つ以上のハードウェア構成要素、例えば、プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、プログラム可能な論理機構(programmable logic device、PLD)、特定用途向け集積回路(application specific integrated circuit、ASIC)、回路、レジスタ並びに/又はソフトウェア構成要素、例えば、プログラム、サブルーチン、論理及び/若しくはハードウェア構成要素とソフトウェア構成要素との組み合わせによって実装されてもよい。 Although specific modules and/or blocks of generator 1100 may be described as examples, a greater or lesser number of modules and/or blocks may be used and still be within the scope of the embodiments. I understand. Additionally, although various aspects may be described in terms of modules and/or blocks to facilitate explanation, such modules and/or blocks may be represented by one or more hardware components, e.g. , digital signal processors (DSPs), programmable logic devices (PLDs), application specific integrated circuits (ASICs), circuits, registers and/or software components such as programs, subroutines , may be implemented by a combination of logic and/or hardware and software components.

一態様では、超音波発生器駆動モジュール及び電気外科/RF駆動モジュール1110(図22)は、ファームウェア、ソフトウェア、ハードウェア、又はそれらの任意の組み合わせとして実装される1つ又は2つ以上の埋め込みアプリケーションを含んでもよい。モジュールは、ソフトウェア、プログラム、データ、ドライバ、アプリケーションプログラムインターフェース(API)などのような様々な実行可能なモジュールを備えることができる。ファームウェアは、ビットマスクされた読み出し専用メモリ(ROM)又はフラッシュメモリのような不揮発性メモリ(nonvolatile memory、NVM)に記憶することができる。様々な実装形態では、ファームウェアをROMに記憶することにより、フラッシュメモリが保存され得る。NVMは、例えば、プログラマブルROM(PROM)、消去可能プログラマブルROM(EPROM)、電気的消去可能プログラマブルROM(EEPROM)、又はダイナミックRAM(DRAM)、ダブルデータレートDRAM(DDRAM)、及び/若しくは同期DRAM(SDRAM)のような電池バックアップ式ランダムアクセスメモリ(RAM)を含む、他のタイプのメモリを含んでもよい。 In one aspect, the ultrasound generator drive module and electrosurgical/RF drive module 1110 (FIG. 22) are one or more embedded applications implemented as firmware, software, hardware, or any combination thereof. may include Modules may comprise various executable modules such as software, programs, data, drivers, application program interfaces (APIs), and so on. The firmware can be stored in bit-masked read-only memory (ROM) or nonvolatile memory (NVM) such as flash memory. In various implementations, storing the firmware in ROM may preserve flash memory. NVM can be, for example, programmable ROM (PROM), erasable programmable ROM (EPROM), electrically erasable programmable ROM (EEPROM), or dynamic RAM (DRAM), double data rate DRAM (DDRAM), and/or synchronous DRAM ( Other types of memory may be included, including battery-backed random access memory (RAM) such as SDRAM).

一態様では、モジュールは、装置1104、1106、1108の様々な測定可能な特性を監視するためのプログラム命令を実行し、装置1104、1106、1108を動作させるための対応する出力駆動信号又は複数の出力駆動信号を生成するためのプロセッサとして実施されるハードウェア構成要素を含む。発生器1100が装置1104と共に使用される態様では、駆動信号は、切断及び/又は凝固動作モードにおいて、超音波変換器1120を駆動し得る。装置1104及び/又は組織の電気的特性は、発生器1100の動作態様を制御するために測定及び使用され、かつ/又はユーザにフィードバックとして提供されてもよい。発生器1100が装置1106と共に使用される態様では、駆動信号は、切断、凝固及び/又は乾燥モードにおいて、エンドエフェクタ1124に電気エネルギー(例えば、RFエネルギー)を供給し得る。装置1106及び/又は組織の電気的特性は、発生器1100の動作態様を制御するために測定及び使用され、かつ/又はユーザにフィードバックとして提供されてもよい。様々な態様では、上述したように、ハードウェア構成要素はDSP、PLD、ASIC、回路、及び/又はレジスタとして実施され得る。一態様では、プロセッサは、コンピュータソフトウェアプログラム命令を記憶及び実行して、超音波変換器1120及びエンドエフェクタ1122、1124、1125などの装置1104、1106、1108の様々な構成要素を駆動するための階段関数出力信号を生成するように構成されてもよい。 In one aspect, the module executes program instructions to monitor various measurable characteristics of the devices 1104, 1106, 1108 and corresponding output drive signals or multiple outputs to operate the devices 1104, 1106, 1108 It includes a hardware component implemented as a processor for generating output drive signals. In aspects in which the generator 1100 is used with the device 1104, the drive signal may drive the ultrasonic transducer 1120 in cutting and/or coagulating modes of operation. Electrical properties of the device 1104 and/or tissue may be measured and used to control operational aspects of the generator 1100 and/or provided as feedback to the user. In aspects where the generator 1100 is used with the device 1106, the drive signal may supply electrical energy (eg, RF energy) to the end effector 1124 in cutting, coagulating and/or drying modes. Electrical properties of the device 1106 and/or tissue may be measured and used to control operational aspects of the generator 1100 and/or provided as feedback to the user. In various aspects, as described above, hardware components may be implemented as DSPs, PLDs, ASICs, circuits, and/or registers. In one aspect, the processor stores and executes computer software program instructions for driving various components of the devices 1104, 1106, 1108, such as the ultrasonic transducer 1120 and the end effectors 1122, 1124, 1125. It may be configured to generate a function output signal.

電気機械的超音波システムは、超音波変換器、導波管、及び超音波ブレードを含む。電気機械的超音波システムは、超音波変換器、導波管、及び超音波ブレードの物理的特性によって定義される初期共振周波数を有する。超音波変換器は、電気機械的超音波システムの共振周波数と等しい交流電圧V(t)及び電流I(t)信号によって励起される。電気機械的超音波システムが共振するとき、電圧V(t)信号と電流I(t)信号との間の位相差はゼロである。換言すると、共振時、誘導性インピーダンスは容量性インピーダンスと等しい。超音波ブレードが加熱すると、超音波ブレード(等価静電容量としてモデル化される)のコンプライアンスによって、電気機械的超音波システムの共振周波数が変化する。したがって、誘導性インピーダンスは容量性インピーダンスともはや等しくなく、それにより電気機械的超音波システムの駆動周波数と共振周波数との間に不整合が引き起こされる。ここでシステムは、「オフレゾナンス(off-resonance)」を動作させる。駆動周波数と共振周波数との間の不整合は、超音波変換器に印加される電圧V(t)信号と電流I(t)信号との間の位相差として現れる。発生器電子機器は、電圧V(t)信号と電流I(t)信号との間の位相差を容易に監視することができ、位相差が再びゼロになるまで駆動周波数を連続的に調整することができる。この時点で、新しい駆動周波数は、電気機械的超音波システムの新しい共振周波数に等しい。位相及び/又は周波数の変化は、超音波ブレード温度の間接的測定値として使用することができる。 Electromechanical ultrasonic systems include ultrasonic transducers, waveguides, and ultrasonic blades. An electromechanical ultrasonic system has an initial resonant frequency defined by the physical properties of the ultrasonic transducer, waveguide, and ultrasonic blade. The ultrasonic transducer is excited by alternating voltage V g (t) and current I g (t) signals equal to the resonant frequency of the electromechanical ultrasonic system. When the electromechanical ultrasound system is at resonance, the phase difference between the voltage V g (t) and current I g (t) signals is zero. In other words, at resonance, the inductive impedance equals the capacitive impedance. As the ultrasonic blade heats up, the compliance of the ultrasonic blade (modeled as an equivalent capacitance) changes the resonant frequency of the electromechanical ultrasonic system. Therefore, the inductive impedance is no longer equal to the capacitive impedance, which causes a mismatch between the driving frequency and the resonant frequency of the electromechanical ultrasound system. Here the system operates "off-resonance". A mismatch between the drive frequency and the resonant frequency appears as a phase difference between the voltage V g (t) and current I g (t) signals applied to the ultrasonic transducer. The generator electronics can easily monitor the phase difference between the voltage V g (t) and current I g (t) signals and continuously adjust the drive frequency until the phase difference becomes zero again. can be adjusted. At this point, the new drive frequency equals the new resonant frequency of the electromechanical ultrasound system. Changes in phase and/or frequency can be used as an indirect measure of ultrasonic blade temperature.

図25に示すように、超音波変換器の電気機械特性は、静電容量を有する第1ブランチと、共振器の電気機械特性を規定する直列接続されたインダクタンス、抵抗、及び容量を有する第2「動作」ブランチと、を含む等価回路としてモデル化されてもよい。既知の超音波発生器は、発生器駆動信号電流の実質的に全部が動作ブランチ内に流れるように、ある共振周波数において静電容量をチューンアウトするための調整インダクタを含み得る。したがって、調整インダクタを使用することにより、発生器の駆動信号電流は、動作ブランチ電流を表し、したがって発生器はその駆動信号を制御して超音波変換器の共振周波数を維持することができる。調整インダクタはまた、発生器の周波数固定能力を改善するために、超音波変換器の相インピーダンスプロットを変換することができる。しかしながら、調整インダクタは、動作共振周波数において、超音波変換器の特定の静電容量と適合しなくてはならない。換言すると、異なる静電容量を有する異なる超音波変換器は、異なる調整インダクタを必要とする。 As shown in FIG. 25, the electromechanical properties of the ultrasonic transducer consist of a first branch with capacitance and a second branch with series connected inductance, resistance and capacitance that define the electromechanical properties of the resonator. It may be modeled as an equivalent circuit including the "operation" branch and Known ultrasonic generators may include tuning inductors for tuning out the capacitance at a certain resonant frequency such that substantially all of the generator drive signal current flows in the operating branch. Therefore, by using a tuning inductor, the drive signal current of the generator represents the operating branch current, so the generator can control its drive signal to maintain the resonant frequency of the ultrasonic transducer. The tuning inductor can also transform the phase impedance plot of the ultrasonic transducer to improve the frequency locking ability of the generator. However, the tuning inductor must match the specific capacitance of the ultrasonic transducer at the operating resonant frequency. In other words, different ultrasonic transducers with different capacitances require different tuning inductors.

図25は、一態様による、超音波変換器1120などの超音波変換器の等価回路1500を示す。回路1500は、共振器の電気機械特性を規定する、直列接続されたインダクタンスL、抵抗R、及び容量Cを有する第1の「動作」ブランチと、静電容量Cを有する第2の容量性ブランチと、を含む。動作電流I(t)が第1ブランチを通って流れ、電流I(t)~I(t)が容量性ブランチを通って流れる状態で、駆動電流I(t)は、発生器から駆動電圧V(t)で受信されてもよい。超音波変換器の電気機械特性の制御は、I(t)及びV(t)を好適に制御することによって達成されてもよい。上述のように、既知の発生器アーキテクチャは、発生器の電流出力I(t)の実質的に全てが動作ブランチを通って流れるように、並列共振回路内で共振周波数において静電容量Cをチューンアウトするための調整インダクタL(図25に仮想線で示される)を含むことができる。この方法では、動作ブランチ電流I(t)の制御は、発生器の電流出力I(t)を制御することによって達成される。調整インダクタLは、超音波変換器の静電容量Cに特有であるが、異なる静的静電容量を有する異なる超音波変換器は、異なる調整インダクタLを必要とする。また、調整インダクタLは、単一の共振周波数で静電容量Cの公称値と一致するため、動作ブランチ電流I(t)の正確な制御は、その周波数でのみ保証される。周波数が変換器の温度によって低下すると、動作ブランチ電流の正確な制御が損なわれる。 FIG. 25 shows an equivalent circuit 1500 of an ultrasonic transducer, such as ultrasonic transducer 1120, according to one aspect. Circuit 1500 includes a first "working" branch having series-connected inductance L s , resistance R s and capacitance C s and a second branch having capacitance C 0 that defines the electromechanical properties of the resonator. and a capacitive branch of . With the operating current I m (t) flowing through the first branch and the currents I g (t)-I m (t) flowing through the capacitive branches, the driving current I g (t) is the generator may be received at a drive voltage V g (t) from . Control of the electromechanical properties of an ultrasonic transducer may be achieved by suitably controlling I g (t) and V g (t). As noted above, known generator architectures require a capacitance C 0 in the parallel resonant circuit at the resonant frequency such that substantially all of the current output I g (t) of the generator flows through the working branch. A tuning inductor L t (shown in phantom in FIG. 25) may be included to tune out the . In this method, control of the operating branch current I m (t) is achieved by controlling the current output I g (t) of the generator. The tuning inductor Lt is specific to the capacitance C0 of the ultrasonic transducer, but different ultrasonic transducers with different static capacitances require different tuning inductors Lt. Also, since the tuning inductor L t matches the nominal value of the capacitance C 0 at a single resonant frequency, accurate control of the operating branch current Im (t) is guaranteed only at that frequency. Accurate control of the operating branch currents is compromised as the frequency drops with the temperature of the converter.

発生器1100の様々な態様が、調整インダクタLに頼ることなく動作ブランチ電流I(t)を監視することができる。むしろ、発生器1100は、動的及び進行中ベースで(例えば、リアルタイムで)動作ブランチ電流I(t)の値を判定するために、特定の超音波外科用装置1104のための電力の印加間の静電容量Cの測定値を使用し得る(駆動信号の電圧及び電流フィードバックデータと共に)。したがって、発生器1100のこうした態様は、静電容量Cの公称値によって決定される単一の共振周波数のみにおいてではなく、任意の周波数で静電容量Cの任意の値と調整される又は共振するシステムをシミュレートするために、仮想調整を提供することが可能である。 Various aspects of generator 1100 can monitor operating branch currents Im (t) without resorting to tuning inductor Lt. Rather, generator 1100 applies power for a particular ultrasonic surgical device 1104 to determine the value of operating branch current I m (t) on a dynamic and ongoing basis (eg, in real-time). A measurement of the capacitance C 0 between can be used (along with the drive signal voltage and current feedback data). Thus, such aspects of the generator 1100 can be tuned with any value of capacitance C0 at any frequency, not just at a single resonant frequency determined by the nominal value of capacitance C0 , or Virtual adjustments can be provided to simulate resonant systems.

図26は、利点の中でもとりわけ、上述のインダクタレス調整を提供するための発生器1100の一態様の簡略化ブロック図である。図27A~図27Cは、一態様による図26の発生器1100のアーキテクチャを示す。図26を参照すると、発生器1100は、電力変圧器1560を介して非絶縁段階1540と通信する患者絶縁段階1520を備え得る。電力変圧器1560の二次巻線1580は、絶縁段階1520に含まれ、かつタップ構成を含んでもよく(例えば、センタタップ又は非センタタップ構成)、例えば、超音波外科用装置1104及び電気外科用装置1106などの様々な外科用装置に駆動信号を出力するための、駆動信号出力部1600a、1600b、1600cを画定する。特に、駆動信号出力部1600a、1600b、1600cは、超音波外科用装置1104に駆動信号(例えば、420VのRMS駆動信号)を出力してもよく、駆動信号出力部1600a、1600b、1600cは、電気外科用装置1106に駆動信号(例えば、100VのRMS駆動信号)を出力してもよく、ここで出力部1600bは電力変圧器1560のセンタタップに対応する。非絶縁段階1540は、電力変圧器1560の一次巻線1640に接続された出力部を有する電力増幅器1620を備え得る。特定の態様では、電力増幅器1620は、例えば、プッシュプル増幅器を含み得る。非絶縁段階1540は、デジタル出力をデジタル/アナログ変換器(digital-to-analog converter、DAC)1680に供給するための、プログラム可能な論理機構1660を更に含んでもよく、続いてデジタル/アナログ変換器(DAC)1680は、対応するアナログ信号を電力増幅器1620の入力部に供給する。特定の態様では、プログラム可能な論理機構1660は、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ(field-programmable gate array、FPGA)を含むことができる。プログラム可能な論理機構1660は、DAC1680を介して電力増幅器1620の入力を制御することにより、その結果、駆動信号出力部1600a、1600b、1600cに現れる駆動信号の多数のパラメータ(例えば、周波数、波形形状、波形振幅)のいずれかを制御することができる。特定の態様では、また以下で説明するように、プログラム可能な論理機構1660、プロセッサ(例えば、以下で説明するプロセッサ1740)と共に、多くのデジタル信号処理(DSP)ベースの及び/又はその他の制御アルゴリズムを実行して、発生器1100によって出力される駆動信号のパラメータを制御することができる。 FIG. 26 is a simplified block diagram of one aspect of a generator 1100 for providing, among other advantages, inductorless regulation as described above. 27A-27C illustrate the architecture of the generator 1100 of FIG. 26 according to one aspect. Referring to FIG. 26, generator 1100 may comprise patient isolation stage 1520 in communication with non-isolation stage 1540 via power transformer 1560 . A secondary winding 1580 of the power transformer 1560 is included in the isolation stage 1520 and may include a tapped configuration (eg, center-tapped or non-center-tapped configuration), such as for ultrasonic surgical device 1104 and electrosurgical devices. Drive signal outputs 1600 a , 1600 b , 1600 c are defined for outputting drive signals to various surgical devices such as device 1106 . In particular, drive signal outputs 1600a, 1600b, 1600c may output drive signals (eg, 420V RMS drive signals) to ultrasonic surgical device 1104, and drive signal outputs 1600a, 1600b, 1600c may A drive signal (eg, a 100 V RMS drive signal) may be output to surgical device 1106 , where output 1600 b corresponds to the center tap of power transformer 1560 . Non-isolated stage 1540 may comprise a power amplifier 1620 having an output connected to primary winding 1640 of power transformer 1560 . In certain aspects, power amplifier 1620 may include, for example, a push-pull amplifier. The non-isolated stage 1540 may further include programmable logic 1660 to provide a digital output to a digital-to-analog converter (DAC) 1680, followed by a digital-to-analog converter (DAC) 1680. (DAC) 1680 provides a corresponding analog signal to the input of power amplifier 1620 . In particular aspects, programmable logic 1660 may include, for example, a field-programmable gate array (FPGA). Programmable logic 1660 controls the input of power amplifier 1620 via DAC 1680, resulting in a number of parameters (e.g., frequency, waveform shape) of the drive signal appearing at drive signal outputs 1600a, 1600b, 1600c. , waveform amplitude) can be controlled. In certain aspects, and as described below, programmable logic 1660, a processor (eg, processor 1740, described below), along with many digital signal processing (DSP)-based and/or other control algorithms may be performed to control the parameters of the drive signal output by generator 1100 .

電力は、スイッチモードレギュレータ1700によって電力増幅器1620の母線に供給することができる。特定の態様では、スイッチモードレギュレータ1700は、例えば調節可能なバックレギュレータを含むことができる。上述したように、非絶縁段階1540はプロセッサ1740を更に含むことができ、これは、一態様では、例えば、Analog Devices(Norwood,Mass.)から入手可能なADSP-21469 SHARC DSPなどのDSPプロセッサを含むことができる。特定の態様では、プロセッサ1740は、アナログデジタル変換器(ADC)1760を介してプロセッサ1740が電力増幅器1620から受信した電圧フィードバックデータに応答して、スイッチモード電力変換器1700の動作を制御することができる。例えば、一態様では、プロセッサ1740は、電力増幅器1620によって増幅される信号(例えば、RF信号)の波形エンベロープを、ADC1760を介して入力として受信することができる。プロセッサ1740は、続いて、電力増幅器1620に供給されるレール電圧が増幅信号の波形エンベロープを追跡するように、スイッチモードレギュレータ1700を(例えば、パルス幅変調(PWM)出力を介して)制御することができる。波形エンベロープに基づいて、電力増幅器1620のレール電圧を動的に変調することにより、電力増幅器1620の効率は、固定レール電圧増幅器スキームと比較して顕著に改善され得る。プロセッサ1740は、有線又は無線通信用に構成されてもよい。 Power may be supplied to the bus of power amplifier 1620 by switch mode regulator 1700 . In certain aspects, switch mode regulator 1700 may include, for example, an adjustable buck regulator. As mentioned above, the non-isolated stage 1540 can further include a processor 1740, which in one aspect is a DSP processor such as, for example, the ADSP-21469 SHARC DSP available from Analog Devices (Norwood, Mass.). can contain. In certain aspects, processor 1740 can control operation of switch mode power converter 1700 in response to voltage feedback data that processor 1740 receives from power amplifier 1620 via analog-to-digital converter (ADC) 1760 . can. For example, in one aspect, processor 1740 can receive as input via ADC 1760 a waveform envelope of a signal (eg, an RF signal) to be amplified by power amplifier 1620 . Processor 1740 then controls switch mode regulator 1700 (eg, via a pulse width modulated (PWM) output) such that the rail voltage supplied to power amplifier 1620 tracks the waveform envelope of the amplified signal. can be done. By dynamically modulating the rail voltage of power amplifier 1620 based on the waveform envelope, the efficiency of power amplifier 1620 can be significantly improved compared to fixed rail voltage amplifier schemes. Processor 1740 may be configured for wired or wireless communication.

特定の態様では、かつ図28A~図28Bに関連して更に詳細に記載されるように、プログラム可能な論理機構1660は、プロセッサ1740と共に、直接デジタルシンセサイザ(DDS)制御スキームを実行して、発生器1100によって出力された駆動信号の波形形状、周波数、及び/又は振幅を制御し得る。一態様では、例えば、プログラム可能な論理機構1660は、FPGAに内蔵され得る、RAM LUTなどの動的に更新されるルックアップテーブル(LUT)内に記憶された波形サンプルを呼び出すことによって、DDS制御アルゴリズム2680(図28A)を実行し得る。この制御アルゴリズムは、超音波変換器1120などの超音波変換器が、その共振周波数における明瞭な正弦波電流によって駆動され得る超音波用途で特に有用である。他の周波数が寄生共振を励起し得るため、動作分岐電流の全歪みの最小化又は低減は、これに対応して望ましくない共振効果を最小化又は低減することができる。発生器1100によって出力される駆動信号の波形形状は、出力駆動回路内に存在する様々な歪み源(例えば、電力変圧器1560、電力増幅器1620)によって影響され得るため、駆動信号に基づく電圧及び電流フィードバックデータを、プロセッサ1740によって実行される誤差制御アルゴリズムなどのアルゴリズムに入力することができ、このアルゴリズムは、動的な、進行中ベースで(例えば、リアルタイムで)、LUTに記憶された波形サンプルを適切に予歪みさせるか又は修正することによって、歪みを補償する。一態様では、LUTサンプルに加えられる予歪みの量又は程度は、計算された動作ブランチ電流と所望の電流波形形状との間の誤差に基づいてもよく、誤差は、サンプル毎に判定される。このようにして、予め歪ませたLUTサンプルは、駆動回路により処理される場合、超音波変換器を最適に駆動するために、所望の波形形状(例えば、正弦波)を有する動作ブランチ駆動信号を生じ得る。したがって、そのような態様では、LUT波形サンプルは、駆動信号の所望の波形形状ではなく、むしろ歪み効果を考慮した際の、所望の波形の動作ブランチ駆動信号を最終的に生成するのに必要な波形形状を表す。 In certain aspects, and as described in further detail in connection with FIGS. 28A-28B, programmable logic 1660 in conjunction with processor 1740 implements a direct digital synthesizer (DDS) control scheme to The waveform shape, frequency, and/or amplitude of the drive signal output by device 1100 may be controlled. In one aspect, for example, programmable logic 1660 implements DDS control by calling waveform samples stored in a dynamically updated lookup table (LUT), such as a RAM LUT, which may be embedded in an FPGA. Algorithm 2680 (FIG. 28A) may be executed. This control algorithm is particularly useful in ultrasonic applications where an ultrasonic transducer, such as ultrasonic transducer 1120, can be driven by a distinct sinusoidal current at its resonant frequency. Since other frequencies can excite parasitic resonances, minimizing or reducing the total distortion of the operating branch currents can correspondingly minimize or reduce undesirable resonance effects. Since the waveform shape of the drive signal output by generator 1100 can be affected by various distortion sources present in the output drive circuit (eg, power transformer 1560, power amplifier 1620), the voltage and current based on the drive signal The feedback data can be input to an algorithm, such as an error control algorithm executed by processor 1740, which, on a dynamic, ongoing basis (e.g., in real time), feeds waveform samples stored in the LUT. Compensate for the distortion by appropriately predistorting or modifying it. In one aspect, the amount or degree of predistortion applied to the LUT samples may be based on the error between the calculated operating branch current and the desired current waveform shape, the error being determined on a sample-by-sample basis. In this way, the pre-distorted LUT samples, when processed by the drive circuit, produce an operating branch drive signal having a desired waveform shape (e.g., sinusoidal) to optimally drive the ultrasonic transducer. can occur. Thus, in such an aspect, the LUT waveform samples are not the desired waveform shape of the drive signal, but rather the desired waveform required to ultimately produce the desired waveform of the operating branch drive signal when distortion effects are taken into account. Represents waveform shape.

非絶縁段階1540は、発生器1100によって出力された駆動信号の電圧及び電流をそれぞれサンプリングするために、それぞれの絶縁変圧器1820、1840を介して電力変圧器1560の出力部に結合されたADC1780及びADC1800を更に含むことができる。特定の態様では、ADC1780、1800は、駆動信号のオーバーサンプリングを可能にするために高速(例えば、80Msps)でサンプリングするように構成することができる。一態様では、例えば、ADC1780、1800のサンプリング速度は、駆動信号の約200倍(駆動周波数に応じて)のオーバーサンプリングを可能にすることができる。特定の態様では、ADC1780、1800のサンプリング動作は、双方向マルチプレクサを介し、入力電圧及び電流信号を受信する単一のADCによって行われ得る。発生器1100の態様における高速サンプリングの使用は、とりわけ、動作ブランチを流れる複素電流の計算(これは、特定の態様で上述したDDSベースの波形形状制御を実施するために使用され得る)、サンプリングされた信号の正確なデジタルフィルタリング、及び高精度な実消費電力の計算を可能にすることができる。ADC1780、1800によって出力される電圧及び電流フィードバックデータは、プログラム可能な論理機構1660によって受信され、かつ処理されてもよく(例えば、FIFOバッファリング、マルチプレクシング)、例えばプロセッサ1740による以後の読み出しのために、データメモリに記憶されてもよい。上記のように、電圧及び電流のフィードバックデータは、動的及び進行に応じたベースで、LUT波形サンプルを予め歪ませるか又は修正するための、アルゴリズムへの入力として使用され得る。特定の態様では、これは、電圧及び電流フィードバックデータのペアが取得されたときに、各記憶された電圧及び電流フィードバックデータのペアが、プログラム可能な論理機構1660によって出力された対応するLUTサンプルに基づいてインデックス付けされる、又は他の方法でこれと関連付けされることを必要とする場合がある。この方法によるLUTサンプルと電圧及び電流のフィードバックデータとの同期は、予歪みアルゴリズムの正確なタイミング及び安定性に寄与する。 A non-isolated stage 1540 includes an ADC 1780 and an ADC 1780 coupled to the output of power transformer 1560 via respective isolation transformers 1820, 1840 to sample the voltage and current, respectively, of the drive signal output by generator 1100. An ADC 1800 may also be included. In certain aspects, the ADCs 1780, 1800 can be configured to sample at high speeds (eg, 80 Msps) to allow oversampling of the drive signal. In one aspect, for example, the sampling rate of the ADCs 1780, 1800 can allow oversampling of the drive signal by approximately 200 times (depending on the drive frequency). In certain aspects, the sampling operations of ADCs 1780, 1800 may be performed by a single ADC receiving input voltage and current signals via a bi-directional multiplexer. The use of high-speed sampling in aspects of generator 1100 is useful, among other things, in calculating complex currents through operating branches (which can be used to implement the DDS-based waveform shape control described above in certain aspects), It can enable accurate digital filtering of the signal and accurate calculation of real power consumption. Voltage and current feedback data output by ADCs 1780, 1800 may be received and processed (eg, FIFO buffering, multiplexing) by programmable logic 1660, eg, for subsequent readout by processor 1740. may be stored in data memory. As noted above, voltage and current feedback data can be used as inputs to algorithms to pre-distort or modify LUT waveform samples on a dynamic and progressive basis. In particular aspects, this means that each stored voltage and current feedback data pair is converted to a corresponding LUT sample output by programmable logic 1660 when the voltage and current feedback data pair is acquired. may need to be indexed based on or otherwise associated with it. Synchronization of LUT samples with voltage and current feedback data in this manner contributes to the precise timing and stability of the predistortion algorithm.

特定の態様では、電圧及び電流フィードバックデータは、駆動信号の周波数及び/又は振幅(例えば、電流振幅)を制御するために使用することができる。一態様では、例えば、電圧及び電流フィードバックデータを使用して、インピーダンス位相、例えば、電圧駆動信号と電流駆動信号との間の位相差を判定することができる。続いて、駆動信号の周波数を制御して、判定されたインピーダンス位相とインピーダンス位相設定値(例えば、0°)との間の差を最小化又は低減し、それによって高調波歪みの影響を最小化又は低減し、それに対応してインピーダンス位相の測定精度を向上させることができる。位相インピーダンス及び周波数制御信号の判定は、例えばプロセッサ1740で実行されてもよく、周波数制御信号は、プログラム可能な論理機構1660によって実行されるDDS制御アルゴリズムへの入力として供給される。 In certain aspects, voltage and current feedback data can be used to control the frequency and/or amplitude (eg, current amplitude) of the drive signal. In one aspect, for example, voltage and current feedback data can be used to determine the impedance phase, eg, the phase difference between the voltage and current drive signals. Subsequently, the frequency of the drive signal is controlled to minimize or reduce the difference between the determined impedance phase and the impedance phase setting (e.g., 0°), thereby minimizing the effects of harmonic distortion. or reduced, with a corresponding improvement in impedance phase measurement accuracy. The phase impedance and frequency control signal determinations may be performed, for example, by processor 1740 , with the frequency control signal provided as an input to the DDS control algorithm executed by programmable logic 1660 .

インピーダンス位相は、フーリエ解析によって判定され得る。一態様では、発生器電圧V(t)駆動信号と発生器電流I(t)駆動信号との間の位相差は、以下のように高速フーリエ変換(fast fourier transform、FFT)又は離散フーリエ変換(discrete fourier transform、DFT)を使用して決定され得る。 Impedance phase can be determined by Fourier analysis. In one aspect, the phase difference between the generator voltage V g (t) drive signal and the generator current I g (t) drive signal is determined by a fast Fourier transform (FFT) or discrete Fourier transform as follows: can be determined using a discrete fourier transform (DFT).

Figure 0007279051000001
Figure 0007279051000001

正弦波の周波数でのフーリエ変換を評価することで、以下が得られる。 Evaluating the Fourier transform at the frequency of the sinusoid gives

Figure 0007279051000002
Figure 0007279051000002

他のアプローチとしては、加重最小二乗推定法、カルマンフィルタ処理法、及び空間ベクトルベース技術が挙げられる。FFT又はDFT技術における処理の実質的に全てが、例えば、2チャネル高速ADC1780、1800を用いてデジタル領域内で実行されてもよい。1つの技術では、電圧信号及び電流信号のデジタル信号サンプルは、FFT又はDFTでフーリエ変換される。任意の時点における位相角φは、以下の式によって計算することができ:
φ=2πft+φ
式中、φは位相角であり、fは周波数であり、tは時間であり、φは、t=0における位相である。
Other approaches include weighted least squares estimation, Kalman filtering, and space vector-based techniques. Substantially all of the processing in the FFT or DFT technique may be performed in the digital domain using, for example, 2-channel high speed ADCs 1780, 1800. In one technique, digital signal samples of the voltage and current signals are Fourier transformed with an FFT or DFT. The phase angle φ at any point in time can be calculated by the following formula:
φ=2πft+φ 0
where φ is the phase angle, f is the frequency, t is the time, and φ 0 is the phase at t=0.

電圧V(t)信号と電流I(t)信号との間の位相差を判定するための別の技術はゼロ交差法であり、これは高精度な結果を生成する。同じ周波数を有する電圧V(t)信号及び電流I(t)信号の場合、電圧信号V(t)の各負から正のゼロ交差はパルスの開始をトリガし、一方で、電流信号I(t)の各負から正のゼロ交差はパルスの終了をトリガする。結果は、電圧信号と電流信号との間の位相角に比例するパルス幅を有するパルス列である。一態様では、パルス列を平均化フィルタに通して、位相差の測定値を得ることができる。更に、正から負のゼロ交差も、同様の方法で使用され、結果が平均化されると、DC及び高調波成分の任意の効果が低減され得る。一実装形態では、アナログ電圧V(t)信号及び電流I(t)信号は、アナログ信号が正である場合には高く、アナログ信号が負である場合には低いデジタル信号に変換される。高精度な位相評価は、高低間の急激な移行を必要とする。一態様では、RC安定化ネットワークと共にシュミットトリガを用いて、アナログ信号をデジタル信号に変換することができる。他の態様では、エッジトリガ型RSフリップフロップ及び補助回路が用いられてもよい。更に別の態様では、ゼロ交差技術は、eXclusive OR(XOR)ゲートを用いてもよい。 Another technique for determining the phase difference between the voltage V g (t) and current I g (t) signals is the zero-crossing method, which produces highly accurate results. For voltage V g (t) and current I g (t) signals with the same frequency, each negative to positive zero crossing of the voltage signal V g (t) triggers the start of a pulse, while the current signal Each negative to positive zero crossing of I g (t) triggers the end of the pulse. The result is a pulse train with a pulse width proportional to the phase angle between the voltage and current signals. In one aspect, the pulse train can be passed through an averaging filter to obtain a measure of the phase difference. Additionally, positive to negative zero crossings can be used in a similar manner, and any effects of DC and harmonic content can be reduced when the results are averaged. In one implementation, the analog voltage V g (t) and current I g (t) signals are converted to digital signals that are high when the analog signal is positive and low when the analog signal is negative. . Accurate phase estimation requires sharp transitions between highs and lows. In one aspect, a Schmidt trigger can be used in conjunction with an RC stabilization network to convert an analog signal to a digital signal. In other aspects, an edge-triggered RS flip-flop and ancillary circuitry may be used. In yet another aspect, the zero-crossing technique may employ eXclusive OR (XOR) gates.

電圧信号と電流信号との間の位相差を決定するための他の技術としては、リサージュ図及び画像の監視、3電圧計法、交差コイル法、ベクトル電圧計及びベクトルインピーダンス法などの方法、並びに位相標準機器、位相ロックループ、及びPhase Measurement,Peter O’Shea,2000 CRC Press LLC,<http://www.engnetbase.com>に説明されるような他の技術の使用、が挙げられ、参照により本明細書に組み込まれる。 Other techniques for determining the phase difference between voltage and current signals include methods such as Lissajous figure and image monitoring, three voltmeter method, crossed coil method, vector voltmeter and vector impedance method, and Phase Standard Instruments, Phase Locked Loops, and Phase Measurement, Peter O'Shea, 2000 CRC Press LLC, <http://www. engnetbase. com>, which is incorporated herein by reference.

別の態様では、例えば、電流のフィードバックデータは、駆動信号の電流振幅を電流振幅設定値に維持するために監視することができる。電流振幅設定値は、直接指定されてもよく、又は指定された電圧振幅及び電力設定値に基づいて間接的に判定されてもよい。特定の態様では、電流振幅の制御は、例えば、プロセッサ1740内の比例積分微分(PID)制御アルゴリズムなどの制御アルゴリズムによって実行され得る。駆動信号の電流振幅を適切に制御するために制御アルゴリズムによって制御される変数としては、例えば、プログラム可能な論理機構1660に記憶されるLUT波形サンプルのスケーリング、及び/又はDAC1860を介したDAC1680(これは電力増幅器1620に入力を供給する)のフルスケール出力電圧を挙げることができる。 In another aspect, for example, current feedback data can be monitored to maintain the current amplitude of the drive signal at the current amplitude setpoint. The current amplitude setting may be specified directly or indirectly determined based on the specified voltage amplitude and power settings. In certain aspects, control of current amplitude may be performed by a control algorithm, such as, for example, a proportional-integral-derivative (PID) control algorithm within processor 1740 . Variables controlled by the control algorithm to properly control the current amplitude of the drive signal include, for example, scaling of LUT waveform samples stored in programmable logic 1660 and/or DAC 1680 via DAC 1860 (which supplies the input to power amplifier 1620).

非絶縁段階1540は、とりわけ、ユーザインターフェース(user interface、UI)機能を提供するために、プロセッサ1900を更に含むことができる。一態様では、プロセッサ1900は、例えば、Atmel Corporation(San Jose,Calif.)から入手可能なARM926EJ-Sコアを有するAtmel AT91 SAM9263プロセッサを含むことができる。プロセッサ1900によってサポートされるUI機能の例としては、聴覚的及び視覚的なユーザフィードバック、周辺装置との通信(例えば、ユニバーサルシリアルバス(USB)インターフェースを介して)、フットスイッチ1430との通信、入力装置2150(例えば、タッチスクリーンディスプレイ)との通信、並びに出力装置2140(例えば、スピーカ)との通信を挙げることができる。プロセッサ1900は、プロセッサ1740及びプログラム可能な論理機構と通信することができる(例えば、シリアル周辺インターフェース(SPI)バスを介して)。プロセッサ1900は、主にUI機能をサポートすることができるが、これはまた、特定の態様ではプロセッサ1740と協働して危険の緩和を実現することができる。例えば、プロセッサ1900は、ユーザ入力及び/又は他の入力(例えば、タッチスクリーン入力2150、フットスイッチ1430入力、温度センサ入力2160)の様々な態様を監視するようにプログラムされてもよく、かつ誤った状態が検出された場合は発生器1100の駆動出力を無効化することができる。 The non-isolated stage 1540 can further include a processor 1900 to provide user interface (UI) functionality, among other things. In one aspect, processor 1900 can include, for example, an Atmel AT91 SAM9263 processor with an ARM926EJ-S core available from Atmel Corporation (San Jose, Calif.). Examples of UI functions supported by processor 1900 include audible and visual user feedback, communication with peripherals (e.g., via a Universal Serial Bus (USB) interface), communication with footswitch 1430, input Communication with a device 2150 (eg, a touch screen display) as well as communication with an output device 2140 (eg, speakers) can be mentioned. Processor 1900 can communicate with processor 1740 and programmable logic (eg, via a serial peripheral interface (SPI) bus). Processor 1900 may primarily support UI functionality, but it may also cooperate with processor 1740 in certain aspects to provide risk mitigation. For example, processor 1900 may be programmed to monitor various aspects of user input and/or other input (eg, touch screen input 2150, footswitch 1430 input, temperature sensor input 2160) and detect errors. The drive output of generator 1100 can be disabled if a condition is detected.

特定の態様では、プロセッサ1740(図26、図27A)及びプロセッサ1900(図26、図27B)の両方が、発生器1100の動作状態を判定し、監視することができる。プロセッサ1740の場合は、発生器1100の動作状態は、例えば、どちらの制御及び/又は診断プロセスがプロセッサ1740によって実行されるかを決定することができる。プロセッサ1900の場合は、発生器1100の動作状態は、例えば、ユーザインターフェース(例えば、ディスプレイスクリーン、音)のどの要素がユーザに提供されるかを決定することができる。プロセッサ1740、1900は、発生器1100の現在の動作状態を独立して維持し、現在の動作状態からの可能な遷移を認識及び評価することができる。プロセッサ1740は、この関係におけるマスタとして機能し、動作状態間の遷移がいつ生じるかを判定することができる。プロセッサ1900は、動作状態間の有効な遷移を認識することができ、かつ特定の遷移が適切であるかを確認することができる。例えば、プロセッサ1740がプロセッサ1900に特定の状態に遷移するように命令すると、プロセッサ1900は要求される遷移が有効であることを確認することができる。プロセッサ1900によって要求される状態間の遷移が無効であると判定された場合、プロセッサ1900は発生器1100を故障モードにすることができる。 In certain aspects, both processor 1740 (FIGS. 26, 27A) and processor 1900 (FIGS. 26, 27B) can determine and monitor the operational state of generator 1100 . In the case of processor 1740 , the operating state of generator 1100 can determine which control and/or diagnostic processes are performed by processor 1740 , for example. In the case of processor 1900, the operating state of generator 1100 can, for example, determine which elements of a user interface (eg, display screen, sounds) are presented to the user. The processors 1740, 1900 can independently maintain the current operating state of the generator 1100 and recognize and evaluate possible transitions from the current operating state. Processor 1740 acts as the master in this relationship and can determine when transitions between operating states occur. Processor 1900 can recognize valid transitions between operating states and can verify whether a particular transition is appropriate. For example, when processor 1740 directs processor 1900 to transition to a particular state, processor 1900 can ensure that the requested transition is valid. The processor 1900 may place the generator 1100 into failure mode if the transition between states requested by the processor 1900 is determined to be invalid.

非絶縁段階1540は、入力装置2150(例えば、発生器1100をオン及びオフするために使用される静電容量式タッチセンサ、静電容量式タッチスクリーン)を監視するためのコントローラ1960(図26、図27B)を更に含むことができる。特定の態様では、コントローラ1960は、プロセッサ1900と通信する少なくとも1つのプロセッサ及び/又は他のコントローラ装置を備えることができる。一態様では、例えば、コントローラ1960は、1つ又は2つ以上の静電容量式タッチセンサを介して提供されるユーザ入力を監視するように構成されたプロセッサ(例えば、Atmelから入手可能なMega168 8ビットコントローラ)を備えることができる。一態様では、コントローラ1960は、静電容量式タッチスクリーンからのタッチデータの取得を制御及び管理するためのタッチスクリーンコントローラ(例えば、Atmelから入手可能なQT5480タッチスクリーンコントローラ)を備えることができる。 The non-isolated stage 1540 includes a controller 1960 (FIG. 26, FIG. 27B) can also be included. In certain aspects, controller 1960 may comprise at least one processor and/or other controller device in communication with processor 1900 . In one aspect, for example, the controller 1960 is a processor (eg, Mega1688 available from Atmel) configured to monitor user input provided via one or more capacitive touch sensors. bit controller). In one aspect, controller 1960 can comprise a touchscreen controller (eg, QT5480 touchscreen controller available from Atmel) for controlling and managing acquisition of touch data from a capacitive touchscreen.

特定の態様では、発生器1100が「電源オフ」状態にあるとき、コントローラ1960は(例えば、後述する電源2110(図26)などの、発生器1100の電源からのラインを介して)動作電力を受信し続けることができる。このようにして、コントローラ1960は、発生器1100をオンオフするための入力装置2150(例えば、発生器1100の前側パネルに配置された静電容量式タッチセンサ)を監視し続けることができる。発生器1100が「電源オフ」状態にあるときに、コントローラ1960は、ユーザによる「オン/オフ」入力装置2150の起動が検出されると、電源を起動することができる(例えば、電源2110の1つ又は2つ以上のDC/DC電圧変換器2130(図26)の動作を有効化する)。その結果、コントローラ1960は、発生器1100を「電源オン」状態に移行させるためのシーケンスを開始することができる。逆に、発生器1100が「電源オン」状態にあるときに「オン/オフ」入力装置2150の起動が検出されると、コントローラ1960は発生器1100を「電源オフ」状態に移行させるためのシーケンスを開始することができる。特定の態様では、例えば、コントローラ1960は、「オン/オフ」入力装置2150の起動をプロセッサ1900に報告することができ、続いてプロセッサ1900は、発生器1100を「電源オフ」状態に移行させるために必要な処理シーケンスを実行する。こうした態様では、コントローラ1960は、その「電源オン」状態が確立された後に、発生器1100から電力の除去を引き起こすための独立した能力を有しない場合がある。 In certain aspects, when the generator 1100 is in a “power off” state, the controller 1960 supplies operating power (eg, via a line from a power source of the generator 1100, such as the power source 2110 (FIG. 26) described below). can continue to receive In this manner, controller 1960 can continue to monitor input device 2150 (eg, a capacitive touch sensor located on the front panel of generator 1100) for turning generator 1100 on and off. When the generator 1100 is in the "power off" state, the controller 1960 can activate the power supply (e.g., one of the power supplies 2110) upon detection of activation of the "on/off" input device 2150 by the user. enable operation of one or more DC/DC voltage converters 2130 (FIG. 26)). As a result, controller 1960 can initiate a sequence for transitioning generator 1100 to a "power on" state. Conversely, when activation of the "on/off" input device 2150 is detected while the generator 1100 is in the "power on" state, the controller 1960 causes the controller 1960 to sequence the generator 1100 to transition to the "power off" state. can be started. In certain aspects, for example, the controller 1960 can report activation of the "on/off" input device 2150 to the processor 1900, which then causes the generator 1100 to transition to the "power off" state. Executes the processing sequence required for In such aspects, the controller 1960 may not have the independent ability to cause removal of power from the generator 1100 after its "power on" state has been established.

特定の態様では、コントローラ1960は、「電源オン」又は「電源オフ」シーケンスが開始されたことをユーザに警告するために、発生器1100に聴覚又は他の感覚フィードバックを提供させることができる。こうした警告は、「電源オン」又は「電源オフ」シーケンスの開始時、及びシーケンスと関連する他のプロセスの開始前に提供されてもよい。 In certain aspects, the controller 1960 can cause the generator 1100 to provide auditory or other sensory feedback to alert the user that a "power on" or "power off" sequence has been initiated. Such warnings may be provided at the start of a "power on" or "power off" sequence and prior to the start of other processes associated with the sequence.

特定の態様では、絶縁段階1520は、例えば、外科用装置の制御回路(例えば、ハンドピーススイッチを備える制御回路)と、非絶縁段階1540の構成要素(例えば、プログラム可能な論理機構1660、プロセッサ1740、及び/又はプロセッサ1900など)との間の通信インターフェースを提供するために、器具インターフェース回路1980を含むことができる。器具インターフェース回路1980は、例えば赤外線(IR)ベースの通信リンクなどの、段階1520、1540間の適切な程度の電気的絶縁を維持する通信リンクを介して、非絶縁段階1540の構成要素と情報を交換することができる。例えば、非絶縁段階1540から駆動される絶縁変圧器によって電力供給される低ドロップアウト電圧レギュレータを使用して、器具インターフェース回路1980に電力を供給することができる。 In certain aspects, isolation stage 1520 includes, for example, surgical device control circuitry (eg, control circuitry comprising handpiece switches) and components of non-isolation stage 1540 (eg, programmable logic 1660, processor 1740). , and/or processor 1900). Instrument interface circuitry 1980 communicates information with the components of non-isolated stage 1540 via a communication link that maintains an appropriate degree of electrical isolation between stages 1520, 1540, such as an infrared (IR)-based communication link. can be replaced. For example, a low dropout voltage regulator powered by an isolation transformer driven from the non-isolation stage 1540 can be used to power the instrument interface circuit 1980 .

一態様では、器具インターフェース回路1980は、信号調整回路2020(図26及び図27C)と通信するプログラム可能な論理機構2000(例えば、FPGA)を備えることができる。信号調整回路2020は、プログラム可能な論理機構2000から周期信号(例えば、2kHzの方形波)を受信して同一の周波数を有する双極呼掛け信号を生成するように構成することができる。呼掛け信号は、例えば、差動増幅器によって供給される双極電流源を使用して発生させることができる。呼掛け信号は、(例えば、発生器1100を外科用装置に接続するケーブル内の導電性のペア(conductive pair)を使用することによって)外科用装置制御回路に伝達され、制御回路の状態又は構成を判定するために監視され得る。例えば、制御回路は、制御回路の状態又は構成が1つ又は2つ以上の特性に基づいて個別に識別可能であるように、呼掛け信号の1つ又は2つ以上の特性(例えば、振幅、整流)を修正するために、多数のスイッチ、レジスタ、及び/又はダイオードを含んでもよい。例えば、一態様では、信号調整回路2020は、呼掛け信号が通過することによって生じる制御回路の入力間に現れる電圧信号のサンプルを生成するためのADCを備えることができる。プログラム可能な論理機構2000(又は非絶縁段階1540の一構成要素)は、続いて、ADCサンプルに基づく制御回路の状態又は構成を判定することができる。 In one aspect, instrument interface circuitry 1980 can comprise programmable logic 2000 (eg, FPGA) in communication with signal conditioning circuitry 2020 (FIGS. 26 and 27C). Signal conditioning circuit 2020 may be configured to receive a periodic signal (eg, a 2 kHz square wave) from programmable logic 2000 and generate a bipolar interrogation signal having the same frequency. The interrogation signal can be generated using, for example, a bipolar current source fed by a differential amplifier. The interrogation signal is communicated to the surgical device control circuitry (eg, by using a conductive pair in the cable connecting the generator 1100 to the surgical device) to indicate the state or configuration of the control circuitry. can be monitored to determine the For example, the control circuit may use one or more characteristics of the interrogation signal (e.g., amplitude, A number of switches, resistors, and/or diodes may be included to modify rectification. For example, in one aspect, the signal conditioning circuit 2020 may comprise an ADC for generating samples of the voltage signal appearing across the inputs of the control circuit caused by the interrogation signal passing through it. Programmable logic 2000 (or a component of non-isolation stage 1540) can then determine the state or configuration of the control circuitry based on the ADC samples.

一態様では、器具インターフェース回路1980は、プログラム可能な論理機構2000(又は器具インターフェース回路1980の他の要素)と、外科用装置の内部に配置された、又は別の方法で外科用装置と関連付けられた第1のデータ回路との間の情報交換を可能にする第1のデータ回路インターフェース2040を備えることができる。特定の態様では、例えば、第1のデータ回路2060は、外科用装置のハンドピースに一体的に取り付けられたケーブル内、又は特定の外科用装置タイプ又はモデルを発生器1100とインターフェースさせるためのアダプタ内に配置されてもよい。特定の態様では、第1のデータ回路は、電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ(EEPROM)装置などの、不揮発性記憶装置を備えることができる。特定の態様では、また図26を再び参照すると、第1のデータ回路インターフェース2040は、プログラム可能な論理機構2000とは別に実装することができ、プログラム可能な論理機構2000と第1のデータ回路との間の通信を可能にする好適な回路(例えば、個別論理機構、プロセッサ)を備えることができる。他の態様では、第1のデータ回路インターフェース2040はプログラム可能な論理機構2000と一体的であってもよい。 In one aspect, the instrument interface circuit 1980 includes programmable logic 2000 (or other elements of the instrument interface circuit 1980) located within or otherwise associated with the surgical device. A first data circuit interface 2040 may be provided to allow information exchange with the first data circuit. In certain aspects, for example, the first data circuit 2060 may reside within a cable integrally attached to a hand piece of a surgical device or within an adapter for interfacing a particular surgical device type or model with the generator 1100 . may be placed within In certain aspects, the first data circuit may comprise a non-volatile storage device, such as an electrically erasable programmable read only memory (EEPROM) device. In certain aspects, and referring again to FIG. 26, the first data circuit interface 2040 can be implemented separately from the programmable logic 2000 and can be implemented separately from the programmable logic 2000 and the first data circuit. Any suitable circuitry (eg, discrete logic, processor) may be provided to enable communication between the . In other aspects, first data circuit interface 2040 may be integral with programmable logic 2000 .

特定の態様では、第1のデータ回路2060は、第1のデータ回路2060が関連付けられる特定の外科用装置に関する情報を記憶することができる。そのような情報は、例えば、モデル番号、シリアル番号、外科用装置が使用された動作数、及び/又は他のタイプの情報を含むことができる。この情報は、器具インターフェース回路1980によって(例えば、プログラム可能な論理機構2000によって)読み取られて、出力装置2140を介してユーザに提示するために、及び/又は発生器1100の機能若しくは動作を制御するために、非絶縁段階1540の構成要素(例えば、プログラム可能な論理機構1660、プロセッサ1740、及び/又はプロセッサ1900)に転送され得る。更に、任意の種類の情報を、第1のデータ回路2060内に記憶するために、第1のデータ回路インターフェース2040を介して第1のデータ回路2060に伝達することができる(例えば、プログラム可能な論理機構2000を使用して)。そのような情報は例えば、外科用装置が使用された最新の動作数、並びに/又は、その使用の日付及び/若しくは時間を含むことができる。 In certain aspects, first data circuit 2060 can store information regarding the particular surgical device with which first data circuit 2060 is associated. Such information can include, for example, model number, serial number, number of operations in which the surgical device has been used, and/or other types of information. This information is read by instrument interface circuit 1980 (eg, by programmable logic 2000) for presentation to a user via output device 2140 and/or to control the function or operation of generator 1100. 1540 (eg, programmable logic 1660, processor 1740, and/or processor 1900). Additionally, any type of information can be communicated to the first data circuit 2060 via the first data circuit interface 2040 for storage in the first data circuit 2060 (e.g., programmable using logic 2000). Such information may include, for example, the number of most recent operations in which the surgical device was used and/or the date and/or time of its use.

上記のように、外科用器具は、器具の互換性及び/又は廃棄性を促進するために、ハンドピースから取り外し可能であってもよい(例えば、器具1106は、ハンドピース1107から取り外し可能であってもよい)。そのような場合、既知の発生器は、使用されている特定の器具構成を認識し、これに対応して制御及び診断プロセスを最適化する能力を制限されている場合がある。しかしながら、この問題に対処するために、外科用装置器具に読み取り可能なデータ回路を追加することは、適合性の観点から問題がある。例えば、必要なデータ読み取り機能を欠く発生器との下位互換性を保つように、外科用装置を設計することは、例えば、異なる信号スキーム、設計の複雑さ、及び費用のために、実用的でない場合がある。器具の他の態様は、既存の外科用器具に実装され得るデータ回路を経済的に使用し、外科用装置と最新の発生器プラットフォームとの互換性を維持するために設計変更を最小限にすることによってこれらの懸念に対処する。 As noted above, the surgical instruments may be removable from the handpiece (eg, instrument 1106 may be removable from handpiece 1107 to facilitate interchangeability and/or disposability of the instruments). may be used). In such cases, known generators may be limited in their ability to recognize the particular instrument configuration being used and correspondingly optimize the control and diagnostic processes. However, adding a readable data circuit to the surgical instrumentation to address this issue is problematic from a compatibility standpoint. For example, it is impractical to design a surgical device to be backward compatible with generators that lack the necessary data readout capabilities, due to, for example, different signal schemes, design complexity, and cost. Sometimes. Other aspects of the instrument economically use data circuitry that can be implemented in existing surgical instruments and minimize design changes to maintain compatibility between surgical devices and modern generator platforms. address these concerns by

更に、発生器1100の態様は、器具ベースのデータ回路との通信を可能にし得る。例えば、発生器1100は、外科用装置の器具(例えば、器具1104、1106、又は1108)内に収容される第2のデータ回路(例えば、データ回路)と通信するように構成され得る。器具インターフェース回路1980は、この通信を可能にする第2のデータ回路インターフェース2100を備えることができる。一態様では、第2のデータ回路インターフェース2100は、トライステートデジタルインターフェースを含むことができるが、他のインターフェースを使用することもできる。特定の態様では、第2のデータ回路は、概して、データを送信及び/又は受信するための任意の回路であることができる。一態様では、例えば、第2のデータ回路は、この回路が関連付けられる特定の外科用器具に関する情報を記憶してもよい。そのような情報は、例えば、モデル番号、シリアル番号、外科用器具が使用された動作数、及び/又は任意の他のタイプの情報を含むことができる。更に又はあるいは、任意の種類の情報を、第2のデータ回路内に記憶するために、第2のデータ回路インターフェース2100を介して第2のデータ回路に伝達することができる(例えば、プログラム可能な論理機構2000を使用して)。そのような情報は例えば、器具が使用された最新の動作数、並びに/又は、その使用の日付及び/若しくは時間を含んでもよい。特定の態様では、第2のデータ回路は、1つ又は2つ以上のセンサ(例えば、器具ベースの温度センサ)によって取得されたデータを送信することができる。特定の態様では、第2のデータ回路は、発生器1100からデータを受信して、受信したデータに基づきユーザに表示(例えば、LED表示又は他の可視表示)を提供することができる。 Additionally, aspects of the generator 1100 may enable communication with instrument-based data circuits. For example, generator 1100 can be configured to communicate with a second data circuit (eg, data circuit) contained within an instrument (eg, instrument 1104, 1106, or 1108) of a surgical device. Instrument interface circuitry 1980 may include a second data circuitry interface 2100 to enable this communication. In one aspect, the second data circuit interface 2100 can include a tri-state digital interface, although other interfaces can be used. In certain aspects, the second data circuit can generally be any circuit for transmitting and/or receiving data. In one aspect, for example, the second data circuit may store information regarding the particular surgical instrument with which the circuit is associated. Such information may include, for example, model number, serial number, number of operations in which the surgical instrument was used, and/or any other type of information. Additionally or alternatively, any type of information can be communicated to the second data circuit via the second data circuit interface 2100 for storage in the second data circuit (e.g., programmable using logic 2000). Such information may include, for example, the number of most recent actions in which the device was used and/or the date and/or time of its use. In certain aspects, the second data circuit can transmit data acquired by one or more sensors (eg, instrument-based temperature sensors). In certain aspects, the second data circuit can receive data from the generator 1100 and provide an indication (eg, an LED indication or other visual indication) to the user based on the received data.

特定の態様では、第2のデータ回路及び第2のデータ回路インターフェース2100は、この目的のために追加の導体(例えば、ハンドピースを発生器1100に接続するケーブルの専用導体)を設ける必要なしにプログラム可能な論理機構2000と第2のデータ回路との間の通信を達成できるように構成することができる。一態様では、例えば、使用される導体のうちの1つが、信号調整回路2020からハンドピース内の制御回路へ呼掛け信号を送信するなど、既存のケーブル配線上に実装されたワンワイヤバス通信方式を使用して、第2のデータ回路との間で情報を伝達することができる。このようにして、元来必要であり得る外科用装置の設計変更又は修正が最小化又は低減される。更に、様々な種類の通信が(周波数帯域分離を伴うか又は伴わないかのいずれかで)一般的な物理チャネルを介して実施され得るため、第2のデータ回路の存在は、必要なデータ読み取り機能を有しない発生器にとっては「不可視」であり、したがって、外科用装置器具の下位互換性を可能にすることができる。 In certain aspects, the second data circuit and second data circuit interface 2100 can be configured without the need to provide additional conductors for this purpose (eg, dedicated conductors of the cable connecting the handpiece to the generator 1100). It can be configured to enable communication between programmable logic 2000 and a second data circuit. In one aspect, a one-wire bus communication scheme implemented over existing cabling, e.g., one of the conductors used carries an interrogation signal from the signal conditioning circuitry 2020 to the control circuitry in the handpiece. can be used to communicate information to and from the second data circuit. In this manner, design changes or modifications to the surgical device that may otherwise be required are minimized or reduced. Furthermore, since various types of communication can be carried out over common physical channels (either with or without frequency band separation), the presence of the second data circuit reduces the necessary data reading It is "invisible" to non-functional generators, thus allowing backward compatibility of surgical device instruments.

特定の態様では、絶縁段階1520は、患者にDC電流が通電するのを防ぐために駆動信号出力部1600bに接続された少なくとも1つのブロッキングコンデンサ2960-1(図27C)を含むことができる。単一のブロッキングコンデンサは、例えば、医学的規制又は基準に準拠することが必要とされる場合がある。単一コンデンサ設計における故障は比較的稀であるが、それでもなおそのような故障は否定的な結果をもたらすおそれがある。一態様では、第2のブロッキングコンデンサ2960-2をブロッキングコンデンサ2960-1と直列に設けて、ブロッキングコンデンサ2960-1、2960-2の間の点からの電流漏れを、例えば、漏れ電流によって誘起された電圧をサンプリングするためのADC2980によって監視することができる。サンプルは、例えば、プログラム可能な論理機構2000によって受信され得る。漏れ電流(図26の態様で電圧サンプルによって示される)の変化に基づいて、発生器1100は、ブロッキングコンデンサ2960-1、2960-2のうちの少なくとも1つが故障したときを判定することができる。したがって、図26の態様は、単一の故障点を有する単一コンデンサ設計に対して利益を提供することができる。 In certain aspects, the isolation stage 1520 can include at least one blocking capacitor 2960-1 (FIG. 27C) connected to the drive signal output 1600b to prevent DC current from passing through the patient. A single blocking capacitor may, for example, be required to comply with medical regulations or standards. Although failures in single capacitor designs are relatively rare, such failures can nonetheless have negative consequences. In one aspect, a second blocking capacitor 2960-2 is provided in series with blocking capacitor 2960-1 to prevent current leakage from a point between blocking capacitors 2960-1, 2960-2, e.g. can be monitored by an ADC 2980 for sampling the applied voltage. The samples may be received by programmable logic 2000, for example. Based on changes in leakage current (indicated by voltage samples in the manner of FIG. 26), generator 1100 can determine when at least one of blocking capacitors 2960-1, 2960-2 has failed. Thus, the embodiment of FIG. 26 can provide benefits over single capacitor designs that have a single point of failure.

特定の態様では、非絶縁段階1540は、好適な電圧及び電流でDC電力を出力するための電源2110を備えることができる。電源は、例えば、48VDCシステム電圧を出力するための、400W電源を備えることができる。上述したように、電源2110は、電源の出力を受信して、発生器1100の様々な構成要素によって必要とされる電圧及び電流でDC出力を生成するための、1つ又は2つ以上のDC/DC電圧変換器2130を更に備えることができる。コントローラ1960と関連して上述したように、DC/DC電圧変換器2130のうちの1つ又は2つ以上は、ユーザによる「オン/オフ」入力装置2150の起動がコントローラ1960によって検出されたときにコントローラ1960から入力を受信し、DC/DC電圧変換器2130の動作又は起動を可能にしてもよい。 In certain aspects, the non-isolated stage 1540 can comprise a power supply 2110 for outputting DC power at a suitable voltage and current. The power supply may comprise, for example, a 400W power supply for outputting a 48VDC system voltage. As noted above, power supply 2110 includes one or more DC generators for receiving the output of the power supply and producing DC outputs at the voltages and currents required by the various components of generator 1100 . A /DC voltage converter 2130 may also be included. As described above in connection with controller 1960 , one or more of DC/DC voltage converters 2130 are switched off when user activation of “on/off” input device 2150 is detected by controller 1960 . Input may be received from controller 1960 to enable operation or activation of DC/DC voltage converter 2130 .

図28A~図28Bは、発生器1100の一態様の特定の機能的及び構造的態様を示す。電力変圧器1560の二次巻線1580から出力される電流及び電圧を示すフィードバックは、それぞれADC1780、1800によって受信される。示されるように、ADC1780、1800は、2チャネルADCとして実装することができ、また、駆動信号のオーバーサンプリング(例えば、およそ200倍のオーバーサンプリング)を可能にするように高速(例えば、80Msps)でフィードバック信号をサンプリングすることができる。電流及び電圧フィードバック信号は、ADC1780、1800による処理の前に、アナログ領域で適切に調整され得る(例えば、増幅、フィルタリング)。ADC1780、1800からの電流及び電圧フィードバックサンプルは、個別にバッファリングされ、その後、プログラム可能な論理機構1660のブロック2120内の単一データストリーム内に、多重化又はインターリーブされ得る。図28A~図28Bの態様では、プログラム可能な論理機構1660はFPGAを備える。 28A-28B illustrate certain functional and structural aspects of one aspect of generator 1100. FIG. Feedback indicative of the current and voltage output from secondary winding 1580 of power transformer 1560 is received by ADCs 1780, 1800, respectively. As shown, the ADCs 1780, 1800 can be implemented as 2-channel ADCs and are fast (e.g., 80 Msps) to allow oversampling of the drive signal (e.g., approximately 200x oversampling). A feedback signal can be sampled. Current and voltage feedback signals may be appropriately conditioned (eg, amplified, filtered) in the analog domain prior to processing by ADCs 1780, 1800. Current and voltage feedback samples from ADCs 1780 , 1800 may be individually buffered and then multiplexed or interleaved into a single data stream within block 2120 of programmable logic 1660 . In the embodiment of Figures 28A-28B, programmable logic 1660 comprises an FPGA.

多重化された電流及び電圧フィードバックサンプルは、プロセッサ1740のブロック2144内に実装される並列データ収集ポート(PDAP)によって受信され得る。PDAPは、多重化フィードバックサンプルとメモリアドレスを相関付けるための多くの方法のいずれかを実施するためのパッキングユニットを含むことができる。一態様では、例えば、プログラム可能な論理機構1660によって出力される特定のLUTサンプルに対応するフィードバックサンプルは、LUTサンプルのLUTアドレスと関連付けられるか又はインデックス付けされる1つ又は2つ以上のメモリアドレスで記憶され得る。別の態様では、プログラム可能な論理機構1660によって出力される特定のLUTサンプルに対応するフィードバックサンプルは、LUTサンプルのLUTアドレスと共に、共通の記憶場所で記憶され得る。いずれにせよ、フィードバックサンプルの特定のセットが由来するLUTサンプルのアドレスがその後確認され得るように、フィードバックサンプルは記憶され得る。上記のように、LUTサンプルアドレス及びフィードバックサンプルの同期が、このようにして、予歪みアルゴリズムの正確なタイミング及び安定性に寄与する。プロセッサ1740のブロック2166で実装されるダイレクトメモリアクセス(DMA)コントローラは、プロセッサ1740の指定された記憶場所2180(例えば、内部RAM)でフィードバックサンプル(及び適用可能な場合は任意のLUTサンプルアドレスデータ)を記憶することができる。 Multiplexed current and voltage feedback samples may be received by a parallel data acquisition port (PDAP) implemented within block 2144 of processor 1740 . A PDAP can include a packing unit to implement any of a number of methods for correlating multiplexed feedback samples and memory addresses. In one aspect, for example, the feedback samples corresponding to a particular LUT sample output by programmable logic 1660 are stored at one or more memory addresses associated or indexed with the LUT address of the LUT sample. can be stored with In another aspect, the feedback samples corresponding to a particular LUT sample output by programmable logic 1660 may be stored in a common memory location along with the LUT address of the LUT sample. In any event, the feedback samples can be stored so that the address of the LUT samples from which a particular set of feedback samples came can then be ascertained. Synchronization of the LUT sample addresses and feedback samples, as described above, thus contributes to the precise timing and stability of the predistortion algorithm. A direct memory access (DMA) controller implemented in block 2166 of processor 1740 sends the feedback samples (and any LUT sample address data, if applicable) in designated memory locations 2180 (e.g., internal RAM) of processor 1740. can be stored.

プロセッサ1740のブロック2200は、プログラム可能な論理機構1660に記憶されたLUTサンプルを、動的な進行中ベースで予め歪ませ、又は修正するために、予歪みアルゴリズムを実施することができる。上記のように、LUTサンプルの予歪みは、発生器1100の出力駆動回路に存在する様々な歪み源を補償することができる。予め歪ませたLUTサンプルはしたがって、駆動回路により処理される場合、超音波変換器を最適に駆動するために、所望の波形形状(例えば、正弦波)を有する駆動信号を生じる。 Block 2200 of processor 1740 can implement a pre-distortion algorithm to pre-distort or modify the LUT samples stored in programmable logic 1660 on a dynamic, ongoing basis. As noted above, predistortion of the LUT samples can compensate for various sources of distortion present in the output driver circuitry of generator 1100 . The pre-distorted LUT samples thus, when processed by the drive circuit, yield a drive signal having the desired waveform shape (eg, sinusoidal) to optimally drive the ultrasonic transducer.

予歪みアルゴリズムのブロック2220において、超音波変換器の動作ブランチを流れる電流が判定される。動作ブランチ電流は、例えば、記憶場所2180に記憶された電流及び電圧フィードバックサンプル(これは、好適にスケーリングされると、上記の図25のモデルのI及びVを表わし得る)、超音波変換器静電容量Cの値(測定されるか又は先験的に既知である)、及び駆動周波数の既知の値に基づき、キルヒホッフの電流則を使用して判定され得る。LUTサンプルと関連する、記憶された電流及び電圧フィードバックサンプルの各セットにおける、動作ブランチ電流サンプルが判定され得る。 At block 2220 of the predistortion algorithm, the current through the working branch of the ultrasound transducer is determined. The operating branch currents are, for example, current and voltage feedback samples stored in memory location 2180 (which, when scaled appropriately, may represent the I g and V g of the model of FIG. 25 above), ultrasonic transduction Based on the value of the device capacitance C0 (measured or known a priori) and the known value of the drive frequency, it can be determined using Kirchhoff's current law. An operating branch current sample may be determined for each set of stored current and voltage feedback samples associated with the LUT sample.

予歪みアルゴリズムのブロック2240では、ブロック2220で判定された各動作ブランチ電流サンプルは、所望の電流波形形状のサンプルと比較されて、比較されるサンプル間の差又はサンプル振幅誤差を判定する。この判定のために、電流波形形状のサンプルが、例えば、所望の電流波形形状の1サイクルに関する振幅サンプルを含む波形形状LUT2260から供給され得る。比較のために使用される、LUT2260からの所望の電流波形形状の特定のサンプルは、比較に使用される動作ブランチ電流サンプルと関連付けられたLUTサンプルアドレスによって決定され得る。したがって、動作ブランチ電流のブロック2240への入力は、その関連するLUTサンプルアドレスのブロック2240への入力と同期され得る。したがって、プログラム可能な論理機構1660に記憶されるLUTサンプルと、波形形状LUT2260に記憶されるLUTサンプルは、同等の数値であることができる。特定の態様では、波形形状LUT2260に記憶されたLUTサンプルによって表される所望の電流波形形状は、基本正弦波であることができる。他の波形形状が望ましい場合がある。例えば、横方向又は他の様式の有益な振動のために、少なくとも2つの機械的共振を駆動するための三次高調波などの他の波長における1つ又は2つ以上の他の駆動信号と重なり合った超音波変換器の主要な長手方向の運動を駆動するための、基本的な正弦波が使用され得ることが想到される。 At block 2240 of the predistortion algorithm, each operating branch current sample determined at block 2220 is compared to samples of the desired current waveform shape to determine the difference or sample amplitude error between the compared samples. For this determination, current waveform shape samples may be provided, for example, from a waveform shape LUT 2260 containing amplitude samples for one cycle of the desired current waveform shape. The particular sample of the desired current waveform shape from LUT 2260 used for comparison may be determined by the LUT sample address associated with the operating branch current sample used for comparison. Thus, the input to block 2240 of operation branch currents can be synchronized with the input to block 2240 of its associated LUT sample address. Therefore, the LUT samples stored in programmable logic 1660 and the LUT samples stored in waveform shape LUT 2260 can be of equivalent numerical value. In certain aspects, the desired current waveform shape represented by the LUT samples stored in waveform shape LUT 2260 can be a fundamental sine wave. Other corrugation shapes may be desirable. superimposed with one or more other drive signals at other wavelengths, such as the third harmonic to drive at least two mechanical resonances for lateral or other modes of beneficial vibration It is envisioned that a fundamental sine wave could be used to drive the primary longitudinal motion of the ultrasonic transducer.

ブロック2240で判定されるサンプル振幅誤差の各値は、その関連付けられたLUTアドレスの指標と共に、プログラム可能な論理機構1660のLUT(図28Aのブロック2280に示される)に伝達することができる。サンプル振幅誤差の値、及びその関連付けされたアドレス(並びに、任意により、先に受信された同じLUTアドレスに関するサンプル振幅誤差の値)に基づき、LUT2280(又はプログラム可能な論理機構1660の他の制御ブロック)は、LUTアドレスに記憶されるLUTサンプルの値を予め歪ませるか又は修正することができ、それによってサンプル振幅誤差は低減又は最小化される。LUTアドレスの全範囲にわたる反復的な方法での各LUTサンプルのそのような予歪み又は修正が、発生器の出力電流の波形形状を、波形形状LUT2260のサンプルによって表される所望の電流波形形状と一致又は適合させることは理解されよう。 Each value of sample amplitude error determined at block 2240, along with its associated LUT address index, can be communicated to the LUT of programmable logic 1660 (shown at block 2280 in FIG. 28A). Based on the sample amplitude error value and its associated address (and optionally the sample amplitude error value for the same previously received LUT address), LUT 2280 (or other control block of programmable logic 1660) ) can pre-distort or modify the values of the LUT samples stored at the LUT addresses, thereby reducing or minimizing the sample amplitude error. Such predistortion or modification of each LUT sample in an iterative manner over the range of LUT addresses causes the waveform shape of the generator's output current to match the desired current waveform shape represented by the samples of waveform shape LUT 2260. Matching or matching is understood.

電流及び電圧振幅測定値、電力測定値、及びインピーダンス測定値が、記憶場所2180に記憶される電流及び電圧フィードバックサンプルに基づいて、プロセッサ1740のブロック2300で判定され得る。これらの数値の判定の前に、フィードバックサンプルを適切にスケーリングして、特定の態様では、適切なフィルタ2320を通じて処理して、例えば、データ取得プロセスにより生じるノイズ及び誘発された高調波成分を除去することができる。フィルタリングされた電圧及び電流サンプルはしたがって、発生器の駆動出力信号の基本周波数を実質的に表し得る。特定の態様では、フィルタ2320は周波数領域において適用される有限インパルス応答(finite impulse response、FIR)フィルタであってよい。こうした態様は、出力駆動信号電流及び電圧信号の高速フーリエ変換(FFT)を使用することができる。特定の態様では、生じる周波数スペクトルは、追加的な発生器機能を提供するために使用することができる。一態様では、例えば、基本周波数成分に対する第2次及び/又は第3次高調波成分の比率を、診断指標として使用することができる。 Current and voltage amplitude measurements, power measurements, and impedance measurements may be determined at block 2300 of processor 1740 based on current and voltage feedback samples stored in memory location 2180 . Prior to determination of these values, the feedback samples are appropriately scaled and, in certain aspects, processed through a suitable filter 2320 to remove, for example, noise and induced harmonic content caused by the data acquisition process. be able to. The filtered voltage and current samples can thus substantially represent the fundamental frequency of the generator's drive output signal. In certain aspects, filter 2320 may be a finite impulse response (FIR) filter applied in the frequency domain. Such aspects may use a Fast Fourier Transform (FFT) of the output drive signal current and voltage signals. In certain aspects, the resulting frequency spectrum can be used to provide additional generator functionality. In one aspect, for example, the ratio of second and/or third harmonic components to fundamental frequency components can be used as a diagnostic index.

ブロック2340(図28B)では、駆動信号出力電流を表す測定値Irmsを生成するために、駆動信号のサイクルの整数を表す電流フィードバックサンプルのサンプルサイズに、二乗平均平方根(RMS)計算が適用され得る。 At block 2340 (FIG. 28B), a root mean square (RMS) calculation is applied to the sample size of the current feedback samples representing an integer number of cycles of the drive signal to produce a measurement I rms representing the drive signal output current. obtain.

ブロック2360では、駆動信号出力電圧を表す測定値Vrmsを判定するために、駆動信号のサイクルの整数を表す電圧フィードバックサンプルのサンプルサイズに、二乗平均平方根(RMS)計算が適用され得る。 At block 2360, a root mean square (RMS) calculation may be applied to the sample size of the voltage feedback samples representing an integer number of cycles of the drive signal to determine a measurement V rms representing the drive signal output voltage.

ブロック2380では、電流及び電圧フィードバックサンプルは逐一乗算されてもよく、平均計算が駆動信号のサイクルの整数を表すサンプルに適用されて、発生器の実際の出力電力の測定値Pが判定される。 At block 2380, the current and voltage feedback samples may be point-by-point multiplied, and an averaging calculation applied to samples representing an integer number of cycles of the drive signal to determine the generator's actual output power measurement Pr . .

ブロック2400では、発生器の皮相出力電力の測定値Pは、積Vrms・Irmsとして判定され得る。 At block 2400, the generator apparent output power measurement P a may be determined as the product V rms ·I rms .

ブロック2420では、負荷インピーダンスの大きさの測定値Zは、商Vrms/Irmsとして判定され得る。 At block 2420, the load impedance magnitude measurement Z m may be determined as the quotient V rms /I rms .

特定の態様では、ブロック2340、2360、2380、2400、及び2420において判定される数値Irms、Vrms、P、P、及びZは、多数の制御及び/又は診断プロセスのうちのいずれかを実施するために発生器1100により使用され得る。特定の態様では、これらの数値のいずれかを、例えば、発生器1100と一体の出力装置2140、又は発生器1100と接続された出力装置2140を介して、適切な通信インターフェース(例えば、USBインターフェース)を通じてユーザに伝達することができる。様々な診断プロセスとしては、例えば、ハンドピース一体性、器具一体性、器具取り付け一体性、器具オーバーロード、器具オーバーロード接近、周波数固定不良、過電圧状態、過電流状態、過電力状態、電圧感知不良、電流感知不良、可聴指標不良、視覚指標不良、短絡回路状態、電力供給不良、又はブロッキングコンデンサ不良が挙げられ得るが、これらに限定されない。 In certain aspects, the numerical values I rms , V rms , P r , P a , and Z m determined in blocks 2340, 2360, 2380, 2400, and 2420 are controlled by any of a number of control and/or diagnostic processes. can be used by generator 1100 to implement: In certain aspects, any of these values can be transmitted, for example, via an output device 2140 integral with the generator 1100 or connected to the generator 1100 via a suitable communication interface (eg, a USB interface). can be communicated to the user through Various diagnostic processes include, for example, handpiece integrity, instrument integrity, instrument mount integrity, instrument overload, instrument overload approaching, frequency locking failure, over voltage condition, over current condition, over power condition, voltage sensing failure. , current sensing failure, audible indication failure, visual indication failure, short circuit condition, power supply failure, or blocking capacitor failure.

プロセッサ1740のブロック2440は、発生器1100によって駆動される電気負荷(例えば、超音波変換器)のインピーダンス位相を判定及び制御するための位相制御アルゴリズムを実施することができる。上述のように、駆動信号の周波数を制御して、判定されたインピーダンス位相とインピーダンス位相設定値(例えば、0°)との間の差を最小化又は低減することによって、高調波歪みの影響を最小化又は低減し、位相測定の精度を向上させることができる。 Block 2440 of processor 1740 may implement a phase control algorithm to determine and control the impedance phase of an electrical load (eg, an ultrasonic transducer) driven by generator 1100 . As described above, the effects of harmonic distortion are reduced by controlling the frequency of the drive signal to minimize or reduce the difference between the determined impedance phase and the impedance phase setting (e.g., 0°). can be minimized or reduced to improve the accuracy of the phase measurement.

位相制御アルゴリズムは、記憶場所2180に記憶された電流及び電圧フィードバックサンプルを、入力として受信する。位相制御アルゴリズムでこれらを使用する前に、フィードバックサンプルが適切にスケーリングされ、特定の態様では、例えば、データ取得プロセス及び誘発された高調波成分から生じるノイズを除去するために、適切なフィルタ2460(フィルタ2320と同一でもよい)を通して処理されてもよい。フィルタリングされた電圧及び電流サンプルはしたがって、発生器の駆動出力信号の基本周波数を実質的に表し得る。 The phase control algorithm receives as input current and voltage feedback samples stored in memory location 2180 . Before using them in the phase control algorithm, the feedback samples are appropriately scaled and, in certain aspects, an appropriate filter 2460 ( may be processed through a filter 2320). The filtered voltage and current samples can thus substantially represent the fundamental frequency of the generator's drive output signal.

位相制御アルゴリズムのブロック2480で、超音波変換器の動作ブランチを流れる電流が判定される。この判定は、予歪みアルゴリズムのブロック2220と関連して上記で説明されたものと同一であってもよい。したがって、ブロック2480の出力は、LUTサンプルと関連する記憶された電流及び電圧フィードバックサンプルの各セットに関して、動作ブランチ電流サンプルであることができる。 At block 2480 of the phase control algorithm, the current through the working branch of the ultrasonic transducer is determined. This determination may be the same as described above in connection with block 2220 of the predistortion algorithm. Accordingly, the output of block 2480 can be an operating branch current sample for each set of stored current and voltage feedback samples associated with a LUT sample.

位相制御アルゴリズムのブロック2500では、インピーダンス位相は、ブロック2480で判定された動作ブランチ電流サンプル及び対応する電圧フィードバックサンプルの同期された入力に基づいて判定される。特定の態様では、インピーダンス位相は、波形の立ち上がりエッジで測定されたインピーダンス位相と波形の立ち下がりエッジで測定されたインピーダンス位相の平均として判定される。 At block 2500 of the phase control algorithm, the impedance phase is determined based on the synchronized inputs of the operating branch current samples determined at block 2480 and the corresponding voltage feedback samples. In certain aspects, the impedance phase is determined as the average of the impedance phase measured at the rising edge of the waveform and the impedance phase measured at the falling edge of the waveform.

位相制御アルゴリズムのブロック2520では、ブロック2220で判定されたインピーダンス位相の値は位相設定値2540と比較されて、比較される値の間の差異又は位相誤差が判定される。 At block 2520 of the phase control algorithm, the impedance phase value determined at block 2220 is compared to the phase setpoint 2540 to determine the difference or phase error between the compared values.

位相制御アルゴリズムのブロック2560(図28A)では、ブロック2520で判定された位相誤差の値、及びブロック2420で判定されたインピーダンスの大きさに基づいて、駆動信号の周波数を制御するための周波数出力が判定される。ブロック2500において判定されたインピーダンス位相を位相設定値(例えば、ゼロ位相誤差)に維持するため、周波数出力値は、ブロック2560によって連続的に調節されてDDS制御ブロック2680(後述)に転送され得る。特定の態様では、インピーダンス位相は、0°位相設定値に調節され得る。このようにして、なんらかの高調波歪み量があれば電圧波形の頂部周囲で中央に合わせられ、相インピーダンス決定の正確性を向上させる。 In block 2560 (FIG. 28A) of the phase control algorithm, based on the phase error value determined in block 2520 and the impedance magnitude determined in block 2420, the frequency output for controlling the frequency of the drive signal is determined. be judged. To maintain the impedance phase determined in block 2500 at the phase setpoint (e.g., zero phase error), the frequency output value may be continuously adjusted by block 2560 and forwarded to DDS control block 2680 (discussed below). In certain aspects, the impedance phase may be adjusted to a 0° phase setting. In this way, any amount of harmonic distortion is centered around the top of the voltage waveform, improving the accuracy of the phase impedance determination.

プロセッサ1740のブロック2580は、ユーザが指定する設定値に従って、又は発生器1100によって実施される他のプロセス若しくはアルゴリズムによって指定される要件に従って、駆動信号電流、電圧、及び電力を制御するために、駆動信号の電流振幅を変調するためのアルゴリズムを実施することができる。これらの数値の制御は、例えば、LUT2280のLUTサンプルのスケーリングによって、及び/又はDAC1860を介したDAC1680(電力増幅器1620に入力を供給する)のフルスケール出力電圧を調節することによって、実現することができる。ブロック2600(特定の態様では、PIDコントローラとして実装され得る)は、記憶場所2180から入力として電流フィードバックサンプル(適切にスケーリング及びフィルタリングされ得る)を受信することができる。電流フィードバックサンプルは、駆動信号が必要な電流を供給しているかどうかを判定するために、制御された変数(例えば、電流、電圧、又は電力)によって決定される「電流需要」I値と比較され得る。駆動信号電流が制御変数である態様では、電流需要Iは、電流設定値2620A(Isp)によって直接指定され得る。例えば、電流フィードバックデータのRMS値(ブロック2340で判定される)は、適切なコントローラ作用を判定するために、ユーザ指定のRMS電流設定値Ispと比較され得る。例えば、電流フィードバックデータが電流設定値Ispよりも低いRMS値を示す場合、LUTスケーリング及び/又はDAC1680のフルスケール出力電圧は、駆動信号電流が増加するようにブロック2600によって調節されてもよい。逆に、電流フィードバックデータが電流設定値Ispよりも高いRMS値を示す場合、ブロック2600は、駆動信号電流を低減させるように、LUTスケーリング及び/又はDAC1680のフルスケール出力電圧を調節してもよい。 Block 2580 of processor 1740 controls the drive signal current, voltage, and power according to user-specified settings or according to requirements specified by other processes or algorithms implemented by generator 1100 . Algorithms can be implemented to modulate the current amplitude of the signal. Control of these values can be achieved, for example, by scaling the LUT samples of LUT 2280 and/or by adjusting the full-scale output voltage of DAC 1680 (providing the input to power amplifier 1620) via DAC 1860. can. Block 2600 (which may be implemented as a PID controller in certain aspects) may receive current feedback samples (which may be appropriately scaled and filtered) from memory location 2180 as inputs. Current feedback samples are compared to a "current demand" Id value determined by a controlled variable (e.g., current, voltage, or power) to determine if the drive signal is delivering the required current. can be In aspects where the drive signal current is the controlled variable, the current demand I d may be specified directly by the current setpoint 2620A (I sp ). For example, the RMS value of the current feedback data (determined at block 2340) can be compared to the user-specified RMS current setpoint I sp to determine appropriate controller action. For example, if the current feedback data indicates an RMS value lower than the current setpoint Isp , the LUT scaling and/or full-scale output voltage of DAC 1680 may be adjusted by block 2600 such that the drive signal current is increased. Conversely, if the current feedback data indicates a higher RMS value than the current setpoint Isp , block 2600 may adjust the LUT scaling and/or the full-scale output voltage of DAC 1680 to reduce the drive signal current. good.

駆動信号電圧が制御変数である態様では、電流需要Iは、例えば、ブロック2420で測定された負荷インピーダンスの大きさZが与えられた場合に所望の電圧設定値2620B(Vsp)を維持するのに必要な電流に基づいて間接的に指定され得る(例えば、I=Vsp/Z)。同様に、駆動信号電力が制御変数である態様では、電流需要Iは、例えばブロック2360で測定された電圧Vrmsを与えられた場合に所望の電力設定値2620C(Psp)を維持するのに必要な電流に基づいて間接的に指定され得る(例えばI=Psp/Vrms)。 In aspects where the drive signal voltage is the controlled variable, the current demand I d maintains the desired voltage set point 2620B (V sp ) given the load impedance magnitude Z m measured at block 2420, for example. can be specified indirectly based on the current required to do so (eg, I d =V sp /Z m ). Similarly, in aspects where the drive signal power is the controlled variable, the current demand I d will maintain the desired power setpoint 2620C (P sp ) given the voltage V rms measured at block 2360, for example. can be indirectly specified based on the current required for (eg, I d =P sp /V rms ).

ブロック2680(図28A)は、LUT2280に記憶されたLUTサンプルを再呼び出しすることによって駆動信号を制御するために、DDS制御アルゴリズムを実施することができる。特定の態様では、DDS制御アルゴリズムは、ポイント(記憶場所)スキップ技術を使用して固定クロックレートで波形のサンプルを生成するための数値制御発振器(numerically-controlled oscillator、NCO)アルゴリズムであってよい。NCOアルゴリズムは、LUT2280からLUTサンプルを再呼び出しするためのアドレスポインタとして機能する、位相アキュムレータ、又は周波数/位相変換器を実装することができる。一態様では、位相アキュムレータは、Dステップサイズ、モジュロN位相アキュムレータであることができ、ここでDは周波数制御値を表す正の整数であり、NはLUT2280内のLUTサンプルの数である。例えば、D=1の周波数制御値により、例えば、位相アキュムレータにLUT2280の全てのアドレスを連続的に指定させ、LUT2280に記憶された波形を複製する波形出力を生じさせることができる。D>1である場合、位相アキュムレータは、LUT2280のアドレスをスキップして、より高い周波数を有する波形出力を生じさせることができる。これにより、DDS制御アルゴリズムによって生成される波形の周波数がしたがって、周波数制御値を適切に変化させることによって制御され得る。特定の態様では、周波数制御値は、ブロック2440で実施された位相制御アルゴリズムの出力に基づいて判定され得る。ブロック2680の出力は、DAC1680の入力を供給することができ、これが次に対応するアナログ信号を電力増幅器1620の入力に供給する。 Block 2680 (FIG. 28A) can implement a DDS control algorithm to control the drive signal by recalling the LUT samples stored in LUT 2280 . In certain aspects, the DDS control algorithm may be a numerically-controlled oscillator (NCO) algorithm for generating waveform samples at a fixed clock rate using point (memory location) skipping techniques. The NCO algorithm can implement a phase accumulator or frequency/phase converter that acts as an address pointer to recall LUT samples from LUT 2280 . In one aspect, the phase accumulator can be a D step size, modulo-N phase accumulator, where D is a positive integer representing the frequency control value and N is the number of LUT samples in LUT 2280 . For example, a frequency control value of D=1 may, for example, cause the phase accumulator to sequentially address all addresses of LUT 2280 to produce a waveform output replicating the waveform stored in LUT 2280 . If D>1, the phase accumulator can skip addresses in LUT 2280 to produce waveform outputs with higher frequencies. Thereby, the frequency of the waveform generated by the DDS control algorithm can therefore be controlled by appropriately varying the frequency control value. In certain aspects, the frequency control value may be determined based on the output of the phase control algorithm implemented at block 2440. The output of block 2680 can provide the input of DAC 1680 which in turn provides a corresponding analog signal to the input of power amplifier 1620 .

プロセッサ1740のブロック2700は、増幅されている信号の波形エンベロープに基づいて電力増幅器1620のレール電圧を動的に変調し、それによって電力増幅器1620の効率を改善するための、スイッチモード変換器制御アルゴリズムを実施することができる。特定の態様では、波形エンベロープの特性は、電力増幅器1620に含まれる1つ又は2つ以上の信号を監視することによって判定することができる。一態様では、例えば、波形エンベロープの特性は、増幅信号のエンベロープに従って変調されるドレイン電圧(例えば、MOSFETドレイン電圧)の最小値を監視することによって判定することができる。最小電圧信号は、例えば、ドレイン電圧に結合された電圧最小検出器によって生成され得る。最小電圧信号は、ADC1760よってサンプリングされ、出力最小電圧サンプルは、スイッチモード変換器制御アルゴリズムのブロック2720で受信されてもよい。最小電圧サンプルの値に基づき、ブロック2740は、PWM発生器2760によって出力されるPWM信号を制御してもよく、これが続いて、スイッチモードレギュレータ1700によって電力増幅器1620に供給されるレール電圧を制御する。特定の態様では、最小電圧サンプルの値がブロック2720に入力される最小ターゲット2780未満である限り、レール電圧は、最小電圧サンプルによって特徴付けられる波形エンベロープに従って変調され得る。例えば、最小電圧サンプルが低いエンベロープ電力レベルを示すときは、ブロック2740によって低いレール電圧が電力増幅器1620に供給され、完全なレール電圧は、最小電圧サンプルが最大エンベロープ電力レベルを示すときにのみ供給されてもよい。最小電圧サンプルが最小ターゲット2780を下回るときは、ブロック2740によって、レール電圧が電力増幅器1620の適切な動作を確実にするのに好適な最小値に維持されてもよい。 Block 2700 of processor 1740 implements a switch mode converter control algorithm for dynamically modulating the rail voltage of power amplifier 1620 based on the waveform envelope of the signal being amplified, thereby improving the efficiency of power amplifier 1620. can be implemented. In certain aspects, characteristics of the waveform envelope can be determined by monitoring one or more signals included in power amplifier 1620 . In one aspect, for example, the characteristics of the waveform envelope can be determined by monitoring the minimum value of the drain voltage (eg, MOSFET drain voltage) that is modulated according to the envelope of the amplified signal. A minimum voltage signal may be generated, for example, by a voltage minimum detector coupled to the drain voltage. The minimum voltage signal is sampled by ADC 1760 and the output minimum voltage sample may be received at block 2720 of the switch mode converter control algorithm. Based on the value of the minimum voltage sample, block 2740 may control the PWM signal output by PWM generator 2760, which in turn controls the rail voltage supplied by switch mode regulator 1700 to power amplifier 1620. . In certain aspects, as long as the value of the minimum voltage sample is less than the minimum target 2780 input to block 2720, the rail voltage may be modulated according to the waveform envelope characterized by the minimum voltage sample. For example, when the minimum voltage sample indicates a low envelope power level, a low rail voltage is provided to power amplifier 1620 by block 2740, and the full rail voltage is provided only when the minimum voltage sample indicates a maximum envelope power level. may When the minimum voltage sample is below minimum target 2780 , block 2740 may maintain the rail voltage at a suitable minimum value to ensure proper operation of power amplifier 1620 .

図29は、本開示の少なくとも1つの態様による、超音波変換器1120などの超音波変換器を駆動するのに好適な電気回路2900の一態様の回路図である。電気回路2900は、アナログマルチプレクサ2980を備える。アナログマルチプレクサ2980は、超音波、電池、及び電力制御回路などの上流チャネルSCL-A、SDA-Aからの様々な信号を多重化する。電流センサ2982は、電源回路の戻り又は接地区間と直列に結合され、電源によって供給される電流を測定する。電界効果トランジスタ(FET)温度センサ2984は、周囲温度を提供する。パルス幅変調(PWM)ウォッチドッグタイマー2988は、主プログラムが定期的なシステムリセットの提供を怠る場合にシステムリセットを自動的に生じさせる。これは、ソフトウェア又はハードウェア障害のために電気回路2900がハングアップ又はフリーズした場合に、電気回路2900を自動的にリセットするように設けられている。電気回路2900は、超音波変換器を駆動するため、又は、例えば、図34に示す電気回路3600などのRF電極を駆動するためのRFドライバ回路として構成され得ることが理解されるであろう。したがって、ここで図29を再び参照すると、電気回路2900を使用して、超音波変換器及びRF電極の両方を交互に駆動することができる。同時に駆動する場合、超音波波形又はRF波形のいずれかを選択するように、対応する第1段階回路3404(図32)内にフィルタ回路を設けてもよい。かかるフィルタリング技術は、共同所有の米国特許出願公開第US-2017-0086910-A1号、名称「TECHNIQUES FOR CIRCUIT TOPOLOGIES FOR COMBINED GENERATOR」に記載されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。 FIG. 29 is a circuit diagram of one aspect of an electrical circuit 2900 suitable for driving an ultrasound transducer, such as ultrasound transducer 1120, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. Electrical circuit 2900 comprises analog multiplexer 2980 . Analog multiplexer 2980 multiplexes various signals from upstream channels SCL-A, SDA-A such as ultrasound, battery, and power control circuitry. A current sensor 2982 is coupled in series with the return or ground leg of the power supply circuit to measure the current supplied by the power supply. A field effect transistor (FET) temperature sensor 2984 provides the ambient temperature. A pulse width modulation (PWM) watchdog timer 2988 automatically causes system resets if the main program fails to provide periodic system resets. This is provided to automatically reset the electrical circuit 2900 if the electrical circuit 2900 hangs or freezes due to a software or hardware failure. It will be appreciated that the electrical circuit 2900 may be configured as an RF driver circuit for driving an ultrasound transducer or for driving an RF electrode such as the electrical circuit 3600 shown in FIG. 34, for example. Thus, referring now again to FIG. 29, an electrical circuit 2900 can be used to alternately drive both the ultrasonic transducer and the RF electrodes. A filter circuit may be provided in the corresponding first stage circuit 3404 (FIG. 32) to select either the ultrasound waveform or the RF waveform when driven simultaneously. Such filtering techniques are described in commonly owned US Patent Application Publication No. US-2017-0086910-A1, entitled "TECHNIQUES FOR CIRCUIT TOPOLOGIES FOR COMBINED GENERATOR," which is incorporated herein by reference in its entirety.

駆動回路2986は、左右の超音波エネルギー出力を提供する。信号波形を表すデジタル信号は、制御回路3200(図30)などの制御回路からアナログマルチプレクサ2980のSCL-A、SDA-A入力に供給される。デジタル/アナログ変換器2990(DAC)は、デジタル入力をアナログ出力に変換して、発振器2994に結合されたPWM回路2992を駆動する。PWM回路2992は、第1のトランジスタ出力段階2998aに結合された第1のゲート駆動回路2996aに第1の信号を提供して、第1の超音波(左側)エネルギー出力を駆動する。PWM回路2992はまた、第2のトランジスタ出力段階2998bに結合された第2のゲート駆動回路2996bに第2の信号を提供して、第2の超音波(右側)エネルギー出力を駆動する。電圧センサ2999は、出力電圧を測定するために超音波左/右出力端子間に結合される。駆動回路2986、第1の駆動回路2996a及び第2の駆動回路2996b、並びに第1のトランジスタ出力段階2998a及び第2のトランジスタ出力段階2998bは、第1段階増幅器回路を画定する。動作中、制御回路3200(図30)は、直接デジタル合成(DDS)回路4100、4200(図35及び図36)などの回路を用いてデジタル波形4300(図37)を生成する。DAC2990は、デジタル波形4300を受信し、それをアナログ波形に変換し、これが第1段階増幅器回路によって受信及び増幅される。 A drive circuit 2986 provides left and right ultrasonic energy outputs. Digital signals representing signal waveforms are provided to the SCL-A, SDA-A inputs of analog multiplexer 2980 from a control circuit such as control circuit 3200 (FIG. 30). A digital-to-analog converter 2990 (DAC) converts a digital input to an analog output to drive a PWM circuit 2992 coupled to oscillator 2994 . A PWM circuit 2992 provides a first signal to a first gate drive circuit 2996a coupled to a first transistor output stage 2998a to drive a first ultrasonic (left) energy output. The PWM circuit 2992 also provides a second signal to a second gate drive circuit 2996b coupled to a second transistor output stage 2998b to drive a second ultrasonic (right) energy output. A voltage sensor 2999 is coupled across the ultrasound left/right output terminals to measure the output voltage. Driver circuit 2986, first driver circuit 2996a and second driver circuit 2996b, and first transistor output stage 2998a and second transistor output stage 2998b define a first stage amplifier circuit. In operation, control circuit 3200 (Fig. 30) generates digital waveform 4300 (Fig. 37) using circuits such as direct digital synthesis (DDS) circuits 4100, 4200 (Figs. 35 and 36). DAC 2990 receives digital waveform 4300 and converts it to an analog waveform, which is received and amplified by the first stage amplifier circuit.

図30は、本開示の少なくとも1つの態様による、制御回路3212などの制御回路3200の回路図である。制御回路3200は、電池アセンブリのハウジング内に位置する。電池アセンブリは、様々な局所電源3215のためのエネルギー源である。制御回路は、例えば、出力SCL-A及びSDA-A、SCL-B及びSDA-B、SCL-C及びSDA-Cによって、インターフェースマスタ3218を介して様々な下流回路に結合された主プロセッサ3214を備える。一態様では、インターフェースマスタ3218は、ICシリアルインターフェースなどの汎用シリアルインターフェースである。主プロセッサ3214はまた、汎用入出力(general purposes input/output、GPIO)3220を介してスイッチ3224を、ディスプレイ3226(例えば、及びLCDディスプレイ)を、及びGPIO3222を介して様々なインジケータ3228を駆動するように構成される。ウォッチドッグプロセッサ3216は、主プロセッサ3214を制御するために設けられている。スイッチ3230は、電池アセンブリを外科用器具のハンドルアセンブリに挿入したときに制御回路3212を起動させるように、電池3211と直列に設けられている。 FIG. 30 is a circuit diagram of a control circuit 3200, such as control circuit 3212, in accordance with at least one aspect of the disclosure. Control circuitry 3200 is located within the housing of the battery assembly. The battery assembly is the energy source for various local power sources 3215 . The control circuit provides main processor 3214 coupled to various downstream circuits via interface master 3218 by outputs SCL-A and SDA-A, SCL-B and SDA-B, SCL-C and SDA-C, for example. Prepare. In one aspect, interface master 3218 is a universal serial interface, such as an I2C serial interface. Main processor 3214 also drives switch 3224 via general purpose input/output (GPIO) 3220 , display 3226 (eg, and LCD display), and various indicators 3228 via GPIO 3222 . configured to A watchdog processor 3216 is provided to control the main processor 3214 . A switch 3230 is provided in series with the battery 3211 to activate the control circuit 3212 when the battery assembly is inserted into the handle assembly of the surgical instrument.

一態様では、主プロセッサ3214は、出力端子SCL-A、SDA-Aによって電気回路2900(図29)に結合されている。主プロセッサ3214は、例えば、超音波変換器1120を駆動するために電気回路2900に伝送されるデジタル化駆動信号又は波形のテーブルを記憶するためのメモリを備える。他の態様では、主プロセッサ3214は、デジタル波形を生成して、それを電気回路2900に伝送し得るか、又は後で電気回路2900へと伝送するためにデジタル波形を記憶し得る。主プロセッサ3214はまた、出力端子SCL-B、SDA-BによってRF駆動を、及び出力端子SCL-C、SDA-Cによって様々なセンサ(例えば、ホール効果センサ、磁気粘性流体(MRF)センサなど)を提供してもよい。一態様では、主プロセッサ3214は、適切なソフトウェア及びユーザインターフェース機能を可能にするために、超音波駆動回路及び/又はRF駆動回路の存在を感知するように構成される。 In one aspect, main processor 3214 is coupled to electrical circuit 2900 (FIG. 29) by output terminals SCL-A, SDA-A. Main processor 3214 includes memory for storing, for example, a table of digitized drive signals or waveforms that are transmitted to electrical circuitry 2900 to drive ultrasonic transducer 1120 . In other aspects, main processor 3214 may generate a digital waveform and transmit it to electrical circuit 2900 or may store the digital waveform for later transmission to electrical circuit 2900 . Main processor 3214 also provides RF drive via output terminals SCL-B, SDA-B and various sensors (eg, Hall effect sensors, magneto-rheological fluid (MRF) sensors, etc.) via output terminals SCL-C, SDA-C. may be provided. In one aspect, the main processor 3214 is configured to sense the presence of ultrasound and/or RF drive circuitry to enable appropriate software and user interface functionality.

一態様では、主プロセッサ3214は、例えば、Texas Instrumentsから入手可能なLM 4F230H5QRであってもよい。少なくとも一例では、Texas InstrumentsのLM4F230H5QRは、製品データシートから容易に入手可能な機構の中でもとりわけ、最大40MHzの256KBのシングルサイクルフラッシュメモリ若しくは他の不揮発性メモリのオンチップメモリ、性能を40MHz超に改善するためのプリフェッチバッファ、32KBのシングルサイクルシリアルランダムアクセスメモリ(SRAM)、StellarisWare(登録商標)ソフトウェアを搭載した内部読み出し専用メモリ(ROM)、2KBの電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ(EEPROM)、1つ又は2つ以上のパルス幅変調(PWM)モジュール、1つ又は2つ以上の直交エンコーダ入力(QED)アナログ、12個のアナログ入力チャネルを備える1つ又は2つ以上の12ビットアナログ-デジタル変換器(ADC)を含むARM Cortex-M4Fプロセッサコアである。他のプロセッサが容易に代用されてもよく、したがって、本開示は、この文脈に限定されるべきではない。 In one aspect, main processor 3214 may be, for example, an LM 4F230H5QR available from Texas Instruments. In at least one example, Texas Instruments' LM4F230H5QR has on-chip memory of 256 KB of single-cycle flash memory or other non-volatile memory up to 40 MHz, among other features readily available from product datasheets, improving performance beyond 40 MHz. 32 KB single-cycle serial random access memory (SRAM), internal read-only memory (ROM) with StellarisWare® software, 2 KB electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), 1 One or more pulse width modulation (PWM) modules, one or more quadrature encoder input (QED) analog, one or more 12-bit analog-to-digital conversion with 12 analog input channels ARM Cortex-M4F processor core, including ADC. Other processors may be readily substituted, and thus the disclosure should not be limited in this context.

図31は、本開示の少なくとも1つの態様による、モジュール式超音波外科用器具3334内に収容される別の電気回路3300を示す、簡略化したブロック回路図を示す。電気回路3300は、プロセッサ3302、クロック3330、メモリ3326、電源3304(例えば、電池)、酸化金属半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)電源スイッチなどのスイッチ3306、駆動回路3308(PLL)、変圧器3310、信号平滑化回路3312(整合回路とも呼ばれ、例えば、タンク回路であり得る)、感知回路3314、変換器1120、及び本明細書では単に導波管とも称され得る、超音波ブレード(例えば超音波ブレード1128、1149)で終端する超音波伝送導波管を備えるシャフトアセンブリ(例えばシャフトアセンブリ1126、1129)を含む。 FIG. 31 shows a simplified block circuit diagram showing another electrical circuit 3300 housed within a modular ultrasonic surgical instrument 3334, according to at least one aspect of the present disclosure. The electrical circuit 3300 includes a processor 3302, a clock 3330, a memory 3326, a power source 3304 (eg, a battery), a switch 3306 such as a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) power switch, a drive circuit 3308 (PLL), a transformer 3310, a signal A smoothing circuit 3312 (also called a matching circuit, which can be, for example, a tank circuit), a sensing circuit 3314, a transducer 1120, and an ultrasonic blade (e.g., an ultrasonic blade 1128, 1149) with ultrasonic transmission waveguides (eg, shaft assemblies 1126, 1129).

高電圧(120VAC)入力電力への依存性(一般的な超音波切断装置の特性)を断つ本開示の1つの特徴は、波形成プロセスの全体にわたる低電圧スイッチングの利用及び変圧器の段階の直前に限った駆動信号の増幅である。この理由のため、本開示の一態様では、電力は、ハンドルアセンブリ内にいずれかを適合させるのに十分に小さい電池又は電池群からのみ導出される。最新技術の電池技術は、高さ及び幅が数センチメートル、奥行きが数ミリメートルの強力な電池を提供する。本開示の特徴を組み合わせて、自己完結型及び自己動力式超音波装置を提供することによって、製造コストの低減を達成することができる。 One feature of the present disclosure that breaks the dependency on high voltage (120 VAC) input power (a characteristic of typical ultrasonic cutting equipment) is the use of low voltage switching throughout the wave forming process and just prior to the transformer stage. is the amplification of the drive signal limited to For this reason, in one aspect of the present disclosure, power is derived only from a battery or batteries small enough to fit either within the handle assembly. State-of-the-art battery technology provides powerful batteries that are several centimeters in height and width and several millimeters in depth. Reduced manufacturing costs can be achieved by combining features of the present disclosure to provide a self-contained and self-powered ultrasound system.

電源3304の出力は、プロセッサ3302に供給されて電力を供給する。プロセッサ3302は、信号を受信及び出力し、また、以下に説明するように、プロセッサ3302によって実行されるカスタム論理に従って、又はコンピュータプログラムに従って機能する。上述したように、電気回路3300はまた、コンピュータ可読命令及びデータを記憶するメモリ3326、好ましくはランダムアクセスメモリ(RAM)を含むことができる。 The output of power supply 3304 is provided to power processor 3302 . Processor 3302 receives and outputs signals and functions according to custom logic executed by processor 3302 or according to computer programs, as described below. As noted above, electrical circuit 3300 may also include memory 3326, preferably random access memory (RAM), for storing computer readable instructions and data.

電源3304の出力はまた、プロセッサ3302によって制御されるデューティサイクルを有するスイッチ3306に向けられる。スイッチ3306のオン時間を制御することにより、プロセッサ3302は、最終的に変換器1120に送達される総電力量を決定することができる。一態様では、スイッチ3306はMOSFETであるが、他のスイッチ及びスイッチング構成も同様に適応可能である。スイッチ3306の出力は、例えば、位相検出位相同期ループ(PLL)及び/又はローパスフィルタ及び/又は電圧制御発振器を含む駆動回路3308に供給される。スイッチ3306の出力は、プロセッサ3302によってサンプリングされ、出力信号の電圧及び電流(それぞれVIN及びIIN)を判定する。これらの値は、スイッチ3306のパルス幅変調を調整するためにフィードバックアーキテクチャで使用される。例えば、スイッチ3306のデューティサイクルは、スイッチ3306からの所望される、かつ実際の出力に応じて約20%~約80%まで変化し得る。 The output of power supply 3304 is also directed to switch 3306 with a duty cycle controlled by processor 3302 . By controlling the ON time of switch 3306 , processor 3302 can determine the total amount of power that will ultimately be delivered to converter 1120 . In one aspect, switch 3306 is a MOSFET, although other switch and switching configurations are equally applicable. The output of switch 3306 is provided to drive circuitry 3308 which includes, for example, a phase detection phase locked loop (PLL) and/or a low pass filter and/or a voltage controlled oscillator. The output of switch 3306 is sampled by processor 3302 to determine the voltage and current of the output signal (V IN and I IN respectively). These values are used in the feedback architecture to adjust the pulse width modulation of switch 3306 . For example, the duty cycle of switch 3306 can vary from about 20% to about 80% depending on the desired and actual output from switch 3306.

スイッチ3306からの信号を受信する駆動回路3308は、スイッチ3306の出力を超音波周波数、例えば55kHz(VCO)を有する電気信号に変換する発振回路を含む。上述のように、この超音波波形の平滑化バージョンが、最終的に超音波変換器1120に供給されて、超音波伝送導波管に沿って共振正弦波を生成する。 A drive circuit 3308 that receives the signal from switch 3306 includes an oscillator circuit that converts the output of switch 3306 to an electrical signal having an ultrasonic frequency, eg, 55 kHz (VCO). As described above, a smoothed version of this ultrasonic waveform is ultimately fed to ultrasonic transducer 1120 to produce a resonant sine wave along the ultrasonic transmission waveguide.

駆動回路3308の出力には、低電圧信号(複数可)をより高い電圧に昇圧させることができる変圧器3310がある。現在まで超音波切断及び焼灼装置では不可能であったことだが、変圧器3310の前に、低(例えば、電池駆動)電圧で上流スイッチングが実施されることに注意されたい。これは、装置が、低オン抵抗MOSFETスイッチング装置を有利に使用するという事実に少なくとも部分的に起因する。低オン抵抗MOSFETスイッチは、従来のMOSFET装置よりも低いスイッチング損失及び少ない熱を生じ、より高い電流を通過させることができるため有利である。したがって、スイッチング段階(プレトランスフォーマ)は、低電圧/高電流として特徴付けられ得る。増幅器MOSFET(複数可)のより低いオン抵抗を保証するために、MOSFET(複数可)は、例えば10Vで稼働される。そのような場合、別個の10VDC電源を使用して、MOSFETゲートに供給することができ、MOSFETが完全にオンであり、合理的に低いオン抵抗が達成されることを保証する。本開示の一態様では、変圧器3310は、電池電圧を120Vの二乗平均平方根(RMS)に昇圧させる。変圧器は、当該技術分野で既知であるため、ここでは詳細に説明されていない。 At the output of drive circuit 3308 is a transformer 3310 that can step up the low voltage signal(s) to a higher voltage. Note that upstream switching is performed at a low (eg, battery-powered) voltage before transformer 3310, which has not been possible with ultrasonic cutting and cautery devices to date. This is due, at least in part, to the fact that the device advantageously uses low on-resistance MOSFET switching devices. A low on-resistance MOSFET switch is advantageous because it produces lower switching losses and less heat than conventional MOSFET devices and can pass higher currents. Therefore, the switching stage (pre-transformer) can be characterized as low voltage/high current. To ensure a lower on-resistance of the amplifier MOSFET(s), the MOSFET(s) are operated at 10V, for example. In such cases, a separate 10VDC power supply can be used to supply the MOSFET gates, ensuring that the MOSFETs are fully on and reasonably low on-resistance is achieved. In one aspect of the present disclosure, transformer 3310 steps up the battery voltage to a root mean square (RMS) of 120V. Transformers are known in the art and are not described in detail here.

記載の回路構成において、回路構成要素の劣化は、回路の回路性能に負の影響を及ぼし得る。構成要素の性能に直接影響する1つの要因は熱である。既知の回路は、一般にスイッチング温度(例えば、MOSFET温度)を監視する。しかしながら、MOSFET設計における技術的進歩及び対応するサイズの低減により、MOSFET温度は、もはや回路負荷及び熱の有効なインジケータではない。このため、本開示の少なくとも1つの態様によると、感知回路3314は変圧器3310の温度を感知する。変圧器3310は装置の使用中にその最高温度又はその至近で稼働されるため、この温度感知は有利である。追加の温度は、コア材料、例えばフェライトを破壊することになり、永久的な損傷が起こり得る。本開示は、例えば、変圧器3310内の駆動電力を低減すること、ユーザに信号伝達すること、電源をオフにすること、電力をパルスすること、又は他の適切な応答によって、変圧器3310の最高温度に応答することができる。 In the circuit configurations described, degradation of circuit components can negatively affect the circuit performance of the circuit. One factor that directly affects component performance is heat. Known circuits commonly monitor the switching temperature (eg MOSFET temperature). However, with technological advances in MOSFET design and corresponding size reductions, MOSFET temperature is no longer a valid indicator of circuit load and heat. Thus, according to at least one aspect of the present disclosure, sensing circuit 3314 senses the temperature of transformer 3310 . This temperature sensing is advantageous because the transformer 3310 is operated at or near its maximum temperature during use of the device. The additional temperature will destroy the core material, eg ferrite, and permanent damage can occur. The present disclosure provides for reducing transformer 3310 power by, for example, reducing drive power within transformer 3310, signaling a user, turning power off, pulsing power, or other suitable response. It can respond to the highest temperature.

本開示の一態様では、プロセッサ3302は、エンドエフェクタ(例えば1122、1125)に通信可能に結合され、エンドエフェクタは、材料を超音波ブレード(例えば1128、1149)と物理的に接触するように配置するために使用される。エンドエフェクタにおいて、クランプ力値(既知の範囲内に存在する)を測定するセンサが提供され、受信されたクランプ力値に基づいて、プロセッサ3302は、動作電圧Vを変化させる。設定された動作速度と組み合わされた高い力値は高いブレード温度をもたらし得るため、温度センサ3332は、プロセッサ3302に通信可能に結合されてもよく、ここでプロセッサ3302は、温度センサ3336からブレードの現在温度を示す信号を受信して解釈し、かつ受信した温度に基づいてブレード運動のターゲット周波数を決定するように動作可能である。別の態様では、歪みゲージ又は圧力センサなどの力センサは、トリガ(例えば1143、1147)に結合されて、ユーザによってトリガに加えられる力を測定することができる。別の態様では、ユーザによってスイッチボタンに加えられた力に変位強度が対応するように、歪みゲージ又は圧力センサなどの力センサがスイッチボタンに結合されてもよい。 In one aspect of the present disclosure, the processor 3302 is communicatively coupled to an end effector (eg, 1122, 1125) that places the material in physical contact with the ultrasonic blade (eg, 1128, 1149). used to A sensor is provided at the end effector to measure a clamping force value (which lies within a known range), and based on the received clamping force value, the processor 3302 changes the operating voltage V M . A temperature sensor 3332 may be communicatively coupled to the processor 3302, where the processor 3302 receives information from the temperature sensor 3336 of the blade because high force values combined with the set operating speed may result in high blade temperatures. It is operable to receive and interpret a signal indicative of the current temperature and determine a target frequency of blade motion based on the received temperature. In another aspect, force sensors, such as strain gauges or pressure sensors, can be coupled to the triggers (eg, 1143, 1147) to measure force applied to the triggers by the user. Alternatively, a force sensor, such as a strain gauge or pressure sensor, may be coupled to the switch button such that the displacement magnitude corresponds to the force applied to the switch button by the user.

本開示の少なくとも1つの態様によると、プロセッサ3302に結合された駆動回路3308のPLL部分は、導波管運動の周波数を決定し、その周波数をプロセッサ3302に伝達することができる。プロセッサ3302は、装置がオフにされたときに、この周波数値をメモリ3326に記憶する。クロック3330を読み取ることによって、プロセッサ3302は、装置がシャットオフされた後の経過時間を判定し、経過時間が所定の値未満である場合は、導波管運動の最後の周波数を読み出すことができる。次いで、装置は、推定可能に現在の負荷に対して最適な周波数である最後の周波数で起動することができる。 According to at least one aspect of the present disclosure, a PLL portion of drive circuitry 3308 coupled to processor 3302 can determine the frequency of waveguide motion and communicate that frequency to processor 3302 . Processor 3302 stores this frequency value in memory 3326 when the device is turned off. By reading the clock 3330, the processor 3302 can determine the elapsed time after the device has been shut off, and if the elapsed time is less than a predetermined value, read the last frequency of waveguide motion. . The device can then start at the last frequency, which is presumably the optimum frequency for the current load.

多段階発生器回路を備えるモジュール式電池駆動ハンドヘルド外科用器具
別の態様では、本開示は、多段階発生器回路を備えるモジュール式電池駆動ハンドヘルド外科用器具を提供する。電池アセンブリ、ハンドルアセンブリ、及びシャフトアセンブリを含む外科用器具が開示され、電池アセンブリ及びシャフトアセンブリは、ハンドルアセンブリと機械的及び電気的に接続するように構成されている。電池アセンブリは、デジタル波形を生成するように構成された制御回路を含む。ハンドルアセンブリは、デジタル波形を受信し、デジタル波形をアナログ波形に変換し、アナログ波形を増幅するように構成された第1段階回路を含む。シャフトアセンブリは、アナログ波形を受信、増幅して、負荷装置に適用するために、第1段階回路と結合した第2段階回路を含む。
Modular Battery-Powered Handheld Surgical Instrument with Multi-Stage Generator Circuit In another aspect, the present disclosure provides a modular battery-powered handheld surgical instrument with a multi-stage generator circuit. A surgical instrument is disclosed that includes a battery assembly, a handle assembly, and a shaft assembly, the battery assembly and the shaft assembly configured to mechanically and electrically connect with the handle assembly. The battery assembly includes control circuitry configured to generate a digital waveform. The handle assembly includes first stage circuitry configured to receive the digital waveform, convert the digital waveform to an analog waveform, and amplify the analog waveform. The shaft assembly includes a second stage circuit coupled with the first stage circuit for receiving, amplifying and applying the analog waveform to the load device.

一態様では、本開示は、電池を含む制御回路、電池に結合したメモリ、並びにメモリ及び電池に結合したプロセッサを含む電池アセンブリであって、プロセッサがデジタル波形を生成するように構成された、電池アセンブリと、プロセッサと結合した第1段階回路を含むハンドルアセンブリであって、第1段階回路はデジタル/アナログ(DAC)変換器及び第1段階増幅器回路を含み、DACはデジタル波形を受信してデジタル波形をアナログ波形に変換するように構成され、第1段階増幅器回路はアナログ波形を受信して増幅するように構成された、ハンドルアセンブリと、アナログ波形を受信し、アナログ波形を増幅し、アナログ波形を負荷装置に適用するために、第1段階増幅器回路に結合した第2段階回路を含むシャフトアセンブリとを備え、電池アセンブリ及びシャフトアセンブリは、ハンドルアセンブリと機械的及び電気的に接続するように構成されている、外科用器具を提供する。 In one aspect, the present disclosure is a battery assembly including a control circuit including a battery, memory coupled to the battery, and a processor coupled to the memory and the battery, wherein the processor is configured to generate a digital waveform. and a first stage circuit coupled to the processor, the first stage circuit including a digital-to-analog (DAC) converter and a first stage amplifier circuit, the DAC receiving a digital waveform and converting it to a digital a handle assembly configured to convert a waveform to an analog waveform, the first stage amplifier circuit configured to receive and amplify the analog waveform; to a load device, the shaft assembly including a second stage circuit coupled to the first stage amplifier circuit, the battery assembly and the shaft assembly configured to mechanically and electrically connect with the handle assembly. provides a surgical instrument.

負荷装置は、超音波変換器、電極、若しくはセンサ、又はこれらの任意の組み合わせのうちのいずれか1つを含んでもよい。第1段階回路は、第1段階超音波駆動回路及び第1段階高周波電流駆動回路を備えてもよい。制御回路は、第1段階超音波駆動回路及び第1段階高周波電流駆動回路を個別に又は同時に駆動するように構成され得る。第1段階超音波駆動回路は、第2段階超音波駆動回路に結合するように構成されてもよい。第2段階超音波駆動回路は、超音波変換器と結合するように構成されてもよい。第1段階高周波電流駆動回路は、第2段階高周波駆動回路に結合するように構成されてもよい。第2段階高周波駆動回路は、電極に結合するように構成されてもよい。 The loading device may include any one of an ultrasonic transducer, electrodes, or sensors, or any combination thereof. The first stage circuit may comprise a first stage ultrasonic driver circuit and a first stage high frequency current driver circuit. The control circuit may be configured to drive the first stage ultrasonic drive circuit and the first stage high frequency current drive circuit separately or simultaneously. The first stage ultrasonic drive circuit may be configured to couple to the second stage ultrasonic drive circuit. A second stage ultrasound drive circuit may be configured to couple with the ultrasound transducer. The first stage high frequency current drive circuit may be configured to be coupled to the second stage high frequency drive circuit. A second stage RF drive circuit may be configured to couple to the electrode.

第1段階回路は、第1段階センサ駆動回路を備えてもよい。第1段階センサ駆動回路は、第2段階センサ駆動回路に対して構成されてもよい。第2段階センサ駆動回路は、センサに結合するように構成されてもよい。 The first stage circuitry may comprise a first stage sensor driver circuit. The first stage sensor drive circuit may be configured relative to the second stage sensor drive circuit. A second stage sensor drive circuit may be configured to couple to the sensor.

別の態様では、本開示は、電池を含む制御回路、電池に結合したメモリ、並びにメモリ及び電池に結合したプロセッサを含む電池アセンブリであって、プロセッサがデジタル波形を生成するように構成された、電池アセンブリと、プロセッサと結合した共通の第1段階回路を含むハンドルアセンブリであって、共通の第1段階回路はデジタル/アナログ(DAC)変換器及び共通の第1段階増幅器回路を含み、DACはデジタル波形を受信してデジタル波形をアナログ波形に変換するように構成され、共通の第1段階増幅器回路はアナログ波形を受信して増幅するように構成された、ハンドルアセンブリと、アナログ波形を受信し、アナログ波形を増幅し、アナログ波形を負荷装置に適用するために、共通の第1段階増幅器回路に結合した第2段階回路を含むシャフトアセンブリとを備え、電池アセンブリ及びシャフトアセンブリは、ハンドルアセンブリと機械的及び電気的に接続するように構成されている、外科用器具を提供する。 In another aspect, the present disclosure is a battery assembly including a control circuit including a battery, a memory coupled to the battery, and a processor coupled to the memory and the battery, wherein the processor is configured to generate a digital waveform, A handle assembly including a battery assembly and a common first stage circuit coupled to a processor, the common first stage circuit including a digital-to-analog (DAC) converter and a common first stage amplifier circuit, the DAC a handle assembly configured to receive a digital waveform and convert the digital waveform to an analog waveform, the common first stage amplifier circuit configured to receive and amplify the analog waveform; and a shaft assembly including a second stage circuit coupled to a common first stage amplifier circuit for amplifying the analog waveform and applying the analog waveform to the load device, the battery assembly and the shaft assembly being connected to the handle assembly. A surgical instrument configured for mechanical and electrical connection is provided.

負荷装置は、超音波変換器、電極、若しくはセンサ、又はこれらの任意の組み合わせのうちのいずれか1つを含んでもよい。共通の第1段階回路は、超音波、高周波電流、又はセンサ回路を駆動するように構成されてもよい。共通の第1段階駆動回路は、第2段階超音波駆動回路、第2段階高周波駆動回路、又は第2段階センサ駆動回路と結合するように構成されてもよい。第2段階超音波駆動回路は超音波変換器と結合するように構成されてもよく、第2段階高周波駆動回路は電極と結合するように構成され、第2段階センサ駆動回路はセンサと結合するように構成されている。 The loading device may include any one of an ultrasonic transducer, electrodes, or sensors, or any combination thereof. A common first stage circuit may be configured to drive ultrasound, high frequency current, or sensor circuits. A common first stage driver circuit may be configured to be coupled with a second stage ultrasonic driver circuit, a second stage radio frequency driver circuit, or a second stage sensor driver circuit. A second stage ultrasonic drive circuit may be configured to couple with the ultrasonic transducer, a second stage radio frequency drive circuit configured to couple with the electrode, and a second stage sensor drive circuit coupled with the sensor. is configured as

別の態様では、本開示は、プロセッサと結合したメモリを含む制御回路であって、プロセッサがデジタル波形を生成するように構成されている、制御回路と、プロセッサと結合した共通の第1段階回路を含むハンドルアセンブリであって、共通の第1段階回路は、デジタル波形を受信し、デジタル波形をアナログ波形に変換し、アナログ波形を増幅するように構成された、ハンドルアセンブリと、アナログ波形を受信して増幅するために、共通の第1段階回路と結合した第2段階回路を含むシャフトアセンブリとを備え、シャフトアセンブリは、ハンドルアセンブリと機械的及び電気的に接続するように構成されている、外科用器具を提供する。 In another aspect, the present disclosure is a control circuit including a memory coupled to a processor, the processor configured to generate a digital waveform, and a common first stage circuit coupled to the processor. wherein the common first stage circuit is configured to receive the digital waveform, convert the digital waveform to an analog waveform, and amplify the analog waveform; a shaft assembly including a second stage circuit coupled with the common first stage circuit for amplifying and amplifying, the shaft assembly configured to mechanically and electrically connect with the handle assembly; Provides surgical instruments.

共通の第1段階回路は、超音波、高周波電流、又はセンサ回路を駆動するように構成されてもよい。共通の第1段階駆動回路は、第2段階超音波駆動回路、第2段階高周波駆動回路、又は第2段階センサ駆動回路と結合するように構成されてもよい。第2段階超音波駆動回路は超音波変換器と結合するように構成されてもよく、第2段階高周波駆動回路は電極と結合するように構成され、第2段階センサ駆動回路はセンサと結合するように構成されている。 A common first stage circuit may be configured to drive ultrasound, high frequency current, or sensor circuits. A common first stage driver circuit may be configured to be coupled with a second stage ultrasonic driver circuit, a second stage radio frequency driver circuit, or a second stage sensor driver circuit. A second stage ultrasonic drive circuit may be configured to couple with the ultrasonic transducer, a second stage radio frequency drive circuit configured to couple with the electrode, and a second stage sensor drive circuit coupled with the sensor. is configured as

図32は、本開示の少なくとも1つの態様による、第1段階回路3404と第2段階回路3406とに分割された、発生器回路3400を示す。一態様では、本明細書に記載される外科システム1000の外科用器具は、複数の段階に分割された発生器回路3400を含み得る。例えば、外科システム1000の外科用器具は、少なくとも2つの回路、つまりRFエネルギーのみ、超音波エネルギーのみ、及び/又はRFエネルギーと超音波エネルギーとの組み合わせの動作を可能にする増幅の第1段階回路3404及び第2段階回路3406に分割された発生器回路3400を備えてもよい。コンビネーションモジュール式シャフトアセンブリ3414は、ハンドルアセンブリ3412内に位置する共通の第1段階回路3404、及びモジュール式シャフトアセンブリ3414と一体のモジュール式第2段階回路3406によって給電され得る。外科システム1000の外科用器具に関連してこの説明全体を通して上述したように、電池アセンブリ3410及びシャフトアセンブリ3414は、ハンドルアセンブリ3412と機械的及び電気的に接続するように構成されている。エンドエフェクタアセンブリは、シャフトアセンブリ3414と機械的及び電気的に接続するように構成されている。 FIG. 32 shows a generator circuit 3400 divided into a first stage circuit 3404 and a second stage circuit 3406, according to at least one aspect of the disclosure. In one aspect, the surgical instrument of the surgical system 1000 described herein can include a generator circuit 3400 divided into multiple stages. For example, the surgical instrument of surgical system 1000 may include at least two circuits: an amplification first stage circuit that enables operation of RF energy only, ultrasonic energy only, and/or a combination of RF energy and ultrasonic energy. A generator circuit 3400 may be provided divided into 3404 and a second stage circuit 3406 . The combination modular shaft assembly 3414 may be powered by a common first stage circuit 3404 located within the handle assembly 3412 and a modular second stage circuit 3406 integral with the modular shaft assembly 3414 . Battery assembly 3410 and shaft assembly 3414 are configured to mechanically and electrically connect with handle assembly 3412 as described above in connection with the surgical instruments of surgical system 1000 throughout this description. The end effector assembly is configured to mechanically and electrically connect with shaft assembly 3414 .

ここで図32を参照すると、発生器回路3400は、本明細書に記載される外科システム1000の外科用器具などの外科用器具の複数のモジュール式アセンブリ内に位置する複数の段階に分割される。一態様では、制御段階回路3402は、外科用器具の電池アセンブリ3410内に位置してもよい。制御段階回路3402は、図30に関連して説明された制御回路3200である。制御回路3200は、内部メモリ3217(図32)(例えば、揮発性及び不揮発性メモリ)を含むプロセッサ3214を備え、電池3211と電気的に結合している。電池3211は、第1段階回路3404、第2段階回路3406、及び第3段階回路3408にそれぞれ電力を供給する。前述したように、制御回路3200は、図35及び図36に関連して説明した回路及び技術を使用してデジタル波形4300(図37)を生成する。再び図32を参照すると、デジタル波形4300は、超音波変換器、高周波(例えば、RF)電極、又はそれらの組み合わせを個別に又は同時にのいずれかで駆動するように構成され得る。同時に駆動する場合、超音波波形又はRF波形のいずれかを選択するように、対応する第1段階回路3404内にフィルタ回路を設けてもよい。かかるフィルタリング技術は、共同所有の米国特許出願公開第US-2017-0086910-A1号、名称「TECHNIQUES FOR CIRCUIT TOPOLOGIES FOR COMBINED GENERATOR」に記載されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。 Referring now to FIG. 32, generator circuit 3400 is divided into multiple stages located within multiple modular assemblies of a surgical instrument, such as the surgical instrument of surgical system 1000 described herein. . In one aspect, the control stage circuitry 3402 may be located within the battery assembly 3410 of the surgical instrument. Control stage circuit 3402 is control circuit 3200 described in connection with FIG. Control circuit 3200 comprises a processor 3214 including internal memory 3217 (FIG. 32) (eg, volatile and non-volatile memory) and electrically coupled to battery 3211 . Battery 3211 powers first stage circuitry 3404, second stage circuitry 3406, and third stage circuitry 3408, respectively. As previously described, control circuit 3200 generates digital waveform 4300 (FIG. 37) using the circuits and techniques described in connection with FIGS. Referring again to FIG. 32, digital waveform 4300 can be configured to drive ultrasonic transducers, radio frequency (eg, RF) electrodes, or combinations thereof either individually or simultaneously. A filter circuit may be provided in the corresponding first stage circuit 3404 to select either the ultrasound waveform or the RF waveform when driven simultaneously. Such filtering techniques are described in commonly owned US Patent Application Publication No. US-2017-0086910-A1, entitled "TECHNIQUES FOR CIRCUIT TOPOLOGIES FOR COMBINED GENERATOR," which is incorporated herein by reference in its entirety.

第1段階回路3404(例えば、第1段階超音波駆動回路3420、第1段階RF駆動回路3422、及び第1段階センサ駆動回路3424)は、外科用器具のハンドルアセンブリ3412内に位置する。制御回路3200は、制御回路3200の出力SCL-A、SDA-Aを介して、超音波駆動信号を第1段階超音波駆動回路3420に提供する。第1段階超音波駆動回路3420を、図29に関連して詳細に説明する。制御回路3200は、制御回路3200の出力SCL-B、SDA-Bを介して、RF駆動信号を第1段階RF駆動回路3422に提供する。第1段階RF駆動回路3422を、図34に関連して詳細に説明する。制御回路3200は、制御回路3200の出力SCL-C、SDA-Cを介して、センサ駆動信号を第第1段階センサ駆動回路3424に提供する。一般に、第1段階回路3404のそれぞれは、第2段階回路3406を駆動するためのデジタル/アナログ(DAC)変換器及び第1段階増幅器部を含む。第1段階回路3404の出力は、第2段階回路3406の入力に提供される。 First stage circuitry 3404 (eg, first stage ultrasound driver circuitry 3420, first stage RF driver circuitry 3422, and first stage sensor driver circuitry 3424) is located within handle assembly 3412 of the surgical instrument. Control circuit 3200 provides ultrasonic drive signals to first stage ultrasonic drive circuit 3420 via outputs SCL-A, SDA-A of control circuit 3200 . The first stage ultrasound driver circuit 3420 is described in detail in connection with FIG. Control circuit 3200 provides RF drive signals to first stage RF drive circuit 3422 via outputs SCL-B, SDA-B of control circuit 3200 . The first stage RF drive circuit 3422 is described in detail in connection with FIG. Control circuit 3200 provides sensor drive signals to first stage sensor drive circuit 3424 via outputs SCL-C, SDA-C of control circuit 3200 . In general, each first stage circuit 3404 includes a digital-to-analog (DAC) converter and first stage amplifier section for driving the second stage circuit 3406 . The output of first stage circuit 3404 is provided to the input of second stage circuit 3406 .

制御回路3200は、どのモジュールが制御回路3200にプラグ接続されているかを検出するように構成されている。例えば、制御回路3200は、ハンドルアセンブリ3412内に位置する第1段階超音波駆動回路3420、第1段階RF駆動回路3422、又は第1段階センサ駆動回路3424が電池アセンブリ3410に接続されているかどうかを検出するように構成されている。同様に、第1段階回路3404のそれぞれは、どの第2段階回路3406がこれに接続されているかを検出することができ、その情報は、生成する信号波形の種類を決定するために制御回路3200に戻される。同様に、第2段階回路3406のそれぞれは、どの第3段階回路3408又は構成要素がこれに接続されているかを検出することができ、その情報は、生成する信号波形の種類を決定するために制御回路3200に戻される。 Control circuit 3200 is configured to detect which module is plugged into control circuit 3200 . For example, the control circuit 3200 determines whether a first stage ultrasonic driver circuit 3420, a first stage RF driver circuit 3422, or a first stage sensor driver circuit 3424 located within the handle assembly 3412 is connected to the battery assembly 3410. configured to detect Similarly, each of the first stage circuits 3404 can detect which second stage circuit 3406 is connected to it, and that information is used by the control circuit 3200 to determine the type of signal waveform to generate. returned to Similarly, each of the second stage circuits 3406 can detect which third stage circuits 3408 or components are connected to it, and that information is used to determine the type of signal waveform to generate. It is returned to the control circuit 3200 .

一態様では、第2段階回路3406(例えば、超音波駆動第2段階回路3430、RF駆動第2段階回路3432、及びセンサ駆動第2段階回路3434)は、外科用器具のシャフトアセンブリ3414内に位置する。第1段階超音波駆動回路3420は、出力US左/US右を介して、第2段階超音波駆動回路3430に信号を提供する。第2段階超音波駆動回路3430は、例えば、変圧器、フィルタ、増幅器、及び/又は信号調整回路を含むことができる。第1段階高周波(RF)電流駆動回路3422は、出力RF左/RF右を介して、第2段階RF駆動回路3432に信号を提供する。変圧器及びブロッキングコンデンサに加えて、第2段階RF駆動回路3432は更に、フィルタ、増幅器、及び信号調整回路を含んでもよい。第1段階センサ駆動回路3424は、出力センサ1/センサ2を介して、第2段階センサ駆動回路3434に信号を提供する。第2段階センサ駆動回路3434は、センサの種類に応じてフィルタ、増幅器、及び信号調整回路を含んでもよい。第2段階回路3406の出力は、第3段階回路3408の入力に提供される。 In one aspect, second stage circuitry 3406 (eg, ultrasonically driven second stage circuitry 3430, RF driven second stage circuitry 3432, and sensor driven second stage circuitry 3434) is located within shaft assembly 3414 of the surgical instrument. do. First stage ultrasound driver circuit 3420 provides a signal to second stage ultrasound driver circuit 3430 via output US left/US right. Second stage ultrasound drive circuitry 3430 may include, for example, transformers, filters, amplifiers, and/or signal conditioning circuitry. A first stage radio frequency (RF) current drive circuit 3422 provides a signal to a second stage RF drive circuit 3432 via outputs RF left/RF right. In addition to transformers and blocking capacitors, second stage RF drive circuitry 3432 may also include filters, amplifiers, and signal conditioning circuitry. First stage sensor drive circuit 3424 provides a signal to second stage sensor drive circuit 3434 via output sensor 1/sensor 2 . Second stage sensor drive circuitry 3434 may include filters, amplifiers, and signal conditioning circuitry depending on the type of sensor. The output of second stage circuit 3406 is provided to the input of third stage circuit 3408 .

一態様では、第3段階回路3408(例えば、超音波変換器1120、RF電極3074a、3074b、及びセンサ3440)は、外科用器具の様々なアセンブリ3416内に位置してよい。一態様では、第2段階超音波駆動回路3430は、超音波変換器1120の圧電スタックに駆動信号を提供する。一態様では、超音波変換器1120は、外科用器具の超音波変換器アセンブリ内に位置する。しかしながら、他の態様では、超音波変換器1120は、ハンドルアセンブリ3412、シャフトアセンブリ3414、又はエンドエフェクタ内に位置してもよい。一態様では、第2段階RF駆動回路3432は、概ね外科用器具のエンドエフェクタ部分内に位置する、RF電極3074a、3074bに駆動信号を提供する。一態様では、第2段階センサ駆動回路3434は、外科用器具全体に位置する様々なセンサ3440に駆動信号を提供する。 In one aspect, third stage circuitry 3408 (eg, ultrasonic transducer 1120, RF electrodes 3074a, 3074b, and sensor 3440) may be located within various assemblies 3416 of the surgical instrument. In one aspect, the second stage ultrasonic drive circuit 3430 provides drive signals to the piezoelectric stack of the ultrasonic transducer 1120 . In one aspect, the ultrasonic transducer 1120 is located within the ultrasonic transducer assembly of the surgical instrument. However, in other aspects, the ultrasonic transducer 1120 may be located within the handle assembly 3412, shaft assembly 3414, or end effector. In one aspect, the second stage RF drive circuit 3432 provides drive signals to RF electrodes 3074a, 3074b located generally within the end effector portion of the surgical instrument. In one aspect, the second stage sensor drive circuit 3434 provides drive signals to various sensors 3440 located throughout the surgical instrument.

図33は、本開示の少なくとも1つの態様による、第1段階回路3504が第2段階回路3506と共通している、複数の段階に分割された発生器回路3500を示す。一態様では、本明細書に記載される外科システム1000の外科用器具は、複数の段階に分割された発生器回路3500を含み得る。例えば、外科システム1000の外科用器具は、少なくとも2つの回路、つまり高周波(RF)エネルギーのみ、超音波エネルギーのみ、及び/又はRFエネルギーと超音波エネルギーとの組み合わせの動作を可能にする増幅の第1段階回路3504及び第2段階回路3506に分割された発生器回路3500を備えてもよい。コンビネーションモジュール式シャフトアセンブリ3514は、ハンドルアセンブリ3512内に位置する共通の第1段階回路3504、及びモジュール式シャフトアセンブリ3514と一体のモジュール式第2段階回路3506によって給電され得る。外科システム1000の外科用器具に関連してこの説明全体を通して前述したように、電池アセンブリ3510及びシャフトアセンブリ3514は、ハンドルアセンブリ3512と機械的及び電気的に接続するように構成されている。エンドエフェクタアセンブリは、シャフトアセンブリ3514を機械的及び電気的に接続するように構成されている。 FIG. 33 illustrates a multistage divided generator circuit 3500 in which a first stage circuit 3504 is common with a second stage circuit 3506, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. In one aspect, the surgical instrument of the surgical system 1000 described herein can include a generator circuit 3500 divided into multiple stages. For example, the surgical instrument of surgical system 1000 includes at least two circuits of amplification that enable operation of radio frequency (RF) energy only, ultrasonic energy only, and/or a combination of RF and ultrasonic energy. The generator circuit 3500 may be divided into a first stage circuit 3504 and a second stage circuit 3506 . The combination modular shaft assembly 3514 may be powered by a common first stage circuit 3504 located within the handle assembly 3512 and a modular second stage circuit 3506 integral with the modular shaft assembly 3514 . Battery assembly 3510 and shaft assembly 3514 are configured to mechanically and electrically connect with handle assembly 3512 as previously described throughout this description with respect to the surgical instruments of surgical system 1000 . The end effector assembly is configured to mechanically and electrically connect shaft assembly 3514 .

図33の実施例に示すように、外科用器具の電池アセンブリ3510部分は、前述の制御回路3200を含む第1の制御回路3502を備える。電池アセンブリ3510に接続するハンドルアセンブリ3512は、共通の第1段階駆動回路3420を備える。前述したように、第1段階駆動回路3420は、超音波、高周波(RF)電流、及びセンサ負荷を駆動するように構成されている。共通の第1段階駆動回路3420の出力は、第2段階超音波駆動回路3430、第2段階高周波(RF)電流駆動回路3432、及び/又は第2段階センサ駆動回路3434などの第2段階回路3506のうちの任意の1つを駆動することができる。共通の第1段階駆動回路3420は、シャフトアセンブリ3514がハンドルアセンブリ3512に接続されているときに、どの第2段階回路3506がシャフトアセンブリ3514内に位置しているかを検出する。シャフトアセンブリ3514がハンドルアセンブリ3512に接続されると、共通の第1段階駆動回路3420が、第2段階回路3506(例えば、第2段階超音波駆動回路3430、第2段階RF駆動回路3432、及び/又は第2段階センサ駆動回路3434)のうちのどの1つがシャフトアセンブリ3514内に位置しているかを判定する。この情報は、適切なデジタル波形4300(図37)を第2段階回路3506に供給して、適切な負荷、例えば、超音波、RF、又はセンサ、を駆動するために、ハンドルアセンブリ3512内に位置する制御回路3200に提供される。超音波変換器1120、電極3074a、3074b、又はセンサ3440などの第3段階回路3508内の様々なアセンブリ3516に識別回路が含まれ得ることは理解されるであろう。したがって、第3段階回路3508が第2段階回路3506に接続されると、第2段階回路3506は、識別情報に基づいて要求される負荷の種類を知る。 As shown in the embodiment of FIG. 33, the battery assembly 3510 portion of the surgical instrument includes a first control circuit 3502 that includes the control circuit 3200 previously described. The handle assembly 3512 that connects to the battery assembly 3510 includes a common first stage drive circuit 3420 . As previously described, the first stage drive circuit 3420 is configured to drive ultrasound, radio frequency (RF) current, and sensor loads. The output of the common first stage driver circuit 3420 is used by a second stage circuit 3506 such as a second stage ultrasonic driver circuit 3430, a second stage radio frequency (RF) current driver circuit 3432, and/or a second stage sensor driver circuit 3434. can be driven. A common first stage drive circuit 3420 detects which second stage circuit 3506 is located within the shaft assembly 3514 when the shaft assembly 3514 is connected to the handle assembly 3512 . When the shaft assembly 3514 is connected to the handle assembly 3512, the common first stage drive circuit 3420 is connected to the second stage circuit 3506 (e.g., second stage ultrasonic drive circuit 3430, second stage RF drive circuit 3432, and/or or determine which one of the second stage sensor drive circuits 3434 ) is located within the shaft assembly 3514 . This information is located within handle assembly 3512 to provide appropriate digital waveforms 4300 (FIG. 37) to second stage circuitry 3506 to drive appropriate loads, such as ultrasound, RF, or sensors. provided to a control circuit 3200 that It will be appreciated that identification circuitry may be included in various assemblies 3516 within the third stage circuitry 3508 such as the ultrasound transducer 1120, the electrodes 3074a, 3074b, or the sensor 3440. FIG. Therefore, when the third stage circuit 3508 is connected to the second stage circuit 3506, the second stage circuit 3506 knows the type of load required based on the identification information.

図34は、本開示の少なくとも1つの態様による、高周波電流(RF)を駆動するように構成された電気回路3600の一態様の回路図である。電気回路3600は、アナログマルチプレクサ3680を備える。アナログマルチプレクサ3680は、RF、電池、及び電力制御回路などの上流チャネルSCL-A、SDA-Aからの様々な信号を多重化する。電流センサ3682は、電源回路の戻り又は接地区間と直列に結合され、電源によって供給される電流を測定する。電界効果トランジスタ(FET)温度センサ3684は、周囲温度を提供する。パルス幅変調(PWM)ウォッチドッグタイマー3688は、主プログラムが定期的なシステムリセットの提供を怠る場合にシステムリセットを自動的に生じさせる。これは、ソフトウェア又はハードウェア障害のために電気回路3600がハングアップ又はフリーズした場合に、電気回路3600を自動的にリセットするように設けられている。電気回路3600は、例えば、図29に関して記載されるように、RF電極を駆動するため又は超音波変換器1120を駆動するために構成され得ることは理解されるであろう。したがって、ここで図34を再び参照すると、電気回路3600を使用して、超音波及びRF電極の両方を交互に駆動することができる。 FIG. 34 is a circuit diagram of one aspect of an electrical circuit 3600 configured to drive radio frequency current (RF), in accordance with at least one aspect of the present disclosure. Electrical circuit 3600 comprises an analog multiplexer 3680 . Analog multiplexer 3680 multiplexes various signals from upstream channels SCL-A, SDA-A such as RF, battery, and power control circuits. A current sensor 3682 is coupled in series with the return or ground leg of the power supply circuit to measure the current supplied by the power supply. A field effect transistor (FET) temperature sensor 3684 provides the ambient temperature. A pulse width modulation (PWM) watchdog timer 3688 automatically causes system resets if the main program fails to provide periodic system resets. This is provided to automatically reset the electrical circuit 3600 if the electrical circuit 3600 hangs or freezes due to a software or hardware failure. It will be appreciated that the electrical circuit 3600 may be configured, for example, to drive RF electrodes or to drive an ultrasonic transducer 1120, as described with respect to FIG. Thus, referring again to FIG. 34, an electrical circuit 3600 can be used to alternately drive both the ultrasound and RF electrodes.

駆動回路3686は、左右のRFエネルギー出力を提供する。信号波形を表すデジタル信号は、制御回路3200(図30)などの制御回路からアナログマルチプレクサ3680のSCL-A、SDA-A入力に供給される。デジタル/アナログ変換器3690(DAC)は、デジタル入力をアナログ出力に変換して、発振器3694に結合されたPWM回路3692を駆動する。PWM回路3692は、第1のトランジスタ出力段階3698aに結合された第1のゲート駆動回路3696aに第1の信号を提供して、第1のRF+(左側)エネルギー出力を駆動する。PWM回路3692はまた、第2のトランジスタ出力段階3698bに結合された第2のゲート駆動回路3696bに第2の信号を提供して、第2のRF(右側)エネルギー出力を駆動する。電圧センサ3699は、出力電圧を測定するためにRF左/RF出力端子間に結合される。駆動回路3686、第1の駆動回路3696a及び第2の駆動回路3696b、並びに第1のトランジスタ出力段階3698a及び第2のトランジスタ出力段階3698bは、第1段階増幅器回路を画定する。動作中、制御回路3200(図30)は、直接デジタル合成(DDS)回路4100、4200(図35及び図36)などの回路を用いてデジタル波形4300(図37)を生成する。DAC3690は、デジタル波形4300を受信し、それをアナログ波形に変換し、これが第1段階増幅器回路によって受信及び増幅される。 A drive circuit 3686 provides left and right RF energy outputs. Digital signals representing signal waveforms are provided to the SCL-A, SDA-A inputs of analog multiplexer 3680 from a control circuit such as control circuit 3200 (FIG. 30). A digital-to-analog converter 3690 (DAC) converts a digital input to an analog output to drive a PWM circuit 3692 coupled to oscillator 3694 . PWM circuit 3692 provides a first signal to a first gate drive circuit 3696a coupled to a first transistor output stage 3698a to drive a first RF+ (left) energy output. PWM circuit 3692 also provides a second signal to a second gate drive circuit 3696b coupled to a second transistor output stage 3698b to drive a second RF (right) energy output. A voltage sensor 3699 is coupled across the RF left/RF output terminals to measure the output voltage. Driver circuit 3686, first driver circuit 3696a and second driver circuit 3696b, and first transistor output stage 3698a and second transistor output stage 3698b define a first stage amplifier circuit. In operation, control circuit 3200 (Fig. 30) generates digital waveform 4300 (Fig. 37) using circuits such as direct digital synthesis (DDS) circuits 4100, 4200 (Figs. 35 and 36). DAC 3690 receives digital waveform 4300 and converts it to an analog waveform, which is received and amplified by the first stage amplifier circuit.

一態様では、外科システム1000の超音波又は高周波電流発生器は、ルックアップテーブル内に記憶される所定の数の位相点を望ましく用いて波形をデジタル化するように、電気信号波形をデジタル的に発生させるように構成され得る。メモリ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、又は任意の好適な不揮発性メモリで定義されたテーブル内に、位相点を記憶させてよい。図35は、電気信号波形のための複数の波形を発生させるように構成された、直接デジタル合成(DDS)回路4100などのデジタル合成回路のための、基本的アーキテクチャの一態様を示す。発生器ソフトウェア及びデジタル制御は、ルックアップテーブル4104内のアドレスを走査するようにFPGAに指示を出すことができ、これが続いて電力増幅器に給電するDAC回路4108に様々なデジタル入力値を提供する。アドレスは、目的の周波数に従って走査されてよい。こうしたルックアップテーブル4104を使用することは、組織内、又は変換器、RF電極、複数の変換器内に同時に、複数のRF電極内に同時に、若しくはRF及び超音波器具の組み合わせ内に供給され得る、様々なタイプの波形を発生させることを可能にする。更に、複数の波形を表す複数のルックアップテーブル4104を作成し、記憶し、発生器から組織に適用することができる。 In one aspect, the ultrasonic or high frequency current generator of the surgical system 1000 digitally converts the electrical signal waveform, preferably using a predetermined number of phase points stored in a lookup table, to digitize the waveform. can be configured to generate The phase points may be stored in a table defined in memory, field programmable gate array (FPGA), or any suitable non-volatile memory. FIG. 35 illustrates one aspect of a basic architecture for a digital synthesis circuit, such as direct digital synthesis (DDS) circuit 4100, configured to generate multiple waveforms for electrical signal waveforms. The generator software and digital control can instruct the FPGA to scan addresses in the lookup table 4104, which in turn provide various digital input values to the DAC circuit 4108 that powers the power amplifier. Addresses may be scanned according to the frequency of interest. Using such a lookup table 4104 can be provided within tissue, or within a transducer, an RF electrode, multiple transducers simultaneously, multiple RF electrodes simultaneously, or a combination of RF and ultrasound instruments. , allows to generate various types of waveforms. Additionally, multiple lookup tables 4104 representing multiple waveforms can be created, stored, and applied to tissue from the generator.

波形信号は、超音波変換器及び/若しくはRF電極、又はそれらの複数(例えば、2つ若しくはそれ以上の超音波変換器及び/又は2つ若しくはそれ以上のRF電極)の出力電流、出力電圧、又は出力電力のうち、少なくとも1つを制御するように構成されてよい。更に、外科用器具が超音波コンポーネントを備える場合、波形信号は、少なくとも1つの外科用器具の超音波変換器の少なくとも2つの振動モードを駆動させるように構成されてよい。したがって、発生器は、波形信号を少なくとも1つの外科用器具へと提供するように構成されてよく、波形信号は、テーブル内の複数の波形の少なくとも1つの波形に応答する。なお、2つの外科用器具に提供される波形信号は、2つ又はそれ以上の波形を含んでよい。テーブルは複数の波形に関係した情報を含んでよく、またテーブルは発生器内に記憶されてよい。一態様又は一実施例では、テーブルは、直接デジタル合成テーブルであってよく、発生器のFPGA内に記憶されてよい。テーブルは、波形をカテゴリー化するのに便利である任意の方法によってアドレス指定されてよい。一態様によれば、直接デジタル合成テーブルであり得るテーブルは、波形信号の周波数に従ってアドレス指定される。更に、複数の波形に関係した情報は、デジタル情報としてテーブル内に記憶されてよい。 The waveform signal is the output current, output voltage, Or it may be configured to control at least one of the output power. Additionally, if the surgical instrument comprises an ultrasonic component, the waveform signal may be configured to drive at least two vibration modes of an ultrasonic transducer of at least one surgical instrument. Accordingly, the generator may be configured to provide a waveform signal to at least one surgical instrument, the waveform signal responsive to at least one waveform of the plurality of waveforms in the table. Note that the waveform signals provided to the two surgical instruments may include two or more waveforms. The table may contain information related to multiple waveforms, and the table may be stored within the generator. In one aspect or example, the table may be a direct digital synthesis table and may be stored within the FPGA of the generator. The table may be addressed by any method that is convenient for categorizing waveforms. According to one aspect, the table, which may be a direct digital synthesis table, is addressed according to the frequency of the waveform signal. Further, information related to multiple waveforms may be stored in a table as digital information.

アナログ電気信号波形は、超音波変換器及び/若しくはRF電極、又はそれらの複数(例えば、2つ若しくはそれ以上の超音波変換器及び/又は2つ若しくはそれ以上のRF電極)の出力電流、出力電圧、又は出力電力のうち、少なくとも1つを制御するように構成されてよい。更に、外科用器具が超音波コンポーネントを備える場合、アナログ電気信号波形は、少なくとも1つの外科用器具の超音波変換器の少なくとも2つの振動モードを駆動させるように構成されてよい。したがって、発生器回路は、アナログ電気信号波形を少なくとも1つの外科用器具へと提供するように構成されてよく、アナログ電気信号波形は、ルックアップテーブル4104内に記憶された複数の波形の少なくとも1つの波形に対応する。なお、2つの外科用器具に提供されるアナログ電気信号波形は、2つ又はそれ以上の波形を含んでよい。ルックアップテーブル4104は、複数の波形に関連した情報を含んでよく、またルックアップテーブル4104は、発生器回路又は外科用器具のいずれかに記憶されてよい。一態様又は実施例では、ルックアップテーブル4104は、直接デジタル合成テーブルであってよく、これは発生器回路又は外科用器具のFPGAに記憶されてよい。ルックアップテーブル4104は、波形をカテゴリー化するために便利である任意の方法によってアドレス指定されてよい。一態様によれば、直接デジタル合成テーブルであり得るルックアップテーブル4104は、所望のアナログ電気信号波形の周波数に従ってアドレス指定される。更に、複数の波形に関係した情報は、デジタル情報としてルックアップテーブル4104に記憶されてよい。 The analog electrical signal waveform is the output current, output of an ultrasonic transducer and/or RF electrode, or a plurality thereof (e.g., two or more ultrasonic transducers and/or two or more RF electrodes). It may be configured to control at least one of voltage or output power. Additionally, if the surgical instrument comprises an ultrasonic component, the analog electrical signal waveform may be configured to drive at least two vibration modes of an ultrasonic transducer of at least one surgical instrument. Accordingly, the generator circuit may be configured to provide an analog electrical signal waveform to at least one surgical instrument, the analog electrical signal waveform being at least one of the plurality of waveforms stored within lookup table 4104 . corresponds to one waveform. Note that the analog electrical signal waveforms provided to the two surgical instruments may include two or more waveforms. Lookup table 4104 may contain information related to multiple waveforms, and lookup table 4104 may be stored in either the generator circuit or the surgical instrument. In one aspect or example, lookup table 4104 may be a direct digital synthesis table, which may be stored in the FPGA of the generator circuit or surgical instrument. Lookup table 4104 may be addressed by any method that is convenient for categorizing waveforms. According to one aspect, lookup table 4104, which may be a direct digital synthesis table, is addressed according to the frequency of the desired analog electrical signal waveform. Additionally, information related to multiple waveforms may be stored in lookup table 4104 as digital information.

計装システム及び通信システムにおけるデジタル技術の広範な使用を伴い、基準周波数から複数の周波数を発生させるデジタル的制御法が発展し、直接デジタル合成と呼ばれている。基本アーキテクチャが図35に示されている。簡略化された本ブロック図では、DDS回路は、発生器回路のプロセッサ、コントローラ、又は論理機構、及び外科システム1000の発生器回路内に位置するメモリ回路に結合されている。DDS回路4100は、アドレスカウンタ4102、ルックアップテーブル4104、レジスタ4106、DAC回路4108、及びフィルタ4112を備える。安定クロックfは、アドレスカウンタ4102により受信され、レジスタ4106は、正弦波(又は他の任意の波形)のサイクルの1つ又は2つ以上の整数をルックアップテーブル4104内に記憶するプログラマブル読み出し専用メモリ(PROM)を駆動する。アドレスカウンタ4102が記憶場所をステップスルーすると、ルックアップテーブル4104内に記憶された値は、DAC回路4108に結合されたレジスタ4106に書き込まれる。ルックアップテーブル4104の記憶場所における信号の対応するデジタル振幅は、続いてアナログ出力信号4110を発生させるDAC回路4108を駆動する。アナログ出力信号4110のスペクトル純度は、主としてDAC回路4108により決定される。位相雑音は、基本的に基準クロックfのものである。DAC回路4108から出力される第1のアナログ出力信号4110は、フィルタ4112によりフィルタリングされ、フィルタ4112により出力される第2のアナログ出力信号4114は、発生器回路の出力に結合された出力を有する増幅器へと提供される。第2のアナログ出力信号は、周波数foutを有する。 With the widespread use of digital techniques in instrumentation and communication systems, a digital control method for generating multiple frequencies from a reference frequency has evolved and is called direct digital synthesis. The basic architecture is shown in FIG. In this simplified block diagram, the DDS circuitry is coupled to the processor, controller, or logic of the generator circuit and memory circuitry located within the generator circuit of surgical system 1000 . DDS circuit 4100 comprises address counter 4102 , lookup table 4104 , register 4106 , DAC circuit 4108 and filter 4112 . Stable clock f c is received by address counter 4102 and register 4106 is a programmable read-only register that stores one or more integers of cycles of a sine wave (or any other waveform) in lookup table 4104. Drive the memory (PROM). As address counter 4102 steps through the memory locations, the values stored in lookup table 4104 are written to register 4106 which is coupled to DAC circuitry 4108 . The corresponding digital amplitude of the signal at the location of lookup table 4104 drives DAC circuit 4108 which in turn generates analog output signal 4110 . The spectral purity of analog output signal 4110 is primarily determined by DAC circuitry 4108 . The phase noise is essentially that of the reference clock f c . A first analog output signal 4110 output from DAC circuit 4108 is filtered by filter 4112 and a second analog output signal 4114 output by filter 4112 is an amplifier having an output coupled to the output of the generator circuit. provided to. The second analog output signal has a frequency f out .

DDS回路4100は、サンプリングされたデータシステムであるため、量子化雑音、エイリアシング、フィルタリングなどのサンプリングに伴う問題を考慮しなければならない。例えば、位相ロックループ(phase-locked-loop、PLL)ベースのシンセサイザの出力の高次高調波がフィルタリングされ得るのに対して、DAC回路4108出力周波数の高次高調波はナイキスト帯域幅に折り返して、それらをフィルタリング不可にする。ルックアップテーブル4104は、サイクルの整数に関する信号データを含む。最終出力周波数foutは、基準クロック周波数fを変更することで、又はPROMを再プログラミングすることによって変更することができる。 Since DDS circuit 4100 is a sampled data system, problems with sampling such as quantization noise, aliasing, and filtering must be considered. For example, higher harmonics of the output of a phase-locked-loop (PLL)-based synthesizer may be filtered, while higher harmonics of the DAC circuit 4108 output frequency fold back into the Nyquist bandwidth. , making them unfilterable. Lookup table 4104 contains signal data for an integer number of cycles. The final output frequency f out can be changed by changing the reference clock frequency f c or by reprogramming the PROM.

DDS回路4100は、複数のルックアップテーブル4104を含んでもよく、ルックアップテーブル4104は、所定のサンプル数により表される波形を記憶し、サンプルは、所定の波形形状を画定する。したがって、独自の形状を有する複数の波形は、複数のルックアップテーブル4104内に記憶されて、器具設定又は組織フィードバックに基づく様々な組織処置を提供することができる。波形の例としては、表面組織凝固のための高い波高率のRF電気信号波形、より深い組織貫通のための低い波高率のRF電気信号波形、及び効果的な修正凝固を促進する電気信号波形が挙げられる。一態様では、DDS回路4100は、複数の波形ルックアップテーブル4104を作成することができ、組織処置手順の間(例えば、ユーザ入力又はセンサ入力に基づく「オンザフライ」又は実質実時間にて)、所望の組織効果及び/又は組織フィードバックに基づいて、個別のルックアップテーブル4104に記憶された様々な波形間で切り替えを行うことができる。 The DDS circuit 4100 may include a plurality of lookup tables 4104 that store waveforms represented by a predetermined number of samples, the samples defining a predetermined waveform shape. Thus, multiple waveforms with unique shapes can be stored in multiple lookup tables 4104 to provide different tissue treatments based on instrument settings or tissue feedback. Examples of waveforms include high crest factor RF electrical signal waveforms for superficial tissue coagulation, low crest factor RF electrical signal waveforms for deeper tissue penetration, and electrical signal waveforms that promote effective modified coagulation. mentioned. In one aspect, the DDS circuit 4100 can create a plurality of waveform lookup tables 4104 to generate desired waveforms during a tissue treatment procedure (eg, "on the fly" or in substantially real-time based on user or sensor input). Switching between different waveforms stored in individual lookup tables 4104 can be performed based on tissue effects and/or tissue feedback.

したがって、波形間の切り替えは、例えば、組織インピーダンス及び他の要素に基づくことができる。他の態様では、ルックアップテーブル4104は、サイクル毎に組織内へと送達される電力を最大化するよう形成される電気信号波形(すなわち、台形波又は方形波)を記憶することができる。他の態様では、ルックアップテーブル4104は、同期された波形を記憶することができ、その結果、この波形が、RF及び超音波駆動信号を送達しながら、外科システム1000の多機能型外科用器具による電力送達を最大化する。更に他の態様では、ルックアップテーブル4104は、超音波周波数のロックを維持しながら、超音波並びにRF治療用及び/又は治療量以下のエネルギーを同時に駆動する電気信号波形を記憶することができる。様々な器具及びそれらの組織効果に特有のカスタム波形は、発生器回路の不揮発性メモリ内、又は外科システム1000の不揮発性メモリ(例えば、EEPROM)内に記憶され得、また多機能型外科用器具を発生器回路に接続する際にフェッチされる。多くの高波高率「凝固」波形に使用される、指数関数的に減衰する正弦曲線の例を図37に示す。 Thus, switching between waveforms can be based on tissue impedance and other factors, for example. In other aspects, the lookup table 4104 can store electrical signal waveforms (ie, trapezoidal or square waves) shaped to maximize the power delivered into the tissue each cycle. In other aspects, the lookup table 4104 can store synchronized waveforms so that the waveforms can operate the multifunction surgical instrument of the surgical system 1000 while delivering RF and ultrasound drive signals. to maximize power delivery by In yet another aspect, the lookup table 4104 can store electrical signal waveforms that simultaneously drive ultrasound and RF therapeutic and/or sub-therapeutic energy while maintaining ultrasound frequency lock. Custom waveforms specific to various instruments and their tissue effects can be stored in the non-volatile memory of the generator circuit or in the non-volatile memory (e.g., EEPROM) of the surgical system 1000 and can also be used in multi-function surgical instruments. is fetched when connecting to the generator circuit. An example of an exponentially decaying sinusoid used for many high crest factor "coagulation" waveforms is shown in FIG.

DDS回路4100のよりフレキシブルで効果的な実装は、数値制御発振器(NCO)と呼ばれるデジタル回路を用いる。DDS回路4200などの、よりフレキシブルで効果的なデジタル合成回路のブロック図を図36に示す。この簡略化されたブロック図では、DDS回路4200は、発生器のプロセッサ、コントローラ、又は論理機構に、及び発生器又は外科システム1000の外科用器具のうちのいずれかに位置するメモリ回路に結合されている。DDS回路4200は、負荷レジスタ4202、並列デルタ位相レジスタ4204、加算器回路4216、位相レジスタ4208、ルックアップテーブル4210(位相-振幅変換器)、DAC回路4212、及びフィルタ4214を備える。加算器回路4216及び位相レジスタ4208は、位相アキュムレータ4206の一部を形成する。クロック周波数fは、位相レジスタ4208及びDAC回路4212に適用される。負荷レジスタ4202は、基準クロック周波数信号fの分数としての出力周波数を特定する調整ワードを受信する。負荷レジスタ4202の出力は、調整ワードMと共に、並列デルタ位相レジスタ4204に提供される。 A more flexible and efficient implementation of DDS circuit 4100 uses a digital circuit called a numerically controlled oscillator (NCO). A block diagram of a more flexible and efficient digital synthesis circuit such as DDS circuit 4200 is shown in FIG. In this simplified block diagram, the DDS circuit 4200 is coupled to the processor, controller, or logic of the generator and to memory circuits located either in the generator or in the surgical instrument of the surgical system 1000. ing. DDS circuit 4200 comprises load register 4202 , parallel delta phase register 4204 , adder circuit 4216 , phase register 4208 , lookup table 4210 (phase-to-amplitude converter), DAC circuit 4212 , and filter 4214 . Adder circuit 4216 and phase register 4208 form part of phase accumulator 4206 . Clock frequency f c is applied to phase register 4208 and DAC circuit 4212 . Load register 4202 receives an adjustment word that specifies the output frequency as a fraction of reference clock frequency signal fc . The output of load register 4202 along with adjustment word M is provided to parallel delta phase register 4204 .

DDS回路4200は、クロック周波数fを発生させるサンプルクロック、位相アキュムレータ4206、及びルックアップテーブル4210(例えば、位相-振幅変換器)を含む。位相アキュムレータ4206の内容は、クロックサイクルf毎に一度更新される。位相アキュムレータ4206が更新されると、並列デルタ位相レジスタ4204内に記憶されたデジタル数Mは、加算器回路4216により位相レジスタ4208内の数に加算される。並列デルタ位相レジスタ4204内の数は、00...01であり、位相アキュムレータ4206の初期の内容は、00...00であると仮定する。位相アキュムレータ4206は、クロックサイクル毎に00...01と更新される。位相アキュムレータ4206が32-ビット幅である場合、位相アキュムレータ4206が00...00へと戻るまでに232クロックサイクル(40億超)が必要とされ、サイクルは繰り返される。 DDS circuit 4200 includes a sample clock that generates clock frequency fc , a phase accumulator 4206, and a lookup table 4210 (eg, a phase-to-amplitude converter). The contents of phase accumulator 4206 are updated once every clock cycle fc . As phase accumulator 4206 is updated, digital number M stored in parallel delta phase register 4204 is added to the number in phase register 4208 by adder circuit 4216 . The numbers in parallel delta phase register 4204 are 00 . . . 01 and the initial contents of phase accumulator 4206 is 00 . . . 00. Phase accumulator 4206 increments 00 . . . 01. When phase accumulator 4206 is 32-bit wide, phase accumulator 4206 is 00 . . . It takes 232 clock cycles (over 4 billion) to return to 00 and the cycle repeats.

位相アキュムレータ4206の切り捨てられた出力4218は、位相-振幅変換器のルックアップテーブル4210へと提供され、またルックアップテーブル4210の出力はDAC回路4212に結合される。位相アキュムレータ4206の切り捨てられた出力4218は、正弦(又は余弦)ルックアップテーブルへのアドレスとして機能する。ルックアップテーブル内のアドレスは、正弦波における0°~360°の位相点に対応する。ルックアップテーブル4210は、正弦波の1つの完全サイクルの対応するデジタル振幅情報を含む。したがって、ルックアップテーブル4210は、位相情報を位相アキュムレータ4206からデジタル振幅ワードにマッピングし、続いてこれがDAC回路4212を駆動させる。DAC回路の出力は、第1のアナログ信号4220であり、フィルタ4214によりフィルタリングされる。フィルタ4214の出力は、発生器回路の出力に結合された電力増幅器へと提供される、第2のアナログ信号4222である。 The truncated output 4218 of phase accumulator 4206 is provided to phase-to-amplitude converter lookup table 4210 , and the output of lookup table 4210 is coupled to DAC circuit 4212 . The truncated output 4218 of phase accumulator 4206 serves as an address to a sine (or cosine) lookup table. Addresses in the lookup table correspond to phase points from 0° to 360° in the sine wave. Lookup table 4210 contains the corresponding digital amplitude information for one complete cycle of the sine wave. Lookup table 4210 thus maps the phase information from phase accumulator 4206 to a digital amplitude word, which in turn drives DAC circuit 4212 . The output of the DAC circuit is first analog signal 4220 and is filtered by filter 4214 . The output of filter 4214 is a second analog signal 4222 that is provided to a power amplifier coupled to the output of the generator circuit.

一態様では、デジタル化され得る波形が、256(28)~281、474、976、710、656(248)の範囲(表1に示すように、nは正の整数である)の任意の好適な2n位相点の数であるにもかかわらず、電気信号波形を1024(210)位相点へとデジタル化してよい。電気信号波形はA(θ)として表されてもよく、点nにおける正規化された振幅Aは位相角θにより表され、点nにおける位相点と呼ばれる。個別の位相点nの数は、DDS回路4200(並びに図35に示すDDS回路4100)の調整分解能を決定する。 In one aspect, the waveform that can be digitized is any suitable waveform in the range of 256 (28) to 281, 474, 976, 710, 656 (248) (where n is a positive integer, as shown in Table 1). An electrical signal waveform may be digitized into 1024 (210) phase points, despite the number of 2n phase points being equal. An electrical signal waveform may be represented as A nn ), and the normalized amplitude A n at point n is represented by the phase angle θ n and is called the phase point at point n. The number of distinct phase points n determines the adjustment resolution of DDS circuit 4200 (as well as DDS circuit 4100 shown in FIG. 35).

表1は、多数の位相点にデジタル化された電気信号波形を特定する。 Table 1 identifies the electrical signal waveform digitized to a number of phase points.

Figure 0007279051000003
Figure 0007279051000003

発生器回路アルゴリズム及びデジタル制御回路は、ルックアップテーブル4210内のアドレスを走査し、次にルックアップテーブル4210はフィルタ4214及び電力増幅器に給電するDAC回路4212に様々なデジタル入力値を提供する。アドレスは、目的の周波数に従って走査されてよい。ルックアップテーブルを使用することで、DAC回路4212によりアナログ出力信号へと変換され、フィルタ4214によりフィルタリングされ、発生器回路の出力に結合した電力増幅器により増幅され、RFエネルギーの形態で組織に供給されるか又は超音波変換器に供給され、かつ熱の形態でエネルギーを組織へと送達する超音波振動形態で組織に適用され得る、様々な種類の形状を発生させることが可能である。増幅器の出力は、例えば、単一のRF電極、同時に複数のRF電極、単一の超音波変換器、同時に複数の超音波変換器又はRF変換器及び超音波変換器の組み合わせに適用することができる。更に、複数の波形テーブルを作成し、記憶して、発生器回路から組織に適用することができる。 The generator circuit algorithm and digital control circuit scan addresses in lookup table 4210 which in turn provides various digital input values to DAC circuit 4212 which feeds filter 4214 and power amplifier. Addresses may be scanned according to the frequency of interest. Using a lookup table, it is converted to an analog output signal by a DAC circuit 4212, filtered by a filter 4214, amplified by a power amplifier coupled to the output of the generator circuit, and delivered to tissue in the form of RF energy. or can be applied to tissue in the form of ultrasonic vibrations that are supplied to an ultrasonic transducer and deliver energy to the tissue in the form of heat. The output of the amplifier can be applied to, for example, a single RF electrode, multiple RF electrodes simultaneously, a single ultrasonic transducer, multiple ultrasonic transducers simultaneously, or a combination of RF and ultrasonic transducers. can. Additionally, multiple waveform tables can be created, stored, and applied to tissue from the generator circuit.

再び図35を参照すると、n=32及びM=1の場合、位相アキュムレータ4206はオーバフローして再起動する前に、232個の可能な出力をステップスルーする。対応する出力波周波数は、232で除算された入力クロック周波数に等しい。M=2である場合は、位相レジスタ1708は2倍の速度で「ロールオーバー」し、出力周波数は倍増する。これは、以下のように一般化され得る。 Referring again to FIG. 35, for n=32 and M=1, phase accumulator 4206 steps through 232 possible outputs before overflowing and restarting. The corresponding output wave frequency is equal to the input clock frequency divided by 232. If M=2, phase register 1708 "rolls over" at twice the rate, doubling the output frequency. This can be generalized as follows.

n-ビットを蓄積するように構成された位相アキュムレータ4206の場合(nは、一般にほとんどのDDSシステムで24~32の範囲であるが、前述したように、nは広範囲の選択肢から選択されてよい)、2の可能な位相点が存在する。デルタ位相レジスタにおけるデジタルワードMは、位相アキュムレータがクロックサイクル毎に増分する量を表す。fがクロック周波数である場合、出力正弦波の周波数は、以下に等しい。 For a phase accumulator 4206 configured to accumulate n-bits (n typically ranges from 24 to 32 in most DDS systems, but as noted above, n may be selected from a wide range of choices). ), there are 2 n possible phase points. The digital word M in the delta phase register represents the amount by which the phase accumulator is incremented each clock cycle. If f c is the clock frequency, the frequency of the output sine wave is equal to:

Figure 0007279051000004
Figure 0007279051000004

上記の式は、DDS「調整方程式」として知られている。システムの周波数分解能は、 The above equation is known as the DDS "adjustment equation". The frequency resolution of the system is

Figure 0007279051000005
と等しいことに留意されたい。n=32では、分解能は40億における一部よりも高い。DDS回路4200の一態様では、位相アキュムレータ4206外の全てのビットがルックアップテーブル4210に伝えられるわけではなく、切り捨てられて、例えば、最初の13~15個の最上位ビット(MSB)のみが残される。これはルックアップテーブル4210のサイズを低減し、かつ周波数分解能に影響を及ぼさない。位相の切り捨ては、少量だが許容できる位相雑音の量のみを最終出力に追加する。
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Note that is equal to With n=32, the resolution is better than some in 4 billion. In one aspect of DDS circuit 4200, not all bits outside phase accumulator 4206 are passed to lookup table 4210, but are truncated, leaving only the first 13-15 most significant bits (MSBs), for example. be This reduces the size of lookup table 4210 and does not affect frequency resolution. Phase truncation adds only a small but acceptable amount of phase noise to the final output.

電気信号波形は、所定周波数における電流、電圧、又は電力により特徴付けられてよい。更に、外科システム1000の外科用器具が超音波コンポーネントを備える場合、電気信号波形は、少なくとも1つの外科用器具の超音波変換器の少なくとも2つの振動モードを駆動させるように構成されてよい。したがって、発生器回路は、電気信号波形を少なくとも1つの外科用器具に提供するように構成されてよく、電気信号波形は、ルックアップテーブル4210(又は、図35のルックアップテーブル4104)内に記憶された所定の波形を特徴とする。なお、電気信号波形は、2つ又はそれ以上の波形の組み合わせであってよい。ルックアップテーブル4210は、複数の波形に関係した情報を含んでよい。一態様又は一実施例では、ルックアップテーブル4210はDDS回路4200により生成されてよく、直接デジタル合成テーブルと呼ばれることもある。DDSは、オンボードメモリにおける大きな反復波形の第1記憶動作により、作動する。波形(正弦、三角形、方形、任意)のサイクルは、テーブル1に示すように、所定の数の位相点によって表され、メモリに記憶され得る。一度波形がメモリ内部に記憶されると、非常に正確な周波数にて波形が発生され得る。直接デジタル合成テーブルは、発生器回路の不揮発性メモリ内に記憶され得、かつ/又は発生器回路内のFPGA回路と共に実装され得る。ルックアップテーブル4210は、波形をカテゴリー化するのに便利な任意の好適な技術によってアドレス指定されてよい。一態様によれば、ルックアップテーブル4210は、電気信号波形の周波数に従ってアドレス指定される。更に、複数の波形に関連する情報は、メモリ内のデジタル情報として、又はルックアップテーブル4210の一部として記憶されてよい。 An electrical signal waveform may be characterized by current, voltage, or power at a given frequency. Additionally, if the surgical instruments of surgical system 1000 include ultrasonic components, the electrical signal waveforms may be configured to drive at least two vibration modes of an ultrasonic transducer of at least one surgical instrument. Accordingly, the generator circuit may be configured to provide an electrical signal waveform to at least one surgical instrument, which electrical signal waveform is stored in lookup table 4210 (or lookup table 4104 of FIG. 35). characterized by a pre-determined waveform. Note that the electrical signal waveform may be a combination of two or more waveforms. The lookup table 4210 may contain information related to multiple waveforms. In one aspect or example, lookup table 4210 may be generated by DDS circuit 4200 and is sometimes referred to as a direct digital synthesis table. The DDS operates by first storing large repetitive waveforms in on-board memory. A cycle of a waveform (sine, triangle, square, arbitrary) can be represented by a predetermined number of phase points and stored in memory, as shown in Table 1. Once the waveforms are stored inside memory, waveforms can be generated at very precise frequencies. The direct digital synthesis table may be stored within non-volatile memory of the generator circuit and/or implemented with FPGA circuitry within the generator circuit. Lookup table 4210 may be addressed by any suitable technique convenient for categorizing waveforms. According to one aspect, lookup table 4210 is addressed according to the frequency of the electrical signal waveform. Further, information relating to multiple waveforms may be stored as digital information in memory or as part of lookup table 4210 .

一態様では、発生器回路は、電気信号波形を少なくとも2つの外科用器具へと同時に提供するように構成されてよい。発生器回路はまた、発生器回路の単一の出力チャネルを介して、2つの外科用器具へと同時に電気信号波形(2つ又はそれ以上の波形によって特徴付けられ得る)を提供するように構成されてもよい。例えば、一態様では、電気信号波形は、超音波変換器を駆動する第1の電気信号(例えば、超音波駆動信号)、第2のRF駆動信号及び/又はそれらの組み合わせを含む。更に、電気信号波形は、複数の超音波駆動信号、複数のRF駆動信号、並びに/又は複数の超音波駆動信号及びRF駆動信号の組み合わせを含んでよい。 In one aspect, the generator circuit may be configured to provide electrical signal waveforms to at least two surgical instruments simultaneously. The generator circuit is also configured to provide electrical signal waveforms (which may be characterized by two or more waveforms) simultaneously to two surgical instruments via a single output channel of the generator circuit. may be For example, in one aspect, the electrical signal waveform includes a first electrical signal driving an ultrasonic transducer (eg, an ultrasonic drive signal), a second RF drive signal, and/or combinations thereof. Further, the electrical signal waveforms may include multiple ultrasonic drive signals, multiple RF drive signals, and/or combinations of multiple ultrasonic drive signals and RF drive signals.

更に、本開示に従った発生器回路の操作方法は、電気信号波形を発生させること、及び発生した電気信号波形を外科システム1000の外科用器具のうちのいずれか1つに提供することを含み、電気信号波形を発生させることは、メモリから電気信号波形に関係した情報を受信することを含む。発生した電気信号波形は、少なくとも1つの波形を含む。更に、発生した電気信号波形を少なくとも1つの外科用器具へと提供することは、電気信号波形を少なくとも2つの外科用器具へと同時に提供することを含む。 Additionally, a method of operating a generator circuit according to the present disclosure includes generating an electrical signal waveform and providing the generated electrical signal waveform to any one of the surgical instruments of surgical system 1000. , generating the electrical signal waveform includes receiving information related to the electrical signal waveform from a memory. The generated electrical signal waveforms include at least one waveform. Further, providing the generated electrical signal waveform to at least one surgical instrument includes simultaneously providing the electrical signal waveform to at least two surgical instruments.

本明細書に記載される発生器回路は、様々な種類の直接デジタル合成テーブルの生成を可能にし得る。発生器回路により発生する、種々の組織の処置に好適なRF/電気外科用信号の波形の例としては、高波高率を伴うRF信号(RFモードで表面凝固に使用され得る)、低波高率を伴うRF信号(より深い組織貫通のために使用され得る)及び効率的な修正凝固を促進する波形が挙げられる。発生器回路はまた、直接デジタル合成ルックアップテーブル4210を用いて複数の波形を発生させることができ、また、オンザフライで所望の組織効果に基づく特定の波形間で切り替えを行うことができる。切り替えは、組織インピーダンス及び/又は他の要素に基づいてよい。 The generator circuits described herein may enable generation of various types of direct digital synthesis tables. Examples of RF/electrosurgical signal waveforms suitable for treatment of various tissues generated by the generator circuit include RF signals with high crest factor (which can be used for surface coagulation in RF mode), low crest factor (which can be used for deeper tissue penetration) and waveforms that promote efficient modified coagulation. The generator circuit can also generate multiple waveforms using a direct digital synthesis lookup table 4210 and can switch between specific waveforms on the fly based on the desired tissue effect. Switching may be based on tissue impedance and/or other factors.

従来の正弦/余弦波形に加えて、発生器回路は、サイクル毎の組織への電力を最大化する波形(複数可)(すなわち、台形波又は方形波)を発生させるように構成されてよい。発生器回路が、RF信号及び超音波信号を同時に駆動することを可能にする回路トポロジーを含むのであるならば、発生器回路は、RF信号及び超音波信号を同時に駆動する場合に、負荷へと送達される電力を最大化するように、かつ超音波周波数ロックを維持するように同期される波形(複数可)を提供することができる。更に、器具及びその組織効果に固有のカスタム波形は、不揮発性メモリ(NVM)内又は器具のEEPROM内に記憶され得、また外科システム1000の外科用器具のうちのいずれか1つを発生器回路に接続する際にフェッチされ得る。 In addition to conventional sine/cosine waveforms, the generator circuit may be configured to generate waveform(s) (ie, trapezoidal or square waves) that maximize power to the tissue per cycle. Provided that the generator circuit includes a circuit topology that allows it to drive RF and ultrasonic signals simultaneously, the generator circuit will drive the RF and ultrasonic signals simultaneously into the load. Waveform(s) can be provided that are synchronized to maximize delivered power and to maintain ultrasound frequency lock. Additionally, custom waveforms specific to an instrument and its tissue effect can be stored in non-volatile memory (NVM) or in the instrument's EEPROM, and any one of the surgical instruments of surgical system 1000 can be used as a generator circuit. can be fetched when connecting to

DDS回路4200は、複数のルックアップテーブル4104を備えてよく、ルックアップテーブル4210は、所定数の位相点(サンプルと呼ばれる場合もある)により表される波形を記憶し、位相点は所定の波形の形状を画定する。したがって、独自の形状を有する複数の波形は、複数のルックアップテーブル4210内に記憶されて、器具設定又は組織フィードバックに基づく様々な組織処置を提供することができる。波形の例としては、表面組織凝固のための高い波高率のRF電気信号波形、より深い組織貫通のための低い波高率のRF電気信号波形、及び効果的な修正凝固を促進する電気信号波形が挙げられる。一態様では、DDS回路4200は、複数の波形ルックアップテーブル4210を作成することができ、組織処置手順の間(例えば、ユーザ入力又はセンサ入力に基づく「オンザフライ」又は実質実時間にて)、所望の組織効果及び/又は組織フィードバックに基づいて、様々なルックアップテーブル4210に記憶された様々な波形間で切り替えを行うことができる。 DDS circuit 4200 may comprise a plurality of lookup tables 4104, where lookup table 4210 stores waveforms represented by a predetermined number of phase points (sometimes referred to as samples), where the phase points correspond to predetermined waveforms. defines the shape of Thus, multiple waveforms with unique shapes can be stored in multiple lookup tables 4210 to provide different tissue treatments based on instrument settings or tissue feedback. Examples of waveforms include high crest factor RF electrical signal waveforms for superficial tissue coagulation, low crest factor RF electrical signal waveforms for deeper tissue penetration, and electrical signal waveforms that promote effective modified coagulation. mentioned. In one aspect, the DDS circuitry 4200 can create a plurality of waveform lookup tables 4210 to perform desired waveforms during a tissue treatment procedure (eg, "on the fly" based on user or sensor input or in substantially real-time). Switching between different waveforms stored in different lookup tables 4210 can be performed based on tissue effects and/or tissue feedback.

したがって、波形間の切り替えは、例えば、組織インピーダンス及び他の要素に基づくことができる。他の態様では、ルックアップテーブル4210は、サイクル毎に組織内へと送達される電力を最大化するよう形成される電気信号波形(すなわち、台形波又は方形波)を記憶することができる。他の態様では、ルックアップテーブル4210は、同期した波形を記憶することができ、その結果、この波形が、RF及び超音波駆動信号を送達するときに、外科システム1000の外科用器具のうちの任意の1つによる電力送達を最大化する。更に他の態様では、ルックアップテーブル4210は、超音波周波数のロックを維持しながら、超音波並びにRF治療用及び/又は治療量以下のエネルギーを同時に駆動する電気信号波形を記憶することができる。一般に、出力波形は、正弦波、余弦波、脈波、方形波などの形態であってもよい。それにもかかわらず、異なる器具及びそれらの組織効果に特有のより複雑なカスタム波形は、発生器回路の不揮発性メモリ内、又は外科用器具の不揮発性メモリ(例えば、EEPROM)内に記憶することができ、また外科用器具を発生器回路に接続する際にフェッチされ得る。カスタム波形の一例は、図37に示されるような、多くの高波高率「凝固」波形に使用される、指数関数的に減衰する正弦波形である。 Thus, switching between waveforms can be based on tissue impedance and other factors, for example. In other aspects, the lookup table 4210 can store electrical signal waveforms (ie, trapezoidal or square waves) shaped to maximize the power delivered into the tissue each cycle. In other aspects, the lookup table 4210 can store synchronized waveforms so that when the waveforms deliver the RF and ultrasound drive signals, one of the surgical instruments of the surgical system 1000 Maximize power delivery by any one. In yet another aspect, the lookup table 4210 can store electrical signal waveforms that simultaneously drive ultrasound and RF therapeutic and/or sub-therapeutic energy while maintaining ultrasound frequency lock. In general, the output waveform may be in the form of sine wave, cosine wave, pulse wave, square wave, and the like. Nevertheless, more complex custom waveforms specific to different instruments and their tissue effects can be stored in the generator circuit's non-volatile memory, or in the surgical instrument's non-volatile memory (e.g., EEPROM). and can be fetched when connecting the surgical instrument to the generator circuit. An example of a custom waveform is the exponentially decaying sinusoidal waveform used in many high crest factor "coagulation" waveforms, as shown in FIG.

図37は、アナログ波形4304の本開示の少なくとも1つの態様による(比較目的のために離散時間デジタル電気信号波形4300に重ね合わされて示される)、離散時間デジタル電気信号波形4300の1サイクルを示す。水平軸は、時間(t)を表し、縦軸はデジタル位相点を表す。デジタル電気信号波形4300は、例えば、所望のアナログ波形4304のデジタル離散時間バージョンである。デジタル電気信号波形4300は、1サイクル又は期間TにわたるクロックサイクルTclk毎の振幅を表す、振幅位相点4302を記憶することにより生成される。デジタル電気信号波形4300は、任意の好適なデジタル処理回路により、1期間Tにわたって生成される。振幅位相点は、メモリ回路内に記憶されたデジタルワードである。図35及び図36に示す実施例では、デジタルワードは、26又は64ビットの分解能を有する、振幅位相点を記憶することができる6ビットワードである。図35及び図36に示す実施例は、例証目的のためのものであり、実際の実装では分解能ははるかに高くなり得ることが理解されるであろう。1サイクルToにわたるデジタル振幅位相点4302は、例えば、図35及び図36に関連して記載されているようなルックアップテーブル4104、4210内のストリングワードのストリングとして、メモリ内に記憶される。これも図35及び図36に関して記載されるように、アナログバージョンのアナログ波形4304を発生させるために、振幅位相点4302は、クロックサイクルTclk毎に0~Tでメモリから順番に読み取られ、かつDAC回路4108、4212によって変換される。追加のサイクルは、所望され得るだけのサイクル又は期間にわたって0~Tで、デジタル電気信号波形4300の振幅位相点4302を繰り返し読み取ることによって生成することができる。平滑アナログバージョンのアナログ波形4304は、フィルタ4112、4214(図35及び図36)によってDAC回路4108、4212の出力をフィルタリングすることにより達成される。フィルタリングされたアナログ出力信号4114、4222(図35及び図36)は、電力増幅器の入力に適用される。 FIG. 37 shows one cycle of a discrete-time digital electrical signal waveform 4300 according to at least one aspect of the present disclosure of an analog waveform 4304 (shown superimposed on the discrete-time digital electrical signal waveform 4300 for comparison purposes). The horizontal axis represents time (t) and the vertical axis represents digital phase points. Digital electrical signal waveform 4300 is, for example, a digital discrete-time version of desired analog waveform 4304 . A digital electrical signal waveform 4300 is generated by storing amplitude phase points 4302, which represent the amplitude for each clock cycle Tclk over one cycle or period To . Digital electrical signal waveform 4300 is generated over a period of time To by any suitable digital processing circuit. Amplitude phase points are digital words stored in a memory circuit. In the examples shown in FIGS. 35 and 36, the digital word is a 6-bit word capable of storing amplitude-phase points with 26 or 64-bit resolution. It will be appreciated that the examples shown in Figures 35 and 36 are for illustrative purposes and that in actual implementations the resolution can be much higher. The digital amplitude phase points 4302 over one cycle To are stored in memory, eg, as strings of string words in lookup tables 4104, 4210 as described in connection with FIGS. To generate the analog version of the analog waveform 4304 , also described with respect to FIGS . and converted by DAC circuits 4108 and 4212 . Additional cycles can be generated by repeatedly reading amplitude phase points 4302 of digital electrical signal waveform 4300 from 0 to T 0 for as many cycles or periods as may be desired. A smoothed analog version of the analog waveform 4304 is achieved by filtering the output of the DAC circuits 4108, 4212 by filters 4112, 4214 (FIGS. 35 and 36). The filtered analog output signals 4114, 4222 (FIGS. 35 and 36) are applied to the inputs of the power amplifiers.

図38は、本開示の一態様による、変位部材が遠位方向に前進し、クランプアーム(例えば、アンビル)と結合したときに、閉鎖部材(例えば閉鎖管)の漸進的閉鎖を提供して、閉鎖部材上の閉鎖力負荷を所望の速度で低下させ、発射部材上の発射力負荷を減少させるように構成された、制御システム12950の図である。一態様では、制御システム12950は、ネスト化PIDフィードバックコントローラとして実装されてもよい。PIDコントローラは、所望の設定点と測定されたプロセス変数との間の差として誤差値を連続的に計算するための制御ループフィードバック機構(コントローラ)であり、比例、積分、及び微分項(それぞれP、I、及びDで示される場合がある)に基づいて補正を適用する。ネスト化PIDコントローラフィードバック制御システム12950は、一次(外側)フィードバックループ12954内の一次コントローラ12952と、二次(内側)フィードバックループ12956内の二次コントローラ12955と、を含む。一次コントローラ12952は、図39に示されるようなPIDコントローラ12972であってもよく、二次コントローラ12955もまた、図39に示されるようなPIDコントローラ12972であってもよい。一次コントローラ12952は、一次プロセス12958を制御し、二次コントローラ12955は二次プロセス12960を制御する。一次プロセス12958の出力12966は、第1の加算器12962によって一次設定値SPから減算される。第1の加算器12962は、一次コントローラ12952に適用される単一の和出力信号を生成する。一次コントローラ12952の出力は、二次設定点SPである。二次プロセス12960の出力12968は、第2の加算器12964によって二次設定点SPから減算される。 FIG. 38 illustrates, according to one aspect of the present disclosure, providing gradual closure of a closure member (e.g., obturator tube) as the displacement member advances distally and engages a clamp arm (e.g., anvil); 12950 is an illustration of a control system 12950 configured to decrease the closing force load on the closing member at a desired rate to decrease the firing force load on the firing member. FIG. In one aspect, control system 12950 may be implemented as a nested PID feedback controller. A PID controller is a control-loop feedback mechanism (controller) for continuously calculating an error value as the difference between a desired setpoint and a measured process variable, with proportional, integral, and derivative terms (P , I, and D). Nested PID controller feedback control system 12950 includes primary controller 12952 in primary (outer) feedback loop 12954 and secondary controller 12955 in secondary (inner) feedback loop 12956 . Primary controller 12952 may be PID controller 12972 as shown in FIG. 39 and secondary controller 12955 may also be PID controller 12972 as shown in FIG. Primary controller 12952 controls primary process 12958 and secondary controller 12955 controls secondary process 12960 . The output 12966 of the primary process 12958 is subtracted from the primary set point SP 1 by a first adder 12962 . First adder 12962 produces a single sum output signal that is applied to primary controller 12952 . The output of primary controller 12952 is secondary setpoint SP2 . The output 12968 of secondary process 12960 is subtracted from secondary setpoint SP2 by a second adder 12964 .

閉鎖管の変位を制御する状況においては、制御システム12950は、一次設定値SPが所望の閉鎖力値であり、一次コントローラ12952が、閉鎖モータの出力に結合されたトルクセンサから閉鎖力を受信して閉鎖モータの設定値SPのモータ速度を決定するように構成されるように、構成されてもよい。他の態様では、閉鎖力は、歪みゲージ、ロードセル、又は他の好適な力センサで測定され得る。閉鎖モータ速度設定値SPは、二次コントローラ12955によって決定される閉鎖管の実際の速度と比較される。閉鎖管の実際の速度は、位置センサを用いた閉鎖管の変位の測定と、タイマー/カウンタを用いた経過時間の測定とを比較することによって測定され得る。リニアエンコーダ又は回転エンコーダなどの他の技術を用いて、閉鎖管の変位を測定することができる。二次プロセス12960の出力12968は、閉鎖管の実際の速度である。この閉鎖管速度出力12968は、閉鎖管に作用する力を決定する一次プロセス12958に提供され、測定された閉鎖力を一次設定値SPから減算する加算器12962にフィードバックされる。一次設定値SPは、上限閾値又は下限閾値であってもよい。加算器12962の出力に基づいて、一次コントローラ12952は閉鎖モータの速度及び方向を制御する。二次コントローラ12955は、二次プロセス12960によって測定された閉鎖管の実際の速度、並びに実際の発射力と発射力の上限及び下限閾値との比較に基づく二次設定値SPに基づいて、閉鎖モータの速度を制御する。 In the situation of controlling the displacement of the closure tube, the control system 12950 will ensure that the primary setpoint SP 1 is the desired closure force value and the primary controller 12952 will receive the closure force from a torque sensor coupled to the output of the closure motor. to determine the motor speed of the closing motor set point SP2 . Alternatively, the closing force may be measured with strain gauges, load cells, or other suitable force sensors. Closure motor speed setpoint SP 2 is compared to the actual speed of the closure tube as determined by secondary controller 12955 . The actual velocity of the closed tube can be determined by comparing the measurement of the closed tube displacement using a position sensor and the elapsed time measurement using a timer/counter. Other techniques such as linear or rotary encoders can be used to measure the displacement of the closed tube. The output 12968 of secondary process 12960 is the actual velocity of the closed tube. This closure tube velocity output 12968 is provided to a primary process 12958 that determines the force acting on the closure tube and is fed back to a summer 12962 that subtracts the measured closure force from the primary set point SP1 . The primary set point SP 1 may be an upper threshold or a lower threshold. Based on the output of summer 12962, primary controller 12952 controls the speed and direction of the closing motor. The secondary controller 12955 closes the closure tube based on the actual velocity of the closure tube as measured by the secondary process 12960 and a secondary set point SP2 based on a comparison of the actual firing force to upper and lower firing force thresholds. Control the speed of the motor.

図39は、本開示の一態様による、PIDフィードバック制御システム12970を示す。一次コントローラ12952若しくは二次コントローラ12955、又はその両方は、PIDコントローラ12972として実装されてもよい。一態様では、PIDコントローラ12972は、比例要素12974(P)、積分要素12976(I)、及び微分要素12978(D)を含んでもよい。P要素12974、I要素12976、D要素12978の出力は加算器12986によって加算され、加算器12986は、制御変数μ(t)をプロセス12980に提供する。プロセス12980の出力は、プロセス変数y(t)である。加算器12984は、所望の設定値r(t)と測定されたプロセス変数y(t)との間の差を計算する。PIDコントローラ12972は、所望の設定点r(t)(例えば、閉鎖力閾値)と測定されたプロセス変数y(t)(例えば、閉鎖管の速度及び方向)との間の差として誤差値e(t)(例えば、閉鎖力閾値と測定された閉鎖力との差)を連続的に計算し、それぞれ比例要素12974(P)、積分要素12976(I)、及び微分要素12978(D)によって計算された比例、積分、及び微分項に基づいて補正を適用する。PIDコントローラ12972は、制御変数μ(t)(例えば、閉鎖管の速度及び方向)を調節することによって、経時的な誤差e(t)を最小限に抑えることを試みる。 FIG. 39 illustrates a PID feedback control system 12970, according to one aspect of the present disclosure. Primary controller 12952 or secondary controller 12955 or both may be implemented as PID controller 12972 . In one aspect, the PID controller 12972 may include a proportional element 12974 (P), an integral element 12976 (I), and a derivative element 12978 (D). The outputs of P element 12974 , I element 12976 and D element 12978 are summed by adder 12986 which provides control variable μ(t) to process 12980 . The output of process 12980 is process variable y(t). A summer 12984 calculates the difference between the desired setpoint r(t) and the measured process variable y(t). The PID controller 12972 provides an error value e( t) (e.g., the difference between the closure force threshold and the measured closure force), calculated by proportional component 12974 (P), integral component 12976 (I), and derivative component 12978 (D), respectively. Apply corrections based on proportional, integral, and derivative terms. PID controller 12972 attempts to minimize error e(t) over time by adjusting control variables μ(t) (eg, velocity and direction of the closed tube).

PIDアルゴリズムによると、「P」要素12974は、誤差の現在値の原因となる。例えば、誤差が大きくかつ正である場合、制御出力も大きくかつ正となる。本開示によれば、誤差項e(t)は、閉鎖管の所望の閉鎖力と測定された閉鎖力との間で異なる。「I」要素12976は、誤差の過去値の原因となる。例えば、電流出力が十分に強くない場合、誤差の積分は経時的に蓄積し、コントローラは、より強い動作を適用することによって応答する。「D」要素12978は、その現在の変化率に基づいて、可能な誤差の将来動向の原因となる。例えば、上記のPの例に戻ると、大きい正の制御出力が誤差をゼロに近付けることに成功すると、それはまた、プロセスを近い将来の大きな負の誤差に至る経路上に置く。この場合、微分は負になり、Dモジュールは、このオーバーシュートを防止するために動作の強さを低下させる。 According to the PID algorithm, the 'P' element 12974 accounts for the current value of error. For example, if the error is large and positive, the control output will also be large and positive. According to the present disclosure, the error term e(t) is different between the desired closure force and the measured closure force of the closure tube. The 'I' element 12976 accounts for the past value of error. For example, if the current output is not strong enough, the error integral accumulates over time and the controller responds by applying stronger action. The 'D' element 12978 accounts for possible future trends in error based on its current rate of change. For example, returning to the P example above, if a large positive control output succeeds in driving the error closer to zero, it also puts the process on a path to a large negative error in the near future. In this case the derivative becomes negative and the D module reduces the strength of the motion to prevent this overshoot.

他の変数及び設定点は、フィードバック制御システム12950、12970に従って監視及び制御されてもよいことが理解されよう。例えば、本明細書に記載される適応型閉鎖部材速度制御アルゴリズムは、とりわけ、発射部材ストローク位置、発射部材負荷、切断要素の変位、切断要素の速度、閉鎖管ストローク位置、閉鎖管負荷のパラメータのうちの少なくとも2つを測定することができる。 It will be appreciated that other variables and set points may be monitored and controlled according to the feedback control system 12950,12970. For example, the adaptive closure member velocity control algorithm described herein provides, among other things, the parameters of firing member stroke position, firing member load, cutting element displacement, cutting element velocity, closure tube stroke position, closure tube load. At least two of them can be measured.

超音波メスなどの超音波外科用装置は、これらの固有の性能特性のために、外科処置においてますます広範な用途を見出されている。特定の装置構成及び動作パラメータにより、超音波外科用装置は組織の実質的に同時の横切開及び凝固によるホメオスタシスを提供することができ、望ましくは患者の外傷を最小化する。超音波外科用装置は、超音波変換器を含むハンドピース、並びに組織を切断及び封止するために、遠位に取り付けられたエンドエフェクタ(例えば、ブレード先端部)を有する超音波変換器に結合された器具を含み得る。いくつかの場合では、器具は、ハンドピースに恒久的に取り付けることができる。他の場合では、使い捨て器具又は交換式器具の場合におけるように、器具は、ハンドピースから取り外し可能であることができる。エンドエフェクタは、エンドエフェクタと接触する組織に超音波エネルギーを伝達し、切断及び封止作用を実現する。このような超音波外科用装置は、切開外科用途用、ロボット支援手術を含む腹腔鏡又は内視鏡手術用に構成することができる。 Ultrasonic surgical devices, such as ultrasonic scalpels, are finding increasingly widespread use in surgical procedures due to their unique performance characteristics. Certain device configurations and operating parameters allow ultrasonic surgical devices to provide substantially simultaneous transsection of tissue and homeostasis by coagulation, desirably minimizing patient trauma. Ultrasonic surgical devices are coupled to a handpiece that includes an ultrasonic transducer and an ultrasonic transducer having a distally mounted end effector (e.g., blade tip) to cut and seal tissue. It may contain instruments that have been installed. In some cases, the instrument can be permanently attached to the handpiece. In other cases, the instrument may be removable from the handpiece, such as in the case of disposable or replaceable instruments. The end effector transmits ultrasonic energy to tissue in contact with the end effector to effect cutting and sealing action. Such ultrasonic surgical devices can be configured for open surgical applications, laparoscopic or endoscopic surgery, including robotic-assisted surgery.

超音波エネルギーは、電気外科処置において使用されるものよりも低い温度を使用して組織を切断及び凝固し、ハンドピースと通信する超音波発生器によってエンドエフェクタに伝達され得る。超音波ブレードは、高周波(例えば、毎秒55,500サイクル)で振動して、組織中のタンパク質を変性させて粘着性の凝塊を形成する。ブレード表面によって組織に対して圧力をかけると血管が潰れ、凝塊が止血シールを形成することを可能にする。外科医は、エンドエフェクタによって組織に印加される力による切断速度及び凝固、力が印加される時間、並びに選択されるエンドエフェクタの実行レベルを制御することができる。 Ultrasonic energy cuts and coagulates tissue using temperatures lower than those used in electrosurgery and may be transmitted to the end effector by an ultrasonic generator in communication with the handpiece. Ultrasonic blades vibrate at high frequencies (eg, 55,500 cycles per second) to denature proteins in tissue to form sticky clots. Pressure on the tissue by the blade surface causes the vessel to collapse, allowing the clot to form a hemostatic seal. The surgeon can control the cutting speed and coagulation due to the force applied to the tissue by the end effector, the time the force is applied, and the selected end effector performance level.

超音波変換器は、共振器の電気機械特性を規定する、静電容量を有する第1ブランチ、直列接続されたインダクタンス、抵抗、及び容量を有する第2「動作」ブランチを含む等価の回路としてモデル化され得る。既知の超音波発生器は、発生器駆動信号電流の実質的に全部が動作ブランチ内に流れるように、ある共振周波数において静電容量をチューンアウト(tuning out)するための調整インダクタを含み得る。したがって、調整インダクタを使用することにより、発生器の駆動信号電流は、動作ブランチ電流を表し、したがって発生器はその駆動信号を制御して超音波変換器の共振周波数を維持することができる。調整インダクタはまた、発生器の周波数固定能力を改善するために、超音波変換器の相インピーダンスプロットを変換することができる。しかしながら、調整インダクタは、動作共振周波数において、超音波変換器の特定の静電容量と適合しなくてはならない。換言すると、異なる静電容量を有する異なる超音波変換器は、異なる調整インダクタを必要とする。 The ultrasonic transducer is modeled as an equivalent circuit comprising a first branch with capacitance and a second "working" branch with series connected inductance, resistance and capacitance, defining the electromechanical properties of the resonator. can be Known ultrasonic generators may include tuning inductors for tuning out the capacitance at a certain resonant frequency such that substantially all of the generator drive signal current flows into the working branch. Therefore, by using tuning inductors, the drive signal current of the generator represents the operating branch current, and thus the generator can control its drive signal to maintain the resonant frequency of the ultrasonic transducer. The tuning inductor can also transform the phase impedance plot of the ultrasonic transducer to improve the frequency locking ability of the generator. However, the tuning inductor must match the specific capacitance of the ultrasonic transducer at the operating resonant frequency. In other words, different ultrasonic transducers with different capacitances require different tuning inductors.

加えて、いくつかの超音波発生器構造において、発生器駆動信号は、インピーダンス規模及び相測定を複雑化する非対称高調波歪みを呈する。例えば、インピーダンス相測定値の正確性は、電流信号及び電圧信号の高調波歪みにより低減し得る。 Additionally, in some ultrasound generator configurations, the generator drive signal exhibits asymmetric harmonic distortion that complicates impedance magnitude and phase measurements. For example, the accuracy of impedance phase measurements can be reduced by harmonic distortion of current and voltage signals.

その上、騒音環境における電磁干渉が、超音波変換器の共振周波数の固定を維持する発生器の能力を低減し、無効な制御アルゴリズム入力の可能性を増加させる。 Moreover, electromagnetic interference in noisy environments reduces the generator's ability to maintain a fixed resonant frequency of the ultrasonic transducer, increasing the likelihood of invalid control algorithm inputs.

組織を処置かつ/又は破壊するために、組織に電気エネルギーを印加するための電気外科用装置はまた、外科手技において、ますます広範な用途が見出されている。電気外科用装置は、ハンドピース及び遠位に取り付けられたエンドエフェクタ(例えば、1つ又は2つ以上の電極)を有する器具を含み得る。エンドエフェクタは、電流が組織内に導入されるように、組織に対して位置決めすることができる。電気外科用装置は、双極又は単極動作用に構成することができる。双極動作中、電流はそれぞれ、エンドエフェクタの作動電極によって組織に導入され、エンドエフェクタの戻り電極によって組織から戻される。単極動作中、電流は、エンドエフェクタの活性電極によって組織に導入され、患者の体に別個に位置する戻り電極(例えば、接地パッド)を介して戻される。組織を流れる電流によって生成される熱は、組織内及び/又は組織間の止血封止を形成してもよく、したがって、例えば、血管を封止するために特に有用であってもよい。電気外科用装置のエンドエフェクタはまた、組織に対して可動である切断部材、及び組織を横切開するための電極を含み得る。 Electrosurgical devices for applying electrical energy to tissue to treat and/or destroy tissue are also finding increasingly widespread use in surgical procedures. An electrosurgical device may include an instrument having a handpiece and a distally attached end effector (eg, one or more electrodes). The end effector can be positioned relative to tissue such that an electrical current is introduced into the tissue. Electrosurgical devices can be configured for bipolar or monopolar operation. During bipolar operation, current is introduced into the tissue by the end effector's working electrode and returned from the tissue by the end effector's return electrode, respectively. During unipolar operation, current is introduced into the tissue by the active electrode of the end effector and returned via a return electrode (eg, ground pad) separately located on the patient's body. Heat generated by current flowing through tissue may form hemostatic seals within and/or between tissues, and thus may be particularly useful for sealing blood vessels, for example. An end effector of an electrosurgical device may also include a cutting member movable relative to tissue and an electrode for transecting tissue.

電気外科用装置によって適用される電気エネルギーは、ハンドピースと通信する発生器によって器具へと伝達され得る。電気エネルギーは、無線周波数(RF)エネルギーの形態であってもよい。RFエネルギーは、EN60601-2-2:2009+A11:2011,Definition 201.3.218-HIGH FREQUENCYで説明されているように、300kHz~1MHzの周波数範囲内であり得る電気エネルギーの形態である。例えば、単極RF用途における周波数は、典型的には、5MHz未満に制限される。しかしながら、双極RF用途においては、周波数は、ほぼどのような値であってもよい。200kHz超の周波数は、典型的には、低周波数の電流の使用から生じる神経及び筋肉の不必要な刺激を避けるために、単極用途に使用される。リスク分析が、神経筋刺激の可能性が許容可能なレベルにまで緩和されたと示す場合は、より低い周波数を双極技術に使用することができる。高周波数漏洩電流に関連する問題を最小限に抑えるために、5MHz超の周波数は、通常使用されない。一般に、10mAが、組織への熱効果の下側閾値であると認識されている。 Electrical energy applied by the electrosurgical device may be transmitted to the instrument by a generator in communication with the handpiece. The electrical energy may be in the form of radio frequency (RF) energy. RF energy is a form of electrical energy that can be in the frequency range 300 kHz to 1 MHz as described in EN60601-2-2:2009+A11:2011, Definition 201.3.218-HIGH FREQUENCY. For example, frequencies in monopolar RF applications are typically limited to less than 5 MHz. However, in bipolar RF applications, the frequency can be almost any value. Frequencies above 200 kHz are typically used for monopolar applications to avoid unnecessary stimulation of nerves and muscles resulting from the use of low frequency currents. Lower frequencies can be used for bipolar techniques if the risk analysis indicates that the likelihood of neuromuscular stimulation has been mitigated to an acceptable level. To minimize problems associated with high frequency leakage currents, frequencies above 5 MHz are typically not used. 10 mA is generally recognized as the lower threshold for thermal effects on tissue.

その動作中に、電気外科用装置は組織を通して低周波数RFエネルギーを伝達することができ、これによってイオン性攪拌又は摩擦、つまりは抵抗加熱が引き起こされ、組織の温度が上昇する。処置される組織とその周囲組織との間にはっきりとした境界が形成され得るため、外科医は隣接する非対象組織を犠牲にすることなく、高レベルの精度及び制御で手術をすることができる。RFエネルギーの低動作温度は、軟組織を除去、収縮、又は彫刻しつつ同時に血管を封止する上で有用であり得る。RFエネルギーは、主にコラーゲンから構成されて熱と接触すると収縮する結合組織に特によく作用し得る。 During its operation, an electrosurgical device can transmit low frequency RF energy through tissue, which causes ionic agitation or friction, or resistive heating, to raise the temperature of the tissue. A sharp boundary can be formed between the tissue being treated and its surrounding tissue, allowing the surgeon to operate with a high level of precision and control without sacrificing adjacent non-target tissue. The low operating temperature of RF energy can be useful in removing, shrinking, or sculpting soft tissue while simultaneously sealing blood vessels. RF energy can work particularly well on connective tissue, which is composed primarily of collagen and contracts when in contact with heat.

これらの固有の駆動信号、感知及びフィードバックの必要性により、超音波及び電気外科用装置は、一般的に異なる発生器を必要とした。加えて、器具が使い捨てであるか又はハンドピースと互換可能である場合、超音波及び電気外科用発生器は、使用される特定の器具構成を認識し、したがって制御及び診断プロセスを最適化するそれらの能力を制限される。更に、発生器の非絶縁回路と患者絶縁回路との間の容量結合は、特により高い電圧及び周波数が使用される場合において、患者を許容不可能なレベルの漏れ電流に暴露する結果となり得る。 Due to their inherent drive signal, sensing and feedback needs, ultrasonic and electrosurgical devices have generally required different generators. Additionally, where instruments are disposable or compatible with handpieces, ultrasonic and electrosurgical generators recognize the specific instrument configuration used, thus optimizing the control and diagnostic process. limited ability to In addition, capacitive coupling between the non-isolated circuitry of the generator and the patient-isolated circuitry can result in exposure of the patient to unacceptable levels of leakage current, especially when higher voltages and frequencies are used.

更にこれらの固有の駆動信号、感知及びフィードバックの必要性により、超音波及び電気外科用装置は、一般的に様々な発生器のために様々なユーザインターフェースを必要としてきた。こうした従来の超音波及び電気外科用装置では、1つのユーザインターフェースが超音波器具と共に使用するように構成され、一方で、別のユーザインターフェースが電気外科用器具と共に使用するように構成される場合がある。こうしたユーザインターフェースとしては、手起動式スイッチ及び/又は足起動式スイッチなどの、手及び/又は足起動式ユーザインターフェースが挙げられる。超音波及び電気外科用器具の両方と共に使用するための組み合わせられた発生器の様々な態様が、後続の開示で想到されるため、超音波及び/又は電気外科用器具発生器の両方と共に動作するように構成された追加のユーザインターフェースもまた検討される。 Additionally, due to their inherent drive signal, sensing and feedback needs, ultrasonic and electrosurgical devices have typically required different user interfaces for different generators. In such conventional ultrasonic and electrosurgical devices, one user interface may be configured for use with an ultrasonic instrument, while another user interface is configured for use with an electrosurgical instrument. be. Such user interfaces include hand and/or foot activated user interfaces, such as hand activated switches and/or foot activated switches. Various aspects of combined generators for use with both ultrasonic and electrosurgical instruments are contemplated in subsequent disclosure, thus working with both ultrasonic and/or electrosurgical instrument generators. Additional user interfaces configured to: are also contemplated.

超音波及び/又は電気外科用器具のいずれかの動作モード又は状態を示すフィードバックを提供するためにユーザ又はその他の機械のいずれかにフィードバックを提供するための追加のユーザインターフェースが後続の開示内で検討される。超音波及び/又は電気外科用器具の組み合わせを操作するためのユーザ及び/又は機械フィードバックを提供することは、ユーザに感覚フィードバックを提供すること、及び機械に電気/機械/電気機械的フィードバックを提供することを必要とする。組み合わせられた超音波及び/又は電気外科用器具で使用するために、視覚フィードバック装置(例えば、LCDディスプレイスクリーン、LEDインジケータ)、可聴フィードバック装置(例えば、スピーカ、ブザー)、又は触覚フィードバック装置(例えば、触覚アクチュエータ)を組み込むフィードバック装置が、後続の開示内で検討される。 Additional user interfaces for providing feedback to either the user or other machines to provide feedback indicative of operational modes or states of any of the ultrasonic and/or electrosurgical instruments are provided in subsequent disclosures. be considered. Providing user and/or machine feedback for operating a combination of ultrasonic and/or electrosurgical instruments provides sensory feedback to the user and electrical/mechanical/electromechanical feedback to the machine. need to do. Visual feedback devices (e.g., LCD display screens, LED indicators), audible feedback devices (e.g., speakers, buzzers), or tactile feedback devices (e.g., Feedback devices incorporating haptic actuators) are discussed in subsequent disclosures.

他の電気外科用器具として、限定はしないが、とりわけ、不可逆性及び/若しくは可逆性電気穿孔法、並びに/又はマイクロ波技術が挙げられる。したがって、本明細書で開示する技術は、とりわけ、超音波、双極若しくは単極のRF(電気外科的)、不可逆性及び/若しくは可逆性電気穿孔、並びに/又はマイクロ波に基づく外科用器具に適用可能である。 Other electrosurgical instruments include, but are not limited to, irreversible and/or reversible electroporation, and/or microwave technology. Accordingly, the techniques disclosed herein are applicable to, inter alia, ultrasound, bipolar or monopolar RF (electrosurgical), irreversible and/or reversible electroporation, and/or microwave-based surgical instruments. It is possible.

様々な態様が、改善された超音波外科用装置、電気外科用装置、及びこれと共に使用するための発生器を対象とする。超音波外科用装置の態様は、例えば、外科処置中に組織を横切開及び/又は凝固するように構成され得る。電気外科用装置の態様は、例えば、外科処置中に、組織を横切開、凝固、スケーリング、溶接及び/又は乾燥させるように構成され得る。 Various aspects are directed to improved ultrasonic surgical devices, electrosurgical devices, and generators for use therewith. Aspects of ultrasonic surgical devices may be configured, for example, to transect and/or coagulate tissue during a surgical procedure. Aspects of electrosurgical devices may be configured to transect, coagulate, scale, weld and/or desiccate tissue during a surgical procedure, for example.

発生器の態様は、デジタル信号処理と共に、発生器駆動信号電流及び電圧の高速アナログ-デジタルサンプリング(例えば、周波数に応じておよそ200倍のオーバーサンプリング)を使用し、既知の発生器アーキテクチャに勝る多くの利点及び利益を提供する。一態様では、例えば、電流及び電圧フィードバックデータ、超音波変換器の静電容量値、並びに駆動信号周波数値に基づき、発生器は超音波変換器の動作ブランチ電流を決定し得る。これは、実質的に調整されたシステムの利益を提供し、任意の周波数で静電容量(例えば、図25のC)のいずれかの値と同調される又は共振するシステムの存在をシミュレートする。したがって、動作ブランチ電流の制御は、調整インダクタを必要とせずに、静電容量の効果をチューンアウトすることによって実現され得る。加えて、調整インダクタの排除は、周波数固定が、電流及び電圧フィードバックデータを好適に処理することによって実現され得るため、発生器の周波数固定能力を悪化させない場合がある。 Aspects of the generator use digital signal processing as well as high-speed analog-to-digital sampling of the generator drive signal current and voltage (eg, oversampling by a factor of approximately 200 depending on frequency), providing many advantages over known generator architectures. provide the advantages and benefits of In one aspect, the generator may determine the operating branch currents of the ultrasonic transducer based, for example, on current and voltage feedback data, ultrasonic transducer capacitance values, and drive signal frequency values. This provides the benefit of a substantially tuned system, simulating the presence of a system tuned or resonant with any value of capacitance (e.g., C 0 in FIG. 25) at any frequency. do. Therefore, control of the operating branch currents can be achieved by tuning out the effect of capacitance without the need for tuning inductors. Additionally, elimination of tuning inductors may not degrade the frequency locking capability of the generator, as frequency locking can be achieved by appropriately processing current and voltage feedback data.

デジタル信号処理を伴う、発生器駆動信号電流及び電圧の高速アナログ-デジタルサンプリングはまた、サンプルの正確なデジタルフィルタリングを可能にし得る。例えば、発生器の態様は、基本駆動信号周波数と、二次高調波と、の間でロールオフするローパスデジタルフィルタ(例えば、有限インパルス応答(FIR)フィルタ)を使用し、電流及び電圧フィードバックサンプルの非対称高調波歪み及びEMI誘導ノイズを低減してもよい。フィルタリングされた電流及び電圧フィードバックサンプルは、実質的に基本駆動信号周波数を表し、したがって、基本駆動信号周波数に関する、より正確なインピーダンス相測定、及び共振周波数固定を維持する発生器の能力の改善を可能にする。インピーダンス位相測定の精度は、立ち下がりエッジ及び立ち上がりエッジ位相測定値を平均し、かつ測定されたインピーダンス位相を0°に調整することによって更に向上し得る。 High-speed analog-to-digital sampling of generator drive signal currents and voltages, accompanied by digital signal processing, can also enable accurate digital filtering of the samples. For example, an embodiment of the generator uses a low-pass digital filter (e.g., a finite impulse response (FIR) filter) that rolls off between the fundamental drive signal frequency and the second harmonic of the current and voltage feedback samples. Asymmetric harmonic distortion and EMI induced noise may be reduced. The filtered current and voltage feedback samples substantially represent the fundamental drive signal frequency, thus allowing for more accurate impedance phase measurements and improved ability of the generator to maintain resonance frequency fixation with respect to the fundamental drive signal frequency. to The accuracy of the impedance phase measurement can be further improved by averaging the falling edge and rising edge phase measurements and adjusting the measured impedance phase to 0°.

発生器の様々な態様もまた、デジタル信号処理と共に、発生器駆動信号電流及び電圧の高速アナログ-デジタルサンプリングを使用し、高精度で、実電力消費量及び他の数量を判定することができる。これは、発生器が、例えば、組織のインピーダンスが変化する際の組織に供給される電力量の制御、及び組織インピーダンス増加の一定の割合を維持するための電力供給の制御などの、多くの有用なアルゴリズムを実行することを可能にし得る。これらのアルゴリズムのいくつかは、発生器駆動信号電流と電圧信号との間の位相差を決定するために使用される。共振時、電流信号と電圧信号との間の位相差はゼロである。超音波システムがオフレゾナンスになると位相は変化する。様々なアルゴリズムを用いて、位相差を検出し、超音波システムが共振に戻る、すなわち、電流信号と電圧信号との間の位相差がゼロになるまで駆動周波数を調整してよい。位相情報は、超音波ブレードの状態を推定するためにも使用されてよい。以下で詳細に説明するように、位相は超音波ブレードの温度の関数として変化する。したがって、位相情報は、超音波ブレードの温度を制御するために用いられてもよい。これは、例えば、超音波ブレードが過度に高温で動作しているときは超音波ブレードに送達される電力を低減し、超音波ブレードが過度に低温で動作しているときは超音波ブレードに送達される電力を増加させることによって行われ得る。 Various aspects of the generator also use digital signal processing, along with high-speed analog-to-digital sampling of generator drive signal currents and voltages, to be able to determine actual power consumption and other quantities with high accuracy. This allows the generator to have many uses such as, for example, controlling the amount of power delivered to tissue as tissue impedance changes, and controlling power delivery to maintain a constant rate of tissue impedance increase. algorithm can be implemented. Some of these algorithms are used to determine the phase difference between the generator drive signal current and the voltage signal. At resonance, the phase difference between the current and voltage signals is zero. The phase changes when the ultrasound system goes off-resonance. Various algorithms may be used to detect the phase difference and adjust the drive frequency until the ultrasound system returns to resonance, ie, the phase difference between the current and voltage signals is zero. Phase information may also be used to estimate the state of the ultrasonic blade. As will be explained in detail below, the phase changes as a function of the temperature of the ultrasonic blade. Accordingly, phase information may be used to control the temperature of the ultrasonic blade. This reduces, for example, the power delivered to the ultrasonic blade when it is operating too hot, and the power delivered to the ultrasonic blade when it is operating too cold. This can be done by increasing the power applied.

発生器の様々な態様は、超音波外科用装置及び電気外科用装置の両方を駆動するために必要な、広範な周波数範囲及び増加した出力電力を有し得る。電気外科用装置のより低い電圧、より高い電流需要は、広帯域電力変圧器の専用タップによって満たされる場合があり、したがって、別個の電力増幅器及び出力変換器の必要性を排除する。更に、発生器の感知及びフィードバック回路は、最小限の歪みの超音波及び電気外科用途の両方の必要性に応じる、大きなダイナミックレンジをサポートし得る。 Various aspects of the generator can have the broad frequency range and increased output power necessary to drive both ultrasonic and electrosurgical devices. The lower voltage, higher current demands of electrosurgical devices may be met by dedicated taps on broadband power transformers, thus eliminating the need for separate power amplifiers and output converters. In addition, the generator's sensing and feedback circuitry can support a large dynamic range, meeting the needs of both minimal distortion ultrasound and electrosurgical applications.

様々な態様が、発生器が、既存の多導体発生器/ハンドピースケーブルを使用して、ハンドピースに取り付けられた器具内に配置されたデータ回路(例えば、商品名「1-Wire」で知られる1線式プロトコルEEPROMなどの、単線式バス装置)から読み出し、かつ任意によりこれに書き込むための単純で経済的な手段を提供し得る。このようにして、発生器は、ハンドピースに取り付けられた器具から、器具に固有のデータを読み出し、処理することができる。これは、発生器がより良い制御及び改善された診断及び誤差検出を提供することを可能にし得る。加えて、発生器が器具にデータを書き込む能力は、例えば、器具の使用を追跡し、動作データを捕捉する点において、可能な新しい機能性を生じる。加えて、周波数帯域の使用は、既存の発生器のバス装置を含む器具の後方互換性を可能にする。 Various aspects provide that the generator uses an existing multi-conductor generator/handpiece cable to place a data circuit (e.g., known under the trade designation "1-Wire") in an instrument attached to the handpiece. provide a simple and economical means to read from and optionally write to a single-wire bus device, such as a single-wire protocol EEPROM that can In this manner, the generator can retrieve and process instrument-specific data from instruments attached to the handpiece. This may allow the generator to provide better control and improved diagnostics and error detection. In addition, the ability of the generator to write data to the instrument creates possible new functionality in, for example, tracking instrument usage and capturing operational data. In addition, the use of frequency bands allows backward compatibility of instruments including existing generator bus devices.

発生器の開示される態様は、発生器の非絶縁回路と患者絶縁回路との間の、意図しない容量結合によって生じる、漏れ電流のアクティブ除去を提供する。患者のリスクを低減することに加え、漏れ電流の低減はまた、電磁放射を低減し得る。 The disclosed aspects of the generator provide active elimination of leakage currents caused by unintended capacitive coupling between non-isolated and patient-isolated circuits of the generator. In addition to reducing patient risk, reducing leakage current can also reduce electromagnetic emissions.

図40は、本開示の少なくとも1つの態様による、複数の独立して動作する回路セグメント7402、7414、7416、7420、7424、7428、7434、7440を備えるセグメント化回路7401のシステム図7400である。セグメント化回路7401の複数の回路セグメントの回路セグメントは、1つ又は2つ以上の回路と、1つ又は2つ以上のメモリ装置に記憶された1つ又は2つ以上の機械実行可能命令のセットと、を含む。回路セグメントの1つ又は2つ以上の回路は、1つ又は2つ以上の有線又は無線接続媒体を通して電気通信のために結合される。複数の回路セグメントは、スリープモード、スタンバイモード及び動作モードを含む3つのモードの間で遷移するように構成される。 FIG. 40 is a system diagram 7400 of a segmentation circuit 7401 comprising a plurality of independently operating circuit segments 7402, 7414, 7416, 7420, 7424, 7428, 7434, 7440, according to at least one aspect of the present disclosure. A circuit segment of the plurality of circuit segments of the segmentation circuit 7401 is one or more circuits and a set of one or more machine-executable instructions stored in one or more memory devices. and including. One or more circuits of a circuit segment are coupled for telecommunication through one or more wired or wireless connection media. The plurality of circuit segments are configured to transition between three modes including sleep mode, standby mode and operating mode.

示される一態様では、複数の回路セグメント7402、7414、7416、7420、7424、7428、7434、7440は、第1にスタンバイモードで開始し、第2にスリープモードに移行し、第3に動作モードへ移行する。しかしながら、他の態様では、複数の回路セグメントは、3つのモードのうちのいずれか1つから、3つのモードのうちの任意の他の1つに遷移することができる。例えば、複数の回路セグメントは、スタンバイモードから動作モードに直接遷移することができる。個々の回路セグメントは、機械実行可能命令のプロセッサによる実行に基づいて、電圧制御回路7408によって特定の状態に置かれ得る。これらの状態は、非通電状態、低エネルギー状態及び通電状態を含む。非通電状態はスリープモードに対応し、低エネルギー状態はスタンバイモードに対応し、通電状態は動作モードに対応する。低エネルギー状態への遷移は、例えば、ポテンショメータの使用によって実現することができる。 In one aspect shown, the plurality of circuit segments 7402, 7414, 7416, 7420, 7424, 7428, 7434, 7440 first starts in a standby mode, second transitions to a sleep mode, and third an operational mode. Move to However, in other aspects, the plurality of circuit segments can transition from any one of the three modes to any other one of the three modes. For example, multiple circuit segments can transition directly from standby mode to operational mode. Individual circuit segments may be placed into particular states by voltage control circuit 7408 based on processor execution of machine-executable instructions. These states include a non-energized state, a low energy state and an energized state. The non-powered state corresponds to the sleep mode, the low energy state corresponds to the standby mode, and the powered state corresponds to the operational mode. A transition to a lower energy state can be achieved, for example, through the use of a potentiometer.

一態様では、複数の回路セグメント7402、7414、7416、7420、7424、7428、7434、7440は、通電シーケンスに従ってスリープモード又はスタンバイモードから動作モードに移行することができる。複数の回路セグメントはまた、非通電シーケンスに従って動作モードからスタンバイモード又はスリープモードに遷移することができる。通電シーケンス及び非通電シーケンスは異なっていてもよい。いくつかの態様では、通電シーケンスは、複数の回路セグメントの回路セグメントのサブセットのみに通電することを含む。いくつかの態様では、非通電シーケンスは、複数の回路セグメントの回路セグメントのサブセットのみ通電を停止することを含む。 In one aspect, the plurality of circuit segments 7402, 7414, 7416, 7420, 7424, 7428, 7434, 7440 can transition from a sleep or standby mode to an operational mode according to an energization sequence. A plurality of circuit segments can also transition from an operational mode to a standby mode or a sleep mode according to a de-energization sequence. The energization sequence and the de-energization sequence may be different. In some aspects, the energization sequence includes energizing only a subset of the circuit segments of the plurality of circuit segments. In some aspects, the de-energization sequence includes de-energizing only a subset of the circuit segments of the plurality of circuit segments.

図40のシステム図7400を再び参照すると、セグメント化回路7401は、移行回路セグメント7402、プロセッサ回路セグメント7414、ハンドル回路セグメント7416、通信回路セグメント7420、ディスプレイ回路セグメント7424、モータ制御回路セグメント7428、エネルギー処置回路セグメント7434、及びシャフト回路セグメント7440を備える、複数の回路セグメントを備える。移行回路セグメントは、ウェイクアップ回路7404、ブースト電流回路7406、電圧制御回路7408、安全コントローラ7410、及びPOSTコントローラ7412を備える。移行回路セグメント7402は、非通電及び通電シーケンス、安全検出プロトコル、並びにPOSTを実装するように構成される。 Referring again to system diagram 7400 of FIG. 40, segmentation circuitry 7401 includes transition circuitry segment 7402, processor circuitry segment 7414, handle circuitry segment 7416, communications circuitry segment 7420, display circuitry segment 7424, motor control circuitry segment 7428, energy treatment circuitry. A plurality of circuit segments are provided, including circuit segment 7434 and shaft circuit segment 7440 . The transition circuitry segment comprises wakeup circuitry 7404 , boost current circuitry 7406 , voltage control circuitry 7408 , safety controller 7410 and POST controller 7412 . Transition circuit segment 7402 is configured to implement de-energization and energization sequences, safety detection protocols, and POST.

いくつかの態様では、ウェイクアップ回路7404は、加速度計ボタンセンサ7405を備える。態様では、移行回路セグメント7402は、通電状態にあるように構成されるが、セグメント化回路7401の複数の回路セグメントの他の回路セグメントは、低エネルギー状態、非通電状態、又は通電状態にあるように構成される。加速度計ボタンセンサ7405は、本明細書に記載される外科用器具6480の移動又は加速を監視してもよい。例えば、移動は、外科用器具の配向の変化又は回転であり得る。外科用器具は、例えば、外科用器具のユーザによって、3次元ユークリッド空間に対して任意の方向に移動することができる。加速度計ボタンセンサ7405が移動又は加速を感知すると、加速度計ボタンセンサ7405は、電圧制御回路7408に信号を送り、電圧制御回路7408にプロセッサ回路セグメント7414に電圧を印加させて、プロセッサ及び揮発性メモリを通電状態に移行させる。態様では、電圧制御回路7409がプロセッサ及び揮発性メモリに電圧を印加する前は、プロセッサ及び揮発性メモリは通電状態にある。動作モードでは、プロセッサは、通電シーケンス又は非通電シーケンスを開始することができる。様々な態様では、加速度計ボタンセンサ7405はまた、プロセッサに信号を送り、プロセッサに通電シーケンス又は非通電シーケンスを開始させることができる。いくつかの態様では、個々の回路セグメントの大部分が低エネルギー状態又は非通電状態にあるとき、プロセッサは通電シーケンスを開始する。他の態様では、個々の回路セグメントの大部分が通電状態にあるとき、プロセッサは非通電シーケンスを開始する。 In some aspects, wakeup circuitry 7404 comprises accelerometer button sensor 7405 . In aspects, transition circuit segment 7402 is configured to be in an energized state, while other circuit segments of the plurality of circuit segments of segmented circuit 7401 are configured to be in a low energy state, a non-energized state, or an energized state. configured to Accelerometer button sensor 7405 may monitor movement or acceleration of surgical instrument 6480 described herein. For example, movement can be a change in orientation or rotation of the surgical instrument. A surgical instrument can be moved in any direction relative to three-dimensional Euclidean space, for example, by a user of the surgical instrument. When accelerometer button sensor 7405 senses movement or acceleration, accelerometer button sensor 7405 sends a signal to voltage control circuit 7408 to cause voltage control circuit 7408 to apply a voltage to processor circuit segment 7414 to control the processor and volatile memory. to the energized state. In an aspect, the processor and volatile memory are in a powered state before voltage control circuit 7409 applies voltage to the processor and volatile memory. In operational mode, the processor can initiate an energization sequence or a de-energization sequence. In various aspects, the accelerometer button sensor 7405 can also signal the processor to initiate the energization or de-energization sequence. In some aspects, the processor initiates the energization sequence when the majority of the individual circuit segments are in the low energy state or non-energized state. In another aspect, the processor initiates a de-energization sequence when the majority of the individual circuit segments are energized.

更に又はあるいは、加速度計ボタンセンサ7405は、外科用器具の所定の近傍内の外部移動を感知することができる。例えば、加速度計ボタンセンサ7405は、所定の近傍内でユーザの手を移動させる、本明細書に記載の外科用器具6480のユーザを感知することができる。加速度計ボタンセンサ7405がこの外部移動を感知すると、加速度計ボタンセンサ7405は、上述したように、電圧制御回路7408に信号を送り、かつプロセッサに信号を送ることができる。送られた信号を受信した後、プロセッサは、通電シーケンス又は非通電シーケンスを開始して、1つ又は2つ以上の回路セグメントを3つのモード間で移行させることができる。態様では、電圧制御回路7408に送られた信号は、プロセッサが動作モードにあることを検証するために送られる。いくつかの態様では、加速度計ボタンセンサ7405は、外科用器具が落下したときを感知し、感知された落下に基づいてプロセッサに信号を送ることができる。例えば、信号は、個々の回路セグメントの動作におけるエラーを示すことができる。1つ又は2つ以上のセンサは、影響を受けた個々の回路セグメントの損傷又は誤動作を感知することができる。感知された損傷又は誤動作に基づいて、POSTコントローラ7412は、対応する個々の回路セグメントのPOSTを実施することができる。 Additionally or alternatively, the accelerometer button sensor 7405 can sense external movement within a predetermined proximity of the surgical instrument. For example, accelerometer button sensor 7405 can sense a user of surgical instrument 6480 described herein moving the user's hand within a predetermined proximity. When the accelerometer button sensor 7405 senses this external movement, the accelerometer button sensor 7405 can signal the voltage control circuit 7408 and the processor as described above. After receiving the signal sent, the processor can initiate energizing or de-energizing sequences to transition one or more circuit segments between the three modes. In an aspect, the signal sent to the voltage control circuit 7408 is sent to verify that the processor is in operational mode. In some aspects, the accelerometer button sensor 7405 can sense when the surgical instrument has been dropped and send a signal to the processor based on the sensed drop. For example, the signals can indicate errors in the operation of individual circuit segments. One or more sensors can sense damage or malfunction of the affected individual circuit segment. Based on the damage or malfunction sensed, POST controller 7412 can perform POST of the corresponding individual circuit segments.

通電シーケンス又は非通電シーケンスは、加速度計ボタンセンサ7405に基づいて定義され得る。例えば、加速度計ボタンセンサ7405は、複数の回路セグメントの特定の回路セグメントの選択を示す、特定の運動又は運動のシーケンスを感知することができる。感知された運動又は一連の感知された運動に基づいて、加速度計ボタンセンサ7405は、プロセッサが通電状態にあるときに、複数の回路セグメントのうちの1つ又は2つ以上の回路セグメントの指示を含む信号を、プロセッサに送信することができる。この信号に基づいて、プロセッサは、選択された1つ又は2つ以上の回路セグメントを含む通電シーケンスを決定する。更に又はあるいは、本明細書に記載される外科用器具6480のユーザは、回路セグメントの数及び順序を選択して、外科用器具のグラフィカルユーザインターフェース(GUI)との対話に基づいて、通電シーケンス又は非通電シーケンスを定義することができる。 An energization sequence or a de-energization sequence can be defined based on the accelerometer button sensor 7405 . For example, the accelerometer button sensor 7405 can sense a particular motion or sequence of motions indicating selection of a particular circuit segment of the plurality of circuit segments. Based on the sensed motion or series of sensed motions, the accelerometer button sensor 7405 directs one or more of the plurality of circuit segments when the processor is energized. A signal can be sent to the processor. Based on this signal, the processor determines an energization sequence that includes the selected one or more circuit segments. Additionally or alternatively, a user of the surgical instrument 6480 described herein can select the number and order of circuit segments to determine the energization sequence or sequence based on interaction with the surgical instrument's graphical user interface (GUI). A de-energization sequence can be defined.

様々な態様では、加速度計ボタンセンサ7405は、加速度計ボタンセンサ7405が、本明細書に記載される外科用器具6480の移動、又は所定の閾値を上回る所定の近傍内の外部移動を検出したときにのみ、電圧制御回路7408に信号を送り、かつプロセッサに信号を送ることができる。例えば、移動が5秒以上感知された場合、又は外科用器具が5インチ以上移動された場合にのみ信号が送られ得る。他の態様では、加速度計ボタンセンサ7405は、加速度計ボタンセンサ7405が、外科用器具の振動移動を検出したときにのみ、電圧制御回路7408に信号を送り、かつプロセッサに信号を送ることができる。所定の閾値は、外科用器具の回路セグメントの不用意な遷移を低減する。前述のように、遷移は、通電シーケンスに従う動作モードへの遷移、非通電シーケンスに従う低エネルギーモードへの遷移又は非通電シーケンスに従うスリープモードへの遷移を含むことができる。いくつかの態様では、外科用器具は、外科用器具のユーザによって作動され得るアクチュエータを備える。この作動は、加速度計ボタンセンサ7405によって感知される。アクチュエータは、スライダ、トグルスイッチ、又は瞬間接触スイッチであってもよい。感知された作動に基づいて、加速度計ボタンセンサ7405は、電圧制御回路7408に信号を送り、かつプロセッサに信号を送ることができる。 In various aspects, the accelerometer button sensor 7405 detects movement of the surgical instrument 6480 described herein or external movement within a predetermined vicinity above a predetermined threshold. can signal the voltage control circuit 7408 and signal the processor only when For example, a signal may be sent only if movement is sensed for 5 seconds or more, or if the surgical instrument is moved 5 inches or more. In other aspects, the accelerometer button sensor 7405 can signal the voltage control circuit 7408 and signal the processor only when the accelerometer button sensor 7405 detects vibratory movement of the surgical instrument. . The predetermined threshold reduces inadvertent transitions of circuit segments of the surgical instrument. As noted above, transitions may include transitions to an operational mode following an energization sequence, transitions to a low energy mode following a de-energization sequence, or transitions to a sleep mode following a de-energization sequence. In some aspects, the surgical instrument comprises an actuator that can be actuated by a user of the surgical instrument. This actuation is sensed by accelerometer button sensor 7405 . Actuators may be sliders, toggle switches, or momentary contact switches. Based on the sensed actuation, the accelerometer button sensor 7405 can send a signal to the voltage control circuit 7408 and send a signal to the processor.

ブースト電流回路7406は、電池に結合されている。ブースト電流回路7406は、リレー又はトランジスタなどの電流増幅器であり、個々の回路セグメントの電流の大きさを増幅するように構成されている。電流の初期の大きさは、電池によってセグメント化回路7401に提供される電源電圧に対応する。好適なリレーは、ソレノイドを含む。好適なトランジスタは、電界効果トランジスタ(FET)、MOSFET及び双極接合トランジスタ(bipolar junction transistor、BJT)を含む。ブースト電流回路7406は、本明細書に記載される外科用器具6480の動作中により多くの電流引き込みを必要とする、個々の回路セグメント又は回路に対応する電流の大きさ増幅させることができる。例えば、モータ制御回路セグメント7428に対する電流の増加は、外科用器具のモータがより多くの入力電力を必要とするときに提供され得る。個々の回路セグメントに提供される電流の増加は、別の回路セグメント又は複数の回路セグメントの対応する電流の減少を引き起こすことができる。更に又はあるいは、電流の増加は、電池と共に動作する追加の電圧源によって提供される電圧に対応し得る。 A boost current circuit 7406 is coupled to the battery. Boost current circuit 7406 is a current amplifier, such as a relay or transistor, configured to amplify the magnitude of current in individual circuit segments. The initial magnitude of the current corresponds to the supply voltage provided to segmentation circuit 7401 by the battery. Suitable relays include solenoids. Suitable transistors include field effect transistors (FETs), MOSFETs and bipolar junction transistors (BJTs). The boost current circuit 7406 can amplify the magnitude of current corresponding to individual circuit segments or circuits that require more current draw during operation of the surgical instrument 6480 described herein. For example, an increase in current to motor control circuit segment 7428 may be provided when the motor of the surgical instrument requires more input power. An increase in current provided to an individual circuit segment can cause a corresponding decrease in current in another circuit segment or multiple circuit segments. Additionally or alternatively, the increase in current may correspond to voltage provided by an additional voltage source operating in conjunction with the battery.

電圧制御回路7408は電池に結合されている。電圧制御回路7408は、複数の回路セグメントに電圧を提供するか、又はこれらから電圧を除去するように構成される。電圧制御回路7408はまた、セグメント化回路7401の複数の回路セグメントに提供される電圧を増加又は低減するようにも構成される。様々な態様では、電圧制御回路7408は、入力を選択するマルチプレクサ(MUX)などの組み合わせ論理回路、複数の電子スイッチ、及び複数の電圧変換器を備える。複数の電子スイッチの電子スイッチは、開放構成と閉鎖構成との間で切り換えて、個々の回路セグメントを電池から切断するか、又は電池に接続するように構成されてもよい。複数の電子スイッチは、トランジスタなどの固体装置、又は中でも特に、無線スイッチ、超音波スイッチ、加速度計、慣性センサなどの他のタイプのスイッチであってもよい。組み合わせ論理回路は、開放構成に切り換えて、対応する回路セグメントへの電圧の印加を可能にするために、個々の電子スイッチを選択するように構成されている。組み合わせ論理回路はまた、閉鎖構成に切り換えて、対応する回路セグメントからの電圧の除去を可能にするために、個々の電子スイッチを選択するように構成されている。複数の個々の電子スイッチを選択することにより、組み合わせ論理回路は、非通電シーケンス又は通電シーケンスを実装することができる。複数の電圧変換器は、複数の回路セグメントに昇圧電圧又は降圧電圧を提供することができる。電圧制御回路7408はまた、マイクロプロセッサ及びメモリ装置を含んでもよい。 A voltage control circuit 7408 is coupled to the battery. Voltage control circuit 7408 is configured to provide voltage to or remove voltage from a plurality of circuit segments. Voltage control circuit 7408 is also configured to increase or decrease the voltage provided to the multiple circuit segments of segmentation circuit 7401 . In various aspects, the voltage control circuit 7408 comprises a combinational logic circuit such as a multiplexer (MUX) to select inputs, multiple electronic switches, and multiple voltage converters. Electronic switches of the plurality of electronic switches may be configured to switch between an open configuration and a closed configuration to disconnect or connect individual circuit segments from the battery. The plurality of electronic switches may be solid state devices such as transistors, or other types of switches such as wireless switches, ultrasonic switches, accelerometers, inertial sensors, among others. A combinational logic circuit is configured to select individual electronic switches to switch to an open configuration to enable application of a voltage to the corresponding circuit segment. The combinational logic circuit is also configured to select individual electronic switches to switch to a closed configuration to enable removal of voltage from the corresponding circuit segment. By selecting multiple individual electronic switches, the combinatorial logic circuit can implement a non-energizing sequence or an energizing sequence. Multiple voltage converters may provide boosted or decreased voltages to multiple circuit segments. Voltage control circuit 7408 may also include a microprocessor and memory device.

安全コントローラ7410は、回路セグメントの安全チェックを実施するように構成されている。いくつかの態様では、安全コントローラ7410は、1つ又は2つ以上の個々の回路セグメントが動作モードにあるとき、安全チェックを実施する。安全チェックは、回路セグメントの機能又は動作に任意のエラー又は欠陥があるかを決定するために実施されてもよい。安全コントローラ7410は、複数の回路セグメントのうちの1つ又は2つ以上のパラメータを監視することができる。安全コントローラ7410は、1つ又は2つ以上のパラメータを既定のパラメータと比較することによって、複数の回路セグメントの識別情報及び動作を検証することができる。例えば、RFエネルギーモダリティが選択されると、安全コントローラ7410は、シャフトの関節運動パラメータが既定の関節運動パラメータに一致していることを検証して、本明細書に記載される外科用器具6480のRFエネルギーモダリティの動作を検証することができる。いくつかの態様では、安全コントローラ7410は、センサによって、障害を検出するために外科用器具の1つ又は2つ以上の特性の間の所定の関係を監視してもよい。1つ又は2つ以上の特性が所定の関係に不一致であるときに、障害が生じ得る。安全コントローラ7410が、障害が存在するか、エラーが存在するか、又は複数の回路セグメントの一部の動作が検証されなかったと判断すると、安全コントローラ7410は、その障害、エラー、又は検証の失敗が発生した特定の回路セグメントの動作を防止するか又は無効にする。 Safety controller 7410 is configured to perform safety checks on circuit segments. In some aspects, safety controller 7410 performs safety checks when one or more individual circuit segments are in operational mode. Safety checks may be performed to determine if there are any errors or deficiencies in the functioning or operation of the circuit segments. Safety controller 7410 can monitor one or more parameters of the multiple circuit segments. Safety controller 7410 can verify the identity and operation of multiple circuit segments by comparing one or more parameters to predetermined parameters. For example, when the RF energy modality is selected, the safety controller 7410 verifies that the shaft articulation parameters match the predetermined articulation parameters of the surgical instrument 6480 described herein. The operation of RF energy modalities can be verified. In some aspects, the safety controller 7410 may monitor predetermined relationships between one or more characteristics of the surgical instrument to detect faults via sensors. A failure can occur when one or more properties do not conform to a predetermined relationship. If the safety controller 7410 determines that a fault exists, an error exists, or that the operation of some of the multiple circuit segments has not been verified, the safety controller 7410 detects that fault, error, or verification failure. Prevent or disable the action of the particular circuit segment that occurred.

POSTコントローラ7412は、複数の回路セグメントの適正な動作を検証するためのPOSTを実施する。いくつかの態様では、電圧制御回路7408が個々の回路セグメントに電圧を印加して個々の回路セグメントをスタンバイモード又はスリープモードから動作モードに移行させる前に、POSTが複数の回路セグメントの個々の回路セグメントに対して実施される。個々の回路セグメントがPOSTを通過しない場合、特定の回路セグメントは、スタンバイモード又はスリープモードから動作モードに遷移しない。ハンドル回路セグメント7416のPOSTは、例えば、ハンドル制御センサ7418が、本明細書に記載される外科用器具6480のハンドル制御の作動を感知するかどうかを試験することを含んでもよい。いくつかの態様では、POSTコントローラ7412は、加速度計ボタンセンサ7405に信号を送り、POSTの一部として個々の回路セグメントの動作を検証することができる。例えば、信号を受信した後、加速度計ボタンセンサ7405は、外科用器具のユーザに、外科用器具を複数の様々な位置に移動させて、外科用器具の動作を確認するように促すことができる。加速度計ボタンセンサ7405はまた、POSTの一部として回路セグメントの出力又は回路セグメントの回路を監視してもよい。例えば、加速度計ボタンセンサ7405は、モータ7432によって生成された増分モータパルスを感知して、動作を検証することができる。モータ制御回路7430のモータコントローラを使用して、モータ7432を制御して増分モータパルスを生成し得る。 POST controller 7412 performs POST to verify proper operation of multiple circuit segments. In some aspects, POST energizes individual circuits of a plurality of circuit segments before voltage control circuit 7408 applies voltages to the individual circuit segments to transition the individual circuit segments from standby or sleep mode to operational mode. Performed on segments. If the individual circuit segment does not pass POST, the particular circuit segment will not transition from standby or sleep mode to operational mode. POST of handle circuit segment 7416 may include, for example, testing whether handle control sensor 7418 senses actuation of a handle control of surgical instrument 6480 described herein. In some aspects, the POST controller 7412 can signal the accelerometer button sensor 7405 to verify operation of individual circuit segments as part of POST. For example, after receiving the signal, the accelerometer button sensor 7405 can prompt the user of the surgical instrument to move the surgical instrument to multiple different positions to confirm operation of the surgical instrument. . The accelerometer button sensor 7405 may also monitor the output of the circuit segment or the circuitry of the circuit segment as part of POST. For example, accelerometer button sensor 7405 can sense incremental motor pulses generated by motor 7432 to verify operation. A motor controller of motor control circuit 7430 may be used to control motor 7432 to generate incremental motor pulses.

様々な態様では、本明細書に記載される外科用器具6480は、追加の加速度計ボタンセンサを備えてもよい。POSTコントローラ7412はまた、電圧制御回路7408のメモリ装置に記憶されている制御プログラムを実行してもよい。制御プログラムは、POSTコントローラ7412に、複数の回路セグメントから一致する暗号化パラメータを要求する信号を送信させることができる。個々の回路セグメントから一致する暗号化パラメータを受信するのに失敗することは、対応する回路セグメントが破損又は誤動作していることをPOSTコントローラ7412に示す。いくつかの態様では、POSTコントローラ7412が、POSTに基づいてプロセッサが破損又は誤動作していると判断する場合、POSTコントローラ7412は、1つ又は2つ以上の二次プロセッサに信号を送り、1つ又は2つ以上の二次プロセッサに、プロセッサが実施することができない限界機能を実施させることができる。いくつかの態様では、POSTコントローラ7412が、POSTに基づいて1つ又は2つ以上の回路セグメントが適切に動作していないと判断する場合、POSTコントローラ7412は、POSTに失敗したか、又は適切に動作していない回路セグメントをロックアウトしながら、適切に動作する回路セグメントの低性能モードを開始することができる。ロックアウトした回路セグメントは、スタンバイモード又はスリープモードの回路セグメントと同様に機能することができる。 In various aspects, the surgical instrument 6480 described herein may include additional accelerometer button sensors. POST controller 7412 may also execute a control program stored in the memory device of voltage control circuit 7408 . The control program can cause the POST controller 7412 to send signals requesting matching encryption parameters from multiple circuit segments. Failure to receive matching encryption parameters from an individual circuit segment indicates to POST controller 7412 that the corresponding circuit segment is corrupted or malfunctioning. In some aspects, if POST controller 7412 determines that a processor is corrupted or malfunctioning based on POST, POST controller 7412 signals one or more secondary processors to Or, two or more secondary processors can be made to perform marginal functions that the processors cannot perform. In some aspects, if POST controller 7412 determines based on POST that one or more circuit segments are not working properly, POST controller 7412 either fails POST or A low performance mode can be initiated for properly operating circuit segments while locking out non-operating circuit segments. A locked out circuit segment can function similarly to a circuit segment in standby mode or sleep mode.

プロセッサ回路セグメント7414は、プロセッサ及び揮発性メモリを含む。このプロセッサは、通電又は非通電シーケンスを開始するよう構成されている。通電シーケンスを開始するために、プロセッサは、電圧制御回路7408に通電信号を送信して、電圧制御回路7408に、通電シーケンスに従って複数の回路セグメント又は複数の回路セグメントのサブセットに電圧を印加させる。非通電シーケンスを開始するために、プロセッサは、電圧制御回路7408に非通電信号を送信して、電圧制御回路7408に、非通電シーケンスに従って複数の回路セグメント又は複数の回路セグメントのサブセットから電圧を除去させる。 Processor circuitry segment 7414 includes a processor and volatile memory. The processor is configured to initiate an energization or de-energization sequence. To initiate an energization sequence, the processor sends an energization signal to the voltage control circuit 7408 to cause the voltage control circuit 7408 to energize the circuit segments or a subset of the circuit segments according to the energization sequence. To initiate a de-energization sequence, the processor sends a de-energization signal to the voltage control circuit 7408 to instruct the voltage control circuit 7408 to remove voltage from the plurality of circuit segments or a subset of the plurality of circuit segments according to the de-energization sequence. Let

ハンドル回路セグメント7416は、ハンドル制御センサ7418を備える。ハンドル制御センサ7418は、本明細書に記載される外科用器具6480の1つ又は2つ以上のハンドル制御部の作動を感知し得る。様々な態様では、1つ又は2つ以上のハンドル制御は、クランプ制御、解除ボタン、関節接合スイッチ、エネルギー起動ボタン、及び/又は任意の他の適切なハンドル制御を含む。ユーザは、エネルギー起動ボタンを起動して、RFエネルギーモード、超音波エネルギーモード、又はRFエネルギーモード及び超音波エネルギーモードの組み合わせを選択することができる。ハンドル制御センサ7418はまた、外科用器具へのモジュール式ハンドルの取り付けを容易にすることができる。例えば、ハンドル制御センサ7418は、外科用器具へのモジュール式ハンドルの適正な取り付けを感知して、外科用器具のユーザに感知した取り付けを示すことができる。LCDディスプレイ7426は、感知された取り付けのグラフィック表示を提供することができる。いくつかの態様では、ハンドル制御センサ7418は、1つ又は2つ以上のハンドル制御の作動を感知する。感知された作動に基づいて、プロセッサは、通電シーケンス又は非通電シーケンスのいずれかを開始することができる。 Handle circuit segment 7416 includes handle control sensors 7418 . Handle control sensor 7418 may sense actuation of one or more handle controls of surgical instrument 6480 described herein. In various aspects, the one or more handle controls include clamp controls, release buttons, articulation switches, energy activation buttons, and/or any other suitable handle controls. A user can activate an energy activation button to select RF energy mode, ultrasonic energy mode, or a combination of RF energy mode and ultrasonic energy mode. Handle control sensors 7418 can also facilitate attachment of modular handles to surgical instruments. For example, the handle control sensor 7418 can sense proper attachment of the modular handle to the surgical instrument and indicate the sensed attachment to the user of the surgical instrument. An LCD display 7426 can provide a graphical representation of the sensed mounting. In some aspects, the steering wheel control sensor 7418 senses actuation of one or more steering wheel controls. Based on the sensed actuation, the processor can initiate either an energization sequence or a de-energization sequence.

通信回路セグメント7420は、通信回路7422を備えている。通信回路7422は、複数の回路セグメントの個々の回路セグメント間の信号通信を容易にするための通信インターフェースを備える。いくつかの態様では、通信回路7422は、電気的に通信するために、本明細書に記載の外科用器具6480のモジュール式構成要素のための経路を提供する。例えば、モジュールシャフト及びモジュール変換器は、外科用器具のハンドルに対して一体に取り付けられると、通信回路7422を介して制御プログラムをハンドルにアップロードすることができる。 Communications circuitry segment 7420 includes communications circuitry 7422 . Communication circuitry 7422 provides a communication interface for facilitating signal communication between individual circuit segments of the plurality of circuit segments. In some aspects, communication circuitry 7422 provides a pathway for the modular components of surgical instrument 6480 described herein to communicate electrically. For example, when the modular shaft and modular transducer are integrally attached to the handle of a surgical instrument, control programs can be uploaded to the handle via communication circuitry 7422 .

ディスプレイ回路セグメント7424は、LCDディスプレイ7426を備えている。LCDディスプレイ7426は、液晶ディスプレイスクリーン、LEDインジケータなどを備えることができる。いくつかの態様では、LCDディスプレイ7426は、有機発光ダイオード(organic light-emitting diode、OLED)スクリーンである。ディスプレイは、本明細書に記載される外科用器具6480の上に配置されても、埋め込まれても、又は遠隔に配置されてもよい。例えば、ディスプレイは、外科用器具のハンドル上に配置され得る。ディスプレイは、ユーザに感覚フィードバックを提供するように構成される。様々な態様では、LCDディスプレイ7426は、バックライトを更に備える。いくつかの態様では、外科用器具はまた、スピーカ又はブザーなどの可聴フィードバック装置と、触覚アクチュエータなどの触覚フィードバック装置とを備えることができる。 Display circuitry segment 7424 includes LCD display 7426 . LCD display 7426 may comprise a liquid crystal display screen, LED indicators, or the like. In some aspects, the LCD display 7426 is an organic light-emitting diode (OLED) screen. The display may be located on, embedded in, or remotely located on the surgical instrument 6480 described herein. For example, the display may be placed on the handle of the surgical instrument. The display is configured to provide sensory feedback to the user. In various aspects, the LCD display 7426 further comprises a backlight. In some aspects, the surgical instrument can also include an audible feedback device, such as a speaker or buzzer, and a tactile feedback device, such as a haptic actuator.

モータ制御回路セグメント7428は、モータ7432に結合されたモータ制御回路7430を備える。モータ7432は、ドライバ及びFETなどのトランジスタによってプロセッサに結合されている。様々な態様では、モータ制御回路7430は、プロセッサと信号通信するモータ電流センサを含み、モータの電流引き込みの測定値を示す信号をプロセッサに提供する。プロセッサは、ディスプレイに信号を送信する。ディスプレイは、この信号を受信して、モータ7432の電流引き込みの測定値を表示する。プロセッサは、信号を使用して、例えば、モータ7432の電流引き込みが許容範囲内に存在することを監視し、電流引き込みを複数の回路セグメントの1つ又は2つ以上のパラメータと比較し、かつ患者処置部位の1つ又は2つ以上のパラメータを決定することができる。様々な態様では、モータ制御回路7430は、モータの動作を制御するモータコントローラを備える。例えば、モータ制御回路7430は、例えばモータ7432の速度、トルク、及び加速度を調整することなどによって、様々なモータパラメータを制御する。この調整は、モータ電流センサにより測定されたモータ7432を通る電流に基づいて行われる。 Motor control circuitry segment 7428 comprises motor control circuitry 7430 coupled to motor 7432 . The motor 7432 is coupled to the processor by drivers and transistors such as FETs. In various aspects, the motor control circuit 7430 includes a motor current sensor in signal communication with the processor to provide the processor with a signal indicative of a measurement of the current draw of the motor. A processor sends a signal to the display. The display receives this signal and displays the measured current draw of motor 7432 . Using the signals, the processor, for example, monitors that the current draw of the motor 7432 is within an acceptable range, compares the current draw to one or more parameters of the plurality of circuit segments, and One or more parameters of the treatment site can be determined. In various aspects, the motor control circuit 7430 comprises a motor controller that controls the operation of the motor. For example, motor control circuitry 7430 controls various motor parameters, such as by adjusting the speed, torque, and acceleration of motor 7432 . This adjustment is based on the current through the motor 7432 as measured by the motor current sensor.

様々な態様では、モータ制御回路7430は、モータ7432によって生成される力及びトルクを測定する力センサを備える。モータ7432は、本明細書に記載される外科用器具6480の機構を作動させるように構成される。例えば、モータ7432は、外科用器具のシャフトの作動を制御して、クランプ、回転、及び関節運動機能を実現するように構成される。例えば、モータ7432は、外科用器具のジョーとのクランプ運動を実現するようにシャフトを作動させることができる。モータコントローラは、ジョーによってクランプされた材料が、組織又は金属であるかを決定することができる。モータコントローラはまた、ジョーが材料をクランプする程度を決定してもよい。例えば、モータコントローラは、感知されたモータ電流又はモータ電圧の誘導体に基づいて、ジョーの開閉の程度を決定することができる。いくつかの態様では、モータ7432は、変換器を作動させて、変換器にトルクをハンドルに印加させるように、又は外科用器具の関節運動を制御させるように構成される。モータ電流センサは、モータコントローラと相互作用して、モータ電流制限を設定することができる。電流が既定の閾値制限を満たす場合、モータコントローラは、モータ制御動作の対応する変更を開始する。例えば、モータ電流制限を超えると、モータコントローラにモータの電流引き込みを低減させる。 In various aspects, motor control circuitry 7430 includes force sensors that measure the force and torque produced by motor 7432 . Motor 7432 is configured to operate the features of surgical instrument 6480 described herein. For example, motor 7432 is configured to control actuation of a shaft of a surgical instrument to provide clamping, rotation, and articulation functions. For example, the motor 7432 can actuate the shaft to effect clamping motion with the jaws of the surgical instrument. A motor controller can determine whether the material clamped by the jaws is tissue or metal. The motor controller may also determine the degree to which the jaws clamp the material. For example, the motor controller can determine the degree of opening and closing of the jaws based on sensed motor current or motor voltage derivatives. In some aspects, the motor 7432 is configured to actuate the transducer to apply torque to the handle or control articulation of the surgical instrument. A motor current sensor can interact with the motor controller to set the motor current limit. If the current meets a predefined threshold limit, the motor controller initiates a corresponding change in motor control behavior. For example, exceeding the motor current limit causes the motor controller to reduce the current draw of the motor.

エネルギー処置回路セグメント7434は、本明細書に記載される外科用器具6480のエネルギーモジュール機能を実装するために、RF増幅器及び安全回路7436、並びに超音波信号発生器回路7438を含む。様々な態様では、RF増幅器及び安全回路7436は、RF信号を生成することによって外科用器具のRFモダリティを制御するように構成される。超音波信号発生器回路7438は、超音波信号を生成することによって超音波エネルギーモダリティを制御するように構成される。RF増幅器及び安全回路7436、並びに超音波信号発生器回路7438は、合同して組み合わせRF及び超音波エネルギーモダリティを制御するように動作することができる。 Energy treatment circuitry segment 7434 includes RF amplifier and safety circuitry 7436 and ultrasound signal generator circuitry 7438 to implement the energy module functionality of surgical instrument 6480 described herein. In various aspects, the RF amplifier and safety circuit 7436 is configured to control the RF modality of the surgical instrument by generating RF signals. The ultrasound signal generator circuit 7438 is configured to control ultrasound energy modalities by generating ultrasound signals. The RF amplifier and safety circuit 7436 and the ultrasonic signal generator circuit 7438 can jointly operate to control the combined RF and ultrasonic energy modalities.

シャフト回路セグメント7440は、シャフトモジュールコントローラ7442、モジュール制御アクチュエータ7444、1つ又は2つ以上のエンドエフェクタセンサ7446、及び不揮発性メモリ7448を備える。シャフトモジュールコントローラ7442は、プロセッサによって実行される制御プログラムを含む複数のシャフトモジュールを制御するように構成される。複数のシャフトモジュールは、超音波、組み合わせ超音波及びRF、RF I-ブレード並びにRF対向可能なジョーなどのシャフトモダリティを実装する。シャフトモジュールコントローラ7442は、プロセッサが実行する対応するシャフトモジュールを選択することによって、シャフトモダリティを選択することができる。モジュール制御アクチュエータ7444は、選択されたシャフトモダリティに従ってシャフトを作動させるように構成される。作動が開始された後、シャフトは、選択されたシャフトモダリティ及び選択されたエンドエフェクタモダリティに固有の1つ又は2つ以上のパラメータ、ルーチン又はプログラムに従ってエンドエフェクタを関節接合する。エンドエフェクタに位置する1つ又は2つ以上のエンドエフェクタセンサ7446は、力センサ、温度センサ、電流センサ、又は運動センサを含むことができる。1つ又は2つ以上のエンドエフェクタセンサ7446は、エンドエフェクタによって実施されたエネルギーモダリティに基づいて、エンドエフェクタの1つ又は2つ以上の動作に関するデータを送信する。様々な態様では、エネルギーモデルは、超音波エネルギーモダリティ、RFエネルギーモダリティ又は超音波エネルギーモダリティ及びRFエネルギーモダリティとの組み合わせを含む。不揮発性メモリ7448は、シャフト制御プログラムを記憶する。制御プログラムは、シャフトに固有の1つ又は2つ以上のパラメータ、ルーチン又はプログラムを含む。様々な態様では、不揮発性メモリ7448は、ROM、EPROM、EEPROM、又はフラッシュメモリであってもよい。不揮発性メモリ7448は、本明細書に記載される外科用器具6480の選択されたシャフトに対応するシャフトモジュールを記憶する。シャフトモジュールは、動作中に使用される外科用器具シャフトに応じて、シャフトモジュールコントローラ7442によって不揮発性メモリ7448内で変更又はアップグレードされてもよい。 Shaft circuit segment 7440 includes shaft module controller 7442 , module control actuator 7444 , one or more end effector sensors 7446 , and non-volatile memory 7448 . Shaft module controller 7442 is configured to control a plurality of shaft modules including control programs executed by the processor. The multiple shaft modules implement shaft modalities such as ultrasound, combined ultrasound and RF, RF I-blades and RF-facing jaws. Shaft module controller 7442 can select the shaft modality by selecting the corresponding shaft module that the processor executes. Module control actuator 7444 is configured to actuate the shaft according to the selected shaft modality. After actuation is initiated, the shaft articulates the end effector according to one or more parameters, routines or programs specific to the selected shaft modality and the selected end effector modality. The one or more end effector sensors 7446 located on the end effector can include force sensors, temperature sensors, current sensors, or motion sensors. One or more end effector sensors 7446 transmit data regarding one or more motions of the end effector based on the energy modality performed by the end effector. In various aspects, the energy model includes an ultrasound energy modality, an RF energy modality, or a combination of ultrasound and RF energy modalities. Non-volatile memory 7448 stores shaft control programs. The control program includes one or more parameters, routines or programs specific to the shaft. In various aspects, non-volatile memory 7448 may be ROM, EPROM, EEPROM, or flash memory. Non-volatile memory 7448 stores the shaft module corresponding to the selected shaft of surgical instrument 6480 described herein. The shaft module may be changed or upgraded in non-volatile memory 7448 by shaft module controller 7442 depending on the surgical instrument shaft used during operation.

図41は、本開示の少なくとも1つの態様による、モータ制御機能を備える外科用器具の様々な構成要素の回路7925の回路図である。様々な態様では、本明細書に記載される外科用器具6480は、外科用器具6480に関連する種々の動作を実施するために、シャフト及び/又はギア構成要素を駆動するように構成されている駆動機構7930を含んでもよい。一態様では、駆動機構7930は、例えばエンドエフェクタを、ハンドルハウジングに対して長手方向軸線を中心に回転させるように構成された回転ドライブトレーン7932を含む。駆動機構7930は、ジョー部材を閉じてエンドエフェクタで組織を把持するように構成された閉鎖ドライブトレーン7934を更に含む。更に、駆動機構7930は、エンドエフェクタのクランプアーム部分を開閉して、エンドエフェクタで組織を把持するように構成された発射ドライブトレーン7936を含む。 FIG. 41 is a circuit diagram of circuitry 7925 of various components of a surgical instrument with motor control capabilities, according to at least one aspect of the present disclosure. In various aspects, the surgical instruments 6480 described herein are configured to drive shafts and/or gear components to perform various operations associated with the surgical instruments 6480. A drive mechanism 7930 may also be included. In one aspect, the drive mechanism 7930 includes a rotary drive train 7932 configured, for example, to rotate the end effector about a longitudinal axis with respect to the handle housing. Drive mechanism 7930 further includes a closing drive train 7934 configured to close the jaw members and grasp tissue with the end effector. Additionally, the drive mechanism 7930 includes a firing drive train 7936 configured to open and close clamp arm portions of the end effector to grasp tissue with the end effector.

駆動機構7930は、外科用器具のハンドルアセンブリ内に位置することができるセレクタギアボックスアセンブリ7938を含む。セレクタギアボックスアセンブリ7938の近位には、ドライブトレーン7932、7934、7936のうちの1つを選択的に位置決めして任意の第2のモータ7944及びモータ駆動回路7946(第2のモータ7944及びモータ駆動回路7946が任意の構成要素であることを示すように破線で示される)の入力駆動構成要素と係合させるためにセレクタギアボックスアセンブリ7938内でギア要素を選択的に移動させるように機能する、第1のモータ7942を含む機能選択モジュールがある。 The drive mechanism 7930 includes a selector gearbox assembly 7938 that can be located within the handle assembly of the surgical instrument. Proximal to the selector gearbox assembly 7938 is an optional second motor 7944 and motor drive circuit 7946 for selectively positioning one of the drive trains 7932, 7934, 7936 (second motor 7944 and motor drive circuit 7946). (shown in dashed lines to indicate that the drive circuit 7946 is an optional component) to selectively move the gear elements within the selector gearbox assembly 7938 into engagement with the input drive components. , there is a function selection module that includes a first motor 7942 .

引き続き図41を参照すると、モータ7942、7944は、モータ制御回路7946、7948にそれぞれ結合され、モータ制御回路7946、7948は電源7950からモータ7942、7944への電気エネルギーの流れを含む、モータ7942、7944の動作を制御するように構成されている。電源7950は、DC電池(例えば、再充電可能な鉛ベース、ニッケルベース、リチウムイオンベースの電池など)又は外科用器具に電気エネルギーを提供するために好適な任意の他の電源であってよい。 With continued reference to FIG. 41, motors 7942, 7944 are coupled to motor control circuits 7946, 7948, respectively, which include electrical energy flow from power source 7950 to motors 7942, 7944. It is configured to control the operation of the 7944. Power source 7950 may be a DC battery (eg, rechargeable lead-based, nickel-based, lithium-ion-based batteries, etc.) or any other power source suitable for providing electrical energy to surgical instruments.

外科用器具は、マイクロコントローラ7952(「コントローラ」)を更に含む。特定の例では、コントローラ7952は、マイクロプロセッサ7954(「プロセッサ」)と、1つ又は2つ以上のコンピュータ可読媒体又はメモリユニット7956(「メモリ」)と、を含んでもよい。特定の例では、メモリ7956は、様々なプログラム命令を記憶することができ、それが実行されると、プロセッサ7954に、本明細書に記載される複数の機能及び/又は計算を実施させることができる。電源7950は、例えば、コントローラ7952に電力を供給するように構成することができる。 The surgical instrument further includes a microcontroller 7952 (“controller”). In particular examples, the controller 7952 may include a microprocessor 7954 (“processor”) and one or more computer-readable media or memory units 7956 (“memory”). In particular examples, memory 7956 may store various program instructions that, when executed, may cause processor 7954 to perform functions and/or calculations described herein. can. Power supply 7950 may be configured to power controller 7952, for example.

プロセッサ7954は、モータ制御回路7946と通信し得る。更に、メモリ7956は、ユーザ入力7958又はフィードバック要素7960に応答してプロセッサ7954によって実行されると、モータ制御回路7946にモータ7942を刺激させて少なくとも1つの回転運動を発生させ、セレクタギアボックスアセンブリ7938内のギア要素を選択的に移動させて、ドライブトレーン7932、7934、7936のうちの1つを第2のモータ7944の入力駆動構成要素と係合するように選択的に位置決めすることができる、プログラム命令を記憶することができる。更に、プロセッサ7954は、モータ制御回路7948と通信し得る。メモリ7956はまた、ユーザ入力7958に応答してプロセッサ7954によって実行されたとき、モータ制御回路7948にモータ7944を刺激させて少なくとも1つの回転運動を発生させ、例えば、第2のモータ7948の入力駆動構成要素と係合されたドライブトレーンを駆動することができる、プログラム命令を記憶することができる。 Processor 7954 may communicate with motor control circuitry 7946 . Further, memory 7956, when executed by processor 7954 in response to user input 7958 or feedback element 7960, causes motor control circuit 7946 to stimulate motor 7942 to generate at least one rotary motion, selector gearbox assembly 7938 to can be selectively moved to selectively position one of the drive trains 7932, 7934, 7936 into engagement with the input drive component of the second motor 7944; Program instructions can be stored. Additionally, processor 7954 may communicate with motor control circuitry 7948 . Memory 7956 also causes motor control circuit 7948 to stimulate motor 7944 to generate at least one rotational motion, e.g., input drive of second motor 7948, when executed by processor 7954 in response to user input 7958 Program instructions can be stored that can drive a drive train that is engaged with the component.

コントローラ7952及び/又は本開示の他のコントローラは、集積型及び/若しくは離散型のハードウェア要素、ソフトウェア要素、並びに/又は両方の組み合わせを使用して実装されてもよい。集積型ハードウェア要素の例としては、プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、集積回路、ASIC、PLD、DSP、FPGA、論理ゲート、レジスタ、半導体素子、チップ、マイクロチップ、チップセット、マイクロコントローラ、システムオンチップ(SoC)、及び/又はシングルインラインパッケージ(single in-line package、SIP)が挙げられ得る。離散的なハードウェア要素の例としては、論理ゲート、電界効果トランジスタ、双極トランジスタ、抵抗器、コンデンサ、インダクタ、及び/若しくはリレーなど、回路並びに/又は回路素子が挙げられ得る。ある特定の例では、コントローラ7952は、例えば、1つ又は2つ以上の基板上に離散型及び集積型の回路素子又は構成要素を備えるハイブリッド回路を含んでもよい。 Controller 7952 and/or other controllers of this disclosure may be implemented using integrated and/or discrete hardware elements, software elements, and/or a combination of both. Examples of integrated hardware elements include processors, microprocessors, microcontrollers, integrated circuits, ASICs, PLDs, DSPs, FPGAs, logic gates, registers, semiconductor devices, chips, microchips, chipsets, microcontrollers, system on A chip (SoC) and/or a single in-line package (SIP) may be mentioned. Examples of discrete hardware elements may include circuits and/or circuit elements such as logic gates, field effect transistors, bipolar transistors, resistors, capacitors, inductors, and/or relays. In certain examples, controller 7952 may include hybrid circuitry comprising, for example, discrete and integrated circuit elements or components on one or more substrates.

特定の例では、コントローラ7952及び/又は本開示の他のコントローラは、例えば、Texas Instrumentsから入手可能なLM 4F230H5QRであってもよい。特定の例では、Texas InstrumentsのLM4F230H5QRは、容易に利用可能な他の特性の中でも特に、最大40MHz、256KBの単一サイクルフラッシュメモリ若しくは他の不揮発性メモリのオンチップメモリ、40MHz超の性能を改善するプリフェッチバッファ、32KBの単一サイクルSRAM、StellarisWare(登録商標)ソフトウェアを搭載した内部ROM、2KBのEEPROM、1つ又は2つ以上のPWMモジュール、1つ又は2つ以上のQEIアナログ、12個のアナログ入力チャネルを備える1つ又は2つ以上の12ビットADCを含む、ARM Cortex-M4Fプロセッサコアである。他のマイクロコントローラが、本開示と共に使用するために容易に代用され得る。したがって、本開示は、この文脈に限定されるべきではない。 In certain examples, controller 7952 and/or other controllers of the present disclosure may be, for example, LM 4F230H5QR available from Texas Instruments. In a particular example, Texas Instruments' LM4F230H5QR improves performance above 40 MHz, up to 40 MHz, 256 KB of single-cycle flash memory or other non-volatile memory on-chip, among other readily available characteristics. 32 KB single-cycle SRAM, internal ROM with StellarisWare® software, 2 KB EEPROM, one or more PWM modules, one or more QEI analogs, 12 An ARM Cortex-M4F processor core containing one or more 12-bit ADCs with analog input channels. Other microcontrollers can be easily substituted for use with the present disclosure. Accordingly, the present disclosure should not be limited in this context.

様々な例では、本明細書に記載される様々な工程のうちの1つ又は2つ以上は、組み合わせ論理回路又は順序論理回路のいずれかを含む有限状態マシンによって実施可能であり、組み合わせ論理回路又は順序論理回路のいずれかが、少なくとも1つのメモリ回路に結合される。少なくとも1つのメモリ回路は、有限状態マシンの現在の状態を記憶する。組み合わせ又は順序論理回路は、有限状態マシンをこれらの工程に供するように構成される。順序論理回路は、同期又は非同期であってもよい。他の事例では、本明細書に記載される様々な工程のうちの1つ又は2つ以上は、例えば、プロセッサ7958と有限状態マシンとの組み合わせを含む回路によって実施され得る。 In various examples, one or more of the various steps described herein can be performed by a finite state machine that includes either combinatorial or sequential logic, and combinatorial logic or sequential logic circuits are coupled to at least one memory circuit. At least one memory circuit stores the current state of the finite state machine. Combinatorial or sequential logic circuits are constructed to provide finite state machines for these steps. Sequential logic may be synchronous or asynchronous. In other cases, one or more of the various steps described herein can be performed by circuitry including, for example, a combination of processor 7958 and a finite state machine.

様々な例では、適切な機能を保証するために外科用器具の機能の状態を評価することが可能であることが有利であり得る。例えば、上で説明されたような、外科用器具の様々な動作を実施するために様々なモータ、ドライブトレーン及び/又はギア構成要素を含むように構成された駆動機構が、経時的に摩耗することが考えられる。これは、通常の使用を通じて起こり得るが、いくつかの例では、駆動機構は、酷使条件に起因してより早く摩耗し得る。ある特定の例では、外科用器具は、駆動機構及びその様々な構成要素の状態、例えば、健全さを決定するために自己評価を実施するように構成することができる。 In various instances, it may be advantageous to be able to assess the functional status of a surgical instrument to ensure proper functioning. For example, drive mechanisms configured to include various motors, drive trains and/or gear components to perform various operations of surgical instruments, such as those described above, wear over time. can be considered. This can occur through normal use, but in some instances the drive mechanism can wear out faster due to abuse conditions. In certain examples, a surgical instrument can be configured to perform a self-assessment to determine the condition, eg, health, of the drive mechanism and its various components.

例えば、自己診断を使用して、外科用器具が再滅菌前にその機能を実施することが可能である場合、又は構成要素のうちのいくつかを交換及び/又は修復すべき場合を決定することができる。回転ドライブトレーン7932、閉鎖ドライブトレーン7934、及び/又は発射ドライブトレーン7936を含むがこれらに限定されない駆動機構及びその構成要素の評価は、様々な方法で達成することができる。予測された性能からのずれの大きさを使用して、感知された故障の可能性及びそのような故障の深刻度を決定することができる。繰り返し可能に予測可能なイベントの周期的解析、予想される閾値を超えるピーク又はドロップ及び故障の幅を含む、いくつかのメトリックが使用され得る。 For example, using self-diagnostics to determine when a surgical instrument is capable of performing its function prior to resterilization, or when some of its components should be replaced and/or repaired. can be done. Evaluation of the drive mechanism and its components, including but not limited to rotary drivetrain 7932, closing drivetrain 7934, and/or firing drivetrain 7936, can be accomplished in a variety of ways. The magnitude of deviation from predicted performance can be used to determine the perceived likelihood of failure and the severity of such failure. Several metrics may be used, including periodic analysis of repeatable and predictable events, peaks or drops above expected thresholds and width of faults.

様々な例では、適切に機能する駆動機構又はその構成要素のうちの1つ又は2つ以上の特徴的波形を用いて、駆動機構又はその構成要素のうちの1つ又は2つ以上の状態を評価することができる。1つ又は2つ以上の振動センサは、適切に機能する駆動機構又はその構成要素のうちの1つ又は2つ以上に対して配置して、適切に機能する駆動機構又はその構成要素のうちの1つ又は2つ以上の動作中に起こる様々な振動を記録することができる。記録された振動を用いて、特徴的な波形を生成することができる。将来の波形を特徴的な波形と比較して、駆動機構及びその構成要素の状態を評価することができる。 In various examples, one or more characteristic waveforms of a properly functioning drive mechanism or its components are used to determine the state of one or more of the drive mechanism or its components. can be evaluated. The one or more vibration sensors are positioned relative to one or more of the properly functioning drive mechanism or components thereof to Various vibrations occurring during one or more motions can be recorded. The recorded vibrations can be used to generate characteristic waveforms. Future waveforms can be compared to characteristic waveforms to assess the condition of the drive mechanism and its components.

引き続き図41を参照すると、外科用器具7930は、ドライブトレーン7932、7934、7936のうちの1つ又は2つ以上の、1つ又は2つ以上の音響出力を記録及び分析するように構成されたドライブトレーン故障検出モジュール7962を含む。プロセッサ7954は、モジュール7962と通信し得るか、又は他の方法で制御することができる。下でより詳細に説明されるように、モジュール7962は、回路、ハードウェア、処理装置(例えば、プロセッサ7954)によって実行可能なコンピュータ可読プログラム命令を記憶するコンピュータ可読媒体(例えば、メモリ7956)を備えるコンピュータプログラム製品、又はそれらのいくつかの組み合わせなどの様々な手段として具現化することができる。いくつかの態様では、プロセッサ36は、モジュール7962を含み得るか、又は他の方法で制御することができる。 With continued reference to FIG. 41, surgical instrument 7930 was configured to record and analyze one or more acoustic outputs of one or more of drivetrains 7932, 7934, 7936. Includes drivetrain fault detection module 7962 . Processor 7954 may communicate with or otherwise control module 7962 . As described in more detail below, module 7962 comprises a computer readable medium (eg, memory 7956) storing computer readable program instructions executable by circuitry, hardware, a processing unit (eg, processor 7954). It can be embodied in various means such as a computer program product, or some combination thereof. In some aspects, processor 36 may include or otherwise control module 7962 .

図42は、本開示の少なくとも1つの態様による、超音波電気機械システム132002の周波数を制御し、そのインピーダンスを検出するための代替的システム132000である。システム132000は発生器に組み込まれてもよい。メモリ132026に結合されたプロセッサ132004は、プログラム可能カウンタ132006をプログラムして、超音波電気機械システム132002の出力周波数fに同調させる。入力周波数は、水晶発振器132008によって生成され、周波数を好適な値にスケーリングするために固定カウンタ132010に入力される。固定カウンタ132010及びプログラム可能カウンタ132006の出力は、位相/周波数検出器132012に適用される。位相/周波数検出器132012の出力は、増幅器/アクティブフィルタ回路132014に印加されて、電圧制御式発振器132016(voltage controlled oscillator、VCO)に印加される調整電圧Vを生成する。VCO132016は、同等な電気回路として本明細書にモデル化されて示される超音波電気機械システム132002の超音波変換器部分に出力周波数fを適用する。超音波変換器に印加される電圧信号及び電流信号は、電圧センサ132018及び電流センサ132020によって監視される。 FIG. 42 is an alternative system 132000 for controlling the frequency and detecting impedance of an ultrasonic electromechanical system 132002, according to at least one aspect of the present disclosure. System 132000 may be incorporated into the generator. A processor 132004 coupled to a memory 132026 programs a programmable counter 132006 to tune to the output frequency f o of the ultrasonic electromechanical system 132002 . The input frequency is generated by crystal oscillator 132008 and input to fixed counter 132010 to scale the frequency to a suitable value. The outputs of fixed counter 132010 and programmable counter 132006 are applied to phase/frequency detector 132012 . The output of the phase/frequency detector 132012 is applied to an amplifier/active filter circuit 132014 to generate a regulated voltage Vt that is applied to a voltage controlled oscillator (VCO) 132016. VCO 132016 applies output frequency fo to the ultrasonic transducer portion of ultrasonic electromechanical system 132002, which is shown modeled herein as an equivalent electrical circuit. Voltage and current signals applied to the ultrasonic transducer are monitored by voltage sensor 132018 and current sensor 132020 .

電圧センサ132018及び電流センサ13020の出力は、電圧センサ132018及び電流センサ13020によって測定される電圧と電流との間の位相角を決定するために、別の位相/周波数検出器132022に印加される。位相/周波数検出器132022の出力は、高速アナログ-デジタル変換器132024(ADC)の1つのチャネルに適用され、それを介してプロセッサ132004に提供される。任意で、超音波電気機械システム132002に印加される電圧信号と電流信号との間の位相角を決定するために、電圧センサ132018及び電流センサ132020の出力は、2チャネルADC132024のそれぞれのチャネルに印加されて、ゼロ交差、FFT、又は本明細書に記載される他のアルゴリズムのためにプロセッサ132004に提供されてもよい。 The outputs of voltage sensor 132018 and current sensor 13020 are applied to another phase/frequency detector 132022 to determine the phase angle between the voltage and current measured by voltage sensor 132018 and current sensor 13020 . The output of phase/frequency detector 132022 is applied to one channel of high speed analog-to-digital converter 132024 (ADC) and provided therethrough to processor 132004 . Optionally, the outputs of the voltage sensor 132018 and current sensor 132020 are applied to respective channels of a two-channel ADC 132024 to determine the phase angle between the voltage and current signals applied to the ultrasonic electromechanical system 132002. and provided to processor 132004 for zero crossing, FFT, or other algorithms described herein.

任意で、出力周波数fに比例する調整電圧Vは、ADC132024を介してプロセッサ132004にフィードバックされてもよい。これは、出力周波数fと比例するフィードバック信号をプロセッサ132004に提供し、このフィードバックを使用して出力周波数fを調整及び制御することができる。 Optionally, the regulated voltage V t proportional to the output frequency f o may be fed back to processor 132004 via ADC 132024 . It provides a feedback signal to processor 132004 that is proportional to the output frequency fo , and this feedback can be used to adjust and control the output frequency fo .

温度推定
図43A~図43Bは、本開示の少なくとも1つの態様による、低温(室温)及び高温の超音波ブレードを備える同じ超音波装置の複素インピーダンススペクトルのグラフ表示133000、133010である。本明細書で使用するとき、低温超音波ブレードは、室温の超音波ブレードを指し、高温超音波ブレードは、使用中に摩擦により加熱された後の超音波ブレードを指す。図43Aは、低温及び高温の超音波ブレードを備える同じ超音波装置の共振周波数fの関数としてのインピーダンス位相角φのグラフ表示133000であり、図43Bは、低温及び高温超音波ブレードを備える同じ超音波装置の共振周波数fの関数としてのインピーダンスの大きさ|Z|のグラフ表示133010である。インピーダンス位相角φ及びインピーダンスの大きさ|Z|は、共振周波数fにおいて最小である。
Temperature Estimation FIGS. 43A-43B are graphical representations 133000, 133010 of complex impedance spectra of the same ultrasonic device with cold (room temperature) and hot ultrasonic blades, according to at least one aspect of the present disclosure. As used herein, a cold ultrasonic blade refers to a room temperature ultrasonic blade and a hot ultrasonic blade refers to an ultrasonic blade after it has been heated by friction during use. 43A is a graphical representation 133000 of impedance phase angle φ as a function of resonant frequency f o of the same ultrasonic device with cold and hot ultrasonic blades, and FIG. 43B is a graphical representation 133000 of the same 133010 is a graphical representation 133010 of impedance magnitude |Z| as a function of resonant frequency fo of an ultrasound system. The impedance phase angle φ and the impedance magnitude |Z| are minimal at the resonant frequency fo .

超音波変換器インピーダンスZ(t)は、駆動信号発生器電圧V(t)及び電流I(t)駆動信号の比として測定することができる。 The ultrasonic transducer impedance Z g (t) can be measured as the ratio of the drive signal generator voltage V g (t) and current I g (t) drive signals.

Figure 0007279051000006
Figure 0007279051000006

図43Aに示すように、超音波ブレードが、例えば室温などの低温で、摩擦により加熱されていないとき、超音波装置の電気機械的共振周波数fは約55,500Hzであり、超音波変換器の励起周波数は55,500Hzに設定される。したがって、超音波変換器が電気機械的共振周波数fで励起され、超音波ブレードが低温であるとき、位相角φは、低温ブレードプロット133002によって示されるように最小又は約0Radである。図43Bに示すように、超音波ブレードが低温であり、超音波変換器が電気機械的共振周波数fで励起されるとき、インピーダンスの大きさ|Z|は800Ωであり、例えば、インピーダンスの大きさ|Z|は最小インピーダンスであり、駆動信号振幅は、図25に示す超音波電気機械システムの直列共振等価回路のために最大である。 As shown in FIG. 43A, when the ultrasonic blade is at a low temperature, e.g. is set to 55,500 Hz. Therefore, when the ultrasonic transducer is excited at the electromechanical resonant frequency fo and the ultrasonic blade is cold, the phase angle φ is at a minimum or about 0 Rad as shown by cold blade plot 133002 . As shown in FIG. 43B, when the ultrasonic blade is cold and the ultrasonic transducer is excited at the electromechanical resonance frequency fo , the impedance magnitude |Z| is the minimum impedance and the drive signal amplitude is maximum due to the series-resonant equivalent circuit of the ultrasonic electromechanical system shown in FIG.

ここで再び図43A及び図43Bを参照すると、超音波変換器が、発生器電圧V(t)信号及び発生器電流I(t)信号によって55,500Hzの電気機械的共振周波数fで駆動されると、発生器電圧V(t)信号と発生器電流I(t)信号との間の位相角φはゼロであり、インピーダンスの大きさ|Z|は最小インピーダンス、例えば800Ωであり、信号振幅は、超音波電気機械システムの直列共振等価回路のためにピーク又は最大である。超音波ブレードの温度が増加すると、使用中に発生する摩擦熱に起因して、超音波装置の電気機械的共振周波数f’は減少する。超音波変換器は依然として発生器電圧Vg(t)信号及び発生器電流Ig(t)信号によって55,500Hzの前の(低温ブレード)電気機械的共振周波数fで駆動されるため、超音波装置はオフ共振f’で動作し、発生器電圧Vg(t)信号と発生器電流Ig(t)信号との間の位相角φにシフトを引き起こす。また、55,500Hzの前の(低温ブレード)電気機械的共振周波数に対する駆動信号のインピーダンスの大きさ|Z|の上昇及びピーク大きさの低下も存在する。したがって、超音波ブレードの温度は、発生器電圧V(t)信号と発生器電流I(t)信号との間の位相角φを、超音波ブレードの温度変化による電気機械的共振周波数fの変化として測定することによって推定することができる。 Referring now again to FIGS. 43A and 43B, the ultrasonic transducer is energized at an electromechanical resonant frequency f o of 55,500 Hz by the generator voltage V g (t) and generator current I g (t) signals. When driven, the phase angle φ between the generator voltage V g (t) and generator current I g (t) signals is zero and the impedance magnitude |Z| Yes, the signal amplitude is peak or maximum due to the series resonant equivalent circuit of the ultrasonic electromechanical system. As the temperature of the ultrasonic blade increases, the electromechanical resonant frequency f o ' of the ultrasonic device decreases due to frictional heat generated during use. Since the ultrasonic transducer is still driven by the generator voltage Vg(t) and generator current Ig(t) signals at the previous (cold blade) electromechanical resonance frequency fo of 55,500 Hz, the ultrasonic device operates off-resonance f o ', causing a shift in the phase angle φ between the generator voltage Vg(t) and generator current Ig(t) signals. There is also an increase in drive signal impedance magnitude |Z| and a decrease in peak magnitude for the (cold blade) electromechanical resonance frequency before 55,500 Hz. Therefore, the temperature of the ultrasonic blade changes the phase angle φ between the generator voltage V g (t) and generator current I g (t) signals to the electromechanical resonance frequency f It can be estimated by measuring as the change in o .

上述したように、電気機械的超音波システムは、超音波変換器と、導波管と、超音波ブレードと、を含む。上述したように、超音波変換器は、静電容量を有する第1ブランチと、共振器の電気機械特性を規定する直列接続されたインダクタンス、抵抗、及び容量を有する第2「動作」ブランチと、を含む等価直列共振回路(図25を参照)としてモデル化されてもよい。電気機械的超音波システムは、超音波変換器、導波管、及び超音波ブレードの物理的特性によって定義される初期電気機械的共振周波数を有する。超音波変換器は、電気機械的共振周波数、例えば電気機械的超音波システムの共振周波数と等しい周波数での交流電圧V(t)及び電流I(t)信号によって励起される。電気機械的超音波システムが共振周波数で励起されると、電圧V(t)信号と電流I(t)信号との間の位相角φはゼロである。 As mentioned above, an electromechanical ultrasound system includes an ultrasound transducer, a waveguide, and an ultrasound blade. As mentioned above, the ultrasonic transducer has a first branch with a capacitance and a second "working" branch with series-connected inductance, resistance and capacitance that define the electromechanical properties of the resonator. may be modeled as an equivalent series resonant circuit (see FIG. 25) including An electromechanical ultrasonic system has an initial electromechanical resonant frequency defined by the physical properties of the ultrasonic transducer, waveguide, and ultrasonic blade. The ultrasonic transducer is excited by alternating voltage V g (t) and current I g (t) signals at an electromechanical resonant frequency, eg, equal to the resonant frequency of the electromechanical ultrasound system. When the electromechanical ultrasound system is excited at the resonant frequency, the phase angle φ between the voltage V g (t) and current I g (t) signals is zero.

別の言い方をすれば、共振時に、電気機械的超音波システムの相似の誘導性インピーダンスは、電気機械的超音波システムの相似の容量性インピーダンスに等しい。例えば組織との摩擦係合のために超音波ブレードが加熱すると、超音波ブレード(等価静電容量としてモデル化される)のコンプライアンスによって、電気機械的超音波システムの共振周波数が変化する。本実施例では、超音波ブレードの温度が上昇するにつれて、電気機械的超音波システムの共振周波数は低下する。したがって、電気機械的超音波システムの相似の誘導性インピーダンスは、電気機械的超音波システムの相似の容量性インピーダンスともはや等しくなく、それにより電気機械的超音波システムの駆動周波数と新たな共振周波数との間に不整合が引き起こされる。そのため、高温の超音波ブレードの場合、電気機械的超音波システムは「オフレゾナンス」を動作させる。駆動周波数と共振周波数との間の不整合は、超音波変換器に印加される電圧V(t)信号と電流I(t)信号との間の位相角φとして現れる。 Stated another way, at resonance, the analogous inductive impedance of the electromechanical ultrasound system equals the analogous capacitive impedance of the electromechanical ultrasound system. The compliance of the ultrasonic blade (modeled as an equivalent capacitance) changes the resonant frequency of the electromechanical ultrasonic system as it heats, for example due to frictional engagement with tissue. In this example, as the temperature of the ultrasonic blade increases, the resonant frequency of the electromechanical ultrasonic system decreases. Therefore, the analogous inductive impedance of the electromechanical ultrasound system is no longer equal to the analogous capacitive impedance of the electromechanical ultrasound system, so that the driving frequency of the electromechanical ultrasound system and the new resonant frequency causes an inconsistency between Therefore, for hot ultrasonic blades, the electromechanical ultrasonic system operates "off resonance". The mismatch between the driving frequency and the resonant frequency manifests itself as a phase angle φ between the voltage V g (t) and current I g (t) signals applied to the ultrasonic transducer.

上述したように、発生器電子機器は、超音波変換器に印加される電圧V(t)信号と電流I(t)信号との間の位相角φを容易に監視することができる。位相角φは、上述の技術の中でもとりわけ、フーリエ分析、加重最小二乗推定、カルマンフィルタリング、空間ベクトルベースの技術、ゼロ交差法、リサージュ図形、三電圧計法、交差コイル法、ベクトル電圧計及びベクトルインピーダンス法、位相標準機器、位相ロックループによって決定することができる。発生器は、位相角φを連続的に監視し、位相角φがゼロになるまで駆動周波数を調整することができる。この時点で、新しい駆動周波数は、電気機械的超音波システムの新しい共振周波数に等しい。位相角φ及び/又は発生器駆動周波数の変化は、超音波ブレードの温度の間接的又は推定測定値として使用することができる。 As mentioned above, the generator electronics can easily monitor the phase angle φ between the voltage V g (t) and current I g (t) signals applied to the ultrasonic transducer. The phase angle φ can be calculated using Fourier analysis, weighted least squares estimation, Kalman filtering, space vector-based techniques, zero-crossing method, Lissajous figure, triple voltmeter method, crossed coil method, vector voltmeter and vector It can be determined by impedance methods, phase standard equipment, phase locked loops. The generator can continuously monitor the phase angle φ and adjust the drive frequency until the phase angle φ is zero. At this point, the new drive frequency equals the new resonant frequency of the electromechanical ultrasound system. Changes in the phase angle φ and/or the generator drive frequency can be used as an indirect or inferred measure of the temperature of the ultrasonic blade.

これらのスペクトルのデータから温度を推定するために、様々な技術が利用可能である。最も注目すべきことに、超音波ブレードの温度と測定されたインピーダンスとの間の動的関係をモデル化するために、発生器駆動周波数の範囲にわたって、時変の非線形状態空間方程式のセットを採用することができ、 Various techniques are available for estimating temperature from these spectral data. Most notably, we employ a set of time-varying nonlinear state-space equations over the range of generator drive frequencies to model the dynamic relationship between the ultrasonic blade temperature and the measured impedance. can be

Figure 0007279051000007
ここで発生器駆動周波数の範囲は装置モデルに固有である。
Figure 0007279051000007
Here the range of generator drive frequencies is device model specific.

温度推定の方法
超音波ブレードの温度を推定又は推測する1つの態様は、3つの工程を含み得る。第1に、時間及びエネルギー依存性の温度及び周波数の状態空間モデルを定義する。周波数成分の関数として温度をモデル化するために、一組の非線形状態空間方程式を使用して、電気機械的共振周波数と超音波ブレードの温度との間の関係をモデル化する。第2に、経時的に温度推定器及び状態空間モデルの精度を改善するためにカルマンフィルタを適用する。第3に、超音波変換器、及びひいては超音波ブレードに印加する電力を制御して超音波ブレードの温度を調節するために、カルマンフィルタのフィードバックループに状態推定器が設けられる。3つの工程を以下に記載する。
Methods of Temperature Estimation One aspect of estimating or inferring the temperature of an ultrasonic blade may involve three steps. First, we define a time- and energy-dependent temperature and frequency state-space model. To model the temperature as a function of frequency content, a set of nonlinear state-space equations are used to model the relationship between the electromechanical resonant frequency and the temperature of the ultrasonic blade. Second, apply a Kalman filter to improve the accuracy of the temperature estimator and state-space model over time. Third, a state estimator is provided in the feedback loop of the Kalman filter to control the power applied to the ultrasonic transducer and thus the ultrasonic blade to regulate the temperature of the ultrasonic blade. The three steps are described below.

工程1
第1の工程は、時間及びエネルギー依存性の温度及び周波数の状態空間モデルを定義することである。周波数成分の関数として温度をモデル化するために、一組の非線形状態空間方程式を使用して、電気機械的共振周波数と超音波ブレードの温度との間の関係をモデル化する。一態様では、状態空間モデルは、以下の式によって与えられる。
Process 1
The first step is to define a time- and energy-dependent temperature and frequency state-space model. To model the temperature as a function of frequency content, a set of nonlinear state-space equations are used to model the relationship between the electromechanical resonant frequency and the temperature of the ultrasonic blade. In one aspect, the state-space model is given by the following equations.

Figure 0007279051000008
Figure 0007279051000008

状態空間モデルは、固有周波数F(t)、温度T(t)、エネルギーE(t)、及び時間tに対する、電気機械的超音波システムの固有周波数 The state-space model describes the eigenfrequencies of an electromechanical ultrasound system for eigenfrequencies F n (t), temperature T(t), energy E(t), and time t

Figure 0007279051000009
の変化率及び超音波ブレードの温度
Figure 0007279051000009
rate of change and the temperature of the ultrasonic blade

Figure 0007279051000010
の変化率を表す。
Figure 0007279051000010
represents the rate of change of

Figure 0007279051000011
は、電気機械的超音波システムの固有周波数数F(t)、超音波ブレードの温度T(t)、超音波ブレードに印加されるエネルギーE(t)、及び時間tなどの測定可能かつ観察可能な変数の可観測性を表す。超音波ブレードの温度T(t)は、推定値として観察可能である。
Figure 0007279051000011
are measurable and observable such as the natural frequency number Fn (t) of the electromechanical ultrasonic system, the temperature T(t) of the ultrasonic blade, the energy E(t) applied to the ultrasonic blade, and the time t Represents the observability of possible variables. The ultrasonic blade temperature T(t) is observable as an estimate.

工程2
第2の工程は、温度推定器及び状態空間モデルを改善するためにカルマンフィルタを適用することである。図44は、等式に従って、インピーダンスに基づいて温度推定器及び状態空間モデルを改善するためのカルマンフィルタ133020の図であり、
Process 2
The second step is to apply a Kalman filter to improve the temperature estimator and state-space model. FIG. 44 is a diagram of a Kalman filter 133020 for improving temperature estimators and state-space models based on impedance, according to the equation,

Figure 0007279051000012
これは、本開示の少なくとも1つの態様による、様々な周波数で測定された超音波変換器にわたるインピーダンスを表す。
Figure 0007279051000012
It represents the impedance across the ultrasonic transducer measured at various frequencies according to at least one aspect of the present disclosure.

カルマンフィルタ133020は、温度推定性能を改善するために用いられてもよく、ノイズの多いデータの中で温度予測を改善するための外部センサ、モデル、又は事前情報の増強を可能にする。カルマンフィルタ133020は、レギュレータ133022及びプラント133024を含む。制御理論では、プラント133024は、プロセスとアクチュエータとの組み合わせである。プラント133024は、システムの入力信号と出力信号との間の関係を示す伝達関数と称され得る。レギュレータ133022は、状態推定器133026及びコントローラK133028を含む。状態レギュレータ133026は、フィードバックループ133030を含む。状態レギュレータ133026は、入力としてプラント133024の出力であるyと、フィードバック変数uと、を受信する。状態推定器133026は、システムの状態の真の値に収束する内部フィードバックシステムである。状態推定器133026の出力は、 The Kalman Filter 133020 may be used to improve temperature estimation performance, allowing augmentation of external sensors, models, or prior information to improve temperature prediction in noisy data. Kalman filter 133020 includes regulator 133022 and plant 133024 . In control theory, the plant 133024 is a combination of processes and actuators. Plant 133024 may be referred to as a transfer function that describes the relationship between the input and output signals of the system. Regulator 133022 includes state estimator 133026 and controller K 133028 . State regulator 133026 includes feedback loop 133030 . State regulator 133026 receives as inputs y, the output of plant 133024, and feedback variable u. State Estimator 133026 is an internal feedback system that converges on the true value of the state of the system. The output of state estimator 133026 is

Figure 0007279051000013
であり、完全なフィードバック制御変数は、電気機械的超音波システムのF(t)、超音波ブレードの温度の推定値T(t)、超音波ブレードに印加されるエネルギーE(t)、位相角φ、及び時間tを含む。コントローラK133028への入力は
Figure 0007279051000013
and the complete feedback control variables are F n (t) of the electromechanical ultrasonic system, an estimate of the temperature of the ultrasonic blade T(t), the energy E(t) applied to the ultrasonic blade, the phase Includes angle φ and time t. The input to the controller K133028 is

Figure 0007279051000014
であり、コントローラK133028の出力uは、状態推定器133026及びプラント133024のtにフィードバックされる。
Figure 0007279051000014
and the output u of controller K 133028 is fed back to state estimator 133026 and t of plant 133024 .

線形二次推定(LQE)としても知られるカルマンフィルタリングは、統計ノイズ及び他の不正確さを含む、経時的に観察される一連の測定値を使用し、単各時間枠の変数にわたる結合確率分布を推定し、したがって実際の測定値の最大尤度推定値を計算することによって、単一の測定のみに基づくものよりも正確となる傾向がある未知の変数の推定値を生成する、アルゴリズムである。アルゴリズムは、2段階プロセスで機能する。予測工程では、カルマンフィルタ133020は、それらの不確実性と共に、現在の状態変数の推定値を生成する。次の測定の結果が観察されると(ランダムノイズを含むいくらかの量のエラーで必然的に破損する)、これらの推定値は加重平均を使用して更新され、より高い確実性の推定にはより高い重みが与えられる。アルゴリズムは再帰的であり、現在の入力測定値並びに以前に計算された状態及びその不確実性マトリックスのみを使用してリアルタイムで実行することができ、追加の過去の情報は必要とされない。 Kalman filtering, also known as Linear Quadratic Estimation (LQE), uses a series of observed measurements over time, including statistical noise and other inaccuracies, to generate a single joint probability distribution over the variables for each time frame. is an algorithm that produces estimates of unknown variables that tend to be more accurate than those based on single measurements alone, by estimating , and thus computing maximum likelihood estimates of actual measurements. . The algorithm works in a two step process. In the prediction process, Kalman Filter 133020 produces estimates of current state variables along with their uncertainties. As the results of the next measurement are observed (inevitably corrupted with some amount of error, including random noise), these estimates are updated using a weighted average, with a higher certainty estimate of given a higher weight. The algorithm is recursive and can run in real-time using only current input measurements and previously calculated states and their uncertainty matrices, no additional historical information is required.

カルマンフィルタ133020は、電気機械的超音波システムの動的モデル、そのシステムへの既知の制御入力、並びに超音波変換器に適用された信号の固有周波数及び位相角(例えば、超音波変換器の電気インピーダンスの大きさ及び位相)の複数の連続測定値(観測)を使用して、電気機械的超音波システムの変化する量の推定値(その状態)を形成して電気機械的超音波システムの超音波ブレード部分の温度を予測し、これは、1つの測定値のみを使用して得られる推定値よりも良好である。したがって、カルマンフィルタ133020は、超音波ブレードの温度の最大尤度推定値を提供するためのセンサ及びデータ融合を含むアルゴリズムである。 The Kalman filter 133020 uses a dynamic model of the electromechanical ultrasound system, the known control inputs to the system, and the natural frequency and phase angle of the signal applied to the ultrasound transducer (e.g., the electrical impedance of the ultrasound transducer multiple successive measurements (observations) of the electromechanical ultrasound system's magnitude and phase) to form an estimate of the changing quantity (its state) of the electromechanical ultrasound system. Predict the temperature of the blade section, which is better than the estimate obtained using only one measurement. Thus, the Kalman filter 133020 is an algorithm that includes sensors and data fusion to provide a maximum likelihood estimate of the temperature of the ultrasonic blade.

カルマンフィルタ133020は、固有周波数及び位相シフトデータを測定するために、超音波変換器に適用された信号のノイズの多い測定値による不確実性を効果的に処理し、また、ランダムな外部要因による不確実性を効果的に処理する。カルマンフィルタ133020は、加重平均を使用したシステムの予測された状態と新たな測定値との平均として、電気機械的超音波システムの状態の推定値を生成する。加重値は、より良好な(即ち、より小さい)推定不確実性を提供し、非加重値よりも「信頼できる」ものである。加重は、システム状態の予測の推定された不確実性の尺度である共分散から算出され得る。加重平均の結果は、予測された状態と測定された状態との間に位置する新たな状態推定値であり、いずれか単独よりも良好な推定不確実性を有する。このプロセスは、全ての時間工程で繰り返され、新たな推定値及びその共分散は、以下の反復で使用される予測を提供する。カルマンフィルタ133020のこの再帰的性質は、新しい状態を計算するのに、電気機械的超音波システムの状態の全履歴ではなく最後の「最良の推測」のみを必要とする。 The Kalman filter 133020 effectively handles the uncertainty due to noisy measurements of the signal applied to the ultrasonic transducer and also the uncertainty due to random external factors to measure the natural frequency and phase shift data. Handle certainty effectively. Kalman filter 133020 produces an estimate of the state of the electromechanical ultrasound system as the average of the predicted state of the system using weighted averaging and the new measurements. Weighted values provide better (ie, smaller) estimation uncertainties and are more "reliable" than unweighted values. Weights may be calculated from the covariance, which is a measure of the estimated uncertainty of the system state prediction. The result of the weighted average is a new state estimate that lies between the predicted state and the measured state, with better estimation uncertainty than either alone. This process is repeated at every time step and the new estimate and its covariance provide the prediction used in the next iteration. This recursive nature of the Kalman filter 133020 requires only the last "best guess" to compute a new state rather than the entire history of states of the electromechanical ultrasound system.

測定値及び現在状態推定値の相対的確実性は重要な考慮事項であり、カルマンフィルタ133020のゲインKに関するフィルタの応答について議論することが一般的である。カルマンゲインKは、測定値及び現在状態推定値に与えられる相対重みであり、特定の性能を達成するために「調整」され得る。高いゲインKの場合、カルマンフィルタ133020は、最新の測定値により多くの重みを配置し、そのため、最新の測定値に対してより応答的に従う。低いゲインKの場合、カルマンフィルタ133020は、モデル予測値に対してより厳密に従う。極値においては、1に近い高ゲインは、より変動的な推定軌道をもたらし、ゼロに近い低ゲインは、ノイズを除去するが応答性を低下させる。 The relative certainty of measurements and current state estimates is an important consideration, and it is common to discuss the filter's response with respect to gain K of Kalman filter 133020 . The Kalman gain K is the relative weight given to measurements and current state estimates that can be "tuned" to achieve a particular performance. For high gain K, the Kalman filter 133020 places more weight on the most recent measurements and therefore follows them more responsively. For low gain K, the Kalman filter 133020 follows the model predictions more closely. At the extremes, high gains close to 1 lead to more variable estimated trajectories, low gains close to zero remove noise but reduce responsiveness.

カルマンフィルタ133020の実際の計算を実行するとき(後述するとおり)、状態推定値及び共分散は、単一の計算セットに関与する複数の次元を扱うためにマトリックスにコード化される。これにより、遷移モデル又は共分散のいずれかにおいて、様々な状態変数(位置、速度、及び加速度など)間の直線関係の表現を可能にする。カルマンフィルタ133020の使用は、誤差がガウスであると仮定しない。しかしながら、カルマンフィルタ133020は、全ての誤差がガウス分布である特別な場合における正確な条件的確率推定値をもたらす。 When performing the actual computation of Kalman Filter 133020 (as described below), the state estimates and covariances are matrix-encoded to handle the multiple dimensions involved in a single set of computations. This allows the representation of linear relationships between various state variables (such as position, velocity and acceleration) in either the transition model or the covariance. The use of Kalman filter 133020 does not assume that the error is Gaussian. However, the Kalman filter 133020 yields accurate conditional probability estimates in the special case where all errors are Gaussian.

工程3
第3の工程は、超音波変換器、及びひいては超音波ブレードに印加される電力を制御して超音波ブレードの温度を調節するために、カルマンフィルタ133020のフィードバックループ133032内の状態推定器133026を使用する。
Process 3
The third step uses the state estimator 133026 in the feedback loop 133032 of the Kalman filter 133020 to control the power applied to the ultrasonic transducer and thus the ultrasonic blade to adjust the temperature of the ultrasonic blade. do.

図45は、本開示の少なくとも1つの態様による、推定値を最大化するために、図44に示すカルマンフィルタ133020の状態推定器133026によって採用される3つの確率分布のグラフ表示133040である。確率分布は、前確率分布133042、予測(状態)確率分布133044、及び観測確率分布133046を含む。3つの確率分布133042、133044、1330467は、本開示の少なくとも1つの態様による、様々な周波数で測定された超音波変換器にわたるインピーダンスに基づいて温度を調節するために、超音波変換器に印加される電力のフィードバック制御に使用される。インピーダンスに基づいて温度を調節するために超音波変換器に印加される電力のフィードバック制御に使用される推定器は、以下の式によって与えられ、 FIG. 45 is a graphical representation 133040 of three probability distributions employed by the state estimator 133026 of the Kalman filter 133020 shown in FIG. 44 to maximize the estimate, according to at least one aspect of the present disclosure. The probability distributions include a prior probability distribution 133042 , a predicted (state) probability distribution 133044 and an observed probability distribution 133046 . Three probability distributions 133042, 133044, 1330467 are applied to the ultrasonic transducer to adjust the temperature based on the impedance across the ultrasonic transducer measured at various frequencies, according to at least one aspect of the present disclosure. used for power feedback control. The estimator used for feedback control of the power applied to the ultrasonic transducer to regulate temperature based on impedance is given by

Figure 0007279051000015
これは、本開示の少なくとも1つの態様による、様々な周波数で測定された超音波変換器にわたるインピーダンスである。
Figure 0007279051000015
This is the impedance across the ultrasonic transducer measured at various frequencies according to at least one aspect of the present disclosure.

前確率分布133042は、次の式によって定義される状態変動を含む。 Prior probability distribution 133042 contains state variations defined by the following equation.

Figure 0007279051000016
状態変動
Figure 0007279051000016
status change

Figure 0007279051000017
は、予測(状態)確率分布133044として表されるシステムの次の状態を予測するために使用される。観測確率分布133046は、観測分散σが以下の式によって与えられるゲインを定義するために用いられる、システム状態の実際の観測値の確率分布である。
Figure 0007279051000017
is used to predict the next state of the system represented as the predicted (state) probability distribution 133044 . Observation probability distribution 133046 is the probability distribution of the actual observations of the system state whose observation variance σ m is used to define the gain given by the following equation.

Figure 0007279051000018
Figure 0007279051000018

フィードバック制御
(状態推定器及びカルマンフィルタによって推定される)温度が制御されることを確実にするために、電力入力が低減される。
Feedback Control Power input is reduced to ensure that the temperature (estimated by the state estimator and Kalman filter) is controlled.

一態様では、初期の概念実証は、電気機械的超音波システムの固有周波数と超音波ブレードの温度との間の静的直線関係を仮定した。電気機械的超音波システムの固有周波数の関数としての電力を低減すること(すなわち、フィードバック制御によって温度を調節すること)によって、超音波ブレード先端部の温度を直接制御することができる。この実施例では、超音波ブレードの遠位先端部の温度は、Teflonパッドの融点を超えないように制御され得る。 In one aspect, initial proof-of-concept assumed a static linear relationship between the natural frequency of the electromechanical ultrasonic system and the temperature of the ultrasonic blade. The temperature of the ultrasonic blade tip can be directly controlled by reducing the power as a function of the natural frequency of the electromechanical ultrasonic system (ie, adjusting the temperature by feedback control). In this embodiment, the temperature of the distal tip of the ultrasonic blade can be controlled so as not to exceed the melting point of the Teflon pad.

図46Aは、温度フィードバック制御なしの超音波装置の温度対時間のグラフ表示133050である。超音波ブレードの温度(℃)が縦軸に沿って示され、時間(秒)が横軸に沿って示される。試験は、超音波装置のジョー内に配置されたセーム革を用いて実施した。一方のジョーは超音波ブレードであり、他方のジョーはTEFLONパッドを有するクランプアームである。超音波ブレードは、超音波ブレードとクランプアームとの間にクランプされたセーム革と摩擦係合する間に、共振周波数で励起された。経時的に、超音波ブレードの温度(℃)は、セーム革との摩擦係合に起因して上昇する。経時的に、超音波ブレードの温度プロファイル133052は、点133054に示される約19.5秒後の温度220℃においてセーム革試料が切断されるまで上昇する。温度フィードバック制御なしでは、セーム革試料が切断された後、超音波ブレードの温度はTEFLONの融点である約380℃を大きく超えて最大で約490℃の温度まで上昇する。点133056において、超音波ブレードの温度は、TEFLONパッドが完全に融解するまで490℃の最高温度に達する。超音波ブレードの温度は、パッドが完全に消滅した後、点133056におけるピーク温度からわずかに低下する。 FIG. 46A is a graphical representation 133050 of temperature versus time for an ultrasound system without temperature feedback control. The temperature of the ultrasonic blade (°C) is shown along the vertical axis and time (sec) is shown along the horizontal axis. Testing was performed with a chamois placed in the jaws of the ultrasound machine. One jaw is an ultrasonic blade and the other jaw is a clamp arm with a TEFLON pad. The ultrasonic blade was excited at a resonant frequency while frictionally engaging a chamois clamped between the ultrasonic blade and the clamp arm. Over time, the temperature (°C) of the ultrasonic blade increases due to its frictional engagement with the chamois. Over time, the temperature profile 133052 of the ultrasonic blade increases until the chamois sample is cut at a temperature of 220° C. after about 19.5 seconds indicated by point 133054 . Without temperature feedback control, the temperature of the ultrasonic blade rises well above the melting point of TEFLON, which is about 380° C., to a maximum temperature of about 490° C. after the chamois sample is cut. At point 133056, the temperature of the ultrasonic blade reaches a maximum temperature of 490°C until the TEFLON pad is completely melted. The temperature of the ultrasonic blade drops slightly from the peak temperature at point 133056 after the pad has completely disappeared.

図46Bは、本開示の少なくとも1つの態様による、温度フィードバック制御を伴う超音波装置の温度対時間のプロットである。超音波ブレードの温度(℃)が縦軸に沿って示され、時間(秒)が横軸に沿って示される。試験は、超音波装置のジョー内に配置されたセーム革試料を用いて実施した。一方のジョーは超音波ブレードであり、他方のジョーはTEFLONパッドを有するクランプアームである。超音波ブレードは、超音波ブレードとクランプアームパッドとの間にクランプされたセーム革と摩擦係合する間に、共振周波数で励起された。経時的に、超音波ブレードの温度プロファイル133062は、点133064に示される約23秒後の温度220℃においてセーム革試料が切断されるまで上昇する。温度フィードバック制御ありでは、超音波ブレードの温度は、点133066で示される、TEFLON融点のすぐ下にある約380℃の最高温度まで上昇し、続いて概して領域133068で示される平均約330℃まで下げられ、それによってTEFLONパッドが融解するのを防ぐ。 46B is a plot of temperature versus time for an ultrasound device with temperature feedback control, according to at least one aspect of the present disclosure; FIG. The temperature of the ultrasonic blade (°C) is shown along the vertical axis and time (sec) is shown along the horizontal axis. The test was performed with a chamois sample placed in the jaws of the ultrasound machine. One jaw is an ultrasonic blade and the other jaw is a clamp arm with a TEFLON pad. The ultrasonic blade was excited at a resonant frequency while frictionally engaging a chamois clamped between the ultrasonic blade and the clamp arm pad. Over time, the temperature profile 133062 of the ultrasonic blade increases until the chamois sample is cut at a temperature of 220° C. after about 23 seconds indicated by point 133064 . With temperature feedback control, the temperature of the ultrasonic blade increases to a maximum temperature of about 380°C, just below the TEFLON melting point, indicated by point 133066, and then decreases to an average of about 330°C, generally indicated by region 133068. , thereby preventing the TEFLON pads from melting.

スマート超音波ブレード技術の適用
超音波ブレードが流体で満たされた手術野に浸漬されると、超音波ブレードは、起動中に冷却され、それと接触する組織を封止及び切断するための効果が減じられる。超音波ブレードの冷却は、十分な熱が組織に送達されないため、より長い起動時間及び/又は止血の問題をもたらし得る。超音波ブレードの冷却を克服するために、これらの流体浸漬条件下で横切開時間を短縮し、好適な止血を達成するために、より多くのエネルギー送達が必要とされ得る。周波数-温度フィードバック制御システムを使用して、超音波ブレード温度が、開始時に特定の温度を下回っているか、又は特定の期間、特定の温度を下回っている状態を維持しているかのいずれかであると検出された場合、発生器の出力電力は、手術野に存在する血液/生理食塩水/他の流体による冷却を相殺するために上昇され得る。
Application of Smart Ultrasonic Blade Technology When an ultrasonic blade is immersed in a fluid-filled surgical field, it cools during activation, making it less effective for sealing and cutting tissue in contact with it. be done. Cooling the ultrasonic blade may result in longer start-up times and/or hemostasis problems because not enough heat is delivered to the tissue. To overcome the cooling of the ultrasonic blade, more energy delivery may be required to shorten the transection time and achieve adequate hemostasis under these fluid immersion conditions. Using a frequency-temperature feedback control system, the ultrasonic blade temperature either starts below a certain temperature or remains below a certain temperature for a certain period of time. is detected, the generator output power can be increased to offset the cooling due to blood/saline/other fluids present in the surgical field.

したがって、本明細書に記載される周波数-温度フィードバック制御システムは、特に超音波ブレードが流体で満たされた手術野内に部分的又は全体的に位置するか又は浸漬されるときに、超音波装置の性能を改善することができる。本明細書に記載される周波数-温度フィードバック制御システムは、流体で満たされた手術野における、長い起動時間及び/又は超音波装置の性能に関する潜在的問題を最小化する。 Accordingly, the frequency-temperature feedback control system described herein is useful for ultrasonic devices, particularly when the ultrasonic blade is partially or wholly positioned or immersed within a fluid-filled surgical field. Performance can be improved. The frequency-temperature feedback control system described herein minimizes potential problems with long start-up times and/or ultrasound system performance in fluid-filled surgical fields.

前述したように、超音波ブレードの温度は、以下の式によって与えられる超音波変換器のインピーダンスを検出すること、 As previously mentioned, the temperature of the ultrasonic blade is to detect the impedance of the ultrasonic transducer given by the formula:

Figure 0007279051000019
あるいは同等に、超音波変換器に印加される電圧V(t)信号と電流I(t)信号との間の位相角φを検出することによって推定することができる。位相角φの情報はまた、超音波ブレードの状態を推定するために使用されてもよい。本明細書で詳細に論じられるように、位相角φは、超音波ブレードの温度の関数として変化する。したがって、位相角φ情報は、超音波ブレードの温度を制御するために用いられてもよい。これは、例えば、超音波ブレードが過度に高温で動作しているときは超音波ブレードに送達される電力を低減し、超音波ブレードが過度に低温で動作しているときは超音波ブレードに送達される電力を増加させることによって行われ得る。図47A~図47Bは、超音波ブレードの急激な温度低下が検出されたときに超音波変換器に印加される超音波電力を調節するための温度フィードバック制御のグラフ表示である。
Figure 0007279051000019
Or equivalently, it can be estimated by detecting the phase angle φ between the voltage V g (t) and current I g (t) signals applied to the ultrasonic transducer. Information of the phase angle φ may also be used to estimate the state of the ultrasonic blade. As discussed in detail herein, the phase angle φ varies as a function of ultrasonic blade temperature. Therefore, the phase angle φ information may be used to control the temperature of the ultrasonic blade. This reduces, for example, the power delivered to the ultrasonic blade when it is operating too hot, and the power delivered to the ultrasonic blade when it is operating too cold. This can be done by increasing the power applied. 47A-47B are graphical representations of temperature feedback control for adjusting the ultrasonic power applied to the ultrasonic transducer when a sudden drop in temperature of the ultrasonic blade is detected.

図47Aは、本開示の少なくとも1つの態様による、時間の関数としての超音波電力出力133070のグラフ表示である。超音波発生器の電力出力が縦軸に沿って示され、時間(秒)が横軸に沿って示される。図47Bは、本開示の少なくとも1つの態様による、時間の関数としての超音波ブレード温度133080のグラフ表示である。超音波ブレード温度が縦軸に沿って示され、時間(秒)が横軸に沿って示される。超音波ブレードの温度は、図47Aに示されるように、一定電力133072を印加することによって上昇する。使用中、超音波ブレードの温度は急激に低下する。これは、様々な条件に起因し得るが、使用中に、超音波ブレードが流体で満たされた手術野(例えば、血液、生理食塩水、水など)に浸漬されたときに超音波ブレードの温度が低下すると推定され得る。時間tにおいて、超音波ブレードの温度は、所望の最低温度133082未満に低下し、周波数-温度フィードバック制御アルゴリズムは、温度の低下を検出し、超音波ブレードに送達される電力増加(power ramp)133074によって示される電力の上昇又は「増加(ramp up)」を開始して、超音波ブレードの温度を所望の最低温度133082を超えて上昇させ始める。 FIG. 47A is a graphical representation of ultrasound power output 133070 as a function of time, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. The power output of the ultrasonic generator is shown along the vertical axis and time (seconds) is shown along the horizontal axis. FIG. 47B is a graphical representation of ultrasonic blade temperature 133080 as a function of time, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. Ultrasonic blade temperature is shown along the vertical axis and time (seconds) is shown along the horizontal axis. The temperature of the ultrasonic blade is increased by applying a constant power 133072 as shown in Figure 47A. During use, the temperature of the ultrasonic blade drops rapidly. This can be attributed to a variety of conditions, but during use, the temperature of the ultrasonic blade when it is immersed in a fluid-filled surgical field (e.g., blood, saline, water, etc.) can be estimated to decrease. At time t 0 the temperature of the ultrasonic blade drops below the desired minimum temperature of 133082 and the frequency-temperature feedback control algorithm detects the drop in temperature and increases the power ramp delivered to the ultrasonic blade. A power ramp up or “ramp up” indicated by 133074 is initiated to begin raising the temperature of the ultrasonic blade above the desired minimum temperature 133082 .

図47A及び図47Bを参照すると、超音波ブレードの温度が所望の最低温度133082を超えた状態を維持する限り、超音波発生器は実質的に一定電力133072を出力する。tにおいて、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波ブレードの温度が所望の最低温度133072未満に低下するのを検出すると、周波数-温度フィードバック制御アルゴリズムを開始して、超音波ブレードの温度を最低の所望の温度133082より高く上昇させる。したがって、発生器の電力は、tでの超音波ブレードの温度の突然の低下の検出に対応するtで増加を開始する(133074)。周波数-温度フィードバック制御アルゴリズムの下で、超音波ブレードの温度が所望の最低温度133082を超えるまで、電力は増加を続ける(133074)。 47A and 47B, as long as the temperature of the ultrasonic blade remains above the desired minimum temperature 133082, the ultrasonic generator outputs substantially constant power 133072. Referring to FIGS. At t 0 , when the generator or instrument processor and/or control circuitry detects that the temperature of the ultrasonic blade has dropped below the desired minimum temperature of 133072, it initiates a frequency-temperature feedback control algorithm to Raise the temperature of the sonic blade above the lowest desired temperature of 133082. Thus, the generator power begins to increase at t 1 (133074) corresponding to the detection of a sudden drop in temperature of the ultrasonic blade at t 0 . Under the frequency-temperature feedback control algorithm, the power continues to increase (133074) until the temperature of the ultrasonic blade exceeds the desired minimum temperature 133082.

図48は、本開示の少なくとも1つの態様による、超音波ブレードの温度を制御するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図133090である。このプロセスによれば、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方が、図47A及び図47Bに関連して説明される周波数-温度フィードバック制御アルゴリズムの一態様を実行して、超音波変換器に電力レベルを印加して(133092)、超音波ブレードにおける所望の温度を達成する。発生器は、超音波変換器を駆動するために印加される電圧V(t)信号と電流I(t)信号との間の位相角φを監視する(133094)。位相角φに基づいて、発生器は、図43A~図45に関連して本明細書に記載される技術を使用して超音波ブレードの温度を推定する(133096)。発生器は、超音波ブレードの推定温度を所定の所望の温度と比較することによって、超音波ブレードの温度が所望の最低温度未満であるかどうかを判定する(133098)。次いで、発生器は、比較に基づいて超音波変換器に印加される電力レベルを調節する。例えば、超音波ブレードの温度が所望の最低温度以上であるとき、プロセスは「いいえ」分岐に沿って進み、超音波ブレードの温度が所望の最低温度未満であるときに、「はい」分岐に沿って進む。超音波ブレードの温度が所望の最低温度未満であるとき、発生器は、例えば、電圧V(t)信号及び/又は電流I(t)信号を上昇させることによって、超音波変換器への電力レベルを増加させて(133100)超音波ブレードの温度を上昇させ、超音波ブレードの温度が上昇して最低の所望の温度を超えるまで超音波変換器に印加される電力レベルを増加させ続ける。 FIG. 48 is a process logic flow diagram 133090 illustrating a control program or logic configuration for controlling the temperature of an ultrasonic blade in accordance with at least one aspect of the present disclosure. According to this process, the processor and/or control circuitry of the generator or instrument executes one aspect of the frequency-temperature feedback control algorithm described in connection with FIGS. 133092 to achieve the desired temperature in the ultrasonic blade. The generator monitors the phase angle φ between the voltage V g (t) and current I g (t) signals applied to drive the ultrasonic transducer (133094). Based on the phase angle φ, the generator estimates (133096) the temperature of the ultrasonic blade using techniques described herein in connection with FIGS. The generator determines (133098) whether the temperature of the ultrasonic blade is below the desired minimum temperature by comparing the estimated temperature of the ultrasonic blade to a predetermined desired temperature. The generator then adjusts the power level applied to the ultrasonic transducer based on the comparison. For example, when the ultrasonic blade temperature is greater than or equal to the desired minimum temperature, the process proceeds along the "no" branch, and when the ultrasonic blade temperature is less than the desired minimum temperature, the process proceeds along the "yes" branch. to proceed. When the temperature of the ultrasonic blade is below the desired minimum temperature, the generator increases the voltage to the ultrasonic transducer, e.g., by increasing the voltage V g (t) and/or current I g (t) signals. Increase the power level (133100) to increase the temperature of the ultrasonic blade and continue increasing the power level applied to the ultrasonic transducer until the temperature of the ultrasonic blade increases and exceeds the minimum desired temperature.

適応型高度組織治療パッドセーバモード
図49は、本開示の少なくとも1つの態様による、血管発射中の時間の関数としての超音波ブレード温度のグラフ表示133110である。超音波ブレード温度のプロット133112は、水平軸に沿った時間の関数として垂直軸に沿ってグラフ化される。周波数-温度フィードバック制御アルゴリズムは、超音波ブレードフィードバック制御の温度をジョー感知能力と組み合わせる。周波数-温度フィードバック制御アルゴリズムは、装置の耐久性とのバランスがとれた最適な止血を提供し、クランプアームパッドを保護しながら、最良の封止のためにエネルギーをインテリジェントに送達することができる。
Adaptive Advanced Tissue Treatment Pad Saver Mode FIG. 49 is a graphical representation 133110 of ultrasonic blade temperature as a function of time during vessel firing, according to at least one aspect of the present disclosure. A plot 133112 of ultrasonic blade temperature is graphed along the vertical axis as a function of time along the horizontal axis. A frequency-temperature feedback control algorithm combines the temperature of ultrasonic blade feedback control with jaw sensing capability. A frequency-temperature feedback control algorithm provides optimal hemostasis balanced with device durability, and can intelligently deliver energy for the best seal while protecting the clamp arm pads.

図49に示すように、血管封止のための最適温度133114は、第1の標的温度Tとマークされ、「無限の」クランプアームパッド寿命のための最適温度133116は、第2の標的温度Tとマークされる。周波数-温度フィードバック制御アルゴリズムは、超音波ブレードの温度を推定し、超音波ブレードの温度を第1の標的温度閾値Tと第2の標的温度閾値Tとの間に維持する。したがって、発生器電力出力は、血管を封止し、クランプアームパッドの寿命を延長するための最適な超音波ブレード温度を達成するように駆動される。 As shown in FIG. 49, the optimum temperature for vessel sealing 133114 is marked as the first target temperature T1 , and the optimum temperature for "infinite" clamp arm pad life 133116 is marked as the second target temperature T1. Marked as T2 . A frequency-temperature feedback control algorithm estimates the temperature of the ultrasonic blade and maintains the ultrasonic blade temperature between a first target temperature threshold T 1 and a second target temperature threshold T 2 . Therefore, the generator power output is driven to achieve the optimum ultrasonic blade temperature for vessel sealing and extended clamp arm pad life.

最初に、ブレードが加熱して超音波ブレードの温度が上昇し、最終的に第1の標的温度閾値Tを超えると、超音波ブレードの温度が上昇する。周波数-温度フィードバック制御アルゴリズムが引き継いで、血管横切開がtで完了し(133118)、超音波ブレード温度が第2の標的温度閾値Tを下回るまで、ブレードの温度をTに制御する。発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波ブレードがクランプアームパッドと接触するときを検出する。血管横切開がtで完了して検出されると、周波数-温度フィードバック制御アルゴリズムは、超音波ブレードの温度を第2の標的閾値Tに制御して、クラムアームパッドの寿命を延長することに切り替える。TEFLONクランプアームパッドに最適なクランプアームパッド寿命温度は約325℃である。一態様では、高度組織治療は、第2の起動トーンでユーザに告知され得る。 Initially, the blade heats up to increase the temperature of the ultrasonic blade, and eventually when the first target temperature threshold T1 is exceeded, the temperature of the ultrasonic blade increases. The frequency-temperature feedback control algorithm takes over to control the temperature of the blade to T 1 until the vessel transsection is completed at t 0 (133118) and the ultrasonic blade temperature is below the second target temperature threshold T 2 . The generator or instrument processor and/or control circuitry detect when the ultrasonic blade contacts the clamp arm pads. Once the vessel transsection is complete and detected at t0 , the frequency-temperature feedback control algorithm controls the temperature of the ultrasonic blade to a second target threshold T2 to extend the life of the clam arm pad. switch to The optimum clamp arm pad life temperature for TEFLON clamp arm pads is about 325°C. In one aspect, advanced tissue therapy may be announced to the user with a second activation tone.

図50は、本開示の少なくとも1つの態様による、図49に示される2つの温度設定値間の超音波ブレードの温度を制御するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図133120である。このプロセスによれば、発生器は、周波数-温度フィードバック制御アルゴリズムの一態様を実行して、例えば、超音波変換器に印加される電圧V(t)信号及び/又は電流I(t)信号を調節して、超音波ブレード温度を血管封止に最適化された第1の標的Tに設定することによって、超音波変換器に第1の電力レベルを印加する(133122)。前述したように、発生器は、超音波変換器に印加される電圧V(t)信号と電流I(t)信号との間の位相角φを監視し(133124)、位相角φに基づいて、発生器は、図43A~図45に関連して本明細書に記載される技術を使用して超音波ブレードの温度を推定する(133126)。周波数-温度フィードバック制御アルゴリズムに従い、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、横切開が完了するまで、超音波ブレード温度を第1の標的温度Tに維持する。周波数-温度フィードバック制御アルゴリズムは、血管横切開プロセスの完了を検出するために用いられてもよい。発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、血管横切開が完了したときを判定する(133128)。このプロセスは、血管横切開が完了していないときには「いいえ」分岐に沿って進み、血管横切開が完了したときには「はい」分岐に沿って進む。 FIG. 50 is a process logic flow diagram 133120 illustrating a control program or logic configuration for controlling the temperature of an ultrasonic blade between two temperature setpoints shown in FIG. 49, according to at least one aspect of the present disclosure. . According to this process, the generator implements an aspect of a frequency-temperature feedback control algorithm to generate, for example, a voltage V g (t) signal and/or a current I g (t) applied to the ultrasonic transducer. A first power level is applied to the ultrasonic transducer by adjusting the signal to set the ultrasonic blade temperature to a first target T1 optimized for vessel sealing (133122). As previously mentioned, the generator monitors (133124) the phase angle φ between the voltage V g (t) and current I g (t) signals applied to the ultrasonic transducer, and the phase angle φ Based on this, the generator estimates (133126) the temperature of the ultrasonic blade using the techniques described herein in connection with FIGS. 43A-45. According to a frequency-temperature feedback control algorithm, the processor and/or control circuitry of the generator or instrument maintains the ultrasonic blade temperature at the first target temperature T 1 until the transection is completed. A frequency-temperature feedback control algorithm may be used to detect completion of the transvessel dissection process. The processor and/or control circuitry of the generator or instrument determine when the vessel transection is complete (133128). The process proceeds along the "no" branch when the transection has not been completed and along the "yes" branch when the transection has been completed.

血管横切開が完了していない場合、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波ブレードの温度が、血管封止及び横切開のために最適化された温度Tに設定されているかを判定する(133130)。超音波ブレード温度がTに設定されている場合、プロセスは「はい」分岐に沿って進み、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波変換器に印加され、位相角φに基づく、電圧V(t)信号と電流I(t)信号との間の位相角φの監視(133124)を継続する。超音波ブレード温度がTに設定されていない場合、プロセスは「いいえ」分岐に沿って進み、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は継続して、超音波変換器に第1の電力レベルを印加する(133122)。 If the vessel transection has not been completed, the processor and/or control circuitry of the generator or instrument sets the temperature of the ultrasonic blade to the temperature T1 optimized for vessel sealing and transection. (133130). If the ultrasonic blade temperature is set to T1 , the process proceeds along the "yes" branch and the processor or control circuit of the generator or instrument or both apply to the ultrasonic transducer and the phase angle φ Continue monitoring (133124) the phase angle φ between the voltage V g (t) and current I g (t) signals based on . If the ultrasonic blade temperature has not been set to T1 , the process proceeds along the "no" branch and the processor and/or control circuitry of the generator or instrument continues to direct the ultrasonic transducer to the first Apply power level (133122).

血管横切開が完了すると、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波変換器に第2の電力レベルを印加して(133132)、超音波ブレードを、クランプアームパッドの寿命を維持又は延長するために最適化された第2の標的温度Tに設定する。発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波ブレードの温度が設定温度Tであるかを判定する(133134)。超音波ブレードの温度がT2に設定されている場合、プロセスは血管横切開手順を完了する(133136)。 Once the transvessel dissection is completed, the generator or the instrument's processor and/or control circuitry applies a second power level to the ultrasonic transducer (133132) to extend the life of the ultrasonic blade and clamp arm pads. Set a second target temperature T2 optimized for maintenance or prolongation. The processor and/or control circuitry of the generator or instrument determines (133134) if the temperature of the ultrasonic blade is the set temperature T2 . If the ultrasonic blade temperature is set to T2, the process completes the transvessel procedure (133136).

ブレードの開始温度
横切開開始時の超音波ブレードの温度を知ることにより、発生器が、迅速な切断のためにブレードを加熱するために適切な量の電力を送達するか、又はブレードが既に高温である場合は、必要とされるだけの電力を追加することが可能となり得る。この技術は、より一貫した横切開時間を達成し、クラムアームパッド(例えば、TEFLONクランプアームパッド)の寿命を延ばすことができる。横切開の開始時の超音波ブレードの温度を知ることにより、発生器が超音波変換器に正しい量の電力を送達して、超音波ブレードの所望の量の変位をもたらす事が可能となり得る。
Blade Start Temperature Knowing the temperature of the ultrasonic blade at the start of the traverse cut allows the generator to deliver the appropriate amount of power to heat the blade for rapid cutting, or if the blade is already hot. , it may be possible to add as much power as needed. This technique can achieve more consistent transection times and extend the life of clam arm pads (eg, TEFLON clamp arm pads). Knowing the temperature of the ultrasonic blade at the start of the transverse incision may allow the generator to deliver the correct amount of power to the ultrasonic transducer to produce the desired amount of displacement of the ultrasonic blade.

図51は、本開示の少なくとも1つの態様による、超音波ブレードの初期温度を判定するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図133140である。超音波ブレードの初期温度を判定するために、製造プラントにおいて、超音波ブレードの共振周波数が室温又は所定の周囲温度で測定される。ベースライン周波数値が、発生器若しくは器具又はその両方のルックアップテーブルに記録され、記憶される。ベースライン値は、伝達関数を生成するために使用される。超音波変換器起動サイクルの開始時に、発生器は、超音波ブレードの共振周波数を測定し(133142)、測定された共振周波数をベースライン共振周波数値と比較し(133144)、周波数の差(Δf)を判定する。Δfは、補正された超音波ブレード温度のルックアップテーブル又は伝達関数と比較される。超音波ブレードの共振周波数は、超音波変換器に印加される電圧V(t)信号及び電流I(t)信号の周波数を掃引することによって判定され得る。共振周波数は、本明細書に記載されるように、位相角φ電圧V(t)信号及び電流I(t)信号がゼロである周波数である。 FIG. 51 is a process logic flow diagram 133140 illustrating a control program or logic configuration for determining an initial temperature of an ultrasonic blade, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. To determine the initial temperature of the ultrasonic blade, the resonant frequency of the ultrasonic blade is measured at room temperature or a predetermined ambient temperature in the manufacturing plant. A baseline frequency value is recorded and stored in a lookup table on the generator and/or the instrument. Baseline values are used to generate a transfer function. At the beginning of the ultrasonic transducer activation cycle, the generator measures the resonant frequency of the ultrasonic blade (133142), compares the measured resonant frequency to the baseline resonant frequency value (133144), and determines the frequency difference (Δf ) is determined. Δf is compared to a corrected ultrasonic blade temperature lookup table or transfer function. The resonant frequency of the ultrasonic blade can be determined by sweeping the frequencies of the voltage V g (t) and current I g (t) signals applied to the ultrasonic transducer. The resonant frequency, as described herein, is the frequency at which the phase angle φ voltage V g (t) and current I g (t) signals are zero.

超音波ブレードの共振周波数が決定されたら、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方が、測定された共振周波数とベースライン共振周波数との間の差に基づいて、超音波ブレードの初期温度を決定する(133146)。発生器は、例えば、超音波変換器を起動させる前に、電圧V(t)駆動信号若しくは電流I(t)駆動信号又はその両方を、以下の値のうちの1つに調節することによって、超音波変換器に送達される電力レベルを設定する。 Once the resonant frequency of the ultrasonic blade is determined, the processor and/or control circuitry of the generator or instrument determines the initial temperature of the ultrasonic blade based on the difference between the measured resonant frequency and the baseline resonant frequency. is determined (133146). The generator may, for example, adjust the voltage V g (t) drive signal or the current I g (t) drive signal or both to one of the following values before activating the ultrasonic transducer: sets the power level delivered to the ultrasound transducer.

発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波ブレードの初期温度が低いか否かを判定する(133148)。超音波ブレードの初期温度が低い場合、プロセスは、「はい」分岐に沿って進み、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波変換器に高電力レベルを適用し(133152)、超音波ブレードの温度を上昇させ、血管横切開手順を完了する(133156)。 The processor and/or control circuitry of the generator or instrument determine whether the initial temperature of the ultrasonic blade is low (133148). If the initial temperature of the ultrasonic blade is low, the process proceeds along the "yes" branch and the generator or instrument's processor and/or control circuitry applies a high power level to the ultrasonic transducer (133152). , raises the temperature of the ultrasonic blade and completes the transvessel procedure (133156).

超音波ブレードの初期温度が低くない場合、プロセスは、「いいえ」分岐に沿って進み、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波ブレードの初期温度が高いか否かを判定する(133150)。超音波ブレードの初期温度が高い場合、プロセスは、「はい」分岐に沿って進み、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波変換器に低電力レベルを適用し(133154)、超音波ブレードの温度を低下させ、血管横切開手順を完了する(133156)。超音波ブレードの初期温度が高くない場合、プロセスは、「いいえ」分岐に沿って進み、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、血管横切開を完了する(133156)。 If the initial temperature of the ultrasonic blade is not low, the process continues along the "no" branch and the processor and/or control circuitry of the generator or instrument determines whether the initial temperature of the ultrasonic blade is high. (133150). If the initial temperature of the ultrasonic blade is high, the process proceeds along the "yes" branch and the generator or instrument's processor and/or control circuitry applies a low power level to the ultrasonic transducer (133154). , lowers the temperature of the ultrasonic blade and completes the transvessel dissection procedure (133156). If the initial temperature of the ultrasonic blade is not high, the process proceeds along the "no" branch and the generator or instrument processor and/or control circuitry completes the vessel transection (133156).

ブレードの不安定性を制御するためのスマートブレード技術
超音波ブレードの温度及び超音波エンドエフェクタのジョー内の内容物は、本明細書に記載の周波数-温度フィードバック制御アルゴリズムを使用して判定することができる。超音波ブレードの周波数/温度関係は、超音波ブレードの不安定性を温度によって制御するために用いられる。
Smart Blade Technology for Controlling Blade Instability The temperature of the ultrasonic blade and the contents within the jaws of the ultrasonic end effector can be determined using the frequency-temperature feedback control algorithm described herein. can. The frequency/temperature relationship of the ultrasonic blade is used to control the instability of the ultrasonic blade with temperature.

本明細書に記載されるように、超音波ブレードにおける周波数と温度との間には周知の関係がある。いくつかの超音波ブレードは、温度上昇の存在下で、変位の不安定性又はモードの不安定性を呈する。この既知の関係を用いて、超音波ブレードが不安定に近づいているときを解釈し、次いで超音波変換器を駆動する電力レベルを調節して(例えば、超音波変換器に印加される駆動電圧V(t)信号若しくは電流I(t)信号又はその両方を調節することによって)、超音波ブレードの温度を変調して超音波ブレードの不安定性を防止することができる。 As described herein, there is a well-known relationship between frequency and temperature in ultrasonic blades. Some ultrasonic blades exhibit displacement instability or modal instability in the presence of elevated temperature. This known relationship can be used to interpret when the ultrasonic blade is approaching instability and then adjust the power level driving the ultrasonic transducer (e.g., the drive voltage applied to the ultrasonic transducer By adjusting the V g (t) signal or the current I g (t) signal or both), the temperature of the ultrasonic blade can be modulated to prevent ultrasonic blade instability.

図52は、本開示の少なくとも1つの態様による、超音波ブレードが不安定性に近づいているときを判定し、続いて超音波変換器の不安定性を防止するために超音波変換器への電力を調節する、制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図133160である。変位又はモードの不安定性を呈する超音波ブレードの周波数/温度関係は、超音波ブレードの温度にわたる駆動電圧V(t)信号若しくは電流I(t)信号又はその両方の周波数を掃引し、結果を記録することによってマッピングされる。発生器によって実行される制御アルゴリズムによって使用/解釈され得る関数又は関係が生成される。トリガ点はこの関係を使用して確立され、超音波ブレードが既知のブレード不安定性に近づいていることを発生器に通知することができる。発生器は、駆動電力レベルが低減されるように(例えば、超音波変換器に印加される駆動電圧V(t)若しくは電流I(t)又はその両方を低減することによって)、周波数-温度フィードバック制御アルゴリズム処理機能及び閉ループ応答を実行して、超音波ブレードの温度をトリガ点以下に変調させて、所与のブレードが不安定性に到達するのを防止する。 FIG. 52 illustrates determining when an ultrasonic blade is nearing instability and subsequently reducing power to the ultrasonic transducer to prevent ultrasonic transducer instability, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; Figure 133160 is a process logic flow diagram showing a control program or logic construct to adjust. The frequency/temperature relationship of an ultrasonic blade exhibiting displacement or modal instability is obtained by sweeping the frequency of the drive voltage V g (t) signal or current I g (t) signal or both over the temperature of the ultrasonic blade, resulting in is mapped by recording A function or relationship is generated that can be used/interpreted by the control algorithm executed by the generator. A trigger point can be established using this relationship to notify the generator that the ultrasonic blade is approaching a known blade instability. The generator may be configured to reduce the frequency- A temperature feedback control algorithm processing function and closed loop response is implemented to modulate the temperature of the ultrasonic blade below the trigger point to prevent a given blade from reaching instability.

利点としては、超音波ブレードの不安定特性を設計から除外する必要がなく、これを本発明の不安定制御技術を使用して補償することができるような、超音波ブレード構成の単純化が挙げられる。本発明の不安定性制御技術は、更に、新しい超音波ブレードの形状を可能にし、加熱された超音波ブレードの応力プロファイルを改善することができる。更に、超音波ブレードは、この技術を使用しない発生器と共に使用される場合、超音波ブレードの性能を低下させるように構成され得る。 Advantages include the simplification of ultrasonic blade construction such that the instability characteristics of the ultrasonic blade need not be excluded from the design and can be compensated for using the instability control techniques of the present invention. be done. The instability control technique of the present invention can also enable new ultrasonic blade geometries and improve the stress profile of heated ultrasonic blades. Additionally, the ultrasonic blade can be configured to degrade the performance of the ultrasonic blade when used with generators that do not use this technology.

論理フロー図133160によって示されるプロセスによれば、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波変換器に印加される電圧V(t)信号と電流I(t)信号との間の位相角φを監視する(133162)。発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波変換器に印加される電圧V(t)信号と電流I(t)信号との間の位相角φに基づいて、超音波ブレードの温度を推定する(133164)。発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波ブレードの推定温度を超音波ブレード不安定性トリガ点閾値と比較する(133166)。発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波ブレードが不安定性に近づいているかどうかを判定する(133168)。そうでない場合、プロセスは、「いいえ」分岐に沿って進み、位相角φを監視し(133162)、超音波ブレードの温度を推定し(133164)、超音波ブレードが不安定性に近づくまで超音波ブレードの推定温度を超音波ブレードの不安定性トリガ点閾値と比較する(133166)。次いで、プロセスは「はい」分岐に沿って進み、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方が、超音波変換器に印加される電力レベルを調節して(133170)、超音波ブレードの温度を変調する。 According to the process illustrated by logic flow diagram 133160, the processor and/or control circuitry of the generator or instrument generates voltage V g (t) and current I g (t) signals applied to the ultrasonic transducer and Monitor the phase angle φ between (133162). The processor and/or control circuitry of the generator or instrument generates ultrasonic waves based on the phase angle φ between the voltage V g (t) and current I g (t) signals applied to the ultrasonic transducer. Estimate the temperature of the blade (133164). The generator or instrument processor and/or control circuitry compares the estimated temperature of the ultrasonic blade to the ultrasonic blade instability trigger point threshold (133166). The processor and/or control circuitry of the generator or instrument determine if the ultrasonic blade is approaching instability (133168). If not, the process proceeds along the "no" branch and monitors the phase angle φ (133162), estimates the temperature of the ultrasonic blade (133164), and keeps the ultrasonic blade warm until it approaches instability (133164). is compared to the ultrasonic blade instability trigger point threshold (133166). The process then proceeds along the "yes" branch where the generator or instrument processor and/or control circuitry adjusts (133170) the power level applied to the ultrasonic transducer to increase the temperature of the ultrasonic blade. modulate the

温度制御を備える超音波封止アルゴリズム
超音波ブレード温度制御のための超音波封止アルゴリズムは、本明細書に記載される周波数-温度フィードバック制御アルゴリズムを用いて止血を改善して、超音波ブレードの周波数/温度関係を利用するために採用され得る。
Ultrasonic Sealing Algorithm with Temperature Control The ultrasonic sealing algorithm for ultrasonic blade temperature control uses the frequency-temperature feedback control algorithm described herein to improve hemostasis and It can be employed to take advantage of the frequency/temperature relationship.

一態様では、本開示の様々な態様に記載されるように、周波数-温度フィードバック制御アルゴリズムを採用して、温度に関連する測定された共振周波数(分光法を使用して)に基づいて超音波変換器に印加される電力レベルを変更することができる。一態様では、周波数-温度フィードバック制御アルゴリズムは、超音波器具上のエネルギーボタンによって起動されてもよい。 In one aspect, as described in various aspects of the present disclosure, a frequency-temperature feedback control algorithm is employed to generate ultrasonic waves based on measured temperature-related resonant frequencies (using spectroscopy). The power level applied to the converter can be changed. In one aspect, the frequency-temperature feedback control algorithm may be activated by an energy button on the ultrasound instrument.

最適な組織効果は、封止サイクルの初期に超音波変換器を駆動する電力レベルを増加させて(例えば、超音波変換器に印加される駆動電圧V(t)若しくは電流I(t)又はその両方を増加させることによって)組織を急速に加熱して乾燥させ、続いて超音波変換器を駆動する電力レベルを低下させて(例えば、超音波変換器に印加される駆動電圧V(t)若しくは電流I(t)又はその両方を低下させることによって)最終的な封止を徐々に形成させることによって得ることができるということは既知である。一態様では、本開示による周波数-温度フィードバック制御アルゴリズムは、高電力レベル段階中に組織が加熱するのにつれて組織が到達することのできる制限を温度閾値上に設定し、続いてクランプジョーパッド(例えばTEFLON)の融点に基づいて電力レベルを低下させて超音波ブレードの温度を制御して、封止を完了する。制御アルゴリズムは、止血アルゴリズムの複雑性を低減するための、より応答性/適応性の高い封止のための器具上のエネルギーボタンを作動させることによって実施することができる。 Optimal tissue effect is achieved by increasing the power level driving the ultrasonic transducer early in the sealing cycle (e.g., driving voltage V g (t) or current I g (t) applied to the ultrasonic transducer). Rapidly heating and drying the tissue (by increasing both or both) followed by reducing the power level driving the ultrasound transducer (e.g., driving voltage V g applied to the ultrasound transducer ( t) or by lowering the current I g (t) or both) can be obtained by gradually forming the final seal. In one aspect, a frequency-temperature feedback control algorithm according to the present disclosure sets a limit above the temperature threshold that tissue can reach as it heats up during a high power level phase, followed by clamping jaw pads (e.g., The power level is reduced to control the temperature of the ultrasonic blade based on the melting point of TEFLON) to complete the seal. A control algorithm can be implemented by activating an energy button on the instrument for a more responsive/adaptive seal to reduce the complexity of the hemostasis algorithm.

図53は、本開示の少なくとも1つの態様による、温度制御を伴う超音波封止を提供するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図133180である。制御アルゴリズムによれば、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、分光法を用いた超音波ブレードの感知(例えばスマートブレード)を起動し(133182)、超音波ブレードの共振周波数(例えば超音波電気機械システムの共振周波数)を測定して(133184)、本明細書に記載される周波数-温度フィードバック制御アルゴリズム(分光法)を用いて超音波ブレードの温度を判定する。上述したように、超音波電気機械システムの共振周波数は、電気機械的超音波システムの共振周波数の関数として超音波ブレードの温度を得るようにマッピングされる。 FIG. 53 is a process logic flow diagram 133180 illustrating a control program or logic configuration for providing ultrasonic sealing with temperature control in accordance with at least one aspect of the present disclosure. According to the control algorithm, the generator or instrument's processor and/or control circuitry activates 133182 the sensing of the ultrasonic blade using spectroscopy (e.g. smart blade) and the resonant frequency of the ultrasonic blade (e.g. The resonant frequency of the ultrasonic electromechanical system) is measured 133184 to determine the temperature of the ultrasonic blade using the frequency-temperature feedback control algorithm (spectroscopy) described herein. As described above, the resonant frequency of the ultrasonic electromechanical system is mapped to obtain the temperature of the ultrasonic blade as a function of the resonant frequency of the electromechanical ultrasonic system.

超音波電気機械システムの第1の所望の共振周波数fは、超音波ブレードの第1の所望の温度Z°に対応する。一態様では、第1の所望の超音波ブレード温度Z°は、組織凝固のための最適温度(例えば、450℃)である。超音波電気機械システムの第2の所望の周波数fは、超音波ブレードの第2の所望の温度ZZ°に対応する。一態様では、第2の所望の超音波ブレード温度ZZ°は、330℃の温度であり、これは、TEFLONの場合に約380℃であるクランプアームパッドの融点よりも低い。 A first desired resonant frequency f x of the ultrasonic electromechanical system corresponds to a first desired temperature Z° of the ultrasonic blade. In one aspect, the first desired ultrasonic blade temperature Z° is the optimum temperature for tissue coagulation (eg, 450° C.). A second desired frequency f Y of the ultrasonic electromechanical system corresponds to a second desired temperature ZZ° of the ultrasonic blade. In one aspect, the second desired ultrasonic blade temperature ZZ° is a temperature of 330° C., which is below the melting point of the clamp arm pad, which is about 380° C. for TEFLON.

発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波電気機械システムの測定された共振周波数を第1の所望の周波数fと比較する(133186)。換言すれば、プロセスは、超音波ブレードの温度が、最適な組織凝固のための温度よりも低いか否かを判定する。超音波電気機械システムの測定された共振周波数が第1の所望の周波数fよりも低い場合、プロセスは、「いいえ」分岐に沿って進み、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波電気機械システムの測定された共振周波数が第1の所望の周波数fを超えるまで、超音波変換器に印加される電力レベルを増加して(133188)超音波ブレードの温度を上昇させる。この場合、組織凝固プロセスが完了し、プロセスは、超音波ブレードの温度を、第2の所望の周波数fに対応する第2の所望の温度に制御する。 The processor and/or control circuitry of the generator or instrument compares the measured resonant frequency of the ultrasonic electromechanical system to the first desired frequency fx (133186). In other words, the process determines whether the temperature of the ultrasonic blade is below the temperature for optimal tissue coagulation. If the measured resonant frequency of the ultrasonic electromechanical system is lower than the first desired frequency fx , the process proceeds along the "no" branch and the processor and/or control circuitry of the generator or instrument , increasing the power level applied to the ultrasonic transducer (133188) to raise the temperature of the ultrasonic blade until the measured resonant frequency of the ultrasonic electromechanical system exceeds the first desired frequency fx . . In this case, the tissue coagulation process is complete and the process controls the temperature of the ultrasonic blade to a second desired temperature corresponding to a second desired frequency fy .

プロセスは「はい」分岐に沿って進み、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方が、超音波変換器に印加される電力レベルを低減させて(133190)、超音波ブレードの温度を低下させる。発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、超音波電気機械システムの共振周波数を測定し(133192)、測定された共振周波数を第2の所望の周波数fと比較する。測定された共振周波数が第2の所望の周波数f以上である場合、発生器又は器具のプロセッサ若しくは制御回路又はその両方は、測定された共振周波数が第2の所望の周波数f未満となるまで超音波出力レベルを低下させる(133190)。周波数-温度フィードバック制御アルゴリズムは、超音波電気機械システムの測定された共振周波数を第2の所望の周波数f未満に維持し(例えば、超音波ブレードの温度はクランプアームパッドの融点の温度未満である)、続いて、発生器は、超音波変換器に印加される電力レベルの増加を実行して、組織横切開プロセスが完了する(133196)まで超音波ブレードの温度を増加させる。 The process proceeds along the "yes" branch and the generator or instrument processor and/or control circuitry reduces (133190) the power level applied to the ultrasonic transducer to reduce the temperature of the ultrasonic blade. Let The processor and/or control circuitry of the generator or instrument measures 133192 the resonant frequency of the ultrasonic electromechanical system and compares the measured resonant frequency to a second desired frequency fY . If the measured resonant frequency is greater than or equal to the second desired frequency fY , the processor and/or control circuitry of the generator or instrument will cause the measured resonant frequency to be less than the second desired frequency fY . (133190). A frequency-temperature feedback control algorithm maintains the measured resonant frequency of the ultrasonic electromechanical system below a second desired frequency fy (e.g., the temperature of the ultrasonic blade is below the temperature of the melting point of the clamp arm pad). ), the generator subsequently performs an increase in the power level applied to the ultrasonic transducer to increase the temperature of the ultrasonic blade until the tissue transcision process is complete (133196).

図54は、本開示の少なくとも1つの態様による、時間の関数としての超音波変換器電流及び超音波ブレード温度のグラフ表示133200である。図54は、図53に記載された周波数-温度フィードバック制御アルゴリズムの適用の結果を示す。グラフ図133200は、時間の関数としての超音波変換器電流I(t)の第2のプロット133204に対する時間の関数としての超音波ブレード温度の第1のプロット133202を示す。示されるように、変換器I(t)は、超音波ブレード温度が最適な凝固温度である450℃に達するまで一定に維持される。超音波ブレード温度が450℃に達すると、周波数-温度フィードバック制御アルゴリズムは、例えば、超音波ブレードの温度が、例えばTEFLONパッドの融点未満である330℃未満に低下するまで、変換器電流I(t)を減少させる。 FIG. 54 is a graphical representation 133200 of ultrasonic transducer current and ultrasonic blade temperature as a function of time, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 54 shows the results of applying the frequency-temperature feedback control algorithm described in FIG. Graphical representation 133200 shows a first plot 133202 of ultrasonic blade temperature as a function of time against a second plot 133204 of ultrasonic transducer current I g (t) as a function of time. As shown, the transducer I g (t) is kept constant until the ultrasonic blade temperature reaches the optimum freezing temperature of 450°C. When the ultrasonic blade temperature reaches 450° C., the frequency-temperature feedback control algorithm, for example, increases the transducer current I g ( t) is decreased.

組織の種類の識別又はパラメータ化
様々な態様において、外科用器具(例えば、超音波外科用器具)は、エンドエフェクタによって把持された組織を識別又はパラメータ化し、それに応じて外科用器具の様々な動作パラメータを調整するように構成される。組織の識別又はパラメータ化には、組織の種類(例えば、生理学的組織タイプ)、組織の物理的特性又は属性、組織組成、エンドエフェクタ内又はエンドエフェクタに対する組織の位置などを挙げることができる。以下でより詳細に論じられる一例では、超音波外科用器具は、エンドエフェクタのジョー内で検出された組織のコラーゲン/エラスチン比に従って、超音波ブレードの遠位先端部の変位振幅を調整するように構成されている。前述したように、超音波器具は、超音波導波管を介して超音波ブレードに音響的に結合された超音波変換器を備える。超音波ブレードの変位は、超音波変換器に印加される電力の関数であり、したがって、超音波変換器に供給される電力は、組織の検出されたコラーゲン/エラスチン比に従って変調することができる。以下でより詳細に論じられる別の例では、組織上にクランプアームによって及ぼされる力は、エンドエフェクタに対する組織の位置に従って変調することができる。組織を識別又はパラメータ化するための様々な技術が本明細書に記載されており、更なる詳細は、例えば、その開示が参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、「SMART ENERGY DEVICES」と題する2018年6月30日出願の米国特許仮出願第62/692,768号に見出すことができる。
Identification or Parameterization of Tissue Type In various aspects, a surgical instrument (e.g., an ultrasonic surgical instrument) identifies or parameterizes tissue grasped by an end effector, and various operations of the surgical instrument are performed accordingly. Configured to adjust parameters. Tissue identification or parameterization can include tissue type (eg, physiological tissue type), tissue physical properties or attributes, tissue composition, tissue location within or relative to an end effector, and the like. In one example, discussed in more detail below, the ultrasonic surgical instrument adjusts the displacement amplitude of the distal tip of the ultrasonic blade according to the tissue collagen/elastin ratio detected within the jaws of the end effector. It is configured. As previously mentioned, the ultrasonic instrument comprises an ultrasonic transducer acoustically coupled to an ultrasonic blade via an ultrasonic waveguide. The displacement of the ultrasonic blade is a function of the power applied to the ultrasonic transducer, so the power supplied to the ultrasonic transducer can be modulated according to the detected collagen/elastin ratio of the tissue. In another example, discussed in more detail below, the force exerted by the clamp arm on tissue can be modulated according to the position of the tissue relative to the end effector. Various techniques for identifying or parameterizing tissue are described herein, and further details can be found, for example, in "SMART ENERGY DEVICES," the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety. No. 62/692,768, filed June 30, 2018, entitled

インピーダンス変化を介して組織の位置を決定
図23に戻って参照すると、本開示の少なくとも1つの態様による、超音波ブレード1128及びクランプアーム1140を備えるエンドエフェクタ1122が示されている。図55は、本開示の少なくとも1つの態様による、クランプアーム1140及び超音波ブレード1128を示し、超音波エンドエフェクタ1122内の組織の位置決めを描写する、超音波エンドエフェクタ1122の底面図である。クランプアーム1140と超音波ブレード1128との間の組織の位置決めは、遠位領域130420及び近位領域130422.など、組織が位置する領域又は区域に従って線引きされ得る。
Determining Tissue Position Via Impedance Changes Referring back to FIG. 23, there is shown an end effector 1122 comprising an ultrasonic blade 1128 and a clamp arm 1140, according to at least one aspect of the present disclosure. FIG. 55 is a bottom view of the ultrasonic end effector 1122 showing the clamp arm 1140 and ultrasonic blade 1128 and depicting positioning of tissue within the ultrasonic end effector 1122, according to at least one aspect of the present disclosure. Tissue positioning between the clamp arm 1140 and the ultrasonic blade 1128 is controlled by distal region 130420 and proximal region 130422 . , etc., can be delineated according to the region or area where the tissue is located.

ここで図23及び図55を参照して、本明細書に記載されるように、超音波エンドエフェクタ1122は、超音波ブレード1128とクランプアーム1140との間に組織を把持する。組織が把持されると、超音波発生器(例えば、図22に関連して説明されている発生器1100)が、超音波導波管を介して超音波ブレード1128に音響的に結合されている超音波変換器に電力を印加するように起動され得る。超音波変換器に印加される電力は、治療的又は非治療的な範囲のエネルギーレベルであり得る。非治療的範囲の印加電力では、結果として生じる超音波ブレード1128の変位は、組織を凝固又は切断しないように、把持された組織に影響を及ぼさない、又は最小限影響するだけである。非治療的励起は、超音波変換器のインピーダンスを決定するのに特に有用であり得、これは、他の条件の中でも、例えば、組織の種類、エンドエフェクタ内の組織の位置、異なる組織の種類の比、及び超音波ブレードの温度を含めて、エンドエフェクタ1122に存在する様々な条件に基づいて変化する。様々なこれらの条件が、本明細書では説明される。超音波変換器のインピーダンスは、本明細書で説明されるように、 23 and 55, ultrasonic end effector 1122 grasps tissue between ultrasonic blade 1128 and clamp arm 1140 as described herein. Once tissue is grasped, an ultrasonic generator (eg, generator 1100 described in connection with FIG. 22) is acoustically coupled to ultrasonic blade 1128 via an ultrasonic waveguide. It can be activated to apply power to the ultrasonic transducer. The power applied to the ultrasound transducer can be in a therapeutic or non-therapeutic range of energy levels. In the non-therapeutic range of applied power, the resulting displacement of the ultrasonic blade 1128 has no or minimal effect on the grasped tissue so as not to coagulate or cut the tissue. Non-therapeutic excitation can be particularly useful for determining the impedance of an ultrasound transducer, which can be used, for example, in tissue type, tissue location within the end effector, different tissue types, among other conditions. , and the temperature of the ultrasonic blade. A variety of these conditions are described herein. The impedance of the ultrasonic transducer, as described herein, is

Figure 0007279051000020
によって与えられる。超音波エンドエフェクタ1122での状態が、非治療的超音波エネルギーレベルを使用して決定されると、特定の外科処置に関連付けられた他の変数の中でも、組織治療、効果的なシール、横切開、及び期間を最適化するために、決定されたエンドエフェクタ1122の状態に基づいて治療的超音波エネルギーが印加され得る。治療エネルギーは、組織を凝固及び切断するのに十分である。
Figure 0007279051000020
given by Once conditions at the ultrasonic end effector 1122 are determined using non-therapeutic ultrasonic energy levels, tissue treatment, effective sealing, transverse incision, among other variables associated with a particular surgical procedure, can be determined. , and duration, therapeutic ultrasound energy may be applied based on the determined state of the end effector 1122 . The therapeutic energy is sufficient to coagulate and cut tissue.

一態様では、本開示は、図23及び図55に示されるように、超音波エンドエフェクタ1122のジョー内(すなわち、クランプアーム1140と超音波ブレード1128との間)に位置する組織の厚さ及び種類を決定するためのアルゴリズムなどの制御プロセスを提供する。エンドエフェクタ1122によって把持された物体の様々な状態及び特性を検出することに関する更なる詳細は、下記の「ジョーの状態を決定する(DETERMINING JAW STATE)」の項で、及び「SMART ENERGY DEVICES」と題された米国特許仮出願第62/692,768号で論じられている。 In one aspect, the present disclosure provides the thickness and thickness of tissue located within the jaws of the ultrasonic end effector 1122 (i.e., between the clamp arm 1140 and the ultrasonic blade 1128), as shown in FIGS. Provide a control process, such as an algorithm for determining type. Further details regarding detecting various states and characteristics of an object grasped by the end effector 1122 are provided below in the "DETERMINING JAW STATE" section and under "SMART ENERGY DEVICES". are discussed in entitled US Provisional Patent Application No. 62/692,768.

図56は、本開示の少なくとも1つの態様による、所定の超音波発生器電力レベルが増加する範囲にわたって超音波エンドエフェクタ1122内の組織の位置の関数としての超音波変換器インピーダンスの変化を示すグラフ表示130000である。水平軸130004は、組織の位置を表し、縦軸130002は、変換器インピーダンス(Ω)を表す。第1の又は近位限界130010及び第2の又は遠位限界130012などの水平軸130004に沿った様々な限界は、超音波エンドエフェクタ1122内に把持された組織の異なる位置を描写するか、又はそれらに対応し得る。近位及び遠位の組織位置の描写は、図55(すなわち、近位部分130422及び遠位部分130420)に模式的に示されている。プロット130006、130008は、超音波変換器に印加される電力が、最小又は第1の非治療電力レベルLから最大又は第2の非治療電力レベルLまで変化するときの変換器インピーダンスΩの変化を表す。変換器インピーダンスΩの変化が大きいほど、結果として得られるプロットは遠位限界130012に近い。したがって、組織の位置は、様々な限界(例えば、近位限界130010及び遠位限界130012)に対して得られたプロットの位置に対応する。第1のプロット130006において、δ1は、組織がエンドエフェクタ1122の近位部分130422に位置するときの変換器インピーダンスの変化を表す。これは、第1のプロット130006が近位限界130010を超えないという事実から見ることができる。第2のプロット130008において、δ2は、組織がエンドエフェクタ1122の遠位端130012に位置するときの変換器インピーダンスの変化を表す。これは、第1のプロット130006が近位限界130010を超え、かつ/又は遠位限界130012の近くに位置するという事実から見ることができる。プロット130006、130008によって示されるように、δは、δよりもはるかに大きい。 FIG. 56 is a graph illustrating changes in ultrasound transducer impedance as a function of tissue position within the ultrasound end effector 1122 over a range of increasing predetermined ultrasound generator power levels, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. The display is 130000. The horizontal axis 130004 represents tissue position and the vertical axis 130002 represents transducer impedance (Ω). Various limits along the horizontal axis 130004, such as a first or proximal limit 130010 and a second or distal limit 130012, delineate different positions of tissue grasped within the ultrasonic end effector 1122, or can correspond to them. A depiction of proximal and distal tissue locations is schematically shown in FIG. 55 (ie, proximal portion 130422 and distal portion 130420). Plots 130006, 130008 show the transducer impedance Ω as the power applied to the ultrasound transducer varies from a minimum or first non-therapeutic power level L1 to a maximum or second non-therapeutic power level L2 . represents change. The greater the change in transducer impedance Ω, the closer the resulting plot is to the distal limit 130012 . Thus, tissue locations correspond to locations in plots obtained for various limits (eg, proximal limit 130010 and distal limit 130012). In the first plot 130006, δ1 represents the change in transducer impedance when tissue is positioned at the proximal portion 130422 of the end effector 1122; This can be seen from the fact that the first plot 130006 does not exceed the proximal limit 130010. In the second plot 130008 δ2 represents the change in transducer impedance when tissue is positioned at the distal end 130012 of the end effector 1122 . This can be seen from the fact that the first plot 130006 lies beyond the proximal limit 130010 and/or near the distal limit 130012 . As shown by plots 130006, 130008, δ2 is much larger than δ1 .

超音波変換器に電力(電圧及び電流)を印加して、超音波ブレード1128を非治療範囲(例えば、組織を切断又は凝固するのに十分ではない電力)で作動させるとき、得られる測定された変換器インピーダンス(Ω)は、図55に示されるような超音波ブレード1128の遠位端130420又は近位端130422にあるかにかかわらず、エンドエフェクタ1122のジョー内の組織の位置の有用な指標である。エンドエフェクタ1122内の組織の位置は、超音波変換器に印加される非治療電力レベルが最小電力レベル(例えば、L)から最大電力レベル(例えば、L)に変化するにつれて、変換器インピーダンスδの変化に基づいて決定することができる。いくつかの態様では、超音波変換器に印加される非治療的電力レベル(複数可)は、超音波ブレード1128を、感知振幅又は最小治療振幅未満(例えば、超音波ブレード1128の遠位端及び/又は近位端において35μm以下)で振動させることができる。インピーダンスの計算は、本開示において以前に論じられている。第1の電力レベルLが印加されるときに第1の変換器インピーダンスZの測定値が取られ、これは初期測定値を提供し、印加される電力が第2の電力レベルLまで増加されるときに後続のインピーダンスZの測定値が再び取られる。一態様では、第1の電力レベルL=0.2A及び第2の電力レベルL=0.4A又は第1の電力レベルLの2倍であり、一方電圧は一定に維持されている。印加された電力レベルに基づく、超音波ブレード1128の得られた長手方向変位振幅は、エンドエフェクタ1122のジョー内の組織の位置の指標を提供する。一例示的な実装形態では、第1の電力レベルLは、遠位端130420において35μmの長手方向変位振幅、及び近位端130422において15μmを生成する。更に、この例では、第2の電力レベルLは、遠位端130420において70μmの長手方向振幅、及び近位端130422において35μmを生成する。アルゴリズムは、インピーダンスの変化ΔZ(t)を見出すために、第1測定値と第2測定値との間の変換器インピーダンスδの差を計算する。インピーダンスδの変化は、組織の位置に対してプロットされ、インピーダンスのより高い変化が、遠位端130012に分布した組織の位置を表し、インピーダンスのより低い変化が、エンドエフェクタ1122の近位端130010に分布した組織の位置を表すことを示す。要するに、電力レベルがLからLに増加するにつれてインピーダンスの大きな変化が存在する場合、組織はエンドエフェクタ1122内で遠位のみに位置付けられる。逆に、電力レベルがLからLに増加するにつれてインピーダンスのわずかな変化のみが存在する場合、組織はエンドエフェクタ1122内でより分散される。 The measured Transducer impedance (Ω) is a useful indicator of tissue position within the jaws of the end effector 1122, whether at the distal end 130420 or the proximal end 130422 of the ultrasonic blade 1128 as shown in FIG. is. The position of tissue within the end effector 1122 changes the transducer impedance as the non-therapeutic power level applied to the ultrasound transducer changes from a minimum power level (eg, L 1 ) to a maximum power level (eg, L 2 ). It can be determined based on the change in δ. In some aspects, the non-therapeutic power level(s) applied to the ultrasonic transducer causes the ultrasonic blade 1128 to move below a sensed or minimum therapeutic amplitude (e.g., at the distal end of the ultrasonic blade 1128 and /or 35 μm or less at the proximal end). Calculation of impedance has been previously discussed in this disclosure. A measurement of the first transducer impedance Z1 is taken when the first power level L1 is applied, which provides an initial measurement, until the applied power reaches the second power level L2 . Subsequent impedance Z2 measurements are taken again as it is increased. In one aspect, the first power level L 1 =0.2 A and the second power level L 2 =0.4 A or twice the first power level L 1 while the voltage remains constant . The resulting longitudinal displacement amplitude of the ultrasonic blade 1128 based on the applied power level provides an indication of tissue position within the jaws of the end effector 1122 . In one exemplary implementation, the first power level L1 produces a longitudinal displacement amplitude of 35 μm at distal end 130420 and 15 μm at proximal end 130422 . Further, in this example, the second power level L2 produces a longitudinal amplitude of 70 μm at distal end 130420 and 35 μm at proximal end 130422 . The algorithm calculates the difference in transducer impedance δ between the first and second measurements to find the change in impedance ΔZ g (t). The change in impedance δ is plotted against tissue position, with higher changes in impedance representing tissue position distributed at the distal end 130012 and lower changes in impedance representing the proximal end 130010 of the end effector 1122. represents the position of the tissue distributed in the In short, tissue is only distally positioned within the end effector 1122 when there is a large change in impedance as the power level increases from L 1 to L 2 . Conversely, if there is only a small change in impedance as the power level increases from L 1 to L 2 , the tissue will be more distributed within the end effector 1122 .

図57は、本開示の少なくとも1つの態様による、超音波エンドエフェクタ内の組織の位置に対する時間の関数としての超音波変換器インピーダンスの変化を示すグラフ表示130050である。水平軸130054は時間(t)を表し、縦軸130052は、第1測定値と第2測定値との間の変換器インピーダンス(δ)の変化を表す。プロット130060、130066は、クランプアーム1140の食込み内の組織の近位及び遠位位置に対する変換器インピーダンス(δ)対時間(t)の変化を示す。近位及び遠位の組織の位置に関して、クランプアーム1140の力が適用されて、超音波エンドエフェクタ1122内に組織を保持し、第1の低電力レベルが印加される前に遅延期間が適用され、変換器インピーダンスが測定される。続いて、システムは、第2のより高い電力レベルを印加し、再びインピーダンスを測定する。超音波変換器に印加される第1及び第2の電力レベルの両方は、非治療的電力レベルであることを理解されたい。発生器又は外科用器具のプロセッサ若しくは制御回路部分(例えば、図21のプロセッサ902又は図18の制御回路760)によって実行されるアルゴリズムは、近位及び遠位の組織の位置の第1の電力レベルと第2の電力レベルとの間の変換器インピーダンス(δ)の差を計算する。第1のプロット130060に関連して示されているように、変換器インピーダンス(δ)の差が第1の閾値130056を下回る場合、アルゴリズムは、組織がエンドエフェクタ1122の近位部分130422内に位置すると判定する。第1のプロット130060では、測定値間の変換器インピーダンスの差は、それが130064を第1の閾値130056を下回ってプラトーにするか、又は維持するまで130062を経時的に増加する。第1のプロット130066に関連して示されているように、変換器インピーダンス(δ)の差が第2の閾値130058を上回る場合、アルゴリズムは、組織がエンドエフェクタ1122の遠位部分130420内に位置すると判定する。第2のプロット130066では、測定値間の変換器インピーダンスの差は、それが130070を第2の閾値130058上回ってプラトーにするか、又は維持するまで130068を経時的に増加する。変換器インピーダンス(δ)の差が第1及び第2の閾値130056、130058の間にある場合、アルゴリズムは、組織がエンドエフェクタ1122の中央部分130424内、例えば、エンドエフェクタの近位部分と遠位部分との間、に位置すると判定する。 FIG. 57 is a graphical representation 130050 showing changes in ultrasound transducer impedance as a function of time versus tissue position within an ultrasound end effector, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. The horizontal axis 130054 represents time (t) and the vertical axis 130052 represents the change in transducer impedance (δ) between the first and second measurements. Plots 130060, 130066 show changes in transducer impedance (δ) versus time (t) for proximal and distal positions of tissue within the bite of clamp arm 1140 . With respect to the proximal and distal tissue positions, clamp arm 1140 force is applied to hold the tissue within the ultrasonic end effector 1122 and a delay period is applied before the first low power level is applied. , the transducer impedance is measured. The system then applies a second, higher power level and measures the impedance again. It should be appreciated that both the first and second power levels applied to the ultrasound transducer are non-therapeutic power levels. An algorithm executed by a processor or control circuitry portion of the generator or surgical instrument (e.g., processor 902 of FIG. 21 or control circuitry 760 of FIG. 18) determines first power levels of the proximal and distal tissue locations. and the second power level. If the difference in transducer impedances (δ) is below a first threshold 130056 , as shown in connection with first plot 130060 , the algorithm determines that tissue is within proximal portion 130422 of end effector 1122 . Then judge. In the first plot 130060, the transducer impedance difference between the measurements increases 130062 over time until it plateaus or remains 130064 below the first threshold 130056. If the difference in transducer impedances (δ) exceeds a second threshold 130058, as shown in connection with the first plot 130066, the algorithm determines that tissue is positioned within the distal portion 130420 of the end effector 1122. Then judge. In a second plot 130066, the difference in transducer impedance between measurements increases 130068 over time until it plateaus or maintains 130070 above a second threshold 130058. If the difference in transducer impedance (δ) is between the first and second thresholds 130056, 130058, the algorithm determines that tissue is within the central portion 130424 of the end effector 1122, e.g. It is determined that it is located between and between the parts.

図58は、本開示の少なくとも1つの態様による、組織の位置決めを決定するために器具に印加される非治療範囲の電力における動作を特定するための制御プログラム又は論理構成を示す、プロセス130100の論理フロー図である。プロセス130100は、図18の制御回路760などの外科用器具の、又は図21のプロセッサ902などの発生器の、プロセッサ又は制御回路によって実行することができる。簡潔にするために、プロセス130100は、プロセッサによって実行されるものとして説明されるが、以下の説明は、前述の変形を包含することを理解されたい。 FIG. 58 shows the logic of process 130100, a control program or logic configuration for specifying operation in the non-therapeutic range of power applied to the instrument to determine tissue positioning, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. It is a flow chart. Process 130100 may be performed by a processor or control circuit of a surgical instrument, such as control circuit 760 of FIG. 18, or of a generator, such as processor 902 of FIG. For brevity, process 130100 is described as being executed by a processor, but it should be understood that the following description encompasses variations of the foregoing.

プロセス130100の一態様によれば、プロセッサは、クランプアーム1140を閉鎖して、クランプアーム1140と超音波ブレード1128.との間に組織を捕捉するために制御信号を印加する。クランプアーム1140が組織上に閉じた後、プロセッサは所定の遅延期間待機して、組織を和らげ、水分をある程度放棄することを可能にする。遅延期間の後、プロセッサは、超音波変換器に印加される電力レベルを第1の非治療電力レベルに設定する(130102)。任意選択的に、プロセス130100の一態様は、第1の電力が治療電力レベルを下回って設定されていることを検証するために、フィードバック制御を使用することができることを含む。この態様では、プロセッサは、第1の電力レベルが治療電力レベル未満であるかどうかを判定する(130106)。第1の電力レベルが治療電力レベル以上である場合、プロセス130100は、「いいえ」の分岐に沿って進み、プロセッサは、印加された電力を減少させ(130108)、第1の電力レベルが治療電力レベル未満になるまでループを続行する。次いで、プロセス130100は、「はい」の分岐に沿って続行し、プロセッサは、第1の電力レベルに対応する超音波変換器の第1のインピーダンスZg1(t)を測定する(130110)。次いで、プロセッサは、超音波変換器に印加される電力レベルを第2の非治療電力レベルに設定し(130112)、第2の電力は第1の電力レベルよりも高く、治療電力レベルを下回る。ここでも、任意選択的に、フィードバック制御を使用して、第2の電力レベルが第1の電力レベルよりも高いだけでなく、治療電力レベルを下回ることを検証することができる。この態様では、プロセッサは、第2の電力レベルが治療電力レベル未満であるかどうかを判定する(130114)。第2の電力が治療電力レベルよりも大きい場合、プロセス130100は、「いいえ」の分岐に沿って進み、プロセッサは、第2の電力レベルを減少させ(130108)、それが治療電力レベル閾値を下回るまでループを続行する。次いで、プロセス130100は、「はい」の分岐に沿って続行し、プロセッサは、第2の電力レベルに対応する超音波変換器の第2のインピーダンスZg2(t)を測定する(130116)。超音波変換器のインピーダンスは、本明細書で論じられる様々な技術を使用して測定することができる。次いで、プロセッサは、印加された第1の電力レベルと第2の電力レベルとの間の変換器インピーダンスの差を計算する(130118)。
δ=Zg2(t)-Zg1(t)である。
According to one aspect of process 130100, the processor closes clamp arm 1140 and separates clamp arm 1140 and ultrasonic blade 1128 . Apply a control signal to trap tissue between After the clamp arm 1140 closes on the tissue, the processor waits a predetermined delay period to allow the tissue to soften and give up some moisture. After the delay period, the processor sets the power level applied to the ultrasound transducer to a first non-therapeutic power level (130102). Optionally, one aspect of process 130100 includes that feedback control can be used to verify that the first power is set below the therapy power level. In this aspect, the processor determines (130106) whether the first power level is less than the therapeutic power level. If the first power level is greater than or equal to the therapy power level, process 130100 continues along the "no" branch and the processor decreases the applied power (130108) and the first power level is equal to or greater than therapy power. Continue looping until less than level. The process 130100 then continues along the "yes" branch where the processor measures a first impedance Z g1 (t) of the ultrasound transducer corresponding to the first power level (130110). The processor then sets the power level applied to the ultrasound transducer to a second non-therapeutic power level (130112), the second power level being greater than the first power level and less than the therapeutic power level. Again, feedback control may optionally be used to verify that the second power level is not only above the first power level, but below the therapeutic power level. In this aspect, the processor determines (130114) whether the second power level is less than the therapeutic power level. If the second power is greater than the therapy power level, the process 130100 continues along the "no" branch and the processor decreases the second power level (130108) until it falls below the therapy power level threshold. Continue looping until . The process 130100 then continues along the "yes" branch where the processor measures a second impedance Z g2 (t) of the ultrasound transducer corresponding to the second power level (130116). The impedance of an ultrasonic transducer can be measured using various techniques discussed herein. The processor then calculates (130118) the difference in transformer impedance between the applied first power level and the second power level.
δ=Z g2 (t)−Z g1 (t).

次いで、プロセッサは、組織の位置の指標をユーザに提供する(130120)。プロセッサは、外科用器具の出力装置(例えば、図31に示されるディスプレイなどの視覚的フィードバック装置、音声フィードバック装置、及び/又は触覚フィードバック装置)、ディスプレイ135(図3)、又は外科用器具及び/又は発生器1100の出力装置2140(図27B)に通信可能に接続された外科用ハブ106の他の出力装置(例えば、視覚フィードバック装置、音声フィードバック装置、及び/又は触覚フィードバック装置)を介して組織の位置を示すことができる。 The processor then provides an indication of tissue location to the user (130120). The processor controls the surgical instrument output device (eg, a visual feedback device such as the display shown in FIG. 31, an audio feedback device, and/or a tactile feedback device), the display 135 (FIG. 3), or the surgical instrument and/or or via other output devices (e.g., visual, audio, and/or tactile feedback devices) of surgical hub 106 communicatively connected to output device 2140 (FIG. 27B) of generator 1100. can indicate the position of

プロセッサは、変換器インピーダンスの差を第1及び第2の閾値と比較し、ここで、図57に示すように、変換器インピーダンスの差(δ)が第1の閾値130056を下回る場合、アルゴリズムは、組織がエンドエフェクタ1122の近位部分130422内に位置すると判定し、変換器インピーダンスの差(δ)が第2の閾値130058を上回る場合、アルゴリズムは、組織がエンドエフェクタ1122の遠位部分130420内に位置すると判定する。変換器インピーダンスの差(δ)が、第1及び第2の閾値130056、130058の間にある場合、アルゴリズムは、組織がエンドエフェクタ1122の中央部分130424内、例えば、エンドエフェクタ1122の近位部分及び遠位部分130422、130420の間に位置すると判定する。記載されたプロセスによれば、超音波変換器のインピーダンスを使用して、組織の何パーセントがエンドエフェクタ1122の遠位、近位、又は中間位置に位置するかを区別し、次いで好適な治療電力レベルを適用することができる。 The processor compares the transducer impedance difference to first and second thresholds, where if the transducer impedance difference (δ) is below the first threshold 130056 as shown in FIG. , the tissue is located within the proximal portion 130422 of the end effector 1122, and if the transducer impedance difference (δ) exceeds a second threshold 130058, the algorithm determines that the tissue is within the distal portion 130420 of the end effector 1122. is determined to be located at If the transducer impedance difference (δ) is between the first and second thresholds 130056, 130058, the algorithm determines that tissue is within the central portion 130424 of the end effector 1122, e.g. Determine that it is located between the distal portions 130422,130420. According to the described process, the impedance of the ultrasound transducer is used to distinguish what percentage of the tissue is located distal, proximal, or intermediate to the end effector 1122, and then the appropriate therapeutic power is applied. level can be applied.

組織の位置決めに基づくスイッチレスモード
様々な態様において、超音波器具の反応は、組織がエンドエフェクタ内に存在するかどうか、エンドエフェクタ内に位置する組織の種類、又はエンドエフェクタ内に位置する組織の圧縮性若しくは組成に基づき得る。したがって、発生器又は超音波外科用器具は、エンドエフェクタのジョー内の組織をクランプすることと、組織を治療するための超音波変換器の起動との間の時間を制御するアルゴリズムを実施するための命令を収容及び/又は実行してもよい。組織が感知されない場合、超音波発生器起動ボタン又はペダルは、異なる機能を実行するために異なる意味を割り当てられてもよい。一態様では、高度なエネルギー装置は、超音波変換器を起動させるためのキューとしてエンドエフェクタのジョー内の組織の存在の検出を用いてもよく、それによって組織凝固サイクルを開始し得る。別の態様では、圧縮特性及び状況認識は、装置の自動起動を可能にし、感知された組織の種類に対するアルゴリズムのパラメータを調整することもできる。例えば、高度な発生器は、組織がエンドエフェクタのジョーと接触して感知されない限り、ボタン又は足部ペダルの起動を無視してもよい。この構成は、装置がより単純な様態で動作することを可能にする不注意な起動キューを排除する。
Switchless Mode Based on Tissue Positioning In various embodiments, the response of the ultrasonic instrument is determined by whether tissue is present within the end effector, the type of tissue located within the end effector, or the type of tissue located within the end effector. It can be based on compressibility or composition. Thus, the generator or ultrasonic surgical instrument implements an algorithm that controls the time between clamping tissue in the jaws of the end effector and activating the ultrasonic transducer to treat the tissue. may contain and/or execute instructions for If no tissue is sensed, the ultrasound generator activation button or pedal may be assigned different meanings to perform different functions. In one aspect, the advanced energy device may use detection of the presence of tissue within the jaws of the end effector as a cue to activate an ultrasonic transducer, thereby initiating a tissue coagulation cycle. In another aspect, the compression properties and situational awareness can also allow automatic activation of the device and adjustment of algorithmic parameters to the tissue type sensed. For example, advanced generators may ignore button or foot pedal actuation unless tissue is sensed in contact with the jaws of the end effector. This configuration eliminates inadvertent start-up queuing allowing the device to operate in a simpler manner.

したがって、図1~図42に関連して説明される高度な発生器などの高度な発生器、及び/又は本開示全体を通して説明される超音波外科用器具などの外科用器具は、スイッチレスモードで動作するように構成されてもよい。スイッチレスモードモードでは、超音波装置は、エンドエフェクタのジョー内の組織の存在を感知又は検出すると、凝固モードで自動的に起動される。一態様では、自動エネルギー起動(又は「スイッチレス」モード)モードで動作しているとき、超音波外科用器具の起動を制御する制御アルゴリズムは、スイッチレスモードで動作していないときに起動される場合よりも、最初に超音波器具に印加するエネルギーが少なくなるように構成することができる。更に、超音波発生器又は器具は、エンドエフェクタのジョー内に位置する組織との接触及び組織の種類の両方を決定するように構成することができる。エンドエフェクタのジョー内の組織の存在を感知又は検出することに基づいて、発生器又は超音波器具のプロセッサ又は制御回路のいずれかによって実行される制御アルゴリズムは、超音波器具をスイッチレスモードで走らせることができ、エンドエフェクタのジョー内の組織の最良の全体凝固を達成するようにアルゴリズムを調節することができる。他の態様では、外科用器具及び/又は発生器を自動的に起動する代わりに、発生器又は超音波器具のプロセッサ又は制御回路によって実行される制御アルゴリズムは、エンドエフェクタ内で組織の存在が検出されない限り、発生器又は超音波器具の起動を防止することができる。 Accordingly, advanced generators, such as the advanced generators described in connection with FIGS. 1-42, and/or surgical instruments, such as ultrasonic surgical instruments described throughout this disclosure, are switchedless mode. may be configured to operate with In switchless mode mode, the ultrasound device is automatically activated in coagulation mode upon sensing or detecting the presence of tissue within the jaws of the end effector. In one aspect, when operating in automatic energy activation (or "switchless" mode) mode, the control algorithm controlling activation of the ultrasonic surgical instrument is activated when not operating in switchless mode. It can be configured to initially apply less energy to the ultrasonic instrument than is the case. Additionally, the ultrasonic generator or instrument can be configured to determine both contact with and tissue type located within the jaws of the end effector. Based on sensing or detecting the presence of tissue within the jaws of the end effector, a control algorithm executed by either the generator or the ultrasonic instrument's processor or control circuitry causes the ultrasonic instrument to run in a switchless mode. and the algorithm can be adjusted to achieve the best global coagulation of the tissue within the jaws of the end effector. In another aspect, instead of automatically activating the surgical instrument and/or the generator, a control algorithm executed by a processor or control circuit of the generator or ultrasonic instrument detects the presence of tissue within the end effector. Activation of the generator or ultrasonic instrument can be prevented unless indicated otherwise.

一態様では、本開示は、エンドエフェクタのジョー内に位置する組織の存在及び組織の種類を決定するために、発生器又は手持ち式超音波器具のいずれかに位置するプロセッサ又は制御回路によって実行されるアルゴリズムを提供する。一態様では、制御アルゴリズムは、「電極導通を介して組織の位置を決定する」の項で以下に記載されるような、組織の位置を決定するための本明細書に記載される技術を介して、組織がエンドエフェクタ内に位置することを決定するように構成することができる。例えば、制御アルゴリズムは、(以下に記載されるように)電極間に任意の導通があるかどうかに従って、組織がエンドエフェクタ内にあるかどうかを判定し、それに応じて、組織の検出時に自動的に外科器具を起動させる(例えば、外科用器具が結合されている発生器に、外科用器具への電力の印加を開始することによって)、又は外科器具の起動を可能にするように構成することができる。外科用器具及び/又は発生器がスイッチレスモードで動作されているとき、制御アルゴリズムは、外科用器具を特定の電力レベルで起動させるように更に構成することができ、これは、外科用器具の標準的な初期起動電力レベルとは異なっていても異なっていなくてもよい。いくつかの態様では、制御アルゴリズムは、例えば、「IR表面反射率及び放射率に応じて組織のコラーゲン対エラスチン比を決定する」の項で以下に記載される技術を介して検出することができる組織の特定の種類又は組成に従って、外科用器具の起動を起動又は許可するように構成することができる。例えば、制御アルゴリズムは、高コラーゲン組成を有する組織が把持されたときに外科用器具を起動するように構成することができるが、高エラスチン組成を有する組織が把持されたときに外科用器具を起動させるとは限らない。いくつかの態様では、制御アルゴリズムは、例えば、「電極導通を介して組織の位置を決定する」の項で以下に記載される技術を介して、把持された組織がエンドエフェクタ内の特定の位置に位置しているかどうか、又は特定の量の組織がエンドエフェクタによって把持されているかどうかに従って、外科用器具の起動を起動又は許可するように構成することができる。例えば、制御アルゴリズムは、把持された組織がエンドエフェクタの特定の割合をカバーするとき、外科用器具を起動するように構成することができる。別の例として、制御アルゴリズムは、把持された組織がエンドエフェクタの遠位端部に位置するとき、外科用器具を起動するように構成することができる。 In one aspect, the present disclosure is performed by a processor or control circuit located in either the generator or the handheld ultrasonic instrument to determine the presence and type of tissue located within the jaws of the end effector. provide an algorithm that In one aspect, the control algorithm is via the techniques described herein for determining tissue location, as described below in the "Determining Tissue Location Via Electrode Continuity" section. can be configured to determine that tissue is located within the end effector. For example, the control algorithm determines whether tissue is within the end effector according to whether there is any continuity between the electrodes (as described below), and accordingly, automatically upon detection of tissue. (e.g., by initiating application of power to the surgical instrument to a generator to which the surgical instrument is coupled) or configured to allow activation of the surgical instrument can be done. When the surgical instrument and/or generator are operated in switchless mode, the control algorithm can be further configured to activate the surgical instrument at a particular power level, which is the power level of the surgical instrument. It may or may not be different from the normal initial startup power level. In some aspects, the control algorithm can be detected, for example, via the techniques described below in the section "Determining Tissue Collagen-to-Elastin Ratio as a Function of IR Surface Reflectance and Emissivity". It can be configured to activate or authorize activation of the surgical instrument according to a particular type or composition of tissue. For example, the control algorithm may be configured to activate the surgical instrument when tissue with high collagen composition is grasped, but activate the surgical instrument when tissue with high elastin composition is grasped. not necessarily. In some aspects, the control algorithm directs the grasped tissue to a specific location within the end effector, for example, via techniques described below in the section titled "Determining Tissue Location Via Electrode Continuity." or whether a particular amount of tissue has been grasped by the end effector to activate or permit actuation of the surgical instrument. For example, the control algorithm can be configured to activate the surgical instrument when the grasped tissue covers a particular percentage of the end effector. As another example, the control algorithm can be configured to activate the surgical instrument when grasped tissue is located at the distal end of the end effector.

他の態様では、制御アルゴリズムは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、「METHOD OF HUB COMMUNICATION」と題する2018年4月19日出願の米国特許仮出願第62/659,900号に記載されているような、及び「状況認識(SITUATIONAL AWARENESS)」の項で記載されているような、状況認識システムを介して、組織がエンドエフェクタによって把持されているかどうか、組織の種類又は組成、及びエンドエフェクタ又は組織の他の特性を決定するように構成することができる。これらの態様では、外科用器具及び/又は発生器が接続される外科用ハブ106(図1~図11)は、外科用器具、発生器、及び/又は手術用室で利用される他の医療装置からデータを受信し、実施されている外科処置又はその特定の工程について推論することができる。したがって、状況認識システムは、任意の所与の瞬間又は工程でどの種類(複数可)の組織が手術されているかどうかを推定することができ、次に、制御アルゴリズムは、それに応じて外科器具を制御することができ、適宜外科器具を自動的に起動させることを含める。例えば、制御アルゴリズムは、エンドエフェクタによって把持された組織が、状況認識システムによって予想される組織の種類又は組織の組成に対応するときに、外科用器具の起動を自動的に起動又は許可するように構成することができる。 In other aspects, the control algorithm is described in U.S. Provisional Patent Application Serial No. 62/659,900, filed April 19, 2018, entitled "METHOD OF HUB COMMUNICATION," which is incorporated herein by reference in its entirety. whether tissue is being grasped by the end effector, the tissue type or composition, and It can be configured to determine other characteristics of the end effector or tissue. In these aspects, the surgical hub 106 (FIGS. 1-11) to which the surgical instruments and/or generators are connected is a surgical instrument, generator, and/or other medical device utilized in the operating room. Data can be received from the device and inferences can be made about the surgical procedure being performed or a particular step thereof. Thus, the situational awareness system can deduce what type(s) of tissue is being operated on at any given moment or step, and then the control algorithm can adjust the surgical instruments accordingly. control, including automatically activating surgical instruments as appropriate. For example, the control algorithm may automatically activate or permit activation of the surgical instrument when the tissue grasped by the end effector corresponds to the tissue type or tissue composition expected by the situational awareness system. Can be configured.

器具が組織に接触しているか否か、及び接触しているときにどの種類の組織であるかを検出する能力を有することにより、超音波器具は動作のスイッチレスモードで動作することができ、超音波器具の感知能力に基づいて動作が許容される。いくつかの態様では、制御アルゴリズムは、組織が外科用器具のジョー/エンドエフェクタと接触して感知されない限り、発生器及び/又は超音波外科用器具に結合された起動ボタン、足部ペダル、及び他の入力装置の起動を無視するように構成することができ、それによって器具の意図しない起動を防止する。いくつかの態様では、制御アルゴリズムは、組織が外科用器具のジョー/エンドエフェクタと接触して感知されるかどうかに応じて、発生器及び/又は超音波外科用器具に結合された起動ボタン、足部ペダル、及び他の入力装置の入力に異なる意味を割り当てるように構成することができる。例えば、組織がエンドエフェクタ内に存在するとき、制御アルゴリズムは、起動される起動ボタンに応答して外科用器具を起動するように構成することができ、しかしながら、組織がエンドエフェクタ内に存在しないとき、制御アルゴリズムは、起動ボタンが起動されると、何か異なる又は二次的アクションを実行するように構成することができる。 Having the ability to detect whether the instrument is in contact with tissue and what type of tissue it is when in contact allows the ultrasonic instrument to operate in a switchless mode of operation, Motion is permitted based on the sensing capabilities of the ultrasonic instrument. In some aspects, the control algorithm controls activation buttons, foot pedals, and activation buttons coupled to the generator and/or the ultrasonic surgical instrument unless tissue is sensed in contact with the jaws/end effectors of the surgical instrument. It can be configured to ignore activation of other input devices, thereby preventing unintended activation of the instrument. In some aspects, the control algorithm controls activation buttons coupled to the generator and/or the ultrasonic surgical instrument depending on whether tissue is sensed in contact with the jaws/end effectors of the surgical instrument; Foot pedals and other input device inputs can be configured to be assigned different meanings. For example, the control algorithm can be configured to activate the surgical instrument in response to an activated activation button when tissue is present within the end effector, however, when tissue is not present within the end effector. , the control algorithm can be configured to perform some different or secondary action when the activation button is activated.

エンドエフェクタのジョー内に存在する組織の欠如を判定する能力は、器具がスイッチレスモードに変化し、次いで、組織が検出されるときに自動凝固サイクルの動作を開始することを可能にする許容的な役割を果たし、器具のより長い稼働時間の使用につながり、ユーザがその予測能力に基づいて続行することを可能にする。組織の存在を検出することに加えて、組織の種類を更に検出する能力は、アルゴリズムが最良の凝固機会を調節及び計算することを可能にする。 The ability to determine the absence of tissue present in the jaws of the end effector is permissive allowing the instrument to change to switchless mode and then initiate operation of an automatic coagulation cycle when tissue is detected. play a role, leading to longer uptime use of the instrument and allowing the user to proceed based on their predictive capabilities. In addition to detecting the presence of tissue, the ability to also detect tissue type allows the algorithm to adjust and calculate the best clotting chance.

組織組成に従って超音波システムを調整
様々な態様において、超音波外科用器具は、エンドエフェクタによって把持される又はエンドエフェクタで把持された組織の組成を検出し、それに応じて超音波変換器及び/又は超音波ブレードの動作パラメータを制御するための適応型超音波ブレード制御アルゴリズムを実行するプロセッサ又は制御回路を含むことができる。組織組成は、例えば、組織内のコラーゲンとエラスチンとの比、組織の硬さ、又は組織の厚さを含むことができる。適応型超音波ブレード制御アルゴリズムによって制御又は調節される動作パラメータには、例えば、超音波ブレードの振幅、超音波ブレードの温度又は熱流束などを含めることができる。適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、発生器又は外科用器具のいずれかに位置する制御回路又はプロセッサによって実行され得る。
Adjusting the Ultrasound System According to Tissue Composition In various aspects, the ultrasonic surgical instrument detects the composition of the tissue grasped by or grasped by the end effector and adjusts the ultrasonic transducer and/or A processor or control circuit may be included that executes adaptive ultrasonic blade control algorithms for controlling operating parameters of the ultrasonic blade. Tissue composition can include, for example, the ratio of collagen to elastin in the tissue, tissue stiffness, or tissue thickness. Operating parameters controlled or adjusted by the adaptive ultrasonic blade control algorithm may include, for example, ultrasonic blade amplitude, ultrasonic blade temperature or heat flux, and the like. Adaptive ultrasonic blade control algorithms may be executed by a control circuit or processor located either on the generator or on the surgical instrument.

以下に更に詳細に記載される一例では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、組織のコラーゲン対エラスチン比に従って超音波ブレードの振幅を制御するように構成することができる。組織のコラーゲン対エラスチン比は、以下に記載されるものなどの様々な技術を介して決定することができる。以下に更に詳細に記載される別の実施例では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、超音波変換器/超音波ブレードを制御して、より長い加温時間を提供し、超音波ブレードの終了温度が低いほど、組織のコラーゲン含有量が低くなるように構成することができる。 In one example, described in more detail below, the adaptive ultrasonic blade control algorithm can be configured to control the amplitude of the ultrasonic blade according to the collagen to elastin ratio of the tissue. A tissue's collagen to elastin ratio can be determined through a variety of techniques, such as those described below. In another embodiment, described in more detail below, the adaptive ultrasonic blade control algorithm controls the ultrasonic transducer/ultrasound blade to provide longer warming times and the termination of the ultrasonic blade. The lower temperature can be configured to lower the collagen content of the tissue.

周波数シフトに従って組織のコラーゲン対エラスチン比を決定
様々な態様では、制御アルゴリズムは、超音波ブレードの固有周波数及び超音波ブレード波形のシフトを検出することによって、組織のコラーゲン対エラスチン比を決定する(例えば、超音波ブレードの遠位先端の振幅を調整する)ように構成することができる。例えば、図1~図54に関連して説明される技術は、超音波器具のエンドエフェクタ内に位置する組織のコラーゲン対エラスチンの比を検出するために用いられてもよい。一態様では、本開示は、超音波ブレードの固有周波数及び波形のシフトを検出して、超音波ブレードと接触する組織組成を検出するための適応型超音波ブレード制御アルゴリズムを提供する。別の態様では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、組織のコラーゲン及びエラスチン組成の含有量を検出し、検出された組織のコラーゲン含有量に基づいて超音波ブレードの治療的熱流束を調節するように構成されてもよい。超音波器具のエンドエフェクタのジョー内に位置する組織の種類に基づいて超音波ブレードの固有周波数の偏差を監視するための技術は、図1~図54に関連して本明細書に記載されている。したがって、開示を簡潔かつ明快にするため、そのような技術はここでは繰り返さない。
Determining Tissue Collagen to Elastin Ratio According to Frequency Shift In various aspects, the control algorithm determines the tissue collagen to elastin ratio by detecting shifts in the ultrasonic blade's natural frequency and the ultrasonic blade waveform (e.g., , to adjust the amplitude of the distal tip of the ultrasonic blade). For example, the techniques described in connection with FIGS. 1-54 may be used to detect the collagen to elastin ratio of tissue located within the end effector of an ultrasonic instrument. In one aspect, the present disclosure provides an adaptive ultrasonic blade control algorithm for detecting shifts in the natural frequency and waveform of an ultrasonic blade to detect tissue composition in contact with the ultrasonic blade. In another aspect, the adaptive ultrasonic blade control algorithm detects the collagen and elastin composition content of the tissue and adjusts the therapeutic heat flux of the ultrasonic blade based on the detected collagen content of the tissue. may be configured to Techniques for monitoring deviations in the natural frequency of an ultrasonic blade based on the type of tissue located within the jaws of an end effector of an ultrasonic instrument are described herein with respect to FIGS. 1-54. there is Accordingly, for the sake of brevity and clarity of disclosure, such techniques are not repeated here.

コラーゲンに対するエラスチンの比率は、超音波ブレードの固有周波数のシフトを監視し、かつ固有周波数をルックアップテーブルと比較することによって決定され得る。ルックアップテーブルは、メモリ(例えば、図31のメモリ3326)に記憶することができ、コラーゲンに対するエラスチンの比率、及び経験的に決定される特定の比率に対応する固有周波数シフトを含む。 The ratio of elastin to collagen can be determined by monitoring the shift in the natural frequency of the ultrasonic blade and comparing the natural frequency to a lookup table. The lookup table can be stored in memory (eg, memory 3326 of FIG. 31) and includes the ratio of elastin to collagen and the natural frequency shift corresponding to the particular ratio determined empirically.

IR表面反射率及び放射率に従って組織のコラーゲン対エラスチン比を決定
様々な態様では、制御アルゴリズムは、組織のIR反射率を決定することによって、(例えば、超音波ブレードの遠位先端の振幅を調整するために)組織のコラーゲン対エラスチン比を決定するように構成することができる。例えば、図59は、超音波器具130150に結合された超音波発生器130152を備える超音波システム130164を示す。超音波器具130150は、超音波導波管130154.を介して超音波エンドエフェクタ130400に結合される。超音波発生器130152は、超音波器具130150と一体であってもよく、又は有線若しくは無線電気/電子結合技術を使用して超音波器具130150に接続されてもよい。超音波外科用器具130150のエンドエフェクタ130400は、本開示の少なくとも1つの態様による、クランプアーム130402(例えば、ジョー部材)上に位置するIRセンサを備える。超音波発生器130152及び/又は超音波器具130150は、図1~図11に関連して説明されるように、無線又は有線接続を介して、外科用ハブ130160及び/又はクラウド130162に結合されてもよい。
Determine Collagen to Elastin Ratio of Tissue According to IR Surface Reflectance and Emissivity to determine the collagen to elastin ratio of a tissue. For example, FIG. 59 shows an ultrasound system 130164 comprising an ultrasound generator 130152 coupled to an ultrasound instrument 130150 . Ultrasonic instrument 130150 includes ultrasonic waveguides 130154 . to the ultrasonic end effector 130400 via. The ultrasound generator 130152 may be integral with the ultrasound instrument 130150 or may be connected to the ultrasound instrument 130150 using wired or wireless electrical/electronic coupling techniques. The end effector 130400 of the ultrasonic surgical instrument 130150 includes an IR sensor located on the clamp arm 130402 (eg, jaw member) in accordance with at least one aspect of the present disclosure. Ultrasonic generator 130152 and/or ultrasonic instrument 130150 are coupled to surgical hub 130160 and/or cloud 130162 via wireless or wired connections, as described in connection with FIGS. good too.

図60は、本開示の少なくとも1つの態様による、組織組成を検出するために超音波エンドエフェクタ130400のクランプアーム130402と一体に取り付けられるか、又は一体的に形成され得るIR反射率検出センサ回路130409を示す。IRセンサ回路130409は、IR源130416(例えば、IR送信機)及びIR検出器130418(例えば、IR受信機)を含む。IR源130416は、電圧源Vに結合されている。電流は、制御回路130420がスイッチSW1を閉じるときにR2を介して生成される。スイッチSW1が閉じられると、IR源130416は、組織130410(例えば、クランプアーム130402と超音波ブレード130404との間にクランプされた又は置かれた組織)に向かってIRエネルギーを放射する。放射されたIRエネルギーの一部は、組織130410によって吸収され、放射されたIRエネルギーの一部は組織130410を通って伝達され、放射されたIRエネルギーの一部は、組織130410によって反射される。IR検出器130418は、組織130410によって反射されたIRエネルギーを受け取り、処理のために制御回路130420に印加される出力電圧V又は信号を生成する。 FIG. 60 illustrates an IR reflectance detection sensor circuit 130409 that may be integrally attached or formed with a clamp arm 130402 of an ultrasonic end effector 130400 to detect tissue composition, according to at least one aspect of the present disclosure. indicates The IR sensor circuit 130409 includes an IR source 130416 (eg IR transmitter) and an IR detector 130418 (eg IR receiver). IR source 130416 is coupled to voltage source V. Current is generated through R2 when control circuit 130420 closes switch SW1. When switch SW1 is closed, IR source 130416 emits IR energy toward tissue 130410 (eg, tissue clamped or placed between clamp arm 130402 and ultrasonic blade 130404). A portion of the emitted IR energy is absorbed by the tissue 130410, a portion of the emitted IR energy is transmitted through the tissue 130410, and a portion of the emitted IR energy is reflected by the tissue 130410. IR detector 130418 receives IR energy reflected by tissue 130410 and produces an output voltage Vo or signal that is applied to control circuitry 130420 for processing.

図59及び図60を参照すると、一態様では、超音波発生器130152が、超音波エンドエフェクタ130400のクランプアーム130402上又はその内部に位置するIR源130416及びIR検出器130418を駆動するための制御回路130420を含む。他の態様では、超音波器具130150が、超音波エンドエフェクタ130400のクランプアーム130402上又はその内部に位置するIR源130416及びIR検出器130418を駆動するための制御回路130420を含む。いずれの態様においても、組織130410が超音波ブレード130404とクランプアーム130402との間に把持されるとき、IR源130416は、例えば、制御回路130420によってスイッチSW1を閉じることによって通電されて、組織をIRエネルギーで照射する。一態様では、IR検出器130418は、組織130410によって反射されたIRエネルギーに比例する電圧Vを生成する。IR源130416によって放射される全IRエネルギーは、組織130410によって反射されるIRエネルギーと、組織130410によって吸収されるIRエネルギーと、組織130410を通過するIRエネルギーと、任意の損失との合計に等しい。したがって、制御回路130420又はプロセッサは、IR源130416によって放射されるIRエネルギーの総量に対するIR検出器130418によって検出されたIRエネルギーの量によって、組織130410のコラーゲン含有量を検出するように構成され得る。アルゴリズムは、組織130410によって吸収され、かつ/又は組織130410を通って伝達されるエネルギーの量を考慮して、組織130410のコラーゲン含有量を決定する。IR源130416及びIR検出器130418並びにアルゴリズムは、IR反射率の原理を使用して、組織130410のコラーゲン含有量の有用な測定値を提供するように較正される。 59 and 60, in one aspect, an ultrasonic generator 130152 controls for driving an IR source 130416 and an IR detector 130418 located on or within the clamp arm 130402 of the ultrasonic end effector 130400. Includes circuit 130420. In another aspect, the ultrasonic instrument 130150 includes control circuitry 130420 for driving the IR source 130416 and IR detector 130418 located on or within the clamp arm 130402 of the ultrasonic end effector 130400. In either aspect, when tissue 130410 is grasped between ultrasonic blade 130404 and clamp arm 130402, IR source 130416 is energized, for example, by closing switch SW1 by control circuit 130420, to IR the tissue. Irradiate with energy. In one aspect, IR detector 130418 produces a voltage V o proportional to IR energy reflected by tissue 130410 . The total IR energy emitted by IR source 130416 is equal to the sum of the IR energy reflected by tissue 130410, the IR energy absorbed by tissue 130410, the IR energy passing through tissue 130410, and any losses. Control circuitry 130420 or processor may thus be configured to detect the collagen content of tissue 130410 by the amount of IR energy detected by IR detector 130418 relative to the total amount of IR energy emitted by IR source 130416 . The algorithm determines the collagen content of tissue 130410 by considering the amount of energy absorbed by and/or transmitted through tissue 130410 . IR source 130416 and IR detector 130418 and algorithms are calibrated to provide a useful measure of collagen content of tissue 130410 using principles of IR reflectance.

図60に示されるIR反射率検出センサ回路130409は、コラーゲンに対するエラスチンの比率を決定するためのIR表面反射率及び放射率を提供する。IR反射率は、超音波変換器の振幅を調整するための組織組成を決定するために用いられ得る。屈折率は、IR光の光関連の反射を制御する光学定数である。屈折率は、組織の種類を区別するために用いられ得る。例えば、屈折率コントラストは、正常な肝組織と肝転移とを区別することが示されている。屈折率は、組織分化の絶対測定又は比較測定として使用することができる。 The IR reflectance detection sensor circuit 130409 shown in FIG. 60 provides IR surface reflectance and emissivity for determining the ratio of elastin to collagen. IR reflectance can be used to determine tissue composition for adjusting the amplitude of the ultrasound transducer. Refractive index is an optical constant that controls light-related reflection of IR light. Refractive index can be used to distinguish tissue types. For example, refractive index contrast has been shown to distinguish between normal liver tissue and liver metastases. Refractive index can be used as an absolute or comparative measure of tissue differentiation.

比較方法は、例えば、超音波ブレード130404などのエネルギー切開装置を使用して、(上記に詳述されたように)正確な比率を決定し、次いで、その指標をベースラインとして使用して、全ての更なる作動のためのコラーゲン比を予測する。このようにして、内視鏡は、コラーゲン比に基づいて切開装置(例えば、超音波ブレード130404)を更新してもよい。切開装置は、実際のコラーゲン変性発射を行うために作動されるたびに、予測を微調整することができる。代替的な方法では、ルックアップテーブルを有する絶対屈折率を採用してもよく、それは表面の不規則性と表面下のコラーゲン濃度とを区別することができる。組織のIR屈折率特性に関する更なる情報は、「Visible To Near-Infrared Refractive Properties OF Freshly-Excised Human-Liver Tissues:Marking Hepatic Malignancies、Panagiotis Giannios、Konstantinos G.Toutouzas、Maria Matiatou、Konstantinos Stasinos、Manousos M.Konstadoulakis、George C.Zografos、及びKonstantinos Moutzourisa、Sci.Rep.2016、6:27910」に見いだすことができ、これは、参照により本明細書に組み込まれる。 A comparative method is to determine the exact ratio (as detailed above) using an energy dissection device such as, for example, an ultrasonic blade 130404, and then use that index as a baseline for all Predict the collagen ratio for further actuation of In this manner, the endoscope may update the dissection device (eg, ultrasonic blade 130404) based on the collagen ratio. The lancing device can fine-tune the prediction each time it is activated to deliver the actual collagen denaturation shot. An alternative method may employ absolute refractive index with a lookup table, which can distinguish between surface irregularities and subsurface collagen concentration. Further information on the IR refractive index properties of tissue can be found in "Visible To Near-Infrared Refractive Properties OF Freshly-Excised Human-Liver Tissues: Marking Hepatic Malignancies, Panagiotis Giannios, Konst antinos G. Toutouzas, Maria Matiatou, Konstantinos Stasinos, Manousos M.; Konstadoulakis, George C. Zografos, and Konstantinos Moutzourisa, Sci. Rep. 2016, 6:27910,” which is incorporated herein by reference.

他の態様では、超音波切開装置は、超音波ブレード制御アルゴリズムの理想的な温度を、コラーゲン比に比例して変化させるように構成することができる。例えば、超音波ブレード温度制御アルゴリズムは、制御回路130420から受信したコラーゲン比に基づいて変更することができる。1つの特定の例として、超音波ブレード温度制御アルゴリズムは、超音波ブレード130404が維持される温度のセットを下げ、把持された組織130410内のコラーゲンのより高い濃度に対して超音波ブレード130404が組織130410と接触している保持時間を増加させるように構成することができる。別の例として、アルゴリズムが完全な活性化を繰り返す待機時間は、コラーゲン比に基づいて変更することができる。超音波ブレードの様々な温度制御アルゴリズムは、図43~図54に関連して説明されている。 In another aspect, the ultrasonic dissection device can be configured to vary the ideal temperature of the ultrasonic blade control algorithm in proportion to the collagen ratio. For example, the ultrasonic blade temperature control algorithm can be modified based on the collagen ratio received from the control circuit 130420. As one specific example, the ultrasonic blade temperature control algorithm lowers the set of temperatures at which the ultrasonic blade 130404 is maintained, causing the ultrasonic blade 130404 to heat the tissue 130404 for higher concentrations of collagen within the grasped tissue 130410. It can be configured to increase the retention time in contact with 130410. As another example, the waiting time for the algorithm to repeat full activation can be changed based on the collagen ratio. Various temperature control algorithms for ultrasonic blades are described in connection with FIGS. 43-54.

図61は、本開示の一態様による、クランプアーム130402及び超音波ブレード130404を備える超音波エンドエフェクタ130400の断面図である。クランプアーム130402は、組織130410の組成を検出するために超音波エンドエフェクタ130400のクランプアーム130402と一体に取り付けられるか、又は一体的に形成され得るIR反射率検出センサ回路130409a、130409bを備える。IR反射率検出センサ回路130409a、130409bは、図62に平面図で示されるフレキシブル回路基板130412上に取り付けられてもよい。フレキシブル回路基板130412は、IR反射率検出センサ回路130409a、130409b及びIRセンサ130414a、130414bが取り付けられる3つの細長い要素130408a、130408b、130408cを含む。IRセンサ130414a、130414bは、図60に示されるようなIR源130416及びIR検出器130418を含み得る。 61 is a cross-sectional view of an ultrasonic end effector 130400 comprising a clamp arm 130402 and an ultrasonic blade 130404, according to one aspect of the present disclosure. The clamp arm 130402 includes IR reflectance detection sensor circuitry 130409a, 130409b that may be integrally attached or integrally formed with the clamp arm 130402 of the ultrasonic end effector 130400 to detect tissue 130410 composition. The IR reflectance detection sensor circuits 130409a, 130409b may be mounted on a flexible circuit board 130412 shown in plan view in FIG. Flexible circuit board 130412 includes three elongated elements 130408a, 130408b, 130408c to which IR reflectance detection sensor circuits 130409a, 130409b and IR sensors 130414a, 130414b are attached. IR sensors 130414a, 130414b may include IR source 130416 and IR detector 130418 as shown in FIG.

図63は、IR反射率を測定して組織組成を決定して超音波変換器の振幅を調整するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセス130200の論理フロー図である。プロセス130200は、図18の制御回路760などの外科用器具の、又は図21のプロセッサ902などの発生器の、プロセッサ又は制御回路によって実行することができる。簡潔性のために、プロセス130200は、制御回路によって実行されるものとして説明されるが、以下の説明は前述の変形を包含することを理解されたい。 FIG. 63 is a logic flow diagram of process 130200 showing a control program or logic configuration for measuring IR reflectance to determine tissue composition and adjusting ultrasound transducer amplitude. Process 130200 may be performed by a processor or control circuit of a surgical instrument, such as control circuit 760 of FIG. 18, or of a generator, such as processor 902 of FIG. For the sake of brevity, process 130200 is described as being performed by the control circuit, but it should be understood that the following description encompasses variations of the foregoing.

したがって、図1~図54及び図59~図63を参照して、一態様では、制御回路は、IR源130416に通電して(130202)、超音波器具130150のエンドエフェクタ13400内にクランプされた組織130410にIRエネルギーを印加する。次いで、制御回路は、IR検出器130418を介して、組織130410によって反射されたIRエネルギーを検出する(130204)。したがって、制御回路は、組織130410によって反射された検出されたIRエネルギーに基づいて、組織130410のコラーゲンとエラスチンとの比を決定する(130206)。制御回路は、組織の決定されたコラーゲン対エラスチン比に基づいて、「SMART ENERGY DEVICES」題する米国特許仮出願第62/692,768号で論じられているように、超音波ブレード温度制御アルゴリズムを調節する(130208)。一態様では、組織130410のコラーゲン含有量は、IR光源130416の反射率に従って検出され得る。別の態様では、組織130410のコラーゲン含有量が低いほど、加温時間が長くなり、超音波ブレード130404の終了温度が低くなる。更に別の態様では、組織130410の組成は、組織の厚さ又は硬さであってもよく、超音波ブレード変換器制御プログラムに影響を及ぼすために使用され得る。 1-54 and 59-63, in one aspect, the control circuit energizes (130202) the IR source 130416 to clamp within the end effector 13400 of the ultrasonic instrument 130150. Apply IR energy to tissue 130410; Control circuitry then detects IR energy reflected by tissue 130410 via IR detector 130418 (130204). Accordingly, control circuitry determines the collagen to elastin ratio of tissue 130410 based on the detected IR energy reflected by tissue 130410 (130206). A control circuit adjusts an ultrasonic blade temperature control algorithm as discussed in US Provisional Patent Application No. 62/692,768 entitled "SMART ENERGY DEVICES" based on the tissue's determined collagen to elastin ratio. (130208). In one aspect, the collagen content of the tissue 130410 can be detected according to the reflectance of the IR light source 130416. In another aspect, the lower the collagen content of the tissue 130410, the longer the warming time and the lower the final temperature of the ultrasonic blade 130404. In yet another aspect, the composition of the tissue 130410 may be tissue thickness or stiffness, which may be used to influence the ultrasonic blade transducer control program.

コラーゲンに対するエラスチンの比率は、組織のIR反射率を監視し、検出されたIR反射率をルックアップテーブルと比較することによって決定され得る。ルックアップテーブルは、メモリ(例えば、図31のメモリ3326)に記憶することができ、コラーゲンに対するエラスチンの比率、及び経験的に決定される特定の比率に対応するIR反射率を含む。 The elastin to collagen ratio can be determined by monitoring tissue IR reflectance and comparing the detected IR reflectance to a lookup table. The lookup table can be stored in memory (eg, memory 3326 of FIG. 31) and includes the ratio of elastin to collagen and the IR reflectance corresponding to the particular ratio determined empirically.

コラーゲン変態点に従って組織のコラーゲン対エラスチン比を決定
異なる種類の組織は、異なる特性を有する異なる種類の組織を提供するコラーゲン及びエラスチンなどの様々な量の構造タンパク質から構成される。熱が組織に印加されると(例えば、超音波ブレードによって)、構造タンパク質が変性し、組織の完全性及び他の組織特性に影響を及ぼす。しかしながら、構造タンパク質は、異なる既知の温度で変性する。例えば、エラスチンの前にコラーゲンが変性する。したがって、どの温度で組織の特性が変化するかを検出することによって、組織組成(例えば、組織内のコラーゲンとエラスチンとの比)を推定することができる。様々な態様では、制御アルゴリズムは、組織のコラーゲン変態点を判定することによって、組織のコラーゲン対エラスチンの比を決定するように構成することができる。制御アルゴリズムは、次に、決定された組織組成に従って、超音波ブレードの振幅などの外科用器具の様々な動作パラメータを制御することができる。一態様では、制御アルゴリズムは、クランプアーム上の負荷を一定に維持しながら、クランプアーム作動部材の位置及びその変位の変化率を測定することによって、組織のコラーゲン変態点を決定することができる。別の態様では、制御アルゴリズムは、組織/ブレード界面の温度を直接測定してコラーゲン/エラスチンの割合を特定することによって、組織のコラーゲン変態点を決定することができる。
Determining the Collagen to Elastin Ratio of Tissue According to the Collagen Transformation Point Different types of tissue are composed of varying amounts of structural proteins such as collagen and elastin that provide different types of tissue with different properties. When heat is applied to tissue (eg, by an ultrasonic blade), structural proteins denature, affecting tissue integrity and other tissue properties. However, structural proteins denature at different known temperatures. For example, collagen denatures before elastin. Therefore, by detecting at what temperature tissue properties change, tissue composition (eg, the ratio of collagen to elastin within the tissue) can be estimated. In various aspects, the control algorithm can be configured to determine the tissue's collagen to elastin ratio by determining the tissue's collagen transformation point. The control algorithm can then control various operating parameters of the surgical instrument, such as the amplitude of the ultrasonic blade, according to the determined tissue composition. In one aspect, the control algorithm can determine the collagen transformation point of the tissue by measuring the position of the clamp arm actuation member and the rate of change of its displacement while maintaining a constant load on the clamp arm. In another aspect, the control algorithm can determine the collagen transformation point of the tissue by directly measuring the temperature of the tissue/blade interface to determine the collagen/elastin ratio.

図16~図19は、電動クランプアーム閉鎖機構を概略的に示す。図40は、本開示の一態様による、複数の独立して動作する回路セグメント7402、7414、7416、7420、7424、7428、7434、7440を備えるセグメント化回路7401のシステム図7400であり、図35は、本開示の一態様による、モータ制御機能を有する外科用器具の様々な構成要素の回路図である。例えば、図35は、ジョー部材を閉じてエンドエフェクタで組織を把持するように構成された閉鎖ドライブトレーン7934を含む駆動機構7930を示す。図38~図39は、超音波エンドエフェクタのクランプアーム部分などのジョー部材の閉鎖率を制御するための制御システム12950、12970を示し、ここで図38は、本開示の一態様による、クランプアームを閉じるために遠位に前進して、所望の速度で閉鎖力負荷をかけるときに、閉鎖部材の漸進的な閉鎖を提供するように構成された制御システム12950の図であり、図39は、本開示の一態様による、比例積分微分(PID)コントローラフィードバック制御システム12970を示す。したがって、クランプアームの閉鎖率及び/又は位置を制御するための電動クランプアームコントローラを備える超音波システムの以下の説明において、図16~図19及び図38~図41を参照するべきである。 Figures 16-19 schematically illustrate the motorized clamp arm closing mechanism. FIG. 40 is a system diagram 7400 of a segmentation circuit 7401 comprising a plurality of independently operating circuit segments 7402, 7414, 7416, 7420, 7424, 7428, 7434, 7440 and FIG. 1 is a circuit diagram of various components of a surgical instrument having motor control capabilities, according to one aspect of the present disclosure; FIG. For example, FIG. 35 shows a drive mechanism 7930 including a closed drive train 7934 configured to close jaw members and grasp tissue with an end effector. 38-39 illustrate control systems 12950, 12970 for controlling the closure rate of jaw members such as clamp arm portions of ultrasonic end effectors, wherein FIG. 39 is a control system 12950 configured to provide gradual closure of the closure member as it is advanced distally to close the , applying a closure force load at a desired rate; FIG. 12970 illustrates a proportional-integral-derivative (PID) controller feedback control system 12970, according to one aspect of the present disclosure. Accordingly, reference should be made to FIGS. 16-19 and 38-41 in the following description of an ultrasound system with a motorized clamp arm controller for controlling the closure rate and/or position of the clamp arm.

一態様では、制御アルゴリズムは、把持された組織のコラーゲン変態点を検出し、それに応じて、超音波変換器駆動信号の位相及び/又は振幅、若しくはクランプアームの閉鎖率を制御することによって、組織への超音波エネルギーの送達を制御するように構成することができる。例えば、一態様では、制御アルゴリズムは、コラーゲン変態点に従ってクランプアームによって組織に印加される力を制御するように構成することができる。これは、特定の器具タイプに対応する設定された動作範囲(例えば、130~180psi)内の接合圧力内でクランプアームの負荷を一定に維持しながら、クランプアーム作動部材の位置及びその変化率を測定することによって達成され得る。 In one aspect, the control algorithm detects the collagen transformation point of the grasped tissue and controls the phase and/or amplitude of the ultrasonic transducer drive signal or the closure rate of the clamp arms accordingly to control the tissue. can be configured to control the delivery of ultrasonic energy to the For example, in one aspect, the control algorithm can be configured to control the force applied to the tissue by the clamp arm according to the collagen transformation point. This allows the position and rate of change of the clamp arm actuating member to be adjusted while maintaining a constant clamp arm load within a set operating range (eg, 130-180 psi) for a particular instrument type. can be achieved by measuring

図64Aは、本開示の少なくとも1つの態様による、クランプアーム1140が、コラーゲン変態点を特定するために閉じているときの、クランプアーム1140(図23)の変位対時間のグラフ表示130250である。図64Bは、図64Aに示すグラフ表示130250の拡大部分130256である。水平軸130254は、時間(例えば、秒)を表し、縦軸130252は、クランプアーム変位δ(例えば、mm)を表す。一態様では、制御アルゴリズムは、超音波ブレード1128(図23)が組織のコラーゲン変態点に従って組織を加熱するときに、(例えば、クランプアーム1140の閉鎖率を制御することによって)クランプアーム1140によって組織に加えられる負荷を制御するように構成することができる。そのような一態様では、制御アルゴリズムは、クランプアーム負荷が閾値に達するまでクランプアーム1140を閉鎖するように構成することができ、閾値は特定の値(例えば、4.5lbs)又は値の範囲(例えば、3.5~5lbsの範囲内)を含むことができる。その時点で、制御アルゴリズムは、クランプアーム変位の変化率閾値θを設定し、クランプアーム1140.の変位を監視する。クランプアーム変位の変化率が所定の負の制限(すなわち、閾値θ未満)内に留まる限り、制御アルゴリズムは、組織が変態温度未満であると判定することができる。図64A及び図64Bのグラフ表示に示されるように、制御アルゴリズムが、クランプアーム変位の変化率が閾値θを超えると判定すると、制御アルゴリズムは、コラーゲンの融解温度に到達したと判定することができる。 64A is a graphical representation 130250 of displacement versus time of clamp arm 1140 (FIG. 23) as clamp arm 1140 is closed to identify the collagen transformation point, according to at least one aspect of the present disclosure. FIG. 64B is an enlarged portion 130256 of the graphical representation 130250 shown in FIG. 64A. Horizontal axis 130254 represents time (eg, seconds) and vertical axis 130252 represents clamp arm displacement δ (eg, mm). In one aspect, the control algorithm causes the clamp arm 1140 to heat the tissue (eg, by controlling the closure rate of the clamp arm 1140) as the ultrasonic blade 1128 (FIG. 23) heats the tissue according to the tissue's collagen transformation point. can be configured to control the load applied to the In one such aspect, the control algorithm can be configured to close the clamp arm 1140 until the clamp arm load reaches a threshold, where the threshold is a particular value (eg, 4.5 lbs) or range of values (eg, 4.5 lbs). for example, in the range of 3.5-5 lbs). At that point, the control algorithm sets a clamp arm displacement rate-of-change threshold θ to allow clamp arms 1140 . monitor the displacement of As long as the rate of change of clamp arm displacement remains within a predetermined negative limit (ie, less than threshold θ), the control algorithm can determine that the tissue is below its transformation temperature. As shown in the graphical representations of FIGS. 64A and 64B, when the control algorithm determines that the rate of change of clamp arm displacement exceeds a threshold θ, the control algorithm can determine that the melting temperature of collagen has been reached. .

一態様では、制御アルゴリズムが転移温度に到達したと判定すると、制御アルゴリズムは、それに応じて超音波器具の動作を変えるように構成することができる。例えば、制御アルゴリズムは、外科用器具を(クランプアーム1140の)負荷制御から温度制御に切り替えることができる。別の態様では、制御アルゴリズムは、コラーゲン変態温度に到達した後もクランプアームの負荷制御を維持し、何時クランプアーム変位の変化率閾値に到達したかを監視することができる。第2のクランプアーム変位の変化率閾値は、例えば、エラスチンの転移温度に対応することができる。経時的なクランプアーム変位のプロット130258におけるコラーゲン及び/又はエラスチン転移温度の位置は、プロット130258において「膝」と呼ぶことができる。したがって、この態様では、制御アルゴリズムは、第2のクランプ率変位の変化率閾値(又はエラスチン「膝」)に到達し、それに応じて超音波器具の動作を変えるかどうかに従って、超音波器具の動作を変えるように構成することができる。例えば、制御アルゴリズムは、プロット130258内のエラスチン膝が検出されたときに、外科用器具を(クランプアーム1140の)負荷制御から温度制御に切り替えることができる。 In one aspect, when the control algorithm determines that a transition temperature has been reached, the control algorithm can be configured to alter the operation of the ultrasonic instrument accordingly. For example, the control algorithm can switch the surgical instrument from load control (of the clamp arm 1140) to temperature control. In another aspect, the control algorithm can maintain load control of the clamp arm after the collagen transformation temperature is reached and monitor when the clamp arm displacement rate-of-change threshold is reached. The second clamp arm displacement rate of change threshold can correspond to, for example, the transition temperature of elastin. The location of collagen and/or elastin transition temperature in plot 130258 of clamp arm displacement over time can be referred to as "knee" in plot 130258 . Thus, in this aspect, the control algorithm adjusts the operation of the ultrasonic instrument according to whether a second clamping rate displacement rate-of-change threshold (or elastin "knee") is reached and changes the operation of the ultrasonic instrument accordingly. can be configured to change the For example, the control algorithm may switch the surgical instrument from load control (of clamp arm 1140) to temperature control when elastin knee in plot 130258 is detected.

コラーゲン変態は、コラーゲンに対する45℃と50℃との間の所与の熱流束に対して一定であるべきであり、エラスチンは異なる融解温度を有する。更に、コラーゲンが熱を吸収するにつれて、温度は平坦化されるべきである。いくつかの態様では、制御アルゴリズムは、監視される事象がいつ発生するかを正確に確認するために、特定の温度付近又は温度範囲(例えば、コラーゲン及び/又はエラスチン変態の予想される温度の範囲)内でより高い割合でクランプアーム及び/又はクランプアーム変位部材の位置をサンプリングするように構成することができる。 Collagen transformation should be constant for a given heat flux between 45° C. and 50° C. for collagen, elastin has different melting temperatures. Additionally, the temperature should level as the collagen absorbs heat. In some aspects, the control algorithm may be configured around a particular temperature or temperature range (e.g., the expected range of temperatures for collagen and/or elastin transformation) to ascertain exactly when the monitored event occurs. ) to sample positions of the clamp arm and/or the clamp arm displacement member at a higher rate.

図64A及び図64Bに示される態様では、制御アルゴリズムは、コラーゲン変態点が時間tにおいて検出されるときに、外科用器具を負荷制御から温度制御に変更するように作用する。外科用器具を温度制御に変更しないと、投影プロット130260に示されるように、クランプアーム変位は幾何学的に増加するであろう。一態様では、温度制御モードで動作する制御アルゴリズムは、超音波変換器駆動信号の振幅を低下させて、閾値θに達した後のプロット130258の平坦部分によって示されるように、超音波ブレード1128によって生成される熱流束を変化させる。いくつかの態様では、制御アルゴリズムは、例えば、温度上昇率を測定して、エラスチン変態温度に達したときを判定するために、特定の期間後に超音波変換器駆動信号の振幅を増加させるように構成することができる。したがって、クランプアームの閉鎖率が次の膝(すなわち、エラスチンの膝)に近づくにつれて、クランプアームの閉鎖率は減少し得る。クランプアーム1140の負荷制御は、場合によっては、血管の最良の封止を提供することができるため、有益であり得る。 In the embodiment shown in Figures 64A and 64B, the control algorithm operates to change the surgical instrument from load control to temperature control when the collagen transformation point is detected at time tm . Without changing the surgical instrument to temperature control, the clamp arm displacement would geometrically increase as shown in projected plot 130260 . In one aspect, the control algorithm operating in the temperature control mode reduces the amplitude of the ultrasonic transducer drive signal such that the ultrasonic blade 1128, as indicated by the flat portion of the plot 130258 after reaching the threshold .theta. Vary the heat flux generated. In some embodiments, the control algorithm increases the amplitude of the ultrasonic transducer drive signal after a certain period of time, e.g., to measure the rate of temperature rise and determine when the elastin transformation temperature is reached. Can be configured. Therefore, as the clamp arm closure rate approaches the next knee (ie, the elastin knee), the clamp arm closure rate may decrease. Load control of the clamp arm 1140 can be beneficial in some cases as it can provide the best sealing of the vessel.

図65は、本開示の少なくとも1つの態様による、コラーゲン変態点を検出して、クランプアームの閉鎖率又は超音波変換器の振幅を制御するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセス130300の論理フロー図である。プロセス130300は、外科用器具又は発生器内に位置する制御回路又はプロセッサによって実行することができる。したがって、プロセス130300を実行する制御回路は、クランプ上の負荷を一定に維持しながら、クランプアーム作動部材の位置及びその変化率を測定する(130302)。前述したように、一態様では、クランプアーム上の負荷は、超音波外科用器具によって設定された好適な範囲(130~180psi)内の接合圧力内に維持される。ジョーが特定のクランプアーム負荷(例えば、4.5lbs)まで達すると、又はクランプアーム負荷が特定の範囲(例えば、3.5~5lbs)以内であると、制御回路は、クランプアーム変位の変化率を設定し、クランプアーム変位の変化率が事前定義された負の制限内に留まる(組織がコラーゲン変態温度未満であることに対応する)期間、クランプアーム作動部材の位置を監視する(130304)。したがって、制御は、クランプアーム変位の変化率が設定閾値を超えているかどうかを判定し、換言すれば、組織が転移温度に達したかどうかを判定する(130306)。転移温度に達した場合、プロセス130300は、「はい」の分岐に沿って進み、制御回路は、外科用器具を温度制御に切り替える(130308)(例えば、超音波変換器を制御して超音波ブレードの温度を低下又は維持する)。一態様では、制御回路は、コラーゲン変態温度の監視を継続する。あるいは、図65に示す態様において、転移温度に到達していない場合、次いで、プロセス130300は、「いいえ」の分岐に沿って進み、制御回路は、クランプアーム1140の負荷制御を維持し、把持された組織に対して次の転移点(例えば、エラスチン転移点)が発生するときを判定するためにクランプアーム変位の変化率を監視する(130310)。制御回路は、例えば、組織の温度がエラスチン変態温度を超えて上昇することを防止するために、これを行うことができる。 FIG. 65 illustrates a logic flow of a process 130300 showing a control program or logic configuration for detecting collagen transformation point and controlling clamp arm closure rate or ultrasound transducer amplitude in accordance with at least one aspect of the present disclosure It is a diagram. Process 130300 may be performed by a control circuit or processor located within the surgical instrument or generator. Accordingly, the control circuit implementing process 130300 measures the position of the clamp arm actuating member and its rate of change while maintaining a constant load on the clamp (130302). As previously mentioned, in one aspect, the load on the clamp arm is maintained within the bond pressure within the preferred range (130-180 psi) set by the ultrasonic surgical instrument. When the jaws reach a specified clamp arm load (eg, 4.5 lbs), or the clamp arm load is within a specified range (eg, 3.5-5 lbs), the control circuit changes the rate of change of clamp arm displacement. and monitor the position of the clamp arm actuation member for a period of time during which the rate of change of clamp arm displacement remains within a predefined negative limit (corresponding to the tissue being below the collagen transformation temperature) (130304). Therefore, the control determines whether the rate of change of clamp arm displacement exceeds a set threshold, in other words whether the tissue has reached the transition temperature (130306). If the transition temperature is reached, the process 130300 proceeds along the "yes" branch and the control circuit switches the surgical instrument to temperature control (130308) (e.g., controls the ultrasonic transducer to control the ultrasonic blade). reduce or maintain the temperature of the In one aspect, the control circuit continues to monitor the collagen transformation temperature. Alternatively, in the embodiment shown in FIG. 65, if the transition temperature has not been reached, then process 130300 continues along the "no" branch and the control circuit maintains load control of clamp arm 1140 and grips. The rate of change of clamp arm displacement is monitored 130310 to determine when the next transition point (eg, elastin transition point) occurs for the tissue that has been moved. The control circuit may do this, for example, to prevent the temperature of the tissue from rising above the elastin transformation temperature.

コラーゲン変態は、所与の熱流束(45℃~50℃)に対して一定であるべきであることを理解されたい。クランプアーム1140の負荷制御は、場合によっては、特定の種類の組織(例えば、血管)に対して最良の封止を提供することができることも理解されたい。コラーゲン変態が発生している期間中、コラーゲンが熱を吸収する間、組織の温度は平坦化されるべきである。制御回路は、データ点が特定の温度又は関心の温度(例えば、変態温度)の付近で収集される割合を変調するように構成することができる。更に、制御回路は、超音波変換器駆動信号の振幅を調整して、超音波ブレード1128によって生成される熱流束を外科処置における異なる点で制御することができる。例えば、制御回路は、コラーゲン変態の期間中に超音波変換器振幅を減少させることができる。別の例として、制御回路は、エラスチン膝が発生するときに温度が上昇する割合を測定するために、超音波変換器の振幅を増加させることができる。エラスチン膝が接近するにつれて、温度変化率は減少することを理解されたい。 It should be understood that the collagen transformation should be constant for a given heat flux (45-50°C). It should also be appreciated that load control of the clamp arm 1140 may, in some cases, provide the best seal for certain types of tissue (eg, blood vessels). During the period when collagen transformation is occurring, the temperature of the tissue should be flattened while the collagen absorbs heat. The control circuit can be configured to modulate the rate at which data points are collected around a particular temperature or temperature of interest (eg, transformation temperature). Additionally, the control circuit can adjust the amplitude of the ultrasonic transducer drive signal to control the heat flux generated by the ultrasonic blade 1128 at different points in the surgical procedure. For example, the control circuit can decrease the ultrasound transducer amplitude during periods of collagen transformation. As another example, the control circuit can increase the amplitude of the ultrasound transducer to measure the rate at which the temperature rises as elastin knee develops. It should be appreciated that the rate of temperature change decreases as the elastin knee approaches.

別の態様では、制御アルゴリズムは、コラーゲン変態温度を検出して、把持された組織のコラーゲン/エラスチンの割合を特定するように構成することができる。上述のように、制御アルゴリズムは、次いで、把持された組織の特定された組成に従って、外科用器具の様々な動作パラメータを制御することができる。 In another aspect, the control algorithm can be configured to detect the collagen transformation temperature to identify the collagen/elastin ratio of the grasped tissue. As described above, the control algorithm can then control various operating parameters of the surgical instrument according to the identified composition of the grasped tissue.

図66は、本開示の少なくとも1つの態様による、コラーゲン/エラスチン比を特定するためのコラーゲン変態温度点の識別のグラフ表示130350である。縦軸130352は超音波変換器インピーダンスを表し、水平軸130632は組織温度を表す。超音波変換器のインピーダンスの変化率がシフトする点が、経験的に決定された様態で組織のコラーゲン/組織組成に対応する。例えば、超音波変換器のインピーダンスの変化率が第1の温度130362でシフトする場合、組織組成は100%コラーゲンである。したがって、超音波変換器のインピーダンスの変化率が第2の温度130364でシフトする場合、組織組成は100%エラスチンである。超音波変換器のインピーダンスの変化率が第1の温度130362と第2の温度130364との間でシフトする場合、組織組成は、コラーゲンとエラスチンとの混合物である。 FIG. 66 is a graphical representation 130350 of identifying collagen transformation temperature points for identifying collagen/elastin ratios, according to at least one aspect of the present disclosure. The vertical axis 130352 represents ultrasound transducer impedance and the horizontal axis 130632 represents tissue temperature. The point at which the rate of change of the ultrasound transducer impedance shifts corresponds to the collagen/tissue composition of the tissue in an empirically determined manner. For example, if the rate of change of ultrasound transducer impedance shifts at the first temperature 130362, the tissue composition is 100% collagen. Thus, if the rate of change of ultrasound transducer impedance shifts at the second temperature 130364, the tissue composition is 100% elastin. When the rate of change of the ultrasonic transducer impedance shifts between the first temperature 130362 and the second temperature 130364, the tissue composition is a mixture of collagen and elastin.

コラーゲン変態温度は、組織内のコラーゲン/エラスチンの割合を直接特定するために使用することができ、制御アルゴリズムは、それに応じて超音波装置の動作を調節するように構成することができる。図66に示すように、プロット130356は、超音波変換器インピーダンスと組織温度との間の経験的関係を表す。プロット130356によって示されるように、超音波変換器のインピーダンス(Z)は、組織接触面積における温度(T)の関数として、第1の変化率(勾配)で直線的に増加する。点130358のプロットに示されたコラーゲン転移温度において、温度(T)の関数としてのインピーダンス(Z)の変化率は、第2の変化率に減少する。プロット130356の勾配が変化する点130358では、コラーゲン対エラスチン比は、経験的に決定された温度130360に対応し得る(例えば、85%)。一態様では、前述のアルゴリズムを実行する制御回路又はプロセッサは、超音波変換器インピーダンスの率がどの温度で変化したかを判定し、次いで、メモリ(例えば、ルックアップテーブル)から対応する組織組成(例えば、コラーゲンの割合、エラスチンの割合、又はコラーゲン/エラスチン比)を検索するように構成することができる。 The collagen transformation temperature can be used to directly identify the collagen/elastin ratio within the tissue, and the control algorithm can be configured to adjust the operation of the ultrasound device accordingly. As shown in FIG. 66, plot 130356 represents the empirical relationship between ultrasound transducer impedance and tissue temperature. As shown by plot 130356, the impedance (Z) of the ultrasound transducer increases linearly with a first rate of change (slope) as a function of temperature (T) at the tissue contact area. At the collagen transition temperature indicated in the plot of point 130358, the rate of change of impedance (Z) as a function of temperature (T) decreases to a second rate of change. At point 130358 where the slope of plot 130356 changes, the collagen to elastin ratio may correspond to empirically determined temperature 130360 (eg, 85%). In one aspect, a control circuit or processor executing the aforementioned algorithm determines at what temperature the rate of ultrasound transducer impedance changes, and then from memory (e.g., lookup table) the corresponding tissue composition ( For example, it can be configured to search for collagen percentage, elastin percentage, or collagen/elastin ratio.

図67は、本開示の少なくとも1つの態様による、超音波変換器インピーダンスの変化に従って組織の組成を識別するためのプロセス130450の論理フロー図である。プロセス130450は、例えば、外科用器具又は発生器内に位置するプロセッサの制御回路によって実行することができる。したがって、制御回路は、温度(T)の関数として超音波変換器のインピーダンス(Z)を監視する(130452)。前述のように、組織と超音波ブレードとの界面における温度(T)は、本明細書に記載されるアルゴリズムによって推定され得る。制御回路は、超音波変換器インピーダンスの変化率ΔZ/ΔTを決定する(130454)。超音波ブレード/組織界面での温度が上昇するにつれて、インピーダンス(Z)は、図66に示すように、第1の率で直線的に増加する。したがって、制御回路は、勾配ΔZ/ΔTが変化したかどうか(例えば、減少したか)を判定する(130456)。勾配ΔZ/ΔTが変化していない場合、プロセス130450は、「いいえ」の分岐にそって進み、勾配ΔZ/ΔTを判定することを続ける(130454)。勾配ΔZ/ΔTが変化した場合、制御回路は、コラーゲン転移温度に到達したと判定する(130458)。 FIG. 67 is a logic flow diagram of a process 130450 for identifying tissue composition according to changes in ultrasound transducer impedance, according to at least one aspect of the present disclosure. Process 130450 may be performed, for example, by control circuitry of a processor located within the surgical instrument or generator. Therefore, the control circuit monitors the impedance (Z) of the ultrasonic transducer as a function of temperature (T) (130452). As mentioned above, the temperature (T) at the tissue-ultrasound blade interface can be estimated by the algorithms described herein. The control circuit determines (130454) the rate of change ΔZ/ΔT of the ultrasound transducer impedance. As the temperature at the ultrasonic blade/tissue interface increases, the impedance (Z) increases linearly at a first rate, as shown in FIG. Accordingly, the control circuit determines whether the slope ΔZ/ΔT has changed (eg, decreased) (130456). If the slope .DELTA.Z/.DELTA.T has not changed, process 130450 follows the "no" branch to continue determining the slope .DELTA.Z/.DELTA.T (130454). If the slope ΔZ/ΔT changes, the control circuit determines that the collagen transition temperature has been reached (130458).

コラーゲンに対するエラスチンの比率は、組織のコラーゲン変態点を監視し、検出されたコラーゲン変態点をルックアップテーブルと比較することによって決定され得る。ルックアップテーブルは、メモリ(例えば、図31のメモリ3326)に記憶することができ、コラーゲンに対するエラスチンの比率、及び経験的に決定される特定の比率に対応するコラーゲン変態点を含む。 The ratio of elastin to collagen can be determined by monitoring the collagen transformation point of the tissue and comparing the detected collagen transformation point to a lookup table. The lookup table can be stored in memory (eg, memory 3326 of FIG. 31) and includes the ratio of elastin to collagen and collagen transformation points corresponding to specific ratios determined empirically.

組織の位置に従ってクランプアーム力を調節
様々な態様では、制御アルゴリズムは、エンドエフェクタ内又はエンドエフェクタに対する組織の位置を判定し、それに応じてクランプアーム力を調節するように構成することができる。一態様では、組織は、クランプアーム上の圧縮力負荷及びジョー内の組織の位置、例えば、どこに組織が超音波ブレードの長さに沿って位置付けられているか、を測定することによって識別又はパラメータ化することができる。一態様では、クランプアーム上の初期測定負荷までの時間を測定し、次いで、組織上の圧縮比率を測定して、ジョーの長さにわたって位置する組織の量に対する組織の圧縮性を決定する。クランプアームアクチュエータの位置の変化率は、組織の圧縮性、したがって組織の種類/疾患の状態を判定する方法として、負荷制御中に監視される。
Adjusting Clamp Arm Force According to Tissue Position In various aspects, the control algorithm can be configured to determine the position of tissue in or relative to the end effector and adjust the clamp arm force accordingly. In one aspect, the tissue is identified or parameterized by measuring the compressive force load on the clamp arm and the position of the tissue within the jaws, e.g., where the tissue is positioned along the length of the ultrasonic blade. can do. In one aspect, the time to initial measured load on the clamp arm is measured and then the compression ratio on the tissue is measured to determine the compressibility of the tissue relative to the amount of tissue located over the length of the jaw. The rate of change of clamp arm actuator position is monitored during load control as a method of determining tissue compressibility and hence tissue type/disease status.

図68は、本開示の少なくとも1つの態様による、超音波ブレード130404にわたる圧縮負荷の分布のグラフ表示130500である。縦軸130502は、クランプアーム1140によって組織に加えられる力を表し、水平軸130504は位置を表す。超音波ブレード130404は、ブレードの長さに沿って発生する周期的なノード及びアンチノードが存在するような寸法である。ノード/アンチノードの位置は、超音波変換器によって超音波ブレード130404内に誘発される超音波変位の波長によって決定される。超音波変換器は、好適な振幅及び周波数の電気信号によって駆動される。当該技術分野において既知であるように、ノードは超音波ブレード130404の最小又はゼロ変位点であり、アンチノードは超音波ブレード130404の最大変位点である。 FIG. 68 is a graphical representation 130500 of the distribution of compressive loads across an ultrasonic blade 130404, according to at least one aspect of the present disclosure. The vertical axis 130502 represents force exerted on tissue by the clamp arm 1140 and the horizontal axis 130504 represents position. The ultrasonic blade 130404 is dimensioned such that there are periodic nodes and antinodes occurring along the length of the blade. The node/antinode position is determined by the wavelength of the ultrasonic displacement induced in the ultrasonic blade 130404 by the ultrasonic transducer. The ultrasonic transducer is driven by an electrical signal of suitable amplitude and frequency. As is known in the art, a node is the point of minimum or zero displacement of the ultrasonic blade 130404 and an antinode is the point of maximum displacement of the ultrasonic blade 130404 .

グラフ表示130500において、超音波ブレード130404は、ノード及びアンチノードが水平軸130504に沿ったそれらの対応する位置と整列するように表される。グラフ表示130500は、第1のプロット130506と第2のプロット130508とを含んでいる。プロット130506、130508のいずれかによって表されるように、超音波ブレード130404に加えられる圧縮力は、超音波ブレード130404の近位端から超音波ブレード130404の遠位端まで指数関数的に低下する。したがって、超音波ブレード130404の遠位端に位置する組織130410は、超音波ブレード130404の近位端に近接して位置する組織130410と比較して、はるかに低い圧縮力を受ける。第1のプロット130506は、クランプアーム1140のデフォルトの閉鎖を表すことができ、遠位組織130410に加えられる結果として生じる力は、Fである。概して、クランプアーム1140によって組織130410に加えられる力の量は、超音波ブレード130404に沿って近位に位置する組織130410に過度の力が加えられる可能性があるため、考慮せずに広く増加させることはできない。しかしながら、超音波ブレード130404に沿った組織130410の位置を監視することによって(例えば、上記「インピーダンス変化を介して組織の位置を決定する」の項、及び下記「電極導通を介して組織の位置を決定する」の項で論じるように)、制御アルゴリズムは、図68に示される状況と同様に、組織130410が超音波ブレード130404の遠位端のみに位置する状況では、クランプアーム1140によって組織130410に加えられた力を増幅することができる。例えば、第2のプロット130508は、クランプアーム1140の修正された閉鎖を表すことができ、制御アルゴリズムは、組織130410が超音波ブレード130404の遠位端のみに位置すると判定し、それに対応して、クランプアーム1140によって遠位組織130410に加えられる力をF(F>F)に増加させる。 In the graphical representation 130500 , the ultrasonic blade 130404 is represented such that the nodes and antinodes are aligned with their corresponding positions along the horizontal axis 130504 . Graphical representation 130500 includes first plot 130506 and second plot 130508 . As represented by either of the plots 130506, 130508, the compressive force applied to the ultrasonic blade 130404 decreases exponentially from the proximal end of the ultrasonic blade 130404 to the distal end of the ultrasonic blade 130404. Therefore, tissue 130410 located at the distal end of the ultrasonic blade 130404 experiences much lower compressive forces as compared to tissue 130410 located closer to the proximal end of the ultrasonic blade 130404 . A first plot 130506 can represent the default closure of clamp arm 1140 and the resulting force applied to distal tissue 130410 is F1 . Generally, the amount of force applied to the tissue 130410 by the clamp arm 1140 is increased broadly without consideration, as excessive force may be applied to the tissue 130410 located proximally along the ultrasonic blade 130404. It is not possible. However, by monitoring the position of the tissue 130410 along the ultrasonic blade 130404 (e.g., "Determining Tissue Location Via Impedance Changes" section above and "Locating Tissue Via Electrode Conduction" below). 68), the control algorithm applies clamp arm 1140 to tissue 130410 in situations where tissue 130410 is located only at the distal end of ultrasonic blade 130404, similar to the situation shown in FIG. The applied force can be amplified. For example, the second plot 130508 may represent a modified closure of the clamp arm 1140, the control algorithm determines that the tissue 130410 is located only at the distal end of the ultrasonic blade 130404, and correspondingly: The force exerted by clamp arm 1140 on distal tissue 130410 is increased to F 2 (F 2 >F 1 ).

図69は、本開示の一態様による、組織に加えられた圧力対時間のグラフ表示130520である。縦軸130522は、組織に加えられた圧力(例えば、N/mm)を表し、水平軸130524は時間を表す。第1のプロット130526は、増幅せずに遠位組織130410に加えられる通常又はデフォルトの圧縮力を表す。クランプアーム1140のデフォルトの閉鎖中、組織130410に加えられる圧縮力は、初期のランプアップ期間の後、一定の値に維持される。第2のプロット130528は、遠位組織130410のみの存在を補償するために遠位組織130410に加えられた増幅された圧縮力を表す。クランプアーム1140の修正された閉鎖において、圧力は、デフォルトの閉鎖と比較して増加され(130530)、最終的に増幅された圧縮力が通常の圧縮レベルに戻り(130532)、クランプアーム1140パッドを通じた燃焼/融解を防止する。 FIG. 69 is a graphical representation 130520 of pressure applied to tissue versus time, according to one aspect of the present disclosure. Vertical axis 130522 represents pressure applied to tissue (eg, N/mm 2 ) and horizontal axis 130524 represents time. A first plot 130526 represents the normal or default compressive force applied to distal tissue 130410 without amplification. During default closure of clamp arm 1140, the compressive force applied to tissue 130410 is maintained at a constant value after an initial ramp-up period. A second plot 130528 represents the amplified compressive force applied to distal tissue 130410 to compensate for the presence of distal tissue 130410 alone. In the modified closure of the clamp arm 1140, the pressure is increased (130530) compared to the default closure, and finally the amplified compression force returns (130532) to the normal compression level and passes through the clamp arm 1140 pads. prevent burning/melting.

電極導通を介して組織の位置を決定
様々な態様では、制御アルゴリズムは、エンドエフェクタのジョー又はジョー(複数)に沿って位置付けられた双極(すなわち、正及び負の)電極のアレイにわたる電気的導通に従って、エンドエフェクタ内又はエンドエフェクタに対する組織の位置を決定するように構成することができる。双極電極アレイによって検出可能な組織の位置は、ジョー(複数可)に対する組織の特定の位置、及び/又は組織によって覆われたジョー(複数可)の割合に対応することができる。一態様では、正及び負の電極は、組織が正及び負の電極とを橋絡するとき、電極間に電気的導通が確立されるように、物理的間隙によって分離されている。正及び負の電極は、マトリックス又はアレイに構成され、それにより、プロセッサ又は制御回路を、電極アレイを監視又は走査することによって、正電極と負電極との間で組織が位置する場所を検出するように構成することができる。一態様では、双極電極アレイは、エンドエフェクタの1つのジョーに沿って位置付けることができる。したがって、双極電極アレイに結合された制御回路又はプロセッサは、隣接する電極間の電気的導通を検出して、それに接する組織の存在を検出するように構成することができる。別の態様では、双極電極アレイは、エンドエフェクタの対向するジョーに沿って位置付けることができる。したがって、双極電極アレイに結合された制御回路又はプロセッサは、対向するジョー間の電気的導通を検出して、それらの間の組織の存在を検出するように構成することができる。
Determining Tissue Location Via Electrode Conduction In various aspects, the control algorithm determines electrical continuity across an array of bipolar (i.e., positive and negative) electrodes positioned along the jaw or jaws of the end effector. It can be configured to determine the position of tissue in or relative to the end effector according to. The location of tissue detectable by a bipolar electrode array may correspond to a particular location of tissue relative to the jaw(s) and/or the percentage of jaw(s) covered by tissue. In one aspect, the positive and negative electrodes are separated by a physical gap such that electrical continuity is established between the electrodes when tissue bridges the positive and negative electrodes. The positive and negative electrodes are arranged in a matrix or array whereby a processor or control circuit detects where tissue is located between the positive and negative electrodes by monitoring or scanning the electrode array. can be configured as In one aspect, a bipolar electrode array can be positioned along one jaw of the end effector. Accordingly, a control circuit or processor coupled to the bipolar electrode array can be configured to detect electrical continuity between adjacent electrodes to detect the presence of tissue in contact therewith. In another aspect, bipolar electrode arrays can be positioned along opposing jaws of the end effector. Accordingly, a control circuit or processor coupled to the bipolar electrode array can be configured to detect electrical continuity between the opposing jaws to detect the presence of tissue therebetween.

ジョー(複数可)のどの表面積が組織で覆われているかを判定することにより、制御アルゴリズムが、エンドエフェクタによって把持された組織の量に対する適切な接合圧力を決定し、次いで、対応するクランプアーム負荷を計算することを可能にする。クランプアーム負荷は、印加圧力(例えば、130~180psi)又は印加力(例えば、3.5~5lbs又は名目上4.5lbs)の観点から表すことができる。いくつかの態様では、双極電極アレイは、単極又は双極RF電気外科用発生器から正及び負の電極に電力が送達され得る。発生器電力出力は、様々な定数、変数、若しくは最小値(例えば、45W、35W、又は5W)、外科用器具及び/又は発生器に関連付けられた様々な変数の関数(例えば、超音波ブレード又はクランプアーム力の振幅)であってもよく、又はその電力曲線に従って発生器を制御するためのアルゴリズムによって指示されてもよい(例えば、発生器のランプアップ中に)。 By determining which surface area of the jaw(s) is covered with tissue, a control algorithm determines the appropriate apposition pressure for the amount of tissue grasped by the end effector, and then the corresponding clamp arm load. allows us to compute Clamp arm load can be expressed in terms of applied pressure (eg, 130-180 psi) or applied force (eg, 3.5-5 lbs or nominally 4.5 lbs). In some aspects, a bipolar electrode array may have power delivered to the positive and negative electrodes from a monopolar or bipolar RF electrosurgical generator. The generator power output may be a function of various constants, variables, or minimums (e.g., 45W, 35W, or 5W), various variables associated with the surgical instrument and/or generator (e.g., ultrasonic blade or clamp arm force amplitude), or may be dictated by an algorithm for controlling the generator according to its power curve (eg, during generator ramp-up).

図70は、本開示の少なくとも1つの態様による、組織の位置を検出するための単一ジョー電極アレイを含むエンドエフェクタ130400を示す。図示の態様では、エンドエフェクタ130400は、その上に配設された電極アレイ130431を有する第1のジョー130430と、第2のジョー130432と、を含む。電極アレイ130431は、RF発生器などのエネルギー源に結合された電極130429を含む。エンドエフェクタ130400は、超音波外科用器具用のエンドエフェクタを含むことができ、第2のジョー130432は、例えば、超音波ブレード1128(図23)、電気外科用器具、外科用ステープル留め及び切断器具のためのエンドエフェクタなどである。第2のジョー130432は、例えば、超音波ブレード1128(図23)、又は電気外科用若しくは外科用ステープル留め及び切断器具の協働ジョーを含むことができる。図示の態様では、電極アレイ130431は、概ねヘリンボーン形状のパターンで配列された12個の電極130429を含む。しかしながら、電極アレイ130431内の電極130429の数、形状、及び配列は、単に例示の目的のために過ぎない。したがって、電極アレイ130431は、電極130429の様々な数、形状、及び/又は配列を含むことができる。例えば、電極130429の数は、組織の位置を検出するための所望の分解能に従って調整することができる。 FIG. 70 shows an end effector 130400 including a single jaw electrode array for detecting tissue position, according to at least one aspect of the present disclosure. In the illustrated aspect, the end effector 130400 includes a first jaw 130430 having an electrode array 130431 disposed thereon, and a second jaw 130432 . Electrode array 130431 includes electrodes 130429 coupled to an energy source, such as an RF generator. The end effector 130400 can comprise an end effector for an ultrasonic surgical instrument, the second jaw 130432 can be, for example, an ultrasonic blade 1128 (FIG. 23), an electrosurgical instrument, a surgical stapling and cutting instrument. end effector for The second jaw 130432 can include, for example, an ultrasonic blade 1128 (FIG. 23), or cooperating jaws of an electrosurgical or surgical stapling and cutting instrument. In the illustrated embodiment, electrode array 130431 includes twelve electrodes 130429 arranged in a generally herringbone-shaped pattern. However, the number, shape, and arrangement of electrodes 130429 within electrode array 130431 are for illustrative purposes only. Accordingly, electrode array 130431 can include various numbers, shapes, and/or arrangements of electrodes 130429 . For example, the number of electrodes 130429 can be adjusted according to the desired resolution for detecting tissue location.

一態様では、電極アレイ130431は、物理的間隙によって分離され、極性が交互であり、又はエネルギー源の対向する端子(すなわち、供給端子及びリターン端子)に結合された電極130429を含むことができる。例えば、図示された態様では、偶数番号の電極130429は、第1の極性(例えば、正極性、又は電源の供給端子に結合)であることができ、奇数番号の電極130429は、第2の極性(例えば、負極性、又は電源のリターン端子に結合)であることができる。したがって、組織130410が隣接する電極130429に接触すると、組織130410は、双極電極130429を物理的及び電気的に橋絡し、それらの間に電流を流す。双極電極130429間の電流の流れは、電極アレイ130431に結合された制御回路又はプロセッサによって実行される制御アルゴリズムによって検出することができ、それによって、制御回路又はプロセッサが組織130410の存在を検出することを可能にする。 In one aspect, the electrode array 130431 can include electrodes 130429 separated by physical gaps, alternating in polarity, or coupled to opposite terminals (ie, supply and return terminals) of the energy source. For example, in the illustrated embodiment, even numbered electrodes 130429 can be of a first polarity (e.g., positive polarity or coupled to the supply terminal of a power supply) and odd numbered electrodes 130429 can be of a second polarity. (eg, negative polarity, or coupled to the return terminal of the power supply). Thus, when tissue 130410 contacts adjacent electrodes 130429, tissue 130410 physically and electrically bridges bipolar electrodes 130429, allowing current to flow between them. Current flow between the bipolar electrodes 130429 can be detected by a control algorithm executed by a control circuit or processor coupled to the electrode array 130431, whereby the control circuit or processor detects the presence of tissue 130410. enable

電極アレイ130431による組織の検出は、活性化マトリックスによって図式的に表すことができる。例えば、図71は、図70に示す電極アレイ130431による組織130410の位置を示す活性化マトリックス130550を示す。縦軸130554及び水平軸130555は両方とも電極アレイ130431の電極130429を表し、軸130554、130555に沿った数は、対応する番号付けされた電極130429を表す。活性化領域130552は、対応する電極130429間に導通が存在する場所、すなわち、組織130410が存在する場所を示す。図70では、組織130410は、第1、第2、及び第3の電極130429にわたって存在し、上述したように、電極130429は、いくつかの態様では極性を交互にすることができる。したがって、第1及び第2の電極130429の間と第2及び第3の電極130429の間とに電気的導通が存在する。この説明される態様では、同じ極性であるため、第1及び第3の電極130429の間には導通は存在しないことに留意されたい。これらの電極130429間の導通は、活性化マトリックス130550内の活性化領域130552によって図式的に示されている。また、活性化領域130552によって境界された領域130553は活性化として示されていないが、これは、この説明される態様では、電極130429はそれ自体との導通を有し得ないためであることに留意されたい。電極アレイ130431に結合された制御回路又はプロセッサによって実行される制御アルゴリズムは、組織の位置が、電気的導通が確立されている特定の電極130429に対応しているので、エンドエフェクタ130400内の組織130410の位置(電極130429の位置が既知であるため)、組織130410によって覆われたエンドエフェクタ130400のジョー130430、130432の割合、などを推定するように構成することができる。 Detection of tissue by the electrode array 130431 can be graphically represented by an activation matrix. For example, FIG. 71 shows an activation matrix 130550 indicating the location of tissue 130410 with the electrode array 130431 shown in FIG. Both the vertical axis 130554 and the horizontal axis 130555 represent the electrodes 130429 of the electrode array 130431 and the numbers along the axes 130554, 130555 represent the corresponding numbered electrodes 130429. Activated areas 130552 indicate where continuity exists between corresponding electrodes 130429, ie, where tissue 130410 exists. In FIG. 70, tissue 130410 is present across first, second, and third electrodes 130429, and as described above, electrodes 130429 may alternate in polarity in some aspects. Therefore, electrical continuity exists between the first and second electrodes 130429 and between the second and third electrodes 130429 . Note that in this illustrated embodiment there is no conduction between the first and third electrodes 130429 as they are of the same polarity. Conduction between these electrodes 130429 is shown diagrammatically by activated regions 130552 within activation matrix 130550 . Also note that the region 130553 bounded by the active region 130552 is not shown as active because, in this described embodiment, the electrode 130429 cannot have electrical continuity with itself. Please note. A control algorithm executed by a control circuit or processor coupled to the electrode array 130431 determines that the tissue 130410 within the end effector 130400 is positioned as the tissue location corresponds to a particular electrode 130429 with which electrical communication has been established. (because the position of the electrode 130429 is known), the percentage of jaws 130430, 130432 of the end effector 130400 that are covered by tissue 130410, and the like.

図72は、本開示の少なくとも1つの態様による、組織の位置を検出するためのデュアルジョー電極アレイを含むエンドエフェクタ130400を示す。図示の態様では、エンドエフェクタ130400は、その上に配設された第1の電極アレイ130431を有する第1のジョー130430と、その上に配設された第2の電極アレイ130433を有する第2のジョー130432とを含む。電極アレイ130431、130433は各々、RF発生器などのエネルギー源に結合された電極130429を含む。エンドエフェクタ130400は、電気外科用器具のエンドエフェクタ、外科用ステープル留め及び切断器具のためのエンドエフェクタ、などを含むことができる。上述したように、電極130429の数、形状、及び/又は配列は、様々な態様で変化し得る。例えば、図75では、電極アレイ130431、130433は、重なったタイル張り又は矩形パターンで配列されている。 FIG. 72 shows an end effector 130400 including a dual jaw electrode array for detecting tissue position, according to at least one aspect of the present disclosure. In the illustrated embodiment, the end effector 130400 has a first jaw 130430 having a first electrode array 130431 disposed thereon and a second jaw 130430 having a second electrode array 130433 disposed thereon. including jaws 130432; Electrode arrays 130431, 130433 each include electrodes 130429 coupled to an energy source, such as an RF generator. End effectors 130400 can include end effectors for electrosurgical instruments, end effectors for surgical stapling and cutting instruments, and the like. As noted above, the number, shape, and/or arrangement of electrodes 130429 may vary in various ways. For example, in FIG. 75 the electrode arrays 130431, 130433 are arranged in an overlapping tiled or rectangular pattern.

一態様では、電極アレイ130431、130433の対向する電極130429は、物理的間隙によって分離され、各電極アレイ130431、130433は、反対の極性であるか、又はエネルギー源の対向する端子(すなわち、供給端子及びリターン端子)に結合されている。例えば、図示された態様では、第1の電極アレイ130431は、第1の極性(例えば、正極性、又は電源の供給端子に結合)であることができ、第2の電極アレイ130433は、第2の極性(例えば、負極性、又は電源のリターン端子に結合)であることができる。したがって、組織130410が対向する電極アレイ130431、130433の各々の電極130429に接触すると、組織130410は、双極電極130429を物理的かつ電気的に橋絡し、それらの間に電流を流す。双極電極130429間の電流の流れは、電極アレイ130431、130433に結合された制御回路又はプロセッサによって実行される制御アルゴリズムによって検出することができ、それによって、制御回路又はプロセッサが組織130410の存在を検出することを可能にする。 In one aspect, the opposing electrodes 130429 of the electrode arrays 130431, 130433 are separated by a physical gap and each electrode array 130431, 130433 is of opposite polarity or opposing terminals (i.e., supply terminals) of the energy source. and return terminals). For example, in the illustrated embodiment, the first electrode array 130431 can be of a first polarity (eg, positive polarity or coupled to the supply terminal of a power source) and the second electrode array 130433 can be of a second polarity. (eg, negative polarity, or coupled to the return terminal of the power supply). Thus, when tissue 130410 contacts the electrodes 130429 of each of the opposing electrode arrays 130431, 130433, the tissue 130410 physically and electrically bridges the bipolar electrodes 130429 causing current to flow between them. Current flow between the bipolar electrodes 130429 can be detected by a control algorithm executed by a control circuit or processor coupled to the electrode arrays 130431, 130433, whereby the control circuit or processor detects the presence of tissue 130410. make it possible to

上述のように、活性化マトリックスは、組織の存在を図式的に表すことができる。例えば、図73は、図74に示すような組織130410の位置を示す活性化マトリックス130556を示す。縦軸130557は、第1の電極アレイ130431の電極130429を表し、水平軸130558は、第2の電極アレイ130433の電極130429を表し、軸130557、130558に沿った数は、各電極アレイ130431、130433の対応する番号付けされた電極130429を表す。活性化領域130552は、対応する電極130429間に導通が存在する場所、すなわち、組織130410が存在する場所を示す。図74では、組織130410は、第1の電極アレイ130431の第1、第2、及び第3の電極130431a、130431b、130431c、並びに第2の電極アレイ130433の第1、第2、及び第3の電極130433a、130433b、130433cに接して位置付けられている。したがって、電流がこれらの対向する電極の組の間を流れることができるので、対向する電極アレイ130431、130433のこれらの組の電極の各々の間に電気的導通が存在する。把持された組織130410の位置に起因する導通が存在する電極は、図73の活性化マトリックス130556内の活性化領域130552によって図式的に示されている。更に、組織130410は、第1の電極アレイ130431の第4、第5、及び第6の電極130431d、130431e、130431f、並びに第2の電極アレイ130433の第4、第5、及び第6の電極130433d、130433e、130433fに対して位置付けされていないため、これらの電極間に電気的導通がない。電極アレイ130431、130433に結合された制御回路又はプロセッサによって実行される制御アルゴリズムは、組織の位置が、電気的導通が確立されている特定の電極130429に対応しているので、エンドエフェクタ130400内の組織130410の位置(図74に示されているように、電極130429の位置が既知であるため)、組織130410によって覆われたエンドエフェクタ130400のジョー130430、130432の割合、などを推定するように構成することができる。図示の実施例では、第1及び第2の電極アレイ130431、130433の活性化された電極は、重なり合い、かつそれらの間に置かれた組織130410が存在する、電極130429である。 As noted above, the activation matrix can graphically represent the presence of tissue. For example, FIG. 73 shows activation matrix 130556 indicating the location of tissue 130410 as shown in FIG. The vertical axis 130557 represents the electrodes 130429 of the first electrode array 130431, the horizontal axis 130558 represents the electrodes 130429 of the second electrode array 130433, and the numbers along the axes 130557, 130558 are for each electrode array 130431, 130433 represents the corresponding numbered electrodes 130429 of . Activated areas 130552 indicate where continuity exists between corresponding electrodes 130429, ie, where tissue 130410 exists. In FIG. 74, the tissue 130410 has first, second, and third electrodes 130431a, 130431b, 130431c of the first electrode array 130431 and first, second, and third electrodes 130431c of the second electrode array 130433. Positioned in contact with electrodes 130433a, 130433b, 130433c. Thus, electrical continuity exists between each of these sets of electrodes of the opposing electrode arrays 130431, 130433 as current can flow between these opposing sets of electrodes. Electrodes for which there is continuity due to the position of grasped tissue 130410 are schematically indicated by activation regions 130552 in activation matrix 130556 of FIG. Further, the tissue 130410 includes the fourth, fifth and sixth electrodes 130431d, 130431e, 130431f of the first electrode array 130431 and the fourth, fifth and sixth electrodes 130433d of the second electrode array 130433. , 130433e, 130433f, there is no electrical continuity between these electrodes. A control algorithm executed by a control circuit or processor coupled to the electrode arrays 130431, 130433 determines that tissue locations within the end effector 130400 correspond to specific electrodes 130429 with which electrical communication has been established. configured to estimate the position of tissue 130410 (because the position of electrode 130429 is known, as shown in FIG. 74), the percentage of jaws 130430, 130432 of end effector 130400 covered by tissue 130410, etc. can do. In the illustrated example, the activated electrodes of the first and second electrode arrays 130431, 130433 are electrodes 130429 which overlap and have tissue 130410 placed therebetween.

別の態様では、エンドエフェクタは、様々な周波数で複数の信号又はピングを送信するように構成することができ、電極アレイは、各々が特定の周波数信号又は周波数変換を介した信号を検出することができる対応するバンドパスフィルタを含む、回路に結合することができる。電極アレイ回路の様々な部分は、異なる周波数に同調されたバンドパスフィルタを含むことができる。したがって、エンドエフェクタによって把持された組織の位置は、特定の検出された信号に対応する。信号は、例えば、非治療的周波数で(例えば、RF電気外科用器具の治療周波数範囲を超える周波数で)送信することができる。電極アレイ回路は、例えば、フレックス回路を含むことができる。 In another aspect, the end effector can be configured to transmit multiple signals or pings at various frequencies, and the electrode arrays each detect a specific frequency signal or signal via frequency conversion. can be coupled to a circuit including a corresponding bandpass filter that can Various portions of the electrode array circuitry may contain bandpass filters tuned to different frequencies. Accordingly, the position of tissue grasped by the end effector corresponds to a particular detected signal. Signals can be transmitted, for example, at non-therapeutic frequencies (eg, at frequencies above the therapeutic frequency range of RF electrosurgical instruments). The electrode array circuitry can include, for example, flex circuitry.

図75は、本開示の少なくとも1つの態様による、第1のセグメント化電極アレイ130431を有する第1のジョー130430と、第2のセグメント化電極アレイ130433を有する第2のジョー130432とを含むエンドエフェクタ130400を示す。更に、図76は、第2のジョー130432の上に置かれた、エンドエフェクタ130400によって把持される組織130410を示す。一態様では、第1の電極アレイ130431は、様々な周波数(例えば、非治療的周波数)で信号を送信するように構成され、第2の電極アレイ130433は、エンドエフェクタ130400によって把持された組織130410を通して信号を受信するように構成されている(すなわち、組織130410が電極アレイ130431、130433の両方に接触しているとき)。第2の電極アレイ130433は、図77に示すようなセグメント化電極アレイ回路130600を含むことができ、各回路セグメントは、第2の電極アレイ130433の各電極130602に結合されたバンドパスフィルタ130601を含む。各バンドパスフィルタ130601は、1つ又は2つ以上のコンデンサ130604及び1つ又は2つ以上のインダクタ130606を含むことができ、コンデンサ130604及びインダクタ130606の数、配列、及び値は、各バンドパスフィルタ130601を特定の周波数又は周波数帯域に同調するように選択することができる。組織130410は、電極アレイ130431、130433間の信号伝導媒体として機能し、第2の電極アレイ130433の異なる部分は、様々な周波数の信号を検出するように同調される(異なって同調されたバンドパスフィルタ130601を介して)ので、電極アレイ130431、130433に連結された制御回路又はプロセッサによって実行される制御アルゴリズムは、それによってどの信号が検出されるかに従って組織130410の位置を推定するように構成することができる。図示された態様では、電極アレイ130431、130433は、半円形の端部セグメントを有する概してタイル張りパターンに配列された6つの電極セグメント130602を含むが、しかしながら、電極アレイ130431、130433内の電極130602の数、形状、及び配列は、単に例示目的のためのものである。したがって、電極アレイ130431、130433は、電極130602の様々な数、形状、及び/又は配列を含むことができる。例えば、電極130602の数は、組織の位置を検出するための所望の分解能に従って調整することができる。 FIG. 75 shows an end effector including a first jaw 130430 having a first segmented electrode array 130431 and a second jaw 130432 having a second segmented electrode array 130433, according to at least one aspect of the present disclosure 130400. Additionally, FIG. 76 shows tissue 130410 being grasped by end effector 130400 overlying second jaw 130432 . In one aspect, the first electrode array 130431 is configured to transmit signals at various frequencies (eg, non-therapeutic frequencies) and the second electrode array 130433 is configured to transmit signals to the tissue 130410 grasped by the end effector 130400. (ie, when tissue 130410 is in contact with both electrode arrays 130431, 130433). The second electrode array 130433 can include segmented electrode array circuitry 130600 as shown in FIG. include. Each bandpass filter 130601 may include one or more capacitors 130604 and one or more inductors 130606, the number, arrangement, and value of capacitors 130604 and inductors 130606 being 130601 can be selected to tune to a particular frequency or frequency band. The tissue 130410 acts as a signal conducting medium between the electrode arrays 130431, 130433, and different portions of the second electrode array 130433 are tuned to detect signals of various frequencies (differently tuned bandpass through the filter 130601), the control algorithm executed by the control circuit or processor coupled to the electrode arrays 130431, 130433 is configured to estimate the position of the tissue 130410 according to which signals are detected thereby. be able to. In the illustrated embodiment, the electrode arrays 130431, 130433 include six electrode segments 130602 arranged in a generally tiled pattern with semi-circular end segments; Numbers, shapes, and arrangements are for illustrative purposes only. Accordingly, electrode arrays 130431 , 130433 can include varying numbers, shapes, and/or arrangements of electrodes 130602 . For example, the number of electrodes 130602 can be adjusted according to the desired resolution for detecting tissue location.

図78は、本開示の少なくとも1つの態様による、図76で把持された組織130410に対応する周波数応答のグラフ表示130650である。縦軸130652は振幅を表し、水平軸130654はRF周波数を表す。一態様では、第2の電極アレイ130433は、第1の中心周波数fS1(例えば、5MHz)によって規定される周波数帯域に同調された第1の電極回路セグメント130602a、第2の中心周波数fS2(例えば、10MHz)によって規定される周波数帯域に同調された第2の電極回路セグメント130602b、第3の中心周波数fS3(例えば、15MHz)によって規定される周波数帯域に同調された第3の電極回路セグメント130602c、及び第4の中心周波数fS4(例えば、20MHz)によって規定される周波数帯域に同調された第4の電極回路セグメント130602dを含む。図78に示すように、感知周波数帯は、fT1(例えば、300kHz)からfT2(例えば、500kHz)及び/又は好ましい治療周波数(例えば、350kHz)によって規定される治療周波数範囲130656より上の感知周波数範囲130658を規定する。一態様では、感知周波数範囲130658内の中心感知周波数fS1、fS2、fS3、fS4は各々、規定された周波数値(例えば、5MHz)だけ分離されている。更に、感知周波数範囲130658は、4つの感知周波数帯域を含むものとして示されているが、これは単に例示目的のために過ぎない。図示の実施例では、把持された組織130410は、第2、第3、及び第4の電極回路セグメント130602b、130602c、130602dに接触している。したがって、検出された周波数応答は、対応する周波数の各々におけるピーク130655b、130655c、130655dを含む。したがって、制御アルゴリズムは、検出された周波数応答から組織130410の位置を推定することができ、すなわち、制御回路は、組織130410が、第2、第3、及び第4の電極回路セグメント130602b、130602c、130602dに接触し、他の回路セグメントには接触しないように、エンドエフェクタ130400内に位置付けされていると判定することができる。したがって、制御アルゴリズムは、エンドエフェクタ130400のジョー130430、130432に対する組織130410の位置、及び/又は組織130410と接触するジョー130430、130432の割合を推定することができる。 FIG. 78 is a graphical representation 130650 of frequency response corresponding to the tissue 130410 grasped in FIG. 76, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. Vertical axis 130652 represents amplitude and horizontal axis 130654 represents RF frequency. In one aspect, the second electrode array 130433 comprises a first electrode circuit segment 130602a tuned to a frequency band defined by a first center frequency f S1 (eg, 5 MHz), a second center frequency f S2 ( a second electrode circuit segment 130602b tuned to a frequency band defined by a third center frequency f S3 (e.g., 15 MHz); 130602c, and a fourth electrode circuit segment 130602d tuned to a frequency band defined by a fourth center frequency f S4 (eg, 20 MHz). As shown in FIG. 78, the sensing frequency band may range from f T1 (eg, 300 kHz) to f T2 (eg, 500 kHz) and/or sensing above the therapeutic frequency range 130656 defined by the preferred therapeutic frequency (eg, 350 kHz). A frequency range 130658 is defined. In one aspect, the center sensed frequencies f S1 , f S2 , f S3 , f S4 within the sensed frequency range 130658 are each separated by a defined frequency value (eg, 5 MHz). Additionally, although the sensing frequency range 130658 is shown as including four sensing frequency bands, this is for illustrative purposes only. In the illustrated example, the grasped tissue 130410 contacts the second, third and fourth electrode circuit segments 130602b, 130602c, 130602d. Accordingly, the detected frequency response includes peaks 130655b, 130655c, 130655d at each of the corresponding frequencies. Therefore, the control algorithm can estimate the position of the tissue 130410 from the detected frequency response, i.e., the control circuit determines that the tissue 130410 is located on the second, third, and fourth electrode circuit segments 130602b, 130602c, It can be determined to be positioned within end effector 130400 such that it contacts 130602d and no other circuit segment. Accordingly, the control algorithm can estimate the position of the tissue 130410 relative to the jaws 130430, 130432 of the end effector 130400 and/or the percentage of the jaws 130430, 130432 in contact with the tissue 130410.

適応型超音波ブレード温度監視
一態様では、超音波ブレードの温度に基づいて、超音波システムの様々なパラメータを調節するために、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムを用いてもよい。適応型超音波ブレード制御アルゴリズムによって制御又は調節される動作パラメータには、例えば、超音波ブレードの振幅、超音波変換器を駆動する制御信号、クランプアームによって印加される圧力、などを含めることができる。適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、発生器又は外科用器具のいずれかに位置する制御回路又はプロセッサによって実行され得る。
Adaptive Ultrasonic Blade Temperature Monitoring In one aspect, an adaptive ultrasonic blade control algorithm may be used to adjust various parameters of the ultrasonic system based on the temperature of the ultrasonic blade. Operating parameters controlled or adjusted by the adaptive ultrasonic blade control algorithm can include, for example, the amplitude of the ultrasonic blade, the control signal driving the ultrasonic transducer, the pressure applied by the clamp arm, and the like. . Adaptive ultrasonic blade control algorithms may be executed by a control circuit or processor located either on the generator or on the surgical instrument.

以下に更に詳細に記載される一例では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、超音波ブレードの温度を動的に監視し、それに応じて超音波ブレードの振幅及び/又は超音波変換器に提供される信号を調節する。以下に更に詳細に記載される別の例では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、超音波ブレードの温度を動的に監視し、それに応じてクランプアーム圧力を調節する。適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、上記「温度推定」の項で論じたように、超音波変換器の周波数スペクトルを分析することによってなど、様々な技術を介して超音波ブレードの温度を測定することができる。超音波ブレードの温度を決定するための他の技術は、非接触撮像を用いる。これら及び他の技術は、本明細書で詳細に説明されており、追加の詳細は、「SMART ENERGY DEVICES」と題された米国特許仮出願第62/692,768号に見出すことができる。 In one example, described in more detail below, the adaptive ultrasonic blade control algorithm dynamically monitors the temperature of the ultrasonic blade and accordingly provides the amplitude of the ultrasonic blade and/or the ultrasonic transducer. adjusts the signal that In another example, described in more detail below, the adaptive ultrasonic blade control algorithm dynamically monitors the temperature of the ultrasonic blade and adjusts the clamp arm pressure accordingly. The adaptive ultrasonic blade control algorithm measures the temperature of the ultrasonic blade through various techniques, such as by analyzing the frequency spectrum of the ultrasonic transducer, as discussed in the "Temperature Estimation" section above. be able to. Another technique for determining the temperature of an ultrasonic blade uses non-contact imaging. These and other techniques are described in detail herein, and additional details can be found in US Provisional Patent Application No. 62/692,768 entitled "SMART ENERGY DEVICES."

温度に従って超音波システムパラメータを調節
一態様では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、超音波ブレードの温度に基づいて、超音波システムの動作パラメータを調節するように構成することができる。「温度推定」の項で上述したように、超音波ブレード/変換器の固有周波数は温度と共に移動し、したがって、超音波ブレードの温度は、超音波変換器を駆動するために印加される電圧信号と電流信号との間の位相角から推定することができる。更に、超音波ブレード温度は、組織温度に対応する。いくつかの態様では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、超音波ブレード温度を検出し、その温度に従って外科用器具の動作パラメータを変調するように構成することができる。動作パラメータとしては、例えば、超音波変換器駆動信号の周波数、超音波ブレードの振幅(例えば、超音波変換器に供給される電流の大きさ又は振幅に対応することができる)、クランプアームによって印加される圧力、などを含むことができる。適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、発生器又は外科用器具のいずれかに位置する制御回路又はプロセッサによって実行され得る。
Adjusting Ultrasonic System Parameters According to Temperature In one aspect, the adaptive ultrasonic blade control algorithm can be configured to adjust operating parameters of the ultrasonic system based on the temperature of the ultrasonic blade. As discussed above in the "Temperature Estimation" section, the natural frequency of the ultrasonic blade/transducer moves with temperature, and thus the temperature of the ultrasonic blade is the voltage signal applied to drive the ultrasonic transducer. and the current signal. Additionally, ultrasonic blade temperature corresponds to tissue temperature. In some aspects, the adaptive ultrasonic blade control algorithm can be configured to sense the ultrasonic blade temperature and modulate operating parameters of the surgical instrument according to the temperature. Operating parameters include, for example, the frequency of the ultrasonic transducer drive signal, the amplitude of the ultrasonic blade (which can correspond, for example, to the magnitude or amplitude of the current supplied to the ultrasonic transducer), the pressure applied, and the like. Adaptive ultrasonic blade control algorithms may be executed by a control circuit or processor located either on the generator or on the surgical instrument.

したがって、一態様では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、「温度推定」の項で先に説明したように、超音波ブレードの共振周波数を検出し、その後、共振周波数波形のモーダルシフトを検出するために、共振周波数を経時的に監視する。共振波形のシフトは、超音波ブレードの温度の上昇などのシステム変化の発生と相関することができる。いくつかの態様では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、組織の温度を測定するために、超音波駆動信号の振幅、したがって超音波ブレード変位の振幅を調節するように構成することができる。他の態様では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、超音波ブレード及び/又は組織の温度を所定の温度又は所定の閾値内に保持するために(例えば、超音波ブレードの温度が高くなりすぎた場合に超音波ブレードを冷却することを可能にするために)、超音波ブレード及び/又は組織の温度に従って、超音波駆動信号の振幅、したがって超音波ブレード変位の振幅を制御するように構成することができる。更に他の態様では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、組織インピーダンス、組織温度、及び/又は超音波ブレード温度に従って、例えば、温度のオーバーシュートを最小限に抑えたり、超音波ブレードの熱流束を変更したりするために、電気外科用器具のRF電力及び波形を変調するように構成することができる。これら及び他の機能に関する更なる詳細は、例えば、図95~図100を参照して説明されている。 Thus, in one aspect, the adaptive ultrasonic blade control algorithm detects the resonant frequency of the ultrasonic blade and then detects the modal shift of the resonant frequency waveform, as described above in the "Temperature Estimation" section. To this end, the resonant frequency is monitored over time. A shift in the resonant waveform can be correlated with the occurrence of a system change, such as an increase in temperature of the ultrasonic blade. In some aspects, the adaptive ultrasonic blade control algorithm can be configured to adjust the amplitude of the ultrasonic drive signal, and thus the amplitude of the ultrasonic blade displacement, to measure tissue temperature. In other aspects, the adaptive ultrasonic blade control algorithm is configured to maintain the temperature of the ultrasonic blade and/or tissue within a predetermined temperature or predetermined threshold (e.g., when the ultrasonic blade temperature becomes too high). configured to control the amplitude of the ultrasonic drive signal, and thus the amplitude of the ultrasonic blade displacement, according to the temperature of the ultrasonic blade and/or tissue, in order to allow cooling of the ultrasonic blade, if applicable. can be done. In yet another aspect, the adaptive ultrasonic blade control algorithm can, for example, minimize temperature overshoots or reduce ultrasonic blade heat flux according to tissue impedance, tissue temperature, and/or ultrasonic blade temperature. It can be configured to modulate the RF power and waveform of the electrosurgical instrument in order to modify the power. Further details regarding these and other functions are described, for example, with reference to Figures 95-100.

図79は、本開示の少なくとも1つの態様による、駆動周波数及び超音波ブレード温度ドリフトの関数としての超音波変換器システムの周波数のグラフ表示130700である。水平軸130704は、超音波システム(例えば、超音波変換器及び/又は超音波ブレード)に印加される駆動周波数(例えば、Hz)を表し、縦軸130702は、結果として得られるインピーダンス位相角(例えば、ラジアン)を表す。第1のプロット130706は、通常又は周囲温度における超音波システムの特性共振波形を表す。第1のプロット130706で見ることができるように、超音波システムは、励起周波数fで駆動されるときに同相である(インピーダンス位相角が0ラジアン又は0ラジアン付近であるため)。したがって、fは、周囲温度における超音波システムの共振周波数を表す。第2のプロット130708は、超音波システムの温度が上昇したときの超音波システムの特性波形を表す。図79に示すように、超音波システムの温度が上昇するにつれて、超音波ブレード及び超音波変換器の特性波形(第1のプロット130706によって示されている)は、左に、例えば、より低い周波数レンジにシフトする。超音波システムの周波数波形のシフトにより、超音波システムは、励起周波数fで駆動されたときにもはや同相でなくなる。むしろ、共振周波数は、f′eに低くシフトしている。したがって、超音波システムに連結された制御回路は、超音波システムの共振周波数の変化を検出することによって、及び/又は以前に確立された共振周波数で駆動されたときに超音波システムが位相外れであることを検出することによって、超音波システムの温度変化を検出又は推定することができる。 FIG. 79 is a graphical representation 130700 of ultrasonic transducer system frequency as a function of drive frequency and ultrasonic blade temperature drift, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. The horizontal axis 130704 represents the drive frequency (eg, Hz) applied to the ultrasonic system (eg, ultrasonic transducer and/or ultrasonic blade), and the vertical axis 130702 represents the resulting impedance phase angle (eg, , radians). A first plot 130706 represents the characteristic resonant waveform of the ultrasound system at normal or ambient temperature. As can be seen in the first plot 130706, the ultrasound system is in-phase when driven at the excitation frequency f e (because the impedance phase angle is at or near 0 radians). Therefore, f e represents the resonant frequency of the ultrasound system at ambient temperature. A second plot 130708 represents the characteristic waveform of the ultrasound system as the temperature of the ultrasound system increases. As shown in FIG. 79, as the temperature of the ultrasonic system increases, the characteristic waveforms of the ultrasonic blade and ultrasonic transducer (indicated by the first plot 130706) shift to the left, e.g., to lower frequencies. Shift to range. Due to the frequency waveform shift of the ultrasound system, the ultrasound system is no longer in phase when driven at the excitation frequency fe . Rather, the resonant frequency is shifted lower to f'e. Accordingly, a control circuit coupled to the ultrasound system detects a change in the resonant frequency of the ultrasound system and/or determines whether the ultrasound system is out of phase when driven at a previously established resonant frequency. By detecting something, temperature changes in the ultrasound system can be detected or estimated.

それに対応して、いくつかの態様では、超音波システムに連結された制御回路は、超音波システムを同相に維持するために、超音波システムの推定された温度に従って、発生器によって超音波システムに印加される駆動信号を制御するように構成することができる。超音波システムを同相に維持することは、例えば、超音波システムの温度を制御するために利用することができる。上述のように、超音波ブレード及び/又は超音波変換器の温度が上昇するにつれて、電圧及び電流信号が同相である共振周波数が通常温度でのf(例えば、55.5kHz)からf′eへとシフトする。したがって、超音波システムの温度が上昇すると、制御回路は、発生器を制御して、超音波システムが駆動される周波数をfからf′eにシフトして、超音波システムを発生器駆動信号と同相に維持することができる。適応型超音波ブレード制御アルゴリズムの更なる説明については、上記の図43A~図54に関連する説明を参照されたい。 Correspondingly, in some aspects, a control circuit coupled to the ultrasound system causes the generator to heat the ultrasound system according to the estimated temperature of the ultrasound system to maintain the ultrasound system in phase. It can be configured to control the applied drive signal. Maintaining the ultrasound system in phase can be used, for example, to control the temperature of the ultrasound system. As noted above, as the temperature of the ultrasonic blade and/or ultrasonic transducer increases, the resonant frequency at which the voltage and current signals are in phase increases from f e (eg, 55.5 kHz) at normal temperature to f'e shift to Thus, as the temperature of the ultrasound system increases, the control circuit controls the generator to shift the frequency at which the ultrasound system is driven from f e to f′ e so that the ultrasound system is driven by the generator drive signal. can be maintained in phase with See the discussion associated with FIGS. 43A-54 above for further discussion of adaptive ultrasonic blade control algorithms.

図80は、本開示の少なくとも1つの態様による、時間の関数としての超音波変換器の温度のグラフ表示130750である。縦軸130752は、超音波変換器の温度を表し、水平軸130754は時間を表す。一態様では、超音波変換器温度(プロット130756によって表されている)が温度閾値Tを満たす又は超えるとき、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、超音波変換器を制御して、超音波変換器の温度を閾値温度T以下に維持する。適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、例えば、超音波変換器に印加される電力及び/又は駆動信号を変調することによって、超音波変換器の温度を制御することができる。超音波ブレード/変換器の温度を制御するためのアルゴリズム及び技術の更なる説明は、「フィードバック制御」及び「温度制御を備える超音波封止アルゴリズム」の項、及びその開示が参照により本明細書に組み込まれる、「TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する、2018年3月8日出願の米国特許仮出願第62/640,417号に見出すことができる。 FIG. 80 is a graphical representation 130750 of ultrasonic transducer temperature as a function of time, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. Vertical axis 130752 represents ultrasonic transducer temperature and horizontal axis 130754 represents time. In one aspect, when the ultrasonic transducer temperature (represented by plot 130756) meets or exceeds the temperature threshold T1 , the adaptive ultrasonic blade control algorithm controls the ultrasonic transducer to Keep the temperature of the vessel below the threshold temperature T1 . The adaptive ultrasonic blade control algorithm can control the temperature of the ultrasonic transducer, for example, by modulating the power and/or drive signal applied to the ultrasonic transducer. Further description of algorithms and techniques for controlling the temperature of an ultrasonic blade/transducer can be found in the sections "Feedback Control" and "Ultrasonic Sealing Algorithm with Temperature Control", the disclosures of which are incorporated herein by reference. No. 62/640,417, filed March 8, 2018, entitled "TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR", which is incorporated by reference herein.

図81は、本開示の少なくとも1つの態様による、超音波ブレードの温度の関数として共振周波数を移動させる超音波ブレードの温度に基づく共振周波数のモーダルシフトのグラフ表示である。第1のグラフ130800では、縦軸130802は、共振周波数の変化(Δf)を表し、水平軸130804は、発生器の超音波変換器駆動周波数を表す。第2、第3、及び第4のグラフ130810、130820、130830において、縦軸130812、130822、130832はそれぞれ周波数(f)、電流(I)、及び温度(T)を表し、水平軸130814、130824、130834は時間(t)を表す。第1のグラフ130810は、温度変化に起因する超音波システムの周波数シフトを表す。第2のグラフ130820は、安定した周波数及び温度を保持するための、超音波変換器内の電流、又は振幅調整を表す。第3のグラフ130830は、組織及び/又は超音波システムの温度変化を表す。グラフ130800、130810、130820、130830のセットは、併せて、超音波システムの温度を制御するように構成された制御アルゴリズムの機能を実証する。 FIG. 81 is a graphical representation of a modal shift in resonant frequency based on ultrasonic blade temperature shifting resonant frequency as a function of ultrasonic blade temperature, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; In the first graph 130800, the vertical axis 130802 represents the change in resonant frequency (Δf) and the horizontal axis 130804 represents the ultrasonic transducer driving frequency of the generator. In the second, third, and fourth graphs 130810, 130820, 130830, vertical axes 130812, 130822, 130832 represent frequency (f), current (I), and temperature (T), respectively, and horizontal axes 130814, 130824 , 130834 represents time (t). A first graph 130810 represents the frequency shift of the ultrasound system due to temperature changes. A second graph 130820 represents current or amplitude adjustments in the ultrasonic transducer to maintain stable frequency and temperature. A third graph 130830 represents changes in tissue and/or ultrasound system temperature. The set of graphs 130800, 130810, 130820, 130830 together demonstrate the functionality of a control algorithm configured to control the temperature of an ultrasound system.

制御アルゴリズムは、超音波システムの温度が温度閾値Tに近づいたときに超音波システム(例えば、超音波変換器及び/又は超音波ブレード)を制御するように構成することができる。一態様では、制御アルゴリズムは、超音波システムの共振周波数が閾値Δfだけ低下したかどうかに従って、温度閾値Tが近づいているか、又は到達したことを判定するように構成することができる。第1のグラフ130800によって示されるように、閾値温度Tに対応する周波数の変化閾値Δfは、同様に、(プロット130806によって表されるように)超音波システムの駆動周波数fの関数であり得る。第2のグラフ130810及び第4のグラフ130830によって示されるように、組織及び/又は超音波ブレードの温度が上昇するにつれて(温度プロット130836によって表されている)、共振周波数はそれに応じて減少する(周波数プロット130816によって表されている)。温度プロット130836が時間tで温度閾値T(例えば、130℃)に近づくと、共振周波数がfからfまで低下し、共振周波数を制御アルゴリズムの周波数の変化閾値Δfに到達させ、それによって制御アルゴリズムに超音波システム温度を安定化させるように作用させる。超音波システムの共振周波数の変化を監視することにより、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、これにより超音波システムの温度を監視することができる。更に、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、温度が閾値Tを満たす又は超えるときに、組織及び/又は超音波ブレードの温度及び/又は共振周波数を安定化させるために、超音波変換器に印加される電流を調節する(例えば、減少させる)か、さもなければ超音波ブレードの振幅を調整するように構成することができる(電流プロット130826によって表されている)。 The control algorithm can be configured to control the ultrasound system (eg, the ultrasound transducer and/or the ultrasound blade) when the temperature of the ultrasound system approaches the temperature threshold T1 . In one aspect, the control algorithm can be configured to determine when the temperature threshold T1 is approached or reached according to whether the resonant frequency of the ultrasound system has decreased by a threshold ΔfR . As shown by the first graph 130800, the frequency change threshold Δf R corresponding to the threshold temperature T 1 is similarly a function of the driving frequency f D of the ultrasound system (as represented by plot 130806). could be. As illustrated by the second graph 130810 and the fourth graph 130830, as the temperature of the tissue and/or the ultrasonic blade increases (represented by the temperature plot 130836), the resonant frequency correspondingly decreases ( represented by the frequency plot 130816). When the temperature plot 130836 approaches the temperature threshold T 1 (e.g., 130° C.) at time t 1 , the resonant frequency decreases from f 1 to f 2 , causing the resonant frequency to reach the control algorithm's frequency change threshold Δf R ; This causes the control algorithm to act to stabilize the ultrasound system temperature. By monitoring changes in the resonant frequency of the ultrasonic system, the adaptive ultrasonic blade control algorithm can thereby monitor the temperature of the ultrasonic system. In addition, the adaptive ultrasonic blade control algorithm applies a It can be configured to adjust (eg, decrease) the current drawn or otherwise adjust the amplitude of the ultrasonic blade (represented by current plot 130826).

別の態様では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、温度が閾値Tを満たす又は超えるときに、クランプアームによって組織に加えられる圧力を調節する(例えば、減少させる)ように構成することができる。様々な他の態様では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、温度に従って超音波システムと関連付けられた様々な他の動作パラメータを調節するように構成することができる。別の態様では、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、複数の温度閾値を監視するように構成することができる。例えば、第2の温度閾値Tは、例えば、クランプアームの融解又は故障温度を表すことができる。したがって、適応型超音波ブレード制御アルゴリズムは、満たされた又は超過した特定の温度閾値に従って、同じ又は異なる動作をとるように構成することができる。 In another aspect, the adaptive ultrasonic blade control algorithm can be configured to adjust (eg, decrease) the pressure applied by the clamp arm to the tissue when the temperature meets or exceeds the threshold T1 . . In various other aspects, the adaptive ultrasonic blade control algorithm can be configured to adjust various other operating parameters associated with the ultrasonic system according to temperature. In another aspect, the adaptive ultrasonic blade control algorithm can be configured to monitor multiple temperature thresholds. For example, the second temperature threshold T2 can represent, for example, the melting or failure temperature of the clamp arm. Accordingly, adaptive ultrasonic blade control algorithms can be configured to take the same or different actions according to the specific temperature thresholds met or exceeded.

様々な態様では、非接触撮像を用いて、前述の技術に加えて又はその代わりに、超音波ブレードの温度を判定し得る。例えば、短波サーモグラフィを用いて、CMOS撮像センサを介して静止した周囲の場所からブレードを撮像することによってブレード温度を測定し得る。超音波導波管又は超音波ブレードの温度のサーモグラフィ非接触監視を用いて、組織温度を制御してもよい。他の態様では、非接触撮像を用いて、超音波ブレードの表面状態及び仕上げを判定し、近IR検出技術により組織及び/又は超音波ブレードの温度を改善し得る。 In various aspects, non-contact imaging may be used to determine the temperature of the ultrasonic blade in addition to or instead of the techniques described above. For example, short wave thermography may be used to measure blade temperature by imaging the blade from a stationary ambient location via a CMOS imaging sensor. Thermographic non-contact monitoring of ultrasonic waveguide or ultrasonic blade temperature may be used to control tissue temperature. In other aspects, non-contact imaging may be used to determine the surface condition and finish of the ultrasonic blade and improve tissue and/or ultrasonic blade temperature through near-IR sensing techniques.

ジョーの状態を決定
超音波エネルギー送達に伴う課題は、誤った材料又は誤った組織に適用された超音波音響が、装置の故障、例えば、クランプアームパッドの溶け落ち、又は超音波ブレードの破損という結果になり得ることである。また、ジョー内に追加のセンサを追加することなく、超音波装置のエンドエフェクタのジョー内に何が位置しているか、及びジョーの状態を検出することも望ましい。超音波エンドエフェクタのジョー内にセンサを位置決めすることは、信頼性、コスト、及び複雑性の課題を提起する。
Determining Jaw Condition A challenge with ultrasonic energy delivery is that ultrasonic sound applied to the wrong material or the wrong tissue can lead to device failure, e.g., clamp arm pad burn-through, or ultrasonic blade breakage. It can be the result. It is also desirable to detect what is within the jaws of an end effector of an ultrasound system and the state of the jaws without adding additional sensors within the jaws. Positioning sensors within the jaws of an ultrasonic end effector poses reliability, cost, and complexity challenges.

超音波分光法スマートブレードアルゴリズム技術が、本開示の少なくとも1つの態様による、超音波変換器ブレードを駆動するように構成された超音波変換器のインピーダンス Ultrasound transducer impedance configured for ultrasound spectroscopy smart blade algorithm technology to drive an ultrasound transducer blade according to at least one aspect of the present disclosure

Figure 0007279051000021
に基づいて、ジョーの状態(クランプアームパッドの溶け落ち、ステープル、破損ブレード、ジョー内の骨、ジョー内の組織、ジョーを閉じた状態でのバックカットなど)を推定するために用いられてもよい。インピーダンスZ(t)、大きさ|Z|、及び位相φは、周波数fの関数としてプロットされる。
Figure 0007279051000021
Based on the good. Impedance Z g (t), magnitude |Z|, and phase φ are plotted as a function of frequency f.

動的機械分析(DMA)、動的機械分光法又は単純に機械的分光法としても知られている、は、材料を研究及び特性化するために使用される技術である。正弦波応力が材料に適用され、材料内の歪みが測定され、材料の複素弾性率の決定を可能にする。超音波装置に適用される分光法は、周波数の掃引(合成信号又は従来の周波数掃引)で超音波ブレードの先端を励起し、結果として得られる複素インピーダンスを各周波数で測定することを含む。周波数の範囲にわたる超音波変換器の複素インピーダンス測定値は、超音波エンドエフェクタの特性を推定するために分類子又はモデルで使用される。一態様では、本開示は、超音波装置の自動化を推進するために超音波エンドエフェクタ(クランプアーム、ジョー)の状態を決定するための技術を提供する(例えば、装置を保護するための電力の無効化、適応アルゴリズムの実行、情報の検索、組織の識別など)。 Dynamic mechanical analysis (DMA), also known as dynamic mechanical spectroscopy or simply mechanical spectroscopy, is a technique used to study and characterize materials. A sinusoidal stress is applied to the material and the strain in the material is measured, allowing the determination of the material's complex elastic modulus. Spectroscopy applied to ultrasonic devices involves exciting the tip of an ultrasonic blade with a sweep of frequencies (either a synthetic signal or a conventional frequency sweep) and measuring the resulting complex impedance at each frequency. Complex impedance measurements of the ultrasonic transducer over a range of frequencies are used in a classifier or model to estimate the properties of the ultrasonic end effector. In one aspect, the present disclosure provides techniques for determining the state of ultrasonic end effectors (clamp arms, jaws) to facilitate automation of ultrasonic devices (e.g., power consumption to protect the device). disabling, running adaptive algorithms, retrieving information, identifying organizations, etc.).

図82は、本開示の少なくとも1つの態様による、インピーダンスZ(t)、大きさ|Z|、及び位相φが周波数fの関数としてプロットされている、エンドエフェクタの様々な異なる状態及び条件を有する超音波装置のスペクトル132030である。スペクトル132030は3次元空間にプロットされており、周波数(Hz)はx軸に沿ってプロットされ、位相(ラジアン)はy軸に沿ってプロットされ、大きさ(オーム)はz軸に沿ってプロットされている。 FIG. 82 illustrates various different states and conditions of the end effector with impedance Z g (t), magnitude |Z|, and phase φ plotted as a function of frequency f, according to at least one aspect of the present disclosure. 132030 of an ultrasound device with The spectrum 132030 is plotted in three-dimensional space, with frequency (Hz) plotted along the x-axis, phase (radians) plotted along the y-axis, and magnitude (ohms) plotted along the z-axis. It is

異なるジョーバイト及び装置状態のスペクトル分析が、異なる条件及び状態の周波数範囲にわたって異なる複素インピーダンス特性パターン(指紋)を生成する。各状態又は条件は、プロットされたとき、3D空間において異なる特性パターンを有する。これらの特性パターンは、エンドエフェクタの条件及び状態を推定するために使用することができる。図82は、空気132032、クランプアームパッド132034、セーム革132036、ステープル132038、及び破損ブレード132040のスペクトルを示す。セーム革132036は、異なる種類の組織を特徴付けるために使用されて得る。 Spectral analysis of different joovites and device conditions produces different complex impedance characteristic patterns (fingerprints) over the frequency range for different conditions and conditions. Each state or condition has a different characteristic pattern in 3D space when plotted. These characteristic patterns can be used to estimate end effector conditions and states. FIG. 82 shows the spectra of air 132032, clamp arm pad 132034, chamois 132036, staple 132038, and broken blade 132040. FIG. Chamois 132036 can be used to characterize different types of tissue.

スペクトル132030は、超音波変換器にわたって低電力電気信号を印加して、超音波ブレードの非治療的励起を生成することによって評価することができる。低電力電気信号は、FFTを使用して、直列(掃引)又は並列(合成信号)の周波数範囲で超音波変換器全体のインピーダンス Spectrum 132030 can be evaluated by applying a low power electrical signal across an ultrasonic transducer to produce non-therapeutic excitation of the ultrasonic blade. A low-power electrical signal is obtained using FFT to determine the impedance across the ultrasonic transducer in the frequency range in series (swept) or parallel (combined signal).

Figure 0007279051000022
を測定するために、掃引又は合成フーリエ級数の形で適用することができる。
Figure 0007279051000022
can be applied in the form of a swept or synthetic Fourier series to measure

新たなデータの分類の方法
各特性パターンに関して、パラメトリックラインは、多項式、フーリエ級数、又は便宜上規定され得るような任意の他の形態のパラメトリック方程式を使用して訓練に使用されるデータに適合させることができる。次いで、新たなデータ点が受信され、新たなデータ点から特性パターン訓練データにあてはめられた軌道までのユークリッド垂直距離を使用することによって分類される。新たなデータ点から各軌道(各軌道は異なる状態又は条件を表す)までの垂直距離は、点を状態又は条件に割り当てるために使用される。
New Data Classification Methods For each feature pattern, a parametric line is fitted to the data used for training using a polynomial, Fourier series, or any other form of parametric equation as may be defined for convenience. can be done. A new data point is then received and classified by using the Euclidean vertical distance from the new data point to the trajectory fitted to the characteristic pattern training data. The vertical distance from a new data point to each trajectory (each trajectory representing a different state or condition) is used to assign points to states or conditions.

訓練データ内の各点からあてはめられた曲線までの距離の確率分布を使用して、正確に分類された新たなデータ点の確率を推定することができる。これは、あてはめられた軌道の各新たなデータ点においてあてはめられた軌道に垂直な平面内の2次元確率分布を本質的に構築する。次いで、新たなデータ点は、正しい分類の確率に基づいて訓練セットに含められ、状態の高周波変化を容易に検出するが、装置が汚れたりパッドが摩耗しているなど、システム性能において発生する偏差を遅らせるように適応する適応的な学習分類子を作製することができる。 The probability distribution of the distance from each point in the training data to the fitted curve can be used to estimate the probability of a new data point being correctly classified. This essentially builds a two-dimensional probability distribution in the plane perpendicular to the fitted trajectory at each new data point of the fitted trajectory. New data points are then included in the training set based on the probability of correct classification to easily detect high frequency changes in condition, but also the deviations that occur in system performance, such as dirty equipment or worn pads. An adaptive learning classifier can be created that adapts to delay

図83は、本開示の少なくとも1つの態様による、超音波変換器インピーダンスZ(t)、大きさ|Z|、及び位相φが周波数fの関数としてプロットされている、一組の3D訓練データセット(S)のプロット132042のグラフ表示である。3D訓練データセット(S)プロット132042は、位相(ラジアン)がx軸に沿ってプロットされ、周波数(Hz)がy軸に沿ってプロットされ、大きさ(オーム)がz軸に沿ってプロットされている3次元空間に図式的に示されており、パラメトリックフーリエ級数が3D訓練データセット(S)にあてはめられている。データを分類するための方法は、3D訓練データセットに基づいている(S0は、プロット132042を生成するために使用される)。 FIG. 83 shows a set of 3D training data in which ultrasound transducer impedance Z g (t), magnitude |Z|, and phase φ are plotted as a function of frequency f, in accordance with at least one aspect of the present disclosure; 132042 is a graphical representation of set (S) plot 132042; The 3D training data set (S) plot 132042 has phase (radians) plotted along the x-axis, frequency (Hz) plotted along the y-axis, and magnitude (ohms) plotted along the z-axis. , where a parametric Fourier series is fitted to the 3D training data set (S). The method for classifying the data is based on the 3D training dataset (S0 is used to generate plot 132042).

3D訓練データセット(S)にあてはまるパラメトリックフーリエ級数は、次式によって与えられる。 The parametric Fourier series fitted to the 3D training data set (S) is given by

Figure 0007279051000023
Figure 0007279051000023

新たな点 new point

Figure 0007279051000024
について、
Figure 0007279051000024
about,

Figure 0007279051000025
までの垂直距離は、次式よって見出される。
Figure 0007279051000025
The vertical distance to is found by

Figure 0007279051000026
次の場合、
Figure 0007279051000026
If

Figure 0007279051000027
すると、
D=D
Figure 0007279051000027
Then,
D = D⊥

Dの確率分布を使用して、グループSに属するデータ点 Data points belonging to group S using the probability distribution of D

Figure 0007279051000028
の確率を推定することができる。
Figure 0007279051000028
can be estimated.

対照
超音波変換器/超音波ブレードの起動前、起動中、又は起動後に測定されたデータの分類に基づいて、様々な自動化タスク及び安全対策を実施することができる。同様に、エンドエフェクタ内に位置する組織の状態及び超音波ブレードの温度もある程度推定することができ、超音波装置の状態をユーザによりよく知らせる、又は重要な構造物を保護するなどのために使用することもできる。超音波ブレードの温度制御は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、「TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する、2018年3月8日に出願された共同所有の米国特許仮出願第62/640,417号に記載されている。
Controls Various automated tasks and safety measures can be implemented based on classification of data measured before, during, or after activation of the ultrasonic transducer/ultrasound blade. Similarly, the condition of the tissue located within the end effector and the temperature of the ultrasonic blade can also be estimated to some extent and used to better inform the user of the condition of the ultrasonic device, protect critical structures, etc. You can also Temperature control of ultrasonic blades is disclosed in a commonly owned U.S. provisional patent entitled "TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR" filed March 8, 2018, which is incorporated herein by reference in its entirety. See application Ser. No. 62/640,417.

同様に、超音波ブレードがクランプアームパッドに接触している可能性が高いとき(例えば、間に組織なしで)、又は超音波ブレードが破損している、又は超音波ブレードが金属(例えば、ステープル)に触れている確率がある場合には、電力送達を低減することができる。更に、ジョーが閉じられており、超音波ブレードとクランプアームパッドとの間に組織が検出されない場合、バックカットを禁じることができる。 Similarly, when the ultrasonic blade is likely in contact with the clamp arm pad (e.g., with no tissue in between), or the ultrasonic blade is broken, or the ultrasonic blade is metal (e.g., staples). ), power delivery can be reduced. Additionally, backcutting can be inhibited if the jaws are closed and no tissue is detected between the ultrasonic blade and the clamp arm pad.

分類を改善するための他のデータの統合
このシステムは、確率関数及びカルマンフィルタを使用して、このプロセスからのデータを前述のデータと組み合わせることによって、センサ、ユーザ、患者の測定基準、環境要因などによって提供される他の情報と共に使用することができる。カルマンフィルタは、様々な信頼性の過度の不確かな測定値を考慮して生じる状態又は条件の最大尤度を決定する。この方法は、新たに分類されたデータ点への確率の割り当てを可能にするため、このアルゴリズムの情報は、カルマンフィルタ内の他の測定値又は推定値を用いて実施することができる。
Integrating Other Data to Improve Classification This system uses probability functions and Kalman filters to combine the data from this process with the data described above to provide information about sensors, users, patient metrics, environmental factors, etc. can be used with other information provided by The Kalman filter determines the maximum likelihood of a state or condition occurring considering various overly uncertain measurements of reliability. Since this method allows the assignment of probabilities to newly classified data points, the information in this algorithm can be implemented using other measurements or estimates within the Kalman filter.

図84は、本開示の少なくとも1つの態様による、複素インピーダンスパターン(指紋)に基づいて、ジョーの状態を決定するための制御プログラム又は論理構成を示すプロセスの論理フロー図132044である。複素インピーダンス特性パターン(指紋)に基づいてジョーの状態を決定する前に、データベースには、限定するものではないが、図82に示されるような、空気132032、クランプアームパッド132034、セーム革132036、ステープル132038、破損ブレード132040、並びに様々な組織の種類及び状態を含む、様々なジョーの状態を特徴付ける基準複素インピーダンス特性パターン又は訓練データセット(S)が投入されている。フルバイト又はチップの、乾いた又は湿ったセーム革が、異なる種類の組織を特徴付けるために使用されてもよい。基準複素インピーダンス特性パターン又は訓練データセット(S)を生成するために使用されるデータ点は、超音波変換器に治療レベル未満の駆動信号を適用し、所定の周波数範囲にわたって共振より下から共振より上に駆動周波数を掃引し、各周波数における複素インピーダンスを測定し、データ点を記録することによって得られる。次いで、データ点は、多項式曲線あてはめ、フーリエ級数、及び/又はパラメトリック方程式を含む様々な数値手法を使用して曲線にあてはめられる。基準複素インピーダンス特性パターン又は訓練データセット(S)にあてはまるパラメトリックフーリエ級数が、ここで説明される。 FIG. 84 is a process logic flow diagram 132044 illustrating a control program or logic configuration for determining jaw status based on a complex impedance pattern (fingerprint), in accordance with at least one aspect of the present disclosure. Prior to determining the state of the jaws based on the complex impedance characteristic pattern (fingerprint), the database includes, but is not limited to, air 132032, clamp arm pads 132034, chamois 132036, as shown in FIG. A reference complex impedance signature pattern or training data set (S) is populated that characterizes various jaw conditions, including staples 132038, failed blades 132040, and various tissue types and conditions. Full bite or chip dry or wet chamois may be used to characterize different types of tissue. The data points used to generate the reference complex impedance characteristic pattern or training data set (S) were obtained by applying a sub-therapeutic drive signal to the ultrasound transducer and moving from below resonance to above resonance over a given frequency range. It is obtained by sweeping the drive frequency over, measuring the complex impedance at each frequency, and recording the data points. The data points are then fitted to a curve using various numerical techniques including polynomial curve fitting, Fourier series, and/or parametric equations. A parametric Fourier series fitted to a reference complex impedance characteristic pattern or training data set (S) is now described.

基準複素インピーダンス特性パターン又は訓練データセット(S)が生成されると、超音波器具は新たなデータ点を測定し、新たな点を分類し、新たなデータ点を基準複素インピーダンス特性パターン又は訓練データセット(S)に追加すべきか否かを判定する。 Once the reference complex impedance signature pattern or training data set (S) is generated, the ultrasonic instrument measures new data points, classifies the new points, and converts the new data points to the reference complex impedance signature pattern or training data set. Determine whether to add to set (S).

ここで図84の論理フロー図を参照すると、一態様では、プロセッサ又は制御回路は、超音波変換器の複素インピーダンスを測定し(132046)、複素インピーダンスは、 Referring now to the logic flow diagram of FIG. 84, in one aspect, the processor or control circuit measures (132046) the complex impedance of the ultrasonic transducer, the complex impedance being:

Figure 0007279051000029
として定義される。プロセッサ又は制御回路は、複素インピーダンス測定データ点を受信し(132048)、複素インピーダンス測定データ点を基準複素インピーダンス特性パターン内のデータ点と比較する(132050)。プロセッサ又は制御回路は、比較分析の結果に基づいて複素インピーダンス測定データ点を分類し(132052)、比較分析の結果に基づいて、エンドエフェクタの状態又は条件を割り当てる(132054)。
Figure 0007279051000029
defined as A processor or control circuit receives (132048) the complex impedance measurement data points and compares (132050) the complex impedance measurement data points to data points in the reference complex impedance characteristic pattern. A processor or control circuit classifies (132052) the complex impedance measurement data points based on the results of the comparative analysis and assigns (132054) an end effector state or condition based on the results of the comparative analysis.

一態様では、プロセッサ又は制御回路は、プロセッサに連結されたデータベース又はメモリから、基準複素インピーダンス特性パターンを受信する。一態様では、プロセッサ又は制御回路は、以下のように、基準複素インピーダンス特性パターンを生成する。プロセッサ又は制御回路に連結された駆動回路は、初期周波数で開始し、最終周波数で終了し、それらの間の複数の周波数で、非治療的駆動信号を超音波変換器に印加する。プロセッサ又は制御回路は、各周波数における超音波変換器のインピーダンスを測定し、各インピーダンス測定値に対応するデータ点を記憶する。プロセッサ又は制御回路は、複数のデータ点を曲線あてはめして基準複素インピーダンス特性パターンを表す3次元曲線を生成し、ここで、大きさ|Z|及び位相φは、周波数fの関数としてプロットされる。曲線あてはめには、多項式曲線あてはめ、フーリエ級数、及び/又はパラメトリック方程式が含まれる。 In one aspect, the processor or control circuitry receives the reference complex impedance characteristic pattern from a database or memory coupled to the processor. In one aspect, a processor or control circuit generates a reference complex impedance characteristic pattern as follows. A drive circuit coupled to a processor or control circuit applies non-therapeutic drive signals to the ultrasound transducer starting at an initial frequency, ending at a final frequency, and at multiple frequencies therebetween. A processor or control circuit measures the impedance of the ultrasonic transducer at each frequency and stores data points corresponding to each impedance measurement. A processor or control circuit curves fits the plurality of data points to produce a three-dimensional curve representing the reference complex impedance characteristic pattern, where magnitude |Z| and phase φ are plotted as a function of frequency f. . Curve fitting includes polynomial curve fitting, Fourier series, and/or parametric equations.

一態様では、プロセッサ又は制御回路は、新たなインピーダンス測定データ点を受信し、新たなインピーダンス測定データ点から、基準複素インピーダンス特性パターンにあてはめられた軌道までのユークリッド垂直距離を使用して新たなインピーダンス測定データ点を分類する。プロセッサ又は制御回路は、新たなインピーダンス測定データ点が正しく分類される確率を推定する。プロセッサ又は制御回路は、新たなインピーダンス測定データ点の推定された正しい分類の確率に基づいて、新たなインピーダンス測定データ点を基準複素インピーダンス特性パターンに追加する。一態様では、プロセッサ又は制御回路は、訓練データセット(S)に基づいてデータを分類し、訓練データセット(S)は、複数の複素インピーダンス測定データを含み、かつパラメトリックフーリエ級数を使用して訓練データセット(S)を曲線あてはめし、Sはここで定義され、確率分布は、グループSに属する新しいインピーダンス測定データ点の確率を推定するために使用される。 In one aspect, the processor or control circuit receives a new impedance measurement data point and uses the Euclidean perpendicular distance from the new impedance measurement data point to a trajectory fitted to the reference complex impedance characteristic pattern to generate the new impedance Classify measurement data points. A processor or control circuit estimates the probability that the new impedance measurement data point will be classified correctly. A processor or control circuit adds new impedance measurement data points to the reference complex impedance characteristic pattern based on the estimated probability of correct classification of the new impedance measurement data points. In one aspect, the processor or control circuit classifies data based on a training data set (S), the training data set (S) comprising a plurality of complex impedance measurements and trained using a parametric Fourier series. A data set (S) is curve fitted, where S is defined and a probability distribution is used to estimate the probability of a new impedance measurement data point belonging to group S.

全体としてジョー又は外科用器具の状態を決定又は推定することに関する更なる詳細は、「SMART ENERGY DEVICES」と題された米国特許仮出願第62/692,768号に見出すことができる。 Further details regarding determining or estimating the state of jaws or surgical instruments as a whole can be found in US Provisional Patent Application No. 62/692,768, entitled "SMART ENERGY DEVICES."

状況認識
ここで図85を参照すると、例えば、外科用ハブ106又は206(図1~図11)などのハブの状況認識を示す時間線5200が示されている。時間線5200は例示的な外科処置、及び外科用ハブ106、206が、外科処置の各工程でデータソースから受信したデータから導き出すことができるコンテキスト情報である。時間線5200は、手術室を設置することから開始し、患者を術後回復室に移送することで終了する肺区域切除手術の過程で、看護師、外科医、及び他の医療関係者によって取られるであろう典型的な工程を示す。
Situational Awareness Referring now to FIG. 85, there is shown a timeline 5200 illustrating the situational awareness of a hub such as, for example, surgical hub 106 or 206 (FIGS. 1-11). Timeline 5200 is an exemplary surgical procedure and contextual information that surgical hubs 106, 206 can derive from data received from data sources at each step of the surgical procedure. Timeline 5200 is taken by nurses, surgeons, and other medical personnel during the course of a segmentectomy surgery, beginning with setting up the operating room and ending with transferring the patient to the post-operative recovery room. A typical process that might be followed is shown.

状況認識外科用ハブ106、206は、外科処置の過程全体にわたって、医療関係者が外科用ハブ106、206とペアリングされたモジュール式装置を使用する度に生成されるデータを含むデータをデータソースから受信する。外科用ハブ106、206は、ペアリングされたモジュール式装置及び他のデータソースからこのデータを受信して、任意の所与の時間に処置のどの工程が実施されているかなどの新しいデータが受信されると、進行中の処置に関する推定(すなわち、コンテキスト情報)を継続的に導出することができる。外科用ハブ106、206の状況認識システムは、例えば、レポートを生成するために処置に関するデータを記録する、医療関係者によって取られている工程を検証する、特定の処置工程に関連し得るデータ又はプロンプトを(例えば、ディスプレイスクリーンを介して)提供する、コンテキストに基づいてモジュール式装置を調節する(例えば、モニタを起動する、医療用撮像装置の視界(FOV)を調節する、又は超音波外科用器具若しくはRF電気外科用器具のエネルギーレベルを変更するなど)、及び上記の任意の他のこうした動作を行うことが可能である。 The situational awareness surgical hub 106, 206 sources data throughout the course of a surgical procedure, including data generated each time a modular device paired with the surgical hub 106, 206 is used. receive from The surgical hubs 106, 206 receive this data from paired modular devices and other data sources to receive new data such as what steps of the procedure are being performed at any given time. Once done, inferences (ie, contextual information) about the ongoing procedure can be continuously derived. The situational awareness system of the surgical hub 106, 206 may, for example, record data regarding procedures to generate reports, verify steps being taken by medical personnel, collect data that may be relevant to a particular procedure step, or Provide prompts (e.g., via a display screen), adjust modular devices based on context (e.g., activate a monitor, adjust the field of view (FOV) of a medical imaging device, or perform ultrasound surgical changing the energy level of the instrument or RF electrosurgical instrument), and any other such actions described above.

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。 As a first step 5202 in this exemplary procedure, hospital personnel retrieve the patient's EMR from the hospital's EMR database. Based on selected patient data in the EMR, surgical hub 106, 206 determines that the procedure to be performed is a thoracic procedure.

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)。 In a second step 5204, personnel scan incoming medical supplies for treatment. The surgical hub 106, 206 cross-references the scanned supplies with lists of supplies utilized in various types of procedures to confirm that the mix of supplies corresponds to the thoracic procedure. Additionally, the surgical hub 106, 206 can also determine that the procedure is not a wedge procedure (either the incoming product does not include the specific product required for a thoracic wedge procedure or the otherwise thoracic wedge procedure). either because it does not correspond to the wedge treatment).

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。 In a third step 5206, medical personnel scan the patient's band via a scanner communicatively connected to the surgical hub 106,206. The surgical hub 106, 206 can then verify the patient's identity based on the scanned data.

第4の工程5208では、医療スタッフが補助装置をオンにする。利用される補助装置は、外科処置の種類及び外科医によって使用される技術に従って変わり得るが、この例示的な場合では、これらとしては、排煙器、吸入器、及び医療用撮像装置が挙げられる。起動されると、モジュール式装置である補助装置は、その初期化プロセスの一部として、モジュール式装置の特定の近傍内に位置する外科用ハブ106、206と自動的にペアリングすることができる。続いて、外科用ハブ106、206は、この術前又は初期化段階中にそれとペアリングされるモジュール式装置の種類を検出することによって、外科処置に関するコンテキスト情報を導出することができる。この特定の実施例では、外科用ハブ106、206は、ペアリングされたモジュール式装置のこの特定の組み合わせに基づいて、外科処置がVATS手術であると判定する。患者のEMRからのデータの組み合わせ、手術に用いられる医療用品のリスト、及びハブに接続するモジュール式装置の種類に基づいて、外科用ハブ106、206は、外科チームが実施する特定の処置を概ね推定することができる。外科用ハブ106、206が、何の特定の処置が実施されているかを知ると、続いて外科用ハブ106、206は、メモリから、又はクラウドからその処置の工程を読み出して、次に接続されたデータソース(例えば、モジュール式装置及び患者監視装置)からその後受信したデータを相互参照して、外科処置のどの工程を外科チームが実行しているかを推定することができる。 In a fourth step 5208, the medical staff turns on the assistive device. The auxiliary devices utilized may vary according to the type of surgical procedure and the technique used by the surgeon, but in this exemplary case they include smoke evacuators, inhalers, and medical imaging equipment. When activated, an auxiliary device that is a modular device can automatically pair with surgical hubs 106, 206 located within a particular proximity of the modular device as part of its initialization process. . The surgical hub 106, 206 can then derive contextual information about the surgical procedure by detecting the type of modular device paired with it during this preoperative or initialization phase. In this particular example, surgical hubs 106, 206 determine that the surgical procedure is a VATS procedure based on this particular combination of paired modular devices. Based on the combination of data from the patient's EMR, the list of medical supplies used in the surgery, and the type of modular device that connects to the hub, the surgical hub 106, 206 can approximate the specific procedure to be performed by the surgical team. can be estimated. Once the surgical hub 106, 206 knows what particular procedure is being performed, then the surgical hub 106, 206 retrieves the procedures for that procedure from memory or from the cloud and then connects. Data subsequently received from other data sources (eg, modular devices and patient monitors) can be cross-referenced to deduce which steps of the surgical procedure the surgical team is performing.

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。 In a fifth step 5210, personnel attach EKG electrodes and other patient monitoring devices to the patient. EKG electrodes and other patient monitoring devices can be paired with the surgical hub 106,206. Once the surgical hub 106, 206 begins receiving data from the patient monitor, the surgical hub 106, 206 confirms that the patient is in the operating room.

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。 In a sixth step 5212, medical personnel induce anesthesia in the patient. The surgical hub 106, 206 determines that the patient is under anesthesia based on data from the modular device and/or patient monitor including, for example, EKG data, blood pressure data, ventilator data, or combinations thereof. can be estimated. Completion of the sixth step 5212 completes the preoperative portion of the segmentectomy surgery and begins the surgical portion.

第7の工程5214では、操作されている患者の肺が虚脱される(換気が対側肺に切り替えられる間に)。外科用ハブ106、206は、例えば、患者の肺が虚脱されたことをベンチレータデータから推定することができる。外科用ハブ106、206は、患者の肺が虚脱したのを検出したことを、処置の予期される工程(事前にアクセス又は読み出すことができる)と比較することができるため、処置の手術部分が開始したことを推定して、それによって肺を虚脱させることがこの特定の処置における第1の手術工程であると判定することができる。 In a seventh step 5214, the lung of the patient being manipulated is collapsed (while ventilation is switched to the contralateral lung). The surgical hub 106, 206 can, for example, deduce from the ventilator data that the patient's lung has collapsed. The surgical hub 106, 206 can compare the detection of the patient's lung collapse to the expected steps of the procedure (which can be accessed or read out in advance) so that the surgical portion of the procedure is Assuming it has started, it can be determined that collapsing the lung is the first surgical step in this particular procedure.

第8の工程5216では、医療用撮像装置(例えば、スコープ)が挿入され、医療用撮像装置からのビデオ映像が開始される。外科用ハブ106、206は、医療用撮像装置への接続を通じて医療用撮像装置データ(すなわち、ビデオ又は画像データ)を受信する。医療用撮像装置データを受信すると、外科用ハブ106、206は、外科処置の腹腔鏡部分が開始したことを判定することができる。更に、外科用ハブ106、206は、実施されている特定の処置が、肺葉切除とは対照的に区域切除術であると判定することができる(処置の第2の工程5204で受信したデータに基づいて、楔形処置は外科用ハブ106、206によって既に割り引かれていることに留意されたい)。医療用撮像装置124(図2)からのデータは、患者の解剖学的構造の可視化に関して配向されている医療用撮像装置の角度を判定することによる、用いられている(すなわち、起動されており、外科用ハブ106、206とペアリングされている)数又は医療用撮像装置を監視することによる、及び用いられている可視化装置の種類を監視することによる、ことを含む多くの異なる方法の中から実施されている処置の種類に関するコンテキスト情報を判定するために用いられ得る。例えば、VATS肺葉切除術を実施するための1つの技術は、カメラを患者の胸腔の前下方角部の横隔膜上方に配置し、一方、VATS区域切除術を実施するための1つの技術は、カメラを、区域裂に対して前肋間位置に配置する。例えば、パターン認識又は機械学習技術を使用して、状況認識システムは、患者の解剖学的構造の可視化に基づいて、医療用撮像装置の位置を認識するように訓練され得る。別の例として、VATS肺葉切除術を実施するための1つの技術は単一の医療用撮像装置を利用するが、VATS区域切除術を実施するための別の技術は複数のカメラを利用する。更に別の例として、VATS区域切除術を実施するための1つの技術は、区域裂を可視化するために赤外線光源(可視化システムの一部として外科用ハブに通信可能に結合され得る)を使用し、これはVATS肺葉切除術では使用されない。医療用撮像装置からのこのデータのいずれか又は全てを追跡することによって、外科用ハブ106、206は、実行中の特定の種類の外科処置、及び/又は特定の種類の外科処置に使用されている技術を判定することができる。 In an eighth step 5216, a medical imaging device (eg, scope) is inserted and video footage from the medical imaging device is initiated. Surgical hubs 106, 206 receive medical imaging device data (ie, video or image data) through connections to medical imaging devices. Upon receiving the medical imaging device data, the surgical hub 106, 206 can determine that the laparoscopic portion of the surgical procedure has begun. Additionally, the surgical hub 106, 206 can determine that the particular procedure being performed is a segmentectomy as opposed to a lobectomy (based on the data received in the second step 5204 of the procedure). Note that the wedge procedure is already discounted by the surgical hubs 106, 206). Data from the medical imaging device 124 (FIG. 2) is used (i.e., activated) by determining the angle of the medical imaging device oriented with respect to visualization of the patient's anatomy. , by monitoring the number or medical imaging devices paired with the surgical hub 106, 206), and by monitoring the type of visualization device being used, among many different methods. can be used to determine contextual information about the type of treatment being performed from. For example, one technique for performing a VATS lobectomy places the camera above the diaphragm in the anterior inferior corner of the patient's thoracic cavity, while one technique for performing a VATS segmentectomy is to place the camera above the diaphragm. is placed in the anterior intercostal position relative to the segmental cleft. For example, using pattern recognition or machine learning techniques, a situational awareness system can be trained to recognize the location of medical imaging devices based on visualizations of patient anatomy. As another example, one technique for performing VATS lobectomy utilizes a single medical imaging device, while another technique for performing VATS segmentectomy utilizes multiple cameras. As yet another example, one technique for performing a VATS segmentectomy uses an infrared light source (which can be communicatively coupled to the surgical hub as part of the visualization system) to visualize the segmental cleft. , which is not used in VATS lobectomy. By tracking any or all of this data from the medical imaging device, the surgical hub 106, 206 can be used for the particular type of surgical procedure being performed and/or the type of surgical procedure being performed. technology can be determined.

第9の工程5218で、外科チームは、処置の切開工程を開始する。外科用ハブ106、206は、エネルギー器具が発射されていることを示すRF又は超音波発生器からのデータを受信するため、外科医が患者の肺を切開して分離するプロセスにあると推定することができる。外科用ハブ106、206は、受信されたデータを外科処置の読み出しされた工程と相互参照して、プロセスのこの時点(すなわち、上述された処置の工程が完了した後)で発射されているエネルギー器具が切開工程に対応していると判定することができる。特定の例では、エネルギー器具は、ロボット外科システムのロボットアームに取り付けられたエネルギーツールであり得る。 At a ninth step 5218, the surgical team begins the incision step of the procedure. The surgical hub 106, 206 receives data from the RF or ultrasound generator indicating that the energy device is being fired, so presuming that the surgeon is in the process of cutting and separating the patient's lungs. can be done. The surgical hub 106, 206 cross-references the received data with the readout steps of the surgical procedure to determine the energy being delivered at this point in the process (i.e., after the steps of the procedure described above have been completed). It can be determined that the instrument is compatible with the lancing process. In certain examples, the energy instrument can be an energy tool attached to a robotic arm of a robotic surgical system.

第10の工程5220で、外科チームは、処置の結紮工程に進む。外科用ハブ106、206は、器具が発射されていることを示す外科用ステープル留め及び切断器具からのデータを受信するため、外科医が動脈及び静脈を結紮していると推定することができる。前工程と同様に、外科用ハブ106、206は、外科用ステープル留め及び切断器具からのデータの受信を、読み出しされたプロセス内の工程と相互参照することによって、この推定を導出することができる。特定の例では、外科用器具は、ロボット外科システムのロボットアームに取り付けられた外科用ツールであり得る。 At a tenth step 5220, the surgical team proceeds to the ligation step of the procedure. The surgical hub 106, 206 receives data from the surgical stapling and severing instrument indicating that the instrument has been fired, so it can be inferred that the surgeon is ligating the artery and vein. Similar to the previous step, the surgical hub 106, 206 can derive this estimate by cross-referencing the receipt of data from the surgical stapling and severing instrument with the read out steps in the process. . In certain examples, the surgical instrument may be a surgical tool attached to a robotic arm of a robotic surgical system.

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。 In an eleventh step 5222, the segmental excision portion of the treatment is performed. The surgical hub 106, 206 can infer that the surgeon is transsecting parenchyma based on data from the surgical stapling and cutting instrument, including data from its cartridge. The cartridge data can correspond, for example, to the size or type of staples fired by the instrument. Since different types of staples are utilized on different types of tissue, the cartridge data can indicate the type of tissue being stapled and/or transected. In this case, the types of staples fired are applied to parenchymal tissue (or other similar tissue types) so that the surgical hub 106, 206 assumes that the segmentectomy portion of the procedure is being performed. can be done.

続いて第12の工程5224で、結節切開工程が実行される。外科用ハブ106、206は、RF又は超音波器具が発射されていることを示す発生器から受信したデータに基づいて、外科チームが結節を切開し、漏れ試験を実施していると推定することができる。この特定の処置の場合、実質組織が横切開された後に用いられるRF又は超音波器具は結節切開工程に対応しており、この結節切開工程により外科用ハブ106、206がこの推定を行うことが可能となる。異なる器具が特定の作業に対してより良好に適合するため、外科医は、処置中の特定の工程に応じて、定期的に外科用ステープル留め/切断器具と外科用エネルギー(すなわち、RF又は超音波)器具との間で交互に切り替えることに留意されたい。したがって、ステープル留め/切断器具及び外科用エネルギー器具が使用される特定のシーケンスは、外科医が処置のどの工程を実施中であるかを示すことができる。更に、特定の例では、外科処置中の1つ又は2つ以上の工程にロボットツールを使用することができ、かつ/又は外科処置中の1つ又は2つ以上の工程にハンドヘルド外科用器具を使用することができる。外科医(複数可)は、例えば、ロボットツールとハンドヘルド外科用器具とを順に交代させることができ、かつ/又は、例えば、装置を同時に使用することができる。第12の工程5224が完了すると、切開部が閉鎖され、処置の術後部分が開始する。 Subsequently, in a twelfth step 5224, a knot dissection step is performed. The surgical hub 106, 206 infers that the surgical team is incising the nodule and performing a leak test based on data received from the generator indicating RF or ultrasonic instruments are being fired. can be done. For this particular procedure, the RF or ultrasonic instruments used after the parenchymal tissue is transected correspond to the knototomy process that allows the surgical hub 106, 206 to make this estimate. It becomes possible. Surgeons routinely combine surgical stapling/cutting instruments and surgical energy (i.e., RF or ultrasonic) depending on the particular step in the procedure, as different instruments are better suited to specific tasks. ) instruments. Thus, the particular sequence in which stapling/cutting instruments and surgical energy instruments are used can indicate which step of the procedure the surgeon is performing. Additionally, in certain instances, robotic tools may be used for one or more steps during a surgical procedure and/or hand-held surgical instruments may be used for one or more steps during a surgical procedure. can be used. The surgeon(s) may, for example, alternate between robotic tools and handheld surgical instruments and/or may use the devices simultaneously, for example. Upon completion of the twelfth step 5224, the incision is closed and the post-operative portion of the procedure begins.

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。 In a thirteenth step 5226, the patient's anesthesia is reversed. The surgical hub 106, 206 can deduce that the patient is emerging from anesthesia, for example, based on ventilator data (ie, the patient's breathing rate begins to increase).

最後に、第14の工程5228は、医療関係者が患者から様々な患者監視装置を除去することである。したがって、外科用ハブ106、206は、ハブがEKG、BP、及び患者監視装置からの他のデータを喪失したとき、患者が回復室に移送されていると推定することができる。この例示的な処置の説明から分かるように、外科用ハブ106、206と通信可能に結合された各種データソースから受信されたデータに基づいて、外科用ハブ106、206は、所与の外科処置の各工程が発生しているときを判定又は推定することができる。 Finally, a fourteenth step 5228 is for medical personnel to remove various patient monitors from the patient. Therefore, the surgical hub 106, 206 can assume that the patient is being transported to the recovery room when the hub loses EKG, BP, and other data from the patient monitor. As can be seen from this exemplary procedure description, surgical hubs 106, 206 may perform a given surgical procedure based on data received from various data sources communicatively coupled with surgical hubs 106, 206. can be determined or estimated when each step of is occurring.

状況認識については、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、「METHOD OF HUB COMMUNICATION」と題する2018年4月19日出願の米国特許仮出願第62/659,900号で更に説明されている。特定の例では、例えば本明細書で開示される様々なロボット外科システムを含むロボット外科システムの動作は、その状況認識、及び/若しくはその構成要素からのフィードバックに基づいて、並びに/又はクラウド102からの情報に基づいて、ハブ106、206によって制御され得る。 Situational awareness is further described in U.S. Provisional Patent Application No. 62/659,900, filed April 19, 2018, entitled "METHOD OF HUB COMMUNICATION," which is incorporated herein by reference in its entirety. . In certain examples, operation of a robotic surgical system, including, for example, various robotic surgical systems disclosed herein, is based on its situational awareness and/or feedback from its components and/or from cloud 102. can be controlled by the hub 106, 206 based on the information in the

いくつかの形態が例示され説明されてきたが、添付の「特許請求の範囲」をそのような詳述に制限又は限定することは、本出願人が意図するところではない。多数の修正、変形、変化、置換、組み合わせ及びこれらの形態の等価物を実装することができ、本開示の範囲から逸脱することなく当業者により想到されるであろう。更に、記述する形態に関連した各要素の構造は、その要素によって行われる機能を提供するための手段として代替的に説明することができる。また、材料が特定の構成要素に関して開示されているが、他の材料が使用されてもよい。したがって、上記の説明文及び添付の特許請求の範囲は、全てのそのような修正、組み合わせ、及び変形を、開示される形態の範囲に含まれるものとして網羅することを意図としたものである点を理解されたい。添付の特許請求の範囲は、全てのそのような修正、変形、変化、置換、修正、及び等価物を網羅することを意図する。 Although several forms have been illustrated and described, it is not the applicant's intention to limit or limit the appended claims to such recitations. Numerous modifications, variations, changes, permutations, combinations and equivalents of these forms can be implemented and will occur to those skilled in the art without departing from the scope of this disclosure. Further, the structure of each element associated with the described form can be alternatively described as a means for providing the function performed by that element. Also, although materials are disclosed for particular components, other materials may be used. Accordingly, the above description and appended claims are intended to cover all such modifications, combinations, and variations as included within the scope of the disclosed forms. Please understand. The appended claims are intended to cover all such modifications, variations, variations, substitutions, modifications and equivalents.

上記の詳細な説明は、ブロック図、フローチャート、及び/又は実施例を用いて装置及び/又はプロセスの様々な形態について記載してきた。そのようなブロック図、フローチャート、及び/又は実施例が1つ若しくは2つ以上の機能及び/又は動作を含む限り、当業者に理解されたいこととして、そのようなブロック図、フローチャート、及び/又は実施例に含まれる各機能及び/又は動作は、多様なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの事実上の任意の組み合わせによって、個々にかつ/又は集合的に実装することができる。当業者には、本明細書で開示される形態のうちのいくつかの態様の全部又は一部が、1台以上のコンピュータ上で稼働する1つ又は2つ以上のコンピュータプログラムとして(例えば、1台以上のコンピュータシステム上で稼働する1つ又は2つ以上のプログラムとして)、1つ又は2つ以上のプロセッサ上で稼働する1つ又は2つ以上のプログラムとして(例えば、1つ又は2つ以上のマイクロプロセッサ上で稼働する1つ又は2つ以上のプログラムとして)、ファームウェアとして、又はこれらの実質的に任意の組み合わせとして集積回路上で等価に実現することができ、また、回路を設計すること、並びに/又はソフトウェア及び/若しくはファームウェアのコードを記述することは、本開示を鑑みれば当業者の技能の範囲内に含まれることが理解されよう。更に、当業者には理解されることとして、本明細書に記載した主題の機構は、多様な形式で1つ又は2つ以上のプログラム製品として配布されることが可能であり、本明細書に記載した主題の具体的な形態は、配布を実際に行うために使用される信号搬送媒体の特定の種類にかかわらず用いられる。 The foregoing detailed description has described various aspects of apparatus and/or processes using block diagrams, flowcharts, and/or examples. To the extent such block diagrams, flowcharts, and/or embodiments include one or more functions and/or operations, it should be understood by those skilled in the art that such block diagrams, flowcharts, and/or examples Each function and/or operation included in the embodiments may be implemented individually and/or collectively by various hardware, software, firmware, or virtually any combination thereof. Those skilled in the art will appreciate that all or part of some aspects of the forms disclosed herein can be understood as one or more computer programs (e.g., one or more computer programs) running on one or more computers. as one or more programs running on one or more computer systems), as one or more programs running on one or more processors (e.g., one or more as one or more programs running on a microprocessor), as firmware, or substantially any combination thereof, equivalently embodied on an integrated circuit; , and/or writing software and/or firmware code is within the skill of one of ordinary skill in the art in view of the present disclosure. Moreover, those skilled in the art will appreciate that the subject matter described herein may be distributed in a variety of forms as one or more program products, and is incorporated herein by reference. The specific forms of subject matter described are used regardless of the particular type of signal-bearing medium used to implement the distribution.

様々な開示された態様を実行するように論理をプログラムするために使用される命令は、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)、キャッシュ、フラッシュメモリ、又は他のストレージなどのシステム内メモリに記憶され得る。更に、命令は、ネットワークを介して、又は他のコンピュータ可読媒体によって分配され得る。したがって、機械可読媒体としては、機械(例えば、コンピュータ)によって読み出し可能な形態で情報を記憶又は送信するための任意の機構が挙げられ得るが、フロッピーディスケット、光ディスク、コンパクトディスク、読み出し専用メモリ(CD-ROM)、並びに磁気光学ディスク、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ(EPROM)、電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ(EEPROM)、磁気若しくは光カード、フラッシュメモリ、又は、電気的、光学的、音響的、若しくは他の形態の伝播信号(例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号など)を介してインターネットを介した情報の送信に使用される有形機械可読ストレージに限定されない。したがって、非一時的コンピュータ可読媒体としては、機械(例えば、コンピュータ)によって読み出し可能な形態で電子命令又は情報を記憶又は送信するのに好適な任意の種類の有形機械可読媒体が挙げられる。 Instructions used to program logic to perform various disclosed aspects may be stored in system memory such as dynamic random access memory (DRAM), cache, flash memory, or other storage. Additionally, the instructions may be distributed over a network or by other computer-readable media. Thus, a machine-readable medium can include any mechanism for storing or transmitting information in a form readable by a machine (e.g., a computer), including floppy diskettes, optical discs, compact discs, read-only memories (CDs), -ROM), as well as magneto-optical disks, read-only memory (ROM), random-access memory (RAM), erasable programmable read-only memory (EPROM), electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), magnetic or optical cards, Any tangible, machine-readable material used to transmit information over the Internet via flash memory or electrical, optical, acoustic, or other form of propagated signal (e.g., carrier wave, infrared signal, digital signal, etc.) Not limited to storage. Accordingly, non-transitory computer-readable media include any type of tangible machine-readable medium suitable for storing or transmitting electronic instructions or information in a form readable by a machine (eg, a computer).

本明細書の任意の態様で使用されるとき、「制御回路」という用語は、例えば、ハードワイヤード回路、プログラマブル回路(例えば、1つ又は2つ以上の個々の命令処理コアを含むコンピュータプロセッサ、処理ユニット、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコントローラユニット、コントローラ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、プログラマブル論理機構(PLD)、プログラマブル論理アレイ(PLA)、又はフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA))、状態機械回路、プログラマブル回路によって実行される命令を記憶するファームウェア、及びこれらの任意の組み合わせを指すことができる。制御回路は、集合的に又は個別に、例えば、集積回路(IC)、特定用途向け集積回路(ASIC)、システムオンチップ(SoC)、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、サーバ、スマートフォンなどの、より大きなシステムの一部を形成する回路として具現化され得る。したがって、本明細書で使用するとき、「制御回路」としては、少なくとも1つの個別の電気回路を有する電気回路、少なくとも1つの集積回路を有する電気回路、少なくとも1つの特定用途向け集積回路を有する電気回路、コンピュータプログラムによって構成された汎用コンピューティング装置(例えば、本明細書で説明したプロセス及び/若しくは装置を少なくとも部分的に実行するコンピュータプログラムによって構成された汎用コンピュータ、又は本明細書で説明したプロセス及び/若しくは装置を少なくとも部分的に実行するコンピュータプログラムによって構成されたマイクロプロセッサ)を形成する電気回路、メモリ装置(例えば、ランダムアクセスメモリの形態)を形成する電気回路、及び/又は通信装置(例えばモデム、通信スイッチ、又は光-電気設備)を形成する電気回路が挙げられるが、これらに限定されない。当業者は、本明細書で述べた主題が、アナログ若しくはデジタルの形式又はこれらのいくつかの組み合わせで実現されてもよいことを認識するであろう。 As used in any aspect herein, the term "control circuitry" includes, for example, hardwired circuits, programmable circuits (e.g., computer processors including one or more individual instruction processing cores, processing unit, processor, microcontroller, microcontroller unit, controller, digital signal processor (DSP), programmable logic unit (PLD), programmable logic array (PLA), or field programmable gate array (FPGA)), state machine circuit, programmable circuit can refer to firmware that stores instructions to be executed by the , and any combination thereof. Control circuits, collectively or individually, can be, for example, integrated circuits (ICs), application-specific integrated circuits (ASICs), systems-on-chips (SoCs), desktop computers, laptop computers, tablet computers, servers, smart phones, etc. , may be embodied as circuits forming part of a larger system. Thus, as used herein, the term “control circuit” includes an electrical circuit having at least one discrete electrical circuit, an electrical circuit having at least one integrated circuit, an electrical circuit having at least one application specific integrated circuit, A circuit, a general-purpose computing device configured with a computer program (e.g., a general-purpose computer configured with a computer program that executes, at least in part, a process and/or apparatus described herein, or a process described herein) and/or a microprocessor configured by a computer program that at least partially executes the device); an electrical circuit forming a memory device (e.g., in the form of a random access memory); (modems, communications switches, or optical-to-electrical equipment). Those skilled in the art will recognize that the subject matter described herein may be implemented in analog or digital form, or some combination thereof.

本明細書の任意の態様で使用される場合、「論理」という用語は、前述の動作のいずれかを実行するように構成されたアプリケーション、ソフトウェア、ファームウェア、及び/又は回路を指し得る。ソフトウェアは、非一時的コンピュータ可読記憶媒体上に記録されたソフトウェアパッケージ、コード、命令、命令セット、及び/又はデータとして具現化されてもよい。ファームウェアは、メモリ装置内のコード、命令、若しくは命令セット、及び/又はハードコードされた(例えば、不揮発性の)データとして具現化されてもよい。 As used in any aspect herein, the term "logic" may refer to applications, software, firmware, and/or circuitry configured to perform any of the operations described above. Software may be embodied as software packages, code, instructions, instruction sets, and/or data recorded on a non-transitory computer-readable storage medium. Firmware may be embodied as code, instructions, or sets of instructions in a memory device and/or hard-coded (eg, non-volatile) data.

本明細書の任意の態様で使用するとき、「構成要素」、「システム」、「モジュール」などの用語は、ハードウェア、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせ、ソフトウェア、又は実行中のソフトウェアのどちらかであるコンピュータ関連エンティティを指すことができる。 As used in any aspect of this specification, terms such as "component," "system," and "module" refer to either hardware, a combination of hardware and software, software, or software in execution. can refer to a computer-related entity that is

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。 As used in any aspect herein, "algorithm" refers to a self-consistent sequence of steps leading to a desired result; Refers to the comparison and manipulation of physical quantities and/or logical states, which may take the form of electrical or magnetic signals capable of being otherwise manipulated. It is common practice to refer to these signals as bits, values, elements, symbols, characters, terms, numbers, or the like. These and similar terms may be associated with the appropriate physical quantities and are merely convenient labels applied to these quantities and/or states.

ネットワークとしては、パケット交換ネットワークが挙げられ得る。通信装置は、選択されたパケット交換ネットワーク通信プロトコルを使用して、互いに通信することができる。1つの例示的な通信プロトコルとしては、伝送制御プロトコル/インターネットプロトコル(TCP/IP)を使用して通信を可能にすることができるイーサネット通信プロトコルを挙げることができる。イーサネットプロトコルは、Institute of Electrical and Electronics Engineers(IEEE)によって発行された2008年12月発行の表題「IEEE802.3 Standard」、及び/又は本規格の後のバージョンのイーサネット規格に準拠するか、又は互換性があり得る。代替的に又は追加的に、通信装置は、X.25通信プロトコルを使用して互いに通信することができる。X.25通信プロトコルは、International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector(ITU-T)によって公布された規格に準拠するか、又は互換性があり得る。代替的に又は追加的に、通信装置は、フレームリレー通信プロトコルを使用して互いに通信することができる。フレームリレー通信プロトコルは、Consultative Committee for International Telegraph and Telephone(CCITT)及び/又はthe American National Standards Institute(ANSI)によって公布された規格に準拠するか、又は互換性があり得る。代替的に又は追加的に、送受信機は、非同期転送モード(ATM)通信プロトコルを使用して互いに通信することが可能であり得る。ATM通信プロトコルは、ATM Forumによって「ATM-MPLS Network Interworking 2.0」という題で2001年8月に公開されたATM規格及び/又は本規格の後のバージョンに準拠するか、又は互換性があり得る。当然のことながら、異なる及び/又は後に開発されたコネクション型ネットワーク通信プロトコルは、本明細書で等しく企図される。 The network may include packet switched networks. The communication devices can communicate with each other using a selected packet-switched network communication protocol. One exemplary communication protocol may include the Ethernet communication protocol, which may use Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) to enable communication. The Ethernet protocol conforms to or is compatible with the Ethernet standard entitled "IEEE 802.3 Standard" published December 2008 by the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) and/or later versions of this standard. possible. Alternatively or additionally, the communication device may V.25 communication protocol can be used to communicate with each other. X. The V.25 communication protocol may conform to or be compatible with standards promulgated by the International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector (ITU-T). Alternatively or additionally, the communication devices can communicate with each other using a frame relay communication protocol. The frame relay communication protocol may conform to or be compatible with standards promulgated by the Consultative Committee for International Telegraph and Telephone (CCITT) and/or the American National Standards Institute (ANSI). Alternatively or additionally, the transceivers may be able to communicate with each other using the Asynchronous Transfer Mode (ATM) communication protocol. The ATM communication protocol conforms to or is compatible with the ATM standard and/or later versions of this standard published in August 2001 by the ATM Forum under the title "ATM-MPLS Network Interworking 2.0". obtain. Of course, different and/or later developed connection-oriented network communication protocols are equally contemplated herein.

別段の明確な定めがない限り、前述の開示から明らかなように、前述の開示全体を通じて、「処理する」、「計算する」、「算出する」、「決定する」、「表示する」などの用語を使用する議論は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内で物理(電子的)量として表現されるデータを、コンピュータシステムのメモリ若しくはレジスタ又はそのような情報記憶、伝送、若しくは表示装置内で物理量として同様に表現される他のデータへと操作し変換する、コンピュータシステム又は類似の電子計算装置の動作及び処理を指していることが理解されよう。 Unless expressly specified otherwise, terms such as "process", "calculate", "calculate", "determine", "display", etc. are used throughout the foregoing disclosure as is apparent from the foregoing disclosure. Discussions using the term refer to data represented as physical (electronic) quantities in computer system registers and memory as physical quantities in computer system memory or registers or in any such information storage, transmission, or display device. It will be understood to refer to the actions and processes of a computer system or similar electronic computing device that manipulates and transforms other data that may be similarly represented.

1つ又は2つ以上の構成要素が、本明細書中で、「ように構成される(configured to)」、「ように構成可能である(configurable to)」、「動作可能である/ように動作する(operable/operative to)」、「適合される/適合可能である(adapted/adaptable)」、「ことが可能である(able to)」、「準拠可能である/準拠する(conformable/conformed to)」などと言及され得る。当業者は、「ように構成される」は、一般に、文脈上他の意味に解釈すべき場合を除き、アクティブ状態の構成要素及び/又は非アクティブ状態の構成要素及び/又はスタンドバイ状態の構成要素を包含し得ることを理解するであろう。 As used herein, one or more components are “configured to,” “configurable to,” “operable/to operable/operative to, adapted/adaptable, capable to, conformable/conformed to)”, etc. Those skilled in the art will understand that "configured to" generally refers to active components and/or inactive components and/or standby configurations, unless the context requires otherwise. It will be understood that it may contain elements.

「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。 The terms "proximal" and "distal" are used herein with reference to the clinician manipulating the handle portion of the surgical instrument. The term "proximal" refers to the portion closest to the clinician and the term "distal" refers to the portion located farther from the clinician. It will further be appreciated that for convenience and clarity, spatial terms such as "vertical," "horizontal," "above," and "below" may be used herein with respect to the drawings. However, surgical instruments are used in many orientations and positions, and these terms are not intended to be limiting and/or absolute.

当業者は、一般に、本明細書で使用され、かつ特に添付の特許請求の範囲(例えば、添付の特許請求の範囲の本文)で使用される用語は、概して「オープンな」用語として意図されるものである(例えば、「含む(including)」という用語は、「~を含むが、それらに限定されない(including but not limited to)」と解釈されるべきであり、「有する(having)」という用語は「~を少なくとも有する(having at least)」と解釈されるべきであり、「含む(includes)」という用語は「~を含むが、それらに限定されない(includes but is not limited to)」と解釈されるべきであるなど)ことを理解するであろう。更に、導入された請求項記載(introduced claim recitation)において特定の数が意図される場合、かかる意図は当該請求項中に明確に記載され、またかかる記載がない場合は、かかる意図は存在しないことが、当業者には理解されるであろう。例えば、理解を助けるものとして、後続の添付の特許請求の範囲は、「少なくとも1つの(at least one)」及び「1つ又は2つ以上の(one or more)」という導入句を、請求項記載を導入するために含むことがある。しかしながら、かかる句の使用は、「a」又は「an」という不定冠詞によって請求項記載を導入した場合に、たとえ同一の請求項内に「1つ又は2つ以上の」又は「少なくとも1つの」といった導入句及び「a」又は「an」という不定冠詞が含まれる場合であっても、かかる導入された請求項記載を含むいかなる特定の請求項も、かかる記載事項を1つのみ含む請求項に限定されると示唆されるものと解釈されるべきではない(例えば、「a」及び/又は「an」は通常、「少なくとも1つの」又は「1つ又は2つ以上の」を意味するものと解釈されるべきである)。定冠詞を使用して請求項記載を導入する場合にも、同様のことが当てはまる。 Those skilled in the art will appreciate that the terms used herein generally, and particularly in the appended claims (e.g., the appended claim text), are generally intended as "open" terms. (e.g., the term "including" is to be interpreted as "including but not limited to"; the term "having" is to be interpreted as "including but not limited to"); should be interpreted as "having at least" and the term "includes" should be interpreted as "includes but is not limited to" should be done, etc.). Moreover, where a particular number is intended in an introduced claim recitation, such intent is clearly set forth in the claim; will be understood by those skilled in the art. For example, as an aid to understanding, the appended claims that follow use the introductory phrases "at least one" and "one or more" to refer to May be included to introduce description. However, use of such phrases may be used to refer to "one or more" or "at least one" even within the same claim when introducing claim recitations by the indefinite article "a" or "an". and the indefinite article "a" or "an", any particular claim containing such an introduced claim recitation shall be subject to claims containing only one such recitation. should not be construed as to be implied as limiting (e.g., "a" and/or "an" are generally taken to mean "at least one" or "one or more"). should be interpreted). the same holds true where the definite article is used to introduce claim recitations.

更に、導入された請求項記載において特定の数が明示されている場合であっても、かかる記載は、典型的には、少なくとも記載された数を意味するものと解釈されるべきであることが、当業者には認識されるであろう(例えば、他に修飾語のない、単なる「2つの記載事項」という記載がある場合、一般的に、少なくとも2つの記載事項、又は2つ以上の記載事項を意味する)。更に、「A、B、及びCなどのうちの少なくとも1つ」に類する表記が用いられる場合、一般に、かかる構文は、当業者がその表記を理解するであろう意味で意図されている(例えば、「A、B、及びCのうちの少なくとも1つを有するシステム」は、限定するものではないが、Aのみ、Bのみ、Cのみ、AとBの両方、AとCの両方、BとCの両方、及び/又はAとBとCの全てなどを有するシステムを含む)。「A、B、又はCなどのうちの少なくとも1つ」に類する表記が用いられる場合、一般に、かかる構文は、当業者がその表記を理解するであろう意味で意図されている(例えば、「A、B、又はCのうちの少なくとも1つを有するシステム」は、限定するものではないが、Aのみ、Bのみ、Cのみ、AとBの両方、AとCの両方、BとCの両方、及び/又はAとBとCの全てなどを有するシステムを含む)。更に、典型的には、2つ若しくは3つ以上の選択的な用語を表わすあらゆる選言的な語及び/又は句は、文脈上他の意味に解釈すべき場合を除いて、明細書内であろうと、請求の範囲内であろうと、あるいは図面内であろうと、それら用語のうちの1つ、それらの用語のうちのいずれか、又はそれらの用語の両方を含む可能性を意図すると理解されるべきであることが、当業者には理解されよう。例えば、「A又はB」という句は、典型的には、「A」又は「B」又は「A及びB」の可能性を含むものと理解されよう。 Moreover, even if a specific number is specified in the introduced claim statement, such statement should typically be construed to mean at least the stated number. , as will be recognized by those skilled in the art (e.g., where there is simply a statement "two statements" without other modifiers, generally there are at least two statements, or two or more statements matter). Further, where notations like "at least one of A, B, and C, etc." are used, such syntax is generally intended in the sense that one skilled in the art would understand the notation (e.g. , "a system having at least one of A, B, and C" includes, but is not limited to, A only, B only, C only, both A and B, both A and C, B and C, and/or all of A and B and C, etc.). Where notations like "at least one of A, B, or C, etc." are used, such syntax is generally intended in the sense that one skilled in the art would understand the notation (e.g., " A system having at least one of A, B, or C" includes, but is not limited to, A only, B only, C only, both A and B, both A and C, B and C (including systems having both, and/or all of A and B and C, etc.). Further, typically any disjunctive word and/or phrase representing two or more alternative terms is used in the specification unless the context requires otherwise. It is understood to be intended to include one of the terms, either of the terms, or both terms, whether in the claims, or in the drawings. Those skilled in the art will understand that it should. For example, the phrase "A or B" will typically be understood to include the possibilities of "A" or "B" or "A and B."

添付の特許請求の範囲に関して、当業者は、本明細書における引用した動作は一般に、任意の順序で実施され得ることを理解するであろう。また、様々な動作のフロー図がシーケンス(複数可)で示されているが、様々な動作は、例示されたもの以外の順序で行われてもよく、又は同時に行われてもよいことが理解されるべきである。かかる代替の順序付けの例は、文脈上他の意味に解釈すべき場合を除いて、重複、交互配置、割り込み、再順序付け、増加的、予備的、追加的、同時、逆、又は他の異なる順序付けを含んでもよい。更に、「~に応答する」、「~に関連する」といった用語、又は他の過去時制の形容詞は、一般に、文脈上他の意味に解釈すべき場合を除き、かかる変化形を除外することが意図されるものではない。 With regard to the appended claims, those skilled in the art will understand that the operations recited herein can generally be performed in any order. Additionally, while the flow diagrams of various acts are depicted in sequence(s), it is understood that the various acts may occur in orders other than those illustrated, or may occur simultaneously. It should be. Examples of such alternative orderings include overlapping, interleaving, interrupting, reordering, incremental, preliminary, additional, simultaneous, reverse, or other different orderings, unless the context requires otherwise. may include Further, terms such as "response to", "related to", or other past tense adjectives generally exclude such variations unless the context dictates otherwise. not intended.

「一態様」、「態様」、「例示」、「一例示」などへの任意の参照は、その態様に関連して記載される特定の機構、構造、又は特性が少なくとも1つの態様に含まれると意味することは特記に値する。したがって、本明細書の全体を通じて様々な場所に見られる語句「一態様では」、「態様では」、「例示では」、及び「一例示では」は、必ずしも全てが同じ態様を指すものではない。更に、特定の特徴、構造、又は特性は、1つ又は2つ以上の態様において任意の好適な様態で組み合わせることができる。 Any reference to "an aspect", "an aspect", "exemplary", "an example", etc., includes in at least one aspect the particular feature, structure, or property described in connection with that aspect. It is worth noting that it means Thus, the appearances of the phrases "in one aspect," "in an aspect," "in an example," and "in an example" in various places throughout this specification do not necessarily all refer to the same aspect. Moreover, the particular features, structures or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more aspects.

本明細書で参照され、かつ/又は任意の出願データシートに列挙される任意の特許出願、特許、非特許刊行物、又は他の開示資料は、組み込まれる資料が本明細書と矛盾しない範囲で、参照により本明細書に組み込まれる。それ自体、また必要な範囲で、本明細書に明瞭に記載される開示内容は、参考として本明細書に組み込まれているあらゆる矛盾する記載に優先するものとする。現行の定義、見解、又は本明細書に記載されるその他の開示内容と矛盾する任意の内容、又はそれらの部分は本明細書に参考として組み込まれるものとするが、参照内容と現行の開示内容との間に矛盾が生じない範囲においてのみ、参照されるものとする。 Any patent applications, patents, non-patent publications, or other disclosure material referenced herein and/or listed in any application data sheet is, to the extent the material incorporated herein, is not inconsistent with this specification. , incorporated herein by reference. As such, and to the extent necessary, the disclosure as explicitly set forth herein supersedes any conflicting statements incorporated herein by reference. Any content, or portion thereof, that is inconsistent with the current definitions, opinions, or other disclosures set forth herein, is hereby incorporated by reference, but the reference content and the current disclosure are hereby incorporated by reference. References shall be made only to the extent that there is no inconsistency between

要約すると、本明細書に記載した構想を用いる結果として得られる多くの利益が記載されてきた。1つ又は2つ以上の形態の上述の記載は、例示及び説明を目的として提示されているものである。包括的であることも、開示された厳密な形態に限定することも意図されていない。上記の教示を鑑みて、修正又は変形が可能である。1つ又は2つ以上の形態は、原理及び実際の応用について例示し、それによって、様々な形態を様々な修正例と共に、想到される特定の用途に適するものとして当業者が利用できるようにするために、選択され記載されたものである。本明細書と共に提示される特許請求の範囲が全体的な範囲を定義することが意図される。 In summary, a number of benefits have been described that result from using the concepts described herein. The foregoing description of one or more aspects has been presented for the purposes of illustration and description. It is not intended to be exhaustive or to be limited to the precise forms disclosed. Modifications or variations are possible in light of the above teachings. One or more embodiments illustrate principles and practical applications, thereby making the various forms, with various modifications, available to those skilled in the art as suitable for the particular use envisioned. It is selected and described for the purpose. It is intended that the claims presented herewith define the overall scope.

本明細書に記載される主題の様々な態様は、以下の番号付けされた実施例において説明される。 Various aspects of the subject matter described herein are illustrated in the following numbered examples.

実施例1.超音波外科用器具であって、超音波ブレードを備えるエンドエフェクタと、超音波ブレードに音響的に結合された超音波変換器と、超音波変換器に結合された制御回路と、を備える、超音波外科用器具。超音波変換器は、駆動信号に応答して超音波ブレードを超音波振動させるように構成されている。制御回路は、超音波変換器の複素インピーダンスを測定することと、複素インピーダンスを複数の基準複素インピーダンスパターンと比較することであって、複数の基準複素インピーダンスパターンの各々が、エンドエフェクタの状態に対応している、比較することと、複数の基準複素インピーダンスパターンのうちのどれに複素インピーダンスが対応するかに従って、エンドエフェクタの状態を決定することと、を行うように構成されている。 Example 1. An ultrasonic surgical instrument comprising an end effector comprising an ultrasonic blade, an ultrasonic transducer acoustically coupled to the ultrasonic blade, and a control circuit coupled to the ultrasonic transducer. Sonic surgical instruments. The ultrasonic transducer is configured to ultrasonically vibrate the ultrasonic blade in response to the drive signal. A control circuit measures a complex impedance of the ultrasonic transducer and compares the complex impedance to a plurality of reference complex impedance patterns, each of the plurality of reference complex impedance patterns corresponding to a state of the end effector. and determining a state of the end effector according to which of the plurality of reference complex impedance patterns the complex impedance corresponds to.

実施例2.複数の基準複素インピーダンスパターンが、空気に接触している超音波ブレード、破損している超音波ブレード、又は金属に接触している超音波ブレードのうちの少なくとも1つに対応する、実施例1に記載の超音波外科用器具。 Example 2. According to Example 1, wherein the plurality of reference complex impedance patterns correspond to at least one of an ultrasonic blade in contact with air, a broken ultrasonic blade, or an ultrasonic blade in contact with metal. An ultrasonic surgical instrument as described.

実施例3.制御回路に結合されたメモリを更に備える、実施例1又は2に記載の外科用器具。メモリは、複数の基準複素インピーダンスパターンを記憶する。制御回路は、メモリから複数の基準複素インピーダンスパターンを検索するように構成されている。 Example 3. A surgical instrument according to example 1 or 2, further comprising a memory coupled to the control circuit. A memory stores a plurality of reference complex impedance patterns. The control circuit is configured to retrieve a plurality of reference complex impedance patterns from memory.

実施例4.基準複素インピーダンスパターンが、基準複素インピーダンスパターンのデータ点からプロットされた近似曲線を含む、実施例1~3のいずれか1つに記載の超音波外科用器具。 Example 4. The ultrasonic surgical instrument of any one of Examples 1-3, wherein the reference complex impedance pattern comprises a fitted curve plotted from the data points of the reference complex impedance pattern.

実施例5.制御回路は、複素インピーダンスと近似曲線との間のユークリッド垂直距離に従って、複数の基準複素インピーダンスパターンのうちのどれに複素インピーダンスが対応するかを決定するように構成されている、実施例4に記載の超音波外科用器具。 Example 5. 5. As described in example 4, wherein the control circuit is configured to determine to which of the plurality of reference complex impedance patterns the complex impedance corresponds according to a Euclidean vertical distance between the complex impedance and the fitted curve. of ultrasonic surgical instruments.

実施例6.複素インピーダンスは、近似曲線のうちの、複素インピーダンスがそれらの間に最小ユークリッド垂直距離を有するものに対応する、実施例5に記載の超音波外科用器具。 Example 6. 6. The ultrasonic surgical instrument of example 5, wherein the complex impedance corresponds to one of the fitted curves that the complex impedance has the smallest Euclidean vertical distance between them.

実施例7.複素インピーダンスが、超音波変換器を励起する電圧信号と電流信号との比に対応する、実施例1~6のいずれか1つに記載の超音波外科用器具。 Example 7. The ultrasonic surgical instrument of any one of Examples 1-6, wherein the complex impedance corresponds to the ratio of the voltage and current signals that excite the ultrasonic transducer.

実施例8.超音波外科用器具を駆動するための超音波発生器であって、エンドエフェクタと、超音波ブレードと、超音波ブレードに音響的に結合された超音波変換器と、を備える、超音波発生器。超音波変換器は、駆動信号に応答して超音波ブレードを超音波振動させるように構成されている。超音波発生器は、超音波変換器に結合された制御回路を備える。制御回路は、超音波変換器に駆動信号を印加することと、超音波変換器の複素インピーダンスを測定することと、複素インピーダンスを複数の基準複素インピーダンスパターンと比較することであって、複数の基準複素インピーダンスパターンの各々が、エンドエフェクタの状態に対応している、比較することと、複数の基準複素インピーダンスパターンのうちのどれに複素インピーダンスが対応するかに従って、エンドエフェクタの状態を決定することと、を行うように構成されている。 Example 8. An ultrasonic generator for driving an ultrasonic surgical instrument comprising an end effector, an ultrasonic blade, and an ultrasonic transducer acoustically coupled to the ultrasonic blade . The ultrasonic transducer is configured to ultrasonically vibrate the ultrasonic blade in response to the drive signal. The ultrasonic generator includes control circuitry coupled to the ultrasonic transducer. The control circuit applies a drive signal to the ultrasonic transducer, measures a complex impedance of the ultrasonic transducer, and compares the complex impedance to a plurality of reference complex impedance patterns, the plurality of reference complex impedance patterns. comparing each of the complex impedance patterns corresponds to a state of the end effector; and determining the state of the end effector according to which of the plurality of reference complex impedance patterns the complex impedance corresponds to. , is configured to

実施例9.複数の基準複素インピーダンスパターンが、空気に接触している超音波ブレード、破損している超音波ブレード、又は金属に接触している超音波ブレードのうちの少なくとも1つに対応する、実施例8に記載の超音波発生器。 Example 9. According to Example 8, wherein the plurality of reference complex impedance patterns correspond to at least one of an ultrasonic blade in contact with air, an ultrasonic blade that is broken, or an ultrasonic blade in contact with metal. An ultrasonic generator as described.

実施例10.制御回路に結合されメモリを更に備える、実施例8又は9に記載の超音波発生器。メモリは、複数の基準複素インピーダンスパターンを記憶する。制御回路は、メモリから複数の基準複素インピーダンスパターンを検索するように構成されている。 Example 10. 10. An ultrasound generator as in example 8 or 9 further comprising a memory coupled to the control circuit. A memory stores a plurality of reference complex impedance patterns. The control circuit is configured to retrieve a plurality of reference complex impedance patterns from memory.

実施例11.基準複素インピーダンスパターンが、基準複素インピーダンスパターンのデータ点からプロットされた近似曲線を含む、実施例8~10のうちの少なくとも1つに記載の超音波発生器。 Example 11. 11. The ultrasonic generator of at least one of Examples 8-10, wherein the reference complex impedance pattern comprises a fitted curve plotted from the data points of the reference complex impedance pattern.

実施例12.制御回路は、複素インピーダンスと近似曲線との間のユークリッド垂直距離に従って、複数の基準複素インピーダンスパターンのうちのどれに複素インピーダンスが対応するかを決定するように構成されている、実施例11に記載の超音波発生器。 Example 12. 12. As described in embodiment 11, wherein the control circuit is configured to determine to which of the plurality of reference complex impedance patterns the complex impedance corresponds according to a Euclidean vertical distance between the complex impedance and the fitted curve. ultrasonic generator.

実施例13.複素インピーダンスは、近似曲線のうちの、複素インピーダンスがそれらの間に最小ユークリッド垂直距離を有するものに対応する、実施例12に記載の超音波発生器。 Example 13. 13. The ultrasonic generator of example 12, wherein the complex impedances correspond to those of the approximation curves where the complex impedances have the smallest Euclidean vertical distance between them.

実施例14.複素インピーダンスが、超音波変換器を励起する電圧信号と電流信号との比に対応する、実施例8~13のいずれか1つに記載の超音波発生器。 Example 14. 14. An ultrasonic generator as in any one of embodiments 8-13, wherein the complex impedance corresponds to the ratio of the voltage and current signals that excite the ultrasonic transducer.

実施例15.エンドエフェクタと、超音波ブレードと、超音波ブレードに音響的に結合された超音波変換器と、を備える、超音波外科用器具を制御する方法。超音波変換器は、発生器からの駆動信号に応答して超音波ブレードを超音波振動させるように構成されている。本方法は、超音波変換器に結合された制御回路によって、超音波変換器の複素インピーダンスを測定することと、制御回路によって、複素インピーダンスを複数の基準複素インピーダンスパターンと比較することであって、複数の基準複素インピーダンスパターンの各々が、エンドエフェクタの状態に対応している、比較することと、制御回路によって、複数の基準複素インピーダンスパターンのうちのどれに複素インピーダンスが対応するかに従って、エンドエフェクタの状態を決定することと、を含む。 Example 15. A method of controlling an ultrasonic surgical instrument comprising an end effector, an ultrasonic blade, and an ultrasonic transducer acoustically coupled to the ultrasonic blade. The ultrasonic transducer is configured to ultrasonically vibrate the ultrasonic blade in response to the drive signal from the generator. The method comprises measuring, with a control circuit coupled to the ultrasonic transducer, a complex impedance of the ultrasonic transducer; comparing, with the control circuit, the complex impedance to a plurality of reference complex impedance patterns; each of the plurality of reference complex impedance patterns corresponding to a state of the end effector, the comparing and control circuitry according to which of the plurality of reference complex impedance patterns the complex impedance corresponds to; determining the state of the .

実施例16.複数の基準複素インピーダンスパターンが、空気に接触している超音波ブレード、破損している超音波ブレード、又は金属に接触している超音波ブレードのうちの少なくとも1つに対応する、実施例15に記載の方法。 Example 16. According to Example 15, wherein the plurality of reference complex impedance patterns correspond to at least one of an ultrasonic blade in contact with air, a broken ultrasonic blade, or an ultrasonic blade in contact with metal. described method.

実施例17.制御回路によって、メモリから複数の基準複素インピーダンスパターンを検索することを更に含む、実施例15又は16に記載の方法。 Example 17. 17. The method of embodiment 15 or 16, further comprising, by the control circuit, retrieving a plurality of reference complex impedance patterns from memory.

実施例18.基準複素インピーダンスパターンが、基準複素インピーダンスパターンのデータ点からプロットされた近似曲線を含む、実施例15~17のいずれか1つに記載の方法。 Example 18. 18. The method of any one of Examples 15-17, wherein the reference complex impedance pattern comprises a fitted curve plotted from the data points of the reference complex impedance pattern.

実施例19.制御回路によって、複素インピーダンスと近似曲線との間のユークリッド垂直距離に従って、複数の基準複素インピーダンスパターンのうちのどれに複素インピーダンスが対応するかを決定することを更に含む、実施例18に記載の方法。 Example 19. 19. The method of example 18, further comprising, with the control circuit, determining to which of the plurality of reference complex impedance patterns the complex impedance corresponds according to a Euclidean vertical distance between the complex impedance and the fitted curve. .

実施例20.複素インピーダンスは、近似曲線のうちの、複素インピーダンスがそれらの間に最小ユークリッド垂直距離を有するものに対応する、実施例19に記載の方法。 Example 20. 20. The method of example 19, wherein the complex impedances correspond to those of the fitted curves where the complex impedances have the smallest Euclidean vertical distance between them.

実施例21.複素インピーダンスが、超音波変換器を励起する電圧信号と電流信号との比に対応する、実施例15~20のいずれか1つに記載の方法。 Example 21. 21. The method of any one of Examples 15-20, wherein the complex impedance corresponds to the ratio of the voltage and current signals that excite the ultrasonic transducer.

〔実施の態様〕
(1) 超音波外科用器具であって、
超音波ブレードを備えるエンドエフェクタと、
前記超音波ブレードに音響的に結合された超音波変換器であって、駆動信号に応答して前記超音波ブレードを超音波振動させるように構成されている、超音波変換器と、
前記超音波変換器に結合された制御回路と、を備え、前記制御回路が、
前記超音波変換器の複素インピーダンスを測定することと、
前記複素インピーダンスを複数の基準複素インピーダンスパターンと比較することであって、前記複数の基準複素インピーダンスパターンの各々が、前記エンドエフェクタの状態に対応している、比較することと、
前記複数の基準複素インピーダンスパターンのうちのどれに前記複素インピーダンスが対応するかに従って、前記エンドエフェクタの前記状態を決定することと、を行うように構成されている、超音波外科用器具。
(2) 前記複数の基準複素インピーダンスパターンが、空気に接触している前記超音波ブレード、破損している前記超音波ブレード、又は金属に接触している前記超音波ブレードのうちの少なくとも1つに対応する、実施態様1に記載の超音波外科用器具。
(3) 前記制御回路に結合されたメモリを更に備え、前記メモリが、前記複数の基準複素インピーダンスパターンを記憶し、
前記制御回路が、前記メモリから前記複数の基準複素インピーダンスパターンを検索するように構成されている、実施態様1に記載の超音波外科用器具。
(4) 前記基準複素インピーダンスパターンが、前記基準複素インピーダンスパターンのデータ点からプロットされた近似曲線を含む、実施態様1に記載の超音波外科用器具。
(5) 前記制御回路は、前記複素インピーダンスと前記近似曲線との間のユークリッド垂直距離(Euclidean perpendicular distance)に従って、前記複数の基準複素インピーダンスパターンのうちのどれに前記複素インピーダンスが対応するかを決定するように構成されている、実施態様4に記載の超音波外科用器具。
[Mode of implementation]
(1) An ultrasonic surgical instrument comprising:
an end effector comprising an ultrasonic blade;
an ultrasonic transducer acoustically coupled to the ultrasonic blade and configured to ultrasonically vibrate the ultrasonic blade in response to a drive signal;
a control circuit coupled to the ultrasonic transducer, the control circuit comprising:
measuring the complex impedance of the ultrasonic transducer;
comparing the complex impedance to a plurality of reference complex impedance patterns, each of the plurality of reference complex impedance patterns corresponding to a state of the end effector;
determining the state of the end effector according to which of the plurality of reference complex impedance patterns the complex impedance corresponds to.
(2) the plurality of reference complex impedance patterns are in at least one of the ultrasonic blade in contact with air, the ultrasonic blade that is damaged, or the ultrasonic blade in contact with metal; 3. Correspondingly, the ultrasonic surgical instrument of embodiment 1.
(3) further comprising a memory coupled to said control circuit, said memory storing said plurality of reference complex impedance patterns;
2. The ultrasonic surgical instrument of claim 1, wherein the control circuit is configured to retrieve the plurality of reference complex impedance patterns from the memory.
Clause 4. The ultrasonic surgical instrument of clause 1, wherein the reference complex impedance pattern comprises an approximate curve plotted from data points of the reference complex impedance pattern.
(5) The control circuit determines which of the plurality of reference complex impedance patterns the complex impedance corresponds to according to a Euclidean perpendicular distance between the complex impedance and the approximation curve. 5. The ultrasonic surgical instrument of embodiment 4, wherein the ultrasonic surgical instrument is configured to:

(6) 前記複素インピーダンスは、前記近似曲線のうちの、前記複素インピーダンスがそれらの間に最小のユークリッド垂直距離を有するものに対応する、実施態様5に記載の超音波外科用器具。
(7) 前記複素インピーダンスが、前記超音波変換器を励起する電圧信号と電流信号との比に対応する、実施態様1に記載の超音波外科用器具。
(8) エンドエフェクタと、超音波ブレードと、前記超音波ブレードに音響的に結合された超音波変換器と、を備える超音波外科用器具を駆動するための超音波発生器であって、前記超音波変換器が、駆動信号に応答して前記超音波ブレードを超音波振動させるように構成されており、前記超音波発生器が、
前記超音波変換器に結合された制御回路を備え、前記制御回路が、
前記駆動信号を前記超音波変換器に印加することと、
前記超音波変換器の複素インピーダンスを測定することと、
前記複素インピーダンスを複数の基準複素インピーダンスパターンと比較することであって、前記複数の基準複素インピーダンスパターンの各々が、前記エンドエフェクタの状態に対応している、比較することと、
前記複数の基準複素インピーダンスパターンのうちのどれに前記複素インピーダンスが対応するかに従って、前記エンドエフェクタの前記状態を決定することと、を行うように構成されている、超音波発生器。
(9) 前記複数の基準複素インピーダンスパターンが、空気に接触している前記超音波ブレード、破損している前記超音波ブレード、又は金属に接触している前記超音波ブレードのうちの少なくとも1つに対応する、実施態様8に記載の超音波発生器。
(10) 前記制御回路に結合されたメモリを更に備え、前記メモリが、前記複数の基準複素インピーダンスパターンを記憶し、
前記制御回路が、前記メモリから前記複数の基準複素インピーダンスパターンを検索するように構成されている、実施態様8に記載の超音波発生器。
Clause 6. The ultrasonic surgical instrument of Clause 5, wherein the complex impedance corresponds to one of the fitted curves that the complex impedance has the smallest Euclidean vertical distance therebetween.
Clause 7. The ultrasonic surgical instrument of Clause 1, wherein the complex impedance corresponds to a ratio of a voltage signal to a current signal that excites the ultrasonic transducer.
(8) An ultrasonic generator for driving an ultrasonic surgical instrument comprising an end effector, an ultrasonic blade, and an ultrasonic transducer acoustically coupled to the ultrasonic blade, wherein an ultrasonic transducer configured to ultrasonically vibrate the ultrasonic blade in response to a drive signal, the ultrasonic generator comprising:
a control circuit coupled to the ultrasonic transducer, the control circuit comprising:
applying the drive signal to the ultrasonic transducer;
measuring the complex impedance of the ultrasonic transducer;
comparing the complex impedance to a plurality of reference complex impedance patterns, each of the plurality of reference complex impedance patterns corresponding to a state of the end effector;
determining the state of the end effector according to which of the plurality of reference complex impedance patterns the complex impedance corresponds to.
(9) the plurality of reference complex impedance patterns are in at least one of the ultrasonic blade in contact with air, the ultrasonic blade that is damaged, or the ultrasonic blade in contact with metal; Correspondingly, the ultrasonic generator of embodiment 8.
(10) further comprising a memory coupled to the control circuit, the memory storing the plurality of reference complex impedance patterns;
9. The ultrasonic generator of embodiment 8, wherein the control circuit is configured to retrieve the plurality of reference complex impedance patterns from the memory.

(11) 前記基準複素インピーダンスパターンが、前記基準複素インピーダンスパターンのデータ点からプロットされた近似曲線を含む、実施態様8に記載の超音波発生器。
(12) 前記制御回路は、前記複素インピーダンスと前記近似曲線との間のユークリッド垂直距離に従って、前記複数の基準複素インピーダンスパターンのうちのどれに前記複素インピーダンスが対応するかを決定するように構成されている、実施態様11に記載の超音波発生器。
(13) 前記複素インピーダンスは、前記近似曲線のうちの、前記複素インピーダンスがそれらの間に最小のユークリッド垂直距離を有するものに対応する、実施態様12に記載の超音波発生器。
(14) 前記複素インピーダンスが、前記超音波変換器を励起する電圧信号と電流信号との比に対応する、実施態様8に記載の超音波発生器。
(15) エンドエフェクタと、超音波ブレードと、前記超音波ブレードに音響的に結合された超音波変換器と、を備える超音波外科用器具を制御する方法であって、前記超音波変換器が、発生器からの駆動信号に応答して前記超音波ブレードを超音波振動させるように構成されており、前記方法が、
前記超音波変換器に結合された制御回路によって、前記超音波変換器の複素インピーダンスを測定することと、
前記制御回路によって、前記複素インピーダンスを複数の基準複素インピーダンスパターンと比較することであって、前記複数の基準複素インピーダンスパターンの各々が、前記エンドエフェクタの状態に対応している、比較することと、
前記制御回路によって、前記複数の基準複素インピーダンスパターンのうちのどれに前記複素インピーダンスが対応するかに従って、前記エンドエフェクタの前記状態を決定することと、を含む、方法。
(11) The ultrasonic generator of claim 8, wherein the reference complex impedance pattern includes an approximate curve plotted from data points of the reference complex impedance pattern.
(12) The control circuit is configured to determine to which of the plurality of reference complex impedance patterns the complex impedance corresponds according to a Euclidean vertical distance between the complex impedance and the approximation curve. 12. The ultrasonic generator of embodiment 11, wherein
13. The ultrasonic generator of claim 12, wherein the complex impedance corresponds to one of the approximation curves that the complex impedance has the smallest vertical Euclidean distance between them.
14. The ultrasonic generator of claim 8, wherein the complex impedance corresponds to a ratio of voltage and current signals that excite the ultrasonic transducer.
(15) A method of controlling an ultrasonic surgical instrument comprising an end effector, an ultrasonic blade, and an ultrasonic transducer acoustically coupled to the ultrasonic blade, wherein the ultrasonic transducer comprises and ultrasonically vibrating the ultrasonic blade in response to a drive signal from a generator, the method comprising:
measuring the complex impedance of the ultrasonic transducer with a control circuit coupled to the ultrasonic transducer;
comparing, by the control circuit, the complex impedance to a plurality of reference complex impedance patterns, each of the plurality of reference complex impedance patterns corresponding to a state of the end effector;
determining, by the control circuit, the state of the end effector according to which of the plurality of reference complex impedance patterns the complex impedance corresponds to.

(16) 前記複数の基準複素インピーダンスパターンが、空気に接触している前記超音波ブレード、破損している前記超音波ブレード、又は金属に接触している前記超音波ブレードのうちの少なくとも1つに対応する、実施態様15に記載の方法。
(17) 前記制御回路によって、メモリから前記複数の基準複素インピーダンスパターンを検索することを更に含む、実施態様15に記載の方法。
(18) 前記基準複素インピーダンスパターンが、前記基準複素インピーダンスパターンのデータ点からプロットされた近似曲線を含む、実施態様15に記載の方法。
(19) 前記制御回路によって、前記複素インピーダンスと前記近似曲線との間のユークリッド垂直距離に従って、前記複数の基準複素インピーダンスパターンのうちのどれに前記複素インピーダンスが対応するかを決定することを更に含む、実施態様18に記載の方法。
(20) 前記複素インピーダンスは、前記近似曲線のうちの、前記複素インピーダンスがそれらの間に最小のユークリッド垂直距離を有するものに対応する、実施態様19に記載の方法。
(16) the plurality of reference complex impedance patterns are in at least one of the ultrasonic blade in contact with air, the ultrasonic blade that is broken, or the ultrasonic blade in contact with metal; Correspondingly, the method of embodiment 15.
17. The method of claim 15, further comprising retrieving, by the control circuit, the plurality of reference complex impedance patterns from memory.
18. The method of claim 15, wherein the reference complex impedance pattern comprises a fitted curve plotted from data points of the reference complex impedance pattern.
(19) further comprising determining, by the control circuit, to which of the plurality of reference complex impedance patterns the complex impedance corresponds according to the Euclidean vertical distance between the complex impedance and the approximation curve. 19. The method of claim 18.
20. The method of claim 19, wherein the complex impedances correspond to those of the approximation curves that the complex impedances have the smallest vertical Euclidean distance between them.

(21) 前記複素インピーダンスが、前記超音波変換器を励起する電圧信号と電流信号との比に対応する、実施態様15に記載の方法。 21. The method of claim 15, wherein the complex impedance corresponds to a ratio of voltage and current signals that excite the ultrasonic transducer.

Claims (18)

超音波外科用器具であって、
超音波ブレードを備えるエンドエフェクタと、
前記超音波ブレードに音響的に結合された超音波変換器であって、駆動信号に応答して前記超音波ブレードを超音波振動させるように構成されている、超音波変換器と、
前記超音波変換器に結合された制御回路と、を備え、前記制御回路が、
前記超音波変換器の複素インピーダンスを測定することと、
前記複素インピーダンスを複数の基準複素インピーダンスパターンと比較することであって、前記複数の基準複素インピーダンスパターンの各々が、前記エンドエフェクタの状態に対応している、比較することと、
前記複数の基準複素インピーダンスパターンのうちのどれに前記複素インピーダンスが対応するかに従って、前記エンドエフェクタの前記状態を決定することと、を行うように構成されており
前記基準複素インピーダンスパターンが、前記基準複素インピーダンスパターンのデータ点からプロットされた近似曲線を含む、超音波外科用器具。
An ultrasonic surgical instrument comprising:
an end effector comprising an ultrasonic blade;
an ultrasonic transducer acoustically coupled to the ultrasonic blade and configured to ultrasonically vibrate the ultrasonic blade in response to a drive signal;
a control circuit coupled to the ultrasonic transducer, the control circuit comprising:
measuring the complex impedance of the ultrasonic transducer;
comparing the complex impedance to a plurality of reference complex impedance patterns, each of the plurality of reference complex impedance patterns corresponding to a state of the end effector;
determining the state of the end effector according to which of the plurality of reference complex impedance patterns the complex impedance corresponds to;
An ultrasonic surgical instrument, wherein the reference complex impedance pattern comprises a fitted curve plotted from data points of the reference complex impedance pattern .
前記複数の基準複素インピーダンスパターンが、空気に接触している前記超音波ブレード、破損している前記超音波ブレード、又は金属に接触している前記超音波ブレードのうちの少なくとも1つに対応する、請求項1に記載の超音波外科用器具。 wherein the plurality of reference complex impedance patterns correspond to at least one of the ultrasonic blade contacting air, the ultrasonic blade being broken, or the ultrasonic blade contacting metal; The ultrasonic surgical instrument of claim 1. 前記制御回路に結合されたメモリを更に備え、前記メモリが、前記複数の基準複素インピーダンスパターンを記憶し、
前記制御回路が、前記メモリから前記複数の基準複素インピーダンスパターンを検索するように構成されている、請求項1に記載の超音波外科用器具。
further comprising a memory coupled to said control circuit, said memory storing said plurality of reference complex impedance patterns;
The ultrasonic surgical instrument of claim 1, wherein the control circuit is configured to retrieve the plurality of reference complex impedance patterns from the memory.
前記制御回路は、前記複素インピーダンスと前記近似曲線との間のユークリッド垂直距離に従って、前記複数の基準複素インピーダンスパターンのうちのどれに前記複素インピーダンスが対応するかを決定するように構成されている、請求項に記載の超音波外科用器具。 the control circuit is configured to determine to which of the plurality of reference complex impedance patterns the complex impedance corresponds according to a Euclidean vertical distance between the complex impedance and the approximation curve; The ultrasonic surgical instrument of claim 1 . 前記複素インピーダンスは、前記近似曲線のうちの、前記複素インピーダンスがそれらの間に最小のユークリッド垂直距離を有するものに対応する、請求項に記載の超音波外科用器具。 5. The ultrasonic surgical instrument of claim 4 , wherein the complex impedance corresponds to one of the approximation curves for which the complex impedance has the smallest Euclidean vertical distance therebetween. 前記複素インピーダンスが、前記超音波変換器を励起する電圧信号と電流信号との比に対応する、請求項1に記載の超音波外科用器具。 The ultrasonic surgical instrument of claim 1, wherein the complex impedance corresponds to a ratio of voltage and current signals that excite the ultrasonic transducer. エンドエフェクタと、超音波ブレードと、前記超音波ブレードに音響的に結合された超音波変換器と、を備える超音波外科用器具を駆動するための超音波発生器であって、前記超音波変換器が、駆動信号に応答して前記超音波ブレードを超音波振動させるように構成されており、前記超音波発生器が、
前記超音波変換器に結合された制御回路を備え、前記制御回路が、
前記駆動信号を前記超音波変換器に印加することと、
前記超音波変換器の複素インピーダンスを測定することと、
前記複素インピーダンスを複数の基準複素インピーダンスパターンと比較することであって、前記複数の基準複素インピーダンスパターンの各々が、前記エンドエフェクタの状態に対応している、比較することと、
前記複数の基準複素インピーダンスパターンのうちのどれに前記複素インピーダンスが対応するかに従って、前記エンドエフェクタの前記状態を決定することと、を行うように構成されており
前記基準複素インピーダンスパターンが、前記基準複素インピーダンスパターンのデータ点からプロットされた近似曲線を含む、超音波発生器。
An ultrasonic generator for driving an ultrasonic surgical instrument comprising an end effector, an ultrasonic blade, and an ultrasonic transducer acoustically coupled to said ultrasonic blade, said ultrasonic transducer a device configured to ultrasonically vibrate the ultrasonic blade in response to a drive signal, the ultrasonic generator comprising:
a control circuit coupled to the ultrasonic transducer, the control circuit comprising:
applying the drive signal to the ultrasonic transducer;
measuring the complex impedance of the ultrasonic transducer;
comparing the complex impedance to a plurality of reference complex impedance patterns, each of the plurality of reference complex impedance patterns corresponding to a state of the end effector;
determining the state of the end effector according to which of the plurality of reference complex impedance patterns the complex impedance corresponds to;
The ultrasonic generator of claim 1, wherein the reference complex impedance pattern comprises an approximation curve plotted from data points of the reference complex impedance pattern .
前記複数の基準複素インピーダンスパターンが、空気に接触している前記超音波ブレード、破損している前記超音波ブレード、又は金属に接触している前記超音波ブレードのうちの少なくとも1つに対応する、請求項に記載の超音波発生器。 wherein the plurality of reference complex impedance patterns correspond to at least one of the ultrasonic blade contacting air, the ultrasonic blade being broken, or the ultrasonic blade contacting metal; An ultrasonic generator according to claim 7 . 前記制御回路に結合されたメモリを更に備え、前記メモリが、前記複数の基準複素インピーダンスパターンを記憶し、
前記制御回路が、前記メモリから前記複数の基準複素インピーダンスパターンを検索するように構成されている、請求項に記載の超音波発生器。
further comprising a memory coupled to said control circuit, said memory storing said plurality of reference complex impedance patterns;
8. The ultrasonic generator of claim 7 , wherein the control circuit is configured to retrieve the plurality of reference complex impedance patterns from the memory.
前記制御回路は、前記複素インピーダンスと前記近似曲線との間のユークリッド垂直距離に従って、前記複数の基準複素インピーダンスパターンのうちのどれに前記複素インピーダンスが対応するかを決定するように構成されている、請求項に記載の超音波発生器。 the control circuit is configured to determine to which of the plurality of reference complex impedance patterns the complex impedance corresponds according to a Euclidean vertical distance between the complex impedance and the approximation curve; An ultrasonic generator according to claim 7 . 前記複素インピーダンスは、前記近似曲線のうちの、前記複素インピーダンスがそれらの間に最小のユークリッド垂直距離を有するものに対応する、請求項1に記載の超音波発生器。 11. The ultrasonic generator of claim 10 , wherein the complex impedance corresponds to one of the approximation curves that the complex impedance has the smallest vertical Euclidean distance between them. 前記複素インピーダンスが、前記超音波変換器を励起する電圧信号と電流信号との比に対応する、請求項に記載の超音波発生器。 8. The ultrasonic generator of claim 7 , wherein the complex impedance corresponds to the ratio of voltage and current signals that excite the ultrasonic transducer. エンドエフェクタと、超音波ブレードと、前記超音波ブレードに音響的に結合された超音波変換器と、を備える超音波外科用器具の作動方法であって、前記超音波変換器が、発生器からの駆動信号に応答して前記超音波ブレードを超音波振動させるように構成されており、前記作動方法が、
前記超音波変換器に結合された制御回路、前記超音波変換器の複素インピーダンスを測定することと、
前記制御回路、前記複素インピーダンスを複数の基準複素インピーダンスパターンと比較することであって、前記複数の基準複素インピーダンスパターンの各々が、前記エンドエフェクタの状態に対応している、比較することと、
前記制御回路、前記複数の基準複素インピーダンスパターンのうちのどれに前記複素インピーダンスが対応するかに従って、前記エンドエフェクタの前記状態を決定することと、を含
前記基準複素インピーダンスパターンが、前記基準複素インピーダンスパターンのデータ点からプロットされた近似曲線を含む、作動方法。
A method of operating an ultrasonic surgical instrument comprising an end effector, an ultrasonic blade, and an ultrasonic transducer acoustically coupled to the ultrasonic blade, wherein the ultrasonic transducer receives a signal from a generator. is configured to ultrasonically vibrate the ultrasonic blade in response to a drive signal of
a control circuit coupled to the ultrasonic transducer measuring a complex impedance of the ultrasonic transducer;
the control circuit comparing the complex impedance to a plurality of reference complex impedance patterns, each of the plurality of reference complex impedance patterns corresponding to a state of the end effector;
the control circuit determining the state of the end effector according to which of the plurality of reference complex impedance patterns the complex impedance corresponds to;
A method of operation, wherein said reference complex impedance pattern comprises an approximation curve plotted from data points of said reference complex impedance pattern .
前記複数の基準複素インピーダンスパターンが、空気に接触している前記超音波ブレード、破損している前記超音波ブレード、又は金属に接触している前記超音波ブレードのうちの少なくとも1つに対応する、請求項1に記載の作動方法。 wherein the plurality of reference complex impedance patterns correspond to at least one of the ultrasonic blade contacting air, the ultrasonic blade being broken, or the ultrasonic blade contacting metal; Method of operation according to claim 1-3 . 前記制御回路、メモリから前記複数の基準複素インピーダンスパターンを検索することを更に含む、請求項1に記載の作動方法。 14. The method of operation of claim 13 , further comprising: said control circuit retrieving said plurality of reference complex impedance patterns from memory. 前記制御回路、前記複素インピーダンスと前記近似曲線との間のユークリッド垂直距離に従って、前記複数の基準複素インピーダンスパターンのうちのどれに前記複素インピーダンスが対応するかを決定することを更に含む、請求項1に記載の作動方法。 3. The control circuit further comprising determining which of the plurality of reference complex impedance patterns the complex impedance corresponds to according to the Euclidean vertical distance between the complex impedance and the approximation curve. 1-3 . 前記複素インピーダンスは、前記近似曲線のうちの、前記複素インピーダンスがそれらの間に最小のユークリッド垂直距離を有するものに対応する、請求項1に記載の作動方法。 17. The method of claim 16 , wherein said complex impedance corresponds to one of said approximation curves that said complex impedance has the smallest vertical Euclidean distance between them. 前記複素インピーダンスが、前記超音波変換器を励起する電圧信号と電流信号との比に対応する、請求項1に記載の作動方法。 14. The method of operation according to claim 13 , wherein said complex impedance corresponds to the ratio of voltage and current signals that excite said ultrasonic transducer.
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